2019年高考物理备考优生百日闯关系列专题15:固体液体气体与能量守恒(含解析)
《2019年高考物理备考优生百日闯关系列专题15:固体液体气体与能量守恒(含解析)》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2019年高考物理备考优生百日闯关系列专题15:固体液体气体与能量守恒(含解析)(27页珍藏版)》请在七七文库上搜索。
1、1专题 15 固体、液体、气体与能量守恒第一部分名师综述综合分析近几年的高考物理试题发现,试题在考查主干知识的同时,注重考查必修中的基本概念和基本规律,以选择题的形式考查晶体和非晶体的特点、液体的表面张力、饱和汽与饱和汽压、热力学运动定律的理解等;以计算和问答题的形式结合气体考查内能、气体实验定律、理想气体状态方程、热力学第一定律等;(1)考纲要求知道晶体、非晶体的区别;理解表面张力,会解释有关现象;掌握气体实验三定律,会用三定律分析气体状态变化问题。知道改变内能的两种方式,理解热力学第一定律;知道与热现象有关的宏观物理过程的方向性,了解热力学第二定律;掌握能量守恒定律及其应用(2)命题规律高
2、考热学命题的重点内容有:理想气体状态方程和用图象表示气体状态的变化;气体实验定律的理解和简单计算;固、液、气三态的微观解释和理解。高考对本部分内容考查的重点和热点有以下几个方面:热力学定律的理解和简单计算,多以选择题的形式出现。第二部分精选试题1如图所示,向一个空的铝饮料罐(即易拉罐)中插入一根透明吸管,接口用蜡密封,在吸管内引入一小段油柱(长度可以忽略 ) ,如果不计大气压的变化,这就是一个简易的气温计。已知铝罐的容积是360cm3,吸管内部粗细均匀,横截面积为 0.2cm2,吸管的有效长度为 20cm,当温度为 25 时,油柱离管口10cm。如果需要下列计算,可取相应的近似值:360298
3、362296.4 364298362299.6(1)吸管上标刻度值时,刻度是否均匀?说明理由; (系数可用分数表示)(2)计算这个气温计的测量范围(结果保留一位小数,用摄氏温度表示。 )【答案】 (1)体积的变化量与温度的变化量成正比,吸管上的标的刻度是均匀的。(2)23.426.6【解析】【详解】(1)根据盖-吕萨克定律,=则有: =11=360+100.2273+25=3622983/所以 =362298即体积的变化量与温度的变化量成正比,吸管上标的刻度是均匀的2(2)因为 ,所以有:=362298 =298362=2983620.2( 2010) =1.6这个气温计可以测量的温度为: t
4、=(251.6),即这个气温计测量的范围是 296.4K299.6K,即 23.426.62利用如图所示的实验装置来测定容器内液体的温度,容器右侧部分水银压强计的左管中有一段长度为h=10cm 的水银柱,水银柱下密封一段长为 l=4 cm 的空气柱 B。实验开始时水银压强计的两侧水银柱上端在同一水平面,这时容器内液体的温度为 27,后来对液体加热,通过向水银压强计右管中注入水银,使左管水银面仍在原来的位置,此时测得水银压强计左管中密封空气柱 B 的长度为 l=3 cm。已知外界大气压强为 76 cmHg。求:(I)加热后液体的温度 t;(II)向水银压强计右管中注入水银的长度。【答案】 (1)
5、 ;(2)水银压强计右管注入水银的长度为=139.5 32【解析】【详解】(I)由题意知,B 部分气体发生等温变化,则初始时=0+(+)=(76+10+4)=90根据玻意耳定律得: =得: = =9043=120这时 A 气体压强 =110A 气体做等容变化,初始时, =80根据查理定律,=得 =110(273+27)80 =412.5得 =139.5(II)设最终右侧水银面比左管中水银面高 ,由题意知 120=76+13得 ,=31=31所以水银压强计右管注入水银的长度为 +=31+43=3233如图所示,一气缸水平放置,用一横截面积为 S、厚度不计的活塞将缸内封闭一定质量的气体,活塞与缸底
6、间的距离为 L,在活塞右侧 处有一对气缸内壁固定连接的卡环,缸内气体的温度为 T0,大气压强为13p0,气缸导热性良好。现将气缸在竖直面内缓慢转过 90,气缸开口向下,活塞刚好与卡环接触,重力加速度为 g。不计气缸与活塞间摩擦。(1)求活塞的质量;(2)再将气缸在竖直面内缓慢转动 180,当气缸开口向上时,对缸内气体缓慢加热,直到当缸内活塞再次恰好与卡环接触,加热过程中气体内能增加 ,求缸内气体的温度和加热过程中气体吸收的热量。【答案】 (1) ;(2) ,04 =530 230+【解析】【详解】(1)设活塞的质量为 m,当汽车缸开口向下时,缸内气体的压强: 1=0当气缸从水平转到缸口向下,气
7、体发生等温变化,则有: 0=143联立解得活塞的质量: =04(2)设气缸开口向上且活塞与卡环刚好要接触时,缸内气体的温度为 T,缸内气体的压强:2=0+=540气体发生等容变化,则有:10=2解得: =530设气缸刚转到开口向上时,活塞力卡环的距离为 d,则: 0=2(43)解得: =815在给气体加热的过程中,气体对外做的功: =2=230则根据热力学第一定律可知,气体吸收的热量: =2=230+4底面积为 4S 的圆柱形烧杯装有深度为 H 的某种液体,液体密度为 ,将一横截面积为 S、长度为 2H的玻璃管竖直向下插入液体中直到玻璃管底部与烧杯底部接触,如图 1 所示。现用厚度不计气密性良
8、好的塞子堵住玻璃管上端如图 2 所示。再将玻璃管缓慢竖直上移,直至玻璃管下端即将离开液面如图 3 所示。已知大气压强 p0=kgH,k 为常数,g 为重力加速度,环境温度保持不变,求图 3 中液面下降的高度 h及玻璃管内液柱的高度 h。4【答案】 ,=4=8(+2 2+4) =2(+2 2+4)【解析】【详解】(1)由液体在整个过程中体积不变,设图 3 烧杯中液体的高度下降为 ,则由几何关系有:4=(+)4+解得 =4对管内封闭气体发生等温变化,设图 3 红粉笔气体的压强为 ,由理想气体状态方程有:0=(2)对管内液体有平衡条件有: +=0联立解得: =2(+22+4)考虑到无论 k 取何值
9、=2(+22+4)0,假设成立;因此水银不会流出,管中水银面离管口的距离为(5 -20)cm。1710如图所示,两正对且固定不动的导热气缸,与水平成 30角,底部由体积忽略不计的细管连通、活塞a、b 用不可形变的轻直杆相连,不计活塞的厚度以及活塞与气缸的摩擦,a、b 两活塞的横截面积分别为S1=10cm2,S 2=20cm2,两活塞的总质量为 m=12kg,两气缸高度均为 H=10cm。气缸内封闭一定质量的理想气体,系统平衡时活塞 a、b 到气缸底的距离均为 L=5cm(图中未标出),已知大气压强为 P=105Pa.环境温度为T0=300K,重力加速度 g 取 10m/s2。求:(1)若缓慢降
10、低环境温度,使活塞缓慢移到气缸的一侧底部,求此时环境的温度;(2)若保持环境温度不变,用沿轻杆向上的力缓慢推活塞,活塞 a 由开始位置运动到气缸底部,求此过程中推力的最大值。【答案】(1)200K(2)40N【解析】【分析】(1)将两活塞作为整体受力分析,求得气缸内气体的压强;缓慢降低环境温度,使活塞缓慢移动时,气体压强不变,体积减小,活塞向下移动;由盖吕萨克定律可得活塞缓慢移到气缸的一侧底部时环境的温度。(2) 沿轻杆向上的力缓慢推活塞,活塞 a 由开始位置运动到气缸底部时,推力最大。求得末状态(活塞 a由开始位置运动到气缸底部时)气体的总体积;据玻意耳定律求得末状态气体的压强;将两活塞作为
11、整体受力分析,求得推力的最大值。10【详解】(1)设初始气体压强为 ,将两活塞作为整体受力分析,由平衡条件可得:1,代入数据解得:01+12=300+02+11 1=1.6105活塞缓慢移动过程中,缸内气体压强不变,温度降低,体积减小,活塞向下移动;由盖吕萨克定律可得:,解得:活塞缓慢移到气缸的一侧底部时环境的温度1+20 =1 =200(2) 沿轻杆向上的力缓慢推活塞,气体体积变化,又气体温度不变,则气体压强变化,当活塞到达汽缸顶部时,向上的推力最大,此时气体的体积为 ,设此时的压强为 ,由玻意耳定律得:2 21(1+2)=22代入数据解得: 2=1.2105将两活塞作为整体受力分析,由平衡
12、条件可得: +01+22=300+02+21代入数据解得: =4011如图所示,绝热气缸 A 固定在水平桌面上,可通过电热丝给内部封闭的气体加热,其活塞用一轻绳与导热气缸 B 的活塞通过定滑轮相连,气缸 B 悬在空中,质量为 M,底部悬挂有一质量也为 M 的物体,气缸B 的活塞到气缸 B 内部底端的距离为 d。两活塞面积均为 S,两气缸中均封闭有相同质量的同种理想气体,两气缸都不漏气。开始时系统处于平衡状态,且温度均与环境温度相同为 T0,不计活塞和气体的重力,不计任何摩擦,已知重力加速度为 g,外界大气压强为 P0。(i)求 A、B 气缸中气体的压强;(ii)若环境温度、大气压保持不变,取下
13、气缸 B 底部悬挂的物体,重新稳定后,要使气缸 B 底部离地面的高度与取下物体前相同,则气缸 A 中气体的温度应升高多少?(活塞不会脱离气缸)【答案】 (i) (ii)=02 2020【解析】【分析】(i)对气缸 A、B 的活塞根据平衡条件列出方程即可求解向应的压强;(ii)再次根据平衡条件以及理想气体状态方程进行求解即可;【详解】(i)取下物体前对气缸 B 的活塞根据平衡条件有: +2=011解得: =02取下物体前对气缸 A 的活塞根据平衡条件有: ( )+=0 =2解得: =02故气缸 A、B 中的压强相等;(ii)取下物体,重新稳定后,对气缸 B 有: +=0解得: =0此过程中气缸
14、B 中的气体等温变化,有: =此过程中气缸 B 上移的距离为: =联解得: =0取下物体前,气缸 A、B 中的压强相同,温度也相同,且两气缸中均封 闭有相同质量的同种理想气体,故气缸 A、B 中的气体体积相同,气缸 A 中活塞到气缸 A 内部底端的距离也为 d, 要使气缸 B 底部离地面的高度与取下物体前相同,则气缸 A 中活塞应向右移动 d 的距离,因此在此过程中对 A 中气体有:0=(+)而: =联解得: =0020气缸 A 中气体的温度应升高: 。=0=2020【点睛】本题结合平衡条件求解气体的压强,然后结合等温变化和理想气体状态方程进行求解,要注意两个气缸的体积、压强和温度之间的关系是
15、解决本题的关键。12如图,内径均匀的弯曲玻璃管 ABCDE 两端开口,AB、CD 段竖直,BC、DE 段水平,AB=100cm,BC=40cm,CD=50cm,DE=60cm。在水平段 DE 内有一长 10cm 的水银柱,其左端距 D 点 10cm。在环境温度为 300K 时,保持 BC 段水平,已知大气压为 75cm Hg 且保持不变。(1)若将玻璃管 A 端缓慢竖直向下插入大水银槽中,使 A 端刚刚没入水银面,再将环境温度缓慢升高,求温度升高到多少 K 时,水银柱刚好全部溢出;(2)若将玻璃管 A 端缓慢竖直向下插入大水银槽中,使 A 端刚刚没入水银面下 10cm。再将环境温度缓慢降低,求
16、温度降低到多少 K 时,水银柱刚好全部进入 CD 段。12【答案】 (1)375K(2)208K【解析】【分析】(1)A 端刚没入水银面,随着环境温度缓慢升高,封闭气体做等压变化,根据 = 求解。1122(2)当液柱刚好全部进入 CD 管时,玻璃管中的水银将沿 AB 管上升 10cm,则封闭气体的压强 P3=65cmHg,所以大水银槽中的水银将沿 A 管上升 20cm。由理想气体状态方程: = 求解 T3。111333【详解】(1)A 端刚没入水银面,随着环境温度缓慢升高,封闭气体做等压变化,设玻璃管横截面积为S:V 1=200S,T 1=300K;水银柱刚好全部溢出时:V 2=250S。由
17、= ,代入数据: = ,解得 T2=375K,1122 2003002502即当温度升高到 375K 时,水银柱刚好全部溢出。(2)若 A 端刚没入水银面下 10cm,当液柱刚好全部进入 CD 管时,玻璃管中的水银将沿 AB 管上升 10cm,则封闭气体的压强 P3=65cmHg,所以大水银槽中的水银将沿 A 管上升 20cm,封闭气体的体积 V3=160S,由理想气体状态方程: = ,代入数据: = ,解得 T3=208K,即当温度降低到 208K 时,水银柱111333 75200300651603刚好全部进入 CD 段。【点睛】当液柱刚好全部进入 CD 管时,关键是根据压强能分析出大水银
18、槽中的水银将沿 A 管上升 20cm,这样才能得到封闭气体的体积 V3.13如图所示, A、 B 气缸长度均为 L,横截面积均为 S,体积不计的活塞 C 可在 B 气缸内无摩擦地滑动, D 为阀门。整个装置均由导热性能良好的材料制成。起初阀门关闭, A 内有压强 2P1的理想气体, B 内有压强 P1/2 的理想气体,活塞在 B 气缸内最左边,外界热力学温度为 T0。阀门打开后,活塞 C 向右移动,最后达到平衡。不计两气缸连接管的体积。求:(1).活塞 C 移动的距离及平衡后 B 中气体的压强;(2).若平衡后外界温度缓慢降为 0.50T0,气缸中活塞怎么移动?两气缸中的气体压强分别变为多少?
19、【答案】 (1)活塞 C 移动的距离为 ,平衡后 B 中气体的压强为 (2)不移动,气体压强均为35 541 581【解析】【详解】(1)打开阀门后,两部分气体可以认为发生的是等温变化,设最后 A、B 的压强均为 P2,活塞向右移动13x,则 A 中气体:2P 1LSP 2 (L+x)SB 中气体: P1LSP 2 (Lx)S12解得: x L;P 2=35 541(2)设降温后气缸内活塞向右移 x0,两部分气体的压强为 P3则 A 中气体:2850 3(85+0)0.50B 中气体:2250 3(250)0.50得 x0=0,即活塞并不发生移动,因此降温过程两部分气体发生的是等容变化,由 A
20、 中气体20 30.50解得: 3=581【点睛】本题采用是的隔离法分别对两部分气体用玻意耳定律研究,同时要抓住两部分气体的相关条件,如压强关系、体积关系等等14如图所示,带有刻度的注射器竖直固定在铁架台上,其下部放入盛水的烧杯中。注射器活塞的横截面积 S510 5 m2,活塞及框架的总质量 m0510 2 kg,大气压强 p01.010 5Pa。当水温为 t013时,注射器内气体的体积为 5.5mL。(g10m/s 2)(1)向烧杯中加入热水,稳定后测得 t165时,气体的体积为多大?(2)保持水温 t165不变,为使气体的体积恢复到 5.5mL,则要在框架上挂质量多大的钩码?【答案】 (1
21、)6.5mL (2)0.1kg【解析】【分析】(1)加入热水后,温度升高,但气体压强不变,故气体发生等压变化,则由盖-吕萨克定律可求得气体的体积;(2)加上物体使气体做等温变化,则由玻意耳定律可求得变化后的压强,从而由压强公式可求得需增加的质量【详解】(1)加入热水,由于压强不变,气体发生等压变化,V 1=5.5mL,T 1=t0+273=286K;T 2=t+273=338K;14由盖-吕萨克定律得:11=22解得:V 2= V1=6.5mL;21(2)设恢复到 V3=5.5mL 时,压强为 P3V2=6.5mL,P 1=P0+0由玻意耳定律得:P 3V3=P1V2解得:P 3= =1.31
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2019 年高 物理 备考 优生 百日 闯关 系列 专题 15 固体 液体 气体 能量 守恒 解析
链接地址:https://www.77wenku.com/p-67055.html