2021年新高考真题物理汇编20 热学（解析版）.pdf

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1、专题2 0 热学I.（2021高考新课程I 卷山东卷）如图所示，密封的矿泉水瓶中，距瓶口越近水的温度越高。一开口向下、导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中封闭一段空气。挤压矿泉水瓶，小瓶下沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮，上浮过程中，小瓶内气体（）A.内能减少C.增加的内能大于吸收的热量B.对外界做正功D.增加的内能等于吸收的热量【参考答案】B【名师解析】上浮过程中，小瓶内气体压强减小，体积增大，对外界做正功，温度升高，内能增大，选项A错误B 正确；根据热力学第一定律，吸收的热量等于增加的内能与对外做功之和，选项CD错误。2.（2021高考新课程H 卷海南卷）如图，一定质量的理想气体从状态。出发

2、，经过等容过程到达状态再经过等温过程到达状态c,直线碇 过 原 点.则 气 体（）V0*-7A.在状态c 的压强等于在状态。的压强 B.在状态b 的压强小于在状态c 的压强C.在一 c 的过程中内能保持不变 D.在人的过程对外做功【参考答案】A C【名师解析】根据理想气体的VT 图像中等压线为过原点的倾斜直线，可知，气体在状 态 c 的压强等于在状态a 的压强，选 项 A 正确；由玻意耳定律可知，气体在状态b 的压强大于在状态c的压强，选 项 B 错误；在的过程中气体温度不变，根据理想气体的内能只与温度有关，可知气体内能保持不变，选项C 正确；在 a-力的过程，气体气体不变，不对外做功，选项D

3、 错误。3.（2021新高考北京卷）比较45（的热水和10（T C 的水蒸汽，下列说法正确的是A.热水分子的平均动能比水蒸汽的大B.热水的内能比相同质量的水蒸汽的小C.热水分子的速率都比水蒸汽的小D.热水分子的热运动比水蒸汽的剧烈【参考答案】B【解题思路】根据温度是分子平均动能的标志，可知4 5 O C的热水的平均动能比1 0 0 的水蒸汽平均动能小，选 项A错误；根据内能的定义，可知热水的内能比相同质量的水蒸汽的小，选 项B正确；热水分子的平均动能比水蒸汽的平均动能小，但是热水分子的速率不一定都比水蒸汽的小，选 项C错误；热水蒸汽分子的热运动比水分子的剧烈，选项D错误，4.（2 0 2 1新

4、高考天津卷）列车运行的平稳性与车厢的振动密切相关，车厢底部安装的空气弹簧可以有效减振，空气弹簧主要由活塞、气缸及内封的一定质量的气体构成.上下乘客及剧烈颠簸均能引起车厢振动，上下乘客时气缸内气体的体积变化缓慢，气体与外界有充分的热交换；剧烈颠簸时气缸内气体的体积变化较快，气体与外界来不及热交换.若气缸内气体视为理想气体，在气体压缩的过程中（）A.上下乘客时，气体的内能不变 B.上下乘客时，气体从外界吸热C.剧烈颠簸时，外界对气体做功 D.剧烈颠簸时，气体的温度不变【参考答案】AC【解题思路】匕下乘客时，气缸内气体的体积变化缓慢，气体与外界有充分的热交换，在气体压缩的过程中，外界对气体做功，气体

5、的内能不变，向外界散热，选项A正确B错误；剧烈颠簸时，在气体压缩的过程中，外界对气体做功，气体的温度升高，选项C正确D错误。5.（4分）（2 0 2 1新高考福建）如图，一定质量的理想气体由状态A变 化 到 状 态B,该过程气体对外“做正功”或“做负功”或“不做功”），气体的温度（填“升高”“降低”“先升高后降低”或“始终不变”）.【参考答案】做正功 先升高后降低【解题思路I 一定质量的理想气体由状态A变化到状态B,该过程气体体积增大，对外做正功。由于p V图像中等温线是一双曲线，对A、B两个状态，由理想气体状态方程可得，A、B两个状态的温度相同，内能相同，所以气体的温度先升高后降低。6.（2

6、 0 2 1高考新课程I卷山东卷）血压仪由加压气囊、臂带、压强计等构成，如图所示。加压气囊可将外界空气充入臂带，压强计示数为臂带内气体的压强高于大气压强的数值，充气前臂带内气体压强为大气压强，体积为V；每次挤压气囊都能将6 0 c m 3的外界空气充入臂带中，经5次充气后，臂带内气体体积变为5 V,压强计示数为1 5 0 m m H g。已知大气压强等于7 5 0 m m H g ,气体温度不变。忽略细管和压强计内的气体体积。则V等 于（）加压气囊【参考答案】DD.6 0 c m【名师解析】充气前臂带内气体压强为pi=7 5 0 m m H g ,每次挤压气囊都能将vo=6 0 0 1?的外界

7、空气充入臂带中，经5次充气后，臂带内气体体积为5 V,压强为p2=7 5 0 m m H g+l 5 0 m m H g=9（）0 m m H g,由玻意耳定律，piV+5 PlV0 =5 p2 V,解得V=6 0 c m,选项D正确。7.（9分）（2 0 2 1高考新课程湖北卷）质量为m的薄壁导热柱形气缸，内壁光滑，用横截面积为s的活塞封闭一定量的理想气体。在下述所有过程中，气缸不漏气且与活塞不脱离。当气缸如图（a）竖直倒立静置时.缸内气体体积为Vi,.温度为T”已知重力加速度大小为g,大气压强为po。（1）将气缸如图（b）竖直悬挂，缸内气体温度仍为Ti,求此时缸内气体体积V2；（2）如 图

8、（c）所示，将气缸水平放置，稳定后对气缸缓慢加热，当缸内气体体积为V3时，求此时缸内气体的温度。图（a）图（b）图（c）1 4【参考答案】（I）PoS+mg,h（2）匕1P0S-m g（PoS +m g）K【解题思路】对 图（a）,由平衡条件，p/S=p0 S+m g,将气缸如图（b）竖直悬挂，山平衡条件，p2 S+m g=pOS,由玻意耳定律，P1 V1=P2 V2，联立解得：V 2=RS+/”，匕P0S-m g（2）如 图（c）所示，将气缸水平放置，其压强等于大气压pO,设体积为V,由玻意耳定律，piVl=p（）V,解得：V=（1+二 暨）V LPoS稳定后对气缸缓慢加热，当缸内气体体积为

9、V,时，设此时缸内气体的温度为T3。由盖吕萨克定律,上 _ 匕I 4解得：T3=PoSV工（pQS+mg）V18.（1）（5分）（2 0 2 1新高考湖南卷）如图，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞（截面积分别为耳和S?）封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。在左端活塞上缓慢加细沙，活塞从A下降。高度到8位置时，活塞上细沙的总质量为例。在此过程中，用外力F作用在右端活塞上，使活塞位置始终不变。整个过程环境温度和大气压强P。保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为g。下列说法正确的是。（填正确答案标号。选 对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选 错 1个扣3

10、 分，最低得分为。分）旧工而推渝疝mThJLA.整个过程，外力F 做功大于0,小于mg/zB.整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变C.整个过程，理想气体的内能增大D.整个过程，理想气体向外界释放的热量小于（0号 +，咫）E.左端活塞到达B 位置时，外力尸等于线5【参考答案】BCE【解题思路】本题考查 理 想 气 体、热 力 学 第 一 定 律 及 其 相 关 知 识 点，主要考查综合分析能力.由于是在左侧活塞上缓慢加细沙，右侧活塞位置不变，所以整个过程中，外力对气体做功等于0,选 项 A错误；由于气缸导热，气体温度不变，所以整个过程中理想气体的分子平均动能保持不变，选 项 B 正确；由于理

11、想气体的内能只与温度有关，所以理想气体内能增大，选 项 C 正确；根据热力学第一定律，整个过程中。理想气体向外界释放的热量等于外力做功，选项D 错误；对左侧活塞，由平衡条件，pS尸m g,对右侧活塞，由平衡条件，pS2=F,联立解得：F=mgS2/Sl,选项E 正确。9.（1）（5 分）（2021高考全国乙卷）如图，一定质量的理想气体从状态a（p。、To）经热力学过程ab、be、ca后又回到状态a。对于ab、be、ca三个过程，下 列 说 法 正 确 的 是 （填正确答案标号。选 对 1个得2 分，选对2 个得4 分，选对3 个得5 分。每错选1个扣3 分，最低得分为0 分）P/Po2 V/o

12、A.ab过程中，气体始终吸热B.ca过程中，气体始终放热C.c a过程中，气体对外界做功D.b e过程中，气体的温度先降低后升高E.b e过程中，气体的温度先升高后降低【参考答案】A B E【名师解析】a b过程中，气体做等容变化，压强增大，温度升高，内能增大，气体始终吸热，选项A正确;c a过程中，压强不变，体积减小，外界对气体做功，温度降低，内能减小，根据热力学第一定律，气体始终放热，选项B正确C错误；由于等温线是双曲线，所以b e过程中，气体的温度先升高后降低，选项E正确D错误。1 0.(8分)(2 0 2 1高考江苏物理卷)如图所示，一定质量理想气体被活塞封闭在气缸中，活塞的面积为S,

13、与气缸底部相距L,气缸和活塞绝热性能良好，气体的压强、温度与外界大气相同，分别为“0和 现 接通电热丝加热气体，一段时间后断开，活塞缓慢向右移动距离心后停止，活塞与气缸间的滑动摩擦为力最大静摩擦力等于滑动摩擦力，整个过程中气体吸收的热量为。，求该过程中(1)内能的增加量；(2)最终温度T.【命题意图】本题考查热力学第一定律、理想气体状态方程及其相关知识点。【解析】(1)对活塞，由平衡条件，p s=p o S+y,解得p=p+/s,气体对外做功W=pSL,由热力学第一定律，U=Q-W=Q-p S L。(2)7 b=2 7 3+t O,由理想气体状态方程，义 这=1交 ,To Tf解得 T=2(1

14、 +-)T0oPoS【解法二】.(1)活塞移动时受力平衡p =P o S +/气体对外界做功W=根据热力学第一定律4。=。W解得 AU=Q_（0 S +/）L（2）活塞发生移动前，等容过程包=包活塞向右移动了乙等压过 程 匕=工T T且 匕=2 匕解得 T=2（P（S +/）”Ps评分建议：本题共8 分，每问4 分1 1.（1）（5 分）（2021高考全国甲卷）如图，一定量的理想气体经历的两个不同过程，分别由体积-温度（V-f）图上的两条直线1 和 I I 表示，W和 V 2分别为两直线与纵轴交点的纵坐标：加为它们的延长线与横轴交点的横坐标，为是它们的延长线与横轴交点的横坐标，加=-273.1

15、 5；a 为直线I 上的一点。由图可知,气体在状态a 和b 的压强之比乌=_ _ _ _ _；Ph气体在状态b和 c的压强之比中=_ _ _ _ _ _ _ _。Pc【参考答案】1 乂【名师解析】直 线 I 为等压线，所以气体在状态a 和 b的压强之比包=1；由于直线I 和直线n都是等压线,Pb由外=R必，可得气体在状态b和 C的压强之比号=5.Pc X12.（2）（1 0 分）（2021高考全国甲卷）如图，一汽缸中由活塞封闭有一定量的理想气体，中间的隔板将气体分 为 A、B 两部分；初始时，A、B 的体积均为V,压强均等于大气压外。隔板上装有压力传感器和控制装置，当隔板两边压强差超过0.5。

16、时隔板就会滑动，否则隔板停止运动。气V 活 塞 隔 板体温度始终保持不变。向右缓慢推动活塞，使 B 的 体 积 减 小 为。N-（i）求 A 的体积和B 的压强；A B（ii）再使活塞向左缓慢回到初始位置，求此时A 的体积和B 的压强。|.【名师解析】对 气 体 8,由玻意耳定律，p0V=pBV/2,解得：p=2po。对气体A,末状态压强为外=1.5 p（）,/?（）V=PAVA解得：VA=2V/3O（ii）再使活塞向左缓慢回到初始位置，隔板将向左移动，最后PB-PA=0.58对气体A,由玻意耳定律，网 N=p J 弘，对气体8,由玻意耳定律，pW=/加VA+VB=2 V联立解得：VSI N，

17、p j =3-V513（10分）（2021高考全国乙卷）如图，一玻璃装置放在水平桌面上，竖直玻璃管A、B、C 粗细均匀，A、B 两管的上端封闭，C 管上端开口，三管的下端在同一水平面内且相互连通。A、B 两管的长度分别为Zx=13.5cm,%=32cm。将水银从C 管缓慢注入，直至B、C 两管内水银柱的高度差匚=5cm。已知外界大气压为p0=75cmHg。求 A、B 两管内水银柱的高度差。【名师解析】设 AB两管内截面积分别为S 1和 S 2,注入水银后A B空气柱分别减小J h l 和 h 2,压强分别为 p l 和 p 2,由玻意耳定律pohS产pi(/r hi)Sipol2s2=P2-2

18、的)S?P2=o+p g hp i=Po+p g(h+hi-h)A、B两管内水银柱的高度差力=/2小联立解得4 h=l c m1 4.(8分)(2 0 2 1新高考湖南卷)小赞同学设计了一个用电子天平测量环境温度的实验装置，如图所示。导热汽缸开口向上并固定在桌面上，用质量叫=6 0 0 g、截面积S =2 0 c m?的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。一轻质直杆中心置于固定支点A上，左端用不可伸长的细绳竖直悬挂活塞，右端用相同细绳竖直悬挂一个质量阳2 =1 2 0 0 g的铁块，并将铁块放置到电子天平上。当电子天平示数为6 0 0.0 g时，测得环境温度工=3 0 0 K。设

19、外界大气压强Po=l O x IO,P a,重力加速度g =1 0 m/s?。(i)当电子天平示数为4 0 0.0 g时，环境温度7；为多少？(i i)该装置可测量的最高环境温度(侬为多少？【解题思路】本题考查理想气体实验定律及其相关知识点，主要考查综合分析能力。(i)当电子天平示数为6 0 0.0 g时，分析铁块受力可知轻绳拉力为尸产如 g-FN=1.2 X 1 0 N-0.6 X 1 0 N=6 N根据杠杆原理，可知两侧轻绳拉力一样大，对活塞，F+pS=mig+poS解得：p i=p o当电子天平示数为4 0 0.0 g时 分析铁块受力可知轻绳拉力为2二m 2 g孤对活塞，F1 4-/7

20、2 5=mg+p()5解得：p 2=0.9 9 X l（）5 p a根据查理定律，有p/T尸p/2解得：-=2 9 7 K（i i）当温度升高时，气体压强增大，轻绳拉力减小，天平示数增大，直到轻绳拉力为零时。天平示数不再继续增大，此时对应测量的最大温度。对活塞，P3$=mg+p0S解 得:p 3=1.0 3 X1 0 Pa根据查理定律，有解得：7 3 0 9 K小包裹通过传送带所需时间t=t +f 2=2,5 s+2.0 s=4.5 s o15.（10分）（2 0 2 1新高考辽宁卷）如 图（a）所示，“系留气球”是一种用缆绳固定于地面，高度可控的氨气球，作为一种长期留空平台，具有广泛用途。图

21、（b）为某一“系留气球”的简化模型图：主副气囊通过无漏气、无摩擦的活塞分隔，主气囊内封闭有一定质量的氮气（可视为理想气体），副气囊与大气连通。轻弹簧右端，左端与活塞连接。当气球在地面达到平衡时，活塞与左挡板刚好接触，弹簧处于原长状态。在气球升空过程中，大气压强逐渐减小，弹簧被缓慢压缩。当气球上升至目标高度时。活塞与右挡板刚好接触，氮气体积变为地面时的1.5倍，此时活塞两侧气体压强差为地面大气压强的1/6。已知地面大气压强p o=l.O X l（）5 p a,温度TO=3OOK,弹簧始终处于弹性限度内，活塞厚度忽略不计。（1）设气球升空的过程中氮气温度不变，求目标高度处的大气压强p：（2）气球在目标高度处驻留期间，设该处大气压强不变。气球内外温度达到平衡时，弹簧压缩量为左、右4挡板之间的距离的二。求气球驻留处的大气温度兀【解 题 思 路】（1）在地面时.，主气囊中气体压强等于大气压，气球升空到目标高度时，主气囊中气体体积V 2=1.5 V,由玻意耳定律，p（）V=p 2 V 2，2解得：P C根据题述，活塞两侧气体压强差为地面大气压的即P2”=工 P。，6 6解得 p=；po=5 X 1 (Pa o(2)设左、右挡板之间的距离为L,由胡克定律和平衡条件,4p?S=p()S+kL,p3s=pS+k L,联立解得：P3=po。3 0由查理定律，上=丛，解得：T=1 0 5 K。T