2024届新课标高中物理模型与方法专题21 热学中常见的模型(解析版).pdf
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1、_ 21 热学中常见的模型热学中常见的模型目录 一.玻璃管液封=模型.1二汽缸活塞类=模型.6O质量气体=模型.11一一.玻璃管液封玻璃管液封=模型模型0模型如10模型如11.O大气体实验定律(1)玻意耳定律(等温W)p1V1p2V2或 pVC(常数).(2)查理定律(等容W)p1T1p2T2或pTC(常数).(3)盖4吕萨克定律(等压W)V1T1V2T2或VTC(常数).2.利用气体实验定律及气态方程解的基q思路3.玻璃管液封模型求液柱封的气体压时,一般以液柱研究对象V析力1列衡方程,要注意(1)液体因重力产生的压大小 pgh(w中 h 至液面的竖直高)(2)O要漏掉大气压,同时又要尽能衡掉
2、某些大气的压力(3)p时直接用连通器原理44连通器内静k的液体,同种液体在同一水面P各处压相等(4)当液体水银时,灵活用压单OcmHg=等,使计算过程简捷.0模型演0模型演 11 广东省潮州市1 广东省潮州市 2022-2023 学高OQ学期期p教学质量检测物理试学高OQ学期期p教学质量检测物理试如示,一足够2024届新课标高中物理模型与方法专题21 热学中常见的模型(解析版)长的玻璃管竖直放置,开向P,用长19cm的水银封一段长20cm的空气柱,大气压76cmHg,境温300K,1若气体温360K时,空气柱长多少 2若气体温300K,将玻璃管缓慢旋转至水,将空气柱长又是多少2 00模型演模型
3、演 211 2023 春春黑龙大庆黑龙大庆高高OO大庆实验中学校考期p大庆实验中学校考期p一一端封的玻璃管竖直放置,内p一段高10.25mh=的水银柱,当温127 Ct=时,封空气柱长20.60mh=,外界大气压相当于00.75mL=高的水银柱产生的压,273KTt=+1如示,若玻璃管足够长,缓慢地将管转至开向Q,求m时封气柱的长m过程中气体温O 2若玻璃管长0.95mL=,温至少W到多少开尔文时,水银柱会全部管中溢?00模型演模型演 311 2023 春春西九西九高高OO西省湖西省湖中学校考期p中学校考期pp一内壁Z滑,导热性良好的汽缸,横截面积230cm,总长20cm2轻质活塞封一段理想气
4、体,初始时活塞O于O置 A,封气柱长10cm2O置 B O于 A 右侧 2cm,大气压51.0 10 Pa,温 27,缸壁P活塞厚O计2 1若用一垂直活塞的拉力缓慢向外拉活塞至O置 B,求O置 B 处拉力F的大小 2若仅改封气柱的温,让活塞同O置 A 移至O置 B,求m时温 T 的大小2 00模型演模型演 411 2023 春春西九西九高高OO统考期p统考期p如,长 l=85cm1粗细均匀的玻璃管竖直放置,Q端封,P端开,中间p一段高 h=25cm 的水银柱封了一段理想气体,气柱长030cm=l,气体温0T,大气压075cmHgp=,O计摩擦2 1Y将玻璃管缓慢转至水,稳定后封气体的长多少?2
5、在玻璃管水状态Q,对气体缓慢热,当水银好O溢时,m时气体的温多少用0T表示?00模型演模型演 511 2023林通W林通W梅河市第五中学校梅河市第五中学校考模拟预测考模拟预测如示,n侧粗细均匀,横截面积相等的 U 型管,管P端封,右管P端开2管中密封气体的长110cmL=,右管中水银柱P表面比管中水银柱P表面P14cmH=2大气压076cmHgp=,境温 T=27C2 1Y将管中密封气体缓慢热,使右管水银柱P表面相,m时管密封气体的温多少 2使管中气体保c1的温O,右侧端缓慢注入水银P原水银柱O间无气隙,求注入多少水银的长右端足够长,无水银管溢能使最终稳定后管密封的气体恢复原来的长2 00模型
6、演模型演 6112023 春春广西南宁广西南宁高高OO宾阳中学校联宾阳中学校联考期p考期p 热学中解理想气体实验定律相s的时,经常使用 cmHg 作压的单O,例如标准大气压076cmHgp=2如示2P端封1Q端开的细长 的玻璃管固定在粗糙的斜面P2长110cml=的水银柱封了一段空气柱,空气柱的长210cml=2已知斜面的倾角37=,玻璃管P斜面的摩擦因数0.5=,外界的压标准大气压,境的温保cO,sin370.6=,cos370.8=,水银P玻璃管壁接触面的W向相互作用力忽略2试求 1m时玻璃管内气体的压用 cmHg 作单O 2 2释放玻璃管,在玻璃管沿斜面Q滑的过程中,管内空气柱的长2 0
7、0模型演模型演 711 2023 春春河X沧州河X沧州高高OO统考期p统考期p如示某锅炉P显示水O的显示器简W示意,wP端开Q端封1竖直放置粗细均匀的细玻璃管,内部用n段水柱封着质量1温相同的同种气体视理想气体aPb,w长O比12:20:19LL=2求 1a1bn部V气体的压O比12:pp 2如果给它们热,使它们W高相同的温,又O使水溢,n段气柱长W量O比12:LL2 00模型演模型演 811 2023 春春陕西西安陕西西安高高OO长安一中校长安一中校考阶段考阶段如示,粗细均匀的等高 U 形玻璃管竖直放置,管封,右端开,用水银柱封长20cmL=的一段空气柱,右侧水银柱比侧高8cmh=,已知大气
8、压076cmHgp=2用一质量O计的薄活塞封Q右端开,缓慢向Q压活塞使n边液面相,m过程中境温始终O,当n边液面相时,求 1侧空气柱的压2 2右侧空气柱的长多少厘米?计算结果保留nO小数 00模型演模型演 911 2023 春春广东中山广东中山高高OO统考期p统考期p某同学制作了一个如示的简易温计,w中,一n端开的玻璃管水穿过玻璃瓶处的橡皮塞,玻璃瓶的体积3480cmV=,玻璃管横截面积20.4cmS=,瓶外玻璃管的长100cmL=,玻璃管厚忽略O计2玻璃管内p一段长忽略的水银柱2当温300KT=时,水银柱好静k在瓶外50cm2已知大气压501 10 Pap=,瓶内气体视理想气体,求 1玻璃瓶
9、内气体的压 2该温计能测量的温范围用摄氏温表示,结果精确到整数O 2 00模型演模型演 1011 2023 春春重庆沙坪坝重庆沙坪坝高高OO重庆一重庆一中校考期p中校考期p如示,在水中漂浮一质量 m,横截面积 S=2cm2的玻璃管,管内封着一定质量的理想气体2m时管内外水面高差 H1=0.5m,玻璃管露水面部V b=1m2 将质量_ m,体积忽略的小铁块放置在玻璃管部,玻璃管最终处于悬浮状态2已知大气压 p0=1.0 105Pa,重力速 g 10m/s2,水的密 =1.0 103kg/m3,O计管内被封气体的重力,整个过程境温保cO2 1求玻璃管的质量 m 2悬浮状态时,玻璃管内外液面高差 H
10、22 二二汽缸活塞类汽缸活塞类=模型模型 00模型如模型如11 汽缸活塞类是热学部Vy型的物理综,它需要考虑气体1汽缸或活塞等多个研究对象,涉及热学1力学等物理知识,需要灵活1综地用知识来解.1.一般思路(1)确定研究对象,一般地说,研究对象Vn类一类是热学研究对象(一定质量的理想气体)另一类是力学研究对象(汽缸1活塞或某系统).(2)V析物理过程,对热学研究对象V析清楚初1p状态及状态W过程,依据气体实验定律列方程对力学研究对象要l确地进行力V析,依据力学规律列方程.(3)挖掘目的含条件,如几何s系等,列辅方程.(4)多个方程联立求解.对求解的结果注意检验它们的理性.2.常见类型(1)气体系
11、统处于衡状态,需综用气体实验定律和物体的衡条件解.(2)气体系统处于力学非衡状态,需要综用气体实验定律和牛顿定律解.(3)n个或多个汽缸封着几部V气体,并汽缸O间相互s联的,解答时V别研究各部V气体,找它们各自遵循的规律,并写相的方程,要写各部V气体O间压或体积的s系式,最后联立求解.0模型演0模型演 111 2023 春春山东淄博山东淄博高二统考期p高二统考期p如示,竖直放置在水桌面P的右n汽缸粗细均匀,内壁Z滑,横截面积V别 S12S,u体积忽略的细管在部连通2n汽缸中各p一轻质活塞将一定质量的理想气体封,右侧汽缸部P活塞用轻质细簧相连,初始时,n汽缸内封气柱的高均 H,簧长恰好原长2往侧
12、活塞P表面缓慢添质量 m 的沙子,直至侧活塞Q降12H2已知大气 压0p,重力速大小 g,沙子的质量011p Smg=,汽缸足够长,汽缸内气体温始终O,簧始终在性限内,求 1最终右侧活塞PW的距离 h 2簧的劲系数 k 0模型演0模型演 211 2023 春春福建福州福建福州高二福建省福州高二福建省福州第一中学校考期p第一中学校考期p如示,一定质量的理想气体被活塞封在圆筒形的缸内2 缸壁O导热,缸导热,缸到开处高h2 轻质活塞O导热,厚忽略,横截面积2100cmS=,初始处于汽缸顶部2若在活塞P缓慢倾倒一定质量的沙子,活塞Q移5h时再次衡2已知室温1300KT=,大气压51.0 10 PaP=
13、,O计一W摩擦,210m/sg=2 1求倾倒的沙子的质量m 2若对缸缓慢热,当活塞回到缸顶时被封气体的温2T多大?0模型演0模型演 311 2023 春春辽宁葫芦岛辽宁葫芦岛高二统考期p高二统考期pz阳系中pxp稳定大气的卫星 Q2某实验小尝试利用一导热性能良好的长方体容器测量卫星 Q 表面的重力速2如示,将容器竖直放置在地球表面P并封一定质量的理想气体,用自u移的活塞将气体V成 A1B n部V,活塞P容器无摩擦O漏气,横截面积 S,该处附的温恒 27,稳定后,A 部V气体的压 P0,体积 V0,B 部V气体的体积 0.5V02若将该容器倒过来,让 B 部V气体在P方,m时 A 部V气体的体积
14、 0.6V02若把容器移至卫星 Q 表面处并竖直放置,A 部V气体在P方体积 0.9V0,该处的温恒2132地球表面的重力速 g2求 1活塞的质量 2卫星 Q P容器放置处的重力速2 0模型演0模型演 411 2023西藏喀西藏喀统考一模统考一模如a示,n端开的导热气缸水固定,A1B 是厚O计1在缸内无摩擦滑的轻活塞,缸内p理想气体,轻质簧一端连接活塞 A1另一端固定在竖直墙面中o画 2A1B 静k时,簧处于原长,缸内n部V的气柱长V别 L 和2L用轻质细线将活塞 B P质量03p Smg=的重物 C 相连接,如b示,一段时间后活塞 A1B 再次静k2已知活塞 A1B 面积1S12SV别122
15、2SSS=,簧劲系数22p skL=,大气压0p,境和缸内气体温1600KT=2 q活塞再次静k时,求活塞 B 移的距离 r缓慢降温至 T,活塞 B 回到初O置并静k,求温 T 的大小2 0模型演0模型演 511 2023 春春辽宁大连辽宁大连高二统考期p高二统考期p如v示,体积 V01内壁Z滑的圆柱形导热气缸内p一厚忽略的活塞气缸内密封p温 2T01压 1.5p0的理想气体,封气体的内能 U P温 T的s系 U=kT,k 定值2已知气缸外大气的压和温V别 p0和 T0保cO,气缸内封气体的pW过程都是缓慢的2 1当气缸内气体温降到多少时,活塞开始移 2求气缸内外温相等时封气体的体积,并在乙中
16、画前n中封气体的pW过程 3求在P述整个W过程中封气体放的热量2 0模型演0模型演 611 2023 春春黑龙哈尔滨黑龙哈尔滨高二哈九中校考阶段高二哈九中校考阶段如v示某气压型跳杆,w心部V简W如乙示,竖直倒立圆柱形汽缸导热性良好,连杆一端P水地面接触,另一端P面积 S的活塞连接,O计活塞质量1汽缸质量及活塞P汽缸间的摩擦2没p站人时活塞O于距缸 H 的 A 处,汽缸内被活塞密封一定质量的理想气体2当某同学站P跳杆踏板最终稳定后人静k在汽缸顶端活塞O于距离缸45HH=的 B 处2已知大气压0p,外界温 27C,重力速 g,汽缸始终保c竖直2 1求该同学的质量 m 2若该同学然站在踏板P,使得活
17、塞回到O置 A,求密封气体的热力学温 T 缓慢W多少若m过程中气体内能增了U,求该过程中缸内气体外界吸收的热量 Q 3若使用一段时间后,汽缸内漏一部V气体,使该跳杆P站一个质量23m的人后稳定时活塞_O于 B 处,求漏气体的质量mP原来汽缸中气体质量 m 的比值2 0模型演0模型演 711 2023 春春山东东营山东东营高高OO统考期p统考期p气压式W降椅通过汽缸PQ来调节椅子W降,w结构如乙示2圆柱形汽缸P椅面固定在一起,总质量 m=8kg2固定在P的柱状汽缸杆的横截面积 S=40cm2,在汽缸中封了长 L=25cm 的理想气体2汽缸气密性1导热性能良好,忽略摩擦力,已知室内温 T1=310
18、K,大气压 P0=1.0105Pa,重力速 g=10m/s22求 1质量 M=72kg 的人,脚悬空坐在椅面P,室温O,稳定后椅面Q降的距离 2在1情况Q,u于开空调室内气温缓慢降至 T2=300.7K,该过程外界对封气体做的2 0模型演0模型演 811 2023 春春新疆昌新疆昌高高OO校联考期p校联考期p如示,一个圆筒形导热汽缸开向P竖直放置,内p活塞,w质量 m=2kg,横截面积422 10 mS=,活塞P汽缸O间无摩擦O漏气,w内密封p一定质量的理想气体,气柱高 h=0.2m,热力学温 400K2 已知大气压501.0 10 Pap=,重力速 g=10m/s2 1如果在活塞P缓慢堆放一
19、定质量的细砂,气柱高原来的23,求砂子的质量0m 2如果在1基础P给汽缸缓慢热,使活塞恢复到原高,求汽缸内气体热力学温多少?0模型演0模型演 911 2023 春春山西朔州山西朔州高高OO县一中校县一中校考期p考期p了监控锅炉外壁的温W,某锅炉外壁P镶嵌了一个部水1开向P的圆柱形导热汽缸,汽缸内p一质量O计1横截面积 S=10cm2的活塞封着一定质量理想气体,活塞P方用轻绳悬d着矩形重物2 当缸内温 T1=300K 时,活塞P缸相距 H=3cm,P重物相距 h=2cm2已知锅炉内空气压501.0 10 Pap=,重力速大小 g=10m/s2,O计活塞厚及活塞P缸壁间的摩擦,缸内气体温等于锅炉外
20、壁温2 1当活塞好接触重物时,求锅炉外壁的温 T2 2当锅炉外壁的温 600K 时,轻绳拉力好零,警报器开始报警,求重物的质量 M2 0模型演0模型演 1011 2023 春春河X邢河X邢高二校联考阶段高二校联考阶段如示,n个横截面积相同1导热性能良好的汽缸竖直放置在水面P,右侧汽缸顶端封,侧汽缸顶部开P大气连通,n个汽缸通过部的细管连通,细管P装p阀门 K,阀门s时,在侧汽缸中用质量m1截面积S的活塞封体积V的气柱A,右侧汽缸内封p体积2V的气柱B,打开阀门 K,右侧汽缸中气体缓慢流入侧汽缸中,当侧汽缸中气体体积2V时,n汽缸中气体压相等2O计活塞厚,活塞P汽缸内壁无摩擦O漏气,大气压2mg
21、S,重力速g,境温始终O,封气体视理想气体,O计细管的容积2 1求o打开阀门时右侧汽缸中气体的压2 2全过程气体吸收的热量2 OO质量气质量气体体=模型模型 V析质量气体时,要通过妙地选择研究对象,使质量气体转W定质量气体,用气体实验定律求解.(1)打气选择原p气体和s将充入的气体作研究对象,就把充气过程中气体质量W转W定质量气体的状态W.(2)抽气将每次抽气过程中抽的气体和剩余气体作研究对象,质量O,故抽气过程以看成是 等温膨胀过程.(3)灌气把大容器中的剩余气体和多个小容器中的气体整体作研究对象,将质量转W定质量.(4)漏气 选容器内剩余气体和漏气体整体作研究对象,便使成一定质量气体的状态
22、W,用理想气体的状态方程求解.00模型演模型演 111 2023 春春湖南长沙湖南长沙高高OO校考阶段校考阶段一只篮球的体积0V,球内气体的压0p,温0T2用打气筒对篮球充入压02p1温0T1体积1V大小o知的气体,使球内气体压03p,同时温W至01.5T2已知气体内能 U P温的s系 U=kTk l常数,充气过程中气体向外放Q 的热量,篮球体积O2求 1充入气体的体积1V的大小 2充气过程中打气筒对气体做的2 0模型演0模型演 211 2023 春山东威海高O校考期中如示,一导热性能良好的圆柱形气瓶水固定,瓶内p用Z滑活塞V成的 A1B n部V理想气体2开始时,A1B n部V气体的体积O比3
23、:2,压均 p,活塞P气瓶的内壁间气密性良好2 1请通过计算判断当境温缓慢W高时,活塞是否移 2若境温O,因阀门封Oo,B 中气体向外缓慢漏气,活塞将缓慢向右移,当 B 中气体体积减原来的一半时,求 dA 中气体的压 eB 中漏的气体和剩Q气体O比2 0模型演0模型演 311 2023 春春州铜仁州铜仁高二统考期p高二统考期p2023 2 o 4,美使用战斗机将失控误入该境内的流n气球=落,该流n气球=如示,气球u性和导热性能良好的树脂材料制成,气球内充满氦气2当气球O于海面时,体积 V0,氦气的压 1.5p0,海面的温 27,当气球W至地球流层时,气球体积膨胀054V,流层的温零Q 632
24、绝对零-273 1求气球在流层时,气球内氦气的压2 2当气球O于流层时,如果需要控制气球Q降,通过阀门向外排放部V氦气,当气囊内压 0.63p0,求向外排氦气质量占原p质量的百V比2 0模型演0模型演 411 2023 春春内蒙t安盟内蒙t安盟高二Pqm特市第四中学校考期高二Pqm特市第四中学校考期中中一只篮球的体积0V,球内气体的压0p,温0T2 用打气筒对篮球充入压02p1 温0T的气体,使球内气体压03p,同时温W至01.5T2已知气体内能 U P温的s系UkT=k l常数,充气过程中气体向外放 Q 的热量,篮球体积O2求 1充入气体的体积 2充气过程中打气筒对气体做的2 0模型演0模型
25、演 511 2023新疆新疆阿勒泰阿勒泰统考O模统考O模某容积0V的储气罐充p压05.5p的室温空气,用该储气罐一批新厂的胎内气体压均01.5p的汽车轮胎充气至02.5p2已知每个汽车轮胎的体积040V,室温 27,O考虑充气过程中胎内气体温及轮胎体积的W2 1求在室温Q该储气罐最多能给种汽车轮胎充足气的轮胎个数n 2若清晨在室温 27Q储气罐给n个汽车轮胎充足气后,到了中X,室温温PW到 33,求m时储气罐中气体的压p2 0模型演0模型演 611 2023 春春苏徐州苏徐州高二统考阶段高二统考阶段拔火罐=时,用点燃的酒精棉球热小玻璃罐内的空气,后迅速把小罐倒扣在需要治疗的部O,冷t后小罐便紧
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