放气时气体体积膨胀对外做功

2022年高考物理及答案解析(湖北省)

2022年高考物理（湖北省）一、选择题：本题共11小题，每小题4分，共44分。

在每小题给出的四个选项中，第1—7题只有一项符合题目要求，第8—11题有多项符合题目要求。

全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。

1. 上世纪四十年代初，我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的实验方案：如果静止原子核Be 74俘获核外K 层电子e ，可生成一个新原子核X ，并放出中微子νe ，即Be 74＋e 01−→X ＋e v 00。

根据核反应后原子核X 的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确定中微子的存在。

下列说法正确的是（）A.原子核X 是Li 73B.核反应前后的总质子数不变C.核反应前后总质量数不同D.中微子νe 的电荷量与电子的相同2. 2022年5月，我国成功完成了天舟四号货运飞船与空间站的对接，形成的组合体在地球引力作用下绕地球做圆周运动，周期约90分钟。

下列说法正确的是（）A.组合体中的货物处于超重状态B.组合体的速度大小略大于第一宇宙速度C.组合体的角速度大小比地球同步卫星的大D.组合体的加速度大小比地球同步卫星的小3. 一定质量的理想气体由状态a 变为状态c ，其过程如p －V 图中a →c 直线段所示，状态b 对应该线段的中点。

下列说法正确的是（）A.a →b 是等温过程B.a →b 过程中气体吸热C.a →c 过程中状态b 的温度最低D.a →c 过程中外界对气体做正功4. 密立根油滴实验装置如图所示，两块水平放置的金属板分别与电源的正负极相接，板间产生匀强电场。

用一个喷雾器把密度相同的许多油滴从上板中间的小孔喷入电场，油滴从喷口喷出时由于摩擦而带电。

金属板间电势差为U 时，电荷量为q 、半径为r 的球状油滴在板间保持静止。

若仅将金属板间电势差调整为2U ，则在板间能保持静止的球状油滴所带电荷量和半径可以为（）A.q , rB.2q , rC.2q , 2rD.4q , 2r5. 如图所示，质量分别为m 和2m 的小物块P 和Q ，用轻质弹簧连接后放在水平地面上，P 通过一根水平轻绳连接到墙上。

热工基础思考题答案(第1-6章)

思考题第一章1.平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。

而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。

可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。

热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。

2.表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化？答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。

若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。

3．当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。

4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。

5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？答：不正确。

不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。

6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。

而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。

7. 用U形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？答：严格说来，是有影响的，因为U型管越粗，就有越多的被测工质进入U型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。

第二章绝热刚性容器，中间用隔板分为两部分，左边盛有空气，右边为真空，抽掉隔板，空气将充满整个容器。

问：⑴空气的热力学能如何变化？⑵空气是否作出了功？⑶能否在坐标图上表示此过程？为什么？答：（1）空气向真空的绝热自由膨胀过程的热力学能不变。

论气体体积变化时气体一定做功

论气体体积变化时气体一定做功在中学物理教学中，一些有关气体做功的习题，一般都是以单纯过程中(如纯等温、等压、等容过程等)，气体体积发生变化为前提得出气体一定做功的结论，久而久之就使一些学生形成了一种思维定势，认为：只要气体体积减少，外界一定对气体做功；气体体积增大，气体一定对外界做功；气体体积不变，气体不做功，是必然的、是不容置疑的。

为了同学们对这类问题能有一个明确的认识，有必要对这类问题进行细致的分析，以使同学们进一步认识到任何一个物理规律都有其生存条件和适用范围，千万不可抛开其生存条件和适用范围而生搬硬套。

我们知道气体在准静态过程中所做的功，可以方便地用P---V 图像表示出来，由图1可知P---V 曲线下的面积在数值上等于系统在这一过程中对外界做的功。

如果由A----B 变化，气体对外界做功；如果由B----A 变化，外界对气体做功。

下面我们就用P----V 图对上述问题进行直观分析。

例1：一定质量的理想气体，由A 平衡态经过一系列变化过程到达B 平衡态，且有V A =V B ，如图2所示。

A C 为等压膨胀过程，气体对外界做功，其值为W 1 = -P 1 (V 2-V 1)，即图中矩形ACV 1V 2的面积；C D 为等容过程，不做功W 2=0；D B 为等压压缩过程，外界对气体做功，其值为W 3 = P 2 (V 2-V 1)，即图中矩形BDV 2V 1的面积，那么气体在整个过程中做的总功为W = W 1+W 2+W 3 = - P 1 (V 2 - V 1)+P 2 (V 2 - V 1) = - (P 1 - P 2)(V 2 - V 1)<0，即总功小于零，气体对外做功。

同理，可以分析出此例的反过程，既由B D C A 的变化过程中，一定有W>0，即总功大于零，外界对气体做功。

由此题可以看出，在气体变化过程中，气体经过一系列变化，即经过一个复杂变化后，气体体积最终没有发生变化，但气体与外界却有机械功，而且功的正负与过程的方向有关。

气体体积变大是否一定对外做功

气体体积变大是否一定对外做功？梁宗佑（贵阳市第六中学贵州贵阳 550004）“气体体积变大，气体对外界做功；气体体积变小，外界对气体做功．”这一判断气体做功正、负的依据，并不一定在任何情况下都是正确的．请看下面问题：图甲中A 、B 两点表示一定质量的某种理想气体的两个状态．当气体自A 状态变化到B 状态时，是气体对外界做功，还是外界对气体做功？作射线OA 、OB 得T p -图上的两条等容线，如图乙所示．通过对同一温度（如T A ）下压强的比较有p A >p B ，可知B A V V <，即气体自A 状态变化到B 状态体积变大．那么，在这一状态变化过程中是否一定是气体对外界做功呢？答案是“不一定．”一定质量的理想气体在给定的两个状态间的变化过程可以有多种途径．例如其中的一种情况是：气体从状态A 先等容变化到C ，接着等压变化到D ，再等容变化到E ，最后等压变化到B ，如图丙所示．为了讨论这一过程中气体的做功情况，将p —T 图中的变化过程改画在p —V 图中，如图丁所示．由于气体做功的大小可用p —V 图中图线所围“面积”的大小来表示，所以气体在自A 状态变化到B 状态的做功情况是：A 到C 为等容变化，气体不做功，即W AC =0；C 到D 为等压膨胀，气体对外做功，功的大小W CD 等于矩形CDV C V A 的面积大小；D 到E 为等容变化，气体不做功，即W DE =0；E 到B 为等压压缩，外界对气体做功，功的大小W EB 等于矩形EBV B V C 的面积大小．全过程气体所做的功W AB =W AC +W CD +W DE -W EB = W CD -W EB ，也就是W AB 由矩形CDV C V A 的面积和矩形EBV B V C 的面积的差值来决定．该差值可能为正值、也可能为负值、也可能为零，即气体体积变大可能是气体对外界做功、也可能是外界对气体做功，也可能不做功．反之，气体体积变小也可能是外界对气体做功、或气体对外界做功、或不做功．综上所述，认定“气体体积变大，气体对外界做功；气体体积变小，外界对气体做功．”是不对的．错误的原因是：体积是状态量，功是过程量，气体膨胀或压缩是非保守力做功，而在两个给定的状态之间非保守力做功是与过程有关的．该判断只有在气体体积作“单调”变化时才正确． T T C B A p p p V丁 T。

2020年高考热学计算专题：气体实验定律应用：充气、放气问题 (1)

充气、放气类型题理想气体实验定律的研究对象必须是一定量的封闭气体，即质量不变的气体。

但充气、放气这类题出现一个迷惑点，就是变化前后，容器内的气体质量发生改变。

这类题的一个难点是正确找出质量不变的研究对象这类题的正确处理方法是，目光不能局限于容器，不能把变化前容器内的气体和变化后容器内的气体看作同一团气体，不能就这样用气体实验定律。

正确解题思路：这类题要把研究对象划分为起码两团气体，划分标准是每团气体变化前后都质量不变，它们的体积不一定等于容器容积。

例如：（1）放气题：既要考虑留在容器内的气体A，也要考虑跑到容器外的气体B；A和B是两团气体，两个研究对象，要分别使用气体实验定律；（2）充气题：既要考虑一开始就在容器内的气体A，也要考虑后来充入容器的气体B。

A和B同样划分为两个研究对象，分别使用气体实验定律。

例题、贮气筒容积为100L, 贮有温度为27℃, 压强为3×106Pa的氢气, 使用后, 温度降为20℃, 压强降为2×106Pa. 求用掉的氢气的质量. (氢气在标准状态下的密度是 0.09g/L)解析：本题一定要分清研究对象，筒内气体气体会有一部分被用掉，留在筒内的气体变少了。

正确做法是一开始就要把筒内的气体分为两部分：将会留在筒内的气体A和用掉的气体B。

实际上，题目存在有两团一定量的气体，有两个研究对象。

明确研究对象后，我们分别对气体A和B用气体实验定律。

对留在筒内的气体A ：设初始体积为V １，初始压强为ｐ１＝3×106Pa ，后来体积为V ２＝１００L ，后来压强为ｐ２＝2×106Pa 。

等温变化，有：ｐ１Ｖ１＝ｐ２Ｖ２，可求出V １。

所以，用掉的气体初始体积是１００Ｌ－V １，初始压强为ｐ１＝3×106Pa ，后来体积为V ３，后来压强为ｐ０，同样是等温变化，可求出V ３；再根据ｍ＝ρV ３就可求出用掉氢气的质量了。

【模拟题、真题练习】1、（2019年新课标I 卷）热等静压设备广泛用于材料加工中。

气体膨胀做功正负

气体膨胀做功正负
气体膨胀做功正负
气体膨胀是指气体在一定条件下体积增大的过程。

在气体膨胀过程中，气体分子的平均间距增大，从而使气体的体积增大。

根据热力学第一定律，气体膨胀时会对外界做功，而功的正负与气体的膨胀方向有关。

当气体膨胀的方向与外界施加的力的方向相同时，气体对外界做正功。

这种情况下，气体的体积增大，气体分子对容器壁施加的压强大于外界施加的压强，从而使气体对外界做正功。

例如，当气缸活塞向外移动时，气体膨胀，对活塞做正功。

相反，当气体膨胀的方向与外界施加的力的方向相反时，气体对外界做负功。

这种情况下，气体的体积增大，气体分子对容器壁施加的压强小于外界施加的压强，从而使气体对外界做负功。

例如，当气缸活塞向内移动时，气体膨胀，对活塞做负功。

根据功的定义，功可以表示为力乘以位移。

对于气体膨胀做功的情况，可以用以下公式表示：
功 = 外界施加的力 ×气体膨胀的位移
当气体膨胀的方向与外界施加的力的方向相同时，功为正值；当气体膨胀的方向与外界施加的力的方向相反时，功为负值。

在热力学中，气体膨胀做的功可以用来推导理想气体的状态方程。

根据理想气体的状态方程，可以得出气体膨胀做功与气体的压强、体
积和温度之间的关系。

总之，气体膨胀做功的正负取决于气体膨胀的方向与外界施加的力
的方向是否一致。

当气体膨胀的方向与外界施加的力的方向相同时，
气体对外界做正功；当气体膨胀的方向与外界施加的力的方向相反时，气体对外界做负功。

通过对气体膨胀做功的研究，可以深入理解气体
的性质和热力学规律。

气体体积增大对外做功原理

气体体积增大对外做功原理以气体体积增大对外做功原理为题，我们首先要了解气体体积的概念。

气体是一种没有固定形状和体积的物质，它会随着温度、压力等外界条件的改变而发生体积变化。

当气体体积增大时，它会对外界产生压力，从而做功。

气体体积增大对外做功的原理可以通过以下几个方面来解释。

我们知道气体分子在运动时具有一定的动能。

当气体受到外界压力作用，其体积增大时，分子之间的距离会增加，分子的平均动能也会增加。

这就意味着气体分子具有更大的动能，能够对外界物体产生作用力，从而做功。

根据气体分子的碰撞理论，当气体分子与容器壁碰撞时，会产生反作用力。

当气体体积增大时，气体分子与容器壁碰撞的频率也会增加，反作用力也会增大。

这个反作用力可以看作是气体对外界做功的一种表现形式。

当气体体积增大时，气体分子会占据更大的空间。

这就意味着气体分子与周围物体之间的相互作用力也会增大。

根据牛顿第三定律，物体对气体施加的作用力会导致气体对物体施加同样大小、方向相反的反作用力，从而做功。

总结起来，气体体积增大对外做功的原理可以归结为以下几点：1. 气体分子具有一定的动能，当气体体积增大时，分子的平均动能也会增加，能够对外界物体产生作用力，从而做功。

2. 根据气体分子的碰撞理论，当气体体积增大时，气体分子与容器壁碰撞的频率增加，反作用力增大，也就是气体对外界做功的表现形式。

3. 气体体积增大意味着气体分子占据更大的空间，与周围物体之间的相互作用力增大。

根据牛顿第三定律，气体对物体施加的反作用力也会增大，从而做功。

通过以上原理，我们可以看出气体体积增大对外做功是由气体分子的运动和碰撞产生的。

这种做功可以用来推动物体的运动，例如气体驱动汽车发动机的工作，或是气体推进器在太空中推动航天器等。

在实际应用中，我们可以利用气体体积增大对外做功的原理来设计各种工程和设备。

例如，气体压缩机利用气体体积减小对外做功的原理，将气体压缩成高压气体，用于工业生产和能源传输。

热工基础思考题答案第16章