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1、12020 年物理二轮专题过关宝典专题十：热学【知识回扣】1.分子的两种微观模型(1)球体模型(适用于固体、液体)：一个分子的体积V043d2316d3，d 为分子的直径。(2)立方体模型(适用于气体)：一个分子占据的平均空间V0 d3，d 为分子间的距离。2.宏观量与微观量的相互关系（1）一个分子的质量：m0MNAVmNA（2）一个分子的体积：V0VmNAMNA(注：对气体V0为分子所占空间体积)（3）物体所含的分子数nVVmNAmVmNA或 nmMNAVMNA（4）单位质量中所含的分子数：n NAM3.气体实验定律及理想气体状态方程24.气体压强的求法受力分析法选取与气体接触的液柱(或活塞
2、)为研究对象进行受力分析，应用平衡条件或牛顿第二定律求解。等压面法在连通器中，同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等液体内深h 处总压强p p0 gh，p0为液面上方的压强。液片法选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程，消去面积，得到液片两侧压强相等方程，求得气体的压强。5.热力学第一定律公式U Q W 符号的规定物理量功 W热量Q内能的改变U取正值“”外界对物体做功物体从外界吸收热量物体的内能增加取负值“”物体对外界做功物体向外界放出热量物体的内能减少6.热力学第二定律的两种表述(1)不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化。(2)
3、不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功，而不引起其他变化。【热门考点透析】考点一分子动理论内能1.（2019 北京卷）下列说法正确的是（）A 温度标志着物体内大量分子热运动的剧烈程度B内能是物体中所有分子热运动所具有的动能的总和C气体压强仅与气体分子的平均动能有关D 气体膨胀对外做功且温度降低，分子的平均动能可能不变【答案】A【解析】根据温度是分子平均动能的标志确定气体分子热运动的程度和分子平均动能变化，内能是分子平3均动能和分子势总和，由气体压强宏观表现确定压强。A 温度是分子平均动能的标志，所以温度标志着物体内大量分子热运动的剧烈程度，故 A 正确；B 内能是物体中所有分子热运动所
4、具有的动能和分子势能之和，故B 错误；C由压强公式PVnRT可知，气体压强除与分子平均动能（温度）有关，还与体积有关，故C 错误；D 温度是分子平均动能的标志，所以温度降低，分子平均动能一定变小，故D 错误。2.（2017 江苏卷）科学家可以运用无规则运动的规律来研究生物蛋白分子。资料显示，某种蛋白的摩尔质量为66 kg/mol，其分子可视为半径为3109m 的球，已知阿伏加德罗常数为6.01023mol1请估算该蛋白的密度。（计算结果保留一位有效数字）【答案】331 10 kg/m【解析】摩尔体积3A43VrN；由密度MV，解得3A34MrN代入数据得331 10 kg/m 3.下列四幅图中
5、，能正确反映分子间作用力f和分子势能Ep随分子间距离r变化关系的图线是()【答案】B【解析】当r r0时，分子力表现为斥力，随分子间距离r增大，分子势能Ep减小当r r0时，分子力表现为引力，随分子间距离r增大，分子势能Ep增大当r r0时，分子力为零，此时分子势能最小，故选项B 正确。4.(2017 高考全国卷)氧气分子在0 和100 温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示下列说法正确的是()4A 图中两条曲线下面积相等B图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形C图中实线对应于氧气分子在100 时的情形D 图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数
6、目E与0 时相比，100 时氧气分子速率出现在0 400 m/s 区间内的分子数占总分子数的百分比较大【答案】ABC.【解析】根据气体分子单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化曲线的意义可知，题图中两条曲线下面积相等，选项A 正确；题图中虚线占百分比较大的分子速率较小，所以对应于氧气分子平均动能较小的情形，选项B 正确；题图中实线占百分比较大的分子速率较大，分子平均动能较大，根据温度是分子平均动能的标志，可知实线对应于氧气分子在100 时的情形，选项C 正确；根据分子速率分布图可知，题图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目占总分子数的百分比，不能得出任意速率区间的氧气分子
7、数目，选项D 错误；由分子速率分布图可知，与0 时相比，100 时氧气分子速率出现在0 400 m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较小，选项E 错误。5.(2018 高考全国卷)对于实际的气体，下列说法正确的是()A 气体的内能包括气体分子的重力势能B气体的内能包括气体分子之间相互作用的势能C气体的内能包括气体整体运动的动能D 气体的体积变化时，其内能可能不变E气体的内能包括气体分子热运动的动能【答案】BDE【解析】.实际气体的内能包括气体分子间相互作用的势能和分子热运动的动能，当气体体积变化时影响的是气体的分子势能，内能可能不变，所以B、D、E 正确，A、C 错误。【增分攻略】51.分子
8、力及分子势能比较分子力F分子势能Ep图象随分子间距离的变化情况rr0r增大，F 先增大后减小，表现为引力r增大，F 做负功，Ep增大r r0F引 F斥，F 0Ep最小，但不为零r10r0引力和斥力都很微弱，F 0Ep 02.分析物体内能问题的四点提醒(1)内能是对物体的大量分子而言的，不存在某个分子内能的说法。(2)决定内能大小的因素为温度、体积、分子数，还与物态有关系。(3)通过做功或热传递可以改变物体的内能。(4)温度是分子平均动能的标志，相同温度的任何物体，分子的平均动能相同。考点二固体、液体、分子动理论1.（2018 年江苏卷）如图所示，一支温度计的玻璃泡外包着纱布，纱布的下端浸在水中
9、纱布中的水在蒸发时带走热量，使温度计示数低于周围空气温度当空气温度不变，若一段时间后发现该温度计示数减小，则（）A.空气的相对湿度减小B.空气中水蒸汽的压强增大C.空气中水的饱和气压减小D.空气中水的饱和气压增大6【答案】A【解析】温度计示数减小说明蒸发加快，空气中水蒸汽的压强减小，选项B 错误；因空气的饱和气压只与温度有关，空气温度不变，所以饱和气压不变，选项C、D 错误；根据相对湿度的定义，空气的相对湿度减小，选项A 正确。2.(2019 河北省衡水中学高三模拟)以下对固体和液体的认识，正确的有()A 烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体B液体与固体接
10、触时，如果附着层内分子比液体内部分子稀疏，表现为不浸润C 影响蒸发快慢以及人们对干爽与潮湿感受的因素是空气中水蒸气的压强与同一气温下水的饱和汽压的差距D 车轮在潮湿的地面上滚过后，车辙中会渗出水，属于毛细现象【答案】BCD【解析】烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明云母片是晶体，故A 错误 液体与固体接触时，如果附着层内分子比液体内部分子稀疏，分子力为引力表现为不浸润，故 B 正确影响蒸发快慢以及影响人们对干爽与潮湿感受的因素是空气的相对湿度Bpps100%，即空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压的差距，故C 正确。车轮在潮湿的地面上滚过后，车辙中会渗出水，属
11、于毛细现象，选项D 正确。3.下列说法正确的是（）A.悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动B.空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果C.彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点D.高原地区水的沸点较低，这是高原地区温度较低的缘故【答案】BC【解析】水中花粉的布朗运动，反映的是水分子的热运动规律，则A 项错；正是表面张力使空中雨滴呈球形，则B 项正确；液晶的光学性质是各向异性，液晶显示器正是利用了这种性质，C 项正确；高原地区大气压较低，对应的水的沸点较低，D 项错误。考点三气体实验定律1.（2019新课标全国卷）（5分）如p-V图所示，1、2、3三个点代表某容器中一
12、定量理想气体的三个不同状态，对应的温度分别是T1、T2、T3。用N1、N2、N3分别表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的次数，则N1_N2，T1_T3，N2_N3。（填“大于”“小于”或“等于”）7【答案】大于等于大于【解析】1、2 等体积，2、3 等压强由pV=nRT 得：1 11pVT=222p VT，V1=V2，故11pT=22pT，可得：T1=2T2，即T1T2，由于分子密度相同，温度高，碰撞次数多，故 N1N2；由于p1V1=p3V3；故 T1=T3；则 T3T2，又 p2=p3，2 状态分析密度大，分析运动缓慢，单个分子平均作用力小，3 状态分子密度小，分子运
13、动剧烈，单个分子平均作用力大。故3 状态碰撞容器壁分子较少，即N2N3。2.（2019新课标全国卷）如图，一容器由横截面积分别为2S和 S的两个汽缸连通而成，容器平放在地面上，汽缸内壁光滑。整个容器被通过刚性杆连接的两活塞分隔成三部分，分别充有氢气、空气和氮气。平衡时，氮气的压强和体积分别为p0和 V0，氢气的体积为2V0，空气的压强为p。现缓慢地将中部的空气全部抽出，抽气过程中氢气和氮气的温度保持不变，活塞没有到达两汽缸的连接处，求：（1）抽气前氢气的压强；（2）抽气后氢气的压强和体积。【答案】（1）p10=12（p0+p）（2）00104=2ppVVpp（）【解析】（1）设抽气前氢气的压强
14、为p10，根据力的平衡条件得（p10p）2S=（p0p）S得 p10=12（p0+p）（2）设抽气后氢气的压强和体积分别为p1和 V1，氢气的压强和体积分别为p2和 V2，根据力的平衡条件有p2S=p12S由玻意耳定律得p1V1=p102V0p2V2=p0V08由于两活塞用刚性杆连接，故V12V0=2（V0V2）联立式解得101124ppp00104=2ppVVpp（）3.(2018 高考全国卷)在两端封闭、粗细均匀的U 形细玻璃管内有一段水银柱，水银柱的两端各封闭有一段空气当U 形管两端竖直朝上时，左、右两边空气柱的长度分别为l1 18.0cm 和 l2 12.0cm，左边气体的压强为12.
15、0cmHg.现将U 形管缓慢平放在水平桌面上，没有气体从管的一边通过水银逸入另一边，求U形管平放时两边空气柱的长度。（在整个过程中，气体温度不变）【答案】22.5cm7.5cm【解析】设U 形管两端竖直朝上时，左、右两边气体的压强分别为p1和 p2.U 形管水平放置时，两边气体压强相等，设为p.此时原左、右两边气柱长度分别变为l1 和 l2.由力的平衡条件有p1 p2 g(l1 l2)式中为水银密度，g 为重力加速度大小由玻意耳定律有p1l1 pl1 p2l2 pl2 两边气柱长度的变化量大小相等l1 l1 l2 l2 由式和题给条件得l1 22.5cm l2 7.5cm 4.（2019新课标
16、全国卷）热等静压设备广泛用于材料加工中。该设备工作时，先在室温下把惰性气体用9压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中，然后炉腔升温，利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理，改善其性能。一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为0.13m3，炉腔抽真空后，在室温下用压缩机将10瓶氩气压入到炉腔中。已知每瓶氩气的容积为3.210-2m3，使用前瓶中气体压强为1.5107Pa，使用后瓶中剩余气体压强为2.0106Pa；室温温度为27。氩气可视为理想气体。（1）求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强；（2）将压入氩气后的炉腔加热到1 227，求此时炉腔中气体的压强。【答案】（1）p2=3.2
17、107Pa（2）p3=1.6108Pa【解析】（1）设初始时每瓶气体的体积为V0，压强为p0；使用后气瓶中剩余气体的压强为p1。假设体积为V0、压强为p0的气体压强变为p1时，其体积膨胀为V1。由玻意耳定律p0V0=p1V1被压入进炉腔的气体在室温和p1条件下的体积为10VVV设 10 瓶气体压入完成后炉腔中气体的压强为p2，体积为V2。由玻意耳定律p2V2=10p11V 联立式并代入题给数据得p2=3.2107Pa（2）设加热前炉腔的温度为T0，加热后炉腔温度为T1，气体压强为p3，由查理定律3210ppTT联立式并代入题给数据得p3=1.6108Pa5.(2018 高考全国卷)如图，一竖直
18、放置的汽缸上端开口，汽缸壁内有卡口a 和 b，a、b 间距为h，a 距缸底的高度为H；活塞只能在a、b 间移动，其下方密封有一定质量的理想气体。已知活塞质量为m，面积为S，厚度可忽略；活塞和汽缸壁均绝热，不计它们之间的摩擦。开始时活塞处于静止状态，上、下方气体压强均为p0，温度均为T0.现用电热丝缓慢加热汽缸中的气体，直至活塞刚好到达b 处。求此时汽缸内气体的温度以及在此过程中气体对外所做的功重力加速度大小为g。【答案】(1hH)(1 mgp0S)T0(p0S mg)h【解析】开始时活塞位于a 处，加热后，汽缸中的气体先经历等容过程，直至活塞开始运动设此时汽缸中气体的温度为T1，压强为p1，根
19、据查理定律有10p0T0p1T1根据力的平衡条件有p1S p0S mg 联立式可得T1(1mgp0S)T0此后，汽缸中的气体经历等压过程，直至活塞刚好到达b 处，设此时汽缸中气体的温度为T2；活塞位于a处和b 处时气体的体积分别为V1和 V2.根据盖 吕萨克定律有V1T1V2T2式中V1 SH V2 S(H h)联立式解得T2(1hH)(1 mgp0S)T0从开始加热到活塞到达b 处的过程中，汽缸中的气体对外做的功为W (p0S mg)h【增分攻略】1.利用气体实验定律解决问题的基本思路(1)明确研究对象，即某一定质量的理想气体。(2)确定气体在始末状态的参量p1、V1、T1及 p2、V2、T
20、2。(3)认清变化过程，正确选用物理规律，列状态方程列式求解。(4)讨论结果的合理性。2.多个研究对象的问题由活塞、液柱相联系的两部分理想气体问题，要注意寻找两团气体之间的压强、体积或位移关系，列出辅助方程，最后联立求解。考点四热力学定律1.如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积假设整个系统不漏气，下列说法正确的是()11A 气体自发扩散前后内能相同B气体在被压缩的过程中内能增大C在自发扩散过程中，气体对外界做功D 气体在被压缩的过程中，外界对气体做功【答
21、案】ABD【解析】气体向真空扩散过程中不对外做功，且又因为汽缸绝热，可知气体自发扩散前后内能相同，选项 A 正确，C 错误；气体在被压缩的过程中活塞对气体做功，因汽缸绝热，则气体内能增大，选项B、D正确。2.下列关于热现象的描述不正确的是()A 根据热力学定律，热机的效率不可能达到100%B做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的C温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同D 物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规则的【答案】BD【解析】.根据热力学第二定律可知，热机不可能从单一热源吸收热量全部用来做功而不引起其他变化，因此
22、，热机的效率不可能达到100%，选项A 正确；做功是通过能量转化改变系统的内能，热传递是通过能量的转移改变系统的内能，选项B 错误；温度是表示热运动的物理量，热传递过程中达到热平衡时，温度相同，选项C 正确；单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动表现出统计规律，选项D 错误。3.(2017 江苏卷，12A(1)一定质量的理想气体从状态A 经过状态B 变化到状态C，其 V-T 图象如图所示下列说法正确的有（）A A B 的过程中，气体对外界做功B A B 的过程中，气体放出热量C B C 的过程中，气体压强不变12D A B C 的过程中，气体内能增加【答案】BC【解析】A B 过程是等温变化
23、，气体内能不变，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律知，气体要放出热量，选项A 错误、B 正确；B C 过程中，VT是一个常数，为等压变化，选项C 正确；A B C整个过程，温度降低，气体内能减少，选项D 错误。4.(2018 哈尔滨六中二次模拟)如图所示，一定质量的理想气体从状态A 依次经过状态B、C 和 D 后再回到状态 A.其中，A B 和 C D 为等温过程，B C 和 D A 为绝热过程(气体与外界无热量交换)这就是著名的“卡诺循环”该循环过程中，下列说法正确的是()A A B 过程中，气体对外界做功B B C 过程中，气体分子的平均动能增大C C D 过程中，单位时间内碰撞单
24、位面积器壁的分子数增多D D A 过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化【答案】AC【解析】A B 过程中，体积增大，气体对外界做功，故A 正确；B C 过程中，绝热膨胀，气体对外做功，内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，故B 错误；C D 过程中，等温压缩，体积变小，分子数密度变大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，故C 正确；D A 过程中，绝热压缩，外界对气体做功，内能增加，温度升高，分子平均动能增大，气体分子的速率分布曲线发生变化，故D 错误。5.(2019 河北保定模拟)一定质量的理想气体，其内能跟温度成正比在初始状态A 时，体积为V0，压强为p0，温度为T0，已知此
25、时其内能为U0.该理想气体从状态A 经由一系列变化，最终还回到原来状态A，其变化过程的p-T 图线如图所示，其中CA 延长线过坐标原点，BA 在同一竖直线上。求：(1)状态B 的体积；(2)状态C 的体积；13(3)从状态B 经由状态C，最终回到状态A 的过程中，气体与外界交换的热量是多少？【答案】(1)V03(2)V0(3)气体吸收热量2p0V0【解析】(1)由题图可知，从状态A 到状态B 为等温变化过程，状态B 时气体压强为p1 3p0，设体积为V1，由玻意耳定律得p0V0 p1V1，解得V1V03.(2)由题图可知，从状态B 到状态C 为等压变化过程，状态C 时气体温度为T2 3T0，设
26、体积为V2，由盖吕萨克定律得V1T0V2T2，解得V2 V0.(3)由状态B 经状态C 回到状态A，外界对气体做的总功为W，从状态B 到状态C，设外界对气体做功为WBC，WBC p2(V1 V2)，联立解得WBC2p0V0；从状态C 回到状态A，由图线知为等容过程，外界对气体不做功，所以W WBC2p0V0；从状态B 经状态 C 回到状态A，内能增加量为U 0，气体从外界吸收的热量为Q，内能增加量为U，由热力学第一定律得 U Q W，解得Q 2p0V0，即气体从外界吸收热量2p0V0.【增分攻略】1.判断理想气体内能变化的两种方法(1)一定质量的理想气体，内能的变化完全由温度变化决定，温度升高，内能增大。(2)若吸、放热和做功情况已知，可由热力学第一定律U W Q 来确定。2.解决热力学定律与气体实验定律的综合问题的基本思路