2023届二轮复习通用版 专题7 热学 课件

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1．(2022·全国甲，33)[物理——选修3－3](1)一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p-T图上从a到b的线段所示．在此过程中__________．(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分，最低得分为0分)A．气体一直对外做功B．气体的内能一直增加C．气体一直从外界吸热D．气体吸收的热量等于其对外做的功E．气体吸收的热量等于其内能的增加量
①将环境温度缓慢升高，求B汽缸中的活塞刚到达汽缸底部时的温度．②将环境温度缓慢改变至2T0，然后用气泵从开口C向汽缸内缓慢注入气体，求A汽缸中的活塞到达汽缸底部后，B汽缸内第Ⅳ部分气体的压强．
【解析】　(1)从a到b，气体发生等容变化，不对外做功，选项A错误；从a到b，理想气体温度升高，内能增加，选项B正确；根据热力学第一定律，气体内能增加，外界对气体做功为0，气体必定从外界吸热，吸收热量等于气体内能的增加量，选项C、E正确；气体从外界吸热，但不对外做功，选项D错误．
2．(2022·全国乙，33)[物理——选修3－3](1)一定量的理想气体从状态a经状态b变化到状态c，其过程如T-V图上的两条线段所示．则气体在_________．(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分，最低得分为0分)A．状态a处的压强大于状态c处的压强B．由a变化到b的过程中，气体对外做功C．由b变化到c的过程中，气体的压强不变D．由a变化到b的过程中，气体从外界吸热E．由a变化到b的过程中，从外界吸收的热量等于其增加的内能
(2)如图所示，一竖直放置的汽缸由两个粗细不同的圆柱形筒组成，汽缸中活塞Ⅰ和活塞Ⅱ之间封闭有一定量的理想气体，两活塞用一轻质弹簧连接，汽缸连接处有小卡销，活塞Ⅱ不能通过连接处．活塞Ⅰ、Ⅱ的质量分别为2m、m，面积分别为2S、S，弹簧原长为l．初始时系统处于平衡状态，此时弹簧的伸长量为0.1l，活塞Ⅰ、Ⅱ到汽缸连接处的距离相等，两活
塞间气体的温度为T0．已知活塞外大气压强为p0，忽略活塞与缸壁间的摩擦，汽缸无漏气，不计弹簧的体积．
①求弹簧的劲度系数．②缓慢加热两活塞间的气体，求当活塞Ⅱ刚运动到汽缸连接处时，活塞间气体的压强和温度．
3．(2021·全国高考乙卷)(1)(5选3)如图，一定量的理想气体从状态a(p0，V0，T0)经热力学过程ab、bc、ca后又回到状态a．对于ab、bc、ca三个过程，下列说法正确的是(　　　)A．ab过程中，气体始终吸热B．ca过程中，气体始终放热C．ca过程中，气体对外界做功D．bc过程中，气体的温度先降低后升高E．bc过程中，气体的温度先升高后降低
(2)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l1＝13.5 cm，l2＝32 cm．将水银从C管缓慢注入，直至B、C两管内水银柱的高度差h＝5 cm．已知外界大气压为p0＝75 cmHg．求A、B两管内水银柱的高度差．【答案】　(2)Δh＝1 cm
(2)对B管中的气体，水银还未上升产生高度差时，初态为压强p1B＝p0，体积为V1B＝l2S，末态压强为p2，设水银柱离下端同一水平面的高度为h2，体积为V2B＝(l2－h2)S，由水银柱的平衡条件有p2B＝p0＋ρghB管气体发生等温压缩，有p1BV1B＝p2BV2B联立解h2＝2 cm对A管中的气体，初态为压强p1A＝p0，体积为V1A＝l1S，末态压强为p2A，设水银柱离下端同一水平面的高度为h1，则气体体积为V2A＝(l1－h1)S，由水银柱的平衡条件p2A＝p0＋ρg(h＋h2－h1)
A管气体发生等温压缩，有p1AV1A＝p2AV2A
〔备考策略〕命题特点：1．以选择题或填空题形式的命题有时单纯考查一个知识点，有时涉及的内容会比较琐碎，考查多个知识点．2．以计算题形式的命题多是一个情景下多个设问，综合考查多个知识点．例如，对气体实验定律与热力学第一定律综合考查．3．以填空题形式的命题多是针对一些物理量的判断或简单计算，油膜法估测分子大小实验的考查热度增加．常用到的思想方法有：模型法、类比法、假设法、转换法、控制变量法．
2．反映分子热运动规律的两个实例(1)布朗运动：悬浮在液体或气体中的固体小颗粒做无规则、永不停息地运动，与颗粒大小、温度有关．(2)扩散现象：产生原因是分子永不停息地做无规则运动，与温度有关．
3．对热力学定律的理解(1)热力学第一定律ΔU＝Q＋W，其中W和Q的符号可以这样确定：只要对内能增加有正贡献的就为正值．(2)对热力学第二定律的理解：热量可以由低温物体传到高温物体，也可以从单一热源吸收热量全部转化为功，但这些过程不可能自发进行而不产生其他影响．
二、气体实验定律和理想气体状态方程
二、应用热力学第一定律的看到与想到1．看到“绝热过程”，想到Q＝0，则W＝ΔU．2．看到“等容过程”，想到W＝0，则Q＝ΔU．3．看到“等温过程”，想到ΔU＝0，则W＋Q＝0．
考点一　分子动理论内能及热力学定律
考向1　分子动理论与内能
1．(5选3)(2021·山西临汾·高三阶段练习)下列哪些实验事实说明分子间存在作用力(　　　)A．压紧的铅块会“粘”在一起，很难再把它们拉开B．水和酒精两种液体混合后，发现总体积会变小C．液体放在玻璃容器中，会出现浸润和不浸润现象D．拉断一根铁丝，用力要达到一定限度才能拉断E．在半导体材料中参入其他元素，需在高温下完成
【解析】　压紧的铅块会“粘”在一起，由于分子引力作用，很难再把它们拉开，A正确；水和酒精两种液体混合后，因为分子间有空隙，发现总体积会变小，B错误；液体放在玻璃容器中，因为分子间的相互作用力，会出现浸润和不浸润现象，C正确；拉断一根铁丝，因为分子间有引力，用力要达到一定限度才能拉断，D正确；在半导体材料中参入其他元素，需在高温下完成，是分子的扩散现象，E错误．故选ACD．
考向2　热力学定律理解与应用
3．(5选3)(2022·四川宜宾二模)根据热力学定律和分子动理论，下列说法正确的是(　　　)A．布朗运动是液体分子的运动，它说明分子永不停息地做无规则运动B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的C．用活塞压缩密闭气缸里的气体，外界对气体做功2.0×105 J，同时气体向外界放出热量0.5×105 J，则气体内能增加了1.5×105 JD．一定质量的理想气体温度升高1 K，其等容过程中吸收的热量小于等压过程吸收的热量E．根据热力学第二定律可知，热量能够从高温物体传到低温物体，但不可能从低温物体传到高温物体
【解析】　布朗运动是悬浮在水中的微粒的运动，它间接说明液体分子永不停息地做无规则运动，A错误；根据热力学第二定律可知，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，B正确；用活塞压缩密闭气缸里的气体，外界对气体做功2.0×105 J，为正值，同时气体向外界放出热量0.5×105 J，为负值，根据热力学第一定律，有ΔU＝W＋Q＝2.0×105 J－0.5×105 J＝1.5×105 J，C正确；
等容过程中吸收的热量仅仅增加为内能，而等压升温的过程中体积增大，对外做功，吸收的热量转化为内能和对外做功，所以一定质量的理想气体温度升高1 K，其等容过程中吸收的热量小于等压过程吸收的热量，D正确；根据热力学第二定律可知，热量能够从高温物体传到低温物体，但不可能从低温物体传到高温物体而不引起其他变化，E错误．故选BCD．
4．(5选3)(2022·河南郑州中学三模)关于热力学定律，下列说法正确的是(　　　)A．根据热力学第一定律，一个物体的内能增加，必定有其他物体对它做功或向它传递热量B．根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体C．一定质量的理想气体压强不变，温度升高，单位时间气体分子对容器壁碰撞次数一定增大D．一定质量的理想气体压强不变，体积增大，气体一定放出热量E．热机的效率不可能达到100%
【解析】　根据热力学第一定律，一个物体的内能增加，必定有其他物体对它做功或向它传递热量，A正确；根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体，B正确；一定质量的理想气体压强不变，温度升高，气体分子的平均动能增大，单位时间气体分子对容器壁碰撞次数一定减少，C错误；
考向3　热力学定律与气体实验定律的综合应用
5．(5选3)(2022·山西省晋中市高三(上)期末调研)一定质量的理想气体由状态a经状态b、c又回到状态a，其压强p与体积V的关系如图所示，变化过程有等容、等温和绝热过程，则下列说法正确的是(　　　)
A．①过程可能为等温变化B．②过程气体从外界吸热C．全过程气体向外界放出的热量大于从外界吸收的热量D．③过程气体分子单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增加E．因为气体返回状态a时体积不变，所以外界不对气体做功
【解析】　①过程若为等温变化，②过程为等容变化，温度升高，则③过程为绝热变化，外界对气体做正功，气体温度升高，不可能回到初始状态，选项A错误；②过程为等容变化，温度升高，气体内能增大，外界没有对气体做功，气体从外界吸热，选项B正确；CE．②过程外界没有对气体做功，根据p-V图线和坐标轴所围面积表示气体和外界功的交换，③过程外界对气体做的正功大于①过程气体对外界做的负功，因此全过程外界对气体做正功，气体内能不变，故全过程气体向外界放出的热量大于从外界吸收的热量，选项C正确，E错误；③过程为等温变化，气体压强增大，分子平均动能不变，气体分子单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增加，选项D正确．故选BCD．
6．(5选3)(2022·河南省名校联盟大联考高三(下)阶段性测)如图所示，一定质量的理想气体由状态a开始，经历ab、bc、cd、da四个过程回到原状态，其V-T图象刚好是一个圆，气体在a、b、c、d四个状态的体积分别为Va＝Vc、Vb＝V2、Vd＝V1，温度分别为Ta＝T1、Tb＝Td、Tc＝T2，压强分别为pa、pb、pc、pd，其中V2＝5V1，T2＝5T1．下列说法正确的是(　　　)A．在这四个状态中，c状态时气体的内能最多B．pc＝4paC．pb＝1.8paD．从状态a到状态b，气体从外界吸热E．从状态c到状态d，气体对外界做功
7．一定质量的理想气体从状态A变化到状态B的p-T图象和V-T图象如图所示，此过程中气体的内能增加了100 J，则此过程中气体________ (选填“吸收”或“放出”)的热量为_______J．
考点二　固体、液体和气体的微观性质
1．(5选3)(2022·安徽马鞍山检测)关于固体、液体、气体，下列说法正确的是(　　　)A．在物理性质上具有各向同性的物质一定是非晶体B．多晶体在熔化过程中分子平均动能保持不变C．液体内部分子间的距离大于表面层分子间的距离D．分子力表现为引力时，增大分子间距，分子势能增大E．一定质量的理想气体对外做功，内能可能增大
【解析】　在物理性质上具有各向同性的物质可能是多晶体，也可能是非晶体，A错误；多晶体在熔化过程中温度不变，分子平均动能保持不变，B正确；液体表面层分子间的距离大于内部分子间的距离，故分子力表现为引力，形成表面张力，C错误；分子力表现为引力时，增大分子间距，分子力做负功，故分子势能增大，D正确；一定质量的理想气体对外做功，若同时在吸收热量，内能可能增大，E正确．故选BDE．
2．(5选3)(2020·河北衡水中学5月模拟)关于物态变化，下列说法正确的是(　　　)A．液体的饱和汽压越大，该液体越不容易挥发B．密闭容器中的水蒸气达到饱和时，水蒸气的密度不再发生变化C．密闭容器中的水蒸气达到饱和时，没有水分子离开水面D．温度越高，密闭容器中水蒸气分子的数密度越大E．空气中的水蒸气压强越接近此温度时的饱和汽压，人感觉越潮湿
【解析】　饱和汽压是物质的一个重要性质，它的大小取决于物质的本性和温度，饱和汽压越大，表示该物质越容易蒸发，故A错误；密闭容器中的水蒸气达到饱和时，水蒸气的压强不再变化，密度也不再发生变化，故B正确；密闭容器中的水蒸气达到饱和时，水中仍然会有水分子离开水面，只是水中水分子离开水面与进入水面的数量是平衡的，故C错误；温度越高，分子平均速率越大，而且液体分子越易离开液面，分子数密度越大，故D正确；空气相对湿度越大时，空气中的水蒸气压强越接近此温度时的饱和汽压，人感觉越潮湿，故E正确，故选BDE．
3．(5选3)(2017·新课标卷Ⅰ)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(　　　)A．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
【解析】　温度是分子平均动能的标志，温度升高分子的平均动能增加，不同温度下相同速率的分子所占比例不同，温度越高，速率大的分子占比例越高，故虚线为0 ℃，实线是100 ℃对应的曲线，曲线下的面积都等于1，故相等，所以ABC正确．
考点三　气体实验定律和理想气体状态方程
(1)求活塞平衡时与缸底的距离；(2)若对缸内气体缓慢加热，使活塞恰好能到达汽缸顶部，求此时缸内气体的热力学温度．【答案】　(1)0.4 m　(2)825 K
2．(2022·四川石室中学模拟)如图所示，开口向上的汽缸C静置于水平桌面上，用一横截面积S＝50 cm2的轻质活塞封闭了一定质量的理想气体，一轻绳一端系在活塞上，另一端跨过两个定滑轮连着一劲度系数k＝2 800 N/m的竖直轻弹簧A，A下端系有一质量m＝14 kg的物块B．开始时缸内气体的温度t1＝27 ℃，活塞到缸底的距离L1＝120 cm，弹簧恰好处于原长状态．已知外界大气压强恒为p0＝1.0×105 Pa，取重力加速度g＝10 m/s2，不计一切摩擦．现使缸内气体缓慢冷却，求：(1)当B刚要离开桌面时，汽缸内封闭气体的温度；(2)气体的温度冷却到－93 ℃时，B离桌面的高度H．【答案】　(1)－66 ℃　(2)15 cm
〔总结提升〕“汽缸”模型的三种常见问题(1)气体系统处于平衡状态，需要综合应用气体实验定律和物体的平衡条件解题．(2)气体系统处于非平衡状态，需要综合应用气体实验定律和牛顿运动定律解题．
(3)两个或多个汽缸封闭着几部分气体，并且汽缸之间相互关联的问题，解答时应分别研究各部分气体，找出它们各自遵循的规律，并写出相应的方程，还要写出各部分气体之间压强或体积的关系式，最后联立求解．
3．(2022·四川泸县预测)如图所示是一个连通器装置，连通器的右管横截面积为左管的两倍，左端封闭，封有长为30 cm的气柱，左右两管水银面高度差为37.5 cm，左端封闭端下60 cm处有一细管用开关D封闭，细管上端与大气连通，若将开关D打开(空气从D处进入水银柱将其分为上下两部分，
水银不会进入细管)，稳定后会在左管内产生一段新的空气柱(设此过程中温度不变)．已知外界大气压强p0＝75 cmHg．求：稳定后左端管内的所有气柱的总长度为多少？【答案】　35 cm
4．(2022·山东潍坊二模)如图所示，是一种测量形状不规则颗粒物实际体积的装置，其中容器A的容积为VA＝300 cm3，K是连通大气的阀门，水银槽C通过橡皮管与玻璃容器B相通，B的容积VB＝120 cm3，连通A、B的玻璃管很细，其容积可忽略．
下面是测量过程：①打开K，移动C，使B中水银面下降到底部M；②关闭K，缓慢提升C，使B中水银面升到顶端N，量出C的水银面比N高h1＝30 cm；③打开K，在A中装入待测颗粒，移动C，使B内水银面下降到底部M处；④关闭K，提升C，使B内水银面升到顶端N，量出C中水银面比N高h2＝75 cm．整个过程中温度不变，求：(1)当时的大气压强；(2)A中待测颗粒的实际体积．【答案】　(1)75 cmHg　(2)180 cm3
【解析】　(1)以容器A、B中气体为研究对象根据玻意耳定律得p0(VA＋VB)＝(p0＋h1)VA解得p0＝75 cmHg．(2)设A容器中待测颗粒的实际体积为V，以AB中气体为研究对象初态时V1＝VA＋VB－V末态时p2＝(p0＋h2)cmHgV2＝VA－V根据玻意耳定律得p0V1＝p2V2解得V＝180 cm3．
〔总结提升〕解答“液柱”模型的关键是求被液柱封闭的气体的压强和体积，体积一般通过几何关系求解，求液柱封闭的气体压强时，一般以液柱为研究对象分析受力、列平衡方程，要注意以下4点：(1)液体因重力产生的压强大小为p＝ρgh(其中h为气、液接触面至液面的竖直高度)．
(2)不要漏掉大气压强，同时又要尽可能平衡掉某些大气的压力．(3)有时直接应用连通器原理——连通器内静止的液体，同种液体在同一水平面上各处压强相等．(4)当液体为水银时，可灵活应用压强单位“cmHg”，使计算过程简捷．
考向3　“两团气”模型
5．(2021·河北唐山二模)如图所示，内壁光滑的汽缸开口向上放置，在距离汽缸底部h0＝12 cm处有卡口可以阻碍活塞通过，质量均为m的活塞A、B分别静止于卡口的上方和下方，封闭了两部分高度均为h1＝h2＝9 cm的气体，此时封闭气体的温度均为T1＝300 K，汽缸和两个活塞中只有活塞B能够导热且导热性能良好，大气压强为p0，汽缸的横截面积为S．现通过电热丝加热，使两部分气体温度缓慢上升到T2＝500 K，求：
(1)此时下方气体的压强；(2)活塞A上升的距离．
〔总结提升〕多个系统相互联系的定质量气体问题，往往以压强建立起系统间的关系，各系统独立进行状态分析，要确定每个研究对象的变化性质，分别应用相应的实验定律，并充分应用各研究对象之间的压强、体积、温度等量的有效关联．若活塞可自由移动，一般要根据活塞的平衡状态确定两部分气体的压强关系．
6．(2022·山东，15)某些鱼类通过调节体内鱼鳔的体积实现浮沉．如图所示，鱼鳔结构可简化为通过阀门相连的A、B两个密闭气室，A室壁厚，可认为体积恒定，B室壁薄，体积可变；两室内气体视为理想气体，可通过阀门进行交换．
质量为m鱼的鱼静止在水面下H处，B室内气体体积为V，质量为m；设B室内气体压强与鱼体外压强相等，鱼体积的变化与B室气体体积的变化相等，鱼的质量不变，鱼鳔内气体温度不变，水的密度为ρ，重力加速度为g，大气压强为p0．(1)鱼通过增加B室体积获得大小为a的加速度，求需从A室充入B室的气体质量Δm；(2)求鱼静止于水面下H1处时，B室内气体质量m1．
7．(2022·山东沂水二模)负压救护车是应对新冠肺炎疫情重点需求物资之一，被业内称为“移动的N95口罩”．所谓负压，就是通过负压排风净化装置，使车内气压低于车外，空气在自由流动时只能由车外流向车内，而且负
压救护车还能将车内的空气进行无害化处理后排出，避免更多的人感染，在救治和转运传染病等特殊疾病时可以最大限度地减少医务人员交叉感染的几率．
若已知某负压救护车内部空间体积V＝12 m3，启用前车内温度t1＝－3 ℃，外界大气压强为p0＝1.01×105 Pa，启用后，某时刻监测到车内温度t2＝27 ℃、负压为－15 Pa(指车内与外界大气压p0的差值)．(1)试估算负压排风净化系统启用后，负压救护车内部空间减少的气体质量与启用前内部空间气体总质量的比值；(2)判断在负压排风净化系统启用过程中剩余气体是吸热还是放热，并简述原因．
(2)抽气过程剩余气体的温度升高，内能增加，ΔU＞0，剩余气体体积增大对外做功，W＜0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知Q＝ΔU－W＞0气体从外界吸收热量．
〔总结提升〕1．等效法求解变质量的气体问题在“充气、抽气”模型中可以假设把充进或抽出的气体包含在气体变化的始、末状态中，即用等效法把变质量问题转化为恒定质量的问题．
(1)充气中的变质量问题设想将充进容器内的气体用一个无形的弹性口袋收集起来，那么当我们取容器和口袋内的全部气体为研究对象时，这些气体状态不管怎样变化，其质量总是不变的．这样，就将变质量的问题转化成质量一定的问题了．
(2)抽气中的变质量问题用抽气筒对容器抽气的过程中，对每一次抽气而言，气体质量发生变化，其解决方法同充气问题类似，假设把每次抽出的气体包含在气体变化的始、末状态中，即用等效法把变质量问题转化为恒定质量的问题．