专题14 热学——【山东专用】2020-2022三年高考物理真题分类汇编（原卷版+解析版）

这是一份专题14 热学——【山东专用】2020-2022三年高考物理真题分类汇编（原卷版+解析版），文件包含专题14热学解析版docx、专题14热学原卷版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共42页， 欢迎下载使用。
2020-22年三年山东卷高考汇编专题14 热学【考纲定位】内容要求 1.分子动理论　扩散现象和布朗运动通过实验，估测油酸分子的大小．了解分子动理论的基本观点及相关的实验证据．通过实验，了解扩散现象．观察并能解释布朗运动．了解分子运动速率分布的统计规律，知道分子运动速率分布图象的物理意义.2022·山东·高考T52.固体　晶体和非晶体　液晶了解固定的微观结构．知道晶体和非晶体的特点．能列举生活中的晶体和非晶体．通过实例，了解液晶的主要性质及其在显示技术中的应用．了解材料科学的有关知识及应用，体会它们的发展对人类生活和社会发展的影响． 3.液体的表面张力观察液体的表面张力现象．了解表面张力产生的原因．知道毛细现象． 4.气体实验定律及微观解释通过实验，了解气体实验定律．知道理想气体模型．能用分子动理论和统计观点解释气体压强和气体实验定律．2022·山东·高T152021·山东·高考T42020·山东·高考T62020·山东·高T155.热力学定律知道热力学第一定律．通过有关史实，了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过程，体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义．通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律．2021·山东·高考T2 【知识重现】一、分子动理论1．分子动理论的内容(1)物质是由大量分子组成的；(2)分子永不停息地做无规则运动；(3)分子间存在相互作用力．2．物体是由大量分子组成的(1)分子很小①直径数量级为10－10 m.②质量数量级为10－27～10－26 kg.③分子大小的实验测量：油膜法估测分子大小．(2)分子数目特别大：阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023 mol－1.(3)分子模型①球体模型：d＝(固、液体一般用此模型)．油膜法估测分子大小时d＝，S为单分子油膜的面积，V为滴到水中的纯油酸的体积．②立方体模型：d＝，气体一般用此模型．对气体，d应理解为相邻分子间的平均距离，气体分子间距大，大小可以忽略，不能估算气体分子的大小，只能估算气体分子所占空间、分子质量．(4)微观量的估算①分子的质量：m＝＝.②分子的体积：V0＝＝.对于气体，V0表示分子占据的空间．③物体所含的分子数：n＝NA＝NA或n＝NA＝NA.3．分子永不停息地做无规则热运动的相关现象(1)扩散现象：不同物质能够彼此进入对方的现象．温度越高，扩散越快．直接说明了组成物质的分子总是不停地无规则运动．(2)布朗运动：悬浮在液体或气体中的固体颗粒的无规则运动．发生原因是固体颗粒受到液体分子无规则撞击的不平衡性造成的．间接说明了液体或气体分子在永不停息地无规则运动．(3)布朗运动与分子热运动的比较如下 布朗运动分子热运动共同点都是无规则运动，都随温度的升高而变得更加剧烈 不同点小颗粒的运动分子的运动使用光学显微镜观察使用电子显微镜观察联系布朗运动是由于小颗粒受到周围分子热运动的撞击而引起的，反映了分子做无规则运动4.分子间存在着相互作用力(1)分子间同时存在引力和斥力，实际表现的分子力是他们的合力．引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而增大，斥力比引力变化得更快．(2)由于分子间存在着引力和斥力，所以分子具有由它们的相对位置决定的能，即分子势能．(3)分子力和分子势能随分子间距变化的规律如下： 分子力F分子势能Ep变化图象随分子间距的变化情况r<r0F引和F斥都随距离的增大而减小，随距离的减小而增大，F引<F斥，F表现为斥力r增大，分子力做正功，分子势能减小；r减小，分子力做负功，分子势能增加r>r0F引和F斥都随距离的增大而减小，随距离的减小而增大，F引>F斥，F表现为引力r增大，分子力做负功，分子势能增加；r减小，分子力做正功，分子势能减小r＝r0F引＝F斥，F＝0分子势能最小，但不为零r>10r0(10－9m)F引和F斥都已十分微弱，可以认为F＝0分子势能为零　　在图线表示F、Ep随r变化规律中，要注意它们的区别：r＝r0处，F＝0，Ep最小．在读Ep－r图象时还应注意分子势能的“＋”、“－”值是参与比较大小的．二、温度和内能1．温度宏观上温度是表示物体冷热程度的物理量，微观上温度是分子平均动能的标志．2．分子平均动能：物体内所有分子动能的平均值．(1)温度是分子平均动能大小的标志．(2)温度相同时任何物体的分子平均动能相等，但平均速率一般不等(不同分子质量不同)．3．分子动能：做热运动的分子具有动能，在热现象的研究中，单个分子的动能无研究意义，重要的是分子热运动的平均动能．4．分子势能：分子具有由它们的相对位置决定的能，即分子势能．决定因素5．物体的内能(1)物体的内能等于物体中所有分子热运动的动能与分子势能的总和，是状态量．(2)决定因素对于给定的物体，其内能大小由物体的温度和体积决定，与物体的位置高低、运动速度大小无关．(3)两种改变物体内能的方式①做功和热传递在内能改变上是等效的；②两者的本质区别：做功改变内能是其他形式的能和内能的相互转化，热传递是能的转移．三、固体和液体1．晶体与非晶体 晶体非晶体单晶体多晶体熔点确定不确定粒子排列有规则，但多晶体各个晶粒的排列无规则无规则形状规则不规则物理性质各向异性各向同性形成与转化有的物质在不同条件下能够形成不同的形态，同一物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，有些非晶体，在一定条件下也可以转化为晶体2.液体(1)液体的表面张力：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势，方向跟液面相切，跟这部分液面的分界线垂直．(2)液晶：既具有液体的流动性，又具有晶体的光学各向异性．液晶在显示器方面具有广泛的应用．3．饱和汽与饱和汽压(1)饱和汽：在密闭容器中的液体不断地蒸发，液面上的蒸汽也不断地凝结，蒸发和凝结达到动态平衡时，液面上的蒸汽叫饱和汽．(2)未饱和汽：未达到饱和状态的蒸汽．(3)饱和汽压：饱和汽所具有的压强．液体的饱和汽压与温度有关，温度越高，饱和汽压越大，且饱和汽压与饱和汽的体积无关．4．相对湿度(1)绝对湿度：空气中所含水蒸气的压强．(2)相对湿度：空气的绝对湿度与同一温度下水的饱和汽压之比．用公式表示为：相对湿度＝.四、气体1．气体分子运动的特点(1)分子很小，间距很大，除碰撞外不受力．(2)向各个方向运动的气体分子数目都相等．(3)分子做无规则运动，大量分子的速率按“中间多，两头少”的规律分布．如图所示．(4)温度一定时，某种气体分子的速率分布是确定的．温度升高时，速率小的分子数减少，速率大的分子数增多，分子的平均速率增大，但不是每个分子的速率都增大．2．气体的三个状态参量：压强、体积、温度．3．气体的压强(1)产生原因：由于气体分子无规则的热运动，大量的分子频繁地碰撞器壁产生持续而稳定的压力．(2)大小：气体的压强在数值上等于气体作用在单位面积上的压力，公式为p＝.(3)常用单位及换算关系国际单位：帕斯卡，符号：Pa，1 Pa＝1 N/m2；常用单位：标准大气压(atm)；厘米汞柱(cmHg)；换算关系：1 atm＝76 cmHg＝1.013×105 Pa≈1.0×105 Pa.4．气体实验定律 特点举例玻 意 耳 定 律(等 温)p­V图象pV＝CT(其中C为恒量)，即pV之积越大的等温线温度越高，线离原点越远T2>T1p­图象p＝CT·，斜率k＝CT.即斜率越大，温度越高T2>T1查 理 定 律(等 容)p­T图象p＝·T，斜率k＝，即斜率越大，体积越小V1<V2盖—吕 萨 克 定 律(等 压)V­T图象V＝·T，斜率k＝，即斜率越大，压强越小p1<p25.理想气体状态方程(1)理想气体宏观上讲，理想气体是指在任何条件下始终遵守气体实验定律的气体．实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下，可视为理想气体．微观上讲，理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力，即分子间无分子势能．(2)一定质量的理想气体状态方程：＝或＝C(常量)．五、热力学定律1．热力学第一定律(1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和．表达式为ΔU＝Q＋W.(2)对公式ΔU＝Q＋W符号的规定符号WQΔU＋外界对物体做功物体吸收热量内能增加－物体对外界做功物体放出热量内能减少(3)几种特殊过程若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加．若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q.外界对物体做的功等于物体放出的热量．(4)热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系．此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳．2．热力学第二定律(1)热力学第二定律的三种表述克劳修斯表述：按热传导的方向性可以表述为“热量不能自发地由低温物体传给高温物体”，这是热力学第二定律．开尔文表述：按机械能与内能转化过程的方向性，可以表述为“不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响”，或表述为“第二类永动机是不可能制成的”．用熵的概念表示热力学第二定律：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小．(2)热力学第二定律的微观意义：一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行．热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性．  【真题汇编】1．（2022·山东·高考真题）如图所示，内壁光滑的绝热气缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始时气缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将气缸缓慢转动过程中，缸内气体（       ）A．内能增加，外界对气体做正功B．内能减小，所有分子热运动速率都减小C．温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少D．温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加 2．（2022·山东·高考真题）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室壁簿，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，求：（1）鱼通过增加B室体积获得大小为a的加速度、需从A室充入B室的气体质量m；（2）鱼静止于水面下H1处时，B室内气体质量m1。      3．（2021·山东·高考真题）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B．对外界做正功C．增加的内能大于吸收的热量D．增加的内能等于吸收的热量4．（2021·山东·高考真题）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，压强计示数为。已知大气压强等于，气体温度不变。忽略细管和压强计内的气体体积。则V等于（　　）A． B． C． D．   5．（2020·山东·高考真题）一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a，其p-V图像如图所示。已知三个状态的坐标分别为a（V0， 2p0）、 b（2V0，p0）、c（3V0，2p0） 以下判断正确的是（　　）A．气体在a→b过程中对外界做的功小于在b→c过程中对外界做的功B．气体在a→b过程中从外界吸收的热量大于在b→c过程中从外界吸收的热量C．在c→a过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量D．气体在c→a过程中内能的减少量大于b→c过程中内能的增加量6．（2020·山东·高考真题）中医拔罐的物理原理是利用玻璃罐内外的气压差使罐吸附在人体穴位上，进而治疗某些疾病。常见拔罐有两种，如图所示，左侧为火罐，下端开口；右侧为抽气拔罐，下端开口，上端留有抽气阀门。使用火罐时，先加热罐中气体，然后迅速按到皮肤上，自然降温后火罐内部气压低于外部大气压，使火罐紧紧吸附在皮肤上。抽气拔罐是先把罐体按在皮肤上，再通过抽气降低罐内气体压强。某次使用火罐时，罐内气体初始压强与外部大气压相同，温度为450 K，最终降到300 K，因皮肤凸起，内部气体体积变为罐容积的。若换用抽气拔罐，抽气后罐内剩余气体体积变为抽气拔罐容积的，罐内气压与火罐降温后的内部气压相同。罐内气体均可视为理想气体，忽略抽气过程中气体温度的变化。求应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值。 【突破练习】1．（2022·山东枣庄·模拟预测）某汽车的四冲程内燃机利用奥托循环进行工作，该循环由两个绝热过程和两个等容过程组成。如图所示为一定质量的理想气体所经历的奥托循环，则该气体（　　）A．状态a和c在同一条等温线上B．在a→b过程中增加的内能在数值上等于abefa所围的“面积”C．在一次循环过程中吸收的热量大于放出的热量D．b→c过程中增加的内能小于d→a过程中减少的内能 2．（2022·山东省实验中学模拟预测）2021年11月8目，王亚平身穿我国自主研发的舱外航天服“走出”太空舱，成为我国第一位在太空“漫步”的女性。舱外航天服是密封一定气体的装置，用来提供适合人体生存的气压。王亚平先在节点舱（宇航员出舱前的气闸舱）穿上舱外航天服，航天服密闭气体的体积约为V1=2L，压强p1=1.0×105Pa，温度t1=27℃。她穿好航天服后，需要把节点舱的气压不断降低，以便打开舱门。若节点舱气压降低到能打开舱门时，密闭航天服内气体体积膨胀到V2=2.5L，温度变为t2=-3℃，此时航天服内气体压强为p2。为便于舱外活动，宇航员把航天服内的一部分气体缓慢放出，使气压降到p3=4.0×104Pa假设释放气体过程中温度不变，体积变为V3=3L。下列说法正确的是（　　）A．p2=0.72×105PaB．p2=0.82×105PaC．航天服需要放出的气体与原来气体的质量比为D．航天服需要放出的气体与原来气体的质量比为   3．（2022·山东·烟台二中模拟预测）如图，上端开口的圆柱形容器竖直放置在水平地面上，质量为m的活塞处于容器中部，活塞面积为S。用密封的盖子封住容器口后，将容器在竖直面内沿顺时针缓慢转至水平位置，这时活塞左边气体体积为，右边气体体积为。已知大气压强为，重力加速度为g，整个过程温度不变，活塞与气缸无摩擦且不漏气。则为（　　） A． B． C． D． 4．（2022·山东日照·三模）一定质量的理想气体处于初始状态A时，其体积为V0，温度为T0，压强为p0，该理想气体经过等压变化到状态B，温度缓慢升高了3T0，气体的内能增加了。下列说法正确的是（　　）A．每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多B．气体分子对器壁单位面积的平均撞击力变大C．理想气体经过等压变化，外界对气体做功为-2p0V0D．该过程中理想气体与外界交换的热量为+3p0V0 5．（2022·山东·三模）分子间存在相互作用的引力和斥力，它们作用力的合力随分子间距离变化的图像如图（F大于零表示引力，F小于零表示斥力）。则下列说法正确的是（　　）A．当分子间距离为时，分子势能最小B．当分子间距离为时，分子势能最大C．当分子间距离无限远时，分子势能最小D．在区间，随r的增大分子势能减小6．（2022·山东·模拟预测）一定质量的气体从状态a经历如图所示的过程，最后到达状态c，设a、b、c三状态下的密度分别为、、，则（　　）A． B．C． D．7．（2022·山东·模拟预测）如图所示，大玻璃瓶内装有大半瓶水，里面放入一个倒置的小瓶（小瓶内有部分空气，可看作理想气体），小瓶刚好未浮出水面，再用橡胶膜把大玻璃瓶瓶口密封。若温度保持不变，用力向下挤压橡胶膜，则（　　）A．小瓶保持静止B．小瓶匀加速下沉C．小瓶下沉到玻璃瓶底前，加速度越来越大D．小瓶先加速后减速下沉，小瓶内空气内能不变8．（2022·山东·泰安市基础教育教学研究室二模）一定质量的理想气体从状态A经状态变化到状态，体积和热力学温度的图象如图所示，三个状态的坐标分别是、、、已知状态的压强为，则该过程中气体（　　）A．吸收的热量为 B．吸收的热量为C．放出的热量为 D．放出的热量为9．（2022·山东·青岛二中高三开学考试）活塞式真空泵的工作原理如图，抽气筒与被抽密闭容器通过自动阀门相连，当活塞从抽气筒的左端向右移动到右端过程中，阀门自动开启，密闭容器内的气体流入抽气筒，活塞从右端向左移动到左端过程中，阀门自动关闭，抽气筒内活塞左侧的气体被排出，即完成一次抽气过程，如此往复，密闭容器内的气体压强越来越小。若密闭容器的容积为V，抽气筒的容积为0.1V，抽气前密闭容器内气体的压强为p0。抽气过程中气体的温度不变，若第1次抽气过程中被抽出的气体质量为m1，第2次抽气过程中被抽出的气体质量为m2，则m2∶m1为（　　）A．1 B．0.9∶1.1 C．1∶1.1 D．1∶1.1210．（2022·山东·高三学业考试）如图所示，储存有同种气体（可视为理想气体）的甲、乙两个储气罐之间用一细管连接。开始时细管上的阀门K闭合，甲罐中气体的压强为p，容积为V，乙罐中气体的压强未知，容积为2V。将阀门打开，两罐中的气体调配后，最后测得两罐中气体的压强都为，已知两罐中气体温度相同且在调配过程中保持不变。求：（1）阀门打开前乙罐中气体的压强；（2）两罐中气体压强相等时，进入乙罐中气体的质量与乙罐中原有气体的质量之比。       11．（2022·山东·模拟预测）为防止文物展出时因氧化而受损，需抽出存放文物的展柜中的空气，充入惰性气体，形成低氧环境。如图所示，为用活塞式抽气筒从存放青铜鼎的展柜内抽出空气的示意图。已知展柜容积为，开始时展柜内空气压强为，抽气筒每次抽出空气的体积为；抽气一次后，展柜内压强传感器显示内部压强为需；不考虑抽气引起的温度变化。求：（1）青铜鼎材料的总体积；（2）抽气两次后，展柜内剩余空气与开始时空气的质量之比。 12．（2022·山东·胜利一中模拟预测）自行车在生活中是一种普及程度很高的交通工具。自行车轮胎气压过低不仅费力而且又很容易损坏内胎，轮胎气压过高会使轮胎的缓冲性能下降，钢丝帘线易断裂或发生爆胎，必须保持合适的轮胎气压来延长轮胎使用寿命和提升骑行感受。某同学用打气筒给自行车打气，自行车轮胎容积为，胎内原来空气压强等于标准大气压强，温度为室温27℃，设每打一次可打入压强为一个标准大气压的空气。打气过程中由于压缩气体做功，打了40次后胎内气体温度升高到35℃。（1）假设车胎因膨胀而增大的体积可以忽略不计，则此时车胎内空气压强为多少；（2）若自行车说明书规定轮胎气压在室温27℃下标准压强为，为使充气后车胎内气压在室温27℃下达标，试经过计算判断此次充气量是多了还是少了？为达标应调整胎内气体的质量，则调整气体的质量占轮胎内总气体质量的比例。（车胎体积变化可以忽略不计，调整胎压时温度不变）