回归教材重难点12 热学-【查漏补缺】2022年高考物理三轮冲刺过关（解析版）

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回归教材重难点12  热学全国及各新高考省份对该部分的考查为热学的主干知识，包括分子动理论、内能、固体液体的性质、气体实验定律及图像、气体压强的微观解释、热力学两个定律等。本部分知识点较多且零散，因此在复习备考时要全面，不留死角，重要的课后习题要反复练习，吃透题目的要义；其次复习时要突出重点和难点，重视知识的内存联系，加强主干知识训练，特别是汽缸——活塞模型或玻璃管——液柱模型相关题目要加强训练；最后要更多地联系实际问题，培养分析问题、解决问题的能力，提高考生的模型建构能力和推理论证能力。知识点一　分子动理论1．宏观量、微观量以及它们之间的关系 已知量可求量摩尔体积Vmol分子体积V0＝(适用于固体和液体)分子占据体积V占＝(适用于气体)　摩尔质量Mmol分子质量m0＝体积V和摩尔体积Vmol分子数目n＝NA(适用于固体、液体和气体)质量m和摩尔质量Mmol分子数目n＝NA2.扩散现象、布朗运动与热运动的比较 现象扩散现象布朗运动热运动活动主体分子固体微小颗粒分子区别是分子的运动，发生在固体、液体、气体任何两种物质之间是比分子大得多的颗粒的运动，只能在液体、气体中发生是分子的运动，不能通过光学显微镜直接观察到共同点(1)都是无规则运动；(2)都随温度的升高而更加激烈联系扩散现象、布朗运动都反映了分子做无规则的热运动3.分子力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图线项目分子间的相互作用力F分子势能Ep与分子间距的关系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，斥力做正功，分子势能减少；r减小，斥力做负功，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，引力做负功，分子势能增加；r减小，引力做正功，分子势能减少r＝r0F引＝F斥，F＝0分子势能最小，但不为零r>10r0(10－9 m)F引和F斥都已十分微弱，可以认为分子间没有相互作用力分子势能为零知识点二　物体的内能1．内能和热量的比较 内能热量区别是状态量，状态确定系统的内能随之确定．一个物体在不同的状态下有不同的内能是过程量，它表示由于热传递而引起的内能变化过程中转移的能量联系在只有热传递改变物体内能的情况下，物体内能的改变量在数值上等于物体吸收或放出的热量2.物体的内能与机械能的比较 内能机械能定义物体中所有分子热运动的动能与分子势能的总和物体的动能、重力势能和弹性势能的统称决定因素与物体的温度、体积、物态和分子数有关跟宏观运动状态、参考系和零势能点的选取有关量值任何物体都有内能可以为零测量无法测量可测量本质微观分子的运动和相互作用的结果宏观物体的运动和相互作用的结果运动形式热运动机械运动联系在一定条件下可以相互转化，能的总量守恒 知识点三　固体和液体1．晶体和非晶体(1)单晶体具有各向异性，但不是在各种物理性质上都表现出各向异性．(2)只要是具有各向异性的物体必定是晶体，且是单晶体．(3)只要是具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体．2．液体表面张力形成原因表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大，分子间的相互作用力表现为引力表面特性表面层分子间的引力使液面产生了表面张力，使液体表面好像一层绷紧的弹性薄膜，分子势能大于液体内部的分子势能方向和液面相切，垂直于液面上的各条分界线效果表面张力使液体表面具有收缩趋势，使液体表面积趋于最小，而在体积相同的条件下，球形的表面积最小知识点四　气体实验定律1．气体压强(1)产生的原因由于大量分子无规则运动而碰撞器壁，形成对器壁各处均匀、持续的压力，作用在器壁单位面积上的压力叫做气体的压强．(2)决定因素①宏观上：决定于气体的温度和体积．②微观上：决定于分子的平均动能和分子的密集程度．2．气体实验三定律 玻意耳定律查理定律盖—吕萨克定律条件质量一定，温度不变质量一定，体积不变质量一定，压强不变表达式p1V1＝p2V2＝＝图象 知识点五、理想气体状态方程1．理想气体(1)宏观上讲，理想气体是指在任何温度、任何压强下始终遵从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．(2)微观上讲，理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力，分子本身没有体积，即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间．2．理想气体的状态方程(1)内容：一定质量的某种理想气体发生状态变化时，压强跟体积的乘积与热力学温度的比值保持不变. (2)公式：＝或＝C(C是与p、V、T无关的常量)．知识点六　热力学第一定律1．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．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.改变内能的两种方式的比较 做功热传递区别 内能变化情况外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少从运动形式看做功是宏观的机械运动向物体的微观分子热运动的转化热传递是通过分子之间的相互作用，使同一物体的不同部分或不同物体间的分子热运动发生变化从能量角度看做功是其他形式的能与内能相互转化的过程，能的性质发生了变化不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移，能的性质不变联系做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的 知识点七　热力学第二定律1．在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”的含义(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助．(2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响．如吸热、放热、做功等．2．热力学第二定律的实质：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．　热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在有外界影响的条件下，热量可以从低温物体传到高温物体，如电冰箱；在引起其他变化的条件下内能也可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程．3．两类永动机的比较 第一类永动机第二类永动机不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器违背能量守恒定律，不可能制成不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律，不可能制成  1. （2021·海南卷）[多选]如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程到达状态b，再经过等温过程到达状态c，直线过原点。则气体（　　） A．在状态c的压强等于在状态a的压强B．在状态b的压强小于在状态c的压强C．在的过程中内能保持不变D．在的过程对外做功【答案】AC【解析】AB．根据可知，因直线ac过原点，可知在状态c的压强等于在状态a的压强，b点与原点连线的斜率小于c点与原点连线的斜率，可知在状态b的压强大于在状态c的压强，选项A正确，B错误；C．在的过程中温度不变，则气体的内能保持不变，选项C正确；D．在的过程中，气体的体积不变，则气体不对外做功，选项D错误。故选AC。2.（2019·江苏卷）[多选]在没有外界影响的情况下，密闭容器内的理想气体静置足够长时间后，该气体      ．A．分子的无规则运动停息下来 B．每个分子的速度大小均相等C．分子的平均动能保持不变 D．分子的密集程度保持不变【答案】CD【解析】分子的无规则运动则为分子的热运动，由分子动理论可知，分子热运动不可能停止，故A错误；密闭容器内的理想气体，温度不变，所以分子平均动能不变，但并不是每个分子的动能都相等，故B错误，C正确；由于没有外界影响且容器密闭，所以分子的密集程度不变，故D正确．3．（2021·天津卷）[多选]列车运行的平稳性与车厢的振动密切相关，车厢底部安装的空气弹簧可以有效减振，空气弹簧主要由活塞、气缸及内封的一定质量的气体构成。上下乘客及剧烈颠簸均能引起车厢振动，上下乘客时气缸内气体的体积变化缓慢，气体与外界有充分的热交换；剧烈颠簸时气缸内气体的体积变化较快，气体与外界来不及热交换。若气缸内气体视为理想气体，在气体压缩的过程中（　　）A．上下乘客时，气体的内能不变 B．上下乘客时，气体从外界吸热C．剧烈颠簸时，外界对气体做功 D．剧烈颠簸时，气体的温度不变【答案】AC【解析】AB．上下乘客时气缸内气体与外界有充分的热交换，即发生等温变化，温度不变，故气体的内能不变，体积变化缓慢，没有做功，故没有热交换，故A正确，B错误；CD．剧烈颠簸时气缸内气体的体积变化较快，且气体与外界来不及热交换，气体经历绝热过程，外界对气体做功，温度升高，故C正确，D错误。故选AC。4.（2021·广东卷）为方便抽取密封药瓶里的药液，护士一般先用注射器注入少量气体到药瓶里后再抽取药液，如图所示，某种药瓶的容积为0.9mL，内装有0.5mL的药液，瓶内气体压强为，护士把注射器内横截面积为、长度为0.4cm、压强为的气体注入药瓶，若瓶内外温度相同且保持不变，气体视为理想气体，求此时药瓶内气体的压强。【答案】【解析】以注入后的所有气体为研究对象，由题意可知瓶内气体发生等温变化，设瓶内气体体积为V1,有注射器内气体体积为V2，有根据理想气体状态方程有代入数据解得5．（2021·山东卷）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．【答案】D【解析】根据玻意耳定律可知已知，，代入数据整理得故选D。6．（2021·广东卷）在高空飞行的客机上某乘客喝完一瓶矿泉水后，把瓶盖拧紧。下飞机后发现矿泉水瓶变瘪了，机场地面温度与高空客舱内温度相同。由此可判断，高空客舱内的气体压强______（选填“大于”、“小于”或“等于”）机场地面大气压强：从高空客舱到机场地面，矿泉水瓶内气体的分子平均动能______（选填“变大”、“变小”或“不变”）。【答案】     小于     不变【解析】[1]机场地面温度与高空客舱温度相同，由题意知瓶内气体体积变小，以瓶内气体为研究对象，根据理想气体状态方程故可知高空客舱内的气体压强小于机场地面大气压强；[2]由于温度是平均动能的标志，气体的平均动能只与温度有关，机场地面温度与高空客舱温度相同，故从高空客舱到机场地面，瓶内气体的分子平均动能不变。7．（2021·湖南娄底市高三模拟）[多选]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．同种物质不可能以晶体和非品体两种不同的形态出现C．如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡。那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡D．知道阿伏伽德罗常数、气体的摩尔质量和密度，可以估算出该气体中分子间的平均距离E.土壤里有很多毛细管，若要防止把地下的水分沿着它们引到地表，可将地面的土壤锄松【答案】CDE【解析】A．气体的内能等于气体内所有气体分子的动能和分子势能之和，但不包括气体分子的重力势能，故A错误；B．同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，如煤炭与金刚石，故B错误；C．如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡。那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡，故C正确；D．由气体的摩尔质量和气体的密度，可估算出摩尔体积，再根据阿伏伽德罗常数，可以估算出单个理想气体分子所占的平均体积，进而估算出理想气体分子间的平均距离，故D正确；E．将地面的土壤锄松。破坏了毛细管，可以减小土地下的水分蒸发，故E正确。故选CDE。8．（2021·广东高三模拟）[多选]以下说法正确的是（　　）A．太空中水滴成球形，是液体表面张力作用的结果B．大颗粒的盐磨成了细盐，就变成了非晶体C．液晶既有液体的流动性，又有光学性质的各向异性D．晶体熔化时吸收热量，分子平均动能一定增大E.液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，所以液体表面存在表面张力【答案】ACE【解析】AE．液体表面具有收缩的趋势，即液体表面表现为张力，是液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，液面分子间表现为引力，太空中水滴成球形，是液体表面张力作用的结果，AE正确；B．大颗粒的盐磨成了细盐，还是晶体，B错误；C．液晶是一种特殊的物态，它既具有液体的流动性，又具有光学各向异性，C正确；D．晶体融化时吸收热量，但温度不变，所以分子平均动能不变，D错误。故选ACE。9．（2021·北京东城区高三一模）对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是（　　）A．气体温度升高，每一个气体分子的动能都增大B．气体温度升高，气体内能一定增大C．若压缩气体做功，气体分子的无规则运动一定更剧烈D．若气体膨胀对外做功100 J，则内能一定减少100J【答案】B【解析】A．气体温度升高，绝大多数气体分子的动能都增大，但个别分子的动能也可能减小，A错误；B．理想气体不考虑分子势能，气体温度升高，气体分子的平均动能增大，气体内能一定增大，B正确；C．压缩气体做功，若存在对外放热，由热力学第一定律可知，气体的内能可能减小，温度可能降低，故无规则运动不一定更剧烈，C错误；D．若气体膨胀对外做功100J，内能不一定减少100J，还跟吸、放热多少有关，D错误。故选B。10．（2021·山东高三模拟）如图所示为一定质量理想气体状态变化的p-t图像。图中BA的延长线过（–273，0）点，CB平行于t轴，则下列说法正确的是（　　）A．气体由状态A变为状态B，外界对气体做功B．气体由状态C变为状态A，气体吸收热量C．气体在状态B时的分子数密度比在状态C时的大D．气体在状态B时的分子数密度比在状态A时的大【答案】B【解析】A．根据题意可知从状态A到状态B气体做等容变化，气体吸热，外界不对气体做功，故A错误；B．从状态C变为状态A时，气体温度不变，内能不变，压强减小，体积增大，气体对外界做功，气体从外界吸收热量，故B正确；CD．从状态B到状态C气体做等压变化，温度降低，体积减小，所以状态B的分子数密度比状态C时的分子数密度小，状态A、B气体的体积相等，分子数密度相同，故C、D错误。故选B。11．（2021·北京丰台区高三一模）两个分子间的作用力的合力F与分子间距离r的关系如图所示，假定两个分子的距离为无穷远时它们的分子势能为0，下列说法正确的是（　　）A．在r由无限远到趋近于0的过程中，F先变小后变大B．在r由无限远到趋近于0的过程中，F先做正功后做负功C．在r由无限远到趋近于0的过程中，分子势能先增大后减小再增大D．在r=r0处分子势能为零【答案】B【解析】A．由图可知，在r由无限远到趋近于0的过程中，F先变大后变小，再变大，A错误；B．在r由无限远到趋近于0的过程中，F先是引力，故做正功，后变为斥力，故做负功，B正确；C．在r由无限远到趋近于0的过程中，由于分子力先做正功后做负功，故分子势能先减小后增大，C错误；D．在r=r0处分子势能最小，由于规定两个分子的距离为无穷远时它们的分子势能为0，故此处的分子势能不为零，D错误。故选B。12．（2021·辽宁卷）如图（a）所示，“系留气球”是一种用缆绳固定于地面、高度可控的氦气球，作为一种长期留空平台，具有广泛用途。图（b）为某一“系留气球”的简化模型图；主、副气囊通过无漏气、无摩擦的活塞分隔，主气囊内封闭有一定质量的氦气（可视为理想气体），副气囊与大气连通。轻弹簧右端固定、左端与活塞连接。当气球在地面达到平衡时，活塞与左挡板刚好接触，弹簧处于原长状态。在气球升空过程中，大气压强逐渐减小，弹簧被缓慢压缩。当气球上升至目标高度时，活塞与右挡板刚好接触，氦气体积变为地面时的1.5倍，此时活塞两侧气体压强差为地面大气压强的。已知地面大气压强p0=1.0×105Pa、温度T0=300K，弹簧始终处于弹性限度内，活塞厚度忽略不计。（1）设气球升空过程中氦气温度不变，求目标高度处的大气压强p；（2）气球在目标高度处驻留期间，设该处大气压强不变。气球内外温度达到平衡时，弹簧压缩量为左、右挡板间距离的。求气球驻留处的大气温度T。【答案】(1) 5.0×104Pa；(2) 266K【解析】（1）汽缸中的温度不变，则发生的是等温变化，设气缸内的气体在目标位置的压强为，由玻意耳定律解得由目标处的内外压强差可得解得（2）有胡克定律可知弹簧的压缩量变为原来的，则活塞收到弹簧的压强也变为原来的，即设此时气缸内气体的压强为，对活塞压强平衡可得由理想气体状态方程可得其中解得