专题1.1 热学问题-2023届高考物理二、三轮复习总攻略（解析版）

这是一份专题1.1 热学问题-2023届高考物理二、三轮复习总攻略（解析版），共25页。试卷主要包含了1 热学问题，液体表面张力的理解，压强的计算等内容，欢迎下载使用。
目录
TOC \ "1-3" \h \u \l "_Tc19232" 【专题知识网络构建】 PAGEREF _Tc19232 \h 1
\l "_Tc2287" 【专题高考定位】 PAGEREF _Tc2287 \h 1
\l "_Tc6589" 【突破高考题型】 PAGEREF _Tc6589 \h 2
\l "_Tc24850" 题型一 分子动理论 固体和液体 PAGEREF _Tc24850 \h 2
\l "_Tc21641" 题型二 气体实验定律 理想气体状态方程 PAGEREF _Tc21641 \h 5
\l "_Tc14769" 题型三 热力学定律与气体实验定律的综合 PAGEREF _Tc14769 \h 10
\l "_Tc14273" 【专题突破练】 PAGEREF _Tc14273 \h 13
【专题知识网络构建】
【专题高考定位】
1．考查重点：分子动理论；固体和液体的性质；应用气体实验定律和理想气体状态方程解决“玻璃管类”和“活塞类”的气体性质分析；气体状态变化的图像问题；受力分析、平衡条件与气体实验定律的综合应用；热力学第一定律和气体实验定律的结合。
2．考题形式：选择题、计算题。
【突破高考题型】
题型一 分子动理论 固体和液体
【核心主干知识回扣】
1．估算问题
(1)分子总数：N＝nNA＝eq \f(m,M)NA＝eq \f(V,Vml)NA。
特别提醒：对气体而言，V0＝eq \f(V,N)不等于一个气体分子的体积，而是表示一个气体分子占据的空间。
(2)两种分子模型：①球体模型：V＝eq \f(4,3)πR3＝eq \f(1,6)πd3(d为球体直径)；②立方体模型：V＝a3。
2．分子热运动：分子永不停息地做无规则运动，温度越高，分子的无规则运动越剧烈，即平均速率越大，但某个分子的瞬时速率不一定大。
3．晶体与非晶体
4.液体表面张力的理解
【典型例题分析】
【例1】(多选)(2022·北京高三二模)关于分子动理论，下列说法中正确的是( )
A．图甲“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，测得油酸分子大小的数量级为10－10 m
B．图乙为布朗运动实验的观测记录，图中记录的是某个微粒做布朗运动的速度—时间图线
C．图丙为分子力F与分子间距r的关系图，分子间距从r0开始增大时，分子势能变小
D．图丁为大量气体分子热运动的速率分布图，曲线②对应的分子平均动能较大
【答案】 AD
【解析】 图甲“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，测得油酸分子大小的数量级为10－10 m，A正确；图乙为布朗运动实验的观测记录，图中记录的是某个微粒做布朗运动每隔一定时间所到的位置，然后连起来，可发现该微粒做的是无规则运动，B错误；图丙为分子力F与分子间距r的关系图，分子间距从r0开始增大时，分子力做负功，分子势能变大，C错误；图丁为大量气体分子热运动的速率分布图，曲线②中分子速率较大的占比较大，故对应的分子平均动能较大，D正确。
【例2】(2022·江苏省高考模拟)据研究发现，新冠病毒感染的肺炎传播途径之一是气溶胶传播。气溶胶是指悬浮在气体介质中的固态或液态颗粒所组成的气态分散系统。这些固态或液态颗粒的大小一般在10－3～103 μm之间。已知布朗运动微粒大小通常在10－6 m数量级。下列说法正确的是( )
A．布朗运动是气体介质分子的无规则运动
B．在布朗运动中，固态或液态颗粒越小，布朗运动越剧烈
C．在布朗运动中，颗粒无规则运动的轨迹就是分子的无规则运动的轨迹
D．当固态或液态颗粒很小时，能很长时间都悬浮在气体中，颗粒的运动属于布朗运动，能长时间悬浮是因为气体浮力作用
【答案】 B
【解析】 固态或液态颗粒在气体介质中的无规则运动是布朗运动，是气体分子无规则热运动撞击的结果，而不是悬浮颗粒受到气体浮力导致的，反映气体分子的无规则运动；颗粒越小，气体分子对颗粒的撞击作用越不容易平衡，布朗运动越剧烈，故B正确，A、D错误；在布朗运动中，颗粒本身并不是分子，而是分子集团，所以颗粒无规则运动的轨迹不是分子无规则运动的轨迹，故C错误。
【提炼总结】扩散现象、布朗运动与热运动的比较
【例3】(2022·江苏扬州期末)2021年12月9日，在“天宫课堂”中王亚平往水球中注入一个气泡，如图所示，气泡静止在水中，此时( )
A．气泡受到浮力
B．气泡内分子热运动停止
C．气泡内气体在界面处对水产生压力
D．水与气泡界面处，水分子间作用力表现为斥力
【答案】 C
【解析】 由于在完全失重状态下，气泡不会受到浮力，A错误；气泡内分子一直在做无规则的热运动，B错误；即便在失重状态下，气泡内气体在界面处也会产生压强，所以气泡内气体在界面处对水产生压力，C正确；水与气泡界面处，水分子较为稀疏，水分子间作用力表现为引力，D错误。
【例4】(2022·福建莆田市4月模拟)关于热学知识的理解，下列说法中正确的是( )
A．单晶体的某些物理性质呈现各向异性
B．液体表面张力产生的原因是液体表面层分子间距离比较大，分子力表现为
斥力
C．雨水没有透过雨伞是因为水和伞的不浸润现象
D．在熔化过程中，非晶体要吸收热量，但温度可以保持不变
【答案】 A
【解析】 单晶体的某些物理性质呈现各向异性，选项A正确；液体表面张力产生的原因是液体表面层分子间距离比较大，分子力表现为引力，选项B错误；雨水没有透过雨伞是因为液体表面张力，故C错误；在熔化过程中，非晶体要吸收热量，温度升高，故D错误。
【例5】(多选)下列理解正确的是( )
A．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
B．单晶体具有固定的熔点，多晶体没有固定的熔点
C．有的物质在不同条件下能够生成不同晶体，是因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布
D．固体可以分为晶体和非晶体两类，晶体、非晶体是绝对的，是不可以相互转化的
【答案】 AC
【解析】 液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似具有各向异性，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，故A项正确；单晶体和多晶体都具有固定的熔点，故B项错误；有的物质在不同条件下能够生成不同晶体，是因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布，例如石墨和金刚石，故C项正确；固体可以分为晶体和非晶体两类，晶体、非晶体不是绝对的，是可以相互转化的；例如天然石英是晶体，熔融过的石英是非晶体；把晶体硫加热熔化(温度超过300 ℃)再倒入冷水中，会变成柔软的非晶硫，再过一段时间又会转化为晶体硫，故D项错误。
题型二 气体实验定律 理想气体状态方程
【核心主干知识回扣】
1．气体实验定律及状态方程
2．气体状态变化的图像问题
3.压强的计算
(1)被活塞、汽缸封闭的气体，通常分析活塞或汽缸的受力，应用平衡条件或牛顿第二定律求解，压强单位为Pa。
(2)水银柱密封的气体，应用p＝p0＋ph或p＝p0－ph计算压强，压强p的单位为cmHg或mmHg。
4．规律的选取
(1)若气体质量一定，p、V、T中有一个量不发生变化，则选用对应的气体实验定律列方程求解。
(2)若气体质量一定，p、V、T均发生变化，则选用理想气体状态方程列式求解。
【例1】(2021·湖南卷，16)小赞同学设计了一个用电子天平测量环境温度的实验装置，如图所示。导热汽缸开口向上并固定在桌面上，用质量m1＝600 g、截面积S＝20 cm2的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。一轻质直杆中心置于固定支点A上，左端用不可伸长的细绳竖直悬挂活塞，右端用相同细绳竖直悬挂一个质量m2＝1 200 g的铁块，并将铁块放置到电子天平上。当电子天平示数为600.0 g时，测得环境温度T1＝300 K。设外界大气压强p0＝1.0×105 Pa，重力加速度g＝10 m/s2。
(1)当电子天平示数为400.0 g时，环境温度T2为多少？
(2)该装置可测量的最高环境温度Tmax为多少？
【答案】 (1)297 K (2)309 K
【解析】 (1)整个系统处于平衡状态，汽缸内的气体发生等容变化，当电子天平的示数为600.0 g时，细绳对铁块的拉力大小F1＝m2g－FN1，右端细绳对轻杆的拉力大小也为F1，对轻杆根据平衡条件可得左端细绳对轻杆的拉力大小为F1，左端细绳对活塞向上的拉力大小为F1，对活塞根据平衡条件有F1＋p1S＝p0S＋m1g，解得p1＝p0
当电子天平的示数为400.0 g时，右端细绳对铁块的拉力大小F2＝m2g－FN2
同理，对活塞有F2＋p2S＝p0S＋m1g
解得p2＝0.99×105 Pa
由查理定律得eq \f(p1,T1)＝eq \f(p2,T2)，解得T2＝297 K。
(2)气体的温度越高绳的张力越小，当绳中的张力为零时，系统的温度最高，此时对活塞有p3S＝p0S＋m1g
解得p3＝1.03×105 Pa
由查理定律得eq \f(p1,T1)＝eq \f(p3,Tmax)
解得该装置可测量的最高环境温度Tmax＝309 K。
【总结提炼】气体实验定律的应用思路
【例2】(2022·辽宁沈阳质监)2021年11月8日，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＝2 L，压强p1＝1.0×105 Pa，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。
(1)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＝3 L，温度变为t2＝－3 ℃，这时航天服内气体压强p2为多少？
(2)为便于舱外活动，宇航员出舱前需要把航天服内的一部分气体缓慢放出，使气压降到p3＝4.0×104 Pa。假设释放气体过程中温度不变，体积变为V3＝2.5 L，那么航天服需要放出的气体与原来气体的质量比为多少？
【答案】 (1)6×104 Pa (2)eq \f(4,9)
【解析】 (1)由题意可知密闭航天服内气体初、末状态温度分别为
T1＝300 K、T2＝270 K
根据理想气体状态方程有eq \f(p1V1,T1)＝eq \f(p2V2,T2)
解得p2＝6×104 Pa。
(2)设航天服需要放出的气体在压强为p3状态下的体积为ΔV，根据玻意耳定律有p2V2＝p3(V3＋ΔV)，解得ΔV＝2 L
则放出的气体与原来气体的质量比为eq \f(ΔV,V3＋ΔV)＝eq \f(4,9)。
【提炼总结】
一．理想气体状态方程与气体实验定律的关系
eq \f(p1V1,T1)＝eq \f(p2V2,T2)eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(温度不变：p1V1＝p2V2,（玻意耳定律）,体积不变：\f(p1,T1)＝\f(p2,T2),（查理定律）,压强不变：\f(V1,T1)＝\f(V2,T2),（盖－吕萨克定律）))
二．“变质量气体”模型
1．充气问题
选择原有气体和即将充入的气体作为研究对象，就可把充气过程中气体质量变化问题转化为定质量气体的状态变化问题。
2．抽气问题
将每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象，质量不变，故抽气过程可以看成是等温膨胀过程。
3．灌气问题
把大容器中的剩余气体和多个小容器中的气体整体作为研究对象，可将变质量问题转化为定质量问题。
4．漏气问题
选容器内剩余气体和漏出气体整体作为研究对象，便可使问题变成一定质量气体的状态变化，可用理想气体的状态方程求解。
【例3】[2022·河北卷，15(2)]水平放置的气体阻尼器模型截面如图所示，汽缸中间有一固定隔板，将汽缸内一定质量的某种理想气体分为两部分，“H”型连杆活塞的刚性连杆从隔板中央圆孔穿过，连杆与隔板之间密封良好。设汽缸内、外压强均为大气压强p0。活塞面积为S，隔板两侧气体体积均为SL0，各接触面光滑。连杆的截面积忽略不计。现将整个装置缓慢旋转至竖直方向，稳定后，上部气体的体积为原来的eq \f(1,2)，设整个过程温度保持不变，求：
(ⅰ)此时上、下部分气体的压强；
(ⅱ)“H”型连杆活塞的质量(重力加速度大小为g)。
【答案】 (ⅰ)2p0，eq \f(2,3)p0 (ⅱ)eq \f(4p0S,3g)
【解析】 (ⅰ)旋转前后，上部分气体发生等温变化，根据玻意耳定律可知
p0·SL0＝p1·eq \f(1,2)SL0
解得旋转后上部分气体压强为p1＝2p0。
旋转前后，下部分气体也发生等温变化，下部分气体体积增大为eq \f(1,2)SL0＋SL0＝eq \f(3,2)SL0
则p0·SL0＝p2·eq \f(3,2)SL0
解得旋转后下部分气体压强为p2＝eq \f(2,3)p0。
(ⅱ)对“H”型连杆活塞整体受力分析，活塞的重力mg方向竖直向下，上部分气体对活塞的作用力方向竖直向上，下部分气体对活塞的作用力方向竖直向下，上下接触面所受大气压力平衡，根据平衡条件可知
p1S＝mg＋p2S
解得活塞的质量为m＝eq \f(4p0S,3g)。
【总结提炼】“汽缸活塞类”模型
1．解题的一般思路
(1)确定研究对象，研究对象分两类：一类是热学研究对象(一定质量的理想气体)；另一类是力学研究对象(汽缸、活塞或某系统)。
(2)分析物理过程，对热学研究对象分析清楚初、末状态及状态变化过程，依据气体实验定律列出方程；对力学研究对象要正确地进行受力分析，依据力学规律列出方程。
(3)挖掘题目的隐含条件，如几何关系等，列出辅助方程。
(4)多个方程联立求解。对求解的结果注意检验它们的合理性。
2．常见类型
(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)气体系统处于力学非平衡状态，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。
【例4】(2022·山东日照一模)一定质量的理想气体经历两个不同过程，分别由压强—体积(p－V)图上的两条曲线Ⅰ和Ⅱ表示，如图所示，曲线均为反比例函数曲线的一部分。a、b为曲线Ⅰ上的两点，气体在状态a和b的压强分别为pa、pb，温度分别为Ta、Tb。c、d为曲线Ⅱ上的两点，气体在状态c和d的压强分别为pc、pd，温度分别为Tc、Td。下列关系式正确的是( )
A.eq \f(Ta,Tb)＝eq \f(1,3) B.eq \f(Ta,Tc)＝eq \f(1,2)
C.eq \f(pa,pd)＝eq \f(2,3) D.eq \f(pd,pb)＝eq \f(1,2)
【答案】 B
【解析】 根据理想气体状态方程及曲线均为反比例函数曲线的一部分，可得曲线Ⅰ为等温变化，故可得a、b两点的温度相同，A错误； a到c为等压变化，即有eq \f(Ta,Tc)＝eq \f(Va,Vc)＝eq \f(1,2)，B正确；由图像可知pa＝pc，又eq \f(pd,pc)＝eq \f(Vc,Vd)＝eq \f(2,3)，故eq \f(pa,pd)＝eq \f(3,2)，C错误；由图像可知pa＝pc，又eq \f(pa,pd)＝eq \f(3,2)，eq \f(pa,pb)＝3，故eq \f(pd,pb)＝2，D错误。
题型三 热力学定律与气体实验定律的综合
【核心主干知识回扣】
1．ΔU、W、Q的理解
(1)内能变化量ΔU
①由气体温度变化分析ΔU。温度升高，内能增加，ΔU>0；温度降低，内能减少，ΔU0，吸热；Q