2024届高考物理二轮复习第13讲热学学案

这是一份2024届高考物理二轮复习第13讲热学学案，共20页。

命题分类剖析
命题点一 分子动理论 、 固体与液体的性质
热学基础知识考查模型
[提醒] (1)球模型(适用于固体、液体)，立方体模型(适用于气体)．
(2)晶体、非晶体的关键性区别为是否具有固定的熔点，只有单晶体才可能具有各向异性．

例 1 (多选)关于固体、液体和气体，下列说法正确的是( )
A．高原地区煮饭会夹生，水的沸点较低，是因为高原地区温度较低的缘故
B．晶体一定具有固定的熔点，但不一定具有规则的几何外形
C．降低温度能够使气体的饱和气压降低，从而使气体液化
D．在一定温度下，当人们感到潮湿时，水汽蒸发慢，空气的相对湿度一定较小
例 2 [2023·浙江6月](多选)下列说法正确的是( )
A．热量能自发地从低温物体传到高温物体
B．液体的表面张力方向总是跟液面相切
C．在不同的惯性参考系中，物理规律的形式是不同的
D．当波源与观察者相互接近时，观察者观测到波的频率大于波源振动的频率
例 3 [2024·河南洛阳开学考试](多选)如图所示的甲、乙两幅图像分别表示两分子间的作用力、分子势能与两分子间距离的关系．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．分子间距r＝r0表示平衡位置，此位置分子间的引力、斥力都等于0
B．当分子间距r＝r0时，分子力、分子势能都达到最小值
C．当分子间距无限大时，分子势能最小
D．当分子间距r>r0，随着r的增大，F先增大后减小，Ep增大
提升训练
1. [2023·海南卷]如图为两分子靠近过程中的示意图，r0为分子间平衡距离，下列关于分子力和分子势能的说法正确的是( )
A．分子间距离大于r0时，分子间表现为斥力
B．分子从无限远靠近到距离r0处的过程中分子势能变大
C．分子势能在r0处最小
D．分子间距离在小于r0且减小时，分子势能在减小
2．[2023·北京卷]夜间由于气温降低，汽车轮胎内的气体压强变低．与白天相比，夜间轮胎内的气体( )
A．分子的平均动能更小
B．单位体积内分子的个数更少
C．所有分子的运动速率都更小
D．分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更大
3．[2023·广西统考二模](多选)图甲是三颗微粒做布朗运动的位置连线图，图乙是氧气分子速率分布图，图丙是静止在水面上的硬币，图丁是农田耕种前锄松土壤，下列说法正确的是( )
A．甲图中，微粒越小，布朗运动越明显
B．乙图中，温度升高，所有氧分子的速率都增大
C．丙图中，硬币能浮在水面上，主要是因为水的浮力
D．丁图中，锄松土壤会破坏土层表面的毛细管，保持土壤水分
命题点二 气体实验定律的应用
1．压强的计算
(1)被活塞或汽缸封闭的气体，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.
2．合理选取气体变化所遵循的规律列方程
(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．
3．关联气体问题
解决由活塞、液柱相联系的两部分气体问题时，根据两部分气体压强、体积的关系，列出关联关系式，再结合气体实验定律或理想气体状态方程求解．
考向1 “汽缸活塞”类问题
例 1 [2023·新课标卷](多选)如图，一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地面上，用轻弹簧连接的两绝热活塞将汽缸分为f、g、h三部分，活塞与汽缸壁间没有摩擦．初始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等．现通过电阻丝对f中的气体缓慢加热，停止加热并达到稳定后( )
A．h中的气体内能增加
B．f与g中的气体温度相等
C．f与h中的气体温度相等
D．f与h中的气体压强相等
考向2 “液柱”类问题
例 2 [2023·全国乙卷]
如图，竖直放置的封闭玻璃管由管径不同、长度均为20 cm的A、B两段细管组成，A管的内径是B管的2倍，B管在上方．管内空气被一段水银柱隔开，水银柱在两管中的长度均为10 cm.现将玻璃管倒置使A管在上方，平衡后，A管内的空气柱长度改变1 cm.求B管在上方时，玻璃管内两部分气体的压强．(气体温度保持不变，以cmHg为压强单位)
考向3 变质量问题
例 3 [2023·湖南卷]汽车刹车助力装置能有效为驾驶员踩刹车省力．如图，刹车助力装置可简化为助力气室和抽气气室等部分构成，连杆AB与助力活塞固定为一体，驾驶员踩刹车时，在连杆AB上施加水平力推动液压泵实现刹车．助力气室与抽气气室用细管连接，通过抽气降低助力气室压强，利用大气压与助力气室的压强差实现刹车助力．每次抽气时，K1打开，K2闭合，抽气活塞在外力作用下从抽气气室最下端向上运动，助力气室中的气体充满抽气气室，达到两气室压强相等；然后，K1闭合，K2打开，抽气活塞向下运动，抽气气室中的全部气体从K2排出，完成一次抽气过程．已知助力气室容积为V0，初始压强等于外部大气压强p0，助力活塞横截面积为S，抽气气室的容积为V1.假设抽气过程中，助力活塞保持不动，气体可视为理想气体，温度保持不变．
(1)求第1次抽气之后助力气室内的压强p1；
(2)第n次抽气后，求该刹车助力装置为驾驶员省力的大小ΔF.
考向4 气体状态图像问题
例 4 [2023·上海卷]
一定质量的理想气体，经历如图过程，其中ab、cd分别为双曲线的一部分．下列对a、b、c、d四点温度大小比较正确的是( )
A．Ta>Tb B．Tb>Tc
C．Tc>Td D．Td>Ta
提升训练
1.[2023·海南卷]
如图所示，某饮料瓶内密封一定质量的理想气体，t＝27 ℃时，压强p＝1.050×105 Pa，则
(1)t′＝37 ℃时，气压是多大？
(2)保持温度不变，挤压气体，使之压强与(1)相同时，气体体积变为原来的多少倍？
2．[2023·山东省齐鲁名校三模]汽车胎压是指汽车轮胎内部的气压，是汽车行车安全及动力性能的一个重要指标．如图所示，是一辆家用轿车在一次出行过程中仪表盘上显示的两次胎压值，其中图(a)表示刚出发时的显示值，图(b)表示到达目的地时的显示值，出发前胎内温度与环境温度相同．(1 bar可近似等于1个标准大气压，车胎内气体可视为理想气体且忽略体积变化)轿车仪表盘胎压实时监测．
(1)此次出行过程中轿车的左前轮胎内气体温度升高了多少摄氏度；
(2)如果出发时就使轮胎气压恢复到正常胎压2.5 bar，需要充入一定量的同种气体，求左前轮胎内充入气体质量和该车胎内原有气体质量之比(忽略充气过程中轮胎体积和温度的变化)．
3．[2023·湖北卷]如图所示，竖直放置在水平桌面上的左右两汽缸粗细均匀，内壁光滑，横截面积分别为S、2S，由体积可忽略的细管在底部连通．两汽缸中各有一轻质活塞将一定质量的理想气体封闭，左侧汽缸底部与活塞用轻质细弹簧相连．初始时，两汽缸内封闭气柱的高度均为H，弹簧长度恰好为原长．现往右侧活塞上表面缓慢添加一定质量的沙子，直至右侧活塞下降13H，左侧活塞上升12H.已知大气压强为 p0，重力加速度大小为g，汽缸足够长，汽缸内气体温度始终不变，弹簧始终在弹性限度内．求
(1)最终汽缸内气体的压强．
(2)弹簧的劲度系数和添加的沙子质量．
命题点三 热力学定律的理解及应用
1．理想气体相关三量ΔU、W、Q的分析思路
(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；Qr0，随着分子间距离r的增大，F先增大后减小，分子力做负功，分子势能Ep一直增大，故D正确．
答案：BD
[提升训练]
1．解析：分子间距离大于r0时，分子间表现为引力，A错；分子从无限远靠近到距离为r0的过程，分子力表现为引力，分子力做正功，分子势能变小，B错；分子间距离从r0减小的过程，分子力表现为斥力，分子力做负功，分子势能变大，结合B项分析可知，分子势能在r0处最小，C对，D错．
答案：C
2．解析：夜间气温低，分子的平均动能更小，但不是所有分子的运动速率都更小，故A正确、C错误；由于汽车轮胎内的气体压强变低，轮胎会略微被压瘪，则单位体积内分子的个数更多，分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更小，BD错误．故选A.
答案：A
3．解析：甲图中，微粒越小，布朗运动越明显，故A正确；乙图中，温度升高，氧分子的平均速率增大，但不是每一个分子速率都增大，故B错误；丙图中，硬币浮在水面上，主要是因为水的表面张力，故C错误；丁图中，耕种前锄松土壤，会破坏土层表面的毛细管，消除土层表面的毛细现象，保持土壤水分，故D正确．
答案：AD
命题点二
[例1] 解析：当电阻丝对f中的气体缓慢加热时，f中的气体内能增大，温度升高，根据理想气体状态方程可知f中的气体压强增大，会缓慢推动左边活塞，则弹簧被压缩．与此同时弹簧对右边活塞有弹力作用，缓慢向右推动右边活塞，故活塞对h中的气体做正功，且是绝热过程，由热力学第一定律可知，h中的气体内能增加，A正确；未加热前，三部分中气体的温度、体积、压强均相等，当系统稳定时，活塞受力平衡，可知弹簧处于压缩状态，对左边活塞分析pfS＝F弹＋pgS，则pf>pg，分别对f、g内的气体分析，根据理想气体状态方程有p0V0T0＝pfVfTf，p0V0T0＝pgVgTg，由题意可知，因弹簧被压缩，则Vf>Vg，联立可得Tf>Tg，B错误；对弹簧、活塞及g中的气体组成的系统分析，根据平衡条件可知，f与h中的气体压强相等，D正确．在达到稳定过程中h中的气体体积变小，f中的气体体积变大，即Vf＞Vh.根据理想气体状态方程对h气体分析可知p0V0T0＝phVhTh联立可得Tf>Th，C错误；故选AD.
答案：AD
[例2] 解析：B管在上方，设B管中气体的压强为pB，长度lB＝10 cm
则A管中气体的压强为pA＝pB＋20 cmHg，长度lA＝10 cm
倒置后，A管在上方，设A管中气体的压强为p′A，A管内空气柱长度l′A＝11 cm
已知A管的内径是B管的2倍，则水银柱长度为h＝9 cm＋14 cm＝23 cm
则B管中气体压强为p′B＝p′A＋23 cmHg
B管内空气柱长度l′B＝40 cm－11 cm－23 cm＝6 cm
对A管中气体，由玻意耳定律有pAlA＝p′Al′A
对B管中气体，由玻意耳定律有pBlB＝p′Bl′B
联立解得pB＝54.36 cmHg
pA＝pB＋20 cmHg＝74.36 cmHg
答案：54.36 cmHg 74.36 cmHg
[例3] 解析：(1)以助力气室内的气体为研究对象，则初态压强p0，体积V0，第一次抽气后，气体体积V＝V0＋V1
根据玻意耳定律p0V0＝p1V
解得p1＝p0V0V0+V1
(2)同理第二次抽气p1V0＝p2V
解得p2＝p1V0V0+V1＝(V0V0+V1)2p0
以此类推……
则当n次抽气后助力气室内的气体压强pn＝(V0V0+V1)np0
则刹车助力系统为驾驶员省力大小为ΔF＝(p0－pn)S＝[1－(V0V0+V1)n]p0S
答案：(1)p0V0V0+V1 (2)[1－(V0V0+V1)n]p0S
[例4] 解析：p-V图像中，由pVT＝C得：p＝TC·1V， ab、cd分别为双曲线的一部分，是等温线，故Ta＝Tb，A错误；
b－c，等容变化，由pbTb＝pcTc可知，压强减小，温度降低， Tb>Tc，B正确；
dc为等温线，故Tc＝Td，C错误；
d－a，等容变化，等容升温增压，Td