2025届高考物理二轮专题复习与测试模块六机械振动和机械波光学热学和近代物理专题十七热学课件

这是一份2025届高考物理二轮专题复习与测试模块六机械振动和机械波光学热学和近代物理专题十七热学课件，共60页。PPT课件主要包含了1pB的表达式，2TC的表达式，1求x，答案2cm，答案增大，答案2p0，答案见解析等内容，欢迎下载使用。
[专题复习定位]1．能用分子动理论解释固体、液体和气体的微观结构及特点。2．能用气体实验定律、热力学定律解释生产生活中的一些现象，解决某些实际问题。
命题点1　气体实验定律和图像的结合1．(2023·辽宁卷，T5)“空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能的装置，可在用电低谷时储存能量、用电高峰时释放能量。“空气充电宝”某个工作过程中，一定质量理想气体的p－T图像如图所示。该过程对应的p－V图像可能是(　　)
2.(2024·江西卷，T13)可逆斯特林热机的工作循环如图所示。一定质量的理想气体经ABCDA完成循环过程，AB和CD均为等温过程，BC和DA均为等容过程。已知T1＝1 200 K，T2＝300 K，气体在状态A的压强pA＝8.0×105 Pa，体积V1＝1.0 m3，气体在状态C的压强pC＝1.0×105 Pa。求：
(1)气体在状态D的压强pD；
答案：2×105 Pa
(2)气体在状态B的体积V2。解析：从C到D状态，根据玻意耳定律pCV2＝pDV1解得V2＝2.0 m3。答案：2.0 m3
命题点2　热力学定律和气体实验定律3.(多选)(2024·新课标卷，T21)如图，一定量理想气体的循环由下面4个过程组成：1→2为绝热过程(过程中气体不与外界交换热量)，2→3为等压过程，3→4为绝热过程，4→1为等容过程。上述四个过程是四冲程柴油机工作循环的主要过程。下列说法正确的是(　　)A．1→2过程中，气体内能增加B．2→3过程中，气体向外放热C．3→4过程中，气体内能不变D．4→1过程中，气体向外放热
解析：1→2为绝热过程，根据ΔU＝Q＋W可知此时气体体积减小，外界对气体做功，气体内能增加，故A正确；2→3为等压过程，根据盖-吕萨克定律可知气体体积增大时温度升高，内能增大，此时气体体积增大，气体对外界做功WTa分析可知Tb>Tc，所以b到c过程气体的内能减少，故B错误。c→a过程为等温过程，ΔUac＝0，根据热力学第一定律可知a→b→c过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功，C正确。a→b→c→a一整个热力学循环过程ΔU＝0，整个过程气体对外做功，因此a→b过程气体从外界吸收的热量不等于c→a过程放出的热量，D错误。
7.(2023·广东卷，T13)在驻波声场作用下，水中小气泡周围液体的压强会发生周期性变化，使小气泡周期性膨胀和收缩，气泡内气体可视为质量不变的理想气体，其膨胀和收缩过程可简化为如图所示的p－V图像，气泡内气体先从压强为p0、体积为V0、温度为T0的状态A等温膨胀到体积为5V0、压强为pB的状态B，然后从状态B绝热收缩到体积为V0、压强为1.9p0、温度为TC的状态C，B到C过程中外界对气体做功为W。已知p0、V0、T0和W。求：
答案：TC＝1.9T0
(3)B到C过程，气泡内气体的内能变化了多少？解析：根据热力学第一定律可知ΔU＝W＋Q其中Q＝0，故气体内能增加ΔU＝W。答案：W
命题点4　气体实验定律的综合应用8.(2024·广东卷，T13)差压阀可控制气体进行单向流动，广泛应用于减震系统。如图所示，A、B两个导热良好的汽缸通过差压阀连接，A内轻质活塞的上方与大气连通，B内气体体积不变。当A内气体压强减去B内气体压强大于Δp时差压阀打开，A内气体缓慢进入B中；当该差值小于或等于Δp时差压阀关闭。当环境温度T1＝300 K时，A内气体体积 VA1＝4.0×102 m3，B内气体压强pB1等于大气压强p0，已知活塞的横截面积S＝0.10 m2，Δp＝0.11p0，p0＝1.0×105 Pa，重力加速度大小g取10 m/s2，A、B内的气体可视为理想气体，忽略活塞与汽缸间的摩擦，差压阀与连接管内的气体体积不计。当环境温度降到T2＝270 K时：
(1)求B内气体压强pB2；(2)求A内气体体积VA2；
答案：(1)9×104 Pa　(2)3.6×102 m3
(3)在活塞上缓慢倒入铁砂，若B内气体压强回到p0并保持不变，求已倒入铁砂的质量m。
答案：1.1×102 kg
9．(2024·安徽卷，T13)某人驾驶汽车，从北京到哈尔滨，在哈尔滨发现汽车的某个轮胎内气体的压强有所下降(假设轮胎内气体的体积不变，且没有漏气，可视为理想气体)。于是在哈尔滨给该轮胎充入压强与大气压相同的空气，使其内部气体的压强恢复到出发时的压强(假设充气过程中，轮胎内气体的温度与环境相同，且保持不变)。已知该轮胎内气体的体积V0＝30 L，从北京出发时，该轮胎气体的温度t1＝－3 ℃，压强p1＝2.7×105 Pa，哈尔滨的环境温度t2＝－23 ℃，大气压强p0取1.0×105 Pa。求：
(1)在哈尔滨时，充气前该轮胎气体压强的大小；
答案：2.5×105 Pa
(2)充进该轮胎的空气体积。解析：由玻意耳定律p2V0＋p0V＝p1V0代入数据解得，充进该轮胎的空气体积V＝6 L。答案：6 L
10．(2024·江苏卷，T13)某科研实验站有一个密闭容器，容器内有温度为300 K，压强为105 Pa的气体，容器内有一个面积0.06 m2的观测台，现将这个容器移动到月球，容器内的温度变成240 K，整个过程可认为气体的体积不变，月球表面为真空状态。求：(1)气体现在的压强；
答案：8×104 Pa
(2)观测台对气体的压力。解析：根据压强的定义，观测台对气体的压力F＝p2S＝4.8×103 N。答案：4.8×103 N
11.(2024·山东卷，T16)图甲为战国时期青铜汲酒器，根据其原理制作了由中空圆柱形长柄和储液罐组成的汲液器，如图乙所示。长柄顶部封闭，横截面积S1＝1.0 cm2，长度H＝100.0 cm，侧壁有一小孔A。储液罐的横截面积S2＝90.0 cm2，高度h＝20.0 cm，罐底有一小孔B。汲液时，将汲液器竖直浸入液体，液体从孔B进入，空气由孔A排出；当内外液面相平时，长柄浸入液面部分的长度为x；堵住孔A，缓慢地将汲液器竖直提出液面，储液罐内刚好储满液体。已知液体密度ρ＝1.0×103 kg/m3，重力加速度大小g取10 m/s2，大气压p0＝1.0×105 Pa。整个过程温度保持不变，空气可视为理想气体，忽略器壁厚度。
解析：由题意可知缓慢地将汲液器竖直提出液面过程，气体发生等温变化，所以有p1(H－x)S1＝p2HS1又因为p1＝p0p2＋ρgh＝p0解得x＝2 cm。
(2)松开孔A，从外界进入压强为p0、体积为V的空气，使满储液罐中液体缓缓流出，堵住孔A，稳定后罐中恰好剩余一半的液体，求V。
答案：8.92×10－4 m3
(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。
考向2　分子动理论1．扩散现象、布朗运动与热运动
2.分子力和分子势能分子力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图所示(取无穷远处分子势能Ep＝0)。(1)当r＞r0时，分子力表现为引力，当r增大时，分子力做负功，分子势能增加。(2)当r＜r0时，分子力表现为斥力，当r减小时，分子力做负功，分子势能增加。(3)当r＝r0时，分子势能最小。
3．气体压强的微观解释
　关于热现象，下列说法正确的是(　　)A．温度由摄氏温度t升至2t，对应的热力学温度便由T升至2TB．相同温度下液体中悬浮的花粉颗粒越大，布朗运动越剧烈C．做功和热传递是改变物体内能的两种方式D．分子间距离越大，分子势能越大，分子间距离越小，分子势能也越小
[解析]　温度由摄氏温度t升至2t，对应的热力学温度便由T升至T′，因T＝t＋273，T′＝2t＋273，所以T′不等于2T，故A错误。相同温度下液体中悬浮的花粉颗粒越小，受力越不易平衡，布朗运动越剧烈，故B错误。根据热力学第一定律可知，做功和热传递是改变物体内能的两种方式，故C正确。分子力表现为斥力时，分子间距离变大，分子力做正功，分子势能越小，分子间距离变小，分子力做负功，分子势能越大；分子力表现为引力时，分子间距离变大，分子力做负功，分子势能越大，分子间距离变小，分子力做正功，分子势能越小，故D错误。
　(多选)图甲是三颗微粒做布朗运动的位置连线图，图乙是静止在水面上的硬币，图丙是氧气分子速率分布图，图丁是空气压缩仪点燃硝化棉。下列说法正确的是(　　)A．图甲中，微粒越小，布朗运动越明显B．图乙中，硬币能浮在水面上，主要是因为水的浮力C．图丙中，温度升高，所有氧分子的速率都增大D．图丁中，压缩空气压缩仪内的空气，空气的温度升高，内能增大
[解析]　微粒越小，受力越不平衡，布朗运动越明显，故A正确；硬币浮在水面上，主要是因为水的表面张力，故B错误；温度升高，氧气分子的平均速率增大，但不是每一个分子速率都增大，故C错误；压缩空气，外界对气体做功，空气的温度升高，内能增大，故D正确。
考向3　固体和液体的性质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)只要具有各向异性的物体必定是晶体，且是单晶体。(3)只要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(1)形成原因：表面层中分子间距离比液体内部分子间距离大，分子间作用力表现为引力。(2)方向：和液面相切，垂直于液面上的各条分界线。
　下列关于固体、液体、气体的说法正确的是(　　)A．夏季干旱时，给庄稼松土是为了破坏土壤中的毛细管，防止水分蒸发B．晶体沿不同方向的导热或导电性能不同，但沿不同方向的光学性质一定相同C．由于液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，所以存在浸润现象D．炒菜时我们看到的烟气，是因为油烟颗粒的热运动
[解析]　土壤中存在一系列毛细管，水分通过毛细管能够上升到地面蒸发，夏季干旱时，给庄稼松土是为了破坏土壤中的毛细管，防止水分蒸发，A正确；晶体分为单晶体与多晶体，单晶体在导热、导电与光学性质上表现出各向异性，即沿不同方向上的性能不相同，多晶体在导热、导电与光学性质上表现出各向同性，即沿不同方向上的性能相同，B错误；由于液体附着层分子间距离小于液体内部分子间距离，所以存在浸润现象，C错误；油烟颗粒是宏观粒子，油烟颗粒的运动不是热运动，D错误。
　“天宫课堂”中，航天员王亚平演示了“液桥演示实验”，即在太空中，两个塑料板间用水搭建一座长约10 cm的桥，如图1所示。受其启发，某学生设想“天地同一实验”，即在空间站和地面做同一个实验，观察实验现象，下列说法正确的是(　　)A．液桥的建立是由于液体表面存在张力，在地面做相同实验，也能观察到同样长度的桥B．用图2中的器材做单摆实验，空间站和地面实验现象相同C．图3相同密闭容器内装着完全相同的气体，在相同温度下，空间站和地面容器内气体压强不同D．图4将两端开口的圆柱形毛细管竖直插入水中，相同装置在空间站和地面观察到管中液面升高的高度不同
[解析]　液桥的建立是由于液体表面存在张力，液体表面张力很弱，而在地面做相同实验，由于重力的影响，不会看到相同长度的液桥，故A错误；用一根绳子系着一个金属球，拉开一个角度，静止释放后，由于“天上”完全失重，小球相对于空间站静止不动，“地上”由于重力的影响，小球将做简谐运动，所以观察到的实验现象不相同，故B错误；气体压强是由于气体分子频繁碰撞器壁而产生的，如题图3中相同密闭容器内装着完全相同的气体，在相同的温度下，分子平均动能相同，“天上”和“地上”容器内气体压强相同，故C错误；如题图4中用相同装置在空间站和地面观察管中液面上升的高度，由于“天上”完全失重，观察到水上升到毛细管顶部，“地上”由于重力的影响，观察到水上升一小段距离后静止不动，所以观察到的实验现象不相同，故D正确。
题型二　热力学定律和图像考向1　对热力学定律的理解1．热力学第一定律(1)改变物体内能的两种方式：做功和传热。(2)热力学第一定律①内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。②表达式：ΔU＝Q＋W。
③ΔU＝Q＋W中正、负号法则
2.热力学第二定律(1)两种表述①克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。②开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。(2)能量耗散：分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也只不过能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能自动聚集起来驱动机器做功了。
　内壁光滑的“U”形导热汽缸用不计质量的轻活塞封闭一定体积的空气(可视为理想气体)，浸在盛有大量冰水混合物的水槽中，活塞在水面下，如图所示。现在轻活塞上方缓慢倒入沙子，下列说法正确的是(　　)A．封闭空气分子的平均动能增大B．活塞压缩封闭空气做功，封闭空气内能增大C．封闭空气的压强变大D．封闭空气从外界吸收了热量
[解析]　当将沙子缓慢倒在汽缸活塞上时，气体被压缩，外界对气体做功，但由于汽缸导热，且浸在盛有大量冰水混合物的水槽中，因此缸内气体的温度不变，则可知气体的内能不变，而温度是衡量分子平均动能的标志，温度不变则分子平均动能不变，故A、B错误；外界对气体做功，气体的体积减小，单位体积内的分子数目增多，而汽缸导热，温度不变，气体分子平均运动速率不变，则可知比起之前的状态，单位时间内单位体积的分子对器壁的碰撞次数增加，因此封闭气体的压强变大，故C正确；根据热力学第一定律可知ΔU＝Q＋W，由于汽缸导热，封闭气体的温度不变，即内能不变，而外界又对气体做功，因此气体要向外界放热，故D错误。
　下列说法正确的是(　　)A．物体的温度越高，分子热运动就越剧烈，每个分子动能也越大B．布朗运动就是液体分子的热运动C．一定质量的理想气体从外界吸收热量，其内能可能不变D．根据热力学第二定律可知热量只能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]　物体的温度越高，分子的平均动能就越大，并不是每个分子的动能都增大，A错误；布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的运动，不是液体分子的运动，但能反映液体分子的运动，B错误；做功和热传递都能改变内能，一定质量的理想气体从外界吸收热量，同时对外做等量的正功，内能不会发生改变，C正确；根据热力学第二定律可知，热量能自发地从高温物体传到低温物体，但不能自发地从低温物体传到高温物体，但在消耗其他能量的情况下可以实现热量从低温物体传到高温物体，D错误。
考向2　图像物理意义的理解　(2023·江苏卷，T3)如图所示，密闭容器内一定质量的理想气体由状态A变化到状态B。该过程中(　　)A．气体分子的数密度增大B．气体分子的平均动能增大C．单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小D．单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小
[解析]　乒乓球放入热水中，球内气体温度升高，而温度是分子平均动能的标志，故球内气体分子平均动能增大。
(2)求球被踩瘪后和在热水中恢复原形时，对应球内气体的压强p1和p2。
[答案]　1.1×105 Pa　1.2×105 Pa
　如图所示，生活中，我们用保温杯接开水后拧紧杯盖，待水冷却后就很难拧开。某可显示温度的保温杯容积为500 mL，倒入200 mL热水后，拧紧杯盖，此时显示温度为87 ℃，压强与外界相同。已知外界大气压强p0为1.0×105 Pa，温度为17 ℃，杯中气体可视为理想气体，不计水蒸气产生的压强。
(1)请写出水冷却后杯子很难拧开的原因；[解析]　水冷却后杯子很难拧开的原因是：水冷却后，杯内气体的温度降低，在杯内气体质量和体积一定时，根据查理定律可知，杯内气体压强减小，外界大气压强大于杯内气体压强，使杯盖紧贴杯身，故杯子很难拧开。 [答案]　见解析　
(2)求杯内温度降到17 ℃时，杯内气体的压强。
[答案]　0.81×105 Pa
(1)活塞恰好上升到汽缸顶部时气体的温度和气体吸收的热量；
[答案]　3T1　3RT1＋2p0LS
(2)当加热到热力学温度为6T1时气体的压强。
题型三　气体“变质量”问题1．化变质量为恒质量——等效的方法在充气、抽气的问题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。2．应用克拉伯龙方程其方程为pV＝nRT。这个方程有4个变量：p是指理想气体的压强，V为理想气体的体积，n表示气体的物质的量，而T表示理想气体的热力学温度，还有一个常量R为理想气体常数。
　高压锅结构示意图如图所示，气孔1使锅内气体与外界连通，随着温度升高，锅内液体汽化加剧，当温度升到某一值时，小活塞上移，气孔1封闭。锅内气体温度继续升高，当气体压强增大到设计的最大值1.4p0时，气孔2上的限压阀被顶起，气孔2开始放气。气孔2的横截面积为12 mm2，锅内气体可视为理想气体，已知大气压p0＝1.0×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2，不计一切摩擦。
(1)求限压阀的质量m；[解析]　当锅内气体压强增大到设计的最大值p1＝1.4p0时，限压阀被顶起，由平衡条件可得p1S＝p0S＋mg解得m＝0.048 kg。[答案]　0.048 kg　
(2)若限压阀被顶起后，立即用夹子夹住限压阀使其放气，假设放气过程锅内气体温度不变，当锅内气压降至p0，求放出的气体与限压阀被顶起前锅内气体的质量比。
(1)将其竖直放置于足够大的加热箱中(加热箱中气压恒定)，当温度T1＝300 K时空气柱长度为60 mm，当温度缓慢升至T2＝360 K时空气柱长度为72 mm，通过计算判断该避震器的气密性是否良好；