03-第12讲 热学-2025年高考物理二轮复习课件（含讲义）

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题型1 分子动理论 固体、液体与气体
题型2 气体实验定律与理想气体状态方程
题型3 热力学定律与气体实验定律综合应用
【关键能力】知道分子动理论，固体、液体的性质，尤其要掌握气体实验定律、理想气体状态方程和热力学定律的适用条件和解题方法，关注气体状态变化(等温、等压、等容)图像的应用，以汽缸、水银玻璃管等为载体的综合问题仍为考查重点，其中关联气体问题是难点.
1.分子动理论中的计算(1)分子体积的估算——球体模型和立方体模型
(2)宏观量与微观量的联系——阿伏加德罗常数的应用
2.分子力和分子势能分子间同时存在着引力和斥力,分子力和分子势能随分子间距变化的规律
3.固体、液体与气体(1)区分晶体和非晶体的标准是看是否有确定的熔点，区分单晶体和多晶体的标准是看形状是否规则、是否具有各向异性.(2)液晶是一种特殊的物质状态，所处的状态介于固态和液态之间.液晶具有流动性，在光学、电学物理性质上表现出各向异性.(3)液体的表面张力使液体表面具有收缩的趋势，表面张力的方向跟液面相切.
4.影响气体压强的因素(1)气体分子平均动能——温度(2)单位时间单位面积上的撞击次数——单位体积内分子数.
例2 [2022·江苏卷] 自主学习活动中，同学们对密闭容器中的氢气性质进行讨论，下列说法中正确的是( )
A.体积增大时，氢气分子的密集程度保持不变B.压强增大是因为氢气分子之间斥力增大C.因为氢气分子很小，所以氢气在任何情况下均可看成理想气体D.温度变化时，氢气分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化
1.(多选)下列四幅图对应的说法中正确的有( )
2.[2023·海南卷] 下列关于分子力和分子势能的说法正确的是( )
例3 (多选)[2024·广东佛山模拟] 小明想用易拉罐制作一个简易装置，用来判定环境温度是否发生变化.其做
A.易拉罐不变，吸管越细，装置越灵敏B.当液滴向右移动时，环境温度降低C.当液滴向左移动时，易拉罐内气体内能减少D.液滴向右移动过程中，易拉罐内气体分子运动激烈程度增大
法是：向空的易拉罐插入一根粗细均匀的透明吸管，接口用石蜡密封，吸管内有一液滴封闭着可看作理想气体的空气，整个装置水平放置.在忽略大气压变化的情况下，下列说法正确的是( )
当液滴向左移动时，气体的体积减小，环境温度降低，则易拉罐内气体内能减少，故C正确；液滴向右移动过程中，气体的体积增大，环境温度升高，则易拉罐内气体分子运动激烈程度增大，故D正确.
A. B. C. D.
A. B. C. D.
(2)热力学第二定律常见的两种表述和理解第一种表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体；第二种表述：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.特别提醒：热量可以由低温物体传递到高温物体，也可以从单一热源吸收热量全部转化为功，但会产生其他影响.
2.气体实验定律与热力学定律的综合问题
[技法点拨]本题以烧制建盏的某种窑炉的排气阀系统为情境，考查内容涉及热学的分子动理论，气体实验定律和热力学第一定律等，侧重考查学生的理解能力和推理能力，着重体现物理观念、模型建构和科学推理等物理核心素养的考查.要求考生具备清晰的关于气体热运动的物理观念；能从实际问题中构建等容变化模型，能应用对应的实验定律进行分析和推理，能对简单过程应用热力学第一定律进行分析推理，得出正确结论.
(1) 判断鱼在水面下的深度；
(2) 鱼泡在上升的过程中，是向外界放热还是从外界吸热？
(1) 再次平衡时容器内气体的温度.
(2) 此过程中容器内气体吸收的热量.
1. 下列说法中错误的是(　　)A.当液体与大气接触时,液体表面层分子的势能比液体内部分子的势能大B.清晨荷叶上的露珠呈球形是液体表面张力作用的结果C.一定质量的理想气体,温度不变,压强减小时,气体的密度一定减小D.不浸润现象说明固体分子对液体分子的吸引力大于液体分子之间的吸引力
题型1　分子动理论　固体、液体与气体
[解析]液体表面层的分子间距比液体内部分子间距要大,分子力表现为引力,故液体表面层分子的势能比液体内部分子的势能大,故A正确;液体表面层的分子分布比液体内部分子的分布要稀疏,故存在液体表面张力,荷叶上的露珠呈球形是由于液体表面张力的作用,故B正确;气体温度不变,压强减小,由玻意耳定律pV=C可知,体积V增大,气体的密度应减小,故C正确;不浸润现象说明固体分子对液体分子的吸引力小于液体分子之间的吸引力,故D错误.
2.固、液、气是物质存在的三种常见状态,下列关于固体和液体的说法正确的是(　　)A.天然水晶是晶体,熔化以后再凝固的水晶(即石英玻璃)也是晶体B.黄金可以做成各种不同造型的首饰,说明它有规则的几何外形,是单晶体C.液体跟固体相比具有很强的流动性,是因为液体分子间存在相互作用的斥力D.玻璃管裂口放在火上烧熔,使尖端变圆,是利用了熔化的玻璃在表面张力作用下收缩的性质
[解析]天然水晶是晶体,熔化以后再凝固的水晶(即石英玻璃)是非晶体,故A错误;黄金是多晶体,故B错误;液体与固体相比具有流动性,是因为液体分子间的距离较大,分子间的引力较小,故C错误;玻璃管裂口放在火上烧熔,使尖端变圆,是由于熔化的玻璃,在表面张力的作用下,表面积有收缩到最小的趋势,故D正确.
3. 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.因处于完全失重状态,所以不会有水分子进入气泡中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
[解析]在失重状态下,气泡不会受到浮力,故A错误;气泡内气体分子一直在做无规则的热运动,根据扩散现象,水分子会进入气泡中,故B错误;虽然在失重状态下,但气泡内气体在做无规则的热运动,大量的气体分子会碰撞界面产生压强,所以对水产生压力,故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,故D错误.
1. “奋斗者”号潜水器2020年成功坐底马里亚纳海沟,标志着我国载人深潜技术已达世界领先水平.现利用固定在潜水器体外的一个密闭汽缸做验证性实验:如图,汽缸内封闭一定质量的理想气体,轻质导热活塞可自由移动.在潜水器缓慢下潜的过程中,海水温度逐渐降低,则此过程中理论上被封闭的气体(　　)A.从外界吸热B.压强与潜水器下潜的深度成正比C.体积与潜水器下潜的深度成反比D.单位时间内气体分子撞击单位面积器壁的次数增多
题型2　气体实验定律与理想气体状态方程
3.如图所示,某洗车的高压水枪由长方体储水箱、空气压缩机、进气管、进水管和出水管几部分组成,其中水箱的体积为5 m3,底面面积为1 m2,出水管紧靠水箱顶部.为检测水箱是否漏气,将4 m3的水注入水箱,关闭进水管阀门;再用空气压缩机将一大气压下体积为1.4 m3的空气压入储水箱;打开出水管阀门,查看水箱内剩余水的体积即可判别是否漏气.忽略进、出水管及进气管中气体和水的体积,已知一个大气压相当于10 m高的水柱产生的压强,温度保持不变,若水箱不漏气,则剩余水的体积应为多少?
4.如图所示,有一粗细均匀的管子,竖直部分长为l=50 cm,水平部分足够长.当温度为15 ℃时,竖直管中有一段长h=20 cm的水银柱,封闭着一段长l1=20 cm的空气柱.已知外界大气压强始终保持在76 cmHg,求:(1)被封闭空气柱长度为l2=40 cm时的温度;
[答案] 516 K　
4.如图所示,有一粗细均匀的管子,竖直部分长为l=50 cm,水平部分足够长.当温度为15 ℃时,竖直管中有一段长h=20 cm的水银柱,封闭着一段长l1=20 cm的空气柱.已知外界大气压强始终保持在76 cmHg,求:(2)温度升高至327 ℃时被封空气柱的长度l3.
[答案] 52.6 cm
5.轮胎气压是行车安全的重要参数,某型号汽车轮胎容积为V0=25 L,安全气压范围为2.4~3.0 atm.汽车行驶一段时间后,发现胎压下降到p1=2.0 atm,用车载气泵给其充气,气泵每秒钟注入体积为V=0.5 L、压强为p0=1.0 atm的空气.忽略轮胎容积与气体温度的变化.为使气压回到安全范围,求气泵工作的时间范围.
[答案] 20 s≤t≤50 s
[解析]外部向内部充气的过程,根据玻意耳定律有pV0=p1V0+np0V设气泵工作的时间为t,因为p0一定,则有nV=0.5t(L) 解得p=2+0.02t(atm)由于2.4 atm≤p≤3.0 atm 故20 s≤t≤50 s
1.山地自行车前轮有气压式减震装置,可用来抵抗颠簸,其原理如图所示.当路面不平时,活塞上下振动,在汽缸内封闭气体的作用下,起到延缓震动的目的.当活塞迅速下压过程中(　　)A.汽缸内的气体分子的平均动能不变B.汽缸内所有分子的速率都增大C.汽缸内的气体压强可能不变D.单位时间内撞到汽缸内壁单位面积上的气体分子数增多
题型3　气体实验定律(理想气体状态方程)与热力学定律综合
2. [2022·辽宁卷] 一定质量的理想气体从状态a变化到状态b,其体积V和热力学温度T的关系图像如图所示,此过程中该系统(　　)A.对外界做正功B.压强保持不变C.向外界放热D.内能减少
[解析]从状态a到状态b,气体体积增大,系统对外界做正功,W0,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,可得Q>0,系统从外界吸热,A正确,C、D错误;在V-T图像中延长线过坐标原点的直线为等压线,从状态a到状态b的连线的延长线不过原点,所以该系统压强变化,B错误.
3.如图所示,一带有抽气阀门的密闭容器内,有一个充有一定质量气体的气球(不漏气).在抽气泵将容器内的气体缓慢抽出的过程中,气球会逐渐变大.若容器和球内气体温度保持不变且均视为理想气体,则(　　)A.球内气体的内能减小B.球内气体放热C.球内气体对外做正功D.容器内气体分子的平均动能减小
[解析]对于一定质量的理想气体,内能的大小只与气体温度有关,球内气体温度保持不变,则内能不变,故A错误;气球逐渐变大,体积增大,则球内气体对外做正功,气体温度不变,内能不变,根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知,气体要吸热,故B错误,C正确;容器内气体温度保持不变,则容器内气体分子的平均动能不变,故D错误.
4. [2022·重庆卷] 2022年5月15日,我国自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇创造了海拔9032米的大气科学观测世界纪录.若在浮空艇某段上升过程中,艇内气体温度降低,体积和质量视为不变,则艇内气体(视为理想气体)(　　)A.吸收热量B.压强增大C.内能减小D.对外做负功
5. [2024·山东卷] 一定质量理想气体经历如图所示的循环过程,a→b过程是等压过程,b→c过程中气体与外界无热量交换,c→a过程是等温过程.下列说法正确的是(　　)A.a→b过程,气体从外界吸收的热量全部用于对外做功B.b→c过程,气体对外做功,内能增加C.a→b→c过程,气体从外界吸收的热量全部用于对外做功D.a→b过程,气体从外界吸收的热量等于c→a过程放出的热量
[解析] a→b过程是等压过程且体积增大,则WabTa,则ΔUab>0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知,气体从外界吸收的热量一部分用于对外做功,另一部分用于增加内能,A错误;b→c过程中气体与外界无热量交换,即Qbc=0,由于气体体积增大,则Wbc0,即a→b过程气体从外界吸收的热量Qab大于c→a过程放出的热量-Qca,D错误.
6.在高三的同学们进入高考最后的冲刺阶段,教室里的空调为同学们提供了舒爽的环境,空调的工作原理如图所示,以下表述正确的是(　　)A.空调的工作原理对应的是热力学第一定律的开尔文表述B.空调的工作原理反映了传热的方向性C.此原理图中的Q1=Q2D.此原理图说明热量不能从低温物体传到高温物体
[解析]空调的工作原理对应的是热力学第二定律的开尔文表述,故A错误;空调的工作原理反映了传热的方向性,热量不能自发地从低温物体传递给高温物体,但在其他能力干预下,可以从低温物体传递给高温物体,故B正确;此原理图中的Q1=Q2+W,故C错误;此原理图说明在外界干预下,热量能从低温物体传到高温物体,故D错误.
7. [2022·山东卷] 如图所示,内壁光滑的绝热汽缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体,初始时汽缸开口向上放置,活塞处于静止状态,将汽缸缓慢转动90°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
[解析]初始时汽缸开口向上,活塞处于平衡状态,汽缸内外气体对活塞的压力差与活塞的重力平衡,则有(p1-p0)S=mg,汽缸在缓慢转动的过程中,汽缸内外气体对活塞的压力差大于其重力沿汽缸壁的分力,故汽缸内气体缓慢将活塞往外推,最后汽缸水平,缸内气压等于大气压,由分析可知此过程中气体的体积增大,对外做功,因为活塞和汽缸是绝热的,根据热力学第一定律得气体的内能减小,A错误;理想气体的内能只由温度决定,故理想气体的温度降低,分子的平均速率变小,但不是每个分子的速率都变小,只是速率大的分子所占总分子数比例减少,B、D错误,C正确.
8.已知某轿车四个轮胎为同一种型号的轮胎,汽车刚启动时四个轮胎的压强都为2.0 atm(标准大气压),环境温度为27 ℃.汽车行驶一段时间后,胎压检测系统显示其中三个轮胎压强为2.4 atm,一个轮胎的压强仍为2.0 atm(漏气).四个轮胎此时温度相等,假设轮胎体积均不变,密闭气体可视为理想气体,则(　　)A.轮胎此时的温度为360 ℃B.完好轮胎和漏气轮胎内气体分子热运动的平均动能不同C.漏气轮胎内气体吸收的热量大于内能的增加量D.完好轮胎内气体吸收的热量大于内能的增加量
9. [2023·广东卷] 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1.9 p0、温度为TC的状态C,状态B到状态C过程中外界对气体做功为W.已知p0、V0、T0和W.求:(1)pB的表达式;
9. [2023·广东卷] 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1.9 p0、温度为TC的状态C,状态B到状态C过程中外界对气体做功为W.已知p0、V0、T0和W.求:(2)TC的表达式;
[答案] TC=1.9T0　
9. [2023·广东卷] 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1.9 p0、温度为TC的状态C,状态B到状态C过程中外界对气体做功为W.已知p0、V0、T0和W.求:(3)状态B到状态C过程,气泡内气体的内能变化.
[解析]状态B到状态C为绝热过程,由热力学第一定律ΔU=Q+W知,气体的内能变化为ΔU=W.
10.如图所示,一定质量的理想气体用活塞封闭在固定的圆柱形汽缸内,不计活塞与缸壁间的摩擦.现缓慢降低气体的温度使其从状态a出发,经等压过程到达状态b,立刻锁定活塞,再缓慢加热气体使其从状态b经等容过程到达状态c.已知气体在状态a的体积为4V、压强为p、温度为T0,在状态b的体积为V,在状态c的压强为4p.(1)求气体在状态b的温度;
10.如图所示,一定质量的理想气体用活塞封闭在固定的圆柱形汽缸内,不计活塞与缸壁间的摩擦.现缓慢降低气体的温度使其从状态a出发,经等压过程到达状态b,立刻锁定活塞,再缓慢加热气体使其从状态b经等容过程到达状态c.已知气体在状态a的体积为4V、压强为p、温度为T0,在状态b的体积为V,在状态c的压强为4p.(2)从状态a经b再到c的整个过程中,气体是吸热还是放热,吸收或放出的热量为多少?
[答案] 气体放热,放出热量为3pV
11. [2024·浙江1月选考] 如图所示,一个固定在水平面上的绝热容器被隔板A分成体积均为V1=750 cm3的左右两部分.面积为S=100 cm2的绝热活塞B被锁定,隔板A的左侧为真空,右侧中一定质量的理想气体处于温度T1=300 K、压强p1=2.04×105 Pa的状态1.抽取隔板A,右侧中的气体就会扩散到左侧中,最终达到状态2.然后解锁活塞B,同时施加水平恒力F,仍使其保持静止.当电阻丝C加热时,活塞B能缓慢滑动(无摩擦),使气体达到温度T3=350 K的状态3,气体内能增加ΔU=63.8 J.已知大气压强p0=1.01×105 Pa,隔板厚度不计.(1)气体从状态1到状态2是　 　 (选填“可逆”或“不可逆”)过程,分子平均动能　 (选填“增大”“减小”或“不变”); 
[解析]气体从状态1到状态2是气体向真空扩散的过程,属于热现象中的自发过程,是不可逆的;由于气体与外界间没有做功且不传热,所以气体内能不变,理想气体温度不变,分子平均动能不变.
11. [2024·浙江1月选考] 如图所示,一个固定在水平面上的绝热容器被隔板A分成体积均为V1=750 cm3的左右两部分.面积为S=100 cm2的绝热活塞B被锁定,隔板A的左侧为真空,右侧中一定质量的理想气体处于温度T1=300 K、压强p1=2.04×105 Pa的状态1.抽取隔板A,右侧中的气体就会扩散到左侧中,最终达到状态2.然后解锁活塞B,同时施加水平恒力F,仍使其保持静止.当电阻丝C加热时,活塞B能缓慢滑动(无摩擦),使气体达到温度T3=350 K的状态3,气体内能增加ΔU=63.8 J.已知大气压强p0=1.01×105 Pa,隔板厚度不计.(2)求水平恒力F的大小;
[解析]气体从状态1到状态2,根据玻意耳定律得p1V1=p2V2其中V2=2V1解得p2=1.02×105 Pa对活塞B有F+p0S=p2S解得F=10 N
11. [2024·浙江1月选考] 如图所示,一个固定在水平面上的绝热容器被隔板A分成体积均为V1=750 cm3的左右两部分.面积为S=100 cm2的绝热活塞B被锁定,隔板A的左侧为真空,右侧中一定质量的理想气体处于温度T1=300 K、压强p1=2.04×105 Pa的状态1.抽取隔板A,右侧中的气体就会扩散到左侧中,最终达到状态2.然后解锁活塞B,同时施加水平恒力F,仍使其保持静止.当电阻丝C加热时,活塞B能缓慢滑动(无摩擦),使气体达到温度T3=350 K的状态3,气体内能增加ΔU=63.8 J.已知大气压强p0=1.01×105 Pa,隔板厚度不计.(3)求电阻丝C放出的热量Q.
[答案] 89.3 J