2021高考物理二轮复习第16讲热学课件

这是一份2021高考物理二轮复习第16讲热学课件，共43页。PPT课件主要包含了-2-，-3-，-4-，第16讲热学，-6-，知识脉络梳理，规律方法导引，-7-，-8-，-9-等内容，欢迎下载使用。

1.知识规律(1)分子动理论:物体是由大量分子组成的;分子永不停息地做无规则运动;分子间存在着引力和斥力。(2)气体实验定律。①玻意耳定律p1V1=p2V2;
(4)热力学定律。①热力学第一定律:ΔU=W+Q。②热力学第二定律:自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
2.思想方法(1)物理思想:模型思想、控制变量。(2)物理方法:假设法、控制变量法、能量守恒法。
分子动理论　内能常以选择题形式考查分子动理论、物体内能的内容。例1(多选)有关分子的热运动和内能,下列说法正确的是(　　)A.一定质量的气体,温度不变,分子的平均动能不变B.物体的温度越高,分子热运动越剧烈C.物体的内能是物体中所有分子热运动动能和分子势能的总和D.布朗运动是由悬浮在液体中的微粒之间的相互碰撞引起的E.外界对物体做功,物体的内能必定增加
解析:温度是分子平均动能的标志,温度不变,分子的平均动能一定不变,选项A正确;同样,当物体温度升高时,分子的平均动能增加,也就是分子运动变剧烈,选项B正确;物体的内能包括物体中所有分子动能与分子势能的总和,选项C正确;布朗运动是由悬浮在液体中的微粒受到液体分子无规则碰撞引起的,选项D错误;根据热力学第一定律可知,外界对物体做功的同时,若物体放出热量,内能有可能减小或不变,选项E错误。
规律方法分子动理论的三个核心规律(1)分子模型、分子数。
(2)分子运动:分子做永不停息的无规则运动,温度越高,分子的无规则运动越剧烈。(3)分子势能、分子力与分子间距离的关系。
拓展训练1(多选)(2018·全国卷Ⅱ)对于实际的气体,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.气体的内能包括气体分子之间相互作用的势能C.气体的内能包括气体整体运动的动能D.气体的体积变化时,其内能可能不变E.气体的内能包括气体分子热运动的动能
解析:气体的内能是指所有气体分子热运动的动能和相互作用的势能之和,不包括分子的重力势能和气体整体运动的动能,选项A、C错误,B、E正确;气体体积变化时,其分子势能可能增加、可能减小,而分子的动能可能增加、可能减小,其内能可能不变,选项D正确。
热力学定律　固体、液体的性质常以选择题的形式考查气体、固体、液体的性质。例2(多选)下列说法正确的是(　　)A.只要知道水的摩尔质量和水分子的质量,就可以计算出阿伏加德罗常数B.空气相对湿度越大时,空气中水蒸气压强越接近饱和汽压,水蒸发越快C.液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部D.利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机,将海水的一部分内能转化为机械能是可能的
湿度越大时,空气中水蒸气压强越接近该温度下的饱和汽压,水蒸发越慢,选项B错误;液体表面张力的方向与液面平行,选项C错误;根据热力学第一定律和热力学第二定律,内能的一部分转化为机械能是可行的,选项D正确。
例3(多选)(2019·陕西榆林模拟)如图所示,一定质量的理想气体从状态a变化到状态b,其过程如p-T图中从a到b的直线所示。在此过程中(　　)A.气体的体积减小B.气体对外界做功C.气体的内能不变D.气体先从外界吸收热量,后向外界放出热量E.外界对气体做功,同时气体向外界放出热量
解析:由p-T图像可知,气体从a到b过程气体温度保持不变而气体压强p增大,根据玻意耳定律,气体体积V减小,A正确;气体体积减小,外界对气体做功,W>0,B错误;从a到b过程气体温度不变,气体内能不变,ΔU=0,C正确;由热力学第一定律ΔU=W+Q可知,Q=ΔU-W=-W<0,气体向外界放出热量,D错误,E正确。
规律方法理想气体相关三量ΔU、W、Q的分析思路(1)对内能变化量ΔU的分析思路:①由理想气体温度变化分析理想气体内能变化。温度升高,内能增加;温度降低,内能减少。②由公式ΔU=W+Q分析内能变化。(2)对做功W的分析思路:①由体积变化分析气体做功情况。气体膨胀,气体对外界做功;气体被压缩,外界对气体做功。②由公式W=ΔU-Q分析气体做功情况。(3)对气体吸、放热Q的分析思路:一般由公式Q=ΔU-W分析气体的吸、放热情况。
拓展训练2(2020·全国卷Ⅱ)下列关于能量转换过程的叙述,违背热力学第一定律的有　　　　,不违背热力学第一定律,但违背热力学第二定律的有　　　　。(填正确答案标号) A.汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热B.冷水倒入保温杯后,冷水和杯子的温度都变得更低C.某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功,而不产生其他影响D.冰箱的制冷机工作时,从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内
解析:B项中,冷水倒入保温杯后,在热传递过程中,保温杯降温,冷水必升温,若都降温,就违背了热力学第一定律;C项中,新型热机的效率达不到100%,热量不可能全部转化为功,违背了热力学第二定律。
气体实验定律和理想气体状态方程常以计算题形式考查气体状态参量的变化。
例4如图所示,两端开口、粗细均匀的足够长U形玻璃管插在容积很大的水银槽中,管的上部有一定长度的水银,两段气体柱被封闭在左右两侧的竖直管中。开启阀门K,当各水银液面稳定时,位置如图所示,此时两段气体柱的温度均为300 K。已知h1=5 cm,h2=10 cm,右侧气体柱长度l1=60 cm,大气压p0相当于75 cm高水银柱产生的压强,重力加速度为g,水银密度为ρ,求:(1)左侧竖直管内气体柱的长度l2;(2)关闭阀门K,当右侧竖直管内的气体柱长度l1'=68 cm时(管内气体未溢出),气体温度为多少?
答案:(1)60 cm　(2)372 K解析:(1)设右侧竖直管内气体压强为p1,左侧竖直管内气体压强为p2,左侧竖直管内气体柱下端与水银槽内水银面的高度差为h3,则有p1=p0+ρgh2①p2=p1-ρgh1②p2=p0+ρgh3③联立①②③得h3=5 cm则l2=l1-h2+h1+h3=60 cm。
(2)设U形管横截面积为S,对右侧竖直管中气体柱有初态,p1=p0+ρgh2,V1=l1S,T1=300 K末态,p1'=p0+ρg(l1'-l1+h2),V1'=l1'S,设此时温度为T1‘
解得T1'=372 K。
规律方法应用气体实验定律的解题思路(1)选择对象——即某一定质量的理想气体。(2)找出参量——气体在始末状态的参量p1、V1、T1及p2、V2、T2。(3)认识过程——认清变化过程是正确选用物理规律的前提。(4)列出方程——选用某一实验定律或气态方程,代入具体数值求解,并讨论结果的合理性。
拓展训练3右图为一上粗下细且下端开口的薄壁玻璃管,管内有一段被水银密闭的气体,下管足够长,图中管的截面积分别为S1=2 cm2,S2=1 cm2,管内水银长度为h1=h2=2 cm,封闭气体长度l=10 cm,大气压强p0相当于76 cm高水银柱产生的压强,气体初始温度为300 K,若缓慢升高气体温度。(g取10 m/s2)试求:(1)当粗管内的水银刚被全部挤出时气体的温度;(2)当气体温度为525 K时,水银柱上表面距玻璃管 最上端的距离。
答案:(1)350 K　(2)24 cm解析:(1)设水银全部进入细管时,水银长度为x。
p1=p0-(ph1+ph2)=ρ水银g(h0-h1-h2),p2=p0-px=ρ水银g(h0-x),其中h0=76 cm。V1=lS1,V2=(l+h1)S1。
设水银柱上表面到粗细接口处的高度为y,则V3=(h1+l)S1+yS2解得y=12 cm所以水银柱上表面距玻璃管最上端的距离为h=y+l+h1=24 cm。
1.(2019·北京卷)下列说法正确的是(　　)A.温度标志着物体内大量分子热运动的剧烈程度B.内能是物体中所有分子热运动所具有的动能的总和C.气体压强仅与气体分子的平均动能有关D.气体膨胀对外做功且温度降低,分子的平均动能可能不变
2.(多选)关于热现象和热学规律,下列说法正确的是(　　)A.布朗运动就是液体分子的无规则运动B.晶体有确定的熔点,非晶体没有确定的熔点C.热量不可能从低温物体传到高温物体D.物体的体积增大,分子势能不一定增加E.一定质量的理想气体,如果压强不变,体积增大,那么它一定从外界吸热
3.(多选)(2019·河北石家庄一模)一定质量的理想气体从状态a开始,经历a到b、b到c、c到a三个过程回到原状态,其V-T图像如图所示,pa、pb、pc分别表示气体在状态a、b、c时的压强,下列说法正确的是(　　)A.由a到b的过程中,气体一定吸热B.pc>pb=paC.由b到c的过程中,气体放出的热量一定大于外界对气体做的功D.由b到c的过程中,每一个气体分子的速率都减小E.由c到a的过程中气体分子的平均动能不变
4.(2018·全国卷Ⅲ)(1)(多选)如图所示,一定量的理想气体从状态a变化到状态b,其过程如p-V图中从a到b的直线所示。在此过程中(　　)A.气体温度一直降低B.气体内能一直增加C.气体一直对外做功D.气体一直从外界吸热E.气体吸收的热量一直全部用于对外做功
(2)在两端封闭、粗细均匀的U形细玻璃管内有一段水银柱,水银柱的两端各封闭有一段空气。当U形管两端竖直朝上时,左、右两边空气柱的长度分别为l1=18.0 cm和l2=12.0 cm,左边气体的压强相当于12.0 cm高的水银柱产生的压强。现将U形管缓慢平放在水平桌面上,没有气体从管的一边通过水银逸入另一边。求U形管平放时两边空气柱的长度。在整个过程中,气体温度不变。
答案:(2)22.5 cm　7.5 cm
以气体温度升高,内能增加,A错、B对;气体的体积增大,气体对外做功,C对;根据热力学第一定律ΔU=W+Q,其中ΔU>0,W<0,所以Q>0,气体一直从外界吸收热量,D对;气体吸收的热量,一部分对外做功,另一部分增加了气体的内能,E错。
(2)设U形管两端竖直朝上时,左、右两边气体的压强分别为p1和p2。U形管水平放置时,两边气体压强相等,设为p,此时原左、右两边气柱长度分别变为l1'和l2'。由力的平衡条件有p1=p2+ρg(l1-l2)①式中ρ为水银密度,g为重力加速度大小。由玻意耳定律有p1l1=pl1'②p2l2=pl2'③两边气柱长度的变化量大小相等l1'-l1=l2-l2'④由①②③④式和题给条件得l1'=22.5 cm⑤l2'=7.5 cm。⑥
汽缸、活塞类问题分析 【典例示范】 如图所示,一直立的汽缸用质量为m的活塞封闭一定质量的理想气体,活塞横截面积为S,气体最初的体积为V0,最初的压强为 ,汽缸内壁光滑且缸壁导热性能良好。开始活塞被固定在A处,打开固定螺栓K,活塞下落,经过足够长时间后,活塞停在B处。设周围环境温度保持不变,已知大气压强为p0,重力加速度为g,若一定质量理想气体的内能仅由温度决定。求:(1)活塞停在B处时缸内封闭气体的体积V。(2)整个过程中通过缸壁传递的热量Q。
分析推理:1.汽缸内气体温度与周围环境温度相同。2.活塞停在B处说明活塞此时受力平衡。3.汽缸内气体内能不变。
以题说法解决此类问题的关键是合理选取研究气体,找出研究气体的初、末状态参量,特别是压强,然后选择气体实验定律及状态方程求解。求气体的压强时常常把研究对象转换为活塞,对活塞进行受力分析,然后根据平衡条件或牛顿第二定律求解。
针对训练 (2019·全国卷Ⅱ)如图所示,一容器由横截面积分别为2S和S的两个汽缸连通而成,容器平放在水平地面上,汽缸内壁光滑。整个容器被通过刚性杆连接的两活塞分隔成三部分,分别充有氢气、空气和氮气。平衡时,氮气的压强和体积分别为p0和V0,氢气的体积为2V0,空气的压强为p。现缓慢地将中部的空气全部抽出,抽气过程中氢气和氮气的温度保持不变,活塞没有到达两汽缸的连接处,求:
(1)抽气前氢气的压强;(2)抽气后氢气的压强和体积。
解析:(1)设抽气前氢气的压强为p10,根据力的平衡条件得(p10-p)·2S=(p0-p)·S①得p10= (p0+p)。②