专题14 热学-三年（2020-2022）高考物理真题模拟题分类练（全国卷专用）

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【考纲定位】
【知识重现】
知识点一 分子动理论 内能
1.宏观量与微观量的估算问题
2．扩散现象、布朗运动与热运动的比较
3．分子力与分子势能图象的比较
4．内能和机械能的比较
知识点二 固体 液体和气体
1．晶体和非晶体的理解
2．液体表面张力的理解
3．气体压强的微观解释
4.体状态变化的图象问题
知识点三 热力学定律 能量守恒定律
1.热力学第一定律
2.热力学第二定律的理解
3.求解气体实验定律与热力学定律的综合问题的一般思路
【真题汇编】
1.（2022·全国甲卷·T33（1））一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如图上从a到b的线段所示。在此过程中（ ）
A. 气体一直对外做功
B. 气体的内能一直增加
C. 气体一直从外界吸热
D. 气体吸收的热量等于其对外做的功
E. 气体吸收的热量等于其内能的增加量
2. （2022·全国乙卷·T33（1））一定量的理想气体从状态a经状态b变化到状态c，其过程如图上的两条线段所示，则气体在（ ）
A. 状态a处的压强大于状态c处的压强
B. 由a变化到b的过程中，气体对外做功
C. 由b变化到c的过程中，气体的压强不变
D. 由a变化到b的过程中，气体从外界吸热
E. 由a变化到b的过程中，从外界吸收的热量等于其增加的内能
3. （2021·全国乙卷·T33）如图，一定量的理想气体从状态经热力学过程、、后又回到状态a。对于、、三个过程，下列说法正确的是（ ）
A. 过程中，气体始终吸热
B. 过程中，气体始终放热
C. 过程中，气体对外界做功
D. 过程中，气体的温度先降低后升高
E. 过程中，气体的温度先升高后降低
4. （2020·全国Ⅱ卷·T33（1））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
5. （2020·全国Ⅲ卷·T33（1））如图，一开口向上的导热气缸内。用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与气缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上。使其缓慢下降。环境温度保持不变，系统始终处于平衡状态。在活塞下降过程中（ ）
A. 气体体积逐渐减小，内能增知
B. 气体压强逐渐增大，内能不变
C. 气体压强逐渐增大，放出热量
D. 外界对气体做功，气体内能不变
E. 外界对气体做功，气体吸收热量
6. （2021·全国甲卷·T33）如图，一定量的理想气体经历的两个不同过程，分别由体积-温度（V-t）图上的两条直线I和Ⅱ表示，V1和V2分别为两直线与纵轴交点的纵坐标；t0为它们的延长线与横轴交点的横坐标，t0是它们的延长线与横轴交点的横坐标，t0=-273.15℃；a、b为直线I上的一点。由图可知，气体在状态a和b的压强之比=___________；气体在状态b和c的压强之比=___________。
7. （2020·全国Ⅰ卷·T33（1））分子间作用力F与分子间距r的关系如图所示，r= r1时，F=0。分子间势能由r决定，规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零。若一分子固定于原点O，另一分子从距O点很远处向O点运动，在两分子间距减小到r2的过程中，势能_____（填“减小“不变”或“增大”）；在间距由r2减小到r1的过程中，势能_____ （填“减小”“不变”或“增大”）；在间距等于r1处，势能_____（填“大于”“等于”或“小于”）零。
8. （2022·全国甲卷·T33（2））如图，容积均为、缸壁可导热的A、B两汽缸放置在压强为、温度为的环境中；两汽缸的底部通过细管连通，A汽缸的顶部通过开口C与外界相通：汽缸内的两活塞将缸内气体分成I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四部分，其中第II、Ⅲ部分的体积分别为和、环境压强保持不变，不计活塞的质量和体积，忽略摩擦。
（1）将环境温度缓慢升高，求B汽缸中的活塞刚到达汽缸底部时的温度；
（2）将环境温度缓慢改变至，然后用气泵从开口C向汽缸内缓慢注入气体，求A汽缸中的活塞到达汽缸底部后，B汽缸内第Ⅳ部分气体的压强。
9. （2022·全国乙卷·T33（2））如图，一竖直放置的汽缸由两个粗细不同的圆柱形筒组成，汽缸中活塞Ⅰ和活塞Ⅱ之间封闭有一定量的理想气体，两活塞用一轻质弹簧连接，汽缸连接处有小卡销，活塞Ⅱ不能通过连接处。活塞Ⅰ、Ⅱ的质量分别为、m，面积分别为、S，弹簧原长为l。初始时系统处于平衡状态，此时弹簧的伸长量为，活塞Ⅰ、Ⅱ到汽缸连接处的距离相等，两活塞间气体的温度为。已知活塞外大气压强为，忽略活塞与缸壁间的摩擦，汽缸无漏气，不计弹簧的体积。
（1）求弹簧的劲度系数；
（2）缓慢加热两活塞间的气体，求当活塞Ⅱ刚运动到汽缸连接处时，活塞间气体的压强和温度。
10. （2021·全国甲卷·T33）如图，一汽缸中由活塞封闭有一定量的理想气体，中间的隔板将气体分为A、B两部分；初始时，A、B的体积均为V，压强均等于大气压p0，隔板上装有压力传感器和控制装置，当隔板两边压强差超过0.5p0时隔板就会滑动，否则隔板停止运动。气体温度始终保持不变。向右缓慢推动活塞，使B的体积减小为。
（i）求A的体积和B的压强；
（ⅱ）再使活塞向左缓慢回到初始位置，求此时A的体积和B的压强。
11. （2021·全国乙卷·T33）如图，一玻璃装置放在水平桌面上，竖直玻璃管A、B、C粗细均匀，A、B两管的上端封闭，C管上端开口，三管的下端在同一水平面内且相互连通。A、B两管的长度分别为，。将水银从C管缓慢注入，直至B、C两管内水银柱的高度差。已知外界大气压为。求A、B两管内水银柱的高度差。
12. （2020·全国Ⅰ卷·T33（2））甲、乙两个储气罐储存有同种气体（可视为理想气体）。甲罐的容积为V，罐中气体的压强为p；乙罐的容积为2V，罐中气体的压强为。现通过连接两罐的细管把甲罐中的部分气体调配到乙罐中去，两罐中气体温度相同且在调配过程中保持不变，调配后两罐中气体的压强相等。求调配后：
（i）两罐中气体的压强；
（ii）甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比。
13. （2020·全国Ⅱ卷·T33（2））潜水钟是一种水下救生设备，它是一个底部开口、上部封闭的容器，外形与钟相似。潜水钟在水下时其内部上方空间里存有空气，以满足潜水员水下避险的需要。为计算方便，将潜水钟简化为截面积为S、高度为h、开口向下的圆筒；工作母船将潜水钟由水面上方开口向下吊放至深度为H的水下，如图所示。已知水的密度为ρ，重力加速度大小为g，大气压强为p0，Hh，忽略温度的变化和水密度随深度的变化。
（1）求进入圆筒内水的高度l；
（2）保持H不变，压入空气使筒内的水全部排出，求压入的空气在其压强为p0时的体积。
【突破练习】
1.（2022·安徽合肥市高三下学期二模）下列说法中正确的是（ ）
A. 当分子间距离增大时，分子间引力增大，分子间斥力减小
B. 一定量的理想气体，如果压强不变，体积增大，它一定从外界吸热
C. 清晨植物叶面上的露珠呈球形，是因为水的表面张力作用
D. 布朗运动反映了悬浮颗粒内部的分子在永不停息地做无规则热运动
E. 一定量的理想气体，如果体积不变，温度降低，分子与器壁每秒平均碰撞次数减少
2. （2022·广东深圳市高三下学期一模）下列说法中正确的是____________．
A. 气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力
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. 空气中水蒸气的压强越大，空气的相对湿度一定越大
E. 破裂的眼镜镜片不能无痕拼接，是分子间斥力作用的结果
3. （2022·河北石家庄市高三下学期二模）关于分子动理论，下列说法正确的是（ ）
A. 通过显微镜观察到的布朗运动是固体颗粒分子的无规则运动
B. 若已知氧气的摩尔体积和阿伏伽德罗常数，可估算出氧气分子的体积
C. 在两个相距很远的分子逐渐靠近到很难再靠近的过程中，分子间作用力逐渐增大
D. 分子势能和分子间作用力有可能同时随分子间的距离增大而增大
4. （2022·广东肇庆市高三下学期三模）负压救护车在转运传染病人过程中发挥了巨大作用，所谓负压，就是利用技术手段，使负压舱内气压低于外界大气压，所以空气只能由舱外流向舱内，而且负压还能将舱内的空气进行无害化处理后排出。某负压救护车负压舱没有启动时，设舱内的大气压强为p0、温度为T0、体积为V0，启动负压舱后，要求负压舱外和舱内的压强差为。
①若不启动负压舱，舱内气体与外界没有循环交换，负压舱内温度升高到T0时，求舱内气体压强是多少。
②若启动负压舱，舱内温度保持T0不变，达到要求的负压值，求需要抽出压强为p0状态下多少体积的气体。
5. （2022·河北石家庄市高三下学期二模）徒手潜水是一项挑战人类极限的运动，潜水员不借助任何装备，可以徒手下潜到海面下一百多米处。潜水员进行徒手潜水练习时，经常使用“潜水钟”应对突发情况，潜水钟可以简化为如图所示的开口向下的重金属圆筒，内部存有空气。在某次练习时，潜水钟被吊放至深度的水下，此时潜水钟内的空气体积，已知海水的密度，重力加速度，大气压强相当于10m海水柱产生的压强，忽略温度的变化和海水密度随深度的变化，现将潜水钟缓慢提升至深度处。
（1）潜水钟的高度远小于潜水钟所在处的海水深度，求潜水钟在深度处时，钟内气体的体积；
（2）求潜水钟在深度、两处时，绳子拉力大小的差值。
6. （2022·河南洛阳市高三下学期二模）如图是某同学用手持式打气筒对一只篮球打气的情景。已知篮球内部容积为7.5L，环境温度为27℃，大气压强为1.0atm，打气前球内气压等于外界大气压强，手持式打气筒每打一次气能将0.5L、1.0atm的空气打入球内，当球内气压达到1.6atm时停止打气（1atm=1.0×105Pa）。
(1)已知温度为0℃、压强为1atm标准状态下气体的摩尔体积为V0=22.4L/ml，求打气前该篮球内空气的分子数n（取阿伏伽德罗常数NA=6.0×1023ml-1，计算结果保留两位有效数字）；
(2)要使篮球内气压达到1.6atm，求需打气的次数N（设打气过程中气体温度不变）。
近3年考情分析
考点要求
等级要求
考题统计
2022
2021
2020
分子动理论及内能
Ⅱ
Ⅰ卷·T34（1）
固体 气体和液体
Ⅱ
热力学定律及能量守恒定律
Ⅱ
全国甲卷·T33
全国乙卷·T33
全国甲卷·T33
全国乙卷·T33
Ⅰ卷·T33（2）
Ⅱ卷·T33
Ⅲ卷·T33
分子两种模型
把分子看成球形d＝
利用d＝计算出的d不是气体分子直径，而是气体分子间的平均距离
把分子看成小立方体d＝
宏观量与微观量之间的关系
一个分子的质量：m0＝＝。
分子体积V0、分子直径d、分子质量m0
物体的体积V、密度ρ、质量m、摩尔质量M、摩尔体积Vml、物质的量n
一个分子的体积：V0＝＝ （注意气体的特征）
物体所含的分子数：N＝n·NA＝·NA＝·NA
扩散现象
布朗运动
热运动
活动主体
分子
固体微小颗粒
分子
区别
是分子的运动，发生在固体、液体、气体任何两种物质之间
是比分子大得多的颗粒的运动，只能在液体、气体中发生
是分子的运动，不能通过光学显微镜直接观察到
共同点
（1）都是无规则运动
（2）都随温度的升高而更加激烈
联系
扩散现象、布朗运动都反映了分子做无规则的热运动
分子力F
分子势能Ep
图象
随分
子间
距离
的变化情况
rr0
r增大，F先增大后减小，表现为引力
r增大，F做负功，Ep增大
r＝r0
F引＝F斥，F＝0
Ep最小，但不为零
r>10r0
引力和斥力都很微弱，F＝0
Ep＝0
能量
定义
决定因素
能量值
测量
转化
内能
物体内所有分子的动能和势能的总和
由物体内部分子微观运动状态决定
恒不
为零
无法测量
在一定条
件下可相互转化
机械
能
物体的动能及重力势能和弹性势能的总和
与物体宏观运动状态、参考系和零势能面的选取有关
可以
为零
可以测量
熔点
凡是具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体。
各向异性
凡是具有各向异性的物体必定是晶体，且是单晶体。
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。
相互转化
晶体和非晶体一定条件下可以相互转化。
形成原因
表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大，分子间的相互作用力表现为引力
表面特性
表面层分子间的引力使液面产生了表面张力，使液体表面好像一层绷紧的弹性薄膜
表面张力
的方向
和液面相切，垂直于液面上的各条分界线
表面张力
的效果
表面张力使液体表面具有收缩趋势，使液体表面积趋于最小，而在体积相同的条件下，球形的表面积最小
典型现象
球形液滴、肥皂泡、涟波、毛细现象、浸润和不浸润
分子间的作用力
气体分子之间的距离远大于分子直径，气体分子之间的作用力十分微弱，可以忽略不计，气体分子间除碰撞外无相互作用力。
分子的速率分布
“中间多，两头少”的统计分布规律。
分子的运动方向
气体分子的运动是杂乱无章的，但向各个方向运动的机会均等；气体均匀充满整个容器；分子数密度随体积大小变化
分子的运动与温度
温度升高，气体分子的平均动能增大，但不是每个分子的速率都增大;反之温度降低，气体分子的平均动能减小，但不是每个分子的速率都减小
压强与温度、体积关系
气体温度越高，分子平均动能越大，体积越小，分子数密度越大，压强越大；气体温度越低，分子平均越小，体积越大，分子数密度越小，压强越小。
等温变化
等容变化
等压变化
图象
p ­V图象
p ­图象
p ­T图象
V ­T图象
特点
pV＝CT（其中C为恒量），即pV之积越大的等温线温度越高，线离原点越远
p＝CT，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高
p＝T，斜率k＝，即斜率越大，体积越小
V＝T，斜率k＝，即斜率越大，压强越小
内容
一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。
公式
ΔU＝Q＋W
正负号法则
W
Q
ΔU
正号
外界对物体做功
物体吸收热量
内能增加
负号
物体对外界做功
物体放出热量
内能减少
理解
（1）做功和热传递对改变系统内能具有等效性。
（2）做功过程是系统与外界之间的其他形式能量与内能间的相互转化。
（3）热传递过程是系统与外界之间内能转移的过程。
特例
（1）绝热过程：Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加。
（2）不做功的过程：W＝0，Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。
（3）内能不变的过程：W＋Q＝0，即物体吸收的热量全部用来对外做功，或外界对物体做的功等于物体放出的热量。
关键词
自发地
热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助
不产生其他影响
发生热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响
方向性
热传递
高温物体低温物体
功能转化
功热
体积变化
气体体积V1气体体积V2（较大）
气体混合
不同气体A和B混合气体A、B