2023届二轮复习 专题十四热学 学案

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专题十四热学 命题热点常考题型(1)分子动理论，晶体、非晶体、液体及表面张力；(2)气体实验定律和理想状态方程的应用；(3)热力学定律与气体实验定律的结合；(4)与生活实际相关的热学问题．选择题计算题  高频考点·能力突破考点一　分子动理论　固体与液体1．必须注意的“三点”(1)分子直径的数量级是10－10m；分子永不停息地做无规则运动．(2)球体模型(适用于固体、液体)，立方体模型(适用于气体)．(3)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．2．必须弄清分子力和分子势能 　　　　　　　理想气体没有分子势能(1)分子力：分子间引力与斥力的合力．分子间距离增大，引力和斥力均减小；分子间距离减小，引力和斥力均增大，但斥力总比引力变化得快．(2)分子势能：分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增大；当分子间距为r0(分子间的距离为r0时，分子间作用的合力为0)时，分子势能最小．  例1[2022·河北高三一模](多选)下列说法正确的是(　　)A.图甲为中间有隔板的绝热容器，隔板左侧装有温度为T的理想气体，右侧为真空．现抽掉隔板，气体的最终温度仍为TB．图乙为布朗运动示意图，悬浮在液体中的微粒越大，在某一瞬间跟它相撞的液体分子越多，撞击作用的不平衡性表现得越明显C．图丙为同一气体在0 ℃和100 ℃两种不同情况下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比与分子速率间的关系图线，两图线与横轴所围面积不相等D．图丁中，液体表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大，液体表面层中分子间的作用力表现为引力[解题心得]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  预测1　[2022·江苏冲刺卷]北京冬奥会的雪花形主火炬由96块小雪花和6个橄榄枝组成．关于雪花的下列说法正确的是(　　)A．一片雪花大约由1 000个水分子组成B．雪花融化成的水是液态的晶体C．雪花是水蒸气凝华时形成的晶体D．没有两片雪花是相同的，因此雪花不属于晶体 预测2　(多选)2021年8月5日，在东京奥运会跳水女子10m台决赛中，14岁的全红婵以总分466.2拿到金牌，并打破了世界纪录．她的五次跳水中有三次满分，娴熟的动作和标准的姿势不禁让李小鹏感叹：我扔个硬币溅起的水花都比她跳水的水花大．下列说法正确的是(　　)A．运动员出水后泳衣上的水很快滑落，这是因为制造泳衣的材料对水不浸润B．运动员入水过程中，在水中产生的气泡内的气体压强大于大气压C．运动员入水激起的水花中，很多接近球形，这是水的表面张力的作用D．运动员入水后，身体周围会出现一些小气泡，这些小气泡在做无规则的布朗运动  考点二　气体实验定律和理想状态方程的应用对三个气体实验定律的理解(1)定律在温度不太低、压强不太大的情况下适用：　中学阶段，所涉及的计算题一般都适用(2)一定质量的理想气体做等容变化时，气体的压强跟摄氏温度不成正比；(3)气体做等容变化时，气体压强的变化量与温度的变化量成正比，即＝＝. 例2[2022·全国甲卷，节选]如图，容积均为V0、缸壁可导热的A、B两汽缸放置在压强为p0、温度为T0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V0和V0.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2T0，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．[试解]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  预测3　[2022·江苏冲剌卷]如图，某材料制备系统由供气瓶、反应室、加热器和真空泵等设备组成．供气瓶的容积为20L，储存的气体压强为3.0×105Pa，反应室的容积为10L．制备材料前，反应室处于真空状态，关闭所有阀门．制备材料时，先打开阀门1，供气瓶向反应室缓慢供气，当反应室气压达到1.0×102Pa时，关闭阀门1；对反应室内气体缓慢加热，使其从室温25℃升到200℃，进行材料合成．实验结束后，待反应室温度降至室温，将其抽至真空状态．环境温度恒定，忽略材料体积，气体不参与反应．(1)加热后，求反应室内气体的压强(结果保留3位有效数字)．(2)当供气瓶剩余气体压强降到1.5×105Pa时，需更换新的供气瓶，供气瓶最多能给反应室充气多少次？[试解]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  预测4　如图甲所示，粗细均匀的足够长玻璃管的一端开口，另一端封闭，管的横截面积S＝10cm2，沿水平方向放置时，一段长h＝38cm的水银柱封闭着一定质量的理想气体，管内气柱长度L1＝30cm，大气压强恒为p0＝76cmHg，室内热力学温度恒为T1＝300K．现将玻璃管沿逆时针方向缓慢转过90°.取76cmHg＝1×105Pa.(1)求稳定后管内气柱的长度；(2)使玻璃管的封闭端浸入冰水混合物中，管内气体的温度缓慢降低，求管内气体的温度降低的过程中，水银柱对管内气体做的功．[试解]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　   考点三　热力学定律和气体定律的结合热力学定律与气体实验定律问题的处理方法(1)气体实验定律研究对象是一定质量的理想气体．(2)解决具体问题时，分清气体的变化过程是求解问题的关键，根据不同的变化，找出与之相关的气体状态参量，利用相关规律解决．(3)对理想气体，只要体积变化，外界对气体(或气体对外界)就要做功，如果是等压变化，W＝pΔV；只要温度发生变化，其内能就发生变化．(4)结合热力学第一定律ΔU＝W＋Q求解问题． 例3[2022·全国甲卷，节选](多选)一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p­T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[解题心得]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  例4一定质量的理想气体经历了如图所示的A→B→C→D→A循环，该过程每个状态可视为平衡态．下列说法中正确的是(　　)A．状态A气体分子的平均动能比状态B气体分子的平均动能大B．状态C到状态D，气体的内能保持不变C．状态B到状态C，气体将放出热量D．状态D到状态A，气体对外做功[解题心得]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  预测5　[2022·山东冲刺卷](多选)一定质量的理想气体，从初始状态A经状态B、C、D再回到状态A，其体积V与温度T的关系如图所示．图中TA、VA和TD为已知量，则下列说法正确的是(　　)A．从状态A到B，气体经历的是等压过程B．从B到C的过程中，气体的内能减小C．从C到D的过程中，气体向外放热D．气体在状态D时的体积VD＝  预测6　[2022·辽宁模拟卷]真空泵抽气腔与容器相连，活塞向左运动时即从容器中抽气，活塞向右运动时阀门自动关闭，将进入气腔内的气体全部排出，示意图如图甲．设抽气过程中抽气腔与容器中的气体压强始终相等，每次抽气活塞均从抽气腔最右端移动至最左端．已知容器的容积为V0，抽气腔的容积为nV0，初始时刻气体压强为p0.(1)若抽气过程中气体的温度保持不变，求第一次抽气后容器中气体的压强p；(2)若在绝热的条件下，某次抽气过程中，气体压强p随体积V变化的规律如图乙，求该过程气体内能的变化量ΔU.[试解]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　     素养培优·情境命题与生活实际相关的热学问题情境1　为了有效控制新冠疫情传播，在转移患者时采用专用的负压救护车，负压救护车的核心是负压舱．它不工作时为开放状态，工作时通过顶部循环过滤的进、排气高效净化系统保证负压舱内为微负压环境及内部空气流通，为疑似病人提供新鲜空气，同时保护周围人员及周围环境不受病源体污染．已知大气压强为p0，环境温度为T0.负压舱正常工作时内部温度比环境温度高了k1T0，内部压强比外界低了k2P0.空气视为理想气体，物理量的单位均为国际单位制，常数k1和k2均远小于1.则负压舱从开放状态转为正常工作状态需向外界排出的空气质量与原有空气质量的比值为(　　)A．  B．C．  D．[解题心得]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  情境2　[2022·重庆质检]可折叠轮椅(RevolveAir)的发明为参加北京冬残奥会的运动员的出行提供了便利．该轮椅只需简单几步，能缩至不到20L的拉杆箱大小，并可带上飞机放入行李舱．若轮椅折叠收入箱中时，轮胎中空气全部被排尽，打开使用时需重新充气．已知大气压强为p0且保持不变，某次在室温下(27℃)对轮胎充气，使轮胎内压强达到4p0.单边轮胎充满气时内部气体体积为V0，且充好后轮胎不漏气．(1)若打气筒每次充入0.1V0的压强为p0的空气，则对单边轮胎共需打气多少次？(2)若运动员坐上轮椅后，轮胎内气体体积变为V0，要使轮胎内压强不超过4.5p0，则行驶时胎内气体温度应不超过多少摄氏度？(不考虑行驶过程中胎内气体体积的变化，取T＝273＋t)[试解]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  情境3　[2022·广东押题卷]“拔火罐”是我国传统医疗的一种手段．如图所示，医生先用点燃的酒精棉球加热小罐内的空气，随后迅速把小罐倒扣在需要治疗的部位，冷却后小罐便紧贴在皮肤上．已知小罐质量m＝0.1kg，开口部位的直径d＝5cm.设加热后小罐内的空气温度t＝77℃，室温t0＝21℃，大气压p0＝1.0×105Pa，不考虑因皮肤被吸入罐内导致空气体积的变化．取g＝10m/s2.当罐内空气变为室温时．(1)求此时罐内气体的压强p；(2)计算此时小罐对皮肤的压力F；并说明若考虑因皮肤被吸入罐内导致空气体积的变化，上述压力F的数值比真实值偏大还是偏小．[试解]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  情境4　新冠肺炎疫情期间，某班级用于消毒的喷壶示意图如图甲所示．壶的容积为1.5L，内含1.0L的消毒液．闭合阀门K，缓慢向下压压杆A，每次可向瓶内储气室充入0.05L的1.0atm的空气，多次下压后，壶内气体压强变为2.0atm时，按下按柄B，阀门K打开，消毒液从喷嘴处喷出．储气室内气体可视为理想气体，充气和喷液过程中温度保持不变，1.0atm＝1.0×105Pa.(1)求充气过程向下压压杆A的次数和打开阀门K后最多可喷出液体的体积；(2)喷液全过程，气体状态变化的等温线近似看成一段倾斜直线，如图乙所示，估算全过程壶内气体从外界吸收的热量．[试解]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　                             专题十四　热学高频考点·能力突破考点一例1　解析：右侧为真空，气体自由膨胀，“没有做功对象”，根据热力学第一定律有ΔU＝W＋Q，做功W＝0，因为是绝热容器，所以没有热交换，即Q＝0，因此内能不变，理想气体的内能由温度决定，所以温度不变，所以A正确；悬浮在液体中的微粒越大，在某一瞬间跟它相撞的液体分子越多，撞击作用的平衡性表现的越明显，所以B错误；由丙图可知，在0 ℃和100 ℃两种不同情况下各速率区间的分子数占总分子数的百分比与分子速率间的关系图线与横轴所围面积都应该等于1，即相等，所以C错误；液体表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大，液体表面层中分子间的作用力表现为引力，即液体的表面张力，所以D正确．答案：AD预测1　解析：一片雪花大约由大量的水分子组成，远大于1 000个，A错误；雪花融化成的水不是晶体，故B错误；根据物态变化可知，雪花是水蒸气凝华时形成的晶体，故C正确；雪花是晶体，故D错误．答案：C预测2　解析：运动员出水后泳衣上的水很快滑落，这是因为泳衣由对水不浸润的材料制成，故A正确；运动员入水后，水下气泡内的气体压强大于大气压，故B正确；运动员入水激起的水花接近球形，这是表面张力的作用，故C正确；运动员入水后，身体周围会有一些小气泡做无规则的运动，这些小气泡的运动不是布朗运动，故D错误．答案：ABC考点二例2　解析：(1)选第Ⅳ部分气体为研究对象，在B汽缸中的活塞到达汽缸底部的过程中发生等压变化：＝，解得T1＝T0.(2)以第Ⅱ、Ⅲ部分气体整体为研究对象，温度由T0升至2T0过程，由理想气体状态方程：＝.对第Ⅳ部分气体，温度由T0升至2T0过程，由理想气体状态方程：＝，解得p1＝p0.答案：(1)T0　(2)p0预测3　解析：(1)根据查理定律得＝解得p2＝p1＝159 Pa.(2)设可以供n次，则根据玻意耳定律得p0V0＝，解得n＝3 000次．答案：(1)159 Pa　(2)3 000次预测4　解析：(1)设稳定后管内气柱的长度为L2，对管内封闭气体初态时p1＝p0＝76 cmHgV1＝L1S，T1＝300 K末态时p2＝(76＋38) cmHg＝114 cmHgV2＝L2S根据玻意耳定律有p1V1＝p2V2，解得L2＝20 cm.(2)设稳定后管内气柱的长度为L3V3＝L3S，T3＝273 K气体发生等压变化，有＝，可得L3＝18.2 cm水银柱对管内气体做的功W＝p2(L2－L3)S解得W＝2.7 J.答案：(1)20 cm　(2)2.7 J考点三例3　解析：p -T图线过坐标原点，因此气体从状态a到状态b发生等容变化，气体没有对外做功，A、D错误；从状态a到状态b气体温度升高，一定质量的理想气体内能只与温度有关，温度升高，内能增加，B正确；根据热力学第一定律可知气体从外界吸热，且吸收的热量等于其内能增加量，C、E正确．答案：BCE例4　解析：由图可知A状态的压强、体积都比B状态的小，由理想气体状态方程＝，得TA<TB，温度是分子平均动能的标志，温度越高分子平均动能越大，即：状态B时，气体分子的平均动能比状态A时气体分子的平均动能大，故A错误；由图可知D状态的压强、体积都比C状态的小，由理想气体状态方程＝，得TD<TC，因为一定量的理想气体内能由气体温度决定，温度越高气体内能越大，故B错误；由图可知C状态的压强比B状态的小，两状态的体积相同，由查理定律＝C知TB>TC，所以气体从状态B到状态C内能减小，ΔU<0，W＝0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知Q<0，故气体将放出热量，故C正确；状态D到状态A，气体体积不变，气体对外做功为0，故D错误．答案：C预测5　解析：从状态A到B，气体经历的是等容过程，所以A错误；从B到C的过程中，温度不变，则气体的内能不变，所以B错误；从C到D的过程中，气体温度降低，气体内能减小ΔU<0，体积减小，则外界对气体做正功W>0，根据热力第一定律ΔU＝W＋Q可知，Q<0则气体向外放热，所以C正确；从状态D到A，气体经历的是等压过程，根据＝解得VD＝，所以D正确．故选C、D.答案：CD预测6　解析：(1)等温变化，第一次抽气p0V0＝p(V0＋nV0)得p＝.(2)绝热过程可知Q＝0又有W＝－ΔV＝－(nV0)＝－0.8p0nV0根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q＝W＝－0.8p0nV0.答案：(1)p＝　(2)－0.8p0nV0素养培优·情境命题情境1　解析：根据题意，设原有气体的质量为m，放出气体的质量为Δm，初态体积为V，排出的气体体积为ΔV，由理想气体状态方程有＝，解得ΔV＝·V，则向外界排出的空气质量与原有空气质量的比值为＝＝，故D正确．答案：D情境2　解析：(1)在室温下对轮胎充气，由玻意耳定律可得np0×0.1V0＝4p0V0解得n＝40次．(2)设运动员坐上轮椅后轮胎内气体压强为p′，应用玻意耳定律，有4p0V0＝p′×V0行驶过程中胎内气体体积不变，由查理定律可得＝，联立，可得t＝42 ℃.答案：(1)40次　(2) 42 ℃情境3　解析：(1)拔罐内的气体做等容变化，初态：p1＝p0，T1＝(273＋77) K＝350 K末态：p2＝？，T2＝(273＋21)K＝294 K根据查理定律可得＝，解得p2＝0.84×105 Pa.(2)对皮肤的压力为F＝mg＋(p0－p2)·π·()2＝32.4 N若考虑因皮肤被吸入罐内导致空气体积的变化，应为封闭气体的体积减小了，即V2<V1，根据＝可得p2变大，故对皮肤的压力F＝mg＋(p0－p2)S将减小，上述压力F的数值比真实值偏大．答案：(1)0.84×105 Pa　(2)此时小罐对皮肤的压力F为32.4 N，若考虑因皮肤被吸入罐内导致空气体积的变化，上述压力F的数值比真实值偏大．情境4　解析：(1)壶中原来空气的体积V1＝0.5 L由玻意耳定律p1(nV0＋V1)＝p2V1解得n＝10次．最多喷射的液体ΔV＝nV0＝0.5 L.(2)外界对气体做功W＝－ΔV＝－75 J由热力学第一定律有ΔU＝W＋Q＝0解得Q＝75 J.答案：(1)10次　0.5 L　(2)75 J