专题16　热学-2022年高三物理二轮复习（命题规律知识荟萃经典例题精选习题）(江苏专用)（原卷版）

2022年高三物理二轮复习资料（命题规律+知识荟萃+经典例题+精选习题）

（江苏专用）

专题16　热学

【命题规律】

1、命题角度：

（1）分子动理论、固体和液体；

（2）气体实验定律和理想气体状态方程；

（3）热力学定律与气体实验定律的结合.

2、常考题型：选择题或计算题．

【知识荟萃】

★考向一、分子动理论　固体和液体

1．估算问题

（1）分子总数：N＝nNA＝NA＝NA.

特别提醒：对气体而言，V0＝不等于一个气体分子的体积，而是表示一个气体分子占据的空间．

（2）两种分子模型：①球体模型：V＝πR3＝πd3（d为球体直径）；②立方体模型：V＝a3.

2．分子热运动：分子永不停息地做无规则运动，温度越高，分子的无规则运动越剧烈，即平均速率越大，但某个分子的瞬时速率不一定大．

3．分子间作用力、分子势能与分子间距离的关系（如图）

4．气体压强

5．晶体与非晶体

★考向二、气体实验定律　理想气体状态方程

1．压强的计算

（1）被活塞、汽缸封闭的气体，通常分析活塞或汽缸的受力，应用平衡条件或牛顿第二定律求解，压强单位为Pa.

（2）水银柱密封的气体，应用p＝p0＋ph或p＝p0－ph计算压强，压强p的单位为cmHg或mmHg.

2．合理选取气体变化所遵循的规律列方程

（1）若气体质量一定，p、V、T中有一个量不发生变化，则选用对应的气体实验定律列方程求解．

（2）若气体质量一定，p、V、T均发生变化，则选用理想气体状态方程列式求解．

3．关联气体问题

解决由活塞、液柱相联系的两部分气体问题时，根据两部分气体压强、体积的关系，列出关联关系式，再结合气体实验定律或理想气体状态方程求解．

4．气体的“三定律、一方程”

玻意耳定律：p1V1＝p2V2

查理定律：＝或＝

盖—吕萨克定律：＝或＝

理想气体状态方程：＝或＝C.

★考向三、热力学定律与气体实验定律相结合

1．理想气体相关三量ΔU、W、Q的分析思路

（1）内能变化量ΔU

①由气体温度变化分析ΔU.温度升高，内能增加，ΔU>0；温度降低，内能减少，ΔU<0.

②由公式ΔU＝W＋Q分析内能变化．

（2）做功情况W

由体积变化分析气体做功情况．体积膨胀，气体对外界做功，W<0；体积被压缩，外界对气体做功，W>0.

（3）气体吸、放热Q

一般由公式Q＝ΔU－W分析气体的吸、放热情况，Q>0，吸热；Q<0，放热．

2．理想气体相关三量ΔU、W、Q的分析思路

（1）内能变化量ΔU

①由气体温度变化分析ΔU.温度升高，内能增加，ΔU>0；温度降低，内能减少，ΔU<0.

②由公式ΔU＝W＋Q分析内能变化.

（2）做功情况W

由体积变化分析气体做功情况.体积膨胀，气体对外界做功，W<0；体积被压缩，外界对气体做功，W>0.

（3）气体吸、放热Q

一般由公式Q＝ΔU－W分析气体的吸、放热情况，吸热，Q>0；放热，Q<0.

3．对热力学第二定律的理解：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．

【经典例题】

【例题1】铋（）衰变为铊（）的半衰期达到宇宙寿命的10亿倍。最近，科学家发现铋晶体具有某种特殊的导电性质，被称为“拓扑绝缘体”，可能掀起材料科学领域的一场革命。下列说法正确的是（　　）

A．铋变成铊的衰变是β衰变

B．铋的放射性很微弱

C．铋晶体不具有固定熔点

D．铋晶体各项物理性质均表现为各向异性

【例题2】一定质量理想气体的压强p随体积V变化规律如图所示，从状态A到B的过程中（　　）

A．气体温度保持不变

B．外界对气体做功

C．气体从外界吸收热量

D．气体对器壁单位面积的平均作用力不变

【例题3】工业测量中，常用充气的方法较精确地测量特殊容器的容积和检测密封性能．为测量某空香水瓶的容积，将该瓶与一带活塞的气缸相连，气缸和香水瓶内气体压强均为，气缸内封闭气体体积为，推动活塞将气缸内所有气体缓慢推入瓶中，测得此时瓶中气体压强为P，香水瓶导热性良好，环境温度保持不变．

（1）求香水瓶容积V；

（2）若密封程度合格标准为：在测定时间内，漏气质量小于原密封质量的视为合格．将该空香水瓶封装并静置较长一段时间，现使瓶内气体温度从升高到，测得其压强由P变为，试判断该瓶密封性能是否合格。

【例题4】如图所示，导热性能良好的圆筒形气缸开口向上放在水平地面上，缸内两个活塞A、B将缸内封闭成两段气柱Ⅰ、Ⅱ，静止时两段气柱的高均为h，活塞截面积均为S，质量均为m。两活塞与气缸内壁无摩擦且气密性好，大气压强为p0，环境温度为，保持大气压不变，缓慢降低环境温度，使活塞A下降的高度。重力加速度为g，不计活塞的厚度，求：

（i）降低后稳定时的环境温度为多少；

（ii）若此过程两段气柱减少的内能总量为，则两段气柱放出的总热量为多少。

【精选习题】

一、单选题

1．关于分子力，下列对自然中的现象解释合理的是（　　）

A．拉长一根橡皮筋，能感觉到橡皮筋的张力，是因为分子间的距离变大，相邻分子间只有引力

B．水很难被压缩，是因为压缩时，分子间距离变小，相邻分子间只有斥力，没有引力

C．空中的小雨滴一般呈球形，主要是因为表面张力使水分子聚集成球体

D．注射器中封闭一段气体，堵住出口，压缩气体感觉比较费力，因为压缩气体时相邻分子间的作用力表现为斥力

2．下面说法正确的是（　　）

A．鸭子从池塘中出来，羽毛并不湿——毛细现象

B．细玻璃棒尖端放在火焰上烧熔后尖端变成球形——表面张力

C．压紧土壤可以把地下水分引上来——浸润现象

D．保存地下的水分就要把地面的土壤锄松——表面张力

3．舰载机尾焰的温度超过1000℃，因此国产航母“山东舰”甲板选用耐高温的钢板。下列说法中正确的是（　　）

A．钢板是非晶体

B．钢板的物理性质是各向同性的

C．尾焰喷射到钢板上时，该处所有分子的动能都增大

D．发动机燃油燃烧产生的热量可以全部用来对舰载机做功

4．某同学利用如图所示的装置做“探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系”实验，先后测得5组数据列于下表。如果读数和计算无误，分析数据发现随着实验的进行（　　）

A．有气体泄露 B．有空气进入

C．气体温度升高 D．气体不再近似遵守气体实验定律

5．如图所示，一定质量的某种理想气体从状态A变化到状态（     ）

A．可通过等容变化实现

B．不可能经过体积减小的过程

C．气体一定从外界吸热

D．外界一定对气体做正功

6．如图所示，两个内壁光滑的导热气缸通过一个质量不能忽略的“工”字形活塞封闭了A、B两部分气体。下面气缸的横截面积大于上面气缸的横截面积，现使环境温度降低10℃，外界大气压保持不变，下列说法正确的是（　　）

A．活塞下降 B．活塞上升 C．活塞静止不动 D．不能确定

二、解答题

7．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1.5 L，内含1.0 L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0.05 L的1.0 atm的空气，多次下压后，壶内气体压强变为2.0 atm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，1.0 atm＝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。

8．根据某种轮胎说明书可知，轮胎内气体压强的正常值在至之间，轮胎的容积。已知当地气温，大气压强，设轮胎的容积和充气过程轮胎内气体的温度保持不变。

(1)若轮胎中原有气体的压强为，求最多可充入压强为的气体的体积V；

(2)充好气的轮胎内气压，被运送到气温的某地。为保证轮胎能正常使用，请通过计算说明是否需要充气。

9．一定质量的理想气体，状态从A→B→C→D→A的变化过程可用如图所示的p­V图线描述，其中D→A为等温线，气体在状态A时温度为TA=300 K，求：

(1)气体在状态C时温度TC；

(2)若气体在A→B过程中吸热1000 J，则在A→B过程中气体内能如何变化？变化了多少？

10．如图所示，内壁光滑、粗细均匀的圆环形绝热细管置于竖直平面内，细管的横截面积为，是固定在管上的绝热阀门，为可在细管内自由移动的绝热活塞，其质量为。初始时，、与圆环中心在同一水平面内，细管上、下部分分别封有一定质量的理想气体、，气体温度 ，压强为。现保持气体温度不变，对气体缓慢加热，活塞M缓慢移动到细管最低点，此过程中活塞不漏气。取重力加速度，活塞的厚度不计，求：

(1)初始时气体的压强；

(2)活塞在细管最低点时气体的温度。

11．如图所示，质量为m的活塞将体积为V0，温度为T0的某种理想气体，密封在内壁光滑的圆柱形导热汽缸内，活塞横截面积为S。现将汽缸内气体的温度缓慢升高，气体体积增大到2V0。已知大气压强为，气体内能U与温度T的关系为U=kT（k为常量），重力加速度为g。求∶

(1)该过程中气体的压强p；

(2)气体体积为2V0时的温度T2；

(3)该过程中气体吸收的热量Q。

12．已知潜水员在岸上和海底吸入空气的密度分别为1.3 kg/m3和2.1 kg/m3，空气的摩尔质量为0.029 kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023mol－1.若潜水员呼吸一次吸入2 L空气，求：

（1）潜水员在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空气的分子数(结果保留一位有效数字)；

（2）在海底吸入的空气大约是岸上吸入的空气的压强的多少倍？(忽略温度的差异)