2024年高考物理大一轮复习：主题10 热学

主题十　热　学

规律方法提炼

1.两种微观模型

(1)球体模型(适用于固体、液体)：一个分子的体积V0＝πd3，d为分子的直径。

(2)立方体模型(适用于气体)：一个分子占据的平均空间V0＝d3，d为分子间的

距离。

2.掌握三个关系

(1)分子力与分子间距的关系，分子势能与分子间距的关系。

(2)分子力做功与分子势能变化的关系。

(3)宏观量与微观量的关系。阿伏加德罗常数是联系宏观与微观的桥梁。

3.熟记并理解四个问题

(1)对晶体、非晶体特性的理解

①只有单晶体，才可能具有各向异性。

②各种晶体都具有固定熔点，晶体熔化时，温度不变，吸收的热量全部用于增加分子势能。

③晶体与非晶体可以相互转化。

(2)正确理解温度的微观含义

①温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能越大。

②温度越高，物体分子动能总和增大，但物体的内能不一定越大。

(3)对气体压强的理解

①气体对容器壁的压强是气体分子频繁碰撞器壁的结果，温度越高，气体分子密集程度越大，气体对容器壁因碰撞而产生的压强就越大。

②地球表面大气压强可认为是大气重力产生的。

(4)饱和汽压的特点

液体的饱和汽压与温度有关，温度越高，饱和汽压越大，且饱和汽压与饱和汽的体积无关。

4.两点注意

(1)一定质量的理想气体的内能只与温度有关：与热力学温度成正比。

(2)气体状态变化与内能变化的关系：

V增大，对外做功(W<0)

V减小，外界对气体做功(W>0)

T升高，内能增大

T降低，内能减小。

1.(多选)(2019·福建省厦门大学附中第三次模拟)下列说法中正确的是(　　)

A.无论技术怎样改进，热机的效率都不能达到100%

B.空气中所含水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压之比为空气的相对湿度

C.蔗糖受潮后粘在一起形成的糖块看起来没有确定的几何形状，是多晶体

D.已知阿伏加德罗常数、某种气体的摩尔质量和密度，可以估算该种气体分子体积的大小

E.“油膜法估测分子的大小”实验中，用一滴油酸酒精溶液的体积与浅盘中油膜面积的比值可估测油酸分子直径

解析　根据热力学第二定律，不可能将从单一热库吸收的热量全部转化为机械能而不引起其他变化，所以无论技术怎样改进，热机的效率都不能达到100%，A正确；空气中所含水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压之比为空气的相对湿度，B正确；蔗糖受潮后粘在一起形成的糖块看起来没有确定的几何形状，是多晶体，C正确；已知阿伏加德罗常数、某种气体的摩尔质量和密度，可以估算该种气体分子所占空间的大小，或分子之间的距离，但是不能估算分子的大小，D错误；“油膜法估测分子的大小”实验中，用一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积与浅盘中油膜面积的比值可估测油酸分子直径，E错误。

答案　ABC

2.(多选)(2018·湖南省雅礼中学模拟)根据热力学知识，下列说法正确的是(　　)

A.当r>r0(平衡距离)时，随着分子间距增大，分子间的引力增大，斥力减小，所以合力表现为引力

B.热量可以从低温物体传到高温物体

C.有些物质，在适当的溶剂中溶解时，在一定浓度范围内具有液晶态

D.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

E.夏天中午时车胎内的气压比清晨时的高，且车胎体积增大，则胎内气体对外界做功，内能增大(胎内气体质量不变且可视为理想气体)

解析　当r＞r0(平衡距离)时随着分子间距增大，分子间的引力减小，斥力减小，但斥力减小得更快，合力表现为引力，选项A错误；根据热力学第二定律可知，热量可以从低温物体传到高温物体，但要引起其他变化，选项B正确；有些物质溶解速率与沉淀速率相等时，形成饱和溶液，会达到溶解平衡，所以有些物质在适当溶剂中溶解时在一定浓度范围内具有液晶态，故C正确；空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近饱和汽压，水的蒸发越慢，选项D错误；夏天中午时车胎内气压比清晨时的高，且车胎体积增大，则胎内气体对外界做功，因中午温度升高，则内能增大，选项E正确。

答案　BCE

3.(多选)(2019·湖南省常德市二模)关于热学知识的下列叙述中正确的是(　　)

A.布朗运动就是液体分子的热运动

B.将大颗粒的盐磨成细盐，就变成了非晶体

C.第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它是制造不出来的

D.在绝热条件下压缩气体，气体的内能一定增加

E.空气中水蒸气的实际压强与饱和汽压相差越大，越有利于水的蒸发

解析　布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒的无规则运动，是液体分子热运动的表现，选项A错误；将大颗粒的盐磨成细盐，仍然是晶体，选项B错误；第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但违背了热力学第二定律，是制造不出来的，选项C正确；在绝热条件下压缩气体，则Q＝0，W>0，则根据ΔU＝W＋Q可知，ΔU>0，则气体的内能一定增加，选项D正确；空气中水蒸气的实际压强与饱和汽压相差越大，越有利于水的蒸发，选项E正确。

答案　CDE

4.(多选)一定质量的理想气体的压强p与热力学温度T的变化图象如图1所示，下列说法正确的是(　　)

图1

A.A→B的过程中，气体对外界做功，气体内能增加

B.A→B的过程中，气体从外界吸收的热量等于其内能的增加量

C.B→C的过程中，气体体积增大，对外做功

D.B→C的过程中，气体对外界放热，内能不变

E.B→C的过程中，气体分子与容器壁每秒碰撞的次数增加

解析　A→B的过程，是等容升温过程，气体不对外做功，气体从外界吸收热量，使得气体内能增加，故A错误，B正确；B→C的过程是等温压缩过程，压强增大，体积减小，外界对该气体做功，内能不改变，则气体对外界放热，因压强增大，故气体分子与容器壁每秒碰撞的次数增加，故C错误，D、E正确。

答案　BDE

5.(多选)下列说法中正确的是(　　)

A.一定质量的理想气体从外界吸收热量，内能不一定增大

B.满足能量守恒定律的宏观过程并不都可以自发地进行

C.如果气体分子总数不变而气体温度升高，气体分子的平均动能增大，那么压强必然增大

D.某气体的摩尔体积为V，每个气体分子的体积为V0，则阿伏加德罗常数NA＝

E.温度相同的N2和O2，它们分子的平均动能一定相同

解析　一定质量的理想气体从外界吸收热量，如果气体对外做功，则内能不一定增大，选项A正确；根据热力学第二定律可知，满足能量守恒定律的宏观过程并不都可以自发地进行，选项B正确；如果气体分子总数不变而气体温度升高，气体分子的平均动能增大，若气体的体积增大，气体的密集程度减小，则压强不一定增大，选项C错误；某气体的摩尔体积为V，每个气体分子占据空间的平均体积为V0，则阿伏加德罗常数NA＝，选项D错误；温度是分子平均动能的标志，则温度相同的N2和O2，它们分子的平均动能一定相同，选项E正确。

答案　ABE

6.竖直放置的粗细均匀的U形细玻璃管两臂分别灌有水银，水平管部分有一空气柱，各部分长度如图2所示，单位为厘米。现将管的右端封闭，从左管口缓慢倒入水银，恰好使右侧的水银全部进入右管中，已知大气压强p0＝75 cmHg，环境温度不变，左管足够长。求：

图2

(1)此时右管封闭气体的压强；

(2)左侧管中需要倒入的水银柱的长度。

解析　设管内的横截面积为S。

(1)对右管中封闭气体，右侧的水银刚好全部进入竖直右管后

p0×40S＝p1×(40－10)S，代入数据解得p1＝100 cmHg。

(2)对水平部分气体，末态压强

p′＝(100＋15＋10) cmHg＝125 cmHg，

由玻意耳定律(p0＋15)×15＝p′LS

解得L＝10.8 cm

所以加入的水银柱的长度为

(125－75＋10－10.8) cm＝49.2 cm。

答案　(1)100 cmHg　(2)49.2 cm

7.(2019·山东省临沂市一模)如图3所示，容器A和汽缸B都是导热的，A放置在127 ℃的恒温槽中，B放置在27 ℃的空气中，大气压强为p空＝1.0×105 Pa，开始时阀门K关闭，A内为真空，其体积VA＝3.6 L，B内活塞横截面积S＝100 cm2、质量m＝2 kg，活塞下方充有理想气体，其体积为VB＝6.0 L，活塞上方与大气连通，A与B间连通细管体积不计，打开阀门K后活塞缓慢下移至某一位置(未触及汽缸底部)，不计A与B之间的热传递，取g＝10 m/s2。试求：

图3

(1)活塞稳定后汽缸B内气体的体积；

(2)活塞下移过程中，活塞对汽缸B内气体做的功。

解析　(1)稳定后，以活塞为研究对象，

由受力平衡有mg＋p0S＝pBS

得pB＝p0＋＝1.02×105 Pa

A与B连通，压强相等，pA＝1.02×105 Pa

连通后，部分气体从B流入A，这部分气体的末状态

VA＝3.6 L，TA＝400 K

流入A的气体的初状态TB＝300 K

根据盖—吕萨克定律，有＝，

代入数据得VBA＝2.7 L

则B中剩余的气体体积VB′＝6.0 L－2.7 L＝3.3 L。

(2)活塞下移距离d＝＝0.27 m

B汽缸内气体对活塞的作用力pS＝p0S＋mg＝1 020 N

根据牛顿第三定律活塞对气体的作用力大小也为

F＝1 020 N，

则活塞对B汽缸内气体做功

W＝Fd＝1 020 N×0.27 m＝275.4 J。

答案　(1)3.3 L　(2)275.4 J