重难点22 热学-2025年高考物理 热点 重点 难点 专练（广东专用）

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【情境解读】
【高分技巧】
【考向一：分子动理论 固体和液体】
1．估算问题
分子总数：N＝nNA＝eq \f(m,M)NA＝eq \f(V,Vml)NA。
特别提醒：对气体而言，V0＝eq \f(V,N)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＝eq \f(4,3)πR3＝eq \f(1,6)πd3(d为球体直径)；②立方体模型：V＝a3。
2．分子间作用力、分子势能与分子间距离的关系(如图所示)
3．固体、液体与气体
(1)区分晶体和非晶体的标准是看是否有确定的熔点，区分单晶体和多晶体的标准是看形状是否规则、是否具有各向异性。
(2)液晶是一种特殊的物质状态，所处的状态介于固态和液态之间。液晶具有流动性，在光学、电学物理性质上表现出各向异性。
(3)液体的表面张力使液体表面具有收缩的趋势，表面张力的方向跟液面相切。
4．气体压强的微观解释
1．(2023广东广州市华南师大附中期中)用高倍显微镜观察悬浮在液体中微粒的运动情况。选三个微粒，每隔30 s记录一次它们的位置，然后用线段把这些位置按时间顺序连接起来得到它们的位置连线图，如图所示。下列说法正确的是( )
A．位置连线图是微粒实际的运动轨迹
B．该实验用显微镜观察到的是组成微粒的分子的无规则运动
C．该实验用显微镜观察到的是液体分子的无规则运动
D．微粒越小，液体的温度越高，观察到的布朗运动就越明显
2．(2024广东广州市检测)关于液体和固体的一些现象，下列说法正确的是( )
A．图甲中水黾停在水面上是因为浮力作用
B．图乙中石英晶体像玻璃一样，没有固定的熔点
C．图丙中水银在玻璃上形成“圆珠状”的液滴说明水银不浸润玻璃
D．图丁中组成晶体的微粒对称排列，形成很规则的几何空间点阵，因此表现为各向同性
3． (2024广东茂名市第一中学开学考)两端开口的洁净玻璃管竖直插入液体中，管中液面如图所示，则( )
A．该液体对玻璃是不浸润的
B．玻璃管竖直插入任何液体中，管中液面都会下降
C．减小管的直径，管中液面会上升
D．液体和玻璃间的相互作用比液体分子间的相互作用强
4．(2023广东广州模拟)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，气体的温度将降低
B.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
D.图丁为同一气体在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，两图线与横轴所围面积不相等
5． (2023江苏南京模拟)下列四幅图所涉及的物理知识，下列论述正确的是( )
A.图甲表明晶体熔化过程中分子平均动能变大
B.图乙水黾可以在水面自由活动，说明它所受的浮力大于重力
C.图丙是显微镜下三颗小炭粒的运动位置连线图，连线表示小炭粒的运动轨迹
D.图丁中A是浸润现象，B是不浸润现象
【考向二：气体实验定律 理想气体状态方程】
6．(2024广东省联考)某校物理兴趣小组利用压力传感器设计了一个温度报警装置，其原理示意图如图所示，导热良好的圆柱形容器竖直放置，用横截面积为S的轻质活塞密封一定质量的理想气体，不计活塞质量和厚度，容器内壁光滑。初始时气体的温度T0＝300 K，活塞与容器底的距离h0＝45 cm，活塞上方d＝3 cm处有一压力传感器制成的卡口，压力传感器连接报警器。随着环境温度缓慢升高，当容器内气体的温度达到T＝400 K时刚好触发报警器工作。已知大气压强恒为p0，求：
(1)活塞刚接触卡口时容器内气体的温度T1；
(2)报警器刚好被触发工作时容器内气体的压强p；
(3)报警器刚好被触发工作时压力传感器受到压力的大小FN。
7．(2023广东省模拟)如图所示，一竖直放置、粗细均匀且足够长的U形玻璃管，右端通过橡胶管(橡胶管体积不计)与放在水中的导热金属球形容器连通，球形容器的容积为V0＝90 cm3，用U形玻璃管中的水银柱封闭一定质量的理想气体，当环境温度为7 ℃时，U形玻璃管右侧水银面比左侧水银面高出h1＝16 cm，水银柱上方空气柱长h0＝20 cm。(已知大气压强p0＝76 cmHg，U形玻璃管的横截面积为S＝0.5 cm2)
(1)若对水缓慢加热，应加热到多少摄氏度，两边水银柱高度会在同一水平面上？
(2)保持加热后的温度不变，往左管中缓慢注入水银，问注入水银的高度是多少时右管水银面回到原来的位置？
8． (2024广东省六校联考)某同学制作了一个简易的环境温度监控器，如图所示，气缸导热，缸内温度与环境温度可以认为相等，达到监控的效果。气缸内有一质量不计、横截面积S＝10 cm2的活塞封闭着一定质量理想气体，活塞上方用轻绳悬挂着重物(重物底水平)。当缸内温度为T1＝300 K时，活塞与缸底相距H＝3 cm，与重物底相距h＝2 cm。大气压强p0＝1.0×105 Pa，重力加速度大小g＝10 m/s2，不计活塞厚度及活塞与缸壁间的摩擦力。
(1)当活塞刚好接触重物底时，求缸内气体的温度T2；
(2)若重物质量为m＝2 kg，当轻绳拉力刚好为零时，警报器开始报警，求此时缸内气体温度T3。
9．(2023广东广州模拟)如图是泡茶常用的茶杯，某次茶艺展示中往杯中倒入适量热水，水温为87 ℃，盖上杯盖，杯内气体与茶水温度始终相同。已知室温为27 ℃，杯盖的质量m＝0.1 kg，杯身与茶水的总质量为M＝0.5 kg。杯盖的面积约为S＝50 cm2，大气压强p0＝1.0×105 Pa，忽略汽化、液化现象，杯中气体可视为理想气体，重力加速度g＝10 m/s2，求：
(1)若杯盖和杯身间气密性很好，在温度下降时，试从微观角度分析说明杯内的气体压强的变化；
(2)若杯盖和杯身间气密性很好，请估算向上提杯盖恰好带起整个杯身时的水温。
10．(2023深圳第二次调研)某山地车气压避震器主要部件为活塞杆和圆柱形汽缸(出厂时已充入一定量气体).汽缸内气柱长度变化范围为40～100 mm，汽缸导热性良好，不计活塞杆与汽缸间摩擦：
(1) 将其竖直放置于足够大的加热箱中(加热箱中气压恒定)，当温度T1＝300 K时空气柱长度为60 mm，当温度缓慢升至T2＝360 K时空气柱长度为72 mm，通过计算判断该避震器的气密性是否良好．
(2) 在室外将避震器安装在山地车上，此时空气柱长度为100 mm，汽缸内的压强为5p0，骑行过程中由于颠簸导致气柱长度在最大范围内变化(假定过程中气体温度恒定)，求汽缸内的最大压强．(结果用p0表示)
【考向三：气体实验定律和图像综合问题】
1．一定质量理想气体的状态变化图像与特点
2．解决气体实验定律和图像综合问题的一般思路
(1)明确研究对象和研究过程。
(2)结合图像，通过图线的斜率、面积等确定气体状态变化的性质。
(3)选取恰当的实验定律列方程求解。
处理气体状态变化的图像问题的技巧
1．图像上的某一条直线段或曲线段对应气体状态变化的一个过程，首先要看此过程属于等温、等容还是等压变化，然后用相应规律求解。
2．在V－T图像(或p－T图像)中，比较两个状态的压强(或体积)时，可直接根据气体实验定律确定两个状态参量的关系，也可根据某点与原点连线斜率的大小确定，斜率越大，压强(或体积)越小；斜率越小，压强(或体积)越大。
11.(多选)一定质量的理想气体从状态甲变化到状态乙，再从状态乙变化到状态丙，其p－V图像如图8所示。则该理想气体( )
A.甲、丙两状态下的分子平均动能相同
B.由甲到丙，内能先增大后减小
C.由乙到丙，吸收1 000 J的热量
D.由乙到丙，分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数逐渐减少
12.(多选)卡诺循环(Carntcycle)是只有两个热源的简单循环。如图所示是卡诺循环的p－V图像，卡诺循环包括四个过程：a→b等温过程；b→c绝热膨胀过程；c→d等温过程；d→a绝热压缩过程。整个过程中封闭气体可视为理想气体，下列说法正确的是( )
A.a→b过程，外界对气体做功
B.c→d过程，气体放出热量
C.a→b过程温度为T1，c→d过程温度为T2，则T1＜T2
D.b→c过程气体对外做功为W1，d→a过程外界对气体做功为W2，则W1＝W2
13. (2023广东深圳市期末)恒温鱼缸中，鱼吐出的气泡在缓慢上升，能反映气泡上升过程压强p、体积V和温度T变化的图像是( )
答案 A
解析 由于是恒温鱼缸，可知气体温度T保持不变，气泡上升过程气体压强p逐渐减小，根据玻意耳定律pV＝C，可得p＝Ceq \f(1,V)，可知气体体积V逐渐增大，p与体积的倒数eq \f(1,V)成正比，故选A。
14．(多选)(2024广东广州市真光中学开学考)一定质量的理想气体经历了a→b→c→d→a的变化过程，其状态变化过程的p－eq \f(1,V)图像如图所示，ab平行于eq \f(1,V)轴，ad垂直于eq \f(1,V)轴，dc的延长线过坐标原点O。下列说法正确的是( )
A．a→b过程中气体的温度升高
B．b→c过程中气体向外界放出热量
C．c→d过程中气体从外界吸收热量
D．d→a过程中，气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数减少
15.(2023广东卷)在驻波声场作用下，水中小气泡周围液体的压强会发生周期性变化，使小气泡周期性膨胀和收缩，气泡内气体可视为质量不变的理想气体，其膨胀和收缩过程可简化为如图所示的p－V图像，气泡内气体先从压强为p0、体积为V0、温度为T0的状态A等温膨胀到体积为5V0、压强为pB的状态B，然后从状态B绝热收缩到体积为V0、压强为1.9p0、温度为TC的状态C，B到C过程中外界对气体做功为W，已知p0、V0、T0和W。求：
(1)pB的表达式；
(2)TC的表达式；
(3)B到C过程，气泡内气体的内能变化了多少？
【考向四：热力学第一定律与气体实验定律的综合应用】
解决热力学第一定律与气体实验定律的综合问题的思维流程
16.(多选)(2023新课标卷)如图，一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地面上，用轻弹簧连接的两绝热活塞将汽缸分为f、g、h三部分，活塞与汽缸壁间没有摩擦。初始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等。现通过电阻丝对f中的气体缓慢加热，停止加热并达到稳定后( )
图3
A.h中的气体内能增加
B.f与g中的气体温度相等
C.f与h中的气体温度相等
D.f与h中的气体压强相等
17．(多选)(2023广东东莞市期中)一导热良好的气缸内用活塞封住一定质量的理想气体(不计活塞厚度及与缸壁之间的摩擦)，用一竖直弹簧连接活塞，将整个气缸悬挂在天花板上，如图所示。弹簧长度为L，活塞距地面的高度为h，气缸底距地面的高度为H，活塞内气体压强为p，体积为V，下列说法正确的是( )
A．当外界大气压变小(温度不变)时，L不变、H变大、p减小、V不变
B．当外界大气压变小(温度不变)时，h不变、H减小、p减小、V变大
C．当外界温度升高(大气压不变)时，h减小、H变大、p变大、V减小
D．当外界温度升高(大气压不变)时，L不变、H减小、p不变、V变大
18.(2024广东江门一模)内壁光滑的“U”型导热汽缸用不计质量的轻活塞封闭一定体积的空气(可视为理想气体)，浸在盛有大量冰水混合物的水槽中，活塞在水面下，如图所示。现在轻活塞上方缓慢倒入沙子，下列说法中正确的是( )
A.封闭空气分子的平均动能增大
B.活塞压缩封闭空气做功，封闭空气内能增大
C.封闭空气的压强变大
D.封闭空气从外界吸收了热量
19.(2024广东广州市真光中学开学考)某兴趣小组设计了一温度报警装置，原理图如图所示。一定质量的理想气体被一上表面涂有导电物质的活塞密封在导热气缸内，活塞厚度不计，质量m＝100 g，横截面积S＝10 cm2，开始时活塞距气缸底部的高度为h＝6 cm，缸内温度为T1＝300 K。当环境温度上升，活塞缓慢上移Δh＝4 cm，活塞上表面与a、b两触点恰好接触，报警器报警。不计一切摩擦，大气压强恒为p0＝1.0×105 Pa，g＝10 m/s2，求：
(1)该报警装置的报警温度T2；
(2)若上述过程气体的内能增加12.96 J，则气体吸收的热量Q为多少。
20.(2023广东广州市检测)如图甲所示，导热气缸开口向右水平放置，缸内活塞密闭效果良好且能无摩擦滑动。开始时活塞在虚线位置静止(状态Ⅰ)，封闭气体体积为V＝1 L，通过给缸体缓慢加热，气体膨胀至体积加倍(状态Ⅱ)，此时气缸内壁的卡销自动开启，同时停止加热，待气缸慢慢冷却至环境温度(状态Ⅲ)。若封闭气体可视为理想气体，环境温度为27 ℃，外界大气压强为p0＝1.0×105 Pa。求：
(1)请在图乙坐标图上画出封闭气体的压强p随热力学温度T的变化图像，并通过计算说明作图所需的关键状态参量；
(2)若给缸体缓慢加热的过程，气体吸收的热量为Q＝220 J，则在气缸冷却的过程气体放出的热量是多少？
考点
三年考情分析
2025考向预测
(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．
3年3考
广东卷[(2024， T13)， (2023， T13)， (2022，选修3-3(2)')]
通过对近几年高考的分析,不难发现本考向中分子动理论、热力学定律、气体实验定律及理想气体状态方程的应用仍然是高考命题的热点,题型有选择题、计算题。气体变质量问题能很好地考查学生物理学科核心素养，是近年高考试题呈现的另一个热点。
内容
重要的规律、公式和二级结论
1.温度和气体压强的微观解释、热力学温度
(1) 温度越高，则分子的平均动能越大，但也会有个别的分子速率变小。
(2) 气体压强从微观上看与分子的平均动能和分子的密集程度有关。
2.分子运动速率分布的统计规律
(3) 气体分子运动速率分布呈正态分布，即“中间多、两头少”的分布。
3.分子间的相互作用、势能、物体的内能
(4) 分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增大。
(5) 物体的内能是物体的所有分子热运动的动能和分子势能的总和。
4.固体的微观结构
(6) 固体的分子间距很小，分子作用力很大，分子在平衡位置附近做无规则的振动。
5.液体的表面张力、浸润、不浸润、毛细现象
(7) 液体表面的分子间距大于r0，因此液体表面分子间的作用力表现为引力：如水珠呈球形。
(8) 浸润液体在细管中上升，不浸润液体在细管中下降。
6.气体实验定律、理想气体状态方程
(9) 一定质量的理想气体：eq \f(p1V1,T1)＝eq \f(p2V2,T2)。
(10) 等温过程：p1V1＝p2V2；等压过程：eq \f(V1,T1)＝eq \f(V2,T2)；等容过程：eq \f(p1,T1)＝eq \f(p2,T2)。
7.热力学第二定律
(11) 反映宏观自然过程的方向性的定律。
(12) 微观意义：一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。
内容
表达式
图像
玻意耳定律
一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比
p1V1＝p2V2
查理定律
一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比
eq \f(p1,T1)＝eq \f(p2,T2)
拓展：Δp＝eq \f(p1,T1)ΔT
盖—吕萨克定律
一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积与热力学温度成正比
eq \f(V1,T1)＝eq \f(V2,T2)
拓展：ΔV＝eq \f(V1,T1)ΔT
理想气体状态方程
理想气体：在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体。
①在压强不太大、温度不太低时，实际气体可以看作理想气体。
②理想气体的分子间除碰撞外不考虑其他作用，一定质量的某种理想气体的内能仅由温度决定。
理想气体状态方程：eq \f(p1V1,T1)＝eq \f(p2V2,T2)或eq \f(pV,T)＝C(质量一定的理想气体)
*克拉伯龙方程：pV＝nRT，其中n表示物质的量，n＝eq \f(m,Mml)，R为常数，对所有气体都相等。
类别
图像
特点
其他图像
等温线
pV＝CT(其中C为恒量)，pV之积越大，等温线温度越高，线离原点越远
p＝CTeq \f(1,V)，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高
等容线
p＝eq \f(C,V)T，斜率k＝eq \f(C,V)，即斜率越大，体积越小
等压线
V＝eq \f(C,p)T，斜率k＝eq \f(C,p)，即斜率越大，压强越小