高三物理二轮复习专题十一 选考部分 第1课时 热学

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1、 第第 1 课时课时 热学热学 高考命题点 命题轨迹 情境图 分子动理论与 气体实验定律 的组合 2015 2 卷 33 15(2)33 题 18(2)33 题 17(1)33 题 19(3)33 题 2017 1 卷 33 2018 2 卷 33 2019 3 卷 33 固体、 液体与气 体实验定律的 组合 2015 1 卷 33 15(1)33 题 热力学定律与 气体实验定律 的组合 2016 1 卷 33, 2 卷 33, 3 卷 33 16(2)33 题 16(3)33 题 17(2)33 题 17(3)33 题 18(1)33 题 2017 2 卷 33, 3 卷 33 2018 1

2、 卷 33, 3 卷 33 18(3)33 题 热学基本规律 与气体实验定 律的组合 2019 1 卷 33, 2 卷 33 19(2)33 题 例 1 (2019 全国卷 33)(1)用油膜法估算分子大小的实验中，首先需将纯油酸稀释成一定 浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是_实验中为了测量出一 滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积， 可以_ 为得到油酸分子的直径， 还需测量的物理量是_ (2)如图 1，一粗细均匀的细管开口向上竖直放置，管内有一段高度为 2.0 cm 的水银柱，水银 柱下密封了一定量的理想气体，水银柱上表面到管口的距离为 2.0 cm.若将细管倒置，水银柱 下表面恰好位于管口

3、处，且无水银滴落，管内气体温度与环境温度相同已知大气压强 为 76 cmHg，环境温度为 296 K. 图 1 求细管的长度； 若在倒置前，缓慢加热管内被密封的气体，直到水银柱的上表面恰好与管口平齐为止，求 此时密封气体的温度 答案 (1)使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜 把油酸酒精溶液一滴一滴地 滴入小量筒中，测出 1 mL 油酸酒精溶液的滴数，得到一滴溶液中纯油酸的体积 单分子层 油膜的面积 (2)41 cm 312 K 解析 (1)由于分子直径非常小，极少量油酸所形成的单分子层油膜面积也会很大，因此实验 前需要将油酸稀释，使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜可以用累积

4、法测量 多滴溶液的体积后计算得到一滴溶液中纯油酸的体积油酸分子直径等于一滴溶液中油酸的 体积与形成的单分子层油膜的面积之比，即 dV S，故除测得一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸 的体积外，还需要测量单分子层油膜的面积 (2)设细管的长度为 L，横截面的面积为 S，水银柱高度为 h；初始时，设水银柱上表面到管 口的距离为 h1，被密封气体的体积为 V，压强为 p；细管倒置时，被密封气体的体积为 V1， 压强为 p1.由玻意耳定律有 pVp1V1 由力的平衡条件有 pp0gh p1p0gh 式中，、g 分别为水银的密度和重力加速度的大小，p0为大气压强由题意有 VS(Lh1h) V1S(Lh) 由式

5、和题给条件得 L41 cm 设气体被加热前后的温度分别为 T0和 T，由盖吕萨克定律有 V T0 V1 T 由式和题给数据得 T312 K. 拓展训练 1 (2019 湖北天门、仙桃等八市第二次联考)(1)分子力 F、分子势能 Ep与分子间 距离 r 的关系图线如图 2 甲、乙两条曲线所示(取无穷远处分子势能 Ep0)下列说法正确的 是_ 图 2 A乙图线为分子势能与分子间距离的关系图线 B当 rr0时，分子势能为零 C随着分子间距离的增大，分子力先减小后一直增大 D分子间的斥力和引力大小都随分子间距离的增大而减小，但斥力减小得更快 E在 rT2.状态 1 与状态 2 时气体体积相同，单位体积

6、内分子数相同，但状态 1 下的气体 分子平均动能更大，在单位时间内撞击器壁单位面积的平均次数更多，即 N1N2；状态 2 与 状态 3 时气体压强相同，状态 3 下的气体分子平均动能更大，在单位时间内撞击器壁单位面 积的平均次数较少，即 N2N3. (2)设抽气前氢气的压强为 p10，根据力的平衡条件得(p10p) 2S(p0p) S 得 p101 2(p0p)； 设抽气后氢气的压强和体积分别为 p1和 V1，氮气的压强和体积分别为 p2和 V2，根据力的 平衡条件有 p2 Sp1 2S 抽气过程中氢气和氮气的温度保持不变， 则由玻意耳定律得 p1V1p10 2V0 p2V2p0V0 由于两活

7、塞用刚性杆连接，故 V12V02(V0V2) 联立式解得 p11 2p0 1 4p V14p0pV0 2p0p . 拓展训练 6 (2019 山东烟台市下学期高考诊断)(1)根据热力学定律和分子动理论， 下列说法 正确的是_ A满足能量守恒定律的客观过程并不是都可以自发地进行 B知道某物质摩尔质量和阿伏加德罗常数，就可求出其分子体积 C内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能可能相同 D热量可以从低温物体传到高温物体 E液体很难被压缩的原因是：当液体分子间的距离减小时，分子间的斥力增大，分子间的 引力减小，所以分子力表现为斥力 (2)如图 14 所示，一水平放置的固定汽缸，由横截面积不同的两个

8、足够长的圆筒连接而成， 活塞 A、 B 可以在圆筒内无摩擦地左右滑动， 它们的横截面积分别为 SA30 cm2、 SB15 cm2， A、B 之间用一根长为 L3 m 的细杆连接A、B 之间封闭着一定质量的理想气体，活塞 A 的左方和活塞 B 的右方都是空气，大气压强始终保持不变， 为 p01.0105 Pa.活塞 B 的中心 连一根不可伸长的细线，细线的另一端固定在墙上，当汽缸内气体温度为 T1540 K 时，活 塞 B 与两圆筒连接处相距 l1 m，此时细线中的张力为 F30 N. 图 14 求此时汽缸内被封闭气体的压强； 若缓慢改变汽缸内被封闭气体的温度，则温度为多少时活塞 A 恰好移动

9、到两圆筒连接处？ 答案 (1)ACD (2)1.2105 Pa 270 K 解析 (1)根据热力学第二定律，一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的，故 A 正确；知 道某物质的密度、摩尔质量和阿伏加德罗常数，可以求出一个分子占据的空间，但不一定是 分子的体积， 因为分子间的空隙有时是不可忽略的， 故 B 错误； 温度是分子平均动能的标志， 内能不同的物体，温度可能相同，它们分子热运动的平均动能可能相同，故 C 正确；根据热 力学第二定律知，热量可以从低温物体传到高温物体，但是会引起其他变化，故 D 正确；液 体很难被压缩的原因是当液体分子的距离减小时， 分子间的斥力增大， 分子间的引力也增大，

10、 但分子斥力增大得更快，分子力表现为斥力，故 E 错误 (2)设汽缸内气体压强为 p1，F1F 为活塞 B 所受细线拉力，则活塞 A、B 及细杆整体的平 衡条件为 p0SAp1SAp1SBp0SBF10，又 SA2SB 解得：p1p0 F SB 代入数据得 p11.2105 Pa； 当 A 到达两圆筒连接处时，设此时温度为 T2，要平衡必有气体压强 p2p0 V1SA(Ll)SBl V2SBL 由理想气体状态方程得：p1V1 T1 p2V2 T2 解得：T2270 K. 拓展训练 7 (2019 全国卷 33)(1)某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能 良好，空气可视为理想气体初始

11、时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界现使活 塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同此时，容器中空气的温度_(填“高 于”“低于”或“等于”)外界温度，容器中空气的密度_(填“大于”“小于”或 “等于”)外界空气的密度 (2)热等静压设备广泛应用于材料加工中该设备工作时，先在室温下把惰性气体用压缩机压 入到一个预抽真空的炉腔中，然后炉腔升温，利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工 处理，改善其性能一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为 0.13 m3， 炉腔抽真空后， 在室温下用压缩机将 10 瓶氩气压入到炉腔中 已知每瓶氩气的容积为 3.210 2 m3，使用前瓶中

12、气 体压强为 1.5107 Pa，使用后瓶中剩余气体压强为 2.0106 Pa；室温温度为 27 .氩气可视 为理想气体 求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强； 将压入氩气后的炉腔加热到 1 227 ，求此时炉腔中气体的压强 答案 (1)低于 大于 (2)3.2107 Pa 1.6108 Pa 解析 (1)活塞光滑、容器绝热，容器内空气体积增大，对外做功，由 UWQ 知，气体 内能减少，温度降低气体的压强与温度和单位体积内的分子数有关，由于容器内空气的温 度低于外界温度，但压强相同，则容器中空气的密度大于外界空气的密度 (2)设初始时每瓶气体的体积为 V0，压强为 p0；使用后气瓶中剩余气体的

13、压强为 p1.假设体 积为 V0、压强为 p0的气体压强变为 p1时，其体积膨胀为 V1.由玻意耳定律得：p0V0p1V1 被压入炉腔的气体在室温和 p1条件下的体积为：V1V1V0 设 10 瓶气体压入完成后炉腔中气体的压强为 p2，体积为 V2， 由玻意耳定律：p2V210p1V1 联立式并代入题给数据得：p23.2107 Pa 设加热前炉腔的温度为 T0，加热后炉腔的温度为 T1，气体压强为 p3，由查理定律得：p3 T1 p2 T0 联立式并代入题给数据得：p31.6108 Pa 专题强化练专题强化练 (限时 30 分钟) 1(2019 河北唐山市模拟)(1)下列说法正确的是_ A扩散

14、现象是由物质分子的无规则运动产生的 B只要知道某种物质的摩尔质量和密度，一定可以求出该物质的分子体积 C布朗运动不是分子运动，但可以反映液体分子的无规则运动 D水蒸气凝结成水珠的过程中，分子间斥力减小，引力增大 E一定质量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加 (2)如图 1 所示，横截面积为 10 cm2的上端开口汽缸固定在水平面上，质量不计的轻活塞 a 下面封闭长度为 30 cm 的理想气体，上面通过轻绳与质量为 2 kg 重物 b 相连，重物 b 放在压 力传感器上(图中未画出)，汽缸和活塞 a 导热性能良好开始时，外界温度为 27 ，压力传 感器显示 16 N，现缓慢降低温度到6

15、3 .已知外界大气压强始终为 p01105 Pa，重力加 速度大小 g10 m/s2.求： 图 1 压力传感器示数为零时的温度； 整个过程中气体克服外界作用力所做的功 答案 (1)ACE (2)23 3.84 J 解析 (2)开始时，根据平衡条件可以得到轻绳拉力为：FmgFN4 N 则气体压强为：p1p0F S9.610 4 Pa 若压力传感器示数为零，则轻绳的拉力 Fmg20 N， 此时汽缸内气体压强 p2p0F S 8104 Pa 此过程中气体做等容变化，则p1 T1 p2 T2， 其中 T1300 K 解得：T2250 K， 即 t23 ； 气体从 T2250 K 到 T3210 K 过

16、程，压力传感器示数始终为零，此过程中压强不变，气 体做等压变化，有：LS T2 LS T3 解得：L25.2 cm 则气体克服外界作用力所做的功为：Wp2S(LL)3.84 J. 2(2019 安徽蚌埠市第二次质检)(1)下列说法正确的是_ A飞船中悬浮的水滴呈球形是水的表面张力作用的结果 B布朗运动就是分子的热运动 C多晶体的物理性质表现为各向异性 D空气中水蒸气的压强和同一温度下水的饱和汽压之比叫做空气的相对湿度 E空调既能制冷又能制热，说明在不自发的条件下热传递方向性可以逆向 (2)如图 2 所示，固定的两个汽缸 A、B 处于水平方向，一根刚性水平轻杆两端分别与两汽缸 的绝热活塞固定，

17、A、 B 汽缸中均封闭一定量的理想气体 已知 A 是导热汽缸， B 是绝热汽缸， 两个活塞的面积 SA2S、SBS，开始时两气柱长度均为 L，压强均等于大气压强 p0，温度均 为 T0.忽略两活塞与汽缸壁之间的摩擦，且不漏气现通过电热丝对汽缸 B 中的气体缓慢加 热，使两活塞向左缓慢移动1 2L 的距离后稳定，求此时： 图 2 汽缸 A 中气体的压强； 汽缸 B 中气体的温度 答案 (1)ADE (2)2p0 9 2T0 解析 (1)飞船中悬浮的水滴呈球形，这是液体表面张力作用的结果，故 A 正确；布朗运动是 悬浮在液体中固体颗粒的无规则运动，是由大量液体分子撞击形成的，是液体分子无规则运 动

18、的反映，故 B 错误；多晶体的物理性质表现为各向同性，故 C 错误；根据相对湿度的定义 知，空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压之比叫做空气的相对湿度，故 D 正确； 根据热力学第二定律可知，空调既能制热又能制冷，说明在不自发的条件下热传递方向性可 以逆向，故 E 正确 (2)汽缸 A 中气体发生等温变化，由玻意耳定律可得：p0(L 2S)p1(L 22S) 解得：p12p0 分析两活塞的受力情况，由平衡知识可得：(p1p0)2S(p2p0)S 由理想气体状态方程可得：p0LS T0 p23 2LS T 联立解得：T9 2T0. 3 (2019 辽宁葫芦岛市第一次模拟) (1)回热式制冷

19、机是一种深低温设备， 制冷极限约 50 K 某 台回热式制冷机工作时，一定量的氦气(可视为理想气体)缓慢经历如图 3 所示的四个过程： 已知状态 A 和 B 的温度均为 27 ，状态 C 和 D 的温度均为133 ，下列判断正确的是 _ 图 3 A气体由状态 A 到 B 过程，温度先升高后降低 B气体由状态 B 到 C 过程，内能保持不变 C气体由状态 C 到 D 过程，分子间的平均间距减小 D气体由状态 C 到 D 过程，气体对外做功 E气体由状态 D 到 A 过程，其热力学温度与压强成正比 (2)如图 4 所示，体积为 V 的汽缸由导热性良好的材料制成，面积为 S 的活塞将汽缸的空气分 成

20、体积相等的上下两部分，汽缸上部通过单向阀门 K(气体只能进入汽缸，不能流出汽缸)与 一打气筒相连开始时汽缸内上部分空气的压强为 p0，现用打气筒向容器内打气已知打气 筒每次能打入压强为 p0、体积为 V 10的空气，当打气 n 次后，稳定时汽缸上下两部分的空气体 积之比为 91，活塞重力 G1 4p0S，空气视为理想气体，外界温度恒定，不计活塞与汽缸间 的摩擦求： 图 4 当打气 n 次活塞稳定后，下部分空气的压强； 打气筒向容器内打气次数 n. 答案 (1)ADE (2)6.25p0 49 次 解析 (1)状态 A 和 B 的温度相等，根据pV T C，经过 A、B 的等温线应是过 A、B

21、的双曲线 的一部分，沿直线由 A 到 B，pV 先增大后减小，所以温度先升高后降低，故 A 正确； 气体 由状态 B 到 C 过程，体积不变，根据pV T C，压强减小，温度降低，内能减小，故 B 错误； 气体由状态 C 到 D 过程，体积增大，分子间的平均间距增大，故 C 错误；气体由状态 C 到 D 过程，体积增大，气体对外做功，故 D 正确；气体由状态 D 到 A 过程，体积不变，根据pV T C，其热力学温度与压强成正比，故 E 正确 (2)对汽缸下部分气体，设初状态压强为 p1，末状态压强为 p2 温度不变，由玻意耳定律，得 p1V1p2V2 可知 p1V 2p2 V 10 初状态时

22、对活塞：p1Sp0SG 联立解得 p225 4 p06.25p0 把上部分气体和 n 次打进的气体作为整体，稳定时上部分汽缸中的压强为 p 末状态时对活塞：p2SpSG 由玻意耳定律，得 p0V 2n p0 V 10p 9V 10 联立解得 p6p0，n49 次 4(2019 广西梧州市联考)(1)以下说法正确的是_ A当一定量气体吸热时，其内能可能减小 B单晶体有固定的熔点，多晶体和非晶体都没有固定的熔点 C一定量的理想气体在等温变化的过程中，随着体积减小，气体压强增大 D已知阿伏加德罗常数、气体的摩尔质量和密度，可估算出该气体分子间的平均距离 E给自行车打气时越往下压，需要用的力越大，是压

23、缩气体使得分子间距减小，分子间作 用力表现为斥力导致的 (2)如图 5 所示，一个开口向上的圆筒汽缸直立于地面上，距缸底 2L 处固定一个中心开孔的 隔板 a，在小孔处装有一个能向下开启的单向阀门 b，只有当上部压强大于下部压强时，阀门 才开启c 为一质量与摩擦均不计的活塞，开始时隔板 a 以下封闭气体的压强为 1.2p0(p0为大 气压强)，隔板以上由活塞 c 封闭的气体压强为 p0，活塞 c 与隔板距离为 L.现对活塞 c 施加一 个竖直向下缓慢增大的力 F，设气体温度保持不变，已知 F 增大到 F0时，可产生向下的压强 为 0.2p0，活塞与隔板厚度均可不计，汽缸中为同种理想气体，求：

24、图 5 当力缓慢增大到 F0时，活塞 c 到隔板 a 的距离是多少？ 当力缓慢增大到 4F0时，缸内各部分气体压强是多少？ 答案 (1)ACD (2)5 6L 1.7p0 解析 (1)当一定量气体吸热时，若气体对外做的功大于吸收的热量，则其内能减小，选项 A 正确；单晶体和多晶 体都有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，选项 B 错误；根据pV T C 可知，一定量的理想 气体在等温变化的过程中，随着体积减小，气体压强增大，选项 C 正确；已知阿伏加德罗常 数、气体的摩尔质量和密度，可求出一个分子占据的空间，从而可估算出该气体分子间的平 均距离，选项 D 正确；给自行车打气时越往下压，需要用的力越大，是因为压缩气体时体积 减小，压强变大，从而感觉越费力；与分子间的斥力无关，选项 E 错误 (2)设活塞的面积为 S，对隔板与活塞之间的气体，施加压力 F0时，p11.2p0，气体温度不 变，由玻意耳定律得 p0 LS1.2p0 L1S， 解得 L15L 6 当力为 4F0时，若活塞 c 还未到隔板 a 处，p21.8p0， 由 p1 (L12L)Sp2 L2S，得 L217L 9 2L， 假设不成立，即全部气体都在隔板 a 之下，则 p1 (L12L)p2 2L 解得 p21.7p0.