北京市2018屆高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題10 熱學(xué)學(xué)案（含解析）

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1、 專題10 熱學(xué) 考向預(yù)測(cè) 本專題全國(guó)卷的命題形式都是一大一小組成的，小題是以選擇題的形式，分值為5分(或6分)，主要考查分子動(dòng)理論、內(nèi)能、熱力學(xué)定律、固體、液體、氣體等方面的基本知識(shí)；大題以計(jì)算題的形式，分值為10分(或9分)，主要考查對(duì)氣體實(shí)驗(yàn)定律和理想氣體狀態(tài)方程的理解。 高頻考點(diǎn)：分子大小的估算；對(duì)分子動(dòng)理論內(nèi)容的理解；物態(tài)變化中的能量問(wèn)題；氣體實(shí)驗(yàn)定律的理解和簡(jiǎn)單計(jì)算；固、液、氣三態(tài)的微觀解釋和理解；熱力學(xué)定律的理解和簡(jiǎn)單計(jì)算；用油膜法估測(cè)分子大小。知識(shí)與技巧的梳理 考點(diǎn)一、分子動(dòng)理論、內(nèi)能及熱力學(xué)定律 例 (2017·全國(guó)Ⅱ卷)(多選)如圖，用隔板將一絕熱汽

2、缸分成兩部分，隔板左側(cè)充有理想氣體，隔板右側(cè)與絕熱活塞之間是真空?，F(xiàn)將隔板抽開(kāi)，氣體會(huì)自發(fā)擴(kuò)散至整個(gè)汽缸。待氣體達(dá)到穩(wěn)定后，緩慢推壓活塞，將氣體壓回到原來(lái)的體積。假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)不漏氣。下列說(shuō)法正確的是(　　) A．氣體自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能相同 B．氣體在被壓縮的過(guò)程中內(nèi)能增大 C．在自發(fā)擴(kuò)散過(guò)程中，氣體對(duì)外界做功 D．氣體在被壓縮的過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功 E．氣體在被壓縮的過(guò)程中，氣體分子的平均動(dòng)能不變 【審題立意】本題考查了氣體在自發(fā)擴(kuò)散和被壓縮過(guò)程中所伴隨的內(nèi)能變化、分子分子平均動(dòng)能的變化以及氣體做功情況的判斷，意在考查考生對(duì)熱力學(xué)過(guò)程中基本概念以及熱力學(xué)定律的理解和掌握程度。 【

3、解題思路】抽開(kāi)隔板，氣體自發(fā)擴(kuò)散過(guò)程中，氣體對(duì)外界不做功，與外界沒(méi)有熱交換，因此氣體的內(nèi)能不變，A項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤；氣體在被壓縮的過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功，D項(xiàng)正確；由于氣體與外界沒(méi)有熱交換，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體在被壓縮的過(guò)程中內(nèi)能增大，因此氣體的溫度升高，氣體分子的平均動(dòng)能增大，B項(xiàng)正確，E項(xiàng)錯(cuò)誤。 【參考答案】ABD 【知識(shí)建構(gòu)】必須掌握的兩個(gè)要點(diǎn) 1. 估算問(wèn)題 (1)油膜法估算分子直徑：d＝。 V為純油酸體積，S為單分子油膜面積。 (2)分子總數(shù)：N＝nNA＝·NA＝NA。 注意：對(duì)氣體而言，N≠。 (3)兩種分子模型： 球模型：V＝πR3(適用于估算液體、固體

4、分子直徑)。 立方體模型：V＝a3(適用于估算氣體分子間距)。 2. 反映分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的兩個(gè)實(shí)例 布朗運(yùn)動(dòng) 液體內(nèi)固體小顆粒永不停息、無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，顆粒越小、溫度越高，運(yùn)動(dòng)越劇烈 擴(kuò)散現(xiàn)象 分子永不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，溫度越高，擴(kuò)散越快 3. 對(duì)熱力學(xué)定律的理解 (1)改變物體內(nèi)能的方式有兩種，只敘述一種改變方式是無(wú)法確定內(nèi)能變化的。 (2)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W中W和Q的符號(hào)可以這樣確定：只要此項(xiàng)改變對(duì)內(nèi)能增加有正貢獻(xiàn)的即為正。 (3)對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解：熱量可以由低溫物體傳遞到高溫物體，也可以從單一熱源吸收熱量全部轉(zhuǎn)化為功，但不引起其他變化是不可能的。 【變

5、式訓(xùn)練】(2018屆高三·江西五市八校聯(lián)考)下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．布朗運(yùn)動(dòng)是指液體或氣體中懸浮微粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng) B．氣體的溫度升高，每個(gè)氣體分子運(yùn)動(dòng)的速率都增加 C．一定量100 ℃的水變成100 ℃的水蒸氣，其分子之間的勢(shì)能增加 D．只要能減弱氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度，氣體的溫度就可以降低 E．空調(diào)機(jī)作為制冷機(jī)使用時(shí)，將熱量從溫度較低的室內(nèi)送到溫度較高的室外，所以制冷機(jī)的工作不遵守?zé)崃W(xué)第二定律 解析：布朗運(yùn)動(dòng)是指液體或氣體中懸浮微粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，故A正確；溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，氣體溫度升高，分子的平均動(dòng)能增加，其中有些分子的速率增加，但也有些分子的速率會(huì)減小，只是

6、分子的平均速率增加，故B錯(cuò)誤；一定量100 ℃的水變成100 ℃的水蒸氣，溫度沒(méi)有變化，分子的平均動(dòng)能不變，但是在這個(gè)過(guò)程中要吸熱，內(nèi)能增加，所以分子之間的勢(shì)能必定增加，故C正確；溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，只要能減弱氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度，氣體的溫度就可以降低，故D正確；空調(diào)機(jī)作為制冷機(jī)使用時(shí)，將熱量從溫度較低的室內(nèi)送到溫度較高的室外，產(chǎn)生了其他影響，即消耗了電能，所以不違背熱力學(xué)第二定律，故E錯(cuò)誤。 答案：ACD 考點(diǎn)二、固體、液體和氣體 例 (2017·吉林省實(shí)驗(yàn)中學(xué)模擬)下列關(guān)于熱學(xué)中的相關(guān)說(shuō)法正確的是(　　) A．液晶既有液體的流動(dòng)性，又具有單晶體的各向異性 B．燃?xì)庥梢簯B(tài)

7、變?yōu)闅鈶B(tài)的過(guò)程中分子的分子勢(shì)能增加 C．氣體的溫度升高時(shí)，分子的熱運(yùn)動(dòng)變得劇烈，分子的平均動(dòng)能增大，故氣體的壓強(qiáng)一定增大 D．汽車(chē)尾氣中各類有害氣體排入大氣后嚴(yán)重污染了空氣，可以使它們自發(fā)地分離，既清潔了空氣，又變廢為寶 E．某種液體的飽和汽壓不一定比未飽和汽壓大 【審題立意】液晶既有液體的流動(dòng)性，又有單晶體的各向異性；根據(jù)體積變化判斷做功情況、分子勢(shì)能的變化，根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程分析狀態(tài)參量的變化。 【解題思路】根據(jù)液晶特點(diǎn)和性質(zhì)可知：液晶既有液體的流動(dòng)性，又具有單晶體的各向異性，故A正確；燃?xì)庥梢簯B(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的過(guò)程中要吸收熱量，故分子的分子勢(shì)能增加，選項(xiàng)B正確；若氣體溫度升高的同

8、時(shí)，體積膨脹，壓強(qiáng)可能不變，故C錯(cuò)誤；由熱力學(xué)第二定律可知，能源的能量耗散后品質(zhì)降低，不可能自發(fā)轉(zhuǎn)變成新能源，且不能自發(fā)地分離，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；液體的飽和汽壓與液體的溫度有關(guān)，隨溫度的升高而增大，不一定比未飽和汽壓大，選項(xiàng)E正確。 【參考答案】ABE 【知識(shí)構(gòu)建】1．晶體和非晶體 比較 晶體 非晶體 單晶體 多晶體 形狀 規(guī)則 不規(guī)則 不規(guī)則 熔點(diǎn) 固定 固定 不固定 特性 各向異性 各向同性 各向同性 注意：(1)晶體熔化時(shí)，溫度不變，吸收的熱量全部用于增加分子勢(shì)能； (2)晶體與非晶體可以相互轉(zhuǎn)化； (3)有些晶體屬于同素異構(gòu)體，如金剛石和石墨。

9、 2．液晶的性質(zhì)：液晶是一種特殊的物質(zhì)，既可以流動(dòng)，又可以表現(xiàn)出單晶體的分子排列特點(diǎn)，在光學(xué)性質(zhì)上表現(xiàn)出各向異性。 3．液體的表面張力：使液體表面有收縮到球形的趨勢(shì)，表面張力的方向跟液面相切。 4．飽和汽壓的特點(diǎn)：液體的飽和汽壓與溫度有關(guān)，溫度越高，飽和汽壓越大，且飽和汽壓與飽和汽的體積無(wú)關(guān)。 5．相對(duì)濕度：某溫度時(shí)空氣中水蒸氣的實(shí)際壓強(qiáng)與同溫度水的飽和汽壓的百分比。即：B＝×100%。 6．對(duì)氣體壓強(qiáng)的理解 (1)氣體對(duì)容器壁的壓強(qiáng)是氣體分子頻繁碰撞的結(jié)果，溫度越高，氣體分子數(shù)密度越大，氣體對(duì)容器壁因碰撞而產(chǎn)生的壓強(qiáng)就越大。 (2)地球表面大氣壓強(qiáng)可認(rèn)為是由于大氣重力產(chǎn)生的。

10、 【變式訓(xùn)練】下列說(shuō)法正確的是(　　) A．液晶具有流動(dòng)性，光學(xué)性質(zhì)各向異性 B．液體表面層分子間距離大于液體內(nèi)部分子間距離，所以液體表面存在表面張力 C．氣體的壓強(qiáng)是由氣體分子間斥力產(chǎn)生的 D．氣球等溫膨脹，球內(nèi)氣體一定向外放熱 E．在完全失重的情況下，氣體對(duì)容器壁的壓強(qiáng)不變 解析：液晶具有流動(dòng)性，光學(xué)性質(zhì)具有各向異性，選項(xiàng)A正確；液體表面層分子間距離大于液體內(nèi)部分子間距離，所以液體表面存在表面張力，選項(xiàng)B正確；氣體的壓強(qiáng)是由大量分子對(duì)容器器壁的碰撞造成的，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，E正確；根據(jù)ΔE＝W＋Q，氣球等溫膨脹時(shí)，ΔE＝0，W<0，則Q>0，即氣體吸熱，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案：ABE

11、 考點(diǎn)三、氣體實(shí)驗(yàn)定律和理想氣體狀態(tài)方程 例1．(2017·全國(guó)Ⅰ卷)如圖，容積均為V的汽缸A、B下端有細(xì)管(容積可忽略)連通，閥門(mén)K2位于細(xì)管的中部，A、B的頂部各有一閥門(mén)K1、K3；B中有一可自由滑動(dòng)的活塞(質(zhì)量、體積均可忽略)。初始時(shí)，三個(gè)閥門(mén)均打開(kāi)，活塞在B的底部；關(guān)閉K2、K3，通過(guò)K1給汽缸充氣，使A中氣體的壓強(qiáng)達(dá)到大氣壓p0的3倍后關(guān)閉K1。已知室溫為27 ℃，汽缸導(dǎo)熱。 (1)打開(kāi)K2，求穩(wěn)定時(shí)活塞上方氣體的體積和壓強(qiáng)； (2)接著打開(kāi)K3，求穩(wěn)定時(shí)活塞的位置； (3)再緩慢加熱汽缸內(nèi)氣體使其溫度升高20 ℃，求此時(shí)活塞下方氣體的壓強(qiáng)。 【解題思路】(1)設(shè)打開(kāi)K2后

12、，穩(wěn)定時(shí)活塞上方氣體的壓強(qiáng)為p1，體積為V1。依題意，被活塞分開(kāi)的兩部分氣體都經(jīng)歷等溫過(guò)程。由玻意耳定律得 p0V＝p1V1① 3p0V＝p1(2V—V1)② 聯(lián)立①②式得V1＝③ p1＝2p0。④ (2)打開(kāi)K3后，由④式知，活塞必定上升。設(shè)在活塞下方氣體與A中氣體的體積之和為V2(V2≤2V)時(shí)，活塞下氣體壓強(qiáng)為p2。由玻意耳定律得 3p0V＝p2V2⑤ 由⑤式得p2＝p0⑥ 由⑥式知，打開(kāi)K3后活塞上升直到B的頂部為止；此時(shí)p2為p2′＝p0。 (3)設(shè)加熱后活塞下方氣體的壓強(qiáng)為p3，氣體溫度從T1＝300 K升高到T2＝320 K的等容過(guò)程中，由查理定律得 ＝⑦

13、將有關(guān)數(shù)據(jù)代入⑦式得p3＝1.6p0。⑧ 【參考答案】(1)　2p0　(2)在汽缸B的頂部　(3)1.6p0 【技能提升】1. 壓強(qiáng)的計(jì)算 (1)被活塞、汽缸封閉的氣體，通常分析活塞或汽缸的受力，應(yīng)用平衡條件或牛頓第二定律列式計(jì)算。 (2)被液柱封閉的氣體的壓強(qiáng)，若應(yīng)用平衡條件或牛頓第二定律求解，得出的壓強(qiáng)單位為Pa。 2. 合理選取氣體變化所遵循的規(guī)律列方程 (1)若氣體質(zhì)量一定，p、V、T均發(fā)生變化，則選用理想氣體狀態(tài)方程列方程求解。 (2)若氣體質(zhì)量一定，p、V、T中有一個(gè)量不發(fā)生變化，則選用對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)定律列方程求解。 3. 多個(gè)研究對(duì)象的問(wèn)題 由活塞、液柱相聯(lián)系的“兩

14、團(tuán)氣”問(wèn)題，要注意尋找“兩團(tuán)氣”之間的壓強(qiáng)、體積或位移關(guān)系，列出輔助方程，最后聯(lián)立求解。 【變式訓(xùn)練】 U形管左右兩管粗細(xì)不等，左側(cè)A管開(kāi)口向上，封閉的右側(cè)B管橫截面積是A管的3倍。管中裝入水銀，大氣壓強(qiáng)為p0＝76 cmHg，環(huán)境溫度為27 ℃。A管中水銀面到管口的距離為h1＝24 cm，且水銀面比B管內(nèi)高Δh＝4 cm。B管內(nèi)空氣柱長(zhǎng)為h2＝12 cm，如圖所示。欲使兩管液面相平，現(xiàn)用小活塞把開(kāi)口端封住，并給A管內(nèi)氣體加熱，B管內(nèi)氣體溫度保持不變，當(dāng)兩管液面相平時(shí)，試求此時(shí)A管內(nèi)氣體的溫度為多少？ 解析：設(shè)A管橫截面積為S，則B管橫截面積為3S。以B管封閉氣體為研究對(duì)象 初狀態(tài)：p1

15、＝p0＋ρgΔh＝80 cmHg，V1＝3Sh2 設(shè)末狀態(tài)的壓強(qiáng)為p2，體積為V2。從初狀態(tài)到末狀態(tài)，設(shè)A管水銀面下降Δh1，B管水銀面上升Δh2，則 Δh1＋Δh2＝Δh，Δh1S＝3Δh2S 故Δh1＝3Δh2＝0.75Δh＝3 cm 末狀態(tài)的體積V2＝3S(h2－Δh2) 由等溫變化有p1V1＝p2V2 由以上各式得p2＝87.3 cmHg 以A管被活塞封閉的氣體為研究對(duì)象 初狀態(tài)：p3＝p0＝76 cmHg，V3＝Sh1，T1＝300 K 末狀態(tài)：p4＝p2＝87.3 cmHg，體積V4＝S(h1＋Δh1)， 由理想氣體方程：＝ 由以上各式得T2＝387.7 K。 5