高考物理二輪復(fù)習(xí) 第1部分 專(zhuān)題講練突破六 第1講 分子動(dòng)理論 氣體及熱力學(xué)定律

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專(zhuān)題六 選修部分 第1講　分子動(dòng)理論　氣體及熱力學(xué)定律 微網(wǎng)構(gòu)建 核心再現(xiàn) 知識(shí)規(guī)律 (1)分子動(dòng)理論：分子直徑的數(shù)量級(jí)是10－10m；分子永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)；分子間存在相互的引力和斥力． (2)氣體實(shí)驗(yàn)定律和理想氣體狀態(tài)方程． ①p1V1＝p2V2；②＝；③＝； ④＝. (3)熱力學(xué)定律． ①熱力學(xué)第一定律：ΔU＝W＋Q. ②熱力學(xué)第二定律：自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性． 思想方法 (1)物理思想：理想化模型思想、控制變量思想． (2)物理方法：類(lèi)比法、假設(shè)法、轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法. 高頻考點(diǎn)一　分子動(dòng)理論 知能必備 1.分子動(dòng)理論的基本內(nèi)容． 2.分子的兩種模型及分子直徑的測(cè)量方法． 3.比較布朗運(yùn)動(dòng)、擴(kuò)散現(xiàn)象和分子的熱運(yùn)動(dòng)． 4.分子間相互作用力隨分子間距的變化特點(diǎn)，分子力做功與分子勢(shì)能的變化及影響物體內(nèi)能的因素. [題組沖關(guān)] 1．(2016湖南長(zhǎng)沙高三質(zhì)檢)(多選)下列敘述中正確的是(　　) A．布朗運(yùn)動(dòng)是固體小顆粒的運(yùn)動(dòng)，是液體分子的熱運(yùn)動(dòng)的反映 B．分子間距離越大，分子勢(shì)能越大；分子間距離越小，分子勢(shì)能也越小 C．兩個(gè)鉛塊壓緊后能粘在一起，說(shuō)明分子間有引力 D．用打氣筒向籃球充氣時(shí)需用力，說(shuō)明氣體分子間有斥力 E．溫度升高，物體的內(nèi)能卻不一定增大 解析：選ACE.布朗運(yùn)動(dòng)不是液體分子的運(yùn)動(dòng)，而是懸浮在液體中的小顆粒的運(yùn)動(dòng)，它反映了液體分子的運(yùn)動(dòng)，A正確；若取兩分子相距無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)的分子勢(shì)能為零，則當(dāng)兩分子間距離大于r0時(shí)，分子力表現(xiàn)為引力，分子勢(shì)能隨間距的減小而減小(此時(shí)分子力做正功)，當(dāng)分子間距離小于r0時(shí)，分子力表現(xiàn)為斥力，分子勢(shì)能隨間距的減小而增大(此時(shí)分子力做負(fù)功)，故B錯(cuò)誤；將兩個(gè)鉛塊用刀刮平壓緊后便能粘在一起，說(shuō)明分子間存在引力，C正確；用打氣筒向籃球充氣時(shí)需用力，是由于籃球內(nèi)壓強(qiáng)在增大，不能說(shuō)明分子間有斥力，D錯(cuò)誤；物體的內(nèi)能取決于溫度、體積及物體的質(zhì)量，溫度升高，內(nèi)能不一定增大，E正確． 2．(多選)關(guān)于分子間的作用力，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．分子之間的斥力和引力同時(shí)存在 B．分子之間的斥力和引力大小都隨分子間距離的增大而減小 C．分子之間的距離減小時(shí)，分子力一直做正功 D．分子之間的距離增大時(shí)，分子勢(shì)能一直減小 E．分子之間的距離增大時(shí)，可能存在分子勢(shì)能相等的兩個(gè)點(diǎn) 解析：選ABE.分子間既存在引力，也存在斥力，只是當(dāng)分子間距離大于平衡距離時(shí)表現(xiàn)為引力，小于平衡距離時(shí)表現(xiàn)為斥力，故A正確；分子間存在相互作用的引力和斥力，引力和斥力都隨分子間距離的增大而減小，故B正確；兩分子之間的距離大于r0時(shí)，分子力為引力，故當(dāng)相互靠近時(shí)分子力做正功；當(dāng)分子間距小于r0時(shí)，分子力為斥力，相互靠近時(shí)，分子力做負(fù)功，因無(wú)法判斷是在何處減小距離，故C錯(cuò)誤；兩分子之間的距離大于r0，分子力為引力，故當(dāng)分子之間的距離增加時(shí)，分子力做負(fù)功，分子勢(shì)能增加，故D錯(cuò)誤；當(dāng)兩分子之間的距離等于r0時(shí)，分子勢(shì)能最?。粡脑撐恢闷鹪黾踊驕p小分子距離，都是分子力做負(fù)功，分子勢(shì)能增加，故分子之間的距離分別減小或增大時(shí)，可能存在分子勢(shì)能相等的兩個(gè)點(diǎn)，故E正確． 3．已知地球大氣層的厚度h遠(yuǎn)小于地球半徑R，空氣平均摩爾質(zhì)量為M，阿伏加德羅常數(shù)為NA，地面大氣壓強(qiáng)為p0，重力加速度大小為g.由此可估算得，地球大氣層空氣分子總數(shù)為_(kāi)_______，空氣分子之間的平均距離為_(kāi)_______． 解析：可認(rèn)為地球大氣對(duì)地球表面的壓力是由其重力引起的，即mg＝p0S＝p04πR2，故大氣層的空氣總質(zhì)量m＝，空氣分子總數(shù)N＝NA＝.由于h?R，則大氣層的總體積V＝4πR2h，每個(gè)分子所占空間設(shè)為一個(gè)棱長(zhǎng)為a的正方體，則有Na3＝V，可得分子間的平均距離a＝. 答案：　 4．(原創(chuàng)題)(1)(多選)給體積相同的兩個(gè)容器A、B分別裝滿(mǎn)溫度為60 ℃的熱水和6 ℃的冷水．下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．由于溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，所以容器A中水分子的平均動(dòng)能比容器B中水分子的平均動(dòng)能大 B．由于溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈，所以容器A中水分子的布朗運(yùn)動(dòng)比容器B中水分子的布朗運(yùn)動(dòng)更劇烈 C．若把A、B兩個(gè)容器靠在一起，則A、B兩容器內(nèi)水的內(nèi)能都將發(fā)生改變，這種改變內(nèi)能的方式叫熱傳遞 D．由于A、B兩容器內(nèi)水的體積相等，所以A、B兩容器中水分子間的平均距離相等 E．已知水的相對(duì)分子質(zhì)量是18，若容器B中水的質(zhì)量為3 kg，水的密度為1.0103 kg/m3，阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.021023 mol－1，則容器B中水分子個(gè)數(shù)約為1.01026 (2)教育部辦公廳和衛(wèi)生部辦公廳日前聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)?？?zé)煿ぷ鞯囊庖?jiàn)》．《意見(jiàn)》中要求，教師在學(xué)校的禁煙活動(dòng)中應(yīng)以身作則、帶頭戒煙，通過(guò)自身的戒煙，教育、帶動(dòng)學(xué)生自覺(jué)抵制煙草的誘惑．試估算一個(gè)高約2.8 m，面積約10 m2的兩人辦公室，若只有一人吸了一根煙(人正常呼吸一次吸入氣體300 cm3，一根煙大約吸10次)．求： ①估算被污染的空氣分子間的平均距離； 二輪復(fù)習(xí)　物理第1部分　專(zhuān)題六　選修部分②另一不吸煙者呼吸一次大約吸入多少個(gè)被污染過(guò)的空氣分子． 解析：(1)布朗運(yùn)動(dòng)不是水分子的運(yùn)動(dòng)，而是水中小顆粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤．由于A、B兩容器中水的密度不同(熱水的密度較小)，所以A、B兩容器中水的質(zhì)量不同，水分子的個(gè)數(shù)不同，水分子間的平均距離也不相等，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．根據(jù)題意，水的摩爾質(zhì)量為18 g/mol，容器B中水的物質(zhì)的量為n＝ mol＝ mol，所以容器B中水分子個(gè)數(shù)約為N＝nNA＝1.01026，選項(xiàng)E正確． (2)①吸煙者一根煙吸入的總氣體體積為V＝10300 cm3＝3 000 cm3 含有空氣分子數(shù)為n＝6.021023個(gè)＝8.11022個(gè) 辦公室單位體積內(nèi)含有的被污染空氣分子數(shù)為 個(gè)＝2.91021個(gè) 每個(gè)污染空氣分子所占的體積為V0＝ m3 分子間的平均距離L＝＝ m≈710－8 m ②不吸煙者一次呼吸吸入的被污染過(guò)的空氣分子個(gè)數(shù)為N＝＝8.71017個(gè)． 答案：(1)ACE　(2)①710－8 m?、?.71017個(gè) 分子動(dòng)理論的三個(gè)核心規(guī)律 1．分子模型、分子數(shù)： (1)分子模型：球模型：V＝πR3，立方體模型：V＝a3. (2)分子數(shù)：N＝nNA＝NA＝NA. 2．分子運(yùn)動(dòng)： 分子做永不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，溫度越高，分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)越劇烈． 3．分子勢(shì)能、分子力與分子間距離的關(guān)系： 高頻考點(diǎn)二　固體、液體性質(zhì)的考查 知能必備 1.晶體、非晶體及多晶體的區(qū)別，液晶的微觀結(jié)構(gòu)． 2.飽和汽壓和溫度的理解． 3.液體表面張力的形成原因及特點(diǎn). [題組沖關(guān)] 1．(多選)下列說(shuō)法正確的是(　　) A．懸浮在水中的花粉的布朗運(yùn)動(dòng)反映了花粉分子的熱運(yùn)動(dòng) B．空中的小雨滴呈球形是水的表面張力作用的結(jié)果 C．彩色液晶顯示器利用了液晶的光學(xué)性質(zhì)具有各向異性的特點(diǎn) D．高原地區(qū)水的沸點(diǎn)較低，這是高原地區(qū)溫度較低的緣故 E．干濕泡濕度計(jì)的濕泡顯示的溫度低于干泡顯示的溫度，這是濕泡外紗布中的水蒸發(fā)吸熱的結(jié)果 解析：選BCE.水中花粉的布朗運(yùn)動(dòng)，反映的是水分子的熱運(yùn)動(dòng)規(guī)律，則A項(xiàng)錯(cuò)．正是表面張力使空中雨滴呈球形，則B項(xiàng)正確．液晶的光學(xué)性質(zhì)是各向異性，液晶顯示器正是利用了這種性質(zhì)，C項(xiàng)正確．高原地區(qū)大氣壓較低，對(duì)應(yīng)的水的沸點(diǎn)較低，D項(xiàng)錯(cuò)誤．因?yàn)榧啿贾械乃舭l(fā)吸熱，則同樣環(huán)境下濕泡溫度計(jì)顯示的溫度較低，E項(xiàng)正確． 2．(多選)下列說(shuō)法正確的是(　　) A．液體的分子勢(shì)能與體積有關(guān) B．空中下落的雨滴呈球形是因?yàn)橐后w有表面張力 C．飽和蒸汽是指液體不再蒸發(fā)，蒸汽不再液化時(shí)的狀態(tài) D．布朗運(yùn)動(dòng)表明了分子越小，分子運(yùn)動(dòng)越劇烈 E．液晶既有液體的流動(dòng)性，又有光學(xué)性質(zhì)的各向異性 解析：選ABE.分子的勢(shì)能與分子間的距離有關(guān)，則就與液體的體積有關(guān)，故A正確；空中下落的雨滴呈球形是因?yàn)橐后w有表面張力，液體表面有收縮的趨勢(shì)而形成的，故B正確；飽和蒸汽是指液體蒸發(fā)與蒸汽液化相平衡的狀態(tài)，液體仍在蒸發(fā)，蒸汽仍在液化，故C錯(cuò)誤；布朗運(yùn)動(dòng)是液體分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的反映，它不是分子運(yùn)動(dòng)，故D錯(cuò)誤；液晶既有液體的流動(dòng)性，又有光學(xué)性質(zhì)的各向異性，故E正確． 3．(2016江西南昌十校二模)(多選)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．氣體擴(kuò)散現(xiàn)象表明氣體分子間存在斥力 C．熱量總是自發(fā)地從分子平均動(dòng)能大的物體傳遞到分子平均動(dòng)能小的物體 D．機(jī)械能不可能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能也無(wú)法全部用來(lái)做功以轉(zhuǎn)化成機(jī)械能 E．液體表面層分子間距離大于液體內(nèi)部分子間距離，所以以液體表面存在表面張力 解析：選ACE.液晶是一類(lèi)介于晶體與液體之間的特殊物質(zhì)，它具有流動(dòng)性，光學(xué)性質(zhì)各向異性，故A正確；擴(kuò)散說(shuō) 明分子在做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，不能說(shuō)明分子間存在斥力，故B錯(cuò)誤；熱量總是自發(fā)地從溫度高的物體傳遞到溫度低的物體，而溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，故C正確；根據(jù)能量轉(zhuǎn)化的方向可知，機(jī)械能可能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故D錯(cuò)誤；液體表面層分子間距離大于液體內(nèi)部分子間距離，分子之間的作用力表現(xiàn)為引力，所以液體表面存在表面張力，故E正確． 4．(改編題)(多選)對(duì)下列幾種固體物質(zhì)的認(rèn)識(shí)，正確的有(　　) A．食鹽熔化過(guò)程中，溫度保持不變，說(shuō)明食鹽是晶體 B．燒熱的針尖接觸涂有蜂蠟薄層的云母片背面，熔化的蜂蠟呈橢圓形，說(shuō)明蜂蠟是晶體 C．天然石英表現(xiàn)為各向異性，是由于該物質(zhì)的微粒在空間的排列不規(guī)則 D．石墨和金剛石的物理性質(zhì)不同，是由于組成它們的物質(zhì)微粒排列結(jié)構(gòu)不同 E．晶體都具有固定熔點(diǎn)、熔化時(shí)吸收的熱量全部用于分子勢(shì)能的增加 解析：選ADE.晶體在熔化過(guò)程中溫度保持不變，吸收的熱量用來(lái)增加分子勢(shì)能，食鹽具有這樣的特點(diǎn)，則說(shuō)明食鹽是晶體，選項(xiàng)A、E正確；蜂蠟的導(dǎo)熱特點(diǎn)是各向同性的，燒熱的針尖使蜂蠟熔化后呈橢圓形，說(shuō)明云母片的導(dǎo)熱特點(diǎn)是各向異性的，故云母片是晶體，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；天然石英表現(xiàn)為各向異性，則該物質(zhì)微粒在空間的排列是規(guī)則的，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；石墨與金剛石皆由碳原子組成，但它們的物質(zhì)微粒排列結(jié)構(gòu)是不同的，選項(xiàng)D正確． 1．熟記晶體和非晶體的區(qū)別 晶體具有固定的熔點(diǎn)，而非晶體沒(méi)有固定的熔點(diǎn)；晶體中的單晶體物理性質(zhì)為各向異性，晶體中的多晶體和非晶體物理性質(zhì)為各向同性． 2．理解液晶的特性 液晶是一種特殊物質(zhì)，它既具有液體的流動(dòng)性，又像某些晶體那樣具有光學(xué)各向異性．不是所有物質(zhì)都具有液晶態(tài)． 高頻考點(diǎn)三　氣體實(shí)驗(yàn)定律與熱力學(xué)定律的綜合應(yīng)用 知能必備 1.熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容、公式及公式中各符號(hào)的意義． 2.熱力學(xué)第二定律的兩種表述． 3.氣體實(shí)驗(yàn)定律及理想氣體狀態(tài)方程． 4.氣體狀態(tài)變化的圖象及其意義. [命題視角] 視角1　熱力學(xué)定律與能量守恒定律 [例1]　(2016湖北黃石二中月考)在將空氣壓縮裝入氣瓶的過(guò)程中，溫度保持不變，外界做了24 kJ的功．現(xiàn)潛水員背著該氣瓶緩慢地潛入海底，若在此過(guò)程中，瓶中空氣的質(zhì)量保持不變，且放出了5 kJ的熱量．在上述兩個(gè)過(guò)程中，空氣的內(nèi)能共減小________kJ，空氣________(填“吸收”或“放出”)的總熱量為_(kāi)_______kJ. 思路探究　(1)改變物體內(nèi)能的兩種方式是什么？ (2)公式ΔU＝Q＋W中各符號(hào)的意義是什么？ 嘗試解答　__________ 解析　因?yàn)槔硐霘怏w的內(nèi)能只跟溫度有關(guān)，第一個(gè)過(guò)程是等溫壓縮，所以?xún)?nèi)能不變，有ΔU＝Q＋W，又W＝24 kJ，故Q＝－24 kJ，即在第一個(gè)過(guò)程中，空氣放出的熱量為24 kJ；第二個(gè)過(guò)程中，體積不變，說(shuō)明只與外界發(fā)生熱傳遞，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，所以ΔU＝0－5 kJ＝－5 kJ，故空氣內(nèi)能減小5 kJ，空氣放出29 kJ的熱量． 答案　5　放出　29 視角2　以圖象方式考查氣體實(shí)驗(yàn)定律和熱力學(xué)定律 [例2]　(2016湖南十校聯(lián)考)(多選)如圖甲所示，用面積為S的活塞在汽缸內(nèi)封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，活塞上放一砝碼，活塞和砝碼的總質(zhì)量為m.現(xiàn)使汽缸內(nèi)的氣體緩緩按圖乙所示的規(guī)律變化，汽缸內(nèi)的氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B.若該過(guò)程中氣體內(nèi)能發(fā)生了變化，氣體柱高度增加了ΔL.外界大氣壓強(qiáng)為p0. (1)下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．該過(guò)程中汽缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)始終為p0 B．該過(guò)程中氣體的內(nèi)能不斷增大 C．該過(guò)程中氣體不斷從外界吸收熱量 D．氣體在該過(guò)程中吸收的熱量大于它對(duì)外界做的功 E．A和B兩個(gè)狀態(tài)，汽缸內(nèi)壁單位面積單位時(shí)間內(nèi)受到氣體分子撞擊的次數(shù)相同 (2)汽缸內(nèi)氣體的溫度為T(mén)1時(shí)，氣體柱的高度為L(zhǎng)＝________(用圖中和題目中給出的字母表示)． (3)若氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過(guò)程中從外界吸收的熱量為Q，則被封閉氣體的內(nèi)能變化了多少？ 思路探究　(1)由乙圖分析封閉氣體發(fā)生了怎樣的變化？滿(mǎn)足什么規(guī)律？ (2)熱力學(xué)第一定律中，正、負(fù)號(hào)如何規(guī)定？ 嘗試解答　__________ 解析　(1)根據(jù)圖乙可知?dú)怏w在該過(guò)程中發(fā)生的是等壓變化，該過(guò)程中汽缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)始終為p0＋，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由圖乙可知?dú)怏w溫度升高，內(nèi)能增大，氣體體積膨脹對(duì)外做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體必定從外界吸收熱量，且氣體從外界吸收的熱量大于氣體對(duì)外做的功，選項(xiàng)B、C、D正確；A和B兩個(gè)狀態(tài)，氣體溫度不相同，氣體分子運(yùn)動(dòng)的平均速率不相等，單個(gè)分子對(duì)汽缸內(nèi)壁的平均撞擊力也不相等，根據(jù)等壓變化，可判斷汽缸內(nèi)壁單位面積單位時(shí)間內(nèi)受到分子撞擊的次數(shù)不同，選項(xiàng)E錯(cuò)誤． (2)由蓋－呂薩克定律得＝， 即＝， 解得L＝. (3)對(duì)活塞和砝碼整體，由力的平衡條件得 mg＋p0S＝pS 解得p＝p0＋ 氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過(guò)程中對(duì)外做的功為 W＝pSΔL＝(p0S＋mg)ΔL 由熱力學(xué)第一定律得 氣體內(nèi)能的變化量為ΔU＝Q－W＝Q－(p0S＋mg)ΔL. 答案　(1)BCD　(2)　(3)Q－(p0S＋mg)ΔL 視角3　氣體實(shí)驗(yàn)定律與理想氣體狀態(tài)方程的綜合 [例3]　(2016武漢模擬)如圖，上粗下細(xì)且上端開(kāi)口的薄壁玻璃管內(nèi)有一部分水銀封住密閉氣體，橫截面積分別為S1＝1 cm2、S2＝2 cm2，細(xì)管內(nèi)水銀長(zhǎng)度為h1＝4 cm，封閉氣體長(zhǎng)度為L(zhǎng)＝6 cm.大氣壓強(qiáng)為p0＝76 cmHg，氣體初始溫度為T(mén)1＝288 K，上管足夠長(zhǎng)． (1)緩慢升高氣體溫度，求水銀剛好全部進(jìn)入粗管內(nèi)時(shí)的溫度T2； (2)氣體溫度保持T2不變，為使封閉氣體長(zhǎng)度變?yōu)? cm，需向開(kāi)口端注入的水銀柱的體積為多少？ 思路探究　(1)水銀移動(dòng)過(guò)程中，體積如何變化？ (2)“水銀剛好全部進(jìn)入粗管內(nèi)時(shí)”前后狀態(tài)有哪些變化？ (3)“T2不變，封閉氣體變?yōu)? cm”封閉氣體壓強(qiáng)為多大？ 嘗試解答　__________ 解析　(1)初狀態(tài)：p1＝p0＋ph1，V1＝LS1 末狀態(tài)：p2＝p0＋ph2，V2＝(L＋h1)S1 又有：S1h1＝S2h2 根據(jù)＝ 由以上各式并代入數(shù)據(jù)解得：T2＝468 K. (2)氣體等溫變化有：p2V2＝p3V3 解得p3＝97.5 cmHg， 設(shè)此時(shí)水銀柱的液面高度差為h3，有： h3＝97.5 cm－76 cm＝21.5 cm 注入的水銀柱體積V注＝(21.5－2)2 cm3＋21 cm3－41 cm3＝37 cm3. 答案　(1)468 K　(2)37 cm3 1．熱力學(xué)第一定律公式ΔU＝Q＋W符號(hào)的規(guī)定 物理量 功W 熱量Q 內(nèi)能的改變?chǔ) 取正值“＋” 外界對(duì)物體做功 物體從外界吸收熱量 物體的內(nèi)能增加 取負(fù)值“－” 物體對(duì)外界做功 物體向外界放出熱量 物體的內(nèi)能減少 2．氣體實(shí)驗(yàn)定律 (1)等溫變化：pV＝C或p1V1＝p2V2； (2)等容變化：＝C或＝； (3)等壓變化：＝C或＝； (4)理想氣體狀態(tài)方程：＝C或＝. 3．分析有關(guān)氣體實(shí)驗(yàn)定律和理想氣體狀態(tài)方程問(wèn)題的物理過(guò)程一般要抓住三個(gè)要點(diǎn)： (1)階段性，即弄清一個(gè)物理過(guò)程分為哪幾個(gè)階段； (2)聯(lián)系性，即找出幾個(gè)階段之間是由什么物理量聯(lián)系起來(lái)的； (3)規(guī)律性，即明確哪個(gè)階段應(yīng)遵循什么實(shí)驗(yàn)定律． [題組沖關(guān)] 1．(原創(chuàng)題)(1)(多選)關(guān)于熱力學(xué)定律，以下說(shuō)法正確的是________． A．熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱力學(xué)中的體現(xiàn)，否定了創(chuàng)造和消滅能量的可能性，告訴我們第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成 B．熱力學(xué)第二定律反映了一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都具有方向性，告訴我們第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成 C．做功和熱傳遞都能改變物體的內(nèi)能，根據(jù)最后的結(jié)果可以區(qū)分是做功還是熱傳遞使物體溫度升高的 D．熱力學(xué)第一定律指出內(nèi)能可以與其他形式的能相互轉(zhuǎn)化，熱力學(xué)第二定律指出內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故二者是相互矛盾的 E．熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律分別從不同的角度揭示了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過(guò)程所遵循的規(guī)律，二者相互獨(dú)立，又相互補(bǔ)充，都是熱力學(xué)的理論基礎(chǔ) (2)如圖所示，在一端封閉的U形管中用水銀柱封住一段空氣柱，當(dāng)空氣柱的溫度為14 ℃時(shí)，左臂水銀柱的長(zhǎng)度h1＝10 cm，右臂水銀柱的長(zhǎng)度h2＝7 cm，空氣柱長(zhǎng)度L＝15 cm；將U形管放入100 ℃水中且狀態(tài)穩(wěn)定時(shí)，h1變?yōu)? cm.分別寫(xiě)出空氣柱在初末兩個(gè)狀態(tài)的氣體參量，并求出末狀態(tài)空氣柱的壓強(qiáng)和當(dāng)時(shí)的大氣壓強(qiáng)(單位用cmHg)． 解析：(1)做功和熱傳遞都能改變物體的內(nèi)能，根據(jù)最后的結(jié)果無(wú)法判斷是做功還是熱傳遞使物體溫度升高的，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱現(xiàn)象中的體現(xiàn)，熱力學(xué)第二定律則指出了能量轉(zhuǎn)化的方向性，二者并不矛盾，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． (2)對(duì)于封閉的空氣柱(設(shè)大氣壓強(qiáng)為p0，管的橫截面積為S) 初態(tài)：p1＝p0＋h2－h(huán)1＝p0－3 cmHg V1＝LS＝15S(cm3)，T1＝287 K 末態(tài)：h1′＝7 cm，h2′＝10 cm 故壓強(qiáng)p2＝p0＋h2′－h(huán)1′＝p0＋3 cmHg V2＝(L＋3)S＝18S(cm3)，T2＝373 K 由理想氣體狀態(tài)方程得p1V1/T1＝p2V2/T2 解得大氣壓強(qiáng)為p0＝75.25 cmHg 在100 ℃的水中時(shí)，空氣柱的壓強(qiáng)為p2＝78.25 cmHg 答案：(1)ABE　(2)78.25 cmHg　75.25 cmHg 2．(1)(多選)關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．為了增加物體的內(nèi)能，必須對(duì)物體做功或向它傳遞熱量 B．對(duì)某物體做功，必定會(huì)使該物體的內(nèi)能增加 C．可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣? D．不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體 E．機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的實(shí)際宏觀過(guò)程是不可逆過(guò)程 (2)一定質(zhì)量的理想氣體，處在A狀態(tài)時(shí)，溫度為tA＝27 ℃，氣體從狀態(tài)A等容變化到狀態(tài)M，再等壓變化到狀態(tài)B，A、M、B的狀態(tài)參量如圖所示．求： ①狀態(tài)B的溫度； ②從A到B氣體對(duì)外所做的功．(取1 atm＝1.0105 Pa) 解析：(1)由ΔU＝W＋Q可知做功和熱傳遞是改變內(nèi)能的兩種途徑，它們是等效的，故A正確、B錯(cuò)誤．由熱力學(xué)第二定律可知，可以從單一熱源吸收熱量，使之全部變?yōu)楣Γ珪?huì)產(chǎn)生其他影響，故C正確．由熱力學(xué)第二定律知，熱量只是不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體，則D項(xiàng)錯(cuò)．一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程不可逆，則E正確． (2)①氣體在A狀態(tài)：T1＝300 K，V1＝3 m3，p1＝2.5 atm 氣體在B狀態(tài)：T2，V2＝6 m3，p2＝1 atm 氣體從A狀態(tài)到B狀態(tài) 由＝，得T2＝240 K＝－33 ℃ ②從A到M狀態(tài)，氣體做等容變化，不做功，從M到B是等壓變化，做的功為W＝p2ΔV＝3.0105 J，從A到B氣體對(duì)外做功3.0105 J. 答案：(1)ACE　(2)①－33 ℃?、?.0105 J [真題試做] [真題1]　(2016高考全國(guó)甲卷)(1)(多選)一定量的理想氣體從狀態(tài)a開(kāi)始，經(jīng)歷等溫或等壓過(guò)程ab、bc、cd、da回到原狀態(tài)，其p－T圖象如圖所示，其中對(duì)角線(xiàn)ac的延長(zhǎng)線(xiàn)過(guò)原點(diǎn)O.下列判斷正確的是________． A．氣體在a、c兩狀態(tài)的體積相等 B．氣體在狀態(tài)a時(shí)的內(nèi)能大于它在狀態(tài)c時(shí)的內(nèi)能 C．在過(guò)程cd中氣體向外界放出的熱量大于外界對(duì)氣體做的功 D．在過(guò)程da中氣體從外界吸收的熱量小于氣體對(duì)外界做的功 E．在過(guò)程bc中外界對(duì)氣體做的功等于在過(guò)程da中氣體對(duì)外界做的功 (2)一氧氣瓶的容積為0.08 m3，開(kāi)始時(shí)瓶中氧氣的壓強(qiáng)為20個(gè)大氣壓．某實(shí)驗(yàn)室每天消耗1個(gè)大氣壓的氧氣0.36 m3.當(dāng)氧氣瓶中的壓強(qiáng)降低到2個(gè)大氣壓時(shí)，需重新充氣．若氧氣的溫度保持不變，求這瓶氧氣重新充氣前可供該實(shí)驗(yàn)室使用多少天． 解析：(1)由ac的延長(zhǎng)線(xiàn)過(guò)原點(diǎn)O知，直線(xiàn)Oca為一條等容線(xiàn)，氣體在a、c兩狀態(tài)的體積相等，選項(xiàng)A正確；理想氣體的內(nèi)能由其溫度決定，故在狀態(tài)a時(shí)的內(nèi)能大于在狀態(tài)c時(shí)的內(nèi)能，選項(xiàng)B正確；過(guò)程cd是等溫變化，氣體內(nèi)能不變，由熱力學(xué)第一定律知，氣體對(duì)外放出的熱量等于外界對(duì)氣體做的功，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；過(guò)程da氣體內(nèi)能增大，從外界吸收的熱量大于氣體對(duì)外界做的功，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；由理想氣體狀態(tài)方程知：＝＝＝＝C，即paVa＝CTa，pbVb＝CTb，pcVc＝CTc，pdVd＝CTd.設(shè)過(guò)程bc中壓強(qiáng)為p0＝pb＝pc，過(guò)程da中壓強(qiáng)為p0′＝pd＝pa.由外界對(duì)氣體做功W＝pΔV知，過(guò)程bc中外界對(duì)氣體做的功Wbc＝p0(Vb－Vc)＝C(Tb－Tc)，過(guò)程da中氣體對(duì)外界做的功Wda＝p0′(Va－Vd)＝C(Ta－Td)，Ta＝Tb，Tc＝Td，故Wbc＝Wda，選項(xiàng)E正確(此選項(xiàng)也可用排除法直接判斷更快捷)． (2)設(shè)氧氣開(kāi)始時(shí)的壓強(qiáng)為p1，體積為V1，壓強(qiáng)變?yōu)閜2(2個(gè)大氣壓)時(shí)，體積為V2.根據(jù)玻意耳定律得 p1V1＝p2V2① 重新充氣前，用去的氧氣在p2壓強(qiáng)下的體積為 V3＝V2－V1② 設(shè)用去的氧氣在p0(1個(gè)大氣壓)壓強(qiáng)下的體積為V0，則有 p2V3＝p0V0③ 設(shè)實(shí)驗(yàn)室每天用去的氧氣在p0下的體積為ΔV，則氧氣可用的天數(shù)為 N＝V0/ΔV④ 聯(lián)立①②③④式，并代入數(shù)據(jù)得 N＝4(天)⑤ 答案：(1)ABE　(2)4天 [真題2]　(2015高考新課標(biāo)卷Ⅰ)(1)(多選)下列說(shuō)法正確的是________． A．將一塊晶體敲碎后，得到的小顆粒是非晶體 B．固體可以分為晶體和非晶體兩類(lèi)，有些晶體在不同方向上有不同的光學(xué)性質(zhì) C．由同種元素構(gòu)成的固體，可能會(huì)由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體 D．在合適的條件下，某些晶體可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷w，某些非晶體也可以轉(zhuǎn)變?yōu)榫w E．在熔化過(guò)程中，晶體要吸收熱量，但溫度保持不變，內(nèi)能也保持不變 (2) 如圖，一固定的豎直汽缸由一大一小兩個(gè)同軸圓筒組成，兩圓筒中各有一個(gè)活塞．已知大活塞的質(zhì)量為m1＝2.50 kg，橫截面積為S1＝80.0 cm2；小活塞的質(zhì)量為m2＝1.50 kg，橫截面積為S2＝40.0 cm2；兩活塞用剛性輕桿連接，間距保持為l＝40.0 cm；汽缸外大氣的壓強(qiáng)為p＝1.00105 Pa，溫度為T(mén)＝303 K．初始時(shí)大活塞與大圓筒底部相距，兩活塞間封閉氣體的溫度為T(mén)1＝495 K．現(xiàn)汽缸內(nèi)氣體溫度緩慢下降，活塞緩慢下移，忽略?xún)苫钊c汽缸壁之間的摩擦，重力加速度大小g取10 m/s2.求： ①在大活塞與大圓筒底部接觸前的瞬間，汽缸內(nèi)封閉氣體的溫度； ②缸內(nèi)封閉的氣體與缸外大氣達(dá)到熱平衡時(shí)，缸內(nèi)封閉氣體的壓強(qiáng)． 解析：(1)A.將一晶體敲碎后，得到的小顆粒仍是晶體，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤． B．單晶體具有各向異性，有些單晶體沿不同方向上的光學(xué)性質(zhì)不同，故選項(xiàng)B正確． C．例如金剛石和石墨由同種元素構(gòu)成，但由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體，故選項(xiàng)C正確． D．晶體與非晶體在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化．如天然水晶是晶體，熔融過(guò)的水晶(即石英玻璃)是非晶體，也有些非晶體在一定條件下可轉(zhuǎn)化為晶體，故選項(xiàng)D正確． E．熔化過(guò)程中，晶體的溫度不變，但內(nèi)能改變，故選項(xiàng)E錯(cuò)誤． (2)①設(shè)初始時(shí)氣體體積為V1，在大活塞與大圓筒底部剛接觸時(shí)，缸內(nèi)封閉氣體的體積為V2，溫度為T(mén)2.由題給條件得 V1＝S1＋S2① V2＝S2l② 在活塞緩慢下移的過(guò)程中，用p1表示缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)，由力的平衡條件得 S1(p1－p)＝m1g＋m2g＋S2(p1－p)③ 故缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)不變．由蓋－呂薩克定律有 ＝④ 聯(lián)立①②④式并代入題給數(shù)據(jù)得 T2＝330 K⑤ ②在大活塞與大圓筒底部剛接觸時(shí)，被封閉氣體的壓強(qiáng)為p1.在此后與汽缸外大氣達(dá)到熱平衡的過(guò)程中，被封閉氣體的體積不變．設(shè)達(dá)到熱平衡時(shí)被封閉氣體的壓強(qiáng)為p′，由查理定律，有 ＝⑥ 聯(lián)立③⑤⑥式并代入題給數(shù)據(jù)得 p′＝1.01105 Pa⑦ 答案：(1)BCD　(2)①330 K?、?.01105 Pa [真題3]　(2016高考全國(guó)丙卷)(1)(多選)關(guān)于氣體的內(nèi)能，下列說(shuō)法正確的是________． A．質(zhì)量和溫度都相同的氣體，內(nèi)能一定相同 B．氣體溫度不變，整體運(yùn)動(dòng)速度越大，其內(nèi)能越大 C．氣體被壓縮時(shí)，內(nèi)能可能不變 D．一定量的某種理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān) E．一定量的某種理想氣體在等壓膨脹過(guò)程中，內(nèi)能一定增加 (2)一U形玻璃管豎直放置，左端開(kāi)口，右端封閉，左端上部有一光滑的輕活塞．初始時(shí)，管內(nèi)汞柱及空氣柱長(zhǎng)度如圖所示．用力向下緩慢推活塞，直至管內(nèi)兩邊汞柱高度相等時(shí)為止．求此時(shí)右側(cè)管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)和活塞向下移動(dòng)的距離．已知玻璃管的橫截面積處處相同；在活塞向下移動(dòng)的過(guò)程中，沒(méi)有發(fā)生氣體泄漏；大氣壓強(qiáng)p0＝75.0 cmHg.環(huán)境溫度不變． 解析：(1)氣體的內(nèi)能由物質(zhì)的量、溫度和體積決定，質(zhì)量和溫度都相同的氣體，內(nèi)能可能不同，說(shuō)法A錯(cuò)誤．內(nèi)能與物體的運(yùn)動(dòng)速度無(wú)關(guān)，說(shuō)法B錯(cuò)誤．氣體被壓縮時(shí)，同時(shí)對(duì)外傳熱，根據(jù)熱力學(xué)第一定律知內(nèi)能可能不變，說(shuō)法C正確．一定量的某種理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，說(shuō)法D正確．根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，一定量的某種理想氣體在壓強(qiáng)不變的情況下，體積變大，則溫度一定升高，內(nèi)能一定增加，說(shuō)法E正確． (2)設(shè)初始時(shí)，右管中空氣柱的壓強(qiáng)為p1，長(zhǎng)度為l1；左管中空氣柱的壓強(qiáng)為p2＝p0，長(zhǎng)度為l2.活塞被下推h后，右管中空氣柱的壓強(qiáng)為p1′，長(zhǎng)度為l1′；左管中空氣柱的壓強(qiáng)為P2′，長(zhǎng)度為l2′.以cmHg為壓強(qiáng)單位．由題給條件得 p1＝p0＋(20.0－5.00)cmHg① l1′＝ cm② 由玻意耳定律得p1l1＝p1′l1′③ 聯(lián)立①②③式和題給條件得 P1′＝144 cmHg④ 依題意p2′＝p1′⑤ l2′＝4.00 cm＋ cm－h(huán)⑥ 由玻意耳定律得p2l2＝p2′l2′⑦ 聯(lián)立④⑤⑥⑦式和題給條件得h＝9.42 cm⑧ 答案：(1)CDE　(2)144 cmHg　9.42 cm [新題預(yù)測(cè)] (1)(多選)如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過(guò)狀態(tài)B、C和D后再回到狀態(tài)A.其中，A→B和C→D為等溫過(guò)程，B→C和D→A為絕熱過(guò)程(氣體與外界無(wú)熱量交換)．這就是著名的“卡諾循環(huán)”．該循環(huán)過(guò)程中，下列說(shuō)法正確 的是(　　) A．A→B過(guò)程中，氣體對(duì)外界做功 B．B→C過(guò)程中，氣體分子的平均動(dòng)能增大 C．C→D過(guò)程中，單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多 D．D→A過(guò)程中，氣體分子的速率分布曲線(xiàn)不發(fā)生變化 E．B→C過(guò)程中，氣體內(nèi)能減小 (2)如圖所示，兩端封閉的玻璃管中間有一段長(zhǎng)為h＝16 cm的水銀柱，在27 ℃的室內(nèi)水平放置，水銀柱把玻璃管中的氣體分成長(zhǎng)度都是L0＝40 cm的A、B兩部分，兩部分氣體的壓強(qiáng)均為p0＝30 cmHg，現(xiàn)將A端抬起使玻璃管豎直． ①求玻璃管豎直時(shí)兩段氣體的長(zhǎng)度LA和LB； ②在玻璃管豎直狀態(tài)下，給B氣體加熱(全過(guò)程中A氣體溫度不變)，需要加熱到多少攝氏度才能使水銀柱回到初始位置？ 解析：(1)A→B過(guò)程中，氣體體積變大，氣體對(duì)外做功，A項(xiàng)正確；B→C為絕熱過(guò)程，氣體體積增大，氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能減小，溫度降低，氣體分子的平均動(dòng)能減小，故B項(xiàng)錯(cuò)誤，E項(xiàng)正確；C→D為等溫過(guò)程，氣體的溫度不變，體積減小，壓強(qiáng)增大，單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多，故C項(xiàng)正確；D→A過(guò)程中絕熱壓縮，氣體的溫度升高，因此氣體分子的速率分布曲線(xiàn)的最大值向速率大的方向偏移，故D項(xiàng)錯(cuò)誤． (2)①玻璃管由水平放置轉(zhuǎn)到豎直放置，兩部分氣體均為等溫變化，設(shè)玻璃管的橫截面積為S 對(duì)A有p0L0S＝pALAS 對(duì)B有p0L0S＝pBLBS PB＝PA＋h，LA＋LB＝2L0 解得LA＝50 cm，LB＝30 cm. ②給B氣體加熱后，水銀柱回到初始位置，A部分氣體狀態(tài)參量與初始狀態(tài)相同，B氣體體積與初始狀態(tài)相同，此時(shí)B氣體壓強(qiáng)為p＝p0＋h＝46 cmHg 對(duì)B有＝ 解得T＝460 K 故需將B氣體加熱到187 ℃ 答案：(1)ACE　(2)①50 cm　30 cm　②187 ℃ 限時(shí)規(guī)范訓(xùn)練 建議用時(shí)：40分鐘 1．(1)(多選)一定量的理想氣體從狀態(tài)a開(kāi)始，經(jīng)歷三個(gè)過(guò)程ab、bc、ca回到原狀態(tài)，其p－T圖象如圖所示．下列判斷正確的是(　　) A．過(guò)程ab中氣體一定吸熱 B．過(guò)程bc中氣體既不吸熱也不放熱 C．過(guò)程ca中外界對(duì)氣體所做的功等于氣體所放的熱 D．a(chǎn)、b和c三個(gè)狀態(tài)中，狀態(tài)a分子的平均動(dòng)能最小 E．b和c兩個(gè)狀態(tài)中，容器壁單位面積單位時(shí)間內(nèi)受到氣體分子撞擊的次數(shù)不同 (2)一定質(zhì)量的理想氣體被活塞封閉在豎直放置的圓柱形汽缸內(nèi)．汽缸壁導(dǎo)熱良好，活塞可沿汽缸壁無(wú)摩擦地滑動(dòng)．開(kāi)始時(shí)氣體壓強(qiáng)為p，活塞下表面相對(duì)于汽缸底部的高度為h，外界的溫度為T(mén)0.現(xiàn)取質(zhì)量為m的沙子緩慢地倒在活塞的上表面，沙子倒完時(shí)，活塞下降了.若此后外界的溫度變?yōu)門(mén)，求重新達(dá)到平衡后氣體的體積．已知外界大氣的壓強(qiáng)始終保持不變，重力加速度大小為g. 解析：(1)對(duì)封閉氣體，由題圖可知a→b過(guò)程，氣體體積V不變，沒(méi)有做功，而溫度T升高，則為吸熱過(guò)程，A項(xiàng)正確．b→c過(guò)程為等溫變化，壓強(qiáng)減小，體積增大，對(duì)外做功，則為吸熱過(guò)程，B項(xiàng)錯(cuò)．c→a過(guò)程為等壓變化，溫度T降低，內(nèi)能減少，體積V減小，外界對(duì)氣體做功，依據(jù)W＋Q＝ΔE，外界對(duì)氣體所做的功小于氣體所放的熱，C項(xiàng)錯(cuò)．溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，Tapc，顯然E項(xiàng)正確． (2)設(shè)汽缸的橫截面積為S，沙子倒在活塞上后，對(duì)氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)為Δp，由玻意耳定律得 phS＝(p＋Δp)S① 解得Δp＝p② 外界的溫度變?yōu)門(mén)后，設(shè)活塞距底面的高度為h′.根據(jù)蓋－呂薩克定律，得＝③ 解得h′＝h④ 據(jù)題意可得Δp＝⑤ 氣體最后的體積為V＝Sh′⑥ 聯(lián)立②④⑤⑥式得V＝⑦ 答案：(1)ADE　(2) 2．(1)(多選)下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．分子間的距離增大時(shí)，分子勢(shì)能一定增大 B．晶體有確定的熔點(diǎn)，非晶體沒(méi)有確定的熔點(diǎn) C．根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體 D．物體吸熱時(shí)，它的內(nèi)能可能不增加 E．一定質(zhì)量的理想氣體，如果壓強(qiáng)不變，體積增大，那么它一定從外界吸熱 (2)如圖，在圓柱形汽缸中用具有質(zhì)量的光滑導(dǎo)熱活塞密閉有一定質(zhì)量的理想氣體，在汽缸底部開(kāi)有一小孔，與U形水銀管相連，已知外界大氣壓為p0＝75 cmHg，室溫t0＝27 ℃，穩(wěn)定后兩邊水銀面的高度差為Δh＝1.5 cm，此時(shí)活塞離容器底部的高度為L(zhǎng)＝50 cm.已知柱形容器橫截面積S＝0.01 m2,75 cmHg＝1.0105 Pa. ①求活塞的質(zhì)量； ②使容器內(nèi)溫度降至－63 ℃，求此時(shí)U形管兩側(cè)水銀面的高度差和活塞離容器底部的高度L′. 解析：(1)分子間的距離有一個(gè)特殊值r0，此時(shí)分子間引力與斥力平衡，分子勢(shì)能最?。?dāng)分子間的距離小于r0時(shí)，分子勢(shì)能隨距離的增大而減小，當(dāng)分子間的距離大于r0時(shí)，分子勢(shì)能隨距離的增大而增大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤．根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化．在有外力做功的情況下熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，選項(xiàng)C錯(cuò)誤． (2)①根據(jù)U形管兩側(cè)水銀面的高度差為 Δh＝1.5 cm，可知A中氣體壓強(qiáng)pA1＝p0＋pΔh＝75 cmHg＋1.5 cmHg＝76.5 cmHg 而pA1＝p0＋p塞 所以活塞產(chǎn)生的壓強(qiáng)p塞＝1.5 cmHg＝1.5105 Pa＝0.02105 Pa 由p塞＝mg/S，解得m＝2 kg. ②由于活塞光滑，所以氣體等壓變化，U形管兩側(cè)水銀面的高度差不變 仍為Δh＝1.5 cm 初狀態(tài)：溫度T1＝300 K，體積V1＝50 cmS； 末狀態(tài)：溫度T2＝210 K，體積V2＝L′S 由蓋－呂薩克定律，＝ 解得活塞離容器底部的高度L′＝35 cm. 答案：(1)BDE　(2)①2 kg?、?.5 cm　35 cm 3．(原創(chuàng)題)(1)(多選)下列敘述和熱力學(xué)定律相關(guān)，其中正確的是(　　) A．第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成，是因?yàn)檫`背了能量守恒定律 B．能量耗散過(guò)程中能量不守恒 C．電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，違背了熱力學(xué)第二定律 D．能量耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過(guò)程具有方向性 E．物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功 (2)如圖所示，右端開(kāi)口的絕緣、絕熱圓柱形汽缸放置在水平地面上，容積為V，汽缸內(nèi)部被絕熱活塞M和導(dǎo)熱性能良好的活塞N分成三個(gè)相等的部分，左邊兩部分分別封閉氣體A和B，兩活塞均與汽缸接觸良好，忽略一切摩擦；汽缸左邊有加熱裝置，可對(duì)氣體A緩慢加熱；初始狀態(tài)溫度為T(mén)0，大氣壓強(qiáng)為p0. ①給氣體A加熱，當(dāng)活塞N恰好到達(dá)汽缸右端時(shí)，求氣體A的溫度； ②繼續(xù)給氣體A加熱，當(dāng)氣體B的長(zhǎng)度變?yōu)樵瓉?lái)的時(shí)，求氣體B的壓強(qiáng)和氣體A的溫度． 解析：(1)由熱力學(xué)第一定律知A正確，能量耗散是指能量品質(zhì)降低，反映能量轉(zhuǎn)化的方向性仍遵守能量守恒定律，B錯(cuò)誤，D正確；電冰箱的熱量傳遞不是自發(fā)，不違背熱力學(xué)第二定律，C錯(cuò)誤；在有外界影響的情況下，從單一熱源吸收的熱量可以全部用于做功，E正確． (2)①活塞N移動(dòng)至恰好到達(dá)汽缸右端的過(guò)程中氣體A做等壓變化＝ 解得T1＝2T0. ②繼續(xù)加熱過(guò)程，氣體B體積減小，做等溫變化 p0＝p1 解得p1＝p0 因不計(jì)摩擦，氣體A的壓強(qiáng)等于氣體B的壓強(qiáng)，對(duì)氣體A有＝ 解得T2＝3T0. 答案：(1)ADE　(2)①2T0?、趐0　3T0 4．(1)(多選)有關(guān)分子的熱運(yùn)動(dòng)和內(nèi)能，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．一定質(zhì)量的氣體，溫度不變，分子的平均動(dòng)能不變 B．物體的溫度越高，分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈 C．物體的內(nèi)能是物體中所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和 D．布朗運(yùn)動(dòng)是由懸浮在液體中的微粒之間的相互碰撞引起的 E．外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能必定增加 (2)在室溫恒定的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)放置著如圖所示的粗細(xì)均勻的L形管，管的兩端封閉且管內(nèi)充有水銀，管的上端和左端分別封閉著長(zhǎng)度均為L(zhǎng)0＝15 cm的A、B兩部分氣體，已知豎直管內(nèi)水銀柱高度為H＝20 cm，A部分氣體的壓強(qiáng)恰好等于大氣壓強(qiáng)．對(duì)B部分氣體進(jìn)行加熱到某一溫度，保持A部分氣體溫度不變，水銀柱上升h＝5 cm(已知大氣壓強(qiáng)為76 cmHg，室溫為300 K)．試求： ①水銀柱升高后A部分氣體的壓強(qiáng)； ②溫度升高后B部分氣體的溫度． 解析：(1)溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，A正確；溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)越劇烈，B正確；內(nèi)能指所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能與分子勢(shì)能的總和，C正確；布朗運(yùn)動(dòng)是液體分子對(duì)懸浮顆粒的碰撞引起的，D錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第一定律，內(nèi)能變化由做功和傳熱共同決定，E錯(cuò)誤． (2)①設(shè)L形管的橫截面積為S，水銀柱上升前后A部分氣體的壓強(qiáng)分別為pA和pA′，氣體A的溫度并沒(méi)有發(fā)生變化，由玻意耳定律可得： pAL0S＝pA′(L0－h(huán))S pA′＝ 代入數(shù)據(jù)可得：pA′＝114 cmHg ②設(shè)水銀柱上升前后B部分氣體的壓強(qiáng)分別為pB和pB′，溫度分別是T和T′，則 pB＝pA＋PH，pB′＝pA′＋Ph＋PH 由氣體狀態(tài)方程可得： ＝ 代入數(shù)據(jù)解得：T′≈579.2 K 答案：(1)ABC　(2)①114 cmHg　②579.2 K 5．(1)(多選)兩個(gè)相鄰的分子之間同時(shí)存在著引力和斥力，它們隨分子之間距離r的變化關(guān)系如圖所示．圖中虛線(xiàn)是分子斥力和分子引力曲線(xiàn)，實(shí)線(xiàn)是分子合力曲線(xiàn)．當(dāng)分子間距r＝r0時(shí)，分子之間合力為零，則下列關(guān)于這兩個(gè)分子組成系統(tǒng)的分子勢(shì)能Ep與兩分子間距離r的關(guān)系曲線(xiàn)，可能正確的是(　　) (2)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，再變化到狀態(tài)C，其狀態(tài)變化過(guò)程的p－V圖象如圖所示．已知該氣體在狀態(tài)A時(shí)的溫度為27 ℃.求： ①該氣體在狀態(tài)B時(shí)的溫度； ②該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過(guò)程中與外界交換的熱量． 解析：(1)由于r＝r0時(shí)，分子之間的作用力為零，當(dāng)r＞r0時(shí)，分子間的作用力為引力，隨著分子間距離的增大，分子力做負(fù)功，分子勢(shì)能增加，當(dāng)r＜r0時(shí)，分子間的作用力為斥力，隨著分子間距離的減小，分子力做負(fù)功，分子勢(shì)能增加，故r＝r0時(shí)，分子勢(shì)能最?。C上所述，選項(xiàng)B、C、E正確，選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤． (2)①對(duì)于理想氣體：A→B過(guò)程，由查理定律有 ＝， 得TB＝100 K， 所以tB＝TB－273 ℃＝－173 ℃. ②B→C過(guò)程，由蓋－呂薩克定律有＝， 得TC＝300 K， 所以tC＝TC－273 ℃＝27 ℃. 由于狀態(tài)A與狀態(tài)C溫度相同，氣體內(nèi)能相等，而A→B過(guò)程是等容變化氣體對(duì)外不做功，B→C過(guò)程中氣體體積膨脹對(duì)外做功，即從狀態(tài)A到狀態(tài)C氣體對(duì)外做功，故氣體應(yīng)從外界吸收熱量．Q＝pΔV＝1105(310－3－110－3)J＝200 J. 答案：(1)BCE　(2)①－173 ℃?、?00 J 6．(原創(chuàng)題)(1)(多選)在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，1 g水在沸騰時(shí)吸收了2 260 J的熱量后變成同溫度的水蒸氣，對(duì)外做了170 J的功．已知阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.01023 mol－1，水的摩爾質(zhì)量M＝18 g/mol.下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．分子間的平均距離增大 B．水分子的熱運(yùn)動(dòng)變得更劇烈了 C．水分子總勢(shì)能的變化量為2 090 J D．在整個(gè)過(guò)程中能量是不守恒的 E．1 g水所含的分子數(shù)為3.31022個(gè) (2)如圖所示，一個(gè)絕熱的汽缸豎直放置，內(nèi)有一個(gè)絕熱且光滑的活塞，中間有一個(gè)固定的導(dǎo)熱性良好的隔板，隔板將汽缸分成兩部分，分別密封著兩部分理想氣體A和B.活塞的質(zhì)量為m，橫截面積為S，與隔板相距h.現(xiàn)通過(guò)電熱絲緩慢加熱氣體，已知電熱絲電阻為R，通過(guò)的電流為I.通電時(shí)間為t時(shí)，活塞上升了h，此時(shí)氣體的溫度為T(mén)1，已知大氣壓強(qiáng)為p0，電熱絲放出熱量的90%被氣體吸收，重力加速度為g. ①加熱過(guò)程中，若A氣體內(nèi)能增加了ΔE1，求B氣體內(nèi)能增加量ΔE2. ②現(xiàn)停止對(duì)氣體加熱，同時(shí)在活塞上緩慢添加砂粒，當(dāng)添加砂粒的總質(zhì)量為m0時(shí)，活塞恰好回到原來(lái)的位置．求此時(shí)A氣體的溫度T2. 解析：(1)液體變成氣體后，分子間的平均距離增大了，選項(xiàng)A正確；溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)劇烈程度的標(biāo)志，由于兩種狀態(tài)下的溫度是相同的，故兩種狀態(tài)下水分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度是相同的，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；水發(fā)生等溫變化，分子平均動(dòng)能不變，因水分子總數(shù)不變，分子的總動(dòng)能不變，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，可得水的內(nèi)能的變化量為ΔU＝2 260 J－170 J＝2 090 J，即水的內(nèi)能增大2 090 J，則水分子的總勢(shì)能增大了2 090 J，選項(xiàng)C正確；在整個(gè)過(guò)程中能量是守恒的，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；1 g水所含的分子數(shù)為n＝NA＝6.01023＝3.31022(個(gè))，選項(xiàng)E正確． (2)①由焦耳定律可得，電熱絲放出的熱量Q0＝I2Rt 氣體吸收的熱量Q＝0.9Q0＝0.9I2Rt B氣體對(duì)外做功：W＝pSh＝(p0S＋mg)h 由熱力學(xué)第一定律得：ΔE1＋ΔE2＝Q－W 解得：ΔE2＝0.9I2Rt－(p0S＋mg)h－ΔE1. ②B氣體的初狀態(tài)：壓強(qiáng)p1＝p0＋，體積V1＝2hS，溫度為T(mén)1 B氣體的末狀態(tài)：壓強(qiáng)p2＝p0＋，體積V2＝hS，溫度為T(mén)2 由理想氣體狀態(tài)方程：＝ 解得：T2＝T1. 答案：(1)ACE　(2)見(jiàn)解析 7．(原創(chuàng)題)(1)(多選)下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．分子間的距離增大時(shí)，分子間的引力增大，斥力減小 B．大量氣體分子對(duì)容器壁的持續(xù)性作用形成氣體的壓強(qiáng) C．對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體，溫度不變，壓強(qiáng)增大時(shí)，氣體的體積一定減小 D．根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體 E．氣體如果失去了容器的約束就會(huì)散開(kāi)，這是因?yàn)闅怏w分子之間存在斥力的緣故 (2)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，空氣的密度為1.29 g/L，若房間的容積為100 m3，大氣壓等于77 cmHg，那么當(dāng)室溫由17 ℃升至27 ℃時(shí)，房間里空氣的質(zhì)量將減少________kg. (3)某高速公路發(fā)生一起車(chē)禍，車(chē)禍系輪胎爆胎所致．爆胎后氣體迅速外泄，假設(shè)氣體對(duì)外做功為1 000 J，且來(lái)不及與外界發(fā)生熱交換，則此過(guò)程胎內(nèi)原有氣體內(nèi)能如何變化，變化了多少？ 解析：(1)當(dāng)分子間的距離增大時(shí)，分子間的引力和斥力均減小，A錯(cuò)誤；根據(jù)氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因知，氣體的壓強(qiáng)就是大量氣體分子對(duì)容器壁的持續(xù)性作用形成的，B正確；由理想氣體狀態(tài)方程知，對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體，溫度不變，壓強(qiáng)增大時(shí)，氣體的體積一定減小，C正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律知，熱量從低溫物體傳到高溫物體需要其他作用的影響，D正確；氣體失去了容器的約束會(huì)散開(kāi)，是因?yàn)闅怏w分子自由運(yùn)動(dòng)的緣故，E錯(cuò)誤． (2)以17 ℃時(shí)“室內(nèi)氣體”為研究對(duì)象，氣體做等壓膨脹， 由蓋－呂薩克定律可得＝ 根據(jù)題意，V1＝100 m3，T1＝290 K，T2＝300 K，代入得： V2＝V1＝100 m3＝ m3， 因此27 ℃時(shí)有ΔV＝V2－V1＝ m3體積的氣體處于房間之外 再算出27 ℃時(shí)空氣密度ρ2，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下：p0＝76 cmHg、T0＝273 K、ρ0＝1.29 g/L. 27 ℃時(shí)房間內(nèi)的空氣：p2＝77 cmHg、T2＝300 K. 由理想氣體的狀態(tài)方程變形有：＝ 可得ρ2＝＝ kg/m3＝1.19 kg/m3. 因此房間里空氣質(zhì)量將減少Δm＝ρ2ΔV＝4.1 kg (3)氣體迅速膨脹對(duì)外做功，但短時(shí)間內(nèi)與外界幾乎不發(fā)生熱量傳遞，所以?xún)?nèi)能減少 由熱力學(xué)第一定律得，變化的內(nèi)能為： ΔU＝W＋Q＝－1 000 J 答案：(1)BCD　(2)4.1 kg　(3)內(nèi)能減少?。? 000 J 第2講　振動(dòng)和波　光 微網(wǎng)構(gòu)建 核心再現(xiàn) 知識(shí)規(guī)律 (1)振動(dòng)和波． ①振動(dòng)的周期性、對(duì)稱(chēng)性：x＝Asin ωt. ②波的產(chǎn)生和傳播：v＝. (2)光的折射和全反射． ①折射定律：光從真空進(jìn)入介質(zhì)時(shí)：＝n. ②全反射條件：光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)；入射角等于或大于臨界角C，sin C＝. (3)波的干涉、衍射等現(xiàn)象． ①干涉、衍射是波特有的現(xiàn)象．干涉條件：頻率相同、相位差恒定，振動(dòng)方向相同；明顯衍射條件： d≤λ. ②明條紋(振動(dòng)加強(qiáng)區(qū))：Δr＝kλ； 暗條紋(振動(dòng)減弱區(qū))：Δr＝(k＋)λ. ③光的干涉條紋特點(diǎn)：明暗相間，條紋間距Δx＝λ. 思想方法 (1)物理思想：理想化模型思想、類(lèi)比思想． (2)物理方法：圖象法、作圖法、臨界與極值法. 高頻考點(diǎn)一　機(jī)械振動(dòng)、機(jī)械波 知能必備 1.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的基本特征及描述簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的物理量． 2.機(jī)械波的產(chǎn)生及描述，波速與波長(zhǎng)、頻率的關(guān)系． 3.振動(dòng)圖象和波動(dòng)圖象的比較． 4.波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向的互判方法． 5.波的多解問(wèn)題產(chǎn)生的原因及求解方法. [命題視角] 視角1　波動(dòng)圖象的分析及應(yīng)用 [例1]　(多選)2016年2月6日，臺(tái)灣高雄市發(fā)生6.7級(jí)地震，震源深度為15 km.如果該地震中的簡(jiǎn)諧橫波在地球中勻速傳播的速度大小為4 km/s，已知波沿x軸正方向傳播，某時(shí)刻剛好傳到N處，如圖所示，則下列說(shuō)法中正確的是________． A．從波源開(kāi)始振動(dòng)到波源遷移到地面需要經(jīng)過(guò)3.75 s B．從波傳到N處開(kāi)始計(jì)時(shí)，經(jīng)過(guò)t＝0.03 s位于x＝240 m處的質(zhì)點(diǎn)加速度最小 C．波的周期為0.015 s D．波動(dòng)圖象上M點(diǎn)此時(shí)速度方向沿y軸負(fù)方向，經(jīng)過(guò)一段極短的時(shí)間后動(dòng)能減小 E．從波傳到N處開(kāi)始，經(jīng)過(guò)0.012 5 s，M點(diǎn)的波動(dòng)狀態(tài)傳播到N點(diǎn) 思路探究　(1)參與波動(dòng)的所有質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)有什么特點(diǎn)和規(guī)律？ (2)如何根據(jù)波的傳播方向判斷某一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向？ 嘗試解答　__________ 解析　波上所有質(zhì)點(diǎn)并不隨波遷移，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由題意可知該波的周期為T(mén)＝0.015 s，從波傳到x＝120 m處開(kāi)始計(jì)時(shí)，經(jīng)過(guò)t＝0.03 s，波向前傳播了2個(gè)周期，位于x＝240 m處的質(zhì)點(diǎn)在平衡位置，加速度最小，選項(xiàng)B、C正確；由“上下坡法”可得M點(diǎn)的速度方向沿y軸負(fù)方向，正在往平衡位置運(yùn)動(dòng)，速度增大，動(dòng)能增大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；M、N點(diǎn)之間相距50 m，波從M點(diǎn)傳到N點(diǎn)所需時(shí)間t1＝ s＝0.012 5 s，選項(xiàng)E正確． 答案　BCE 視角2　振動(dòng)圖象與波動(dòng)圖象的綜合分析 [例2]　(2016江南十校聯(lián)考)圖甲為某一列沿x軸正向傳播的簡(jiǎn)諧橫波在t＝1.0 s時(shí)刻的波形圖，圖乙為參與波動(dòng)的某一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象，則下列說(shuō)法正確的是(　　) A．該簡(jiǎn)諧橫波的傳播速度為4 m/s B．從此時(shí)刻起，經(jīng)過(guò)2 s，P質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)了8 m的路程 C．從此時(shí)刻起，P質(zhì)點(diǎn)比Q質(zhì)點(diǎn)先回到平衡位置 D．乙圖可能是甲圖x＝2 m處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象 E．此時(shí)刻M質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度小于Q質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度 思路探究　(1)振動(dòng)圖象和波動(dòng)圖象有什么區(qū)別？ (2)兩種圖象分別提供哪些信息？ (3)公式v＝中各符號(hào)代表什么？ 嘗試解答　__________ 解析　由甲圖可得λ＝4 m，由乙圖中可得T＝1.0 s，所以該簡(jiǎn)諧橫波的傳播速度為v＝＝4 m/s，選項(xiàng)A正確；t＝2 s＝2T，則從此時(shí)刻起，經(jīng)過(guò)2 s，P質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的路程為s＝8A＝80.2 cm＝1.6 cm，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正向傳播，此時(shí)刻Q質(zhì)點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)，而P質(zhì)點(diǎn)直接向下運(yùn)動(dòng)，所以P質(zhì)點(diǎn)比Q質(zhì)點(diǎn)先回到平衡位置，選項(xiàng)C正確．由乙圖知t＝0時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位移為0，振動(dòng)方向沿y軸負(fù)方向，與甲圖x＝2 m處t＝0時(shí)刻的狀態(tài)相同，所以乙圖可能是甲圖x＝2 m處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象，選項(xiàng)D正確．質(zhì)點(diǎn)越靠近平衡位置速度越大，則此時(shí)刻M質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度大于Q質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度，選項(xiàng)E錯(cuò)誤． 答案　ACD 視角3　波的多解問(wèn)題 [例3]　(2016江西名校聯(lián)考)一列簡(jiǎn)諧橫波在x軸上傳播，在t1＝0和t2＝0.05 s時(shí)，其波形圖分別用如圖所示的實(shí)線(xiàn)和虛線(xiàn)表示，求： (1)這列波可能具有的波速； (2)當(dāng)波速為280 m/s時(shí)，波的傳播方向如何？以此波速傳播時(shí)，x＝8 m處的質(zhì)點(diǎn)P從平衡位置運(yùn)動(dòng)至波谷所需的最短時(shí)間是多少？ 思路探究　(1)通常造成波多解的原因有哪些？ (2)“P從平衡