2021屆高考物理二輪十 熱學(xué) 學(xué)生版

專題十熱學(xué)

命題趨勢

本專題在高考中，主要考查：分子動理論的相關(guān)內(nèi)容，涉及分子力、分子力做功、分子勢能變化、布朗運(yùn)

動、擴(kuò)散現(xiàn)象，考查記憶能力和簡單的推導(dǎo)能力；結(jié)合汽缸、液柱、熱力學(xué)圖象考查涉及氣體作用力的平衡問

題及理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用，側(cè)重考查綜合分析推理能力；熱力學(xué)定律與氣體實驗定律相結(jié)合考查物理觀

念、科學(xué)思維等核心素養(yǎng)。

考點清單

一、分子動理論及熱力學(xué)定律

1.估算問題

(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)。

kJ

(2)分子總數(shù)："=〃必=就?必=七心(注：對氣體而言，叫七心)。

2.反映分子熱運(yùn)動規(guī)律的兩個實例

(1)布朗運(yùn)動：懸浮在液體或氣體中的固體小顆粒做無規(guī)則、永不停息的運(yùn)動，與顆粒大小、溫度有關(guān)。

(2)擴(kuò)散現(xiàn)象：產(chǎn)生原因是分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動，與溫度有關(guān)。

3.對熱力學(xué)定律的理解

(1)熱力學(xué)第一定律AU=Q+W,其中W和Q的符號可以這樣確定：只要對內(nèi)能增加有正貢獻(xiàn)的就為正

值。

(2)對熱力學(xué)第二定律的理解：熱量可以由低溫物體傳到高溫物體，也可以從單一熱源吸收熱量全部轉(zhuǎn)化

為功，但這些過程不可能自發(fā)進(jìn)行而不產(chǎn)生其他影響。

二、氣體實驗定律和理想氣體狀態(tài)方程

-

氣

體質(zhì)量

實

驗一定

定

律

及理想

狀

態(tài)氣體

方

程

一

穿精題集訓(xùn)

（70分鐘）

0經(jīng)典訓(xùn)練題

1.（2019?全國卷I[33⑴）某容器中的空氣被光滑活塞封住，容器和活塞絕熱性能良好，空氣可視為理想氣

體。初始時容器中空氣的溫度與外界相同，壓強(qiáng)大于外界?，F(xiàn)使活塞緩慢移動，直至容器中的空氣壓強(qiáng)與外界

相同。此時，容器中空氣的溫度（填“高于""低于''或“等于"）外界溫度，容器中空氣的密度（填

“大于,，”小于,，或“等于外界空氣的密度。

2.（2020.山東學(xué)業(yè)水平等級考試.T”）中醫(yī)拔罐的物理原理是利用玻璃罐內(nèi)外的氣壓差使罐吸附在人體穴

位上，進(jìn)而治療某些疾病。常見拔罐有兩種，如圖所示，左側(cè)為火罐，下端開口；右側(cè)為抽氣拔罐，下端開口，

上端留有抽氣閥門。使用火罐時，先加熱罐中氣體，然后迅速按到皮膚上，自然降溫后火罐內(nèi)部氣壓低于外部

大氣壓，使火罐緊緊吸附在皮膚上。抽氣拔罐是先把罐體按在皮膚上，再通過抽氣降低罐內(nèi)氣體壓強(qiáng)。某次使

用火罐時，罐內(nèi)氣體初始壓強(qiáng)與外部大氣壓相同，溫度為450K,最終降到300K,因皮膚凸起，內(nèi)部氣體體

積變?yōu)楣奕莘e的翁。若換用抽氣拔罐，抽氣后罐內(nèi)剩余氣體體積變?yōu)槌闅獍喂奕莘e的翁，罐內(nèi)氣壓與火罐降溫

后的內(nèi)部氣壓相同。罐內(nèi)氣體均可視為理想氣體，忽略抽氣過程中氣體溫度的變化。求應(yīng)抽出氣體的質(zhì)量與抽

氣前罐內(nèi)氣體質(zhì)量的比值。

?高頻易錯題

1.下列關(guān)于熱學(xué)中的相關(guān)說法正確的是（）

A.液晶既有液體的流動性，又具有單晶體的各向異性

B.燃?xì)庥梢簯B(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程中分子的分子勢能增加

C.氣體的溫度升高時，分子的熱運(yùn)動變得劇烈，分子的平均動能增大，故氣體的壓強(qiáng)一定增大

D.汽車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

2.（2020?新課標(biāo)卷I）分子間作用力F與分子間距r的關(guān)系如圖所示，/?=，1時，尸=0.分子間勢能由r決

定，規(guī)定兩分子相距無窮遠(yuǎn)時分子間的勢能為零。若一分子固定于原點O,另一分子從距。點很遠(yuǎn)處向。點

運(yùn)動，在兩分子間距減小到的過程中，勢能（填“減小""不變''或"增大”）；在間距由廠2減小到，】的過

程中，勢能（填“減小”“不變”或“增大”）；在間距等于八處，勢能（填“大于”“等于”或“小于”）零。

?精準(zhǔn)預(yù)測題

1.下列說法中正確的是（）

A.氣體如果失去了容器的約束就會散開，這是因為氣體分子之間存在勢能

B.物體溫度升高時，速率小的分子數(shù)目減少，速率大的分子數(shù)目增多

C.一定量100℃的水變成100℃的水蒸氣，其分子平均動能增加

D.物體從外界吸收熱量，其內(nèi)能不一定增加

E.液晶的光學(xué)性質(zhì)具有各向異性

2.關(guān)于分子動理論、熱學(xué)規(guī)律及氣體實驗定律，下列說法中正確的是（）

A.溫度高的物體內(nèi)能一定大

B.溫度高的物體分子的平均動能一定大

C.減小分子間的距離，分子斥力增大，分子間引力減小

D.無論怎樣進(jìn)行技術(shù)革新內(nèi)燃機(jī)不可能把內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能

E.冰吸熱熔化過程水分子間的勢能增加

3.以下說法中正確的是（）

A.熱現(xiàn)象的微觀理論認(rèn)為，各個分子的運(yùn)動都是無規(guī)則的、帶有偶然性的，但大量分子的運(yùn)動卻有一定

的規(guī)律

B.從微觀角度看，氣體壓強(qiáng)的大小跟兩個因素有關(guān)：一個是氣體分子的最大速率，一個是分子的數(shù)目

C.同種物質(zhì)可能以晶體和非晶體兩種不同的形態(tài)出現(xiàn)，如金剛石是晶體，石墨是非晶體，但組成它們的

微粒均是碳原子

D.一定溫度下，飽和汽的分子數(shù)密度是一定的，因而飽和汽的壓強(qiáng)也是一定的

E.物體吸收熱量同時對外做功，內(nèi)能可能改變

4.對于分子動理論的理解，下列說法正確的是()

A.只要知道氣體的摩爾體積和阿伏加德羅常數(shù)，就可以算出氣體分子的體積

B.溫度越高，擴(kuò)散現(xiàn)象越明顯

C.兩個分子間的距離變大的過程中，分子間引力變化總是比斥力變化慢

D.當(dāng)分子間作用力表現(xiàn)為引力時，分子間的距離越大，分子勢能越大

E.只要兩物體的質(zhì)量、溫度、體積相等，兩物體的內(nèi)能一定相等

5.一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)a等壓膨脹到狀態(tài)6,再等容增壓到狀態(tài)c,然后等溫膨脹到狀態(tài)d,最后

經(jīng)過一個復(fù)雜的過程回到狀態(tài)其壓強(qiáng)p與體積丫的關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是()

A.從。到從每個氣體分子的動能都增大

B.從6到c,氣體溫度升高

C.從c到4,氣體內(nèi)能不變

D.從"到小氣體對外界做正功

E.從a經(jīng)過從c、d,再回到a的過程，外界向氣體傳遞的熱量與氣體對外界所做的功相等

6.如圖所示，圓柱形密閉氣缸內(nèi)有一個很薄且質(zhì)量不計的活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，活塞可在氣缸

內(nèi)做無摩擦滑動。開始時活塞在E處，氣缸內(nèi)氣體溫度為27℃,氣體體積為6.0X10-3m3,在從狀態(tài)E變化

到狀態(tài)廠的過程中，氣缸內(nèi)氣體吸收的熱量0=6.0X102j,溫度升高到127°C,外界大氣壓強(qiáng)po=1.0X105

(1)氣缸內(nèi)氣體在狀態(tài)F的體積；

(2)在從狀態(tài)E變化到狀態(tài)F的過程中，氣缸內(nèi)氣體內(nèi)能的增量。

7.為做好新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)疫情的常態(tài)化防控工作，學(xué)校組織工作人員每天對校園進(jìn)行嚴(yán)

格的消毒，如圖是噴霧消毒桶的原理圖。消毒桶高為H=60cm,橫截面積S=0.1a?,打氣筒每次可以向消毒

桶內(nèi)充入壓強(qiáng)為po體積為0.015n?的空氣。環(huán)境溫度為7。(3時，向桶內(nèi)倒入消毒液，關(guān)閉加水口后，液面上

方有壓強(qiáng)為po、高為/?=22.5cm的空氣；已知消毒液的密度〃=1000kg/nr,，大氣壓強(qiáng)p(,恒為1.0xl()5pa,噴

霧管的噴霧口與噴霧消毒桶頂部等高，忽略噴霧管的體積，將空氣看作理想氣體，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間=10

m/s2o

\三消毒液;二［活塞

扇閥

(1)當(dāng)環(huán)境溫度升高至r時，恰好有消毒液從噴霧口溢出，求環(huán)境溫度不；

(2)環(huán)境溫度為7。(2時關(guān)閉K,用打氣筒向噴霧消毒桶內(nèi)連續(xù)充人空氣，然后打開K,進(jìn)行消毒。消毒完

成時，噴霧口剛好不再噴出藥液，此時桶內(nèi)剩余消毒液深度”=10cm；求打氣筒的打氣次數(shù)〃(假設(shè)整個過程

中氣體溫度保持不變)。

8.我們在吹氣球時，開始感覺特別困難，但當(dāng)把氣球吹到一定體積后，反而比較輕松。一個探究小組對

此進(jìn)行了研究，通過充入不同量的某種理想氣體，測量了氣球內(nèi)氣體的體積V與對應(yīng)的壓強(qiáng)p,得到了如圖

(a)所示的p-k圖象，其中po為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。把不同量的上述理想氣體分別充入甲、乙兩個相同的氣球，

此時，甲、乙氣球內(nèi)氣體的體積分別為Vq，和U乙，且丫乙＞丫甲＞丫0，甲、乙氣球內(nèi)氣體的壓強(qiáng)分別為P中和0

乙。現(xiàn)把甲、乙兩氣球以及一個容積為%的鋼瓶用帶閥門的三通細(xì)管（容積可忽略）連接，如圖（b）所示。

初始時，鋼瓶內(nèi)為真空，閥門Ki和K2均為關(guān)閉狀態(tài)。所有過程，氣體溫度始終保持不變。

⑴打開閥門Ki，甲氣球體積將（填“變大”“變小”或“不變”）；

（2）打開閥門Ki和K2,把甲、乙兩氣球內(nèi)的所有氣體壓入鋼瓶，求壓入后鋼瓶內(nèi)氣體的壓強(qiáng)。

9.某民航客機(jī)在一萬米左右高空飛行時，需利用空氣壓縮機(jī)來保持機(jī)艙內(nèi)外氣體壓之比為4：1。機(jī)艙內(nèi)

有一導(dǎo)熱氣缸，活塞質(zhì)量機(jī)=2kg、橫截面積S=10cm2,活塞與氣缸壁之間密封良好且無摩擦?？蜋C(jī)在地面

靜止時，氣缸如圖（a）所示豎直放置，平衡時活塞與缸底相距八=8cm；客機(jī)在高度/z處勻速飛行時，氣缸

如圖（b）所示水平放置，平衡時活塞與缸底相距/2=10cm。氣缸內(nèi)氣體可視為理想氣體，機(jī)艙內(nèi)溫度可認(rèn)為

不變。已知大氣壓強(qiáng)隨高度的變化規(guī)律如圖（c）所示地面大氣壓強(qiáng)po=l.Oxl（）5pa,地面重力加速度g=i0m/s2。

（1）判斷氣缸內(nèi)氣體由圖（a）狀態(tài)到圖（b）狀態(tài)的過程是吸熱還是放熱，并說明原因;

（2）求高度〃處的大氣壓強(qiáng)，并根據(jù)圖（c）估測出此時客機(jī)的飛行高度。

10.水銀氣壓計上有細(xì)且均勻的玻璃管，玻璃管外標(biāo)識有壓強(qiáng)刻度（1mm刻度對應(yīng)壓強(qiáng)值為1mmHg）。

測量時氣壓計豎直放置，管內(nèi)水銀柱液面對應(yīng)刻度即為所測環(huán)境大氣壓強(qiáng)。氣壓計底部有水銀槽，槽內(nèi)水銀體

積遠(yuǎn)大于管內(nèi)水銀柱體積。若氣壓計不慎混入氣體，壓強(qiáng)測量值將與實際環(huán)境大氣壓強(qiáng)值不符。如圖所示，混

入的氣體被水銀密封在玻璃管頂端。當(dāng)玻璃管豎直放置時，氣柱長度為/1=100mm。如果將玻璃管傾斜，水銀

柱液面降低的高度為力=20mm,氣柱長度為/2=50mm,傾斜過程中水銀槽液面高度變化忽略不計。整個過

程中溫度保持恒定，氣體可近似為理想氣體。

⑴已知環(huán)境大氣壓強(qiáng)為po=76OmmHg,求此時豎直放置氣壓計的壓強(qiáng)測量值pi（以mmHg為單位）；

（2）此后由于環(huán)境大氣壓強(qiáng)變化，豎直放置氣壓計的壓強(qiáng)測量值為p2=730mmHg,求此時氣柱長度人和環(huán)

境大氣壓強(qiáng)P3（以mmg為單位，保留3位有效數(shù)字）.

參考答案

?經(jīng)典訓(xùn)練題

1.【答案】低于大于

【解析】容器與活塞絕熱性能良好，容器中空氣與外界不發(fā)生熱交換(Q=0),活塞移動的過程中，容器中

空氣壓強(qiáng)減小，則容器中空氣正在膨脹，體積增大，對外界做功，即卬<0。根據(jù)熱力學(xué)第一定律AU=Q+W

可知：容器中空氣內(nèi)能減小，溫度降低，容器中空氣的溫度低于外界溫度。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有半=C,

又夕=節(jié),聯(lián)立解得夕=署。對容器外與容器內(nèi)質(zhì)量均為m的氣體，因容器中空氣壓強(qiáng)和容器外空氣壓強(qiáng)相同，

容器內(nèi)溫度低于外界溫度，則容器中空氣的密度大于外界空氣的密度。

2.【解析】設(shè)火罐內(nèi)氣體初始狀態(tài)參量分別為⑶、/、山，溫度降低后狀態(tài)參量分別為P2、4、匕，罐的

容積為Vo.由題意知：

pi=po、T|=450K、%=%、7^=300K、①

20,

P2-^7Vzo

由理想氣體狀態(tài)方程v得竿一②

/112

代入數(shù)據(jù)得P2=O.7po③

對于抽氣罐，設(shè)初態(tài)氣體狀態(tài)參量分別為P3、匕，末態(tài)氣體狀態(tài)參量分別為P4、匕，罐的容積為匕)，由

題意知：

，

P3=P。、V3=VO>P4=P2④

由玻意耳定律得pWo=P2%⑤

聯(lián)立③⑤式，代入數(shù)據(jù)得力=知。⑥

設(shè)抽出的氣體的體積為△匕由題意知AV=%一第匕)⑦

故應(yīng)抽出氣體的質(zhì)量與抽氣前罐內(nèi)氣體質(zhì)量的比值為券=竽⑧

聯(lián)立⑥⑦⑧式，代入數(shù)據(jù)得等=今

?高頻易錯題

1.【答案】ABE

【解析】根據(jù)液晶特點和性質(zhì)可知：液晶既有液體的流動性，又具有單晶體的各向異性，故A正確；燃

氣由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程中要吸收熱量，故分子的分子勢能增加，選項B正確：若氣體溫度升高的同時，體積

膨脹，壓強(qiáng)可能不變，故C錯誤；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D錯誤；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E正確。

2.【答案】減小減小小于

【解析】從距。點很遠(yuǎn)處向。點運(yùn)動，兩分子間距減小到〃的過程中，分子間體現(xiàn)引力，引力做正功,

分子勢能減?。涸诎?—八的過程中，分子間仍然體現(xiàn)引力，引力做正功，分子勢能減??；在間距等于外之前,

分子勢能一直減小，取無窮遠(yuǎn)處分子間勢能為零，則在n處分子勢能小于零。

。精準(zhǔn)預(yù)測題

1.【答案】BDE

【解析】氣體如果失去了容器的約束就會散開，是因為分子間距較大，相互的作用力很微弱，而且分子永

不停息地做無規(guī)則運(yùn)動，所以氣體分子可以自由擴(kuò)散，故A錯誤；溫度從微觀角度看表示了大量分子無規(guī)則

運(yùn)動的劇烈程度，物體溫度升高時，速率小的分子數(shù)目減少，速率大的分子數(shù)目增多，故B正確；一定量100℃

的水變成100℃的水蒸氣，因溫度不變則分子平均動能不變，C錯誤；物體從外界吸收熱量，若同時對外做

功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知其內(nèi)能不一定增加，故D正確；液晶的光學(xué)性質(zhì)具有各向異性，故E正確。

2.【答案】BDE

【解析】物體內(nèi)能與物質(zhì)的質(zhì)量、溫度和體積有關(guān)，溫度高物體的內(nèi)能不一定大，A錯誤；溫度是分子平

均動能大小的標(biāo)志，溫度高分子的平均動能大，B正確；減小分子間的距離，分子斥力和分子引力都增大，分

子斥力增加的快，C錯誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，內(nèi)燃機(jī)的效率不可能達(dá)到100%,內(nèi)燃機(jī)不可能把內(nèi)能全部

轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，D正確；冰屬于晶體，在熔化過程中吸收熱量，內(nèi)能增加，溫度不變，分子的平均動能不變,

因此水分子間的勢能增加，E正確。

3.【答案】ADE

【解析】熱現(xiàn)象的微觀理論認(rèn)為分子運(yùn)動滿足統(tǒng)計規(guī)律，即單個分子的運(yùn)動都是無規(guī)則的、帶有偶然性的，

但大量分子的運(yùn)動卻有一定的規(guī)律，故A正確；一定量氣體壓強(qiáng)的大小跟兩個因素有關(guān)：一個是分子的平均

動能，一個是分子的數(shù)密度，故B錯誤；金剛石是晶體，石墨也是晶體，故C錯誤；飽和蒸汽壓僅僅與溫度

有關(guān)；一定溫度下，飽和汽的分子數(shù)密度是一定的，因而飽和汽的壓強(qiáng)也是一定的，故D正確；熱力學(xué)第一

定律AU=W+Q,物體吸收熱量同時對外做功，內(nèi)能可能變化，故E正確。

4.【答案】BCD

【解析】由于氣體分子間距很大，知道氣體的摩爾體積和阿伏加德羅常數(shù)，不能算出氣體分子的體積，A

錯誤；溫度越高，擴(kuò)散現(xiàn)象越明顯，B正確；兩個分子間的距離變大的過程中，分子間引力和斥力均減小，引

力變化總是比斥力變化慢，C正確；當(dāng)分子間作用力表現(xiàn)為引力時，分子間的距離越大，分子勢能越大，D正

確；物體內(nèi)能與物質(zhì)的量、溫度、體積和物態(tài)有關(guān)，E錯誤。

5.【答案】BCE

【解析】從。到b,根畔=c可知，壓強(qiáng)不變，體積變大，則溫度升高，分子平均動能變大，但是并非每個

氣體分子的動能都增大，A錯誤；根吟=C可知，從b到c,體積不變，壓強(qiáng)變大，則氣體溫度升高，B正確;

從c到4氣體的溫度不變，則氣體內(nèi)能不變，C正確；從d到“，氣體體積減小，則外界對氣體做正功，D錯誤；

從。經(jīng)過氏c、d,再回到a的過程，其中從a到d過程氣體對外做功的值等于圖線與V軸圍成的面積，從d回

到“時外界對氣體做功也等于圖像與丫軸圍成的面積大小，則整個過程中氣體對外界做功，而整個過程中內(nèi)能不

變，則由熱力學(xué)第一定律可知，外界向氣體傳遞的熱量與氣體對外界所做的功相等，E正確。

6.【解析】（1）氣體做等壓變化，則對于封閉氣體，初狀態(tài)：

pi=po、71=300K、Vi=6.0X10-3m3

末狀態(tài)：P2=po、72=400K

由蓋一呂薩克定律得卷考

解得6=8.0X10-3m3。

（2）氣體對外界做的功卬=加（匕-H）=2.0X102J

根據(jù)熱力學(xué)第一定律△U=2+W