2023年物理二輪復習十四熱學

專題十四熱學

命題熱點?？碱}型

(1)分子動理論，晶體、非晶體、液體及表面張力；

(2)氣體實驗定律和理想狀態(tài)方程的應用；選擇題

(3)熱力學定律與氣體實驗定律的結合；計算題

(4)與生活實際相關的熱學問題.

高頻考點?能力突破

考點一分子動理論固體與液體

1.必須注意的“三點”

(1)分子直徑的數(shù)量級是1010m：分子永不停息地做無規(guī)則運動.

(2)球體模型(適用于固體、液體)，立方體模型(適用于氣體).

(3)晶體、非晶體的關鍵性區(qū)別為是否具有固定的熔點，只有單晶體才可能具有各向異性.

2.必須弄清分子力和分子勢能

理想氣體沒有分子勢能

(1)分子力：分子間引力與斥力的合力.分子間距離增大，引力和斥力均減??；分子間距

離減小，引力和斥力均增大，但斥力總比引力變化得快.

(2)分子勢能：分子力做正功，分子勢能減??；分子力做負功，分子勢能增大；當分子間

距為ro(分子間的距離為ro時，分子間作用的合力為0)時，分子勢能最小.

例1[2022?河北高三一模](多選)下列說法正確的是()

液體

隔板

?????

赧真空

甲

單位速率間隔的分子數(shù)

占總分子數(shù)的百分比

0分子速率

丙

A.圖甲為中間有隔板的絕熱容器，隔板左側裝有溫度為T的理想氣體，右側為真空.現(xiàn)

抽掉隔板，氣體的最終溫度仍為T

B.圖乙為布朗運動示意圖，懸浮在液體中的微粒越大，在某一瞬間跟它相撞的液體分

子越多，撞擊作用的不平衡性表現(xiàn)得越明顯

C.圖丙為同一氣體在0℃和100℃兩種不同情況下單位速率間隔的分子數(shù)占總分子數(shù)

的百分比與分子速率間的關系圖線，兩圖線與橫軸所圍面積不相等

D.圖丁中，液體表面層中分子間的距離比液體內部分子間的距離大，液體表面層中分

子間的作用力表現(xiàn)為引力

［解題心得］.............................................................................

預測1［2022.江蘇沖刺卷J北京冬奧會的雪花形主火炬由96塊小雪花和6個橄欖枝組

成.關于雪花的下列說法正確的是()

A.一片雪花大約由1000個水分子組成

B.雪花融化成的水是液態(tài)的晶體

C.雪花是水蒸氣凝華時形成的晶體

D.沒有兩片雪花是相同的，因此雪花不屬于晶體

預測2(多選)2021年8月5日，在東京奧運會跳水女子10臺決賽中，14歲的全紅嬋

以總分466.2拿到金牌，并打破了世界紀錄.她的五次跳水中有三次滿分，嫻熟的動作和標

準的姿勢不禁讓李小鵬感嘆：我扔個硬幣濺起的水花都比她跳水的水花大.下列說法正確的

是()

A.運動員出水后泳衣上的水很快滑落，這是因為制造泳衣的材料對水不浸潤

B.運動員入水過程中，在水中產生的氣泡內的氣體壓強大于大氣壓

C.運動員入水激起的水花中，很多接近球形，這是水的表面張力的作用

D.運動員入水后，身體周圍會出現(xiàn)一些小氣泡，這些小氣泡在做無規(guī)則的布朗運動

考點二氣體實驗定律和理想狀態(tài)方程的應用

對三個氣體實驗定律的理解

(1)定律在溫度不太低、壓強不太大的情況下適用中學階段，所涉及的計算題一般

都適用

(2)一定質量的理想氣體做等容變化時，氣體的壓強跟攝氏溫度不成正比；

(3)氣體做等容變化時，氣體壓強的變化量與溫度的變化量成正比，即詈=黑=普

11l2

例2［2022?全國甲卷，節(jié)選］如圖，容積均為Vo、缸壁可導熱的A、B兩汽缸放置在壓強

為po、溫度為To的環(huán)境中；兩汽缸的底部通過細管連通，A汽缸的頂部通過開口C與外界

相通；汽缸內的兩活塞將缸內氣體分成I、II、Hi、w四部分，其中第n、in部分的體積分

別為:Vo和;Vo.環(huán)境壓強保持不變，不計活塞的質量和體積，忽略摩擦.

84

(1)將環(huán)境溫度緩慢升高，求B汽缸中的活塞剛到達汽缸底部時的溫度；

(2)將環(huán)境溫度緩慢改變至2T。，然后用氣泵從開口C向汽缸內緩慢注入氣體，求A汽缸

中的活塞到達汽缸底部后，B汽缸內第IV部分氣體的壓強.

I試解］..........................................................................

預測3［2022?江蘇沖剌卷］如圖，某材料制備系統(tǒng)由供氣瓶、反應室、加熱器和真空泵

等設備組成.供氣瓶的容積為20L,儲存的氣體壓強為3。義105Pa,反應室的容積為10L.制

備材料前，反應室處于真空狀態(tài)，關閉所有閥門.制備材料時，先打開閥門1,供氣瓶向反

應室緩慢供氣，當反應室氣壓達到1.0X102出時，關閉閥門1；對反應室內氣體緩慢加熱,

使其從室溫25℃升到200℃,進行材料合成.實驗結束后，待反應室溫度降至室溫，將其抽

至真空狀態(tài).環(huán)境溫度恒定，忽略材料體積，氣體不參與反應.

(1)加熱后，求反應室內氣體的壓強(結果保留3位有效數(shù)字).

(2)當供氣瓶剩余氣體壓強降到1.5X1()5p〃時，需更換新的供氣瓶，供氣瓶最多能給反

應室充氣多少次？

［試斛1..........................................................................

預測4如圖甲所示，粗細均勻的足夠長玻璃管的一端開口，另一端封閉，管的橫截面

積S=10a〃2,沿水平方向放置時，一段長h=38c機的水銀柱封閉著一定質量的理想氣體，

管內氣柱長度Li=30c"3大氣壓強恒為po=76cmHg,室內熱力學溫度恒為Ti=300K.現(xiàn)

將玻璃管沿逆時針方向緩慢轉過90。.取76cmHg=1X105Pa.

降溫

甲乙

(1)求穩(wěn)定后管內氣柱的長度；

(2)使玻璃管的封閉端浸入冰水混合物中，管內氣體的溫度緩慢降低，求管內氣體的溫度

降低的過程中，水銀柱對管內氣體做的功.

［試解］.........................................................................

考點三熱力學定律和氣體定律的結合

熱力學定律與氣體實驗定律問題的處理方法

(1)氣體實驗定律研究對象是一定質量的理想氣體.

(2)解決具體問題時，分清氣體的變化過程是求解問題的關鍵，根據(jù)不同的變化，找出與

之相關的氣體狀態(tài)參量，利用相關規(guī)律解決.

(3)對理想氣體，只要體積變化，外界對氣體(或氣體對外界)就要做功，如果是等壓變化，

W=p/V；只要溫度發(fā)生變化，其內能就發(fā)生變化.

(4)結合熱力學第一定律/U=W+Q求解問題.

例3［2022?全國甲卷，節(jié)選］(多選)一定量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b,其過程如

p-T圖上從a到b的線段所示。在此過程中.

P

b

0T

A.氣體一直對外做功

B.氣體的內能一直增加

C.氣體一直從外界吸熱

D.氣體吸收的熱量等于其對外做的功

E.氣體吸收的熱量等于其內能的增加量

［斛題心得］.....................................................................

例4一定質量的理想氣體經(jīng)歷了如圖所示的A-B-C-DfA循環(huán)，該過程每個狀態(tài)可

視為平衡態(tài).下列說法中正確的是（

A.狀態(tài)A氣體分子的平均動能比狀態(tài)B氣體分子的平均動能大

B.狀態(tài)C到狀態(tài)D,氣體的內能保持不變

C.狀態(tài)B到狀態(tài)C,氣體將放出熱量

D.狀態(tài)D到狀態(tài)A,氣體對外做功

［解題心得］

預測5［2022?山東沖刺卷］（多選）一定質量的理想氣體，從初始狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B、C、D

再回到狀態(tài)A,其體積V與溫度T的關系如圖所示.圖中TA、VA和TD為已知量，則下列

說法正確的是（）

A.從狀態(tài)A到B,氣體經(jīng)歷的是等壓過程

B.從B到C的過程中，氣體的內能減小

C.從C到D的過程中，氣體向外放熱

D.氣體在狀態(tài)D時的體積丫口=呼

預測6［2022?遼寧模擬卷］真空泵抽氣腔與容器相連，活塞向左運動時即從容器中抽氣,

活塞向右運動時閥門自動關閉，將進入氣腔內的氣體全部排出，示意圖如圖甲.設抽氣過程

中抽氣腔與容器中的氣體壓強始終相等，每次抽氣活塞均從抽氣腔最右端移動至最左端.已

知容器的容積為Vo,抽氣腔的容積為nV。，初始時刻氣體壓強為po.

（1）若抽氣過程中氣體的溫度保持不變，求第一次抽氣后容器中氣體的壓強p；

（2）若在絕熱的條件下，某次抽氣過程中，氣體壓強p隨體積V變化的規(guī)律如圖乙，求該

過程氣體內能的變化量JU.

［試解I................................................................................................................

素養(yǎng)培優(yōu)?情境命題

與生活實際相關的熱學問題

情境1為了有效控制新冠疫情傳播，在轉移患者時采用專用的負壓救護車，負壓救護

車的核心是負壓艙.它不工作時為開放狀態(tài)，工作時通過頂部循環(huán)過濾的進、排氣高效凈化

系統(tǒng)保證負壓艙內為微負壓環(huán)境及內部空氣流通，為疑似病人提供新鮮空氣，同時保護周圍

人員及周圍環(huán)境不受病源體污染.已知大氣壓強為P0,環(huán)境溫度為To.負壓艙正常工作時內

部溫度比環(huán)境溫度高了k|To,內部壓強比外界低了k2Po.空氣視為理想氣體，物理量的單位均

為國際單位制，常數(shù)ki和k2均遠小于1.則負壓艙從開放狀態(tài)轉為正常工作狀態(tài)需向外界排出

的空氣質量與原有空氣質量的比值為()

C.D.

kj-kz%

［斛題心得］

情境2［2022?重慶質檢］可折疊輪椅(RoeAir)的發(fā)明為參加北京冬殘奧會的運動員的

出行提供了便利.該輪椅只需簡單幾步，能縮至不到20L的拉桿箱大小，并可帶上飛機放入

行李艙.若輪椅折疊收入箱中時;輪胎中空氣全部被排盡，打開使用時需重新充氣.已知大

氣壓強為po且保持不變，某次在室溫下(27℃)對輪胎充氣，使輪胎內壓強達到4Po.單邊輪胎

充滿氣時內部氣體體積為Vo,且充好后輪胎不漏氣.

(1)若打氣筒每次充入01V。的壓強為po的空氣，則對單邊輪胎共需打氣多少次？

(2)若運動員坐上輪椅后，輪胎內氣體體積變?yōu)閨|Vo,要使輪胎內壓強不超過4.5po,則行

駛時胎內氣體溫度應不超過多少攝氏度？(不考慮行駛過程中胎內氣體體積的變化，取T=

273+t)

［試斛］..............................................................................

情境3［2022?廣東押題卷］“拔火罐”是我國傳統(tǒng)醫(yī)療的一種手段.如圖所示，醫(yī)生先

用點燃的酒精棉球加熱小罐內的空氣，隨后迅速把小罐倒扣在需要治療的部位，冷卻后小罐

便緊貼在皮膚上.已知小罐質量m=0.1依，開口部位的直徑d=557.設加熱后小罐內的空氣

溫度t=77℃,室溫to=21℃,大氣壓po=LOX1()5p“，不考慮因皮膚被吸入罐內導致空氣

體積的變化.取g=10〃?/s2.當罐內空氣變?yōu)槭覝貢r.

(1)求此時罐內氣體的壓強P；

(2)計算此時小罐對皮膚的壓力F；并說明若考慮因皮膚被吸入罐內導致空氣體積的變化，

上述壓力F的數(shù)值比真實值偏大還是偏小.

［試解I..........................................................................

情境4新冠肺炎疫情期間，某班級用于消毒的噴壺示意圖如圖甲所示.壺的容積為1.5

L,內含1.0乙的消毒液.閉合閥門K,緩慢向下壓壓桿A,每次可向瓶內儲氣室充入0.05L

的1.0的空氣，多次下壓后，壺內氣體壓強變?yōu)?.0加加時，按下按柄B,閥門K打開,

消毒液從噴嘴處噴出.儲氣室內氣體可視為理想氣體，充氣和噴液過程中溫度保持不變，1.0

atm=l.OX\(fPa.

p/atm

(1)求充氣過程向下壓壓桿A的次數(shù)和打開閥門K后最多可噴出液體的體積；

(2)噴液全過程，氣體狀態(tài)變化的等溫線近似看成一段傾斜直線，如圖乙所示，估算全過

程壺內氣體從外界吸收的熱量.

［試解］..........................................................................

專題十四熱學

高頻考點?能力突破

考點一

例1解析：右側為真空，氣體自由膨脹，“沒有做功對象”，根據(jù)熱力學第一定律有AU

=W+Q,做功W=0,因為是絕熱容器，所以沒有熱交換，即Q=0,因此內能不變，理想

氣體的內能由溫度決定，所以溫度不變，所以A正確；懸浮在液體中的微粒越大，在某一瞬

間跟它相撞的液體分子越多，撞擊作用的平衡性表現(xiàn)的越明顯，所以B錯誤；由丙圖可知，

在0匕和100℃兩種不同情況下各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比與分子速率間的

關系圖線與橫軸所圍面積都應該等于I,即相等，所以C錯誤；液體表面層中分子間的距離

比液體內部分子間的距離大，液體表面層中分子間的作用力表現(xiàn)為引力，即液體的表面張力，

所以D正確.

答案：AD

預測1解析：一片雪花大約由大量的水分子組成，遠大于1000個，A錯誤；雪花融化

成的水不是晶體，故B錯誤；根據(jù)物態(tài)變化可知，雪花是水蒸氣凝華時形成的晶體，故C正

確；雪花是晶體，故D錯誤.

答案：C

預測2解析：運動員出水后泳衣上的水很快滑落，這是因為泳衣由對水不浸潤的材料

制成，故A正確；運動員入水后，水下氣泡內的氣體壓強大于大氣壓，故B正確；運動員入

水激起的水花接近球形，這是表面張力的作用，故C正確；運動員入水后，身體周圍會有一

些小氣泡做無規(guī)則的運動，這些小氣泡的運動不是布朗運動，故D錯誤.

答案：ABC

考點二

例2解析：（1）選第IV部分氣體為研究對象，在B汽缸中的活塞到達汽缸底部的過程中

發(fā)生等壓變化：與巴=黑，解得

（2）以第n、ni部分氣體整體為研究對象，溫度由兀升至2。）過程，由理想氣體狀態(tài)方程：

P。（七+￥。）=號對第W部分氣體,溫度由7b升至2。過程，由理想氣體狀態(tài)方程：P°（v/v。）

1。2I。Io

=咤3,解得pi=1o.

z104

答案：（1洌）（2）\〃0

預測3解析：⑴根據(jù)查理定律得患=詈

11*2

解得P2=?i=159Pa.

11

（2）設可以供〃次，則根據(jù)玻意耳定律得pWo=npiVi+pWo，解得"=3000次.

答案：（1）159Pa（2）3000次

預測4解析：（1）設穩(wěn)定后管內氣柱的長度為L,,對管內封閉氣體初態(tài)時pi=po=76

cmHg

Vi=LiS,Ti=300K

末態(tài)時而=（76+38）cmHg=114cmHg

V2=L2S

根據(jù)玻意耳定律有piV|=p2V2,解得L2=20cm.

（2）設穩(wěn)定后管內氣柱的長度為L,

V3=L3S,n=273K

氣體發(fā)生等壓變化，有9=3可得L3=18.2cm

1

2*3

水銀柱對管內氣體做的功W=p2（L2-L3）S

解得W=2.7J.

答案：（1）20cm（2）2.7J

考點三

例3解析：pk圖線過坐標原點，因此氣體從狀態(tài)〃到狀態(tài)人發(fā)生等容變化，氣體沒

有對外做功，A,D錯誤；從狀態(tài)a到狀態(tài)〃氣體溫度升高，一定質量的理想氣體內能只與

溫度有關，溫度升高，內能增加，B正確；根據(jù)熱力學第一定律可知氣體從外界吸熱，且吸

收的熱量等于其內能增加量，C、E正確.

答案：BCE

例4解析：由圖可知A狀態(tài)的壓強、體積都比B狀態(tài)的小，由理想氣體狀態(tài)方程畢=

TA

畢，得TA<TB,溫度是分子平均動能的標志，溫度越高分子平均動能越大，即：狀態(tài)8時，

氣體分子的平均動能比狀態(tài)A時氣體分子的平均動能大，故A錯誤；由圖可知。狀態(tài)的壓

強、體積都比C狀態(tài)的小，由理想氣體狀態(tài)方程畢=畢，得乃<",因為一定量的理想

TCTD

氣體內能由氣體溫度決定，溫度越高氣體內能越大，故B錯誤；由圖可知C狀態(tài)的壓強比8

狀態(tài)的小，兩狀態(tài)的體積相同，由查理定律苧=<?知78>般、所以氣體從狀態(tài)B到狀態(tài)C內能

減小，A(7<0,W=0,由熱力學第一定律AU=W+?？芍猀<0,故氣體將放出熱量，故C正

確；狀態(tài)。到狀態(tài)A,氣體體積不變，氣體對外做功為0,故D錯誤.

答案：C

預測5解析：從狀態(tài)4到8,氣體經(jīng)歷的是等容過程，所以A錯誤；從B到C的過程

中，溫度不變，則氣體的內能不變，所以B錯誤；從C到。的過程中，氣體溫度降低，氣

體內能減小AU<0,體積減小，則外界對氣體做正功g0,根據(jù)熱力第一定律AU=W+Q可

知，則氣體向外放熱，所以C正確；從狀態(tài)。到A,氣體經(jīng)歷的是等壓過程，根據(jù)察=

￥解得弘=警，所以D正確.故選C、D.

TATA

答案：CD

預測6解析：(1)等溫變化，第一次抽氣p()yo=p(Vo+〃％)

得p=E?

「n+1

(2)絕熱過程可知。=0

又有W=-pAV=Vo)=-O.8ponVb

根據(jù)熱力學第一定律△U=W+Q=W=-O.8po〃Vo.

答案：(1)0=倍(2)—O.8/?onVo

素養(yǎng)培優(yōu)?情境命題

情境1解析：根據(jù)題意，設原有氣體的質量為加，放出氣體的質量為△〃?，