2025屆高考物理二輪復習講義：第11講 熱學 【含答案】

2025屆高考物理二輪復習講義：第11講熱學【網(wǎng)絡構(gòu)建】【關(guān)鍵能力】理解分子動理論,知道固體、液體的性質(zhì),掌握氣體實驗定律、理想氣體狀態(tài)方程和熱力學定律的適用條件和解題方法,關(guān)注氣體狀態(tài)變化(等溫、等壓、等容)圖像的應用.熱學計算題情境雖然抽象,但研究對象的模型通常有3類:汽缸—活塞模型、玻璃管—液柱模型和“變質(zhì)量”模型.題型1分子動理論固體、液體與氣體1.理解微觀分子的結(jié)構(gòu)模型,進而理解分子大小、分子數(shù)量、分子力、分子勢能.2.理解微觀分子的運動模型,進而理解布朗運動、溫度與壓強、分子運動速率的正態(tài)分布規(guī)律.3.理解微觀分子力模型,進而理解液體表面張力與浸潤不浸潤現(xiàn)象.4.知道區(qū)分晶體和非晶體的標準是看是否有確定的熔點.5.理解影響氣體壓強的因素(1)氣體分子平均動能——溫度.(2)單位時間單位面積上的撞擊次數(shù)——單位體積內(nèi)分子數(shù).例1[2024·舟山模擬]下列說法中不正確的是()A.圖甲中,溫度升高,曲線峰值向右移動B.圖甲中,同一溫度下,氣體分子的速率都呈“中間多、兩頭少”的分布C.由圖乙可知,當分子間的距離從r2逐漸減小為r0時,分子力先做正功后做負功D.由圖乙可知,當分子間的距離從r2逐漸減小為r0時,分子勢能不斷減小

【技法點撥】

針對甲圖,需要注意以下幾點:①同一溫度下速率分布“中間多,兩頭少”;②溫度越高,分子速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)百分比增加,分子平均速率增大;③分子在整個速率范圍(0~∞)內(nèi)的概率總和為100%.

例2(不定項)[2024·杭州高級中學模擬]體積相同的玻璃瓶A、B分別裝滿溫度為60℃的熱水和0℃的冷水(如圖所示),下列說法正確的是 ()A.由于溫度越高,布朗運動越顯著,所以A瓶中水分子的布朗運動比B瓶中水分子的布朗運動更顯著B.若把A、B兩只玻璃瓶并靠在一起,則A、B瓶內(nèi)水的內(nèi)能都將發(fā)生改變,這種改變內(nèi)能的方式叫傳熱C.由于A、B兩瓶水的體積相等,所以A、B兩瓶中水分子的平均距離相等D.已知水的相對分子質(zhì)量是18,若B瓶中水的質(zhì)量為3kg,水的密度為1.0×103kg/m3,阿伏加德羅常數(shù)NA=6.02×1023mol-1,則B瓶中水分子個數(shù)約為1.0×1026個【技法點撥】溫度是分子平均動能的標志,水分子數(shù)與A、B瓶內(nèi)水的體積有關(guān),內(nèi)能也與水的體積有關(guān),相同體積不同溫度水分子的個數(shù)不同,平均距離就不同,故平均距離與溫度有關(guān).已知B瓶中水的質(zhì)量、水的相對分子質(zhì)量和阿伏加德羅常數(shù),根據(jù)它們之間的關(guān)系式即可計算水分子數(shù).【遷移拓展】1.[2024·湖州模擬]關(guān)于下列各圖所對應現(xiàn)象的描述,正確的是 ()A.圖甲中水黽可以停在水面,是因為受到水的浮力作用B.圖乙中玻璃容器中的小水銀滴呈球形,是因為表面張力C.圖丙中插入水中的塑料筆芯內(nèi)水面下降,說明水浸潤塑料筆芯D.圖丁中拖拉機鋤松土壤,是為了利用毛細現(xiàn)象將土壤里的水分引上來2.(不定項)[2024·舟山模擬]在中國首次太空授課活動中,航天員展示了失重環(huán)境下的物理現(xiàn)象,其中有一實驗是航天員擠出的水在空中形成水球.水球蘊涵著很多物理知識,下列說法正確的是()A.水球中的水分子的直徑數(shù)量級為10-8mB.1kg0℃水的內(nèi)能比1kg0℃冰的內(nèi)能大C.擠出的水呈球形是水的表面張力作用的結(jié)果D.懸浮在水中的小顆粒做無規(guī)則運動,說明水分子間存在相互作用力題型2氣體實驗定律理想氣體狀態(tài)方程1.氣體實驗定律及理想氣體狀態(tài)方程(1)適用條件:質(zhì)量一定的理想氣體.(2)玻意耳定律、蓋-呂薩克定律、查理定律這三個氣體實驗定律是理想氣體狀態(tài)方程在其中一個狀態(tài)參量不變情況下的特例.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中有一個量不發(fā)生變化,則選用對應的氣體實驗定律列方程求解.(2)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)方程列式求解.3.熱系統(tǒng)的宏觀表現(xiàn)主要有三個方面,一是熱力平衡,二是熱參量的實驗定律,三是熱力學三定律(包括能量守恒定律).(1)壓強的宏觀表現(xiàn)為對象的力平衡,根據(jù)平衡求解氣體壓強;(2)掌握幾個典型的熱過程(等溫、等容、等壓),初、末狀態(tài)參量規(guī)律與圖像表述;(3)根據(jù)受力做功與溫度變化(內(nèi)能由溫度決定)分析功與內(nèi)能的變化,進而確定吸熱、放熱.例3[2024·紹興模擬]如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過狀態(tài)B、C和D后再回到狀態(tài)A,其中A→B和C→D為等溫過程,B→C和D→A為絕熱過程.這就是熱機的“卡諾循環(huán)”,則()A.A→B過程說明,熱機可以從單一熱源吸熱對外做功而不引起其他變化B.B→C過程中,氣體分子在單位時間內(nèi)碰撞單位面積器壁的平均沖量增大C.C→D過程中,氣體的內(nèi)能增大D.整個循環(huán)過程中,氣體從外界吸收熱量例4[2024·浙江1月選考]如圖所示,一個固定在水平面上的絕熱容器被隔板A分成體積均為V1=750cm3的左右兩部分.面積為S=100cm2的絕熱活塞B被鎖定,隔板A的左側(cè)為真空,右側(cè)中一定質(zhì)量的理想氣體處于溫度T1=300K、壓強p1=2.04×105Pa的狀態(tài)1.抽取隔板A,右側(cè)中的氣體就會擴散到左側(cè)中,最終達到狀態(tài)2.然后解鎖活塞B,同時施加水平恒力F,仍使其保持靜止.當電阻絲C加熱時,活塞B能緩慢滑動(無摩擦),使氣體達到溫度T3=350K的狀態(tài)3,氣體內(nèi)能增加ΔU=63.8J.已知大氣壓強p0=1.01×105Pa,隔板厚度不計.(1)氣體從狀態(tài)1到狀態(tài)2是(選填“可逆”或“不可逆”)過程,分子平均動能(選填“增大”“減小”或“不變”);

(2)求水平恒力F的大小;(3)求電阻絲C放出的熱量Q.【遷移拓展】1.[2024·杭州模擬]如圖所示,在一個絕熱的汽缸中,用一個橫截面積S=80cm2的絕熱活塞A和固定的導熱隔板B密封了兩份氮氣Ⅰ和Ⅱ,氮氣Ⅰ、Ⅱ物質(zhì)的量相等.當?shù)獨猗窈偷獨猗蜻_到熱平衡時,體積均為V0=480cm3,氮氣Ⅰ壓強為p1=1.03×105Pa,溫度為T1=300K.現(xiàn)通過電熱絲緩慢加熱,當?shù)獨猗虻臏囟仍黾拥絋2=450K時停止加熱,該過程氮氣Ⅱ內(nèi)能增加了ΔU=60J,已知大氣壓p0=1.01×105Pa,重力加速度g取10m/s2,活塞A與汽缸之間的摩擦不計.(1)緩慢加熱過程中,氮氣Ⅰ、氮氣Ⅱ具有相同的(選填“壓強”“體積”或“溫度”).

(2)求活塞A的質(zhì)量;(3)求氮氣Ⅰ最終的體積;(4)求氮氣Ⅱ從電熱絲上吸收的總熱量.2.[2024·寧波模擬]某興趣小組設計了一溫度報警裝置,原理圖如圖所示,豎直放置的導熱汽缸內(nèi)用質(zhì)量m=0.2kg、橫截面積S=100mm2、上表面涂有導電物質(zhì)的活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體,當缸內(nèi)氣體的溫度T1=300K時,活塞下表面與汽缸底部的距離h1=6cm,上表面與a、b兩觸點的距離h2=3cm.當活塞上移至卡口處時,上表面恰好與a、b兩觸點接觸,觸發(fā)報警器報警.不計一切摩擦,大氣壓強恒為p0=1.0×105Pa,重力加速度g取10m/s2.(1)求該報警裝置報警的最低熱力學溫度T2;(2)當環(huán)境溫度緩慢升高到T3=600K時,求封閉氣體的壓強p2;(3)若環(huán)境溫度由T1=300K緩慢升高到T3=600K時,汽缸內(nèi)氣體吸收熱量1.8J,求該部分氣體內(nèi)能的增量ΔU.參考答案與詳細解析題型1例1C[解析]溫度越高,分子運動越劇烈,圖甲中,溫度升高,曲線峰值向右移動,故A正確,不符合題意;圖甲中,同一溫度下,氣體分子的速率都呈“中間多、兩頭少”的分布,故B正確,不符合題意;由圖乙可知,當分子間的距離從r2逐漸減小為r0時,分子力一直表現(xiàn)為引力,分子力一直做正功,故C錯誤,符合題意;由圖乙可知,當分子間的距離從r2逐漸減小為r0時,分子力一直做正功,分子勢能不斷減小,故D正確,不符合題意.例2BD[解析]溫度是分子平均動能的標志,布朗運動是懸浮在液體中固體顆粒的無規(guī)則運動,不是水分子的運動,A錯誤;若把A、B兩只玻璃瓶并靠在一起,則A、B瓶內(nèi)水的內(nèi)能都將發(fā)生改變,熱量會由A傳遞到B,這種改變內(nèi)能的方式叫傳熱,B正確;相同體積不同溫度時水分子的平均距離不同,C錯誤;已知B瓶中水的質(zhì)量為m=3kg,水的摩爾質(zhì)量M=18g/mol,則水分子的個數(shù)n=mMNA=1×1026個,D正確【遷移拓展】1.B[解析]水黽可以停在水面是因為水的表面張力,故A錯誤;水銀的表面張力比較大,同時水銀和空氣之間的相互作用力也比較小,這就導致了水銀在接觸到其他物體時,會盡可能地減少表面積,從而形成球狀,故B正確;當一根內(nèi)徑很細的管垂直插入液體中時,浸潤液體在管里上升,而不浸潤液體在管內(nèi)下降,故C錯誤;拖拉機鋤松土壤,是為了破壞毛細管減小水分蒸發(fā),故D錯誤.2.BC[解析]水分子的直徑數(shù)量級為10-10m,故A錯誤;質(zhì)量相同時,0℃水凝結(jié)成冰的過程要放出熱量,內(nèi)能減小,所以1kg0℃水的內(nèi)能比1kg0℃冰的內(nèi)能大,故B正確;液體的表面張力使液體表面有收縮的趨勢,而同樣體積的物體,球體的表面積最小,水呈球形是水的表面張力作用的結(jié)果,故C正確;懸浮在水中的小顆粒做無規(guī)則運動,是由于小顆粒受到水分子碰撞導致受力不平衡,說明了水分子在做永不停息的無規(guī)則運動,故D錯誤.題型2例3D[解析]根據(jù)熱力學第二定律可知,不可能從單一熱源吸熱全部用來對外做功而不引起其他變化,A錯誤;B→C過程中,絕熱膨脹,氣體對外做功,內(nèi)能減小,溫度降低,分子的平均動能減小,壓強變小,根據(jù)I=pSΔt可知,氣體分子在單位時間內(nèi)碰撞單位面積器壁的平均沖量減小,B錯誤;C→D為等溫過程,溫度是理想氣體的內(nèi)能大小的標度,故溫度恒定,內(nèi)能不變,C錯誤;整個循環(huán)過程中,氣體對外做功,從狀態(tài)A回到狀態(tài)A,溫度相同,根據(jù)熱力學第一定律可知氣體必從外界吸收熱量,D正確.例4(1)不可逆不變(2)10N(3)89.3J[解析](1)氣體從狀態(tài)1到狀態(tài)2是氣體向真空擴散的過程,屬于熱現(xiàn)象中的自發(fā)過程,是不可逆的;由于氣體與外界間沒有做功且不傳熱,所以氣體內(nèi)能不變,理想氣體溫度不變,分子平均動能不變.(2)氣體從狀態(tài)1到狀態(tài)2,根據(jù)玻意耳定律得p1V1=p2V2其中V2=2V1解得p2=1.02×105Pa對活塞B有F+p0S=p2S解得F=10N(3)氣體從狀態(tài)2到狀態(tài)3,根據(jù)蓋-呂薩克定律得V2T解得V3=1750cm3根據(jù)熱力學第一定律ΔU=W+Q其中W=-p2(V3-V2)解得Q=89.3J【遷移拓展】1.(1)溫度(2)1.6kg(3)720cm3(4)144.72J[解析](1)緩慢加熱過程中,氮氣Ⅰ、氮氣Ⅱ通過導熱隔板B傳熱,具有相同的溫度.(2)對氮氣Ⅰ有p1=p0+mg解得活塞A的質(zhì)量m=1.6kg(3)加熱前后氮氣Ⅰ壓強不變,由蓋-呂薩克定律得V0T解得氮氣Ⅰ最終的體積V1=720cm3(4)導熱隔板B固定,氮氣Ⅱ的體積不變,外界對氣體做功W=0由熱力學第一定律ΔU=W+Q,可得氮氣Ⅱ從電熱絲及氮氣Ⅰ上吸收的總熱量Q=ΔU=60J氮氣Ⅰ、Ⅱ物質(zhì)的量相等,溫度相同,所以內(nèi)能也相同,故內(nèi)能變化量也相同,氮氣Ⅰ內(nèi)能變化量為ΔU'=ΔU=60J氮氣Ⅰ發(fā)生等壓變化,得ΔU'=Q'+WW=-p1(V1-V0)聯(lián)立解得Q'=84.72J故氮氣Ⅱ從電熱絲上吸收的總熱量為Q總=Q+Q'=144.72J2.(1)450K(2)