专题16　热学-2022年高三物理二轮复习（命题规律知识荟萃经典例题精选习题）(江苏专用)（解析版）

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2022年高三物理二轮复习资料（命题规律+知识荟萃+经典例题+精选习题）（江苏专用）专题16　热学【命题规律】1、命题角度：（1）分子动理论、固体和液体；（2）气体实验定律和理想气体状态方程；（3）热力学定律与气体实验定律的结合.2、常考题型：选择题或计算题．【知识荟萃】★考向一、分子动理论　固体和液体1．估算问题（1）分子总数：N＝nNA＝NA＝NA.特别提醒：对气体而言，V0＝不等于一个气体分子的体积，而是表示一个气体分子占据的空间．（2）两种分子模型：①球体模型：V＝πR3＝πd3（d为球体直径）；②立方体模型：V＝a3.2．分子热运动：分子永不停息地做无规则运动，温度越高，分子的无规则运动越剧烈，即平均速率越大，但某个分子的瞬时速率不一定大．3．分子间作用力、分子势能与分子间距离的关系（如图）4．气体压强5．晶体与非晶体分类比较晶体非晶体单晶体多晶体外形规则不规则物理性质各向异性各向同性熔点确定不确定原子排列有规则，但多晶体每个晶体间的排列无规则无规则联系晶体与非晶体在一定条件下可以相互转化 ★考向二、气体实验定律　理想气体状态方程1．压强的计算（1）被活塞、汽缸封闭的气体，通常分析活塞或汽缸的受力，应用平衡条件或牛顿第二定律求解，压强单位为Pa.（2）水银柱密封的气体，应用p＝p0＋ph或p＝p0－ph计算压强，压强p的单位为cmHg或mmHg.2．合理选取气体变化所遵循的规律列方程（1）若气体质量一定，p、V、T中有一个量不发生变化，则选用对应的气体实验定律列方程求解．（2）若气体质量一定，p、V、T均发生变化，则选用理想气体状态方程列式求解．3．关联气体问题解决由活塞、液柱相联系的两部分气体问题时，根据两部分气体压强、体积的关系，列出关联关系式，再结合气体实验定律或理想气体状态方程求解．4．气体的“三定律、一方程”玻意耳定律：p1V1＝p2V2查理定律：＝或＝盖—吕萨克定律：＝或＝理想气体状态方程：＝或＝C.★考向三、热力学定律与气体实验定律相结合1．理想气体相关三量ΔU、W、Q的分析思路（1）内能变化量ΔU①由气体温度变化分析ΔU.温度升高，内能增加，ΔU>0；温度降低，内能减少，ΔU<0.②由公式ΔU＝W＋Q分析内能变化．（2）做功情况W由体积变化分析气体做功情况．体积膨胀，气体对外界做功，W<0；体积被压缩，外界对气体做功，W>0.（3）气体吸、放热Q一般由公式Q＝ΔU－W分析气体的吸、放热情况，Q>0，吸热；Q<0，放热．2．理想气体相关三量ΔU、W、Q的分析思路（1）内能变化量ΔU①由气体温度变化分析ΔU.温度升高，内能增加，ΔU>0；温度降低，内能减少，ΔU<0.②由公式ΔU＝W＋Q分析内能变化.（2）做功情况W由体积变化分析气体做功情况.体积膨胀，气体对外界做功，W<0；体积被压缩，外界对气体做功，W>0.（3）气体吸、放热Q一般由公式Q＝ΔU－W分析气体的吸、放热情况，吸热，Q>0；放热，Q<0.3．对热力学第二定律的理解：热量可以由低温物体传递到高温物体，也可以从单一热源吸收热量全部转化为功，但会产生其他影响．【经典例题】【例题1】铋（）衰变为铊（）的半衰期达到宇宙寿命的10亿倍。最近，科学家发现铋晶体具有某种特殊的导电性质，被称为“拓扑绝缘体”，可能掀起材料科学领域的一场革命。下列说法正确的是（　　）A．铋变成铊的衰变是β衰变B．铋的放射性很微弱C．铋晶体不具有固定熔点D．铋晶体各项物理性质均表现为各向异性【答案】  B【解析】A．铋变成铊的衰变是衰变，所以A错误；B．半衰期越长，则原子的放射性越弱，则铋的放射性很微弱，所以B正确；C．铋晶体具有固定熔点，所以C错误；D．铋晶体部分物理性质表现为各向异性，不是所有物理性质都表现为各向异性，所以D错误；故选B。【例题2】一定质量理想气体的压强p随体积V变化规律如图所示，从状态A到B的过程中（　　）A．气体温度保持不变B．外界对气体做功C．气体从外界吸收热量D．气体对器壁单位面积的平均作用力不变【答案】  C【解析】A．从状态A到B的过程中，气体的体积增大，分子密度减小，只有温度升高时，其压强才会增大，A错误；B．气体体积增大，表明气体对外做功。B错误；C．气体温度升高，说明内能增大，体积增大，说明气体对外做功，根据热力学第一定律可得气体要吸收热量。C正确；D．因为压强变大，根据压强定义式可知，单位面积上受力变大。D错误。故选C。【例题3】工业测量中，常用充气的方法较精确地测量特殊容器的容积和检测密封性能．为测量某空香水瓶的容积，将该瓶与一带活塞的气缸相连，气缸和香水瓶内气体压强均为，气缸内封闭气体体积为，推动活塞将气缸内所有气体缓慢推入瓶中，测得此时瓶中气体压强为P，香水瓶导热性良好，环境温度保持不变．（1）求香水瓶容积V；（2）若密封程度合格标准为：在测定时间内，漏气质量小于原密封质量的视为合格．将该空香水瓶封装并静置较长一段时间，现使瓶内气体温度从升高到，测得其压强由P变为，试判断该瓶密封性能是否合格。【答案】  （1）；（2）该香水瓶瓶盖密封性不合格【解析】（1）缓慢变化过程中，由玻意耳定律可得解得（2）设温度由变化为后，压强由p变为，体积变为，根据气体状态方程有解得故漏气量占比为，故该香水瓶瓶盖密封性不合格【例题4】如图所示，导热性能良好的圆筒形气缸开口向上放在水平地面上，缸内两个活塞A、B将缸内封闭成两段气柱Ⅰ、Ⅱ，静止时两段气柱的高均为h，活塞截面积均为S，质量均为m。两活塞与气缸内壁无摩擦且气密性好，大气压强为p0，环境温度为，保持大气压不变，缓慢降低环境温度，使活塞A下降的高度。重力加速度为g，不计活塞的厚度，求：（i）降低后稳定时的环境温度为多少；（ii）若此过程两段气柱减少的内能总量为，则两段气柱放出的总热量为多少。【答案】  （1）；（2）【解析】（i）由题知保持大气压不变，缓慢降低环境温度，AB活塞均将下移；假设B活塞下移x，则使活塞A下降的高度，稳定时，AB部分气体体积分别为，环境温度缓慢降低，活塞也缓慢降低，分别以活塞A、B为研究对象，由平衡条件有，两段气柱的压强不变，由盖吕萨克定律，对于Ⅰ、II部分气体分别有，求解出，（ii）AB活塞都向下移动，外界对A做功B活塞向下移动，则A对外做功外界对B做功则缓慢降低环境温度使活塞A下降的高度时，外界对两段气柱做功此过程两段气柱减少的内能总量为，根据热力学第一定律可得两段气柱放出的总热量【精选习题】一、单选题1．关于分子力，下列对自然中的现象解释合理的是（　　）A．拉长一根橡皮筋，能感觉到橡皮筋的张力，是因为分子间的距离变大，相邻分子间只有引力B．水很难被压缩，是因为压缩时，分子间距离变小，相邻分子间只有斥力，没有引力C．空中的小雨滴一般呈球形，主要是因为表面张力使水分子聚集成球体D．注射器中封闭一段气体，堵住出口，压缩气体感觉比较费力，因为压缩气体时相邻分子间的作用力表现为斥力【答案】  C【解析】A．拉长一根橡皮筋，橡皮筋内部相邻分子间距离大于r0，分子间引力和斥力同时存在，引力大于斥力，分子力表现为引力，故A错误；B．水在被压缩时，分子间距离变小，相邻分子间既有引力又有斥力，斥力大于引力，分子力表现为斥力，故B错误；C．空中的小雨滴一般呈球形，主要是因为表面张力作用使小雨滴的表面积达到最小，体积一定时，球的表面积最小，空中的小雨滴一般呈球形，故C正确；D．压缩气体费力不是分子斥力造成的，而是压强造成的，故D错误。故选C。2．下面说法正确的是（　　）A．鸭子从池塘中出来，羽毛并不湿——毛细现象B．细玻璃棒尖端放在火焰上烧熔后尖端变成球形——表面张力C．压紧土壤可以把地下水分引上来——浸润现象D．保存地下的水分就要把地面的土壤锄松——表面张力【答案】  B【解析】A．鸭子从池塘中出来，羽毛并不湿是不浸润现象，A错误；B．细玻璃棒尖端放在火焰上烧熔后尖端变成球形，是表面张力的作用，因为表面张力具有使液体表面绷紧即减小表面积的作用，而体积相同情况下球的表面积最小，故呈球形，B正确；C．压紧土壤可以把地下水分引上来是毛细现象，故C错误；D．保存地下的水分就要把地面的土壤锄松，防止毛细现象的发生，D错误。故选B。3．舰载机尾焰的温度超过1000℃，因此国产航母“山东舰”甲板选用耐高温的钢板。下列说法中正确的是（　　）A．钢板是非晶体B．钢板的物理性质是各向同性的C．尾焰喷射到钢板上时，该处所有分子的动能都增大D．发动机燃油燃烧产生的热量可以全部用来对舰载机做功【答案】  B【解析】A．钢板耐高温，有固定的熔点，是晶体，故A错误；B．钢是多晶体，晶粒在空间排列相同，是各向同性，故B正确；C．温度升高分子平均动能增大，并不是所有分子的动能都增大，故C错误；D．自发状态下，热量不可能全部用来做功，故D错误。故选B。4．某同学利用如图所示的装置做“探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系”实验，先后测得5组数据列于下表。如果读数和计算无误，分析数据发现随着实验的进行（　　）序号12345p1.051.121.231.401.63V3.83.63.32.92.2pV3.994.034.064.063.59 A．有气体泄露 B．有空气进入C．气体温度升高 D．气体不再近似遵守气体实验定律【答案】  A【解析】因为对于一定质量的理想气体满足气体状态方程其中M为相对原子质量，由表格数据可知PV的乘积变小，则可能的原因是气体质量减小或是温度降低。故选A。5．如图所示，一定质量的某种理想气体从状态A变化到状态（     ）A．可通过等容变化实现B．不可能经过体积减小的过程C．气体一定从外界吸热D．外界一定对气体做正功【答案】  C【解析】A．根据 = C（常数）可得p = T由此可知A、B与O点的连线表示等容变化，直线AO斜率大，则A状态下气体体积小，即A状态体积小于B状态的体积，所以气体自状态A到状态B的过程中，体积必然变大，A错误；B．由于具体气体变化的过程未知，故可能经过体积减小的过程，B错误；CD．整个过程，气体体积增大，气体对外做负功，W为负值，从图中看出气体温度升高，所以Q必须为正数，即气体必须从外界吸热，因为体积变大，所以气体对外做功，C正确、D错误。故选C。6．如图所示，两个内壁光滑的导热气缸通过一个质量不能忽略的“工”字形活塞封闭了A、B两部分气体。下面气缸的横截面积大于上面气缸的横截面积，现使环境温度降低10℃，外界大气压保持不变，下列说法正确的是（　　）A．活塞下降 B．活塞上升 C．活塞静止不动 D．不能确定【答案】  A【解析】初态时，对“工”字形活塞整体受力分析有对上面气缸受力分析有末态时，对“工”字形活塞整体受力分析有对上面气缸受力分析有联立方程，解得，对A、B气体，根据理想气体状态方程可得，因温度降低，，，则、均变小，由于下面气缸的横截面积大于上面气缸的横截面积，则活塞下降，上面气缸下降，才能使A、B气体体积均变小。故选A。二、解答题7．新冠肺炎疫情期间，某班级用于消毒的喷壶示意图如图甲所示。壶的容积为1.5 L，内含1.0 L的消毒液。闭合阀门K，缓慢向下压压杆A，每次可向瓶内储气室充入0.05 L的1.0 atm的空气，多次下压后，壶内气体压强变为2.0 atm时，按下按柄B，阀门K打开，消毒液从喷嘴处喷出。储气室内气体可视为理想气体，充气和喷液过程中温度保持不变，1.0 atm＝1.0×105Pa。(1)求充气过程向下压压杆A的次数和打开阀门K后最多可喷出液体的体积；(2)喷液全过程，气体状态变化的等温线近似看成一段倾斜直线，如图乙所示，估算全过程壶内气体从外界吸收的热量。【答案】  (1) 10次；0.5 L；(2) 75 J【解析】(1)壶中原来空气的体积由玻意尔定律解得n＝10次最多喷射的液体(2) 外界对气体做功由热力学第一定律有解得8．根据某种轮胎说明书可知，轮胎内气体压强的正常值在至之间，轮胎的容积。已知当地气温，大气压强，设轮胎的容积和充气过程轮胎内气体的温度保持不变。(1)若轮胎中原有气体的压强为，求最多可充入压强为的气体的体积V；(2)充好气的轮胎内气压，被运送到气温的某地。为保证轮胎能正常使用，请通过计算说明是否需要充气。【答案】  (1)；(2)需要充气【解析】(1)设最多可充入压强为的气体的体积为V，轮胎内气体压强达到，由玻意耳定律得解得(2)设轮胎运送到某地后，轮胎内气体压强为，由查理定律得解得因为，所以需要充气。9．一定质量的理想气体，状态从A→B→C→D→A的变化过程可用如图所示的p­V图线描述，其中D→A为等温线，气体在状态A时温度为TA=300 K，求：(1)气体在状态C时温度TC；(2)若气体在A→B过程中吸热1000 J，则在A→B过程中气体内能如何变化？变化了多少？【答案】  (1)375K；(2)气体内能增加，增加了400J【解析】(1)D→A为等温线，则TA=TD=300 KC到D过程，由盖—吕萨克定律得解得TC=375 K(2)A→B过程压强不变，气体做功为由热力学第一定律，得则气体内能增加，增加了400J10．如图所示，内壁光滑、粗细均匀的圆环形绝热细管置于竖直平面内，细管的横截面积为，是固定在管上的绝热阀门，为可在细管内自由移动的绝热活塞，其质量为。初始时，、与圆环中心在同一水平面内，细管上、下部分分别封有一定质量的理想气体、，气体温度 ，压强为。现保持气体温度不变，对气体缓慢加热，活塞M缓慢移动到细管最低点，此过程中活塞不漏气。取重力加速度，活塞的厚度不计，求：(1)初始时气体的压强；(2)活塞在细管最低点时气体的温度。【答案】  (1)；(2)【解析】假设圆环的半径为，则对于气体，，(1)设气体的初始压强为，对活塞进行受力分析得解得(2) 活塞在管道最低点时，气体做等温变化，据玻意耳定律有解得活塞在管道最低点时，、气体的压强相等，即气体的压强对A气体，由理想气体状态方程有解得11．如图所示，质量为m的活塞将体积为V0，温度为T0的某种理想气体，密封在内壁光滑的圆柱形导热汽缸内，活塞横截面积为S。现将汽缸内气体的温度缓慢升高，气体体积增大到2V0。已知大气压强为，气体内能U与温度T的关系为U=kT（k为常量），重力加速度为g。求∶(1)该过程中气体的压强p；(2)气体体积为2V0时的温度T2；(3)该过程中气体吸收的热量Q。【答案】  (1)；(2)；(3)【解析】(1)对活塞受力分析得解得(2)加热过程中气体等压膨胀，由解得(3)该过程中气体内能增加解得因气体体积增大，故此过程中气体对外做功解得由热力学第一定律有解得该过程中气体吸收的热量12．已知潜水员在岸上和海底吸入空气的密度分别为1.3 kg/m3和2.1 kg/m3，空气的摩尔质量为0.029 kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023mol－1.若潜水员呼吸一次吸入2 L空气，求：（1）潜水员在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空气的分子数(结果保留一位有效数字)；（2）在海底吸入的空气大约是岸上吸入的空气的压强的多少倍？(忽略温度的差异)【答案】  ① 3×1022　② (或1.6)【解析】（1）设空气的摩尔质量为，在海底和在岸上的密度分别为和，一次吸入空气的体积为，在海底和在岸上分别吸入空气的分子数为和：，多吸入的分子个数为：（2）设有质量为的气体，在岸上的体积为，在海底的体积为，忽略温度的差异，由玻意耳定律可得：，由以上方程可得：