查补易混易错12 热学-【查漏补缺】2022年高考物理三轮冲刺过关（原卷版）

查补易混易错12  热学

热学部分在全国及新高考地区省份试卷中一般是两道题目：一个是选择题或者填空题，主要考查分子动理论、内能、热力学第一第二定律；另一个题目主要考查气体的三个实验定律和理想气体状态方程；这两类题目多以图像、汽缸活塞、玻璃管液柱模型等情境形式出现。例如2021年广东卷第15题、河北卷第15题、江苏卷第13题等，主要考查考生的物理观念、科学思维、理解能力、模型建构能力、推理论证能力。

【真题示例·2021·河北卷·15】 两个内壁光滑、完全相同的绝热汽缸A、B，汽缸内用轻质绝热活塞封闭完全相同的理想气体，如图1所示，现向活塞上表面缓慢倒入细沙，若A中细沙的质量大于B中细沙的质量，重新平衡后，汽缸A内气体的内能______（填“大于”“小于”或“等于”）汽缸B内气体的内能，图2为重新平衡后A、B汽缸中气体分子速率分布图像，其中曲线______（填图像中曲线标号）表示汽缸B中气体分子的速率分布规律。

【答案】    ①. 大于    ②. ①

【解析】[1]对活塞分析有

因为A中细沙的质量大于B中细沙的质量，故稳定后有；所以在达到平衡过程中外界对气体做功有

则根据

因为气缸和活塞都是绝热的，故有

即重新平衡后A气缸内气体内能大于B气缸内的气体内能；

[2]由图中曲线可知曲线②中分子速率大的分子数占总分子数百分比较大，即曲线②的温度较高，所以由前面分析可知B气缸温度较低，故曲线①表示气缸B中气体分子的速率分布。

【易错分析】①考生对热力学第一定律不熟悉，缺乏清晰的能量观；②考生不知道细沙质量大的，活塞位移也大；③考生不知道气体分子速率分布与气体的温度的关系。

【易错01】分子动理论理解有误

1．求解分子直径时的两种模型(对于固体和液体)

(1)把分子看成球形，d＝.

(2)把分子看成小立方体，d＝.

提醒：对于气体，利用d＝算出的不是分子直径，而是气体分子间的平均距离．

2．宏观量与微观量的相互关系

(1)微观量：分子体积V0、分子直径d、分子质量m0.

(2)宏观量：物体的体积V、摩尔体积Vmol、物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ.

(3)相互关系

①一个分子的质量：m0＝＝.

②一个分子的体积：V0＝＝(注：对气体，V0为分子所占空间体积)．

③物体所含的分子数：N＝·NA＝·NA或N＝·NA＝·NA.

3.布朗运动与分子热运动 　

4.分子之间的相互作用

(1)物质分子间存在空隙，分子间的引力和斥力是同时存在的，实际表现出的分子力是引力和斥力的合力；

(2)分子力随分子间距离变化的关系：分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而增大，但斥力比引力变化得快；

(3)分子力做功与分子势能的变化关系：

①当r>r0时，分子力为引力，当r增大时，分子力做负功，分子势能增加．

②当r<r0时，分子力为斥力，当r减小时，分子力做负功，分子势能增加．

③当r＝r0时，分子势能最小．

5.分析物体的内能问题应当明确以下几点

(1)内能是对物体的大量分子而言的，不存在某个分子内能的说法．

(2)决定内能大小的因素为温度、体积、分子数，还与物态有关系．

(3)通过做功或热传递可以改变物体的内能．

(4)温度是分子平均动能的标志，相同温度的任何物体，分子的平均动能相同．

【易错02】气体实验定律及理想气体状态方程

1．气体实验定律的拓展式

(1)查理定律的拓展式：Δp＝ΔT.

(2)盖—吕萨克定律的拓展式：ΔV＝ΔT.

2．利用气体实验定律解决问题的基本思路

3．一定质量的理想气体不同图象的比较

4.应用理想气体状态方程解题的一般步骤

(1)明确研究对象，即某一定质量的理想气体．

(2)确定气体在始末状态的参量p1、V1、T1及p2、V2、T2.

(3)由状态方程列式求解．

(4)讨论结果的合理性．

【易错03】热力学定律

1．热力学第一定律的理解

(1)内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析．

(2)做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正．

(3)与外界绝热，则不发生热传递，此时Q＝0.

(4)如果研究对象是理想气体，因理想气体忽略分子势能，所以当它的内能变化时，主要体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化．

2．三种特殊情况

(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加；

(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加；

(3)若过程的初、末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量．

3．两类永动机的比较

4.热力学第一定律说明发生的任何过程中能量必定守恒，热力学第二定律说明并非所有能量守恒的过程都能实现．

(1)高温物体  低温物体

(2)功     热量

(3)气体体积V1气体体积V2(较大)

(4)不同气体A和B混合气体AB

1.（2021·北京卷）比较45C的热水和100C的水蒸汽，下列说法正确的是（　　）

A．热水分子的平均动能比水蒸汽的大 B．热水的内能比相同质量的水蒸汽的小

C．热水分子的速率都比水蒸汽的小 D．热水分子的热运动比水蒸汽的剧烈

2.（2021·山东卷）如图所示，密封的矿泉水瓶中，距瓶口越近水的温度越高。一开口向下、导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中封闭一段空气。挤压矿泉水瓶，小瓶下沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮，上浮过程中，小瓶内气体（　　）

A. 内能减少

B. 对外界做正功

C. 增加的内能大于吸收的热量

D. 增加的内能等于吸收的热量

3.（2021·湖南卷）[多选]如图，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞（截面积分别为和）封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。在左端活塞上缓慢加细沙，活塞从下降高度到位置时，活塞上细沙的总质量为。在此过程中，用外力作用在右端活塞上，使活塞位置始终不变。整个过程环境温度和大气压强保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为。下列说法正确的是（　　）

A. 整个过程，外力做功大于0，小于

B. 整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变

C. 整个过程，理想气体内能增大

D. 整个过程，理想气体向外界释放的热量小于

E. 左端活塞到达位置时，外力等于

4.（2021·全国甲卷） 如图，一定量的理想气体经历的两个不同过程，分别由体积-温度（V-t）图上的两条直线I和Ⅱ表示，V1和V2分别为两直线与纵轴交点的纵坐标；t0为它们的延长线与横轴交点的横坐标，t0是它们的延长线与横轴交点的横坐标，t0=-273.15℃；a、b为直线I上的一点。由图可知，气体在状态a和b的压强之比=___________；气体在状态b和c的压强之比=___________。

5.（2021·全国甲卷）[多选] 如图，一定量的理想气体从状态经热力学过程、、后又回到状态a。对于、、三个过程，下列说法正确的是（　　）

A. 过程中，气体始终吸热

B. 过程中，气体始终放热

C. 过程中，气体对外界做功

D. 过程中，气体的温度先降低后升高

E. 过程中，气体的温度先升高后降低

6．(2021·湖北一模)(多选)下列说法正确的是（   ）。

A．显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这反映了液体分子运动的无规则性

B．分子间的相互作用力随着分子间距离的增大，一定先减小后增大

C．分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大

D．在真空、高温条件下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素

E．当温度升高时，物体内每一个分子热运动的速率一定都增大

7．（2021·湖南师范附中二模）(多选)在一个标准大气压下，1 g水在沸腾时吸收了2 260 J的热量后变成同温度的水蒸气，对外做了170 J的功。已知阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023mol－1，水的摩尔质量M＝18 g/mol。下列说法中正确的是（   ）。

A．分子间的平均距离增大

B．水分子的热运动变得更剧烈了

C．水分子总势能的变化量为2 090 J

D．在整个过程中能量是不守恒的

E．1 g水所含的分子数为3.3×1022个

8．(2021·哈尔滨二模)(多选)如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A。其中，A→B和C→D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程(气体与外界无热量交换)。这就是著名的“卡诺循环”。该循环过程中，下列说法正确的是(　　)

A．A→B过程中，气体对外界做功

B．B→C过程中，气体分子的平均动能增大

C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多

D．C→D过程中，气体放热

9．（2021·湖北省襄阳二模）空调在制冷过程中，室内空气中的水蒸气接触蒸发器(铜管)液化成水，经排水管排走，空气中水分越来越少，人会感觉干燥。某空调工作一段时间后，排出液化水的体积V＝1.0×103 cm3。已知水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3、摩尔质量M＝1.8×10－2 kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 mol－1。试求：(结果均保留一位有效数字)

(1)该液化水中含有水分子的总数N；

(2)一个水分子的直径d。

10．（2021·湖北卷）质量为m的薄壁导热柱形气缸，内壁光滑，用横截面积为的活塞封闭一定量的理想气体。在下述所有过程中，气缸不漏气且与活塞不脱离。当气缸如图(a)竖直倒立静置时。缸内气体体积为V1，。温度为T1。已知重力加速度大小为g，大气压强为p0。

(1)将气缸如图(b)竖直悬挂，缸内气体温度仍为T1，求此时缸内气体体积V2；

(2)如图(c)所示，将气缸水平放置，稳定后对气缸缓慢加热，当缸内气体体积为V3时，求此时缸内气体的温度。

11．（2021·江苏卷）如图所示，一定质量理想气体被活塞封闭在气缸中，活塞的面积为S，与气缸底部相距L，气缸和活塞绝热性能良好，气体的压强、温度与外界大气相同，分别为和。现接通电热丝加热气体，一段时间后断开，活塞缓慢向右移动距离L后停止，活塞与气缸间的滑动摩擦为f，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，整个过程中气体吸收的热量为Q，求该过程中

（1）内能的增加量；

（2）最终温度T。

12．（2021·全国乙卷）如图，一玻璃装置放在水平桌面上，竖直玻璃管A、B、C粗细均匀，A、B两管的上端封闭，C管上端开口，三管的下端在同一水平面内且相互连通。A、B两管的长度分别为，。将水银从C管缓慢注入，直至B、C两管内水银柱的高度差。已知外界大气压为。求A、B两管内水银柱的高度差。