2024届高考物理二轮复习第13讲热学课件

这是一份2024届高考物理二轮复习第13讲热学课件，共55页。PPT课件主要包含了第13讲热学，知识归纳素养奠基，细研命题点提升素养，续上表，答案D，答案C，答案B等内容，欢迎下载使用。

(2)分子热运动的实验基础：扩散现象和布朗运动．①扩散现象特点：温度越高，扩散越快．②布朗运动特点：液体内固体小颗粒永不停息、无规则的运动，颗粒越小、温度越高，运动越剧烈．(反映了液体分子的无规则运动，但并非液体分子的无规则运动)(3)分子间的相互作用力和分子势能．①分子力：分子间引力与斥力的合力．分子间距离增大，引力和斥力均减小；分子间距离减小，引力和斥力均增大，但斥力总比引力变化得快．②分子势能：分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增大；当分子间距为r0时，分子势能最小．
2．固体和液体．(1)晶体和非晶体的分子结构不同，表现出的物理性质不同．晶体具有确定的熔点．单晶体表现出各向异性，多晶体和非晶体表现出各向同性．晶体和非晶体在适当的条件下可以相互转化．(2)液晶是一种特殊的物质状态，所处的状态介于固态和液态之间．液晶具有流动性，在光学、电学物理性质上表现出各向异性．(3)液体的表面张力使液体表面具有收缩到最小的趋势，表面张力的方向跟液面相切．
4．热力学定律．(1)物体内能变化的判定：温度变化引起分子平均动能的变化；体积变化，分子间的分子力做功，引起分子势能的变化．
(2)热力学第一定律．①公式：ΔU＝W＋Q；②符号规定：外界对系统做功，W>0，系统对外界做功，W<0；系统从外界吸收热量，Q>0，系统向外界放出热量，Q<0.系统内能增加，ΔU>0，系统内能减少，ΔU<0.(3)热力学第二定律．①热量不能自发地从低温物体传到高温物体(按热传递的方向性表述)．②不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响(按机械能和内能转化的方向性表述)．(4)第一类永动机违背了能量守恒，不可能实现；第二类永动机不违背能量守恒，但违背热力学第二定律，也不可能实现．
命题点一　分子动理论　内能一、分子动理论的三条基本内容1．物体是由大量分子组成的．(1)分子的大小．①分子的直径(视为球模型)：数量级为10－10 m.②分子的质量：数量级为10－26 kg.(2)阿伏加德罗常数．1 ml的任何物质都含有相同的粒子数．通常可取NA＝6.02×1023 ml－1.
2．分子永不停息地做无规则热运动的相关现象．(1)扩散现象：不同物质能够彼此进入对方的现象．温度越高，扩散越快．直接说明了组成物质的分子总是不停地无规则运动．(2)布朗运动：悬浮在液体或气体中的固体颗粒的无规则运动．发生原因是固体颗粒受到液体分子无规则撞击的不平衡性造成的．间接说明了液体或气体分子在永不停息地无规则运动．3．分子间存在着相互作用力．(1)分子间同时存在引力和斥力，实际表现的分子力是他们的合力．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，斥力比引力变化得更快．(2)由于分子间存在着引力和斥力，所以分子具有由它们的相对位置决定的能，即分子势能．
(3)分子力和分子势能随分子间距变化的规律如下：
在图线表示F、Ep随r变化规律中，要注意它们的区别：r＝r0处，F＝0，Ep最小．在读Ep-r图像时还应注意分子势能的“＋”、“－”值是参与比较大小的．
二、物体的内能1．物体的内能．(1)等于物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和，是状态量．(2)对于给定的物体，其内能大小由物体的温度和体积决定．(3)物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关．2．热力学第一定律：(1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和．(2)数学表达式：ΔU＝Q＋W.(3)对公式ΔU＝Q＋W中ΔU、Q、W符号的规定：
(4)几种特殊情况：①若过程是绝热的，即Q＝0，则ΔU＝W，物体内能的增加量等于外界对物体做的功．②若过程中不做功，即W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量等于物体从外界吸收的热量．③若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对物体做的功等于物体放出的热量(或物体吸收的热量等于物体对外界做的功)．
(5)判断是否做功的方法：一般情况下外界对物体做功与否，需看物体的体积是否变化．①若物体体积增大，表明物体对外界做功，W<0.②若物体体积减小，表明外界对物体做功，W>0.
两只相同的篮球甲、乙内空气压强相等，温度相同．用气筒给甲球快速充气、给乙球缓慢充气，两球充入空气的质量相同．设充气过程篮球体积不变，则(　　)A．刚充完气，两球中气体分子的平均动能相等B．刚充完气，甲中分子的数密度较大C．刚充完气，两球内气体压强相等D．对甲充气过程人做的功比对乙的多
解析：气筒给甲球快速充气，外界对气体做功，内能增加，温度升高；气筒给乙球缓慢充气，则乙气体温度不变，内能不变；所以刚充完气，甲球中气体分子的平均动能比乙球大，故A项错误；由题知冲完气后，两球中气体质量相等，两球体积相同，则两球中分子的数密度相等，故B项错误；由以上分析可知，刚充完气，两球中分子的数密度相等，而甲球中气体温度比乙球高，则甲球的气体压强比乙球大，故C项错误；两球充入空气的质量相同，由于充气过程，甲球的气体压强大于乙球的气体压强，则对甲充气过程人需要克服气体做的功更多，即对甲充气过程人做的功比对乙的多，故D项正确．故选D.
1．如图所示，内壁光滑的绝热汽缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始时汽缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将汽缸缓慢转动90°过程中，缸内气体(　　)A．内能增加，外界对气体做正功B．内能减小，所有分子热运动速率都减小C．温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少D．温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加
解析：初始时汽缸开口向上，活塞处于平衡状态，汽缸内外气体对活塞的压力差与活塞的重力平衡，则有(p1－p0)S＝mg汽缸在缓慢转动的过程中，汽缸内外气体对活塞的压力差大于重力沿汽缸壁的分力，故汽缸内气体缓慢的将活塞往外推，最后汽缸水平，缸内气压等于大气压．汽缸、活塞都是绝热的，故缸内气体与外界没有发生热传递，汽缸内气体压强作用将活塞往外推，气体对外做功，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W得：气体内能减小，故缸内理想气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，并不是所有分子热运动的速率都减小，AB错误；气体内能减小，缸内理想气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，故速率大的分子数占总分子数的比例减小，C项正确，D项错误．故选C.
2．如图，固定在铁架台上的烧瓶，通过橡胶塞连接一根水平玻璃管，向玻璃管中注入一段水柱．用手捂住烧瓶，会观察到水柱缓慢向外移动，关于烧瓶内的气体，下列说法正确的是(　　)A．气体的压强变小B．气体的体积变小C．气体对外界做功D．气体的内能减小
解析：由于水柱处于水平玻璃管中，对水柱分析可知，烧瓶内气体的压强始终等于大气压强，即气体的压强不变，A错误；根据上述可知，该过程是等压变化，手捂住烧瓶，温度升高，则气体体积增大，B项错误；气体体积增大，气体对外界做功，C项正确；气体温度升高，气体内能增大，D项错误．故选C项．
命题点二　固体、液体、气体的性质1．晶体与非晶体．
2.液体．(1)液体的表面张力：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势，方向跟液面相切，跟这部分液面的分界线垂直．(2)液晶：既具有液体的流动性，又具有晶体的光学各向异性．液晶在显示器方面具有广泛的应用．3．饱和汽与饱和汽压．(1)饱和汽：在密闭容器中的液体不断地蒸发，液面上的蒸汽也不断地凝结，蒸发和凝结达到动态平衡时，液面上的蒸汽叫饱和汽．(2)未饱和汽：未达到饱和状态的蒸汽．(3)饱和汽压：饱和汽所具有的压强．液体的饱和汽压与温度有关，温度越高，饱和汽压越大，且饱和汽压与饱和汽的体积无关．
5．气体．气体分子运动的特点．(1)分子很小，间距很大，除碰撞外不受力．(2)向各个方向运动的气体分子数目都相等．
(3)分子做无规则运动，大量分子的速率按“中间多，两头少”的规律分布．如图所示．(4)温度一定时，某种气体分子的速率分布是确定的．温度升高时，速率小的分子数减少，速率大的分子数增多，分子的平均速率增大，但不是每个分子的速率都增大．
如图所示，方解石形成的双折射现象实验的照片．下列关于方解石的说法正确的是(　　)A. 是非晶体B. 具有固定的熔点C. 所有的物理性质都是各向异性D. 是由许多单晶体杂乱无章排列组成的
解析：方解石是单晶体，在光的折射上表现出各向异性——沿不同方向的折射率不同，故A项错误；晶体都有固定的熔点，故B项正确；单晶体具有各向异性，并不是说在所有物理性质上表现出各向异性，故C项错误；组成单晶体的物质微粒(原子、分子、离子)在空间按一定规则排列——空间点阵，故D项错误．
1．规范佩戴医用防护口罩是预防新冠肺炎的有效措施之一，合格医用口罩内侧使用对水不浸润的材料，图甲为一滴水滴在医用口罩内侧的照片，图乙为对应的示意图．以下说法正确的是(　　)　 A．照片中水滴与空气接触的表面层的水分子比水滴的内部密集B．该口罩为不合格产品，其内侧材料对所有的液体都浸润C．该口罩为合格产品，其内侧材料并非对所有的液体都不浸润D．照片中水滴附着层(即固液接触层)内水分子比水滴内部密集，因为附着层水分子受到的水滴内分子的作用力比受到的口罩内侧固体材料分子的作用力小
解析：本题考查了浸润与不浸润．根据题意判断水没有浸润到口罩内侧，照片中附着层内分子比水的内部稀疏．水滴与空气接触的表面层的水分子比水滴的内部稀疏，故A项错误；由图可知，水珠并没有浸润口罩内侧，因此是合格产品，浸润与不浸润现象是相对的，各种液体的密度、分子大小、分子间隙、分子间作用力大小等都各不相同，因此口罩内侧材料并不一定对所有的液体都不浸润，只要对水不浸润，就是合格产品，故B项错误，C项正确；水滴附着层(即固液接触层)内水分子比水滴内部稀疏，附着层水分子受到的水滴内分子的作用力比受到的口罩内侧固体材料分子的作用力大，因而使水滴表面紧绷而减小与口罩内侧固体材料的作用，故D项错误．
2．关于图所示的四幅图中现象的分析，下列说法正确的是(　　)
A．甲图中小昆虫在水面上行走而不下沉，是浮力作用的结果B．乙图中将棉线圈中P、Q两部分的肥皂膜刺破后，扩成一个圆孔，是表面张力作用的结果C．丙图中毛细管中液面高于管外液面的是毛细现象，低于管外液面的不是毛细现象D．丁图中玻璃管的裂口在火焰上烧熔后，它的尖端会变钝，是一种浸润现象
解析：因为液体表面张力的存在，有些小昆虫才能无拘无束地在水面上行走自如，故A项错误；乙图中将棉线圈中肥皂膜刺破后，扩成一个圆孔，是表面张力作用的结果，故B项正确；浸润液体情况下容器壁对液体的吸引力较强，附着层内分子密度较大，分子间距较小，故液体分子间作用力表现为斥力，附着层内液面升高，故浸润液体呈凹液面，不浸润液体呈凸液面，低于管外液面，都属于毛细现象，故C项错误；丁图中玻璃管的裂口在火焰上烧熔后，它的尖端会变钝，是表面张力的原因，不是浸润现象．故D项错误．
命题点三　气体实验定律和理想气体状态方程的应用1．必须理清的知识联系．
(2)找出参量——气体在始末状态的参量p1、V1、T1及p2、V2、T2.(3)认识过程——认清变化过程是正确选用物理规律的前提．(4)列出方程——选用某一实验定律或状态方程，代入具体数值求解，并讨论结果的合理性．若为两部分气体，除对每部分气体作上述分析外，还要找出它们始末状态参量之间的关系，列式联立求解．
(2023·全国甲卷) 一高压舱内气体的压强为1.2个大气压，温度为17 ℃，密度为1.46 kg/m3.(i)升高气体温度并释放出舱内部分气体以保持压强不变，求气体温度升至27 ℃时舱内气体的密度；(ii)保持温度27℃不变，再释放出舱内部分气体使舱内压强降至1.0个大气压，求舱内气体的密度．
(2023·海南卷)某饮料瓶内密封一定质量理想气体，t＝27 ℃时，压强p＝1.050×105 Pa.(1)t′＝37 ℃时，气压是多大？(2)保持温度不变，挤压气体，使之压强与(1)时相同时，气体体积为原来的多少倍？
(2)保持温度不变，挤压气体，等温变化过程，由玻意耳定律有pV＝p′V′，解得V′≈0.97V.
答案：(1)1.085×105 Pa　(2)0.97
1．水银气压计在超失重情况下不能显示准确的气压，但太空无液气压计却能显示超失重情况下的准确气压．若某次火箭发射中携带了一只太空无液气压计和一只水银气压计．发射的火箭舱密封，起飞前舱内温度T0＝300 K，水银气压计显示舱内气体压强p0为1个大气压．太空气压计读数也是p0，当火箭以加速度g竖直向上运动时，舱内水银气压计示数为p1＝0.6p0，则太空无液气压计读数是多少？舱内气体的温度是多少开尔文？(运动过程中重力加速度g不变)
2.某山地车气压避震器主要部件为活塞杆和圆柱形汽缸(出厂时已充入一定量气体)．汽缸内气柱长度变化范围为40 mm～100 mm，汽缸导热性良好，不计活塞杆与汽缸间摩擦：(1)将其竖直放置于足够大的加热箱中(加热箱中气压恒定)，当温度T1＝300 K时空气柱长度为60 mm，当温度缓慢升至T2＝360 K时空气柱长度为72 mm，通过计算判断该避震器的气密性是否良好．(2)在室外将避震器安装在山地车上，此时空气柱长度为100 mm，汽缸内的压强为5p0，骑行过程中由于颠簸导致气柱长度在最大范围内变化(假定过程中气体温度恒定)，求汽缸内的最大压强．(结果用p0表示)
4.某兴趣小组发射自制的水火箭．发射前瓶内空气的体积为1.4 L，水的体积为0.6 L，瓶内气压为3p0.打开喷嘴后水火箭发射升空．忽略瓶内空气温度的变化，设外界大气压强一直保持p0不变，求：(1)当瓶内的水完全喷完瞬间，瓶内空气的压强p；(2)当瓶内空气压强与外界大气压强相等时，瓶内所剩空气质量与发射前瓶内空气质量之比．
解析：(1)水喷完前，瓶内空气发生等温变化，由玻意耳定律可得3p0V1＝pV2，其中V1＝1.4 L，V2＝1.4 L＋0.6 L＝2 L，解得p＝2.1p0.(2)当瓶内空气压强降到与外界大气压强相等时，有3p0V1＝p0V3，
命题点四　气体状态变化的图像分析方法一定质量的气体不同图像的比较．
注意：上表中各个常量“C”意义有所不同．(可以根据克拉伯龙方程pV＝nRT确定各个常量“C”意义)
(2023·广东卷)在驻波声场作用下，水中小气泡周围液体的压强会发生周期性变化，使小气泡周期性膨胀和收缩，气泡内气体可视为质量不变的理想气体，其膨胀和收缩过程可简化为如图所示的p­V图像，气泡内气体先从压强为p0、体积为V0、温度为T0的状态A等温膨胀到体积为5V0、压强为pB的状态B，然后从状态B绝热收缩到体积为V0、压强为1.9p0、温度为TC的状态C，B到C过程中外界对气体做功为W.已知p0、V0、T0和W.求：(1)pB的表达式；(2)TC的表达式；(3)B到C过程，气泡内气体的内能变化了多少？
1.(2023·辽宁卷)“空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能的装置，可在用电低谷时储存能量、用电高峰时释放能量．“空气充电宝”某个工作过程中，一定质量理想气体的p-T图像如图所示．该过程对应的p-V图像可能是(　　)
2.如图，一定质量的理想气体从状态A沿直线变化到状态B的过程中，其体积(　　)A．保持不变B．逐渐变大C．逐渐变小D．先变小后变大
解析：将t轴上绝对零度(即－273 ℃)点D与点A、点B连接起来，AD与BD均表示气体的等容变化，由数学知识得知：
3.如图所示，某理想气体从状态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“卡诺循环”，则(　　)A．A到B过程，气体从外界吸收热量B．B到C过程，气体分子的平均动能增加C．C到D过程，气体对外界做正功D．D到A过程，气体分子撞击器壁单位面积上的作用力减小