新高考物理二轮复习讲练测课件专题17 热学（含解析）

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考点一 热学考向一 分子动理论与固体 液体的性质考向二 气体实验定律　理想气体状态方程考向三 热力学定律与气体实验定律相结合考向四 热力学图像问题
1. 热学问题的模型汇总2. 热力学第一定律与气体实验定律综合问题的解题思路3. 热力学图像问题的综合应用及解题技巧
考向1 分子动理论与固体 液体的性质考向2 气体实验定律　理想气体状态方程考向3 热力学定律与气体实验定律相结合考向4 热力学图像问题
例1 (2022•江苏•高考真题) 自主学习活动中，同学们对密闭容器中的氢气性质进行讨论，下列说法中正确的是（　　） A．体积增大时，氢气分子的密集程度保持不变 B．压强增大是因为氢气分子之间斥力增大 C．因为氢气分子很小，所以氢气在任何情况下均可看成理想气体 D．温度变化时，氢气分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化
例2 (2023•全国•高考真题) (多选) 对于一定量的理想气体，经过下列过程，其初始状态的内能与末状态的内能可能相等的是（　　） A．等温增压后再等温膨胀 B．等压膨胀后再等温压缩 C．等容减压后再等压膨胀 D．等容增压后再等压压缩 E．等容增压后再等温膨胀
对于一定质量的理想气体内能由温度决定，故等温增压和等温膨胀过程温度均保持不变，内能不变
等压膨胀后气体温度升高，内能增大，等温压缩温度不变，内能不变，故末状态与初始状态相比内能增加
根据理想气体状态方程可知等容减压过程温度降低，内能减小；等压膨胀过程温度升高，末状态的温度有可能和初状态的温度相等，内能相等
根据理想气体状态方程可知等容增压过程温度升高；等压压缩过程温度降低，末状态的温度有可能和初状态的温度相等，内能相等
根据理想气体状态方程可知等容增压过程温度升高；等温膨胀过程温度不变，故末状态的内能大于初状态的内能
【考向】气体实验定律　理想气体状态方程
【考向】理想气体状态方程 热力学第一定律
例3 (2023•山西•高考真题) (多选) 如图，一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地面上，用轻弹簧连接的两绝热活塞将汽缸分为f、g、h三部分，活塞与汽缸壁间没有摩擦。初始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等。现通过电阻丝对f中的气体缓慢加热，停止加热并达到稳定后（　　） A．h中的气体内能增加 B．f与g中的气体温度相等 C．f与h中的气体温度相等 D．f与h中的气体压强相等
电阻丝对f中的气体缓慢加热时，f中的气体内能增大，温度升高，f中的气体压强增大，会缓慢推动左边活塞
h的体积也被压缩压强变大
弹簧弹力变大，则弹簧被压缩。与此同时弹簧对右边活塞有弹力作用，缓慢向右推动左边活塞,对h中的气体做正功，且是绝热过程，由热力学第一定律可知，h中的气体内能增加
例4 (2023•全国•高考真题) 如图，竖直放置的封闭玻璃管由管径不同、长度均为 的A、B两段细管组成，A管的内径是B管的2倍，B管在上方。管内空气被一段水银柱隔开。水银柱在两管中的长度均为 。现将玻璃管倒置使A管在上方，平衡后，A管内的空气柱长度改变 。求B管在上方时，玻璃管内两部分气体的压强。（气体温度保持不变，以 为压强单位）
【考向】理想气体状态方程
例5 (2023•全国•高考真题) 一高压舱内气体的压强为1.2个大气压，温度为17℃，密度为1.46kg/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。
【考向】热力学定律与气体实验定律相结合
例6 (2023•全国•高考真题) (多选) 在一汽缸中用活塞封闭着一定量的理想气体，发生下列缓慢变化过程，气体一定与外界有热量交换的过程是（ ） A．气体的体积不变，温度升高 B．气体的体积减小，温度降低 C．气体的体积减小，温度升高 D．气体的体积增大，温度不变 E．气体的体积增大，温度降低
气体的体积不变温度升高，则气体的内能升高，体积不变气体做功为零，因此气体吸收热量
气体的体积减小温度降低，则气体的内能降低，体积减小外界对气体做功，气体对外放热
气体的体积减小温度升高，则气体的内能升高，体积减小外界对气体做功，Q可能等于零，即没有热量交换过程
气体的体积增大温度不变则气体的内能不变，体积增大气体对外界做功，Q>0，即气体吸收热量
气体的体积增大温度降低则气体的内能降低，体积增大气体对外界做功，Q可能等于零，即没有热量交换过程
例7 (2023•浙江•高考真题) 某探究小组设计了一个报警装置，其原理如图所示。在竖直放置的圆柱形容器内用面积S=100cm²、质量m=1kg的活塞密封一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。开始时气体处于温度TA=300K、活塞与容器底的距离h0=30cm的状态A。环境温度升高时容器内气体被加热，活塞缓慢上升d=3cm恰好到达容器内的卡口处，此时气体达到状态B。活塞保持不动，气体被继续加热至温度TC=363K的状态C时触动报警器。从状态A到状态C的过程中气体内能增加了ΔU=158J。取大气压p0=0.99×105Pa，求气体。（1）在状态B的温度；（2）在状态C的压强；（3）由状态A到状态C过程中从外界吸收热量Q。
【考向】热力学图像问题
例8 (2023•江苏•高考真题) 如图所示，密闭容器内一定质量的理想气体由状态A变化到状态B。该过程中（ ） A．气体分子的数密度增大 B．气体分子的平均动能增大 C．单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小 D．单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小
A到B为等容线，即从A到B气体体积不变，则气体分子的数密度不变
从A到B气体的温度升高，则气体分子的平均动能变大
分子密度不变,压强变大，气体分子的平均速率变大，则单位时间内气体分子对单位面积的器壁的碰撞力变大
例9 (2022•全国•高考真题) (多选) 一定量的理想气体从状态a经状态b变化到状态c，其过程如 图上的两条线段所示，则气体在（　　）A．状态a处的压强大于状态c处的压强B．由a变化到b的过程中，气体对外做功C．由b变化到c的过程中，气体的压强不变D．由a变化到b的过程中，气体从外界吸热E．由a变化到b的过程中，从外界吸收的热量等于其增加的内能
体积增大，则气体对外做功
例10 (2023•广东•高考真题) 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p-V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）估算问题两种分子模型 ①球模型： ，得直径 (常用于固体和液体)． ②立方体模型： ，得边长 (常用于气体)．
2）气体压强计算的两种模型①活塞模型：如图所示是最常见的封闭气体的两种方式．求气体压强的基本方法：先对活塞进行受力分析，然后根据平衡条件或牛顿第二定律列方程．图甲中活塞的质量为m，活塞横截面积为S，外界大气压强为p0.由于活塞处于平衡状态，所以 ，则气体的压强为 .图乙中的液柱也可以看成“活塞”，由于液柱处于平衡状态，所以 ，则气体压强为 .
2）气体压强计算的两种模型②连通器模型：如图所示，U形管竖直放置．同一液体中的相同高度处压强一定相等，所以气体B和A的压强关系可由图中虚线联系起来．则有 ，而 ，所以气体B的压强为 ．
1）确定研究对象：①气体②气缸、活塞、液柱等2）两类分析： ①气体实验定律：状态量，初末态之间发生的变化 ②热力学定律：做功情况，吸、放热情况，内能变化情况3）选择规律列方程求解：气体的三个实验定律，理想气体状态方程，热力学第一定律
热力学第一定律与气体实验定律综合问题的解题思路
1）热力学第一定律与图像的综合应用 Ⅰ、气体的状态变化可由图像直接判断或结合理想气体状态方程 分析． Ⅱ、气体的做功情况、内能变化及吸放热关系可由热力学第一定律分析． ①由体积变化分析气体做功的情况：体积膨胀，气体对外做功；气体被压缩，外界对气体做功． ②由温度变化判断气体内能变化：温度升高，气体内能增大；温度降低，气体内能减小． ③由热力学第一定律 判断气体是吸热还是放热． ④在p－V图像中，图像与横轴所围面积表示对外或外界对气体整个过程中所做的功．
热力学图像问题的综合应用及解题技巧
2）气体状态变化的四种图像问题及解题技巧Ⅰ、四种图像的比较
Ⅱ、处理气体状态变化的图像问题的技巧 ①首先应明确图像上的点表示一定质量的理想气体的一个状态，它对应着三个状态量；图像上的某一条直线段或曲线段表示一定质量的理想气体状态变化的一个过程．看此过程属于等温、等容还是等压变化，然后用相应规律求解． ②在V－T图像(或p－T图像)中，比较两个状态的压强(或体积)时，可比较这两个状态到原点连线的斜率的大小，斜率越大，压强(或体积)越小；斜率越小，压强(或体积)越大．
【考向】分子动理论与固体 液体的性质
1. (2024•四川内江•统考一模) (多选) 喷雾型防水剂是现在市场上广泛销售的特殊防水剂。其原理是防水剂在玻璃上形成一层薄薄的保护膜，形成类似于荷叶外表的效果，水滴以椭球形分布在玻璃表面，无法停留在玻璃上，从而在遇到雨水的时候，雨水会自然流走，保持视野清晰，如图所示。下列说法正确的是（　　）A．雨水分子在永不停息地做无规则运动B．照片中的玻璃和水滴之间发生了浸润现象C．水滴呈椭球形是液体表面张力和重力共同作用的结果D．照片中水滴表面分子比水滴的内部密集E．水滴与玻璃表面接触的那层水分子间距比水滴内部的水分子间距大
2. (2024•河北邯郸•统考二模) 如图所示，“空气炮”是非常有趣的小玩具，深受小朋友们喜爱。其使用方法是先用手拉动后面的橡胶膜，抽取一定量的空气后，迅速放手，橡胶膜在恢复原状的过程中压缩空气，从而产生内外压强差，空气从管口冲出形成冲力。已知“空气炮”在未使用前的容积为600mL，拉动橡胶膜至释放前的容积变为800mL，大气压强为1.05×105Pa，整个过程中“空气炮”中的空气温度等于环境温度27℃不变。（1）若橡胶膜恢复原状的过程可视为没有气体冲出，试求恢复原状瞬间“空气炮”内部空气压强。（2）经检测，橡胶膜恢复原状瞬间，“空气炮”内部空气压强为1.2×105Pa，试求此时已冲出管口的空气质量与仍在“空气炮”内部的空气质量之比。
3. (2024•四川绵阳•统考二模) 如图所示，一定质量理想气体被活塞封闭在汽缸中，活塞的质量为m，面积为S，与汽缸底部相距L，汽缸和活塞绝热性能良好，气体的温度与外界大气相同均为T0，大气压强为p0。现接通电热丝加热气体，一段时间后断开，活塞缓慢向上移动距离0.5L后停止，整个过程中气体吸收的热量为Q。忽略活塞与汽缸间的摩擦，重力加速度为g。求：（i）理想气体最终的温度T（ii）理想气体内能的增加量ΔU。
4. (2024•广西贵港•统考模拟预测) 如图所示，一定质量的某种理想气体，沿p-V图像中箭头所示方向，从状态a开始先后变化到状态b、c，再回到状态a。已知 状态气体温度为27℃。则下列说法正确的是（　　）（绝度零度取-273°）A．气体在 状态时的温度为 B．从状态 的过程中，气体对外界做功 C．气体在 过程中放出热量 D．气体在 过程中单位时间内撞击单位面积器壁上的气体分子个数增多
5. (2024•山东潍坊•寿光现代中学校考模拟预测) 一定质量的理想气体从状态A缓慢经过B、C、D再回到状态A，其热力学温度T和体积V的关系图像如图所示，BA和CD的延长线均过原点O，气体在状态A时的压强为p0，下列说法正确的是（　　）A．A→B过程中气体向外界放热B． B →C过程中气体分子的平均动能不断增大C． C→D过程中气体分子在单位时间内对容器壁的碰撞次数不断减少D． D →A过程中气体的温度升高了