2025年高考物理二轮专题复习课件 19 第一阶段 专题五 第13讲 热学

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【备考指南】　1．2024年新课标卷及其他新高考省份的考查题型保持相对稳定。即选择(或填空)题和计算题。考查的内容均为热学主干知识，包括分子间的作用力、分子势能、内能、气体压强的微观解释、两个热力学定律、气体实验定律、气体的图像等。计算题多以“汽缸—活塞”模型和“玻璃管—液柱”模型呈现，2025年“变质量”模型和关联气体模型有可能继续作为重点考查。2．备考复习过程要强化混合模型的题目训练，多联系实际，培养分析问题、解决问题的能力，提高建构模型的能力和推理论证的能力。
突破点一　分子动理论　固体　液体
突破点二　气体实验定律　理想气体状态方程
随堂练 临考预测 名师押题
突破点三　热力学定律与气体实验定律的综合
2．分子势能、分子力与分子间距离的关系如图所示。
3．晶体与非晶体(1)晶体、非晶体的关键性区别为是否具有固定的熔点，只有单晶体才可能具有各向异性。晶体与非晶体可以相互转化。(2)液晶是一种特殊的物质，既可以流动，又可以表现出单晶体的分子排列特点，在光学、电学等物理性质上表现出各向异性。
[典例1]　(分子动理论)2024年3月底受冷空气以及大风天气影响，全国各地均出现不同程度的沙尘天气，内蒙古、北京等地区局部有强沙尘暴，甚至局部地区出现下“泥点”的恶劣天气，山东、河南、安徽、江苏等地区也都出现AQI(空气质量指数)达到500的现象，AQI指数中一项重要指标就是大家熟知的PM2.5指数，PM2.5是指空气中直径小于或等于2.5 μm的悬浮颗粒物，飘浮在空中，很难自然沉降到地面。对于上述天气现象的解释正确的是(　　)A．沙尘暴中的沙尘颗粒所做的无规则运动是布朗运动B．一团质量不变的沙尘暴从温度较低的地区吹到温度较高的地区，温度逐渐升高、风速逐渐减小，其内能逐渐减小C．PM2.5颗粒的尺寸与空气中氧气分子的尺寸数量级相当D．PM2.5颗粒在空气中的无规则运动是由大量空气分子无规则运动对其撞击的不平衡性引起的
D　[布朗运动是悬浮在液体或气体中的固体颗粒，受到液体或气体分子的无规则撞击所做的无规则运动，用肉眼无法观察到布朗运动，沙尘暴的运动是气流运动形成的，不是布朗运动，故A错误；一定质量的物体，从低温到高温，分子平均动能增加，分子动能与物体的宏观速度无关，故B错误；氧分子尺寸的数量级为10-10 m，而PM2.5是指空气中直径小于或等于2.5 μm的悬浮颗粒物，故C错误；PM2.5颗粒在空气中的运动是由空气中大量空气分子无规则运动对其撞击的不平衡性引起的，是布朗运动，故D正确。]
[典例2]　(固体、液体的性质)(多选)(2024·四川内江统考一模)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。下列说法正确的是(　　)A．玻璃和水滴之间发生了浸润现象B．水滴呈椭球形是液体表面张力和重力共同作用的结果C．水滴表面分子比水滴的内部密集D．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
BD　[浸润即液体在与固体表面接触时能够弥散附着在固体表面的现象，而题中的玻璃和水不浸润，故A错误；由于液体表面张力的作用使水滴呈球形，但在重力的作用下水滴呈椭球形，故B正确；水滴表面分子比水滴的内部稀疏，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，表面层分子间的作用力为引力，使表面层分子有收缩的趋势，从而形成球形，故C错误，D正确。故选BD。]
1．压强的计算(1)被活塞或汽缸封闭的气体，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．变质量问题在充气、抽气等“变质量”问题中可以把充进或抽出的气体包含在气体变化的始、末状态中，即把变质量问题转化为恒定质量的问题。
[典例3]　(“单一”气体问题)(2024·湖南卷)一个充有空气的薄壁气球，气球内气体压强为p、体积为V。气球内空气可视为理想气体。(1)若将气球内气体等温膨胀至大气压强p0，求此时气体的体积V0(用p0、p和V表示)；
(2)小赞同学想测量该气球内气体体积V的大小，但身边仅有一个电子天平。将气球置于电子天平上，示数为m＝8.66×10-3 kg(此时须考虑空气浮力对该示数的影响)。小赞同学查阅资料发现，此时气球内气体压强p和体积V还满足：(p－p0)(V－VB0)＝C，其中p0＝1.0×105 Pa为大气压强，VB0＝0.5×10-3 m3为气球无张力时的最大容积，C＝18 J为常量。已知该气球自身质量为m0＝8.40×10-3 kg，外界空气密度为ρ0＝1.3 kg/m3，重力加速度g取10 m/s2，求气球内气体体积V的大小。
又F浮＝ρ0gV结合(p－p0)(V－VB0)＝C联立解得V＝5×10-3 m3。
反思感悟　气体实验定律的应用思路
[典例4]　(“关联”气体问题)(2024·广东卷)差压阀可控制气体进行单向流动，广泛应用于减震系统。如图所示，A、B两个导热良好的汽缸通过差压阀连接，A内轻质活塞的上方与大气连通，B内气体体积不变。当A内气体压强减去B内气体压强大于Δp时差压阀打开，A内气体缓慢进入B中；当该差值小于或等于Δp时差压阀关闭。当环境温度T1＝300 K时，A内气体体积VA1＝4.0×102 m3，B内气体压强pB1等于大气压强p0，已知活塞的横截面积S＝0.10 m2，Δp＝0.11p0，p0＝1.0×105Pa，重力加速度大小取g＝10 m/s2，A、B内的气体可视为理想气体，忽略活塞与汽缸间的摩擦，差压阀与连接管内的气体体积不计。当环境温度降到T2＝270 K时：
(1)求B内气体压强pB2；(2)求A内气体体积VA2；(3)在活塞上缓慢倒入铁砂，若B内气体压强回到p0并保持不变，求已倒入铁砂的质量m。
[答案]　(1)9×104Pa　(2)3.6×102 m3　(3)1.1×102 kg
反思感悟　多个系统相互联系的恒定质量气体问题，往往利用压强建立起系统间的关系，各系统独立进行状态分析。要确定每个研究对象的变化性质，分别应用相应的气体实验定律，并充分应用各研究对象之间的压强、体积、温度等量的有效关联。若液柱(或活塞)可自由移动，一般要根据液柱(或活塞)的平衡状态确定两部分气体的压强关系。
[典例5]　(“变质量”气体问题)(2024·山东卷)图甲为战国时期青铜汲酒器，根据其原理制作了由中空圆柱形长柄和储液罐组成的汲液器，如图乙所示。长柄顶部封闭，横截面积S1＝1.0 cm2，长度H＝100.0 cm，侧壁有一小孔A。储液罐的横截面积S2＝90.0 cm2，高度h＝20.0 cm，罐底有一小孔B。汲液时，将汲液器竖直浸入液体，液体从孔B进入，空气由孔A排出；当内外液面相平时，长柄浸入液面部分的长度为x；堵住孔A，缓慢地将汲液器竖直提出液面，储液罐内刚好储满液体。已知液体密度ρ＝1.0×103 kg/m3，重力加速度大小g＝10 m/s2，大气压p0＝1.0×105 Pa。整个过程温度保持不变，空气可视为理想气体，忽略器壁厚度。
(1)求x；(2)松开孔A，从外界进入压强为p0、体积为V的空气，使满储液罐中液体缓缓流出，堵住孔A，稳定后罐中恰好剩余一半的液体，求V。
[解析]　(1)在缓慢将汲液器竖直提出液面的过程，封闭气体发生等温变化，根据玻意耳定律有p1(H－x)S1＝p2HS1根据题意可知p1＝p0，p2＋ρgh＝p0联立解得x＝2 cm。
[答案]　(1)2 cm　(2)8.92×10-4m3
【教师备选资源】(2023·湖南卷)汽车刹车助力装置能有效为驾驶员踩刹车省力。如图所示，刹车助力装置可简化为由助力气室和抽气气室等部分构成，连杆AB与助力活塞固定为一体，驾驶员踩刹车时，在连杆AB上施加水平力推动液压泵实现刹车。助力气室与抽气气室用细管连接，通过抽气降低助力气室压强，利用大气压与助力气室的压强差实现刹车助力。每次抽气时，K1打开，K2闭合，抽气活塞在外力作用下从抽气气室最下端向上运动，助力气室中的气体充满抽气气室，达到两气室压强相等；然后，K1闭合，K2打开，抽气活塞向下运动，抽气气室中的全部气体从K2排出，完成一次抽气过程。已知助力气室容积为V0，初始压强等于外部大气压强p0，助力活塞横截面积为S，抽气气室的容积为V1。假设抽气过程中，助力活塞保持不动，气体可视为理想气体，温度保持不变。
(1)求第1次抽气之后助力气室内的压强p1；(2)第n次抽气后，求该刹车助力装置为驾驶员省力的大小ΔF。
1．理想气体相关三量ΔU、W、Q的分析思路(1)内能变化量ΔU。①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，ΔU0，吸热；Q0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知a→b过程，气体从外界吸收的热量一部分用于对外做功，另一部分用于增加内能，A错误；b→c过程中气体与外界无热量交换，即Qbc＝0，又由气体体积增大可知Wbc0，气体的温度最终回到了初始状态，内能变化量为0，内能不变，即ΔU＝0，可知整个循环过程Q