2022年高考物理二轮复习热点题型与提分秘籍专题16 热学（解析版）

2020年高考物理二轮复习热点题型与提分秘籍专题16热学题型一分子动理论、内能与热力学定律【典例分析】(2020·衡水高三调研)下列说法正确的是(　　)A．悬浮在水中的花粉颗粒的布朗运动反映了水分子的热运动B．一定质量的理想气体对外做功时，它的内能一定减小C．热量不可能自发地从内能少的物体传到内能多的物体D．液体的表面张力是由于液体表面层分子间距离略大于平衡距离而产生的E．将两个分子由距离极近移动到相距无穷远的过程中，它们的分子势能先减小后增加【参考答案】　ADE【名师解析】(1)热力学第一定律的公式：ΔU＝W＋Q。(2)热力学第二定律的表述：热量不可能自发地从低温物体传到高温物体。悬浮在水中的花粉颗粒的布朗运动反映了水分子的热运动，故A正确；根据热力学第一定律，一定质量的理想气体对外做功时(W＜0)，气体和外界热交换不明确，内能不一定减小，故B错误；根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，内能多的物体温度不一定高，故C错误；液体的表面张力是由于液体表面层分子间距离略大于平衡距离，分子力表现为引力而产生的，故D正确；将两个分子由距离极近移动到相距无穷远的过程中，它们的分子势能先减小后增加，故E正确。【提分秘籍】1.分子动理论(1)分子大小①分子体积(或占有空间的体积)：V0＝。 ②分子质量：m0＝。③油膜法估测分子的直径：d＝。④两种微观模型a．球体模型(适用于固体、液体)：一个分子的体积V0＝π（）3＝πd3，d为分子的直径。b．立方体模型(适用于气体)：一个分子占据的平均空间体积V0＝d3，d为分子间的距离。(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、无规则地运动，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)分子势能、分子力与分子间距离的关系2．热力学第一定律的灵活应用(1)应用热力学第一定律时，要注意各符号正负的规定，并要充分考虑改变内能的两个因素：做功和热传递。不能认为物体吸热(或对物体做功)，物体的内能一定增加。(2)若研究物体为气体，对气体做功的正负由气体的体积决定，气体体积增大，气体对外做功，W为负值；气体的体积减小，外界对气体做功，W为正值。(3)三种特殊情况①若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体(物体对外界)做的功等于物体内能的增加量(减少量)。 ②若过程中不做功，即W＝0，Q＝ΔU，物体吸收(放出)的热量等于物体内能的增加量(减少量)。③若过程的始、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(物体对外界做的功等于物体吸收的热量)。【突破训练】1．(2019·河北衡水中学三模)(多选)关于热现象和热学规律，下列说法正确的是(　　)A．只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，就可以算出气体分子的体积B．气体温度升高，分子的平均动能一定增大C．温度一定时，悬浮在液体中的固体颗粒越小，布朗运动越明显D．同一液体的饱和汽的压强与其温度、体积都有关系E．第二类永动机不可能制成是因为它违反了热力学第二定律【答案】　BCE【解析】　因为气体分子间距离较大，故不能用气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数求气体分子的体积，故A错误；温度是分子平均动能的标志，气体温度升高，分子的平均动能一定增大，故B正确；温度一定时，悬浮在液体中的固体颗粒越小，同一时刻撞击颗粒的液体分子数越少，冲力越不平衡，布朗运动越明显，故C正确；相同温度下，同种液体的饱和汽的压强是一定的，不随体积的变化而变化，故D错误；第二类永动机不可能制成是因为其违背了热力学第二定律，故E正确。2．(2019·南昌三模)(多选)下列有关分子动理论和物质结构的认识，其中正确的是(　　)A．分子间距离减小时分子势能一定减小B．温度越高，物体中分子的无规则运动越剧烈C．温度越高，物体内热运动速率大的分子数占总分子数比例越大D．分子间同时存在引力和斥力，随分子距离的增大，分子间的引力和斥力都会减小E．非晶体的物理性质是各向同性而晶体的物理性质都是各向异性 【答案】　BCD【解析】　当分子力表现为斥力时，随分子间距离的减小，斥力做负功，分子势能增大，A错误；物体的温度越高，分子热运动的平均动能越大，物体中分子的无规则运动越剧烈，B正确；根据麦克斯韦统计规律可知，温度越高，物体内热运动速率大的分子数占总分子数比例越大，C正确；当分子间距离增大时，斥力和引力都减小，当分子间距离减小时，斥力和引力都增大，D正确；多晶体的物理性质是各向同性的，单晶体的某些物理性质是各向异性的，故E错误。题型二气体热现象的微观意义、固体和液体【典例分析1】(2020·河北唐山模拟)对于一定质量的理想气体，下列论述中正确的是(　　)A．若单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，压强一定变大B．若单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，压强可能不变C．若气体的压强不变而温度降低时，则单位体积内分子个数一定增加D．若气体的压强不变而温度降低时，则单位体积内分子个数可能不变E．若气体体积减小，温度升高，单位时间内分子对器壁的撞击次数增多，平均撞击力增大，因此压强增大【参考答案】ACE.【名师解析】：气体压强的大小与气体分子的平均动能和单位体积内的分子数两个因素有关．若单位体积内分子数不变，当分子热运动加剧时，决定压强的两个因素中一个不变，一个增大，故气体的压强一定变大，A正确，B错误；若气体的压强不变而温度降低时，气体的体积一定减小，故单位体积内的分子个数一定增加，C正确，D错误；由气体压强产生原因知，E正确．【典例分析2】(2019·福建泉州二模)下列说法正确的是(　　)A．温度相同的氢气和氧气，它们分子的平均速率不同B．空调制冷说明热量可以自发地由低温物体传递给高温物体C．影响人们对干爽与潮湿感受的因素是空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压的差距D．单晶体的某些物理性质是各向异性的，多晶体的物理性质是各向同性的E．当两分子间距离大于平衡位置的间距r0时，分子间的距离越大，分子势能越小 【参考答案】　ACD【名师解析】温度是平均动能的标志，所以温度相同的氢气和氧气分子的平均动能相同，即Ek＝mv2相同，但由于氢气、氧气的分子质量不同，所以分子的平均速率不同，A正确；空调制冷需要消耗电能，所以不能说明热量可以自发地由低温物体传递给高温物体，B错误；影响人们对干爽与潮湿感受的是相对湿度，相对湿度是空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压的比值，两压强差距越小，比值越大，越潮湿，差距越大，比值越小，越干燥，C正确；单晶体的某些物理性质是各向异性的，多晶体的物理性质是各向同性的，D正确；当分子间距大于r0时，分子间表现为引力，分子间距增大，引力做负功，分子势能增大，E错误。【提分秘籍】1.气体温度和压强的微观意义(1)温度①气体分子的速率分布特点：气体分子数随速率的增大呈“中间多、两头少”的分布，温度越高，速率小的分子数减少，速率大的分子数增多，但某个分子的速率可能变小。②温度是分子平均动能的标志，相同温度下不同物体的分子平均动能相同，但分子平均速率一般不同。③温度越高，分子的平均动能越大，内能不一定越大。(2)气体压强①产生原因：大量气体分子由于做无规则热运动，频繁撞击容器壁而产生。②气体压强的影响因素：a．从气体压强产生的原理的角度：单位时间撞击到容器壁单位面积上的分子数N，以及每个分子对容器壁的平均撞击力。b．从气体微观状态量角度：气体的分子数密度n，以及气体分子的平均动能k。注意N和n是不同的物理量。2．固体和液体 (1)对晶体、非晶体特性的理解①只有单晶体才具有各向异性。②各种晶体都具有固定熔点，熔化时吸收的热量全部用于增加分子势能。③晶体与非晶体在一定条件下可以相互转化。④有些晶体属于同素异形体，比如金刚石和石墨。(2)液晶液晶是一种特殊的物质，既具有流动性，又在光学、电学物理性质上表现出各向异性。(3)对液体表面张力的理解①使液体表面有收缩到最小的趋势，表面张力的方向跟液面相切。②一种液体是否浸润某种固体，与这两种物质的性质都有关系，浸润和不浸润也是分子力的表现。③毛细现象是浸润液体在细管中上升、不浸润液体在细管中下降的现象。(4)饱和汽压与相对湿度①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。②相对湿度是某温度时空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压的百分比。即：B＝×100%。③影响蒸发快慢以及影响人们对干湿的感受的是相对湿度，不是绝对湿度。【突破训练】1.(2020·辽宁锦州模拟)在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上蜡，用烧热的针接触其上一点，蜡熔化的范围如图所示．甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图所示，则(　　)A．甲、乙为非晶体，丙是晶体 B．甲、丙为晶体，乙是非晶体C．甲、丙为非晶体，乙是晶体D．甲为多晶体，乙为非晶体，丙为单晶体【答案】B.【解析】：由题图可知，甲、乙在导热性质上表现各向同性，丙具有各向异性，甲、丙有固定的熔点，乙无固定的熔点，所以甲、丙为晶体，乙是非晶体，B正确；甲为晶体，但仅从图中无法确定它的其他性质，所以甲可能是单晶体，也可能是多晶体，丙为单晶体，故A、C、D错误．2.(2020·陕西汉中高三一模)下列说法正确的是(　　)A．晶体一定具有规则的形状且有各向异性的特征B．液体的分子势能与液体的体积无关C．实际的气体的体积变化时，其内能可能不变D．组成固体、液体、气体的物质分子依照一定的规律在空间整齐地排列成“空间点阵”【答案】C.【解析】：单晶体一定具有规则的形状，且有各向异性的特征，而多晶体的物理性质表现为各向同性，选项A错误；分子势能的产生是由于分子间存在作用力，微观上分子间距离的变化引起宏观上体积的变化，分子间作用力变化，分子势能才变化，选项B错误；当气体体积变化时，若温度同时发生变化，气体内能可能不变，选项C正确；只有晶体的分子依照一定的规律在空间整齐地排列成“空间点阵”，选项D错误．3．(2020·湖北武汉模拟)如图所示，是水的饱和汽压与温度关系的图线，请结合饱和汽与饱和汽压的知识判断下列说法正确的是(　　)A．水的饱和汽压随温度的变化而变化，温度升高，饱和汽压增大B．在一定温度下，饱和汽的分子数密度是不变的 C．当液体处于饱和汽状态时，液体会停止蒸发现象D．在实际问题中，饱和汽压包括水蒸气的气压和空气中其他各种气体的气压【答案】AB.【解析】：当液体处于饱和汽状态时，液体与气体达到了一种动态平衡，液体蒸发现象不会停止，C错误；在实际问题中，水面上方含有水分子、空气中的其他分子，但我们所研究的饱和汽压只是水蒸气的分气压，D错误．4.(2019·安徽省六安市第一中学、、三校高三最后一卷)(多选)下列说法中正确的是(　　)A．针尖加热后接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡为晶体B．温度一定时，当人们逐渐感到潮湿，则此时空气的绝对湿度一定增大C．两个相互接触的物体达到热平衡时，此时二者一定具有相同的内能D．一切与热现象对应的自发过程都是不可逆的E．若气体分子总数不变而气体温度升高，则气体压强可能不变【答案】　BDE【解析】　针尖加热后接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明云母为晶体，A错误；温度一定时，当人们逐渐感到潮湿，则此时空气的相对湿度增大，故绝对湿度一定增大，B正确；两个相互接触的物体达到热平衡时，此时二者一定具有相同的温度，C错误；根据热力学第二定律可知，一切与热现象对应的自发过程都是不可逆的，D正确；若气体分子总数不变而气体温度升高，若气体的体积变大，则气体压强可能不变，E正确。题型三气体实验定律和理想气体状态方程【典例分析1】(2019·南昌二模)有一如图所示导热性良好的U形容器，右管顶端封闭，容器的左、右两部分横截面积之比为1∶2。容器内部密封一部分水银。现测得右端部分的水银液面与容器顶端的高度h＝5cm，左、右两部分容器的水银面的高度差H＝15cm，设大气压p0＝75cmHg，外界环境温度t＝27℃，求： (1)向左边的容器部分缓慢注入水银，直到两边容器的水银柱恰好相平齐时封闭气体的长度；(2)当左、右两部分的水银柱相平齐后，将整个容器置于一温控室内，然后使温控室的温度缓慢升高，直到右端容器内被密封的气体的长度为5cm时，此时温控室的温度。【参考答案】　(1)4cm　(2)390K【名师解析】　(1)以右边容器内封闭的气体为研究对象，封闭气体等温变化，设当两管的水银液面相平齐时，右端被封闭的气体长度为h′。初、末状态的压强和体积分别为：p1＝p0－ρgH，p2＝p0，根据等温变化可得：p1hS＝p2h′S，解得：h′＝＝4cm。(2)空气柱的长度变为开始时的长度h时，右管水银面下降1cm，则左管水银面会上升2cm，此时两侧水银面高度差为h0＝3cm，此时空气柱的压强：p3＝p0＋ρgh0根据等容变化得到：＝其中T＝(27＋273)K＝300K解得：T′＝390K。【典例分析2】(2019·全国卷Ⅲ)如图，一粗细均匀的细管开口向上竖直放置，管内有一段高度为2.0cm的水银柱，水银柱下密封了一定量的理想气体，水银柱上表面到管口的距离为2.0cm。若将细管倒置，水银柱下表面恰好位于管口处，且无水银滴落，管内气体温度与环境温度相同。已知大气压强为76cmHg，环境温度为296K。 (1)求细管的长度；(2)若在倒置前，缓慢加热管内被密封的气体，直到水银柱的上表面恰好与管口平齐为止，求此时密封气体的温度。【参考答案】　(1)41cm　(2)312K【名师解析】　(1)设细管的长度为L，横截面的面积为S，水银柱高度为h；初始时，设水银柱上表面到管口的距离为h1，被密封气体的体积为V，压强为p；细管倒置时，被密封气体的体积为V1，压强为p1。由玻意耳定律有pV＝p1V1①由力的平衡条件有pS＝p0S＋ρghS②p1S＋ρghS＝p0S③式中，ρ、g分别为水银的密度和重力加速度的大小，p0为大气压强。由题意有V＝S(L－h1－h)④V1＝S(L－h)⑤由①②③④⑤式和题给数据得L＝41cm⑥(2)设气体被加热前后的温度分别为T0和T，由盖—吕萨克定律有＝⑦由④⑤⑥⑦式和题给数据得T＝312K。 【提分秘籍】(1)气体问题中汽缸活塞类模型的处理思路①弄清题意，确定研究对象。一般地说，研究对象分为两类：一类是热学研究对象(一定质量的理想气体)；另一类是力学研究对象(汽缸、活塞等)。②分析清楚题目所述的物理过程。对热学研究对象分析清楚初、末状态及状态变化过程，依据气体实验定律或理想气体状态方程＝恒量，列出式子；对力学研究对象要正确地进行受力分析，依据力学规律列出方程。③注意挖掘题目中的隐含条件，如几何关系等，列出辅助方程。④多个方程联立求解。对求解的结果注意检验它们的合理性。(2)在“充气、抽气”模型中可以假设把充进或抽出的气体包含在气体变化的始末状态中，即用等效法把变质量问题转化为恒定质量的问题。①充气中的变质量问题设想将充进容器内的气体用一个无形的弹性口袋收集起来，那么当我们取容器和口袋内的全部气体作为研究对象时，这些气体状态不管怎样变化，其质量总是不变的。这样，就将变质量的问题转化成质量一定的问题了。②抽气中的变质量问题用抽气筒对容器抽气的过程中，对每一次抽气而言，气体质量发生变化，其解决方法和充气问题类似，取剩余气体和抽出的气体作为研究对象，这些气体不管怎样变化，其质量总是不变的。1.(2019·全国卷Ⅱ)如图，一容器由横截面积分别为2S和S的两个汽缸连通而成，容器平放在水平地面上，汽缸内壁光滑。整个容器被通过刚性杆连接的两活塞分隔成三部分，分别充有氢气、空气和氮气。平衡时，氮气的压强和体积分别为p0和V0，氢气的体积为2V0，空气的压强为p。现缓慢地将中部的空气全部抽出，抽气过程中氢气和氮气的温度保持不变，活塞没有到达两汽缸的连接处，求 (1)抽气前氢气的压强；(2)抽气后氢气的压强和体积。【答案】　(1)(p0＋p)　(2)p0＋p　【解析】　(1)设抽气前氢气的压强为p10，根据力的平衡条件得p10·2S＋p·S＝p·2S＋p0·S①得p10＝(p0＋p)②(2)设抽气后氢气的压强和体积分别为p1和V1，氮气的压强和体积分别为p2和V2。根据力的平衡条件有p2·S＝p1·2S③由玻意耳定律得p1V1＝p10·2V0④p2V2＝p0V0⑤由于两活塞用刚性杆连接，故V1－2V0＝2(V0－V2)⑥联立②③④⑤⑥式解得p1＝p0＋pV1＝。2.(2019·河南省八市三模)如图所示，粗细均匀的U形管中，封闭了两段水银柱和两部分空气柱，水银柱A的长度h1＝25cm，位于左侧封闭端的顶部。水银柱B与A之间的空气柱长度L1＝12.5cm，右侧被活塞C封闭的空气柱长度L2＝12.5cm，已知玻璃管周围环境温度t＝27℃时，右侧封闭空气柱的压强恰为p0＝75cmHg，水银柱B左右两部分液面的高度差h2＝45cm。保持环境温度t＝27℃不变，缓慢拉动活塞C，求： (1)当水银柱A恰好对U形管的顶部没有压力时，右侧封闭气体的压强为多少？(2)当U形管内B部分的水银面相平时，活塞C共向上移动多少？【答案】　(1)65cmHg　(2)47.5cm【解析】　(1)左侧气体做等温变化，有：p1SL1＝p1′SL1′p1＝p0－ρgh2＝30cmHg，p1′＝25cmHg解得：L1′＝15cm故水银柱B左右两部分液面的高度差变为h2′＝h2－2(L1′－L1)＝40cm右侧气体压强为p2′＝p1′＋ρgh2′＝65cmHg。(2)B部分的水银面相平时，左侧液面下降，右侧液面上升水银柱A下降，左侧气体压强仍为p1′＝25cmHg此时左右两侧气体压强相等，即右侧气体压强p″＝25cmHg右侧气柱做等温变化，有：p0SL2＝p″SL2″解得：L2″＝37.5cm；则活塞上升的高度h＝L2″－L2＋＝47.5cm。 3.(2019·山东潍坊三模)如图所示，圆柱形容器高H＝45cm，底端左侧通过装有阀门1的细管与上端开口的竖直玻璃管相连，右侧安装阀门2。起初阀门2关闭，阀门1打开，玻璃管内水银面比容器内水银面高Δh＝25cm，容器内气柱长l＝28cm。关闭阀门1，打开阀门2，直至水银不再流出。已知容器导热良好，环境温度始终为300K，大气压强p0＝75cmHg。(1)求最终容器内水银的高度；(2)若再次关闭阀门2，将容器内气体加热至某一温度，再次打开阀门1后，发现水银液面不动，求此温度。【答案】　(1)5cm　(2)480K【解析】　(1)密闭气体初状态的压强p1＝p0＋ρ水银gΔh①设水银不再流出时容器内水银柱的高度为h′则密闭气体此时的压强p2＝p0－ρ水银gh′②密闭气体气柱长为l′＝H－h′③由玻意耳定律得：p1lS＝p2l′S④解得：h′＝5cm或h′＝115cm(舍去)⑤(2)打开阀门2后，右侧水银面下降的高度x＝H－l－h′＝12cm，将容器内气体加热至某一温度后，再次打开阀门1时，两侧液面高度差为Δh′＝Δh＋x＝37cm⑥则容器内气体压强p3＝p0＋ρ水银gΔh′⑦由查理定律得：＝⑧解得：T′＝480K。⑨ 4.(2019·四川绵阳三模)如图所示，横截面积为S，质量为M的活塞在汽缸内封闭着一定质量的理想气体，现对汽缸内气体缓慢加热，使其温度从T1升高了ΔT，气柱的高度增加了ΔL，吸收的热量为Q，不计汽缸与活塞的摩擦，外界大气压强为p0，重力加速度为g，求：(1)此加热过程中气体内能增加了多少？(2)若保持缸内气体温度不变，再在活塞上放一砝码，如图所示，使缸内气体的体积又恢复到初始状态，则砝码的质量为多少？【答案】　(1)Q－(p0S＋Mg)ΔL　(2)【解析】　(1)设缸内气体的温度为T1时压强为p1，活塞受重力、大气压力和缸内气体的压力作用而平衡，得：Mg＋p0S＝p1S气体膨胀对外界做功为：W＝p1SΔL根据热力学第一定律得到：Q－W＝ΔU联立可得：ΔU＝Q－(p0S＋Mg)ΔL。(2)设放入砝码的质量为m，缸内气体的温度为T2＝T1＋ΔT时压强为p2，活塞和砝码受重力、大气压力和缸内气体的压力作用而平衡，得：(M＋m)g＋p0S＝p2S根据查理定律：＝联立可以得到：m＝。题型四气体实验定律与图象、热力学第一定律综合应用 【典例分析1】(2020·广东省肇庆市高中毕业班统考)(多选)如图所示，在一定质量的理想气体的压强随体积变化的pV图象中，气体先后经历了ab、bc、cd、da四个过程，其中ab垂直于cd，ab垂直于V轴且与p轴平行，bc、da是两条等温线。下列判断正确的是(　　)A．气体在状态a时的温度低于在状态c时的温度B．从a→b的过程，气体分子密集程度不变，分子平均动能增加C．从a→b→c的过程，气体密度不断减小，温度先升高后不变D．从c→d的过程，气体放出的热量大于外界对气体做的功E．从a→b→c→d的过程，设气体对外做功为W1，外界对气体做功为W2，气体吸热为Q1，放热为Q2，则W1－W2N2；对于状态2、3，由于T2