2021年高考物理二轮复习第一部分第17讲热学学案

1、- 1 -专题七专题七选考模块选考模块1对分子动理论内容的理解2固、液、气三态的性质及其微观解释3气体实验定律、气态方程的理解和应用4热力学定律的理解和简单计算5机械振动和机械波的综合问题6光的折射和全反射题型基本上都是拼盘式选择题和计算题的组合由于本讲内容琐碎， 考查点多， 因此在复习中应注意抓好六大块知识： 一是分子动理论；二是从微观角度分析固体、液体、气体的性质；三是气体实验三定律；四是热力学定律；五是机械振动和机械波；六是光的折射和全反射以六块知识为主干，梳理出知识点，进行理解性记忆第 17 讲热学- 2 -1分子动理论(1)分子大小阿伏加德罗常数na6.021023mol1.分子体积

2、：v0vmolna(占有空间的体积)分子质量：m0mmolna.油膜法估测分子的直径：dvs.(2)分子热运动的实验基础：扩散现象和布朗运动扩散现象特点：温度越高，扩散越快布朗运动特点：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

3、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3气体实验定律(1)等温变化：pvc或p1v1p2v2.(2)等容变化：ptc或p1t1p2t2.(3)等压变化：vtc或v1t1v2t2.(4)理想气体状态方程：pvtc或p1v1t1p2v2t2.4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

4、变化，分子间的分- 3 -子力做功，引起分子势能的变化(2)热力学第一定律公式：uwq；符号规定：外界对系统做功，w0，系统对外界做功，w0，系统向外界放出热量，q0，系统内能减少，u0.(3)热力学第二定律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)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)第二类永动机是不可能制成的(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1(2020全国卷)下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有_，不违背热力学第一定律、但违背热力

5、学第二定律的有_(填正确答案标号)a汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热b冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低c某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响d冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内解析：燃烧汽油产生的内能一方面向机械能转化，同时热传递向空气转移a 既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律；冷水倒入保温杯后，没有对外做功，同时也没有热传递，内能不可能减少，故 b 违背热力学第一定律；某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，必然产生其他影响，故 c 违背热力学第二定律；制冷机消耗电能工作时从箱内低温环境中提

6、取热量散发到温度较高的室内，发生了内能的转移，同时对外界产生了影响d 既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律答案：bc2.(2020全国卷)(多选)如图，一开口向上的导热气缸内用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与气缸壁间无摩擦现用外力作用在活塞上使其缓慢下降 环境温度保持不变， 系统始终处于平衡状态 在活塞下降过程中()a气体体积逐渐减小，内能增知b气体压强逐渐增大，内能不变c气体压强逐渐增大，放出热量d外界对气体做功，气体内能不变- 4 -e外界对气体做功，气体吸收热量解析：理想气体的内能与温度之间唯一决定，温度保持不变，所以内能不变a 错误；由理想气体状态方程pvtc，可知体积减

7、少，温度不变，所以压强增大因为温度不变，内能不变b 正确；由理想气体状态方程pvtc，可知体积减少，温度不变，所以压强增大体积减少，外界对系统做功，且内能不变，由热力学第一定律uwq可知，系统放热c 正确；e 错误体积减少，外界对系统做功理想气体内能与温度之间唯一决定，温度保持不变，所以内能不变故 d 正确答案：bcd3.(2020全国卷)如图，两侧粗细均匀、横截面积相等、高度均为h18 cm 的 u 型管，左管上端封闭，右管上端开口右管中有高h04 cm 的水银柱，水银柱上表面离管口的距离l12 cm.管底水平段的体积可忽略环境温度为t1283 k大气压强p076 cmhg.(1)现从右侧端

8、口缓慢注入水银(与原水银柱之间无气隙)，恰好使水银柱下端到达右管底部此时水银柱的高度为多少？(2)再将左管中密封气体缓慢加热，使水银柱上表面恰与右管口平齐，此时密封气体的温度为多少？解析：(1)设密封气体初始体积为v1，压强为p1，左、右管截面积均为s，密封气体先经等温压缩过程体积变为v2，压强变为p2.由玻意耳定律有p1v1p2v2.设注入水银后水银柱高度为h，水银的密度为，按题设条件有p1p0pgh0，p2p0pgh，v1s(2hlh0)，v2sh，联立以上式子并代入题给数据得h12.9 cm.(2)密封气体再经等压膨胀过程体积变为v3，温度变为t2，由盖吕萨克定律有v2t1v3t2，按题

9、设条件有v3s(2hh)，代入题给数据得t2363 k.答案：(1)12.9 cm(2)363 k考点一分子动理论 内能- 5 -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)分子的大小分子的直径(视为球模型)：数量级为 1010m.分子的质量：数量级为 1026kg.(2)阿伏加德罗常数1 mol 的任何物质都含有相同的粒子数通常可取na6.021023mol1.2分子永不停息地做无规则的热运动(1)实例证明扩散现象a定义：不同物质能够彼此进入对方的现象b实质：扩散现象并不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果，而是由分子的无规则运动产生的物质迁移现象，温度越高，扩散现象越明显布

10、朗运动a定义：悬浮在液体中的小颗粒的永不停息的无规则运动b实质：悬浮小颗粒受到做无规则运动的液体分子的撞击；颗粒越小，温度越高，运动越剧烈(2)热运动分子的永不停息的无规则运动叫作热运动特点：分子的无规则运动和温度有关，温度越高，分子运动越激烈3分子间同时存在引力和斥力(1)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)分子力与分子间距离的关系图线 (如图所示)由分子间的作用力与分子间距离的关系图线可知当rr0时，f引f斥，分子力为零当rr

11、0时，f引f斥，分子力表现为引力当rr0时，f引f斥，分子力表现为斥力- 6 -当分子间距离大于 10r0(约为 109m)时，分子力很弱，可以忽略不计二、温度和物体的内能1温度两个系统处于热平衡时，它们具有某个“共同的热学性质” ，我们把表征这一“共同热学性质”的物理量定义为温度一切达到热平衡的系统都具有相同的温度2两种温标摄氏温标和热力学温标关系：tt273.15 k.3分子的动能和平均动能(1)分子动能是分子热运动所具有的动能(2)分子热运动的平均动能是所有分子热运动的动能的平均值，温度是分子热运动的平均动能的标志(3)分子热运动的总动能是物体内所有分子热运动动能的总和4分子的势能(1)

12、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(2)分子势能的决定因素：微观上决定于分子间距离和分子排列情况；宏观上决定于体积和状态5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(2020全国卷)分子间作用力f与分子间距r的关系如图所示，rr1时，f0.分子间势能由r决定，规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零若一分子固定于原点o，另一分子从距o点很远处向o点运动，在两分子间距减小到r2的过程中，势能_(选填“减小” “不变”或“增大

13、”)；在间距由r2减小到r1的过程中，势能_(选填“减小” “不变”或“增大”)；在间距等于r1处，势能_(选填“大于” “等于”或“小于”)零解析：(1)从距o点很远处向o点运动，两分子间距减小到r2的过程中，分子间体现引力，引力做正功，分子势能减小；(2)在r2r1的过程中，分子间仍然体现引力，引力做正功，分子势能减小；(3)在间距等于r1之前，分子势能一直减小，取无穷远处分子势能为零，则在r1处分子势能小于零答案：(1)减小(2)减小(3)小于- 7 -考向物体微观量的估算1空调在制冷过程中，空调排出液化水的体积为v，水的密度为，摩尔质量为m，阿伏加德罗常数为na，则液化水中水分子的总数

14、n和水分子的直径d分别为()anmvnad36mnabnvnamd3na6mcnvnamd36mnadnmvnad3na6m解析：水的摩尔体积vmm，水分子的总数nvvmnavnam，将水分子看成球形，由vmna16d3，解得水分子的直径为d36mna，故 c 项正确答案：c考向布朗运动与分子热运动2图甲和图乙是某同学从资料中查到的两张记录水中炭粒运动位置连线的图片，记录炭粒位置的时间间隔均为 30 s，两方格纸每格表示的长度相同比较两张图片可知：若水温相同，_(选填“甲”或“乙”)中炭粒的颗粒较大；若炭粒大小相同，_(选填“甲”或“乙”)中水分子的热运动较剧烈解析：从题图知，乙比甲布朗运动剧

15、烈，所以若水温相同，甲中炭粒的颗粒较大；若炭粒大小相同，乙中水分子的热运动较剧烈答案：甲乙考向分子力和分子势能的变化规律3(多选)分子力f、分子势能ep与分子间距离r的关系图线如甲、乙两条曲线所示(取无穷远处分子势能ep0)下列说法正确的是()- 8 -a乙图线为分子势能与分子间距离的关系图线b当rr0时，分子势能为 0c随着分子间距离的增大，分子力先减小后一直增大d分子间的斥力和引力大小都随分子间距离的增大而减小，但斥力减小得更快e在rr0阶段，分子力减小时，分子势能也一定减小解析：在rr0时，分子势能最小，但不为 0，此时分子力为 0，故 a 项正确，b 项错误；从平衡位置开始，随着分子间

16、距离的增大，分子间作用力随分子间距离先增大后减小，故 c项错误；分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，但斥力比引力变化得快，故 d项正确；当rl，解得lghhp0gh.(2)设水全部排出后筒内气体的压强为p2；此时筒内气体的体积为v0，这些气体在其压强为p0时的体积为v3，由玻意耳定律有p2v0p0v3，其中p2p0gh，设需压入筒内的气体体积为v，依题意vv3v0，联立式得vgshhp0.答案：(1)lghhp0gh(2)vgshhp0考向汽缸类问题题型一封闭气体的多过程问题1.(2018全国卷)如图，一竖直放置的汽缸上端开口，汽缸壁内有- 14 -卡口a和b，a、b间距为h，a距缸

17、底的高度为h；活塞只能在a、b间移动，其下方密封有一定质量的理想气体已知活塞质量为m，面积为s，厚度可忽略；活塞和汽缸壁均绝热，不计它们之间的摩擦开始时活塞处于静止状态，上、下方气体压强均为p0，温度均为t0.现用电热丝缓慢加热汽缸中的气体，直至活塞刚好到达b处求此时汽缸内气体的温度以及在此过程中气体对外所做的功重力加速度大小为g.解析：开始时活塞位于a处，加热后，汽缸中的气体先经历等容过程，直至活塞开始运动设此时汽缸中气体的温度为t1，压强为p1，根据查理定律有p0t0p1t1，根据力的平衡条件有p1sp0smg，联立式可得t11mgp0s t0，此后，汽缸中的气体经历等压过程，直至活塞刚好

18、到达b处，设此时汽缸中气体的温度为t2；活塞位于a处和b处时气体的体积分别为v1和v2.根据盖吕萨克定律有v1t1v2t2，式中v1sh，v2s(hh)，联立式解得t21hh1mgp0s t0，从开始加热到活塞到达b处的过程中，汽缸中的气体对外做的功为w(p0smg)h.答案：1hh1mgp0s t0(p0smg)h题型二关联气体的状态变化问题2(2019全国卷)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

19、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：- 15 -(1)抽气前氢气的压强；(2)抽气后氢气的压强和体积解析：(1)设抽气前氢气的压强为p10，根据力的平衡条件得(p10p)2s(p0p)s，得p1012(p0p)(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p2sp12s，由玻意耳定律得p1v1p102v0，p2v2p0v0，由于两活塞用刚性杆连接，故v12v02(v0v2)，联立式解得p112p014p，v14（p0p）v02p0p.答案：(1)12(p0p)(2)12p

20、014p4（p0p）v02p0p考向液柱类问题3.(2019全国卷)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 2.0 cm 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 2.0 cm .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 76 cmhg，环境温度为 296 k.(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

21、体的体积为v，压强为p.细管倒置时，气体体积为v1，压强为p1.由玻意耳定律有pvp1v1，- 16 -由力的平衡条件有pp0gh，p1p0gh，式中，、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vs(lh1h)，v1s(lh)，由式和题给条件得l41 cm.(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vt0v1t，由式和题给数据得t312 k答案：(1)41 cm(2)312 k考向理想气体的三类“变质量”问题气体实验定律及理想气体状态方程的适用对象都是一定质量理想气体，但在实际问题中，常遇到气体的变质量问题气体的变质量问题，可以通过巧妙地选择合适的研究对象

22、，把“变质量”问题转化为“定质量”的问题，从而可以利用气体实验定律或理想气体状态方程求解，常见以下三种类型：题型一充气(打气)问题在充气(打气)时，将充进容器内的气体和容器内的原有气体为研究对象时，这些气体的质量是不变的这样，可将“变质量”的问题转化成“定质量”问题4.如图所示为喷洒农药用的某种喷雾器其药液桶的总容积为 15 l，装入药液后，封闭在药液上方的空气体积为 2 l，打气筒活塞每次可以打进1 atm、150 cm3的空气，忽略打气和喷药过程气体温度的变化(1)若要使气体压强增大到 2.5 atm，应打气多少次？(2)如果压强达到 2.5 atm 时停止打气，并开始向外喷药，那么当喷雾

23、器不能再向外喷药时，桶内剩下的药液还有多少升？解析：(1)设应打气n次，初态为：p11 atm，v1150 cm3n2 l0.15nl2 l，末态为：p22.5 atm，v22 l，根据玻意耳定律得：p1v1p2v2，解得：n20.(2)由题意可知：p21 atm，根据玻意耳定律得：p2v2p2v2，代入数据解得：v25 l，剩下的药液为：v15 l5 l10 l.答案：(1)20(2)10 l- 17 -题型二抽气问题在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，解决该类变质量问题的方法与充气(打气)问题类似：假设把每次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”

24、问题转化为“定质量”的问题5在全国千万“云监工”的注视下，2 月 2 日，武汉火神山医院交付使用，建设工期仅为十天十夜在“云监工”视线之外，先进的设计理念和科技元素充当着幕后英雄，火神川医院病房全部为负压病房，所谓负压病房是通过特殊的通风抽气设备，使病房内的气压低于病房外的气压，保证污染空气不向外扩散若已知某间负压隔离病房的空间体积v60 m3，启用前环境温度t13 ，外界大气压强为p01.01105pa，启用后，某时刻监测到负压病房的温度t227 、负压为15 pa(指与外界大气压p0的差值)(1)试估算启用后负压隔离病房内减少的气体质量与启用前房间内气体总质量的比值；(2)判断在负压隔离病

25、房启用过程中剩余气体是吸热还是放热，并简述原因解析：(1)根据题意有t1270 k，t2300 k，p21.01105pa15 pa.设减少的气体体积为v，以启用后负压病房内剩余的气体为研究对象，由理想气体状态方程得p0（vv）t1p2vt2，解得v6 m3，则mmv60110.(2)因为抽气过程中剩余的气体温度升高，故内能增加u0，而剩余气体的体积膨胀，对外做功w0，气体从外界吸收热量答案：(1)110(2)吸热题型三气体混合问题6(2020全国卷)甲、乙两个储气罐储存有同种气体(可视为理想气体)甲罐容积为v，罐中气体的压强为p；乙罐的容积为 2v，罐中气体的压强为12p.现通过连接两罐的细

26、管把甲罐中的部分气体调配到乙罐中去，两罐中气体温度相同且在调配过程中保持不变，调配后两罐中气体的压强相等求调配后：(1)两罐中气体压强；- 18 -(2)甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比解析：(1)气体发生等温变化，对甲乙中的气体，可认为甲中原气体由体积v变成 3v，乙中原气体体积由 2v变成 3v，则根据玻意尔定律分别有pvp13v，12p2vp23v，则pv12p2v(p1p2)3v，则甲乙中气体最终压强pp1p223p.(2)若调配后将甲气体再等温压缩到气体原来压强为p，则pvpv计算可得v23v由密度定律可得，质量之比等于m现m原vv23.答案：(1)23p(2)23考点四气

27、体状态变化的图象分析方法一定质量的气体不同图象的比较项目等温变化等容变化等压变化图象p-v图象p-1v图象p-t图象v-t图象特点pvct(其中c为恒量)， 即pv之积越大的等温线温度越高，线离原点越远pct1v，斜率kct， 即斜率越大，温度越高pcvt，斜率kcv， 即斜率越大，体积越小vcpt，斜率kcp， 即斜率越大，压强越小注意：上表中各个常量“c”意义有所不同(可以根据克拉伯龙方程pvnrt确定各个常量“c”意义)(2020北京卷)如图所示，一定量的理想气体从状态a开始，经历两个过程，- 19 -先后到达状态b和c.有关a、b和c三个状态温度ta、tb和tc的关系，正确的是()atatb，tbtcbtatb，tbtcdtatc，tbva，故tbta；而状态b到状态c是一个等容过程，有pbtbpctc，因为pbpc，故tbtc；对状态a和c有2p035v0ta35p02v0tc，可得tatc.综上分析可知 c 正确，a、b、d 错误答案：c考向p-v图象的理解1.(2019全国卷)如pv图所示，1、2、3 三个点代表某容器中一定量理想气体的三个不同状态，对应的温度分别是t1、t2、t3，用n1、n2、n3分别表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数，则n1_n2，t1_t3，n2_n3(均选填“大于” “小于”或“等于”)解析：根据理