高考物理二轮复习讲义：热学

第页分子动理论、固体、液体本专题主要考查分子动理论和固体、液体的性质等问题。从近几年高考来看，该部分试题难度较易或中等，命题形式常以选择题或填空题出现。主要考查分子热运动、分子间作用力、分子势能、温度与内能等基本概念的理解，并能运用分子动理论解释固体、液体和气体的微观结构及特点。分子动理论内能现有甲、乙两个分子，将甲分子固定于坐标原点O处，乙分子位于x轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示，F＞0时分子间作用力表现为斥力，F＜0时分子间作用力表现为引力。A、B、C、D为x轴上四个特定的位置，现把乙分子从A处由静止释放，并取距离O点无穷远处分子势能为0。下列A、B、C、D四个选项分别表示乙分子的速度、加速度、势能、动能与两分子间距离的关系，大致正确的是（）A．B．C．D．由于分子间存在着相互作用力，而分子间的作用力做功与路径无关，因此分子间的作用力存在与其相对距离有关的分子势能。如图所示为分子势能Ep随分子间距离r变化的图像，取r趋近于无穷大时Ep为零。通过功能关系可以从分子势能的图像中得到有关分子间的作用力的信息，则下列说法正确的是（）A．假设将两个分子从r＝r2处释放，它们将相互远离B．假设将两个分子从r＝r2处释放，它们将相互靠近C．假设将两个分子从r＝r1处释放，它们的加速度先增大后减小D．假设将两个分子从r＝r1处释放，当r＝r2时它们的速度最大分子力与分子势能的比较（取r趋近于无穷大时Ep为零）：分子力F分子势能Ep图像随分子间距离的变化情况r＜r0F随r增大而减小，表现为斥力r增大，F做正功，Ep减小r＞r0r增大，F先增大后减小，表现为引力r增大，F做负功，Ep增大r＝r0F＝0Ep最小，但不为零r＞10r0引力和斥力都很微弱，F＝0Ep＝0固体、液体和气体的性质关于图中实验现象说法正确的是（）A．图甲说明薄板是非晶体B．图乙说明气体速率分布随温度变化且T1＞T2C．图丙说明气体压强的大小既与分子动能有关也与分子的密集程度有关D．图丁说明水黾受到了浮力作用关于固体、液体、气体和物态变化，下列说法中正确的是（）A．晶体一定具有各向异性的特征B．液体表面张力是液体内部分子间的相互作用C．0℃的铁和0℃的铜，它们的分子平均速率相同D．一定质量的某种理想气体状态改变时，内能不一定改变热力学定律、气体实验定律本专题主要讲解热力学定律、气体实验定律和气体的状态变化图像等问题。热力学定律和气体实验定律都属于高频考点，试题难度中等，命题形式以选择题和计算题为主，常考查学生灵活应用气体实验定律、热力学定律解释生活中的一些现象，解决某些实际问题。热力学定律的理解及应用已知飞船在航天员出舱前先要“减压”，在航天员从太空返回进入航天器后要“升压”，因此飞船将此设施专门做成了一个舱，叫“气闸舱”，其原理图如图所示，相通的舱A、B间装有阀门K，指令舱A中充满气体，气闸舱B内为真空，整个系统与外界没有热交换。打开阀门K后，A中的气体进入B中，最终达到平衡，则（）A．气体体积膨胀，对外做功 B．气体分子势能减少，内能增加C．体积变大，温度降低 D．B中气体不可能自发地全部退回到A中利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图所示，一冷热气体分离装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成。高压氮气由喷嘴切向流入涡流室中，然后以螺旋方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位。气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板碰撞后反向，从A端流出，边缘部位气流从B端流出。下列说法正确的是（）A．A端为热端，B端为冷端B．A端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B端流出的C．A端流出的气体内能一定大于B端流出的D．该装置气体进出的过程满足能量守恒定律，但违背了热力学第二定律3.如图所示,一绝热汽缸倒立竖放在两水平台面上,缸内一光滑活塞密封了一定质量的理想气体。在活塞下挂有一物块,活塞与物块的总重力G=30N,活塞的横截面积S=3×10-3m2。活塞静止时,缸内气体温度t1=27℃,体积V1=3×10-3m3。外界的大气压强恒为p0=1×105Pa,缸内有一个电阻丝,电阻丝的电阻值恒为R=5Ω,电源电动势E=18V、内阻r=1Ω。闭合开关20s后,活塞缓慢下降高度h=0.1m,设电阻丝产生的热量全部被汽缸内的气体吸收,求:(1)20s内气体内能的变化量;(2)20s末缸内气体的温度。应用热力学定律分析理想气体内能相关问题的三个要点：（1）做功情况看体积体积V减小→外界对气体做功→W＞0；体积V增大→气体对外界做功→W＜0；无阻碍地自由膨胀→W＝0。（2）内能变化看温度其它条件不变的情况下，温度T升高→内能增加→ΔU＞0；其它条件不变的情况下，温度T降低→内能减少→ΔU＜0。（3）吸热还是放热，一般题目中会告知，或由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，知道W和ΔU后确定Q。气体实验定律与理想气体状态方程如图，容积均为V0、缸壁可导热的A、B两汽缸放置在压强为p0、温度为T0的环境中；两汽缸的底部通过细管连通，A汽缸的顶部通过开口C与外界相通；汽缸内的两活塞将缸内气体分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四部分，其中第Ⅱ、Ⅲ部分的体积分别为V0和V0。环境压强保持不变，不计活塞的质量和体积，忽略摩擦。（1）将环境温度缓慢升高，求B汽缸中的活塞刚到达汽缸底部时的温度；（2）将环境温度缓慢改变至2T0，然后用气泵从开口C向汽缸内缓慢注入气体，求A汽缸中的活塞到达汽缸底部后，B汽缸内第Ⅳ部分气体的压强。1.如图所示，在一个长l＝30cm，截面积S＝4cm2的绝热汽缸内有两个质量和厚度均可忽略不计的活塞a、b，两活塞把汽缸分为体积相等的A、B两部分。汽缸的右端固定有一劲度系数k＝200N/m的轻质弹簧，弹簧左端和活塞b相连，弹簧的原长l0＝15cm，活塞与汽缸间的摩擦忽略不计且密封良好，活塞a导热性能良好，活塞b绝热。开始时A、B两部分气体的温度均为300K，弹簧为原长，活塞a恰好位于汽缸左端。现施加一个水平向右的恒力F＝20N作用于活塞a上，活塞a向右缓慢移动一段距离后停止，再通过B内的加热装置（图中未画出）对B内的气体缓慢加热，使活塞a回到原来的位置。（1）当活塞a回到原来的位置时，求活塞b相对于初始位置的位移；（2）当活塞a回到原来的位置时，求此时B内气体的温度。（已知外界大气压强始终为p0＝1×105Pa）2.一竖直放置的汽缸由两个粗细不同的圆柱形筒组成，汽缸中活塞Ⅰ和活塞Ⅱ之间封闭有一定量的理想气体，两活塞用一轻质弹簧连接，汽缸连接处有小卡销，活塞Ⅱ不能通过连接处。活塞Ⅰ、Ⅱ的质量分别为2m、m，面积分别为2S、S，弹簧原长为l。初始时系统处于平衡状态，此时弹簧的伸长量为0.1l，活塞Ⅰ、Ⅱ到汽缸连接处的距离相等，两活塞间气体的温度为T0。已知活塞外大气压强为p0，忽略活塞与缸壁间的摩擦，汽缸无漏气，不计弹簧的体积。（ⅰ）求弹簧的劲度系数；（ⅱ）缓慢加热两活塞间的气体，求当活塞Ⅱ刚运动到汽缸连接处时，活塞间气体的压强和温度。3.如图，一汽缸中由活塞封闭有一定量的理想气体，中间的隔板将气体分为A、B两部分；初始时，A、B的体积均为V，压强均等于大气压p0，隔板上装有压力传感器和控制装置，当隔板两边压强差超过0.5p0时隔板就会滑动，否则隔板停止运动。气体温度始终保持不变。向右缓慢推动活塞，使B的体积减小为。（i）求A的体积和B的压强；（ⅱ）再使活塞向左缓慢回到初始位置，求此时A的体积和B的压强。4.甲、乙两个储气罐储存有同种气体（可视为理想气体）。甲罐的容积为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。现通过连接两罐的细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（i）两罐中气体的压强；（ii）甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比。如图，两侧粗细均匀、横截面积相等、高度均为H＝18cm的U型管，左管的上端封闭，右管上端开口。右管中有高h0＝4cm的水银柱，水银柱上表面离管口的距离l＝12cm。管底水平段的体积可忽略。环境温度为T1＝283K，大气压强p0＝76cmHg。（1）现从右侧端口缓慢注入水银（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？1.如图为某型号家用喷水壶的外形图和原理图，壶中气筒内壁的横截面积S＝3.0×10－4m2，活塞的最大行程为l＝1.6×10－1m，正常喷水时壶内气体需达到压强p＝1.3×105Pa以上。壶内装水后，将压柄连接的活塞压到气筒的最底部，此时壶内气体体积为1.2×10－3m3，压强为p1＝1.0×105Pa，温度为27℃。已知大气压强p0＝1.0×105Pa。（1）将喷水壶放到室外，室外气温为9℃，求稳定后壶内气体的压强；（2）在室外且温度保持不变，为了使喷水壶达到工作状态，至少需要通过压柄充气多少次？2.如图，一玻璃装置放在水平桌面上，竖直玻璃管A、B、C粗细均匀，A、B两管的上端封闭，C管上端开口，三管的下端在同一水平面内且相互连通。A、B两管的长度分别为l1=13.5cm，l2=321、应用气体的实验定律及状态方程解题的基本规律：“三定律、一方程”2、应用气体的实验定律及理想气体状态方程的解题思路：（1）选择对象：某一定质量的理想气体；（2）找参量：气体在始末状态的参量P1、V1、T1及P2、V2、T2；（3）明确过程：认清变化过程是正确选用物理规律的前提；（4）列方程：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量之间的关系，列式联立求解。3、变质量问