2023年物理二轮复习十四热学

专题十四热学

命题热点常考题型

(1)分子动理论，晶体、非晶体、液体及表面张力；

(2)气体实验定律和理想状态方程的应用；选择题

(3)热力学定律与气体实验定律的结合；计算题

(4)与生活实际相关的热学问题.

高频考点•能力突破

考点一分子动理论固体与液体

1.必须注意的“三点”

(1)分子直径的数量级是1010m：分子永不停息地做无规则运动.

(2)球体模型(适用于固体、液体)，立方体模型(适用于气体).

(3)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.

2.必须弄清分子力和分子势能

理想气体没有分子势能

(1)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.

(2)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ro(分子间的距离为ro时，分子间作用的合力为0)时，分子势能最小.

例1[2022•河北高三一模](多选)下列说法正确的是()

液体

隔板

•••••

赧真空

甲

单位速率间隔的分子数

占总分子数的百分比

0分子速率

丙

A.图甲为中间有隔板的绝热容器，隔板左侧装有温度为T的理想气体，右侧为真空.现

抽掉隔板，气体的最终温度仍为T

B.图乙为布朗运动示意图，悬浮在液体中的微粒越大，在某一瞬间跟它相撞的液体分

子越多，撞击作用的不平衡性表现得越明显

C.图丙为同一气体在0℃和100℃两种不同情况下单位速率间隔的分子数占总分子数

的百分比与分子速率间的关系图线，两图线与横轴所围面积不相等

D.图丁中，液体表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大，液体表面层中分

子间的作用力表现为引力

［解题心得］.............................................................................

预测1［2022.江苏冲刺卷J北京冬奥会的雪花形主火炬由96块小雪花和6个橄榄枝组

成.关于雪花的下列说法正确的是()

A.一片雪花大约由1000个水分子组成

B.雪花融化成的水是液态的晶体

C.雪花是水蒸气凝华时形成的晶体

D.没有两片雪花是相同的，因此雪花不属于晶体

预测2(多选)2021年8月5日，在东京奥运会跳水女子10台决赛中，14岁的全红婵

以总分466.2拿到金牌，并打破了世界纪录.她的五次跳水中有三次满分，娴熟的动作和标

准的姿势不禁让李小鹏感叹：我扔个硬币溅起的水花都比她跳水的水花大.下列说法正确的

是()

A.运动员出水后泳衣上的水很快滑落，这是因为制造泳衣的材料对水不浸润

B.运动员入水过程中，在水中产生的气泡内的气体压强大于大气压

C.运动员入水激起的水花中，很多接近球形，这是水的表面张力的作用

D.运动员入水后，身体周围会出现一些小气泡，这些小气泡在做无规则的布朗运动

考点二气体实验定律和理想状态方程的应用

对三个气体实验定律的理解

(1)定律在温度不太低、压强不太大的情况下适用中学阶段，所涉及的计算题一般

都适用

(2)一定质量的理想气体做等容变化时，气体的压强跟摄氏温度不成正比；

(3)气体做等容变化时，气体压强的变化量与温度的变化量成正比，即詈=黑=普

11l2

例2［2022•全国甲卷，节选］如图，容积均为Vo、缸壁可导热的A、B两汽缸放置在压强

为po、温度为To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、Hi、w四部分，其中第n、in部分的体积分

别为:Vo和;Vo.环境压强保持不变，不计活塞的质量和体积，忽略摩擦.

84

(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2T。，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.

I试解］..........................................................................

预测3［2022•江苏冲剌卷］如图，某材料制备系统由供气瓶、反应室、加热器和真空泵

等设备组成.供气瓶的容积为20L,储存的气体压强为3。义105Pa,反应室的容积为10L.制

备材料前，反应室处于真空状态，关闭所有阀门.制备材料时，先打开阀门1,供气瓶向反

应室缓慢供气，当反应室气压达到1.0X102出时，关闭阀门1；对反应室内气体缓慢加热,

使其从室温25℃升到200℃,进行材料合成.实验结束后，待反应室温度降至室温，将其抽

至真空状态.环境温度恒定，忽略材料体积，气体不参与反应.

(1)加热后，求反应室内气体的压强(结果保留3位有效数字).

(2)当供气瓶剩余气体压强降到1.5X1()5p〃时，需更换新的供气瓶，供气瓶最多能给反

应室充气多少次？

［试斛1..........................................................................

预测4如图甲所示，粗细均匀的足够长玻璃管的一端开口，另一端封闭，管的横截面

积S=10a〃2,沿水平方向放置时，一段长h=38c机的水银柱封闭着一定质量的理想气体，

管内气柱长度Li=30c"3大气压强恒为po=76cmHg,室内热力学温度恒为Ti=300K.现

将玻璃管沿逆时针方向缓慢转过90。.取76cmHg=1X105Pa.

降温

甲乙

(1)求稳定后管内气柱的长度；

(2)使玻璃管的封闭端浸入冰水混合物中，管内气体的温度缓慢降低，求管内气体的温度

降低的过程中，水银柱对管内气体做的功.

［试解］.........................................................................

考点三热力学定律和气体定律的结合

热力学定律与气体实验定律问题的处理方法

(1)气体实验定律研究对象是一定质量的理想气体.

(2)解决具体问题时，分清气体的变化过程是求解问题的关键，根据不同的变化，找出与

之相关的气体状态参量，利用相关规律解决.

(3)对理想气体，只要体积变化，外界对气体(或气体对外界)就要做功，如果是等压变化，

W=p/V；只要温度发生变化，其内能就发生变化.

(4)结合热力学第一定律/U=W+Q求解问题.

例3［2022•全国甲卷，节选］(多选)一定量的理想气体从状态a变化到状态b,其过程如

p-T图上从a到b的线段所示。在此过程中.

P

b

0T

A.气体一直对外做功

B.气体的内能一直增加

C.气体一直从外界吸热

D.气体吸收的热量等于其对外做的功

E.气体吸收的热量等于其内能的增加量

［斛题心得］.....................................................................

例4一定质量的理想气体经历了如图所示的A-B-C-DfA循环，该过程每个状态可

视为平衡态.下列说法中正确的是（

A.状态A气体分子的平均动能比状态B气体分子的平均动能大

B.状态C到状态D,气体的内能保持不变

C.状态B到状态C,气体将放出热量

D.状态D到状态A,气体对外做功

［解题心得］

预测5［2022・山东冲刺卷］（多选）一定质量的理想气体，从初始状态A经状态B、C、D

再回到状态A,其体积V与温度T的关系如图所示.图中TA、VA和TD为已知量，则下列

说法正确的是（）

A.从状态A到B,气体经历的是等压过程

B.从B到C的过程中，气体的内能减小

C.从C到D的过程中，气体向外放热

D.气体在状态D时的体积丫口=呼

预测6［2022•辽宁模拟卷］真空泵抽气腔与容器相连，活塞向左运动时即从容器中抽气,

活塞向右运动时阀门自动关闭，将进入气腔内的气体全部排出，示意图如图甲.设抽气过程

中抽气腔与容器中的气体压强始终相等，每次抽气活塞均从抽气腔最右端移动至最左端.已

知容器的容积为Vo,抽气腔的容积为nV。，初始时刻气体压强为po.

（1）若抽气过程中气体的温度保持不变，求第一次抽气后容器中气体的压强p；

（2）若在绝热的条件下，某次抽气过程中，气体压强p随体积V变化的规律如图乙，求该

过程气体内能的变化量JU.

［试解I................................................................................................................

素养培优•情境命题

与生活实际相关的热学问题

情境1为了有效控制新冠疫情传播，在转移患者时采用专用的负压救护车，负压救护

车的核心是负压舱.它不工作时为开放状态，工作时通过顶部循环过滤的进、排气高效净化

系统保证负压舱内为微负压环境及内部空气流通，为疑似病人提供新鲜空气，同时保护周围

人员及周围环境不受病源体污染.已知大气压强为P0,环境温度为To.负压舱正常工作时内

部温度比环境温度高了k|To,内部压强比外界低了k2Po.空气视为理想气体，物理量的单位均

为国际单位制，常数ki和k2均远小于1.则负压舱从开放状态转为正常工作状态需向外界排出

的空气质量与原有空气质量的比值为()

C.D.

kj-kz%

［斛题心得］

情境2［2022・重庆质检］可折叠轮椅(RoeAir)的发明为参加北京冬残奥会的运动员的

出行提供了便利.该轮椅只需简单几步，能缩至不到20L的拉杆箱大小，并可带上飞机放入

行李舱.若轮椅折叠收入箱中时;轮胎中空气全部被排尽，打开使用时需重新充气.已知大

气压强为po且保持不变，某次在室温下(27℃)对轮胎充气，使轮胎内压强达到4Po.单边轮胎

充满气时内部气体体积为Vo,且充好后轮胎不漏气.

(1)若打气筒每次充入01V。的压强为po的空气，则对单边轮胎共需打气多少次？

(2)若运动员坐上轮椅后，轮胎内气体体积变为||Vo,要使轮胎内压强不超过4.5po,则行

驶时胎内气体温度应不超过多少摄氏度？(不考虑行驶过程中胎内气体体积的变化，取T=

273+t)

［试斛］..............................................................................

情境3［2022•广东押题卷］“拔火罐”是我国传统医疗的一种手段.如图所示，医生先

用点燃的酒精棉球加热小罐内的空气，随后迅速把小罐倒扣在需要治疗的部位，冷却后小罐

便紧贴在皮肤上.已知小罐质量m=0.1依，开口部位的直径d=557.设加热后小罐内的空气

温度t=77℃,室温to=21℃,大气压po=LOX1()5p“，不考虑因皮肤被吸入罐内导致空气

体积的变化.取g=10〃?/s2.当罐内空气变为室温时.

(1)求此时罐内气体的压强P；

(2)计算此时小罐对皮肤的压力F；并说明若考虑因皮肤被吸入罐内导致空气体积的变化，

上述压力F的数值比真实值偏大还是偏小.

［试解I..........................................................................

情境4新冠肺炎疫情期间，某班级用于消毒的喷壶示意图如图甲所示.壶的容积为1.5

L,内含1.0乙的消毒液.闭合阀门K,缓慢向下压压杆A,每次可向瓶内储气室充入0.05L

的1.0的空气，多次下压后，壶内气体压强变为2.0加加时，按下按柄B,阀门K打开,

消毒液从喷嘴处喷出.储气室内气体可视为理想气体，充气和喷液过程中温度保持不变，1.0

atm=l.OX\(fPa.

p/atm

(1)求充气过程向下压压杆A的次数和打开阀门K后最多可喷出液体的体积；

(2)喷液全过程，气体状态变化的等温线近似看成一段倾斜直线，如图乙所示，估算全过

程壶内气体从外界吸收的热量.

［试解］..........................................................................

专题十四热学

高频考点•能力突破

考点一

例1解析：右侧为真空，气体自由膨胀，“没有做功对象”，根据热力学第一定律有AU

=W+Q,做功W=0,因为是绝热容器，所以没有热交换，即Q=0,因此内能不变，理想

气体的内能由温度决定，所以温度不变，所以A正确；悬浮在液体中的微粒越大，在某一瞬

间跟它相撞的液体分子越多，撞击作用的平衡性表现的越明显，所以B错误；由丙图可知，

在0匕和100℃两种不同情况下各速率区间的分子数占总分子数的百分比与分子速率间的

关系图线与横轴所围面积都应该等于I,即相等，所以C错误；液体表面层中分子间的距离

比液体内部分子间的距离大，液体表面层中分子间的作用力表现为引力，即液体的表面张力，

所以D正确.

答案：AD

预测1解析：一片雪花大约由大量的水分子组成，远大于1000个，A错误；雪花融化

成的水不是晶体，故B错误；根据物态变化可知，雪花是水蒸气凝华时形成的晶体，故C正

确；雪花是晶体，故D错误.

答案：C

预测2解析：运动员出水后泳衣上的水很快滑落，这是因为泳衣由对水不浸润的材料

制成，故A正确；运动员入水后，水下气泡内的气体压强大于大气压，故B正确；运动员入

水激起的水花接近球形，这是表面张力的作用，故C正确；运动员入水后，身体周围会有一

些小气泡做无规则的运动，这些小气泡的运动不是布朗运动，故D错误.

答案：ABC

考点二

例2解析：（1）选第IV部分气体为研究对象，在B汽缸中的活塞到达汽缸底部的过程中

发生等压变化：与巴=黑，解得

（2）以第n、ni部分气体整体为研究对象，温度由兀升至2。）过程，由理想气体状态方程：

P。（七+¥。）=号对第W部分气体,温度由7b升至2。过程，由理想气体状态方程：P°（v/v。）

1。2I。Io

=咤3,解得pi=1o.

z104

答案：（1洌）（2）\〃0

预测3解析：⑴根据查理定律得患=詈

11*2

解得P2=?i=159Pa.

11

（2）设可以供〃次，则根据玻意耳定律得pWo=npiVi+pWo，解得"=3000次.

答案：（1）159Pa（2）3000次

预测4解析：（1）设稳定后管内气柱的长度为L,,对管内封闭气体初态时pi=po=76

cmHg

Vi=LiS,Ti=300K

末态时而=（76+38）cmHg=114cmHg

V2=L2S

根据玻意耳定律有piV|=p2V2,解得L2=20cm.

（2）设稳定后管内气柱的长度为L,

V3=L3S,n=273K

气体发生等压变化，有9=3可得L3=18.2cm

1

2*3

水银柱对管内气体做的功W=p2（L2-L3）S

解得W=2.7J.

答案：（1）20cm（2）2.7J

考点三

例3解析：pk图线过坐标原点，因此气体从状态〃到状态人发生等容变化，气体没

有对外做功，A,D错误；从状态a到状态〃气体温度升高，一定质量的理想气体内能只与

温度有关，温度升高，内能增加，B正确；根据热力学第一定律可知气体从外界吸热，且吸

收的热量等于其内能增加量，C、E正确.

答案：BCE

例4解析：由图可知A状态的压强、体积都比B状态的小，由理想气体状态方程毕=

TA

毕，得TA<TB,温度是分子平均动能的标志，温度越高分子平均动能越大，即：状态8时，

气体分子的平均动能比状态A时气体分子的平均动能大，故A错误；由图可知。状态的压

强、体积都比C状态的小，由理想气体状态方程毕=毕，得乃<",因为一定量的理想

TCTD

气体内能由气体温度决定，温度越高气体内能越大，故B错误；由图可知C状态的压强比8

状态的小，两状态的体积相同，由查理定律苧=<?知78>般、所以气体从状态B到状态C内能

减小，A(7<0,W=0,由热力学第一定律AU=W+。可知Q<0,故气体将放出热量，故C正

确；状态。到状态A,气体体积不变，气体对外做功为0,故D错误.

答案：C

预测5解析：从状态4到8,气体经历的是等容过程，所以A错误；从B到C的过程

中，温度不变，则气体的内能不变，所以B错误；从C到。的过程中，气体温度降低，气

体内能减小AU<0,体积减小，则外界对气体做正功g0,根据热力第一定律AU=W+Q可

知，则气体向外放热，所以C正确；从状态。到A,气体经历的是等压过程，根据察=

¥解得弘=警，所以D正确.故选C、D.

TATA

答案：CD

预测6解析：(1)等温变化，第一次抽气p()yo=p(Vo+〃％)

得p=E?

「n+1

(2)绝热过程可知。=0

又有W=-pAV=Vo)=-O.8ponVb

根据热力学第一定律△U=W+Q=W=-O.8po〃Vo.

答案：(1)0=倍(2)—O.8/?onVo

素养培优•情境命题

情境1解析：根据题意，设原有气体的质量为加，放出气体的质量为△〃?，