第1道 选修3-3（解析版）-2021年高考物理二轮复习高考13题命题探究

2021年高考物理二轮复习高考13题命题探究

第四部分选考题命题探究

第1道选考题一选修3-3

目录

一、命题点探究.................................................................................1

命题点一热学选择题........................................................................1

考查方式一分子动理论、内能...........................................................1

考查方式二固体液体气体...........................................................4

考查方式三热力学定律与能量守恒定律...................................................6

命题点二热学计算题.......................................................................8

考查方式——部分气体多个状态变化过程问题............................................8

考查方式二涉及多部分气体相关联的问题................................................10

考查方式三变质量问题................................................................12

考查方式四热力学定律和气体状态变化的综合应用.......................................14

二、第一道选考题限时强化训练.................................................................18

一、命题点探究

命题点一热学选择题

考查方式一分子动理论、内能

【核心考点梳理】1.两种微观模型

(1)球体模型(适用于固体、液体)：一个分子的体积匕=，ig)3=17t"为分子的直径.

(2)立方体模型(适用于气体)：一个分子占据的平均空间％=/,d为分子间的距离.

特别提醒：(1)分子直径的数量级为1()7°m,因此求出的数据只在数量级上有意义.

⑵阿伏加德罗常数NA=6.02X1()23mol1,是联系微观世界和宏观世界的桥梁.

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

(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时，分子势

能最小.

(3)分子势能、分子力与分子间距离的关系.

4.物体内能变化的判定：温度变化引起分子平均动能的变化；体积变化，分子间的分子力做功，引起分子

势能的变化(理想气体不考虑分子势能).

【典例1】(2020•湖南株洲高三联考)关于分子动理论的规律，下列说法正确的是()

A.扩散现象说明物质分子在永不停息地做无规则运动

B.压缩气体时气体会表现出抗拒压缩的力是气体分子间存在斥力的缘故

C.两个分子距离减小时，分子间引力和斥力都在增大

D.如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡，用来表征它

们所具有的“共同热学性质''的物理量叫做内能

E.两个分子间的距离为力时，分子势能最小

【答案】ACE

【解析】：扩散现象是分子无规则运动的宏观表现，故A正确；压缩气体时气体会表现出抗拒压缩的力是由

于气体压强的原因，故B错误；两个分子距离减小时，分子间引力和斥力都增大，故C正确；热平衡定律

表明，两个系统处于热平衡时，它们必定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

量叫做温度，故D错误：当分子间/•>S时，分子势能随分子间的距离增大而增大，当分子间时，随距

离减少而增大，当，•="时，分子势能最小，故E正确.

【典例2】对于分子动理论和物体内能的理解，下列说法正确的是（）

A.温度高的物体内能不一定大，但分子平均动能一定大

B.外界对物体做功，物体内能一定增加

C.温度越高，布朗运动越显著

D.当分子间的距离增大时，分子间作用力就一直减小

E.当分子间作用力表现为斥力时，随分子间距离的减小分子势能增大

【答案】ACE

【解析】：温度高的物体分子平均动能一定大，但内能不一定大，故A正确；外界对物体做功，若同时散热，

物体内能不一定增加，故B错误；温度越高，布朗运动越显著，故C正确；当分子间的距离增大时，分子

间作用力也可能先增大后减小，故D错误；当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的减小

而增大，故E正确.

【典例3】（2021•陕西省西安一中高三上学期12月月考）将一个分子P固定在。点，另一个分子Q从图中

的A点由静止释放，两分子之间的作用力与间距关系的图象如图所示，则下列说法正确的是（）

A.分子。由4运动到C的过程中，先加速再减速

B.分子。在C点时分子势能最小

C.分子。在C点时加速度大小为零

D.分子。由A点释放后运动到C点左侧的过程中，加速度先增大后减小再增大

E.该图能表示固、液、气三种状态下分子力随分子间距变化的规律

【答案】BCD

【解析】：C点为分子斥力和引力相等的位置，C点的右侧分子力表现为引力，C点的左侧分子力表现为斥

力，因此分子。由A运动到C的过程中，分子。一直做加速运动，分子的动能一直增大，势能一直减小,

当分子。运动到C点左侧时，分子Q做减速运动，分子的动能减小，势能增大，即分子Q在C点的分子

势能最小，选项A错误，选项B正确；C点为分子引力等于分子斥力的位置，即分子力表现为零，则分子

。在C点的加速度大小为零，选项C正确；分子。由A点释放后运动到C点左侧的过程中，由分子力的图

象可知分子力先增大后减小再增大，则由牛顿第二定律可知加速度先增大后减小再增大，选项D正确；气

体分子间距较大，分子作用力很小，不能用此图表示气体分子间作用力的变化规律，但可表示液体和固体

分子间作用力的变化规律，选项E错误.

考查方式二固体液体气体

【核心考点梳理】

1.固体和液体的主要特点

(1)晶体和非晶体的分子结构不同，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.

2.饱和汽压的特点

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.

3.相对湿度

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之比.即

4.气体性质的比较

项目内容备注

①分子间距很大，作用力很弱

气体分对理想气体，

②分子间碰撞频繁，分子运动混乱

子运动温度78瓦，

③向各个方向运动的分子数相等

的特点内能U8T

④分子速率分布呈“中间多，两头少”

温度：①T=f+273K

气体的状②T与八旬隔相等，起点不同用于解释

态参量压强：①产生原因：大量分子频繁碰撞器壁气体定律

②微观决定因素：分子平均动能、分子密集程度

5.气体实验定律与理想气体的状态方程

（1）气体实验定律：等温变化——玻意耳定律：plVl=p2V2；等容变化——查理定律：3=票；等压变化一

P212

盖一吕萨克定律：守.适用于一定质量的气体.

V212

（2）理想气体状态方程：空=空或察=C（恒量）.适用于一定质量的理想气体.

【典例1】（2020•成都摸底）下列说法正确的是（）

A.布朗运动反映了组成悬浮微粒的固体分子运动的不规则性

B.在水面上轻放一枚针，它会浮在水面，这是由于水面存在表面张力的缘故

C.物体温度升高时，物体内所有分子的热运动动能都增加

D.物体体积变大时，分子势能有可能增大，也有可能减小

E.—定质量的晶体在融化过程中，所吸收的热量全部用于增大分子势能

【答案】BDE

【解析】：布朗运动通过悬浮微粒的无规则运动反映了液体分子运动的不规则性，选项A错误；在水面上轻

放一枚针，它会浮在水面，这是由于水面存在表面张力的缘故，选项B正确；物体温度升高时，根据温度

的微观含义可知物体内分子的平均动能增大，但不是物体内所有分子的热运动动能都增加，选项C错误；

物体体积变大时，分子势能有可能增大，也有可能减小，例如气体体积变大时，分子势能增大，水结冰时，

体积增大，分子势能减小，所以选项D正确：--定质量的晶体在融化过程中，温度不变，分子平均动能不

变，所吸收的热量全部用于增大分子势能，选项E正确.

【典例2].（2020•河南开封一模）下列说法中正确的是（）

A.分子运动的平均速率可能为零，瞬时速度不可能为零

B.液体与大气相接触时，表面层内分子所受其他分子的作用表现为相互吸引

C.空气的相对湿度用空气中所含水蒸气的压强表示

D.有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体

E.随着分子间距增大，分子间引力和斥力均减小，分子势能不一定减小

【答案】BDE

【解析】：分子做永不停息的无规则运动，分子运动的平均速率不可能为零，瞬时速度有可能为零，故A错

误；液体与大气相接触，表面层内分子间距较大，分子力表现为引力，故B正确；空气的绝对湿度是用空

气中所含水蒸气的压强表示的，故C错误；晶体和非晶体区别在于内部分子排列，有的通过外界干预可以

相互转化，如把晶体硫加热熔化（温度超过300℃）再倒进冷水中，会变成柔软的非晶体，再过一段时间又会

转化为晶体，故D正确；随着分子间距增大，分子间引力和斥力均减小，若分子力表现为引力，分子力做

负功，分子势能增大，故E正确.

考查方式三热力学定律与能量守恒定律

【核心考点梳理】1.热力学第一定律：AU=Q+W（第一类永动机不可能制成）.

2.热力学第二定律：反映了涉及内能的宏观过程的不可逆性.

（1）克劳修斯表述（热传导的方向性）：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化.

（2）开尔文表述（机械能和内能转化的方向性）：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其

他变化.（第二类永动机不可能制成）

3.理想气体相关三量AU、W、。的分析思路

（1）内能变化量MJ的分析思路

①由气体温度变化分析气体内能变化.温度升高，内能增加；温度降低，内能减少.

②由公式分析内能变化.

（2）做功情况W的分析思路

①由体积变化分析气体做功情况.体积膨胀，气体对外界做功；体积被压缩，外界对气体做功.

②由公式W=\U-Q分析气体做功情况.

（3）气体吸、放热。的分析思路：一般由公式Q=AU—W分析气体的吸、放热情况.

【典例1］如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真

空.现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸.待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压加到原来

的体积.假设整个系统不漏气.下列说法正确的是（）

理想

真空

气体

A.气体自发扩散前后内能相同

B.气体在被压缩的过程中内能增大

C.在自发扩散过程中，气体对外界做功

D.气体在被压缩的过程中，外界对气体做功

E.气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变

【答案】ABD

【解析】：由于隔板右侧是真空，隔板抽开后，气体自发扩散至整个汽缸，并不做功也没有热量交换，所以

自发扩散前后内能相同，故选项A正确，选项C错误；气体被压缩过程中，外界对气体做功，没有热量交

换，根据△〃=卬+Q,气体的内能增大，故选项B、D正确；气体被压缩过程中，温度升高，分子平均动

能增大，故选项E错误.

【典例2】（2020•肇庆市高三期末联考）一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程必、儿、ca回到原

状态，其p-T图象如图所示，下列判断正确的是（）

A.a和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同

B.a、人和c三个状态中，状态匕分子的平均动能最大

C.过程he中外界对气体所做的功等于气体所放的热

D.过程ca中气体既不吸热也不放热

E.过程ab中气体一定吸热

【答案】ABE

【解析】：由图可知，。、c,状态气体的温度是相等的，所以分子运动的激烈程度相同，c•状态的压强大，结

合气体压强的微观意义可知，。和C两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同，

故A正确；由图象可知，人状态温度最高，分子平均动能最大，故B正确；由图象可知，儿过程气体压强

不变，温度降低，由盖一吕萨克定律可知，其体积减小，外界对气体做功，WX),气体温度降低，内能减

少，即△1/<(),由热力学第一定律可知，气体要放出热量，过程从中外界对气体所做的功小于气体所放热

量，故C错误；由图象可知，或过程气体温度不变，压强减小，由玻意尔定律可知，其体积增大，气体对

外界做功，W<0,气体温度不变，内能不变，由热力学第一定律可知，气体要吸收热量，故D错误：由图

示可知，岫过程，气体压强与热力学温度成正比，则气体发生等容变化，气体体积不变，外界对气体不做

功，气体温度升高，内能增大，由热力学第一定律可知，气体吸收热量，故E正确.

命题点二热学计算题

考查方式——部分气体多个状态变化过程问题

【核心考点梳理】1.压强的计算

(1)被活塞、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.

(2)应用平衡条件或牛顿第二定律求解，得出的压强单位为Pa.若应用p=p°+h或p=p0-h来表示压强，则

压强p的单位为emHg或mmHg.

2.气体实验定律

(1)等温变化：2丫=<7或。|匕=02V2；

(2)等容变化：苧=(7或%=%；

(3)等压变化：*=C或9=最

3.理想气体状态方程

半=c或"%或〃M〃2v2〃3匕

T3-

T2T2

【典例1］热等静压设备广泛用于材料加工中.该设备工作时，先在室温下把惰性气体用压缩机压入到一个

预抽真空的炉腔中，然后炉腔升温，利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理，改善其性能.一

台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为0.13m3,炉腔抽真空后，在室温下用压缩机将

10瓶氧气压入到炉腔中.已知每瓶氨气的容积为3.2x102使用前瓶中气体压强为1.5xl()7pa,使用后

瓶中剩余气体压强为2.0x106Pa；室温温度为27℃.氤气可视为理想气体.

(1)求压入氮气后炉腔中气体在室温下的压强；

(2)将压入氧气后的炉腔加热到1227°C,求此时炉腔中气体的压强.

【答案】：(l)3.2xlPa(2)1.6xlO8Pa

【解析】：⑴设每瓶中剩余气体初始时的体积为阳压强为出；使用后气瓶中剩余气体的压强为以假设体

积为玲、压强为P0的气体压强变为0时，其体积膨胀为％.由玻意耳定律pWo=Pl%①

每瓶被压入进炉腔的气体在室温下的体积为

V'=Vt-V0②

设10瓶气体压入完成后炉腔中气体的压强为P2,体积为

心由玻意耳定律p2V2=10。0丫'③

联立①②③式并代入数据得/?2=3.2X107Pa.④

(2)设加热前炉腔的温度为To,加热后炉腔温度为T”气体压强为内，由查理定律院=矣⑤

8

联立④⑤式并代入数据得p3=1.6xl0Pa.

【典例2】如图，一竖直放置的汽缸上端开口，汽缸壁内有卡口〃和儿〃、〃间距为小〃距缸底的高度为

H;活塞只能在〃、〃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“面积为S,厚度可

忽略；活塞和汽缸壁均绝热，不计他们之间的摩擦.开始时活塞处于静止状态，上、下方气体压强均为po,

温度均为％现用电热丝缓慢加热汽缸中的气体，直至活塞刚好到达匕处.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.

b

【答案】：（1+£）（1+篇）T。（PoS+mg）h

【解析】：开始时活塞位于“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

中气体的温度为力，压强为0,根据查理定律有策=段①

/o11

根据力的平衡条件有〃iS=p（）S+n7g②

联立①②式可得4=（1+暴）T°③

此后，汽缸中的气体经历等压过程，直至活塞刚好到达h处，设此时汽缸中气体的温度为了2；活塞位于a

处和b处时气体的体积分别为V,和心根据盖一吕萨克定律有仁首④

式中-=S”⑤

丫2=5（"+力）⑥

联立③④⑤⑥式解得72=（1+5（1+馥To⑦

从开始加热到活塞到达6处的过程中，汽缸中的气体对外做的功为卬=5）5+"喀）/7.

考查方式二涉及多部分气体相关联的问题

【核心考点梳理】多个系统相互联系的一定质量气体问题，往往以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.

【典例1］如图所示为竖直放置的粗细相同的导热性能良好的U形管，该U形管左端封闭，右端开口，管

内用密度为"的液体密封了一定质量的气体A、仇可视为理想气体）.气体A上方液体高度为小，气体8下

端与气体A下端的高度差为力2,大气压强为po,重力加速度为g.

（1）求气体B的压强PB；

（2）若开始时气体A所占管的空间高度为〃，现增加气体A上方的液体，使其高度变为2小，求后来气体A所

占管的空间高度h'.

【答案】：（l）Po+pg（〃|一〃2）黑；『

【解析】：⑴对气体A有PA=p（）+pg/j|

对气体B有PB+Pg/12=PA

解得28=出十*（/?1一〃2）.

（2）当气体A一方液体的高度变为2小后，气体A的压强变为p/=〃o+2pg/n

由玻意耳定律可得pASh=pA'Sh'

Po+pgh

解得〃'=7?.

pn+2pgh)

【典例2】（2021•江南十校联考）如图，容积均为V的汽缸A、B下端有细管（容积可忽略）连通，阀门区位于

细管的中部，A、8的顶部各有一阀门跖、K3；B中有一可自由滑动的活塞（质量、体积均可忽略）.初始时，

三个阀门均打开，活塞在8的底部；关闭K2、K3,通过KI给汽缸充气，使A中气体的压强达到大气压外

的3倍后关闭K1.已知室温为27°C,汽缸导热.

（1）打开K2,求稳定时活塞上方气体的体积和压强;

（2）接着打开K.,,求稳定时活塞的位置;

（3）再缓慢加热汽缸内气体使其温度升高20℃,求此时活塞下方气体的压强.

v

【答案】（1）22Po⑵顶部⑶1.6po

【解析】（1）设打开K2后，稳定时活塞上方气体的压强为0,体积为乙依题意，被活塞分开的两部分气体

都经历等温过程.由玻意耳定律得p（V=p*i①

（3。/=△（2丫一匕）②

联立①②式得匕=苧③

pi=2p（）.④

⑵打开K3后，由④式知，活塞必定上升.设稳定时在活塞下方气体与A中气体的体积之和为丫2（丫2及%时，

活塞下气体压强为P2,由玻意耳定律得（3p0W=P2%⑤

3V自

。2=可0⑥

由⑥式知，打开冷后活塞上升直到B的顶部为止；此时P2=^O.

（3）设加热后活塞下方气体的压强为P3,气体温度从r=300K升高到4=320K的等容过程中，由查理定

律得发=%⑦

将有关数据代入⑦式得P3=L6po.

考查方式三变质量问题

【核心考点梳理】1.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定质量问题.

2.分装问题：将一个大容器里的气体分装到多个小容器中的问题，可以把大容器中的气体和多个小容器中

的气体看成整体作为研究对象，可将变质量问题转化为定质量问题.

3.漏气问题：容器漏气过程中气体的质量不断发生变化，不能用理想气体状态方程求解.如果选容器内剩

余气体为研究对象，便可转化为一定质量的气体状态变化问题，可用理想气体状态方程求解.

【典例1]（2020•辽宁部分重点中学协作体模拟）用传统的打气筒给自行车打气时，不好判断是否已经打足了

气.某研究性学习小组的同学经过思考，解决了这一问题.他们在传统打气筒基础上进行了改装（如图所示）：

圆柱形打气筒高“，内部横截面积为S,底部有一单向阀门K,厚度不计的活塞上提时外界大气可从活塞四

周进入，活塞下压时可将打气筒内气体推入容器8中，B的容积%=3〃S,向B中打气前A、B中气体初始

,2

压强均为外，该组同学设想在打气筒内壁焊接一卡环C(体积不计)，C距气筒顶部高度为〃=今/,这样就可

以自动控制容器8中的最终压强.求：

(1)假设气体温度不变，第一次将活塞从打气筒口压到C处时，容器B内的压强;

(2)要使容器8内压强不超过5po,〃与，之比应为多大.

【答案】：(21

【解析】：(1)第一次将活塞从打气筒口压到C处时，设容器8内的压强为PB，C距底部”一〃=餐

解得1

(2)对打气筒内的气体，要使容器8内压强不超过5p0,意味着活塞从顶端下压至。处时，打气筒。处以下

的压强不能超过5p0,由玻意耳定律得p()”S=5po(H-〃)S

解得依•

【典例2].如图所示是农业上常用的农药喷雾器，贮液筒与打气筒用细连接管相连，已知贮液筒容积为8L(不

计贮液筒两端连接管体积)，打气筒活塞每循环工作一次，能向贮液筒内压入Iatm的空气200mL,现打开

喷雾头开关K,装入6L的药液后再关闭，设周围大气压恒为1atm,打气过程中贮液筒内气体温度与外界

温度相同且保持不变.求：

贮液筒

(1)要使贮液筒内药液上方的气体压强达到3atm,打气筒活塞需要循环工作的次数;

(2)打开喷雾头开关K直至贮液筒内、外气压相同时，贮液筒向外喷出药液的体积.

【答案】：(1)20次(2)4L

【解析】：(1)贮液筒内药液上方的气体体积为0=8L-6L=2L,设1atm下，打入贮液筒气体后，总体积

Mi，则％=V+Vo

设1atm下，气体的压强：/?()—1atm

打入贮液筒气体后体积：V2=V0

打入贮液筒气体后的压强：〃=3atm

由理想气体方程得p(M=P2匕

解得V=4L

,,..V

打气次数：〃=02L=2°，

(2)打开喷雾头开关K直至贮液筒内外气压相同时，曲=1atm

由理想气体方程得p(M=p3V

解得％=%=6L

故喷出药液的体积V=V3-Vn=4L.

考查方式四热力学定律和气体状态变化的综合应用

【核心考点梳理】

图象问题应注意的两点

(1)通过分析图象提供的物理信息，可以将图象反映的物理过程“还原”成气体状态变化遵循的规律或相关公

式，结合热力学定律判断气体做功、热传递及气体内能的变化.

(2)理想气体状态变化的过程，可以用不同的图象描述，已知某个图象，可以根据这一图象转换成另一图象，

如由p-V图象变成p-r图象或V-7图象.

【典例1](2020•湖南省益阳市高三模拟)如图所示，一定量的理想气体最初处于状态A,之后经历从状态4T

状态状态C的系列变化.已知状态A时气体的温度为200K,体积为40L,压强为8x1(/Pa,状态B

时温度升高至400K.

(1)求状态B时的压强及状态C时的体积；

(2)从状态B到状态C的过程，定性分析气体与外界热传递的情况并求外界对气体做功的大小.

【答案】(l)1.6xl()5pa20L(2)气体对外放出热量3.2x10“

【解析】(1)状态A到状态8的过程为等容变化，

曲二包

TJTB

解得PB=1.6xl()5pa

状态B到状态C的过程为等压变化，黑=皆

'B'C

解得Vc=20L.

(2)从状态B到状态C的过程为等压变化，气体体积减小，外界对气体做功W=pB\V

解得W=3.2x1()3J

状态8到状态C的过程理想气体的温度降低，内能减小，由热力学第一定律AU=W+Q

可知气体对外放出热量.

【典例2](202()•山东济南高三联考)一定质量的理想气体从状态A变化到状态B再变化到状态C,其状态变

化过程的p-V图象如图所示.已知该气体在状态A时的温度为27"C.求：

(1)该气体在状态B和C时的温度分别为多少摄氏度？

(2)该气体从状态A经8再到C的全过程中是吸热还是放热？传递的热量是多少？

【答案】：（1）177℃27℃（2）放热1200J

【解析】：⑴对一定质量的理想气体由图象可知，AfB等容变化，由查理定律得第=祟

/A1B

即代入数据得T«=450K

即3=177℃

A-C由理想气体状态方程得噌=陪

lAIC

代入数据得7?=3（）0K

即卜=27℃.

（2）由于〃=7（：,该气体在状态4和状态C内能相等，

AU=O

从A到B气体体积不变，外界对气体做功为0,

从8到C气体体积减小，外界对气体做正功，W=p\V,

由p-V图线与横轴所围成的面积可得

（Ps+Pc）（Vn~Vc）

W=^22~=1200J

由热力学第一定律AU=W+Q

可得。=-1200J

即气体向外界放出热量，传递的热量为1200J.

【典例31（2020•广东七校联考）如图所示，一圆柱形绝热汽缸竖直放置，通过绝热活塞封闭着一定质量的

理想气体.活塞的质量为，*，横截面积为S,与容器底部相距〃，此时封闭气体的温度为”.现通过电热丝缓

慢加热气体，当气体吸收热量。时，气体温度上升到小已知大气压强为po,重力加速度为g,T,和“均

为热力学温度，不计活塞与汽缸的摩擦.求：

（1）活塞上升的高度;

(2)加热过程中气体的内能增加量.

■3T?—T\.?2—T\

【答案】：(1尸甲与(2)Q—(poS+，"g)F'/j

【解析】：(1)汽缸内气体压强0=m+学

气体发生等压变化，由理想气体状态方程得:

hS(/7+A/z)S

了=~T1-

解得公/?=午4/?.

(2)加热过程中由于气体对外做功，

T—T

W=-pSAh=—(p()S+~~h

由热力学第一定律可知内能的增加量

J1

△U=Q+W=Q-(paS+m^-y-h.

【典例4］如图所示，汽缸内封闭一定质量的某种理想气体，活塞通过滑轮和一重物连接并保持平衡，已知

活塞距缸口〃=50cm,活塞面积S=10cm2,封闭气体的体积为-=i500cn?,温度为0℃,大气压强p。

=1.0xl()5Pa,物体重力G=50N,活塞重力及一切摩擦不计.缓慢升高环境温度，封闭气体吸收了Q=60J

的热量，使活塞刚好升到缸口.求：

(1)活塞刚好升到缸口时，气体的温度是多少？

(2)汽缸内气体对外界做多少功？

(3)气体内能的变化量为多少？

【答案】：⑴364K(2)25J(3)35J

【解析1(1)封闭气体初态:V,=l500cm3,1=273K

末态：％=1500cm3+50x10cm3=2000cm3

缓慢升高环境温度，封闭气体做等压变化

则有苧=?

1111

解得公=364K.

(2)设封闭气体做等压变化的压强为p

对活塞：0()S=pS+G

汽缸内气体对外界做功W=pSh

解得W=25J.

(3)由热力学第一定律得，汽缸内气体内能的变化量

△U=Q-W

得AU=35J

故汽缸内的气体内能增加了35J.

二、第一道选考题限时强化训练

限时50min

1.(2020•陕西汉中市第二次检测)(1)下列说法正确的是.

A.根据热力学第二定律知，热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体

B.当分子间距离变小时，分子间的作用力可能减小，也可能增大

C.墨汁滴入水中，墨汁的扩散运动是由于碳粒和水分子产生化学反应而引起的

D.在宇宙飞船中的水滴呈球形是失重的水的表面张力作用的结果

E.石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质微粒排列结构不同

(2)如图所示，一圆柱形汽缸竖直放置,汽缸正中间有挡板,位于汽缸口的活塞封闭着一定质量的理想气体.活

塞的质量为，〃，横截面积为S.开始时，活塞与汽缸底部相距L,测得气体的温度为4现缓慢降温，让活塞

缓慢下降，直到恰好与挡板接触但不挤压，然后在活塞上放一重物P,对气体缓慢加热，让气体的温度缓慢

回升到n，升温过程中，活塞不动.已知大气压强为P0,重力加速度为g,不计活塞与汽缸间摩擦.

①求活塞刚与挡板接触时气体的温度和重物P的质量的最小值；

②整个过程中，气体是吸热还是放热，吸收或放出的热量为多少？

【答案】(l)BDE(2)，〃+曾②放热P咒"鹤

【解析】(1)由热力学第二定律可知热量能够从高温物体传到低温物体，也能从低温物体传到高温物体但

会引起其他变化，故A错误；分子间有间隙，存在着相互作用的引力和斥力，当分子间距离比较大时表现

为引力，当分子间距离减小时，分子引力先增大后减小；当表现为斥力时分子间距离变小时分子力增大，

故B正确；墨汁的扩散运动是因为微粒受到的来自各个方向的液体分子的撞击作用不平衡，故C错误；在

宇宙飞船中的水滴呈球形是失重的水的表面张力作用的结果，故D正确；石墨和金刚石的物理性质不同是

由于组成它们的物质微粒排列结构不同，故E正确.

(2)①由题意可得，缓慢降温过程是一个等压过程

初态：温度To,体积％=LS,

末态：温度7],体积匕=甘

由盖一吕萨克定律有孕=4，

io11

解得

升温过程中，活塞不动，是一个等容过程，设重物P的质量的最小值为M

初态：温度7|=弓\

压强Pi=Po+弩，

末态：温度压强P2=Po+^

由查理定律有年=华，

1111

解得M=，〃+吟.

②整个过程中，理想气体的温度不变，内能不变，外界对气体做功，WX),根据热力学第一定律AU=Q+

卬知，Q=-W<0,即气体是放热的；

活塞缓慢下降过程，外界对气体做的功为W=(po+*学=“”'礴

即气体放出的热量为团些y

2.(2020•广东省茂名测试)(1)下列说法正确的是()

A.温度升高，物体内每一个分子运动的速率都增大

B.空气中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果

C.一定质量100C的水变成100C的水蒸气，其分子之间的势能增加

D.高原地区水的沸点较低，这是高原地区温度较低的缘故

E.干湿泡温度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度，这是湿泡外纱布中的水蒸发吸热的结果

(2)如图所示，长31cm内径均匀的细玻璃管，开口向上竖直放置，齐口水银柱封住10cm长的空气柱，此

时气温为27℃.若把玻璃管在竖直平面内顺时针缓慢转动半周，发现水银柱长度变为15cm,继续转动半周，

然后对封闭空气柱加热使水银柱刚好与管口相平.求：

31cm

10cm

_

①大气压强的值；

②回到原处加热到水银柱刚好与管口相平时气体的温度.

【答案】(1)BCE(2)@75cmHg②450K

【解析】(1)温度是分子热运动平均动能的标志，是大量分子运动的统计规律，对单个的分子没有意义，所

以温度越高，平均动能越大，平均速率越大，不是所有分子运动速率都增大，故A错误；空气的小雨滴呈

球形是水的表面张力作用的结果，故B正确；-定量100℃的水变成100C的水蒸气，需要克服分子间的

引力，故分子势能增大，故C正确；高原地区水的沸点较低，这是高原地区气压较低的缘故.故D错误；

干湿泡温度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度，这是湿泡外纱布中的水蒸发吸热的结果.故E正确；

故选BCE.

(2)在玻璃管开口向上转到开口竖直向下的过程中，由等温变化可得

pM=P2V2①

由压强关系可得

Pi=Po+21cmHg,P2—po~15cmHg(2)

由①②式解得

(po+21)x(31-10)S=(po-15)x(31—15)S

po=75cmHg③

(2)加热至水银与管口相平时

P3=Po+15cmHg=90cmHg®

Ti=f+273K=300K⑤

由气体状态方程得

(75+21)x(31-10)S90x(31-15)S

300—Ty

解得心=450K⑦

3.(2020安徽宣城二调)(1)下列说法正确的是()

A.显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停的作无规则运动，这反映了液体分子运动的无规则性

B.压缩气体时气体会表现出抗拒压缩的力是由于气体分子间存在斥力的缘故

C.分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大

D.在真空、高温条件下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其它元素

E.当温度升高时，物体内每一个分子热运动的速率一定都增大

(2)一定质量的理想气体从状态A变化到状态B,再变化到状态C,其状态变化过程的V图像如图所示.已

知该气体在状态A时的温度为27°C,气体由状态B到C过程从外界吸收热量Q=300J,求：

①该气体在状态C时的温度；

②该气体从状态B到状态C的过程中内能变化量.

【答案】⑴ACD⑵①300K②增加100J

【解析】(1)显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停的作无规则运动，这反映了液体分子运动的无规则性，

选项A正确；压缩气体时气体会表现出抗拒压缩的力是由于气体压强作用的缘故，与气体分子间的斥力无

关，选项B错误；当Yr。时，分子势能随着分子间距离的增大而减小；当，时，分子势能随着分子间距

离的增大而增大；则分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大，选项C正确；在真空、高温条

件下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其它元素，选项D正确：当温度升高时，物体内分子的平均速

率变大，并非每一个分子热运动的速率都增大，选项E错误；故选ACD.

(2)①分析A-C过程，由气体状态方程得呼1=啜

'A1C

其中7^=273+27=300K

解得7c=300K

②分析8-C过程，因为体积膨胀，故外界对气体做负功W=-pM%一%)

代入数据W=-200J

由热力学第一定律AU=W+Q

得AU=100J

AU为正内能增加

4.（2020安徽马鞍山质监）（1）氧气分子在100℃温度