高考二轮复习物理课件（新高考新教材）第一编核心专题突破专题6热学近代物理第一讲热学

第一讲热学1通览主干知识2研学核心考点目录索引

3突破热考命题1通览主干知识2研学核心考点考点一分子动理论、内能及热力学定律分层突破——明要点命题角度1微观量的计算

不是分子体积

命题角度2物体的内能

命题角度3热力学定律

深化拓展扩散现象、布朗运动与热运动的对比现象扩散现象布朗运动热运动活动主体分子固体微小颗粒

肉眼看不见分子区别是分子的运动,发生在固体、液体、气体任何两种物质之间是比分子大得多的颗粒的运动,只能在液体、气体中发生是分子的运动,不能通过光学显微镜直接观察到共同点(1)都是无规则运动;(2)都随温度的升高而更加激烈联系扩散现象、布朗运动都反映了分子永不停息地做无规则的热运动典例剖析例1

(命题角度2、3)(2022山东卷)如图所示,内壁光滑的绝热汽缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体,初始时汽缸开口向上放置,活塞处于静止状态,将汽缸缓慢转动90°过程中,缸内气体(

)A.内能增加,外界对气体做正功B.内能减小,所有分子热运动速率都减小C.温度降低,速率大的分子数占总分子数比例减少D.温度升高,速率大的分子数占总分子数比例增加C解析

将汽缸缓慢转动90°过程中,由于气体压强减小,体积要增大,因此对外界做功。由于是绝热过程,根据热力学第一定律,气体内能减小,温度降低。分子热运动的平均速率减小,而不是所有分子热运动速率都减小,速率大的分子数占总分子数比例减少。选项A、B、D错误,C正确。分层演练——拿高分练真题·明考向1.(命题角度2、3)(多选)(2022湖南卷改编)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端为冷端,B端为热端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答案

AB解析

依题意,中心部位为热运动速率较低的气体,与挡板相作用后反弹,从A端流出,而边缘部分热运动速率较高的气体从B端流出;同种气体分子平均热运动速率较大,其对应的温度也就较高,所以A端为冷端、B端为热端,A正确;依题意,A端流出的气体分子热运动速率较小,B端流出的气体分子热运动速率较大,所以从A端流出的气体分子热运动平均速度小于从B端流出的,B正确;A端流出的气体分子热运动速率较小,B端流出的气体分子热运动速率较大,则从A端流出的气体分子平均动能小于从B端流出的气体分子平均动能,内能的多少还与分子数有关,依题意,不能得出从A端流出的气体内能一定大于从B端流出的气体内能,C错误;该装置将冷热不均的气体进行分离,喷嘴处有高压,即通过外界做功而实现的,并非是自发进行的,没有违背热力学第二定律,温度较低的从A端出、较高的从B端出,也符合能量守恒定律,D错误。2.(命题角度3)(多选)(2023全国甲卷改编)在一汽缸中用活塞封闭着一定量的理想气体,发生下列缓慢变化过程,气体一定与外界有热量交换的过程是(

)A.气体的体积减小,温度降低B.气体的体积减小,温度升高C.气体的体积增大,温度不变D.气体的体积增大,温度降低AC解析

由热力学第一定律得,ΔU=Q+W。气体的体积减小,W>0,温度降低,ΔU<0,则气体放热,A正确;气体的体积减小,W>0,温度升高,ΔU>0,则气体不一定与外界有热量交换,B错误;气体的体积增大,W<0,温度不变,ΔU=0,则气体吸热,C正确;气体的体积增大,W<0,温度降低,ΔU<0,则气体不一定与外界有热量交换,D错误。练模拟·提能力(命题角度1)(2023山东淄博统考一模)已知地球大气层的厚度远小于地球半径R,空气平均摩尔质量为M,阿伏加德罗常数为NA,地面附近大气压强为p0,重力加速度大小为g。由此可以估算地球大气层空气分子总数为(

)A考点二固体、液体和气体的性质分层突破——明要点命题角度1固体、液体的性质

命题角度2气体分子的运动特点

深化拓展气体压强的微观解释典例剖析例2

(命题角度1、2)(多选)(2023山东济宁一模改编)下列说法正确的是(

)A.晶体的所有物理性质沿各个方向是不同的B.不浸润现象说明固体分子对液体分子的吸引力小于液体分子之间的吸引力C.一定质量的理想气体保持压强不变,体积减小,气体的内能增加D.一定质量的理想气体保持压强不变,温度升高,单位时间内撞击器壁单位面积上的分子数减少BD解析

单晶体具有各向异性,即单晶体沿着各个方向的物理性质和化学光学性质不同,多晶体具有各向同性,A错误;不浸润现象说明固体分子对液体分子的吸引力小于液体分子之间的吸引力,B正确;一定质量的理想气体保持压强不变,体积减小,由气体压强的微观解释可知气体温度降低,则气体的内能减少,C错误;一定质量的理想气体保持压强不变,温度升高,由理想气体状态方程可知,气体体积增大,单位时间内撞击器壁单位面积上的分子数减少,D正确。分层演练——拿高分练真题·明考向(命题角度2)(2022江苏卷)自主学习活动中,同学们对密闭容器中的氢气性质进行讨论,下列说法正确的是(

)A.体积增大时,氢气分子的密集程度保持不变B.压强增大是因为氢气分子之间斥力增大C.因为氢气分子很小,所以氢气在任何情况下均可看成理想气体D.温度变化时,氢气分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化D解析

密闭容器中的氢气质量不变,分子个数不变,根据n=可知当体积增大时,单位体积内分子个数变少,分子的密集程度变小,A错误;气体压强产生的原因是大量气体分子对容器壁的持续的、无规则撞击,压强增大并不是因为分子间斥力增大,B错误;普通气体在温度不太低、压强不太大的情况下才能看作理想气体,C错误;温度是气体分子平均动能的标志,大量气体分子的速率呈现“中间多、两边少”的规律,温度变化时,大量分子的平均速率会变化,即分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化,D正确。练模拟·提能力1.(命题角度1)(2023山东潍坊一模)神舟十二号航天员刘伯明曾在太空中用毛笔写下“理想”二字。在太空舱内使用的毛笔、墨汁和纸张都是特制的,毛笔笔尖内部存在毛细管能够吸墨,笔尖与纸张接触时,墨汁就从笔尖转移到纸上。在太空舱内(

)A.使用普通中性笔也能流畅书写B.墨汁分子间不存在作用力C.墨汁不浸润毛笔笔尖D.墨汁浸润纸张D解析

由于太空中处于完全失重状态,使用普通中性笔不能流畅书写,A错误;由于分子间相互作用不受重力影响,则墨汁分子间存在相互作用力,B错误;空间站仍能用毛笔的原理就是毛细现象,则墨汁浸润毛笔笔尖、浸润纸张,C错误,D正确。2.(命题角度2)(多选)(2023天津模拟预测)一容积不变的容器内封闭一定质量的氮气(视为理想气体),在不同温度下分子速率分布如图所示,纵坐标表示各速率区间的氮气分子数所占总分子数的百分比,横坐标表示分子的速率,图线甲为实线、图线乙为虚线。下列说法正确的是(

)A.图线甲对应的氮气压强较大B.图线甲对应的氮气分子的平均动能较大C.由图像能直接求出任意速率区间内氮气分子数目D.同一温度下,氮气分子的速率呈现“中间多、两头少”的分布规律ABD解析

温度越高,速率大的分子所占比例越大,所以图线甲的温度高,对应的氮气压强较大,氮气分子的平均动能较大,A、B正确;由图像可求出定量的氮气各速率区间的分子数所占总分子数的百分比,不能求出任意速率区间内氮气分子数目,C错误;由图可知,同一温度下,氮气分子的速率呈现“中间多、两头少”的分布规律,D正确。考点三气体实验定律和理想气体状态方程分层突破——明要点命题角度1单独气体问题(1)若气体质量一定,p、V、T中有一个量不发生变化,则选用对应的气体实验定律列方程求解。(2)若气体质量一定,p、V、T均发生变化,则选用理想气体状态方程列式求解。命题角度2关联气体问题与活塞、液柱相联系的“两团气”问题,要注意寻找“两团气”之间的压强、体积或位移关系,列出辅助方程,最后联立求解。命题角度3气体状态变化的图像问题

命题角度4与热力学第一定律综合问题

温馨提示气体等压膨胀(压缩)时,气体对外界(外界对气体)做功W=pΔV。

深化拓展气体压强的计算(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。典例剖析例3

(命题角度2)如图所示,左右两个水平面上各固定有平放的汽缸A和B,两汽缸内壁光滑,两汽缸的活塞用刚性杆连接,横截面积分别为2S、S,刚性杆和活塞可左右移动。现A汽缸内封闭体积为2V0的某种气体,B汽缸内封闭体积为V0的另一种气体。已知此时两汽缸内的气体温度均为T0,B汽缸内气体的压强为3p0,大气压强为p0,A、B两汽缸的气体均可看作理想气体。(1)求此时A汽缸内的气体压强。(2)现让两汽缸内气体温度均发生改变,稳定后,A汽缸内封闭气体体积变为原来的一半,其中A汽缸内气体温度变为,求B汽缸内气体的温度(已知活塞移动过程中始终与汽缸紧密接触)。解题指导审题:读取题干获取信息两汽缸内壁光滑活塞不受摩擦力两活塞的横截面积分别为2S、S活塞受力面积不同,活塞平衡时两部分气体压强不相等B汽缸内气体的压强为3p0,大气压强为p0分析活塞整体受力时不能遗漏大气压力破题:1.以两个活塞及刚性杆整体为研究对象,分析受力,由平衡条件可求A气体压强;2.气体温度发生变化后,活塞移动距离相同,但两部分气体的体积变化不相同,要根据活塞面积和移动距离分别求出两部分气体的体积变化。3.确定好初末状态参量后,由理想气体状态方程求B汽缸内气体温度。答案

(1)2p0

(2)2.5T0解析

(1)初状态以两活塞及刚性杆为研究对象,由受力平衡可知pA0·2S+p0S=3p0S+p0·2S解得pA0=2p0。解得pA=3p0由两活塞及刚性杆受力平衡可得pA·2S+p0S=pBS+p0·2S变化后B汽缸内气体压强pB=5p0规律总结多个系统相互联系的恒定质量气体问题,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。若活塞可自由移动,一般要根据活塞的平衡状态确定两部分气体的压强关系。分层演练——拿高分练真题·明考向1.(命题角度3)(2022湖北卷)一定质量的理想气体由状态a变为状态c,其过程如p-V图像中a→c直线段所示,状态b对应该线段的中点。下列说法正确的是(

)A.a→b是等温过程B.a→b过程中气体吸热C.a→c过程中状态b的温度最低D.a→c过程中外界对气体做正功B解析

根据理想气体的状态方程

=C可知a→b过程气体温度升高,内能增加,且体积增大,气体对外界做功,则W<0,由热力学第一定律DU

=

W+Q可知,a→b过程中气体吸热,A错误,B正确;根据理想气体的状态方程

=C可知,p-V图像的坐标值的乘积反映温度,a状态和c状态的坐标值的乘积相等,而中间状态的坐标值乘积更大,a→c过程的温度先升高后降低,且状态b的温度最高,C错误;a→c过程气体体积增大,外界对气体做负功,D错误。2.(命题角度1)(2022湖南卷)如图所示,小赞同学设计了一个液体拉力测量仪。一个容积V0=9.9L的导热汽缸下接一圆管,用质量m1=90g、横截面积S=10cm2的活塞封闭一定质量的理想气体,活塞与圆管壁间摩擦不计。活塞下端用轻质细绳悬挂一质量m2=10g的U形金属丝,活塞刚好处于A位置。将金属丝部分浸入待测液体中,缓慢升起汽缸,使金属丝从液体中拉出,活塞在圆管中的最低位置为B。已知A、B间距离h=10cm,外界大气压强p0=1.01×105Pa,重力加速度g取10m/s2,环境温度保持不变。求:(1)活塞处于A位置时,汽缸中的气体压强p1;(2)活塞处于B位置时,液体对金属丝拉力F的大小。答案

(1)1.0×105Pa

(2)1N解析

(1)当活塞处于A位置时,对活塞与金属丝整体受力分析得p0S=p1S+(m1+m2)g代入数据解得p1=1.0×105

Pa。(2)当活塞处于B位置时,设汽缸内气体的压强为p2,则有p1V0=p2(V0+Sh)代入数据解得p2=9.9×104

Pa对活塞与金属丝整体受力分析得p0S=p2S+(m1+m2)g+F解得F=1

N。练模拟·提能力(命题角度4)(2023浙江1月选考)某探究小组设计了一个报警装置,其原理如图所示。在竖直放置的圆柱形容器内用面积S=100cm2、质量m=1kg的活塞密封一定质量的理想气体,活塞能无摩擦滑动。开始时气体处于温度TA=300K、活塞与容器底的距离h0=30cm的状态A。环境温度升高时容器内气体被加热,活塞缓慢上升d=3cm恰好到达容器内的卡口处,此时气体达到状态B。活塞保持不动,气体被继续加热至温度TC=363K的状态C时触动报警器。从状态A到状态C的过程中气体内能增加了ΔU=158J。取大气压p0=0.99×105Pa,求气体:(1)在状态B的温度;(2)在状态C的压强;(3)由状态A到状态C过程中从外界吸收的热量Q。答案

(1)330K

(2)1.1×105Pa

(3)188J解析

(1)根据题意可知,气体由状态A变化到状态B的过程中,封闭气体的压强不变,则有(2)从状态A到状态B的过程中,活塞缓慢上升,则pBS=p0S+mg解得pB=1×105

Pa根据题意可知,气体由状态B变化到状态C的过程中,气体的体积不变,则有(3)根据题意可知,从状态A到状态C的过程中气体对外做功为W0=pBSΔh=30

J由热力学第一定律有ΔU=W+Q解得Q=ΔU+W=188

J。3突破热考命题经典物理模型:充气、抽气、灌气、漏气问题模型建构1.充气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,那么当我们取容器内原有的气体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,就将变质量问题转化成等质量问题了。2.抽气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全部气体作为研究对象,这些气体状态不管怎样变化,其质量总是不变的。3.灌气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整体作为研究对象,将变质量问题转化为等质量问题。4.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,便可使变质量问题变成等质量问题,可用理想气体状态方程求解。考向分析充气、抽气、灌气、漏气问题的本质是变质量问题,涉及的情境有球类、轮胎的充气,氧气瓶灌装与分装等等,这也是高考命题的热点,解答的关键是通过灵活选择研究对象,把变质量问题转化为等质量问题,然后应用气体实验定律或理想气体状态方程求解。案例探究例题

一个带有阀门K、容积为2dm3的容器(容积不可改变)如图所示。先打开阀门让其与大气连通,再用打气筒向里面打气,打气筒活塞每次可以打进1.0×105Pa、200cm3的空气,忽略打气和用气时气体的温度变化。外界大气压强为p0=1×105Pa。(1)若要使气体压强增大到5.0×105Pa,应打多少次气?(2)若上述容器中装的是5.0×105Pa的氧气,现用它给容积为0.7dm3的真空瓶充气,使瓶中的气压最终达到符合标准的2.0×105Pa,则可充多少瓶?解题指导审题:读取题干获取信息容积不可改变打气前后、分瓶前后容器内气体的质量不管怎样变,容器内气体的体积不变,始终等于容器的容积先打开阀门让其与大气连通打气前容器内气体压强为大气压强忽略打气和用气时气体的温度变化打气过程是等温变化现用它给容积为0.7

dm3的真空瓶充气真空瓶充气前内部气体的体积和压强均为零破题:打气时气体做等温变化,巧妙地选取研究对象把变质量问题变为等质量问题:取原来容器内的气体和多次打入的气体之和为研究对象,利用玻意耳定律求解;分瓶时取分瓶之前容器内的高压氧气为研究对象,先求出把高压氧气降压至气压符合要求的氧气体积,再把这部分气压符合要求的氧气分瓶,注意扣除此时容器内的气压符合要求的氧气体积。解析

(1)设需要打气n次,因每次打入的气体相同,故可视n次打入的气体一次性打入,则气体的初状态:p1=1.0×105

Pa,V1=V0+nΔV末状态:p2=5.0×105

Pa,V2=V0其中V0=2

dm3,ΔV=0.2

dm3由玻意耳定律得p1V1=p2V2代入数据解得n=40。答案

(1)40

(2)4(2)以分瓶前容器中的氧气为研究对象,设气压为p3=2.0×105

Pa时气体的体积为V3由玻意耳定律得p2V2=p3V3代入数据解得V3=5

dm3真空瓶的容积为V瓶=0.7

dm3拓展在例题第(2)问求出可充的瓶数后,请继续思考,此时容器内剩余气体的压强是多少?答案

分充4瓶2.0×105Pa气压的氧气后,剩余2.0×105Pa气压的氧气的体积为V4=V3-4V瓶=2.2dm3,再把这部分气体放入原容器中,由玻意耳定律可得p3V4=pV0,代入数据解得p=2.2×105Pa。角度拓展1(2023湖南卷)汽车刹车助力装置能有效为驾驶员踩刹车省力。如图所示,刹车助力装置可简化为助力气室和抽气气室等部分,连杆AB与助力活塞固定为一体,驾驶员踩刹车时,在连杆AB上施加水平力推动液压泵实现刹车。助力气室与抽气气室用细管连接,通过抽气降低助力气室压强,利用大气压与助力气室的压强差实现刹车助力。每次抽气时,K1打开,K2闭合,抽气活塞在外力作用下从抽气气室最下端向上运动,助力气室中的气体充满抽气气室,达到两气室压强相等;然后,K1闭合,K2打开,抽气活塞向下运动,抽气气室中的全部气体从K2排出,完成一次抽气过程。已知助力气室容积为V0,初始压强等于外部大气压强p0,助力活塞横截面积为S,抽气气室的容积为V1。假设抽气过程中,助力活塞保持不动,气体可视为理想气体,温度保持不变。(1)求第1次抽气之后助力气室内的压强p1。(2)第n次抽气后,求该刹车助力装置为驾驶员省力的大小ΔF。解析

(1)以原助力气室中封闭的气体为研究对象,其经历等温膨胀过程,由玻意耳定律得p0V0=p1(V0+V1)角度拓展2如图甲所示,汽缸A的体积是汽缸B体积的1.5倍,汽缸C与汽缸B的体积相同。当活塞从汽缸A的最右端N移动到最左端M完成一次抽气时,K1打开、K2关闭。从M到N完成一次充气时,K1关闭、K2打开。某一次抽气前,活塞位于N处。如图乙所示,B、C中封闭有压强均为p0的同种理想气体。整个装置气密性和导热性良好,环境温度保持不变。求:(1)完成一次抽气后,汽缸B内气体的压强;(2)完成一次抽气和充气后,汽缸C内气体的压强。答案

(1)0.4p0

(2)1.6p0解析

(1)对容器B内的气体,初态压强p1=p0,体积为V;末态压强p2,体积为2.5V,则由玻意耳定律有p1V=p2·2.5V解得p2=0.4p0。(2)完成一次抽气和充气后,对A、C整体内的气体,由玻意耳定律p2×1.5V+p0V=pCV解得汽缸C内气体的压强pC=1.6p0。角度拓展3(2023山东潍坊一模)某医用氧气瓶容积为40L,瓶内贮有压强为9.6×106Pa的氧气,可视为理想气体。广泛用于野外急救的氧气袋容积为5L。将氧气瓶内的氧气分装到氧气袋,充气前袋内为真空,充气后袋内压强为1.2×106Pa。分装过程不漏气,环境温度不变。(1)最多可分装多少个氧气袋?(2)若将医用氧气瓶内的氧气依次分装到原为真空、容积为5L的若干个便携式钢瓶内,每次分装后,钢瓶内气体压强与氧气瓶内剩余气体压强相等,求分装30次后医用氧气瓶内剩余氧气的压强与分装前氧气瓶内氧气压强之比。解析

(1)选取氧气瓶内的氧气整体作为研究对象,初状态氧气压强p=9.6×106

Pa,设充满n个氧气袋后,氧气瓶内的氧气压强也为p'=1.2×106

Pa时,无法再给氧气袋充气,分装过程是等温变化,根据玻意耳定律得pV0=p'(V0+nV1)代入V0=40

L,V1=5

L,解得n=56。(2)根据玻意耳定律,分装一次有pV0=p1(V0+ΔV)分装两次p1V0=p2(V0+ΔV)分装三次