重难点17 热学（原卷版）-高考物理重点难点热点专题

重难点17热学重难点17热学1.命题情境源自生产生活中的与气体、液体、固体等热学探究情境，解题时能从具体情境中抽象出物理模型，正确应用相应知识点解决物理实际问题。2.考查知识主要集中在三个方面:①分子运动论;②气体;③固体、液体、气体物态变化④热力学定律和能量守恒定律3.计算题经常结合生活生产场景中与气体有关问题，利用气体实验定律和理想气体状态方程来解题。4.实验题经常出现油膜法估算分子直径和探究气体实验定律等实验。一分子动理论、内能及热力学定律1.分子动理论要掌握的“一个桥梁、三个核心”(1)宏观量与微观量的转换桥梁(2)分子模型、分子数①分子模型：球模型V＝eq\f(4,3)πR3，立方体模型V＝a3.②分子数：N＝nNA＝eq\f(m,Mmol)NA＝eq\f(V,Vmol)NA(固体、液体)．(3)分子运动：分子永不停息地做无规则运动，温度越高，分子的无规则运动越剧烈，即平均速率越大，但某个分子的瞬时速率不一定大．(4)分子势能、分子力与分子间距离的关系．2.理想气体相关三量ΔU、W、Q的分析思路(1)内能变化量ΔU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ΔU＝W＋Q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＝ΔU－Q分析气体做功情况．(3)气体吸、放热Q的分析思路：一般由公式Q＝ΔU－W分析气体的吸、放热情况．二固体、液体和气体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B＝eq\f(p,ps).4．对气体压强的两点理解(1)气体对容器壁的压强是气体分子频繁碰撞的结果，温度越高，气体分子数密度越大，气体对容器壁因碰撞而产生的压强就越大．(2)地球表面大气压强可认为是大气重力产生的．三气体实验定律与理想气体状态方程1．气体压强的几种求法(1)参考液片法：选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程，消去面积，得到液片两侧压强相等方程，求得气体的压强．(2)力平衡法：选与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得气体的压强．(3)等压面法：在连通器中，同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等．(4)加速运动系统中封闭气体压强的求法：选与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象，进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程求解．2．巧选“充气、抽气、灌气(分装)、漏气”问题中的研究对象——化变质量为定质量在“充气、抽气、灌气(分装)、漏气”问题中通过巧选研究对象可以把变质量问题转化为定质量的问题．(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，那么当我们取容器和口袋内的全部气体为研究对象时，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为定质量问题．(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，其解决方法同充气问题类似，假设把每次抽出的气体包含在气体变化的始末状态中，即把变质量问题转化为定质量问题．(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看作整体作为研究对象，可将变质量问题转化为定质量问题．(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，可将变质量问题转化为定质量问题．四气体的状态变化图象与热力学定律的综合问题1．一定质量的理想气体的状态变化图象与特点类别图象特点其他图象等温线pV＝CT(其中C为恒量)，pV之积越大，等温线温度越高，线离原点越远p＝CTeq\f(1,V)，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高等容线p＝eq\f(C,V)T，斜率k＝eq\f(C,V)，即斜率越大，体积越小等压线V＝eq\f(C,p)T，斜率k＝eq\f(C,p)，即斜率越大，压强越小2.对热力学第一定律的考查有定性判断和定量计算两种方式(1)定性判断利用题中的条件和符号法则对W、Q、ΔU中的其中两个量做出准确的符号判断，然后利用ΔU＝W＋Q对第三个量做出判断．(2)定量计算一般计算等压变化过程的功，即W＝p·ΔV，然后结合其他条件，利用ΔU＝W＋Q进行相关计算．(3)注意符号正负的规定若研究对象为气体，对气体做功的正负由气体体积的变化决定．气体体积增大，气体对外界做功，W<0；气体的体积减小，外界对气体做功，W>0.（建议用时：30分钟）1．（2024·云南昆明·统考一模）升降椅简化结构如图所示，座椅和圆柱形导热汽缸固定在一起，汽缸内封闭了一定质量的理想气体。若封闭气体不泄漏且环境温度恒定，人坐上座椅到最终气体状态稳定的过程中，下列说法正确的是（）A．封闭气体的内能增加 B．封闭气体对外界做正功C．封闭气体向外界放出了热量 D．封闭气体的分子平均动能增大2．一定质量的理想气体从状态A缓慢经过B、C、D再回到状态A，其热力学温度T和体积V的关系图像如图所示，BA和CD的延长线均过原点O，气体在状态A时的压强为，下列说法正确的是（）A．过程中气体向外界放热B．过程中气体分子的平均动能不断增大C．过程中气体分子在单位时间内对容器壁的碰撞次数不断减少D．过程中气体的温度升高了3．一定质量的理想气体由状态a经状态b变为状态c，其过程如图中直线段所示，已知气体在三个状态的内能分别为、、，则（

）A． B．C． D．4．（2024·辽宁沈阳·统考一模）2021年2月21日~4月2日，“深海一号”钻井平台搭载“蛟龙”号潜艇赴西北太平洋深渊区开展7000米级作业。若开始下潜时，“蛟龙”号潜艇内气体温度为、压强为，当下潜到某一深度时，艇内温度降到。潜艇内气体视为理想气体，体积和质量不变，下列关于艇内气体的说法，正确的是（

）A．时，压强约为 B．时，压强约为C．下潜过程中，内能增加 D．下潜过程中，吸收热量二、多选题5．关于以下几幅图，下列说法正确的是（）A．图1实验表明，大量的豆粒对秤盘的频繁碰撞对秤盘产生了一个持续的均匀的压力，气体压强就是这样产生的B．图2中，对应曲线为同一气体在温度较高时的速率分布图C．图3是布朗运动产生原因的示意图，可以看出，微粒越大，液体分子沿各方向撞击它的数量越多，布朗运动越明显D．图4中，若抽掉绝热容器中间的隔板，气体的温度不变E．图5中，液体表面层分子间相互作用表现为引力，正是因为引力才使得水黾可以停在水面上6．如图所示，开口向上、内壁光滑密封完好的绝热气缸水平放置，在气缸M、N两处设有卡口，厚度不计但具有一定质量的活塞只能在M、N之间运动。开始时活塞停在处，缸内压强为，温度为，现用缸内电热丝缓慢加热，使活塞运动到处，此时缸内压强为，温度为，再持续加热至温度为。已知外界大气压为，缸内气体可视为理想气体。则整个过程中气缸内气体的p-T图像及相关的说法正确的是（）

A．p-T图像可能如图甲所示。活塞上移过程中，气体对外做功，内能增加B．p-T图像可能如图乙所示。活塞静止于卡口M处，加热时缸内气体分子动能增加C．p-T图像可能如图丙所示。与时刻，某些气体分子的动能可能相同D．p-T图像可能如图丁所示。从到过程，气体分子与气缸底部平均作用力增大7．小明同学为测定某高原的大气压强进行以下实验。将总长L=24cm的玻璃管开口端向下竖直插入装有水银的烧杯中，并使玻璃管内外的液面相平，如图1所示，测得玻璃管内封闭空气的长度。，然后将玻璃管缓慢地竖直上提，移出烧杯，如图2所示，测得玻璃管内水银柱的长度，已知一个标准大气压等于76cm水银柱高，记作，室内温度。（1）玻璃管缓慢上提过程中，封闭气体（选填“吸收”或“释放”）热量；（2）求高原的大气压强为多少厘米的水银柱高？（3）若将玻璃管转置开口向上，并加热使水银柱刚好移到管口，如图3所示，求此时管内气体的温度为多少？若要将水银全部溢出，求需要将管内气体加热到多少温度？8．高压氧舱是进行高压氧疗的设备。高压氧舱根据气压和氧气浓度的不同分为医用氧舱和民用氧舱。某一民用高压氧舱内气体压强为1.5倍大气压，温度为，体积为，密度为。（1）升高气体温度并释放出舱内部分气体以保持压强不变，求气体温度升至时，释放出气体的质量；（2）保持温度27℃不变，再释放出舱内部分气体使舱内压强降至1.2倍大气压，求释放出气体的质量。

（建议用时：30分钟）一、单选题1．“天宫课堂”中，宇航员王亚平演示了“液桥演示实验”，即在太空中，两个塑料板间用水搭建一座长约10cm的桥，如图1。受其启发，某学生设想“天地同一实验”，固在空间站和地面做同一个实验，观察实验现象，下列说法正确的是（）

A．液桥的建立是由于液体表面存在张力，在地面做相同实验，也能观察到同样长度的桥B．用图2中的器材做单摆实验，空间站和地面实验现象相同C．图3相同密闭容器内装着完全相同的气体，在相同温度下，空间站和地面容器内气体压强不同D．图4将两端开口的圆柱形毛细管竖直插入水中，相同装置在空间站和地面观察到管中液面升高的高度不同2．如图所示，一定质量的某种理想气体，沿图像中箭头所示方向，从状态开始先后变化到状态、，再回到状态。已知状态气体温度为。则下列说法正确的是（）（绝度零度取）

A．气体在状态时的温度为B．从状态的过程中，气体对外界做功C．气体在过程中放出热量D．气体在过程中单位时间内撞击单位面积器壁上的气体分子个数增多3．一定质量理想气体的状态变化如图所示，该图由4段圆弧组成，表示该气体从状态a依次经状态b、c、d，最终回到状态a的状态变化过程，则下列说法正确的是（）A．从状态a到状态c是等压膨胀B．从状态c到状态d是等温变化C．从状态a到状态c，气体对外做功，内能减小D．从状态a经b、c、d回到状态a，气体放出热量4．（2024·广东惠州·统考二模）如图所示，一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p-V图中从a到b的直线所示，在此过程中（）

A．气体温度一直下降 B．气体的内能先增大后减小C．外界对气体一直做正功 D．气体吸收的热量一部分用于对外做功二、多选题5．（2024·四川内江·统考一模）喷雾型防水剂是现在市场上广泛销售的特殊防水剂。其原理是防水剂在玻璃上形成一层薄薄的保护膜，形成类似于荷叶外表的效果，水滴以椭球形分布在玻璃表面，无法停留在玻璃上，从而在遇到雨水的时候，雨水会自然流走，保持视野清晰，如图所示。下列说法正确的是（）A．雨水分子在永不停息地做无规则运动B．照片中的玻璃和水滴之间发生了浸润现象C．水滴呈椭球形是液体表面张力和重力共同作用的结果D．照片中水滴表面分子比水滴的内部密集E．水滴与玻璃表面接触的那层水分子间距比水滴内部的水分子间距大6．（2023·四川乐山·统考一模）一定质量的理想气体从状态a开始，经历ab、bc、ca三个过程回到原状态a，变化过程的图像如图所示，关于理想气体经历的三个过程，下列说法正确的是（）A．a、b两状态下气体温度之比为1：1B．bc过程中，气体一定从外界吸热C．bc过程中，气体体积变小，外界对气体做功D．ca过程中，气体压强增大，温度升高E．ab过程中，气体分子的平均动能保持不变三、解答题7．（2024·吉林白山·统考一模）如图是模拟汽车上常用的一种减震装置—气体弹簧的简化模型结构图。直立圆柱形密闭气缸导热良好，面积为的活塞通过连杆与车轮轴连接。初始时重力忽略不计的气缸内密闭一段长度为，压强等于大气压强的理想气体。气缸与活塞间的摩擦忽略不计。车辆载重时相当于在气缸顶部增加一个物体A，稳定时汽车重量由减震装置支撑，且封闭气体被压缩了，气体温度保持不变。（1）求物体A的重力大小；（2）为使气缸升到原位置，求需向气缸内充入与气缸温度相同大气的体积。8．（2024·青海·校联考一模）医院用的氧气瓶（导热性良好）如图所示，氧气瓶通过细管和右边封闭的均匀玻璃直管（导热性良好，且其容积相对氧气瓶的容积可以忽略不计）相连，玻璃直管内用一很薄的水银片（质量和厚度不计）在玻璃管下方封闭了一段空气柱，开始时瓶内氧气的压强为10个标准大气压，封闭的空气柱的长度为，随着氧气的使用，一段时间后发现水银片上升了（未到达玻璃管顶部），使用过程中环境的热力学温度变成了原来的，已知一个标准大气压为，氧气与空气均视为理想气体。求：（1）此时氧气瓶内的压强；（2）此时瓶内剩余氧气的质量占原来氧气总质量的百分比。9．一个密闭容器内封闭有m=20g可视为理想气体的氧气，氧气从状态A变化到状态B再变化到状态C，其状态变化过程的图像如图中带箭头的实线所示，已知氧气的摩尔质量为M=32g/mol，阿伏加德罗常数为，一个标准大气压为。求：（1）密闭容器中所封闭氧气分子的个数n及每个氧气分子的质量（结果保留2位有效数字）；（2）由状态A到C的整个过程中，被封闭氧气与外界间传递的热量Q。

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