2025版《新亮剑》高中物理：第十五章 热学含答案

2025版《新亮剑》高中物理：第十五章热学第十五章热学核心素养考点内容高考真题备考建议物理观念分子动理论、固体、液体、气体的性质、热力学定律2023全国甲T33(气体实验定律、热力学第一定律)2023全国乙T33(内能、气体实验定律)2023全国新课标T8(理想气体状态方程)2022全国甲T33(p-T图像、气体实验定律)2022全国乙T33(T-V图像、热力学第一定律、气体实验定律)2023海南T3(分子动理论)2023广东T13(p-V图、气体实验定律)2023北京T15(分子动理论)2023辽宁T5(p-V图、气体实验定律)2023江苏T3(P-T图、气体实验定律)2023湖南T13(气体实验定律)2023湖北T13(气体实验定律)2023海南T16(气体实验定律)2023山东T13(实验:探究等温情况下气体压强与体积的关系)2023江苏T9(实验:探究等温情况下气体压强与体积的关系)2022湖北T3(气体实验定律、热力学第一定律)2022湖南T15(分子动理论、热力学第一定律、气体实验定律)2022辽宁T6(热力学第一定律、气体实验定律)2022广东T15(气体实验定律、热力学第一定律)2022河北T15(内能、热力学第一定律、气体实验定律)2022山东T5(热力学第一定律、分子动理论)高考对本部分的考查方向比较广泛,每个知识点都有可能涉及,既有选择题,又有计算题。考查的具体内容主要包括以下几个方面:①分子动理论、固体和液体的性质;②热力学定律和气体状态变化的图像问题;③结合汽缸模型、U形管模型、直管模型、L形管模型以及生活生产中的器皿,考查气体实验定律和气体状态方程科学思维气体实验定律与热力学定律的应用科学探究油膜法测分子的大小、探究等温下气体的压强与体积的关系科学态度与责任基于对热力学的认识,讨论合理开发利用能源问题,明确两类永动机不可能制成第1讲分子动理论内能对应学生用书P329考点一微观量估算的两种模型1.分子的大小(1)分子的直径(视为球模型):数量级为①m。

(2)分子的质量:数量级为10-26kg。2.阿伏加德罗常数(1)1mol的任何物质都含有相同的粒子数。通常可取NA=②mol-1。

(2)阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁。答案①10-10②6.02×1.两种分子模型(1)球体模型:把分子看成球形,分子的直径d=36(2)立方体模型:把分子看成小立方体,其边长d=3V0。适用于固体、液体和气体(对气体,d为分子间距2.宏观量与微观量的相互关系(1)微观量:分子体积V0、分子直径d、分子质量m0等。(2)宏观量:物体的体积V、密度ρ、质量m、摩尔质量Mmol、摩尔体积Vmol、物质的量n等。(3)几个重要关系已知量可求量摩尔体积Vmol分子体积V0=VmolNA分子占据体积V占=VmolNA摩尔质量Mmol分子质量m0=M体积V和摩尔体积Vmol分子数目N=VVmolNA(质量m和摩尔质量Mmol分子数目N=mMmol角度1微观量估算的球体模型(多选)钻石是首饰、高强度钻头和刻刀等工具中的主要材料,设钻石的密度为ρ(单位为kg/m3),摩尔质量为M(单位为g/mol),阿伏加德罗常数为NA。已知1克拉=0.2g,则下列选项正确的是()。A.a克拉钻石物质的量为0.2B.a克拉钻石所含有的分子数为0.2C.每个钻石分子的质量为ND.每个钻石分子直径的表达式为36M×10答案ABD解析a克拉钻石的质量为0.2a克,得物质的量为0.2aM,所含分子数为0.2aM×NA,A、B两项正确;根据阿伏加德罗常数的意义知,每个钻石分子的质量m=MNA,C项错误;每个钻石分子的体积为M×10-3ρNA,固体分子看作球体,V=43πR3=43角度2微观量估算的立方体模型(2024届松滋月考)肺活量检测是中学生体质检测中的一项重要内容。肺活量指一次尽力吸气后,再尽力呼出的气体量。在某次体质检测中发现某男同学肺活量为3500毫升,在呼出的气体中水蒸气大约占总体积的6%。已知此时水蒸气的密度ρ=0.6kg/m3,水蒸气的摩尔质量M=18g/mol,阿伏加德罗常数NA=6×1023mol-1。关于该同学这次呼出气体的说法正确的是()。A.水蒸气的体积为2.1×10-3m3B.含有的水分子物质的量为0.07molC.含有的水分子的数量为4.2×1021个D.含有的水蒸气的质量为1.26×10-2g答案C解析由题意可知一次呼出的水蒸气的体积V=3500×10-6×6%m3=2.1×10-4m3,A项错误;一次呼出的水蒸气的质量m=ρV=0.6×2.1×10-4kg=1.26×10-4kg=0.126g,含有的水分子物质的量n=mM=0.12618mol=0.007mol,B、D两项错误;含有的水分子的数量N=nNA=0.007×6×1023个=4.2×1021个,考点二扩散现象、布朗运动与分子热运动1.分子热运动分子永不停息地做①运动。

2.扩散现象(1)扩散现象是相互接触的不同物质彼此进入对方的现象。(2)扩散现象就是分子的运动,发生在固体、液体、气体任何两种物质之间。(3)温度②,扩散越快。

3.布朗运动(1)布朗运动是悬浮在液体(或气体)中的微粒的无规则运动。(2)布朗运动③分子的运动,但它反映了液体(或气体)分子的无规则运动。

(3)微粒④,温度⑤,布朗运动越明显。

答案①无规则②越高③不是④越小⑤越高用显微镜观察炭粒的运动,每隔30s记下三颗炭粒的位置,用折线分别依次连接这些点,如图所示。(1)图中折线是否为炭粒的运动径迹?是否为水分子的运动径迹?(2)能否预测炭粒下一时刻的位置?(3)温度越高,现象有何不同?答案(1)图中折线不是炭粒的运动径迹,也不是水分子的运动径迹;(2)因炭粒做无规则运动,不能预测炭粒下一时刻的位置;(3)温度越高,炭粒无规则运动越剧烈。角度1扩散现象的特点及应用(2024届南平质检)福建南平茶文化久负盛名,“风过武夷茶香远”“最是茶香沁人心”。人们在泡大红袍茶时茶香四溢,下列说法正确的是()。A.茶香四溢是扩散现象,说明分子间存在着相互作用力B.茶香四溢是扩散现象,泡茶的水温度越高,分子热运动越剧烈,茶香越浓C.茶香四溢是因为布朗运动,说明分子间存在着相互作用力D.茶香四溢是因为布朗运动,说明分子在永不停息地做无规则运动答案B解析茶香四溢是因为茶水的香味分子不停地做无规则的热运动,扩散到空气中,是扩散现象,这不能说明分子间存在着相互作用力;物体温度越高,分子的无规则热运动越剧烈,所以茶水温度越高,分子的热运动越剧烈,茶香越浓。B项正确。角度2分子热运动的特点及应用(多选)同学们也许吃过味道鲜美的烤鸭,烤鸭在烤制过程中没有添加任何调料,只是在烤制之前,把烤鸭放在腌制汤中腌制一定的时间,盐就会进入肉里。下列说法正确的是()。A.如果让腌制汤温度升高,盐进入鸭肉的速度就会加快B.烤鸭的腌制过程说明分子之间有引力,把盐分子吸进鸭肉里C.在腌制汤中,有的盐分子进入鸭肉,有的盐分子从鸭肉里面出来D.把鸭肉放入腌制汤后立刻冷冻,将不会有盐分子进入鸭肉答案AC解析盐分子进入鸭肉是因为发生了扩散,温度越高,扩散得越快,A项正确;盐进入鸭肉是因为盐分子的无规则运动,并不是因为分子引力,B项错误;盐分子永不停息地做无规则运动,有的进入鸭肉,有的离开鸭肉,C项正确;冷冻后,仍然会有盐分子进入鸭肉,只不过速度慢一些,D项错误。扩散现象、布朗运动与热运动的比较扩散现象布朗运动热运动活动主体分子固体微小颗粒分子区别是分子的运动,发生在固体、液体、气体任意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剧烈联系扩散现象、布朗运动都反映了分子做无规则的热运动考点三分子力和内能1.分子间的作用力分子间同时存在引力和斥力,且都随分子间距离的增大而①,随分子间距离的减小而②,但斥力变化得较快。

2.分子动能与分子势能(1)分子平均动能a.所有分子动能的③。

b.④是分子平均动能的标志。

(2)分子势能由分子间的⑤决定的能,在宏观上分子势能与物体⑥有关,在微观上与分子间的⑦有关。

3.物体的内能(1)内能:物体中所有分子的⑧与⑨的总和。

(2)决定因素:⑩、和物质的量。

(3)影响因素:物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小。

(4)改变物体内能的两种方式:和。

4.温度(1)一切达到热平衡的系统都具有相同的。

(2)两种温标摄氏温标和热力学温标。关系:T=t+273.15K。答案①减小②增大③平均值④温度⑤相对位置⑥体积⑦距离⑧热运动动能⑨分子势能⑩温度体积无关做功传热温度分子间的作用力、分子势能与分子间距离的关系分子力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引=F斥,F=0Ep最小,但不一定为零r>10r0引力和斥力都很微弱,F=0Ep=0(取无穷远处的分子势能为0)角度1物体内能的理解(2024届大连质检)关于物体的内能,下列说法正确的是()。A.相同质量的两种物质,升高相同的温度,内能的增加量一定相同B.物体的内能改变时温度不一定改变C.内能与物体的温度有关,所以0℃的物体内能为零D.分子数和温度都相同的物体一定具有相同的内能答案B解析相同质量的不同种物质,升高相同的温度,吸收的热量不一定相同,A项错误;物体内能改变时温度不一定改变,比如零摄氏度的冰融化为零摄氏度的水,内能增加,B项正确;分子在永不停息地做无规则运动,可知任何物体在任何状态下都有内能,C项错误;物体的内能与分子数、物体的温度和体积三个因素有关,分子数和温度都相同的物体不一定有相同的内能,D项错误。分析物体内能问题的四点提醒(1)内能是对宏观物体而言的,不存在某个分子内能的说法。(2)决定内能大小的因素为物质的量、温度、体积。(3)通过做功或传热可以改变物体的内能。(4)温度是分子平均动能的标志,相同温度的任何物体,分子的平均动能均相同。角度2分子间的作用力(2024届重庆期末)空间中有两个分子M、N,现将分子M固定,将分子N在某位置由静止释放,N仅在分子力作用下远离M,其速度和位移的图像如图所示,则()。A.N由0到x1过程中,M、N间作用力表现为引力B.N由x1到x2过程中,分子间只有引力C.N在x=x1时,M、N间分子力最大D.N由0到x2过程中,M、N系统的分子势能先减小后增大答案D解析由题图可知,在x=x1处N分子的动能最大,则分子力做功最多,分子势能最小,则x=x1处为平衡位置,此时分子力为零(最小),当x<x1时,分子力表现为斥力,x>x1时,分子力表现为引力,A、B、C三项错误;N由0到x=x2过程中,分子力先做正功后做负功,则M、N系统的分子势能先减小后增大,D项正确。角度3分子力做功与分子势能(2023年海南卷)下列关于分子力和分子势能的说法正确的是()。A.分子间距离大于r0时,分子间表现为斥力B.分子从无限远靠近到距离r0处过程中分子势能变大C.分子势能在r0处最小D.分子间距离小于r0且减小时,分子势能在减小答案C解析分子间距离大于r0,分子间的作用力表现为引力,分子从无限远靠近到距离r0处过程中,分子力做正功,分子势能减小,则在r0处分子势能最小;继续减小距离,分子间的作用力表现为斥力,分子力做负功,分子势能增大。C项正确。见《高效训练》P1131.(2024届徐州一模)关于热现象,下列说法正确的是()。A.固体与固体之间,也能发生分子扩散现象B.液体分子的无规则运动称为布朗运动C.气体吸热,其内能一定增加D.0℃水结成冰的过程中,其分子势能增加答案A解析任何两个物体之间,都能发生分子扩散现象,A项正确;布朗运动是指悬浮在液体中的固体小颗粒的运动,不是液体分子的无规则运动,B项错误;气体吸热,如果同时对外做功,根据热力学第一定律可知其内能可能不变或减小,C项错误;0℃水结成冰的过程中,需要放热,同时因为体积增大物体对外做功,根据热力学第一定律可知内能减小,又因为温度不变,总的分子动能不变,所以可得总的分子势能减小,D项错误。2.(2024届杭州一模)下列说法正确的是()。A.布朗运动就是液体分子的无规则热运动B.气体与液体分子可以自由移动而固体分子不会发生运动C.热力学温度升高1K和摄氏温度升高1℃对应的温度变化量相同D.水蒸气凝结成小水珠的过程中,水分子间的引力增大,斥力减小答案C解析布朗运动是指悬浮在液体(或气体)中的固体小颗粒的无规则运动,反映了液体(或气体)分子的无规则热运动,A项错误;一切物质的分子,都在永不停息地做无规则的热运动,B项错误;根据T=273K+t,可知ΔT=Δt,即热力学温度升高1K和摄氏温度升高1℃对应的温度变化量相同,C项正确;水分子在气态下引力、斥力忽略不计,凝结成液态,分子间距减小,引力和斥力同时增大,D项错误。3.已知阿伏加德罗常数为NA,水的摩尔质量为M(kg/mol),密度为ρ(kg/m3)。下列叙述正确的是()。A.1瓶矿泉水(约300mL)所含的水分子个数约为300ρMB.M(kg)水所含的分子个数是MρNC.1个水分子的质量是ρD.1个水分子的体积大约是M答案D解析1瓶矿泉水质量M0=3ρ×10-4kg,所含的水分子个数约为N=M0M·NA=3ρ×10-4M·NA,A项错误;M(kg)水所含的分子个数N'=MMNA=NA,B项错误;1个水分子的质量m=1NAM,1个水分子的体积4.(2024届西安二模)有关物体的内能,下列说法正确的是()。A.物体温度升高,组成物体的分子的平均动能增大B.物体被举高后,组成物体的分子的分子势能增大C.物体运动速度增大,其内能一定增大D.物体对外界做功,其内能一定减小答案A解析温度是分子平均动能的标志,物体温度升高,组成物体的分子的平均动能增大,A项正确;物体被举高后,宏观的重力势能增加,对于微观的分子势能没有影响,B项错误;物体速度增大,其动能增大,对其内能没有影响,C项错误;若物体对外界做功的同时吸收热量,其内能不一定减小,D项错误。5.(2024届湖南联考)(多选)PM2.5是指空气中直径小于或等于2.5微米的悬浮颗粒物,其飘浮在空中做无规则运动,很难自然沉降到地面,被人体吸入后会进入血液对人体造成危害。在静稳空气中,下列关于PM2.5的说法中正确的是()。A.在其他条件相同时,温度越高,PM2.5的运动越剧烈B.PM2.5在空气中的运动属于分子热运动C.周围大量空气分子对PM2.5碰撞的不平衡使其在空中做无规则运动D.悬浮颗粒物越大,其无规则运动越剧烈答案AC解析PM2.5的运动是布朗运动,不是分子的热运动,是空气分子无规则运动对PM2.5微粒的撞击不平衡造成的,B项错误,C项正确;温度越高,空气分子无规则运动越剧烈,对PM2.5微粒的撞击不平衡越明显,PM2.5的运动越剧烈,A项正确;悬浮颗粒物越大,撞击越容易平衡,无规则运动就没有小颗粒物的剧烈,D项错误。6.(2024届银川期末)两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图中曲线所示,曲线与r轴交点的横坐标为r0,相距很远的两分子在分子力作用下,由静止开始相互接近,若两分子相距无穷远时分子势能为零,下列说法正确的是()。A.在r>r0阶段,F做负功,分子动能减小,势能也减小B.在r<r0阶段,F做正功,分子动能增加,势能减小C.在r=r0时,分子势能最小,动能最大D.在r=r0时,分子势能为零答案C解析在r>r0阶段,分子力表现为引力,F做正功,分子动能增大,势能减小,A项错误;在r<r0阶段,分子力表现为斥力,F做负功,分子动能减小,势能增加,B项错误;根据上面选项分析可知在r=r0时,分子势能最小,并且小于零,动能最大,C项正确,D项错误。7.(2024届北京一模)关于质量相等的100℃的水和100℃的水蒸气,下列说法正确的是()。A.水的内能比水蒸气的内能大B.液态水中的水分子的热运动比水蒸气中的水分子的热运动剧烈C.液态水中的每个水分子的速率都和水蒸气中的水分子的速率一样大D.液态水中的水分子的平均动能和水蒸气中的水分子的平均动能一样大答案D解析内能的大小与温度、质量和状态有关,同温度的水变成同温度的水蒸气要吸热,因此相同质量、相同温度的水和水蒸气,水的内能比水蒸气的内能小,A项错误;分子热运动的剧烈程度与温度有关,质量相等的100℃的水和100℃的水蒸气,由于两者的温度相同,液态水中的水分子的热运动与水蒸气的热运动剧烈程度相同,液态水中的水分子的平均动能和水蒸气中的水分子的平均动能一样大,则平均速率一样大,而分子的运动是无规则的,并不是每个分子的速率都一样大,B、C两项错误,D项正确。8.(2024届呼伦贝尔期末)(多选)下列四幅图分别对应四种说法,其中正确的是()。A.水面上单分子油膜示意图B.显微镜下微粒运动位置的连线C.分子间的作用力与分子距离的关系D.模拟气体压强产生的机理实验A.分子并不是球形,但可以当作球形处理,这是一种估算方法B.微粒的运动就是物质分子的无规则热运动,即布朗运动C.当两个相邻的分子间距离为r0时,它们之间相互作用的引力和斥力大小相等D.实验说明气体的压强是因为气体受到重力答案AC解析分子并不是球形,但可以当作球形处理,这是一种估算方法,A项正确;微粒的运动叫布朗运动,它不是物质分子的无规则热运动,B项错误;当两个相邻的分子间距离为r0时,它们相互作用的引力和斥力大小相等,分子力的合力等于零,C项正确;实验说明气体压强是因为气体分子对器壁的持续碰撞,D项错误。9.(2024届济南期末)某同学查得济南市某日的天气预报如图所示,下列说法正确的是()。A.当空气质量显示为霾时,空气中一些细颗粒物的分子在空气中做无规则的布朗运动B.从上午7点到下午1点,空气分子中速率较大的分子在总分子中的占比逐渐变大C.若温度降为8℃,水蒸气液化为露珠的过程中,分子间引力减小,斥力增大D.若温度降为8℃,水蒸气液化为露珠的过程中,分子势能增大答案B解析当空气质量显示为霾时,空气中一些细颗粒物在空气中做无规则的布朗运动,而不是分子做布朗运动,A项错误;温度是分子热运动平均动能的标志,从上午7点到下午1点,温度逐渐升高,空气分子中速率较大的分子在总分子中的占比逐渐变大,B项正确;若温度降为8℃,水蒸气液化为露珠的过程中,分子间的距离逐渐变小,引力和斥力均增大,C项错误;若温度降为8℃,水蒸气液化为露珠的过程中,分子力表现为引力,且做正功,所以势能减小,D项错误。10.(2024届浙江联考)航天员在“天宫课堂”中,将分别粘有水球的两块透明板慢慢靠近,直到两个水球融合在一起,再把两板慢慢拉开,水在两块板间形成了一座“水桥”。这为我们展示了微重力环境下液体表面张力的特性。“水桥”表面与空气接触的薄层叫表面层,已知分子间作用力F和分子间距r的关系如图所示。下列说法正确的是()。A.可以推断水和透明板是不浸润的B.航天员把两板慢慢拉开形成“水桥”的过程,“水桥”表面层相邻水分子间的分子势能变小C.航天员把两板慢慢拉开形成“水桥”的过程,“水桥”表面层相邻水分子间的分子力做负功D.航天员放开双手,两板吸引到一起,该过程表面层相邻水分子间的作用力与分子间的距离的关系与图中的A到B过程相对应答案C解析由题意可知水和透明板是浸润的,A项错误;分子间距离从r0左右增大到大于r0的过程中,分子力表现为引力,做负功,则分子势能增大,B项错误,C项正确;航天员放开双手,两板吸引到一起,分子间作用力为引力,该过程水分子间的作用力与分子间的距离的关系与图中的C到B过程相对应,D项错误。11.(2024届苏北一模)如图所示,有一分子位于坐标原点O处不动,另一分子位于x轴上,纵坐标表示这两个分子的分子势能Ep,分子间距离为无穷远时,分子势能Ep为0,则另一分子()。A.在x0处所受分子力为零B.从x1处向左移动,分子力一直增大C.从x1处向右移动,分子力一直增大D.在x2处由静止释放可运动到x0处答案B解析在x0处所受分子力不为零,在x1处所受分子力为零,A项错误;从x1处向左移动,由图像斜率可知,分子力一直增大,B项正确;从x1处向右移动,分子力先增大后减小,C项错误;由分子势能曲线看出,分子在x2处由静止释放不能运动到x0处,D项错误。12.(2024届衡水月考)轿车中的安全气囊能有效保障驾乘人员的安全。轿车在发生一定强度的碰撞时,叠氮化钠(亦称“三氮化钠”,化学式为NaN3)受撞击完全分解产生氮气充入气囊。若充入氮气后安全气囊的容积V=56L,气囊中氮气的密度ρ=1.25kg/m3,已知氮气的摩尔质量M=28g/mol,阿伏加德罗常数NA=6×1023mol-1,请估算:(结果保留2位有效数字)(1)一个氮气分子的质量m。(2)气囊中氮气分子的总个数N。(3)气囊中氮气分子间的平均距离r。解析(1)一个氮气分子的质量m=MNA≈4.7×10-26(2)设气囊内氮气的物质的量为n,则有n=ρVN=nNA解得N=1.5×1024(个)。(3)气体分子间距较大,可以认为每个分子占据一个边长为r的立方体,则有r3=V解得r≈3.3×10-9m。第2讲固体、液体和气体对应学生用书P332考点一固体和液体1.固体(1)分类:固体分为①和②两类。晶体又分为③和④。

(2)晶体和非晶体的比较分类比较晶体非晶体单晶体多晶体外形有规则的几何形状无规则的几何形状无规则的几何形状熔点确定⑤

不确定物理性质各向异性⑥

各向同性典型物质石英、云母、明矾、食盐各种金属玻璃、橡胶、蜂蜡、松香、沥青转化晶体和非晶体在一定条件下可以相互⑦

2.液体液体的表面张力(1)作用效果:液体的表面张力使液面具有⑧的趋势,使液体表面积趋于最小,而在体积相同的条件下,⑨形表面积最小。

(2)方向:表面张力跟液面⑩,跟这部分液面的分界线。

(3)形成原因:表面层中分子间距离比液体内部分子间距离大,分子间作用力表现为。

3.液晶(1)液晶的物理性质a.具有液体的。

b.具有晶体的。

(2)液晶的微观结构从某个方向上看,其分子排列比较整齐,但从另一个方向看,分子的排列是杂乱无章的。答案①晶体②非晶体③单晶体④多晶体⑤确定⑥各向同性⑦转化⑧收缩⑨球⑩相切垂直引力流动性光学各向异性液体放在玻璃管中,液面与管壁接触的位置是弯曲的,但有的向上弯(水银在玻璃管中),有的向下弯(水在玻璃管中)(如图所示)。这是浸润与不浸润两种现象的区别。(选填“水”或“水银”)

角度1晶体和非晶体(2024届上海期末)(多选)在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上石蜡,用烧热的针尖分别接触其背面一点,石蜡熔化的范围分别如图1、2、3所示。而三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图4所示,则下列说法中正确的是()。A.甲是非晶体B.乙不可能是金属薄片C.丙在一定条件下可能转化成乙D.丙熔化过程中,温度不变,则内能不变答案BC解析甲、丙具有确定的熔点,且丙表现出导热的各向异性,则丙一定是单晶体,甲可能是多晶体或者在导热性上不具各向异性的单晶体,A项错误;乙不具备确定的熔点,故乙为非晶体,而金属块是多晶体,B项正确;晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化,C项正确;晶体在熔化过程中,温度不变,分子平均动能不变,吸收热量,分子势能增加,内能增大,D项错误。区别晶体和非晶体的方法(1)要判断一种物质是晶体还是非晶体,关键是看有无确定的熔点,有确定熔点的是晶体,无确定熔点的是非晶体。(2)几何外形是指自然生成的形状,若形状规则,是单晶体;若形状不规则,有两种可能,即为多晶体或非晶体,凭此一项不能最终确定物质是否为晶体。(3)从导电、导热等物理性质来看,物理性质各向异性的是单晶体,各向同性的可能是多晶体,也可能是非晶体。角度2液体(2024届阜新期末)(多选)关于液体的表面张力,下列说法正确的是()。A.液体与大气相接触的表面层内,分子间的作用表现为相互吸引B.液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部C.布雨伞能够遮雨,其原因之一是液体表面存在张力D.荷叶上的露珠呈球形的主要原因是液体的表面张力答案ACD解析液体与大气相接触,液体表面层分子间距离大于液体内部分子间的距离,表面层分子间的作用表现为相互吸引,A项正确;表面张力产生在液体表面层,方向平行于液体表面,B项错误;雨水不能透过布雨伞,是因为液体表面存在张力,C项正确;荷叶上的露珠呈球形,是液体表面张力使其表面积具有收缩到最小趋势的缘故,D项正确。液体表面张力的理解形成原因表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大,分子间的相互作用力表现为引力表面特性表面层分子间的引力使液面产生了表面张力,使液体表面好像一层绷紧的弹性薄膜表面张力的方向和液面相切,垂直于液面上的各条分界线表面张力的效果表面张力使液体表面具有收缩趋势,使液体表面积趋于最小,而在体积相同的条件下,球形的表面积最小(2024届江苏一模)将粗细不同的两端开口的玻璃细管插入盛有某种液体的玻璃容器里,下列各图中可能正确的是()。ABCD答案B解析若液体不浸润玻璃时,在玻璃的细管内会下降,并形成向上凸起的球面,A项错误;若液体浸润玻璃时,液体在玻璃的细管内会上升,并形成向下凹陷的球面,且细管越细,液柱上升越高,B项正确,C、D两项错误。角度3液晶液晶显示器是一种采用液晶为材料的显示器,由于机身薄、省电、辐射低等优点深受用户的青睐。下列关于液晶的说法正确的是()。A.液晶都是人工合成的,天然的液晶并不存在B.液晶是晶体熔化过程中的固液共存态C.当某些液晶中渗入少量多色性染料后,在不同的电场强度下,对不同颜色的光的吸收强度不一样,这样就能显示各种颜色D.液晶的结构与液体的结构相同答案C解析液晶有人工合成的,也有天然的,例如液晶也存在于生物结构中,A项错误;当某些液晶中渗入少量多色性染料后,在不同的电场强度下,对不同颜色的光的吸收强度不一样,这样就能显示各种颜色,C项正确;液晶是介于液态与固态之间的一种物质状态,结构与液体的结构不同,B、D两项错误。考点二气体1.气体分子运动特点(1)气体分子间距较大,分子力为零,分子间除碰撞外不受其他力作用,向各个方向运动的气体分子数目①。

(2)分子做无规则运动,分子速率按“中间多,两头少”的统计规律分布。(3)温度一定时某种气体分子速率分布是确定的,温度升高时,速率小的分子数②,速率大的分子数增多,分子的平均速率增大,但不是每个分子的速率都增大。

2.气体的压强(1)产生原因:由于气体分子无规则的热运动,大量的分子频繁地③器壁产生持续而稳定的压力。

(2)决定气体压强大小的因素宏观上:取决于气体的④。

微观上:取决于气体分子的⑤和分子密集程度。

答案①大致相等②减少③碰撞④温度和体积⑤平均动能氧气分子在0℃和100℃两种情况下的速率分布情况如图所示。(1)都呈“中间多、两头少”的分布,但这两个温度下具有最大比例的速率区间是不同的;

(2)0℃时,速率在300m/s~400m/s的分子最多;100℃时,速率在400m/s~500m/s的分子最多。100℃的氧气,速率大的分子比例较多,其分子的平均速率比0℃的大;

(3)两图线与横轴所围的“面积”相等,均表示100%。

(4)从此图可以直观地体会“温度越高,分子的热运动越剧烈”。

角度1气体分子的特点(改编)两个内壁光滑、完全相同的绝热汽缸A、B,汽缸内用轻质绝热活塞封闭完全相同的理想气体,如图1所示。现向A、B活塞上表面缓慢倒入细沙,重新平衡后,A中细沙的质量大于B中细沙的质量;图2为重新平衡后A、B汽缸中气体分子速率分布图像,下列说法正确的是()。图1图2A.重新平衡后,汽缸A内气体的温度低于汽缸B内气体的温度B.曲线①表示汽缸B中气体分子的速率分布规律C.图2中两条曲线下的面积不相等D.汽缸A中的气体压强小于汽缸B中气体的压强答案B解析A中细沙的质量大于B中细沙的质量,重新平衡后,汽缸A内气体的压强大于汽缸B内气体的压强,汽缸A内气体的体积变化大于汽缸B内的体积变化,故外界对A内气体做的功大于对B内气体做的功,汽缸绝热,与外界没有热交换,由热力学第一定律可知,汽缸A内气体的内能大于汽缸B内气体的内能,由于理想气体的内能只与温度有关,可知汽缸B中气体温度较低,分子平均动能较小,分子速率较小的分子数所占百分比较大,所以曲线①表示汽缸B中气体分子的速率分布规律,A、D两项错误,B项正确;面积表示全部分子在整个速率范围内的占比,即为100%,图2中两条曲线下面积相等,C项错误。气体分子统计规律(1)大量分子沿各个方向运动的机会均等。(2)大量分子做无规则运动的速率表现出“中间多,两头少”的分布规律。(3)温度升高,气体分子的平均速率增大,则速率大的分子所占比例增大。角度2气体压强的微观解释(2024届北京二模)关于一密闭容器中的氧气,下列说法正确的是()。A.体积增大时,氧气分子的密集程度保持不变B.温度升高时,每个氧气分子的运动速率都会变大C.压强增大是因为氧气分子之间斥力增大D.压强增大是因为单位时间内氧气分子对器壁单位面积上的作用力增大答案D解析体积增大时,氧气分子的密度减小,分子密集程度变小,A项错误;温度升高时,氧气分子的平均动能增大,平均速率增大,但是并不是每个氧气分子的运动速率都会变大,B项错误;密闭气体压强是由分子撞击产生的,所以压强增大是气体分子对器壁单位面积的撞击力变大造成的,另外,气体分子间距离远大于10r0,所以分子间作用力几乎为零,C项错误,D项正确。角度3压强的计算模型图示方法解析活塞模型图1中活塞的质量和图2中液体的质量均为m,活塞和管的横截面积均为S,外界大气压强为p0图1活塞平衡有p0S+mg=pS,则p=p0+mg图2中的液柱也可以看成“活塞”,液柱处于平衡状态有pS+mg=p0S,则p=p0-mgS=p0-ρ液连通器模型同一液体中的相同高度处压强一定相等气体B和A的压强关系可由图中虚线联系起来,则有pB+ρgh2=pA,又pA=p0+ρgh1,则pB=p0+ρg(h1-h2)(2024届新疆期末)(多选)如图所示,活塞质量为m,汽缸质量为M,通过弹簧吊在空中处于静止状态,汽缸内封住一定质量的空气,汽缸内壁与活塞无摩擦,缸壁厚度不计,活塞截面积为S,大气压强为p0,重力加速度为g,则()。A.汽缸内空气的压强等于p0+mgB.汽缸内空气的压强等于p0-MgC.弹簧弹力的大小为(M+m)gD.内外空气对活塞的作用力大小为mg答案BC解析以汽缸为研究对象进行受力分析,由平衡条件得pS+Mg=p0S,解得汽缸内空气的压强p=p0-MgS,A项错误,B项正确;以汽缸、缸内气体及活塞整体为研究对象,由平衡条件得弹簧弹力F=(M+m)g,以活塞为研究对象,由平衡条件得F+pS=p0S+mg,则内外空气对活塞的作用力F'=p0S-pS=F-mg=Mg,C项正确,D平衡状态下封闭气体压强的求法力平衡法选取与气体接触的液柱(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。液体内深h处的总压强p=p0+ρgh,p0为液面上方的压强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,求得气体的压强考点三理想气体的实验定律及应用1.理想气体(1)宏观模型:在任何条件下始终遵循①的气体。

(2)微观模型:理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力,即分子间无②。

2.气体实验定律玻意耳定律查理定律盖-吕萨克定律表达式p1V1=p2V2p1T1p1pV1T1V1V图像3.理想气体的状态方程(1)表达式:p1V1T1=p(2)适用条件:一定质量的理想气体。答案①气体实验定律②分子势能③pV在一个恒温池中,一串串气泡由池底慢慢升到水面,有趣的是气泡在上升过程中,体积逐渐变大,到水面时就会破裂。(1)上升过程中,气泡内气体的温度会发生改变吗?(2)上升过程中,气泡内气体的压强怎么改变?(3)气泡在上升过程中体积为何会变大?答案(1)温度不变;(2)气泡内气体的压强减小;(3)由玻意耳定律,压强减小,体积变大。1.理想气体状态方程与气体实验定律的关系p1V适用条件:一定质量的理想气体。2.解题基本思路角度1玻意耳定律及其应用(2024届绵阳三诊)自由潜水是指不携带氧气瓶,只通过自身调节腹式呼吸屏气尽量往深潜的运动。若标准大气压p0相当于深h0=10m的水柱产生的压强,且标准大气压下人体肺部气体的体积为V0,肺部气体温度等于人体内温度,视为不变。(1)求在水下110m时,人体肺部气体的体积V1。(2)在上升过程中,在最大深度110m处通过吸入嘴里的空气将肺部气体体积恢复至0.5V0,返回时为了避免到达水面后出现肺部过度扩张,肺部气体体积不能超过2V0,故需要在安全深度40m时将多余气体吐出,则吐出压缩空气的最小体积V为多少?答案(1)112V0(2)0.8V解析(1)人体肺部气体初状态压强为p0,体积为V0,人下潜到最大深度时气体的体积为V1,设气体压强为p1,设下潜的最大深度为h1,则p1=p0+ℎ1ℎ解得p1=12p0气体温度不变,由玻意耳定律得p0V0=p1V1解得V1=112V0(2)在安全深度h2=40m处时p2=p0+ℎ2ℎ解得p2=5p0在最大深度时肺部气体压强p1=12p0,肺部气体体积为0.5V0,设返回到安全深度时,肺部压强为p2,体积为V2,气体温度不变,则p2V2=p1·0.5V0解得V2=1.2V0人回到水面时肺部气体的压强p3=p0,体积V3=2V0,气体温度不变,由玻意耳定律得p2V2'=p3V3解得V2'=0.4V0在安全深度处吐出的空气的最小体积ΔV=V2-V2'=1.2V0-0.4V0=0.8V0。角度2盖-吕萨克定律及其应用(2024届深圳二模)某山地车气压避震器主要部件为活塞杆和圆柱形汽缸(出厂时已充入一定量气体)。汽缸内气柱长度变化范围为40mm~100mm,汽缸导热性良好,不计活塞杆与汽缸间摩擦。(1)将其竖直放置于足够大的加热箱中(加热箱中气压恒定),当温度T1=300K时空气柱长度为60mm,当温度缓慢升至T2=360K时空气柱长度为72mm,通过计算判断该避震器的气密性是否良好。(2)在室外将避震器安装在山地车上,此时空气柱长度为100mm,汽缸内的气体压强为5p0,骑行过程中气柱长度在最大范围内变化(假定过程中气体温度恒定),求汽缸内气体的最大压强。(结果用p0表示)答案(1)避震器不漏气,详见解析(2)12.5p0解析(1)由于加热箱中气压恒定,故汽缸内气体压强恒定;若汽缸不漏气时,根据盖-吕萨克定律有l1S代入得l2=72mm气柱测量长度和计算长度相等,因此该避震器不漏气。(2)骑行过程中,汽缸内气体为等温变化p3l3S=p4l4S代入p3=5p0,l3=100mm,l4=40mm数据解得p4=12.5p0即骑行过程中汽缸内气体的压强最大值为12.5p0。角度3查理定律及其应用(2024届哈尔滨期末)一种特殊的气体温度计由两个装有理想气体的导热容器组装而成,测量时将两个导热容器分别放入甲、乙两个水槽中,如图所示,连接管内装有水银,当两个水槽的温度都为0℃(273K)时,没有压强差;当水槽乙处于0℃而水槽甲处于50℃时,压强差为60mmHg。导热容器的体积恒定且远大于连接管的体积。(1)两个水槽的温度都为0℃(273K)时,求导热容器内气体的压强。(2)当水槽乙处于0℃而水槽甲处于未知的待测温度(高于0℃)时,压强差为72mmHg,求此待测温度。答案(1)327.6mmHg(2)333K(或60℃)解析(1)设0℃时,甲中气体的压强为p0,T0=273K;气体温度为50℃即T1=(273+50)K=323K时,气体的压强p1=p0+60mmHg气体做等容变化,有p0T解得p0=327.6mmHg。(2)设未知温度为T2,p2=p0+72mmHg,有p0T解得T2=333K(或写成60℃)。角度4理想气体状态方程及其应用(2024届张家界模拟)某兴趣小组设计的一种气压型“体积测量仪”的工作原理示意图如图所示,该测量仪可以测量不规则物体的体积。A(压气筒)和B(测量罐)均为高L、横截面积为S的导热汽缸,中间用体积可忽略不计的细管连接,C为质量为m、润滑良好且厚度不计的密闭活塞,将缸内的理想气体(氮气)封闭。当外界大气压p0=14mgS,环境温度为27℃时,活塞正好在压气筒A的顶部。现在C活塞上放置一质量为5m的重物,活塞缓慢下移,待缸内温度再次和环境温度相等时,测得活塞与缸底的距离为0.6L,求(1)放置重物之前,缸内气体的压强p1。(2)不规则物体的体积V。答案(1)15mgS(2)0.解析(1)放置重物之前,缸内气体的压强p1=p0+mg得p1=15mg(2)根据理想气体状态方程有p1(且T1=T2,p1=15mgS,p2=15mgS+5mgS=2mgS,V1=2LS解得V=0.4LS。见《高效训练》P1151.(2024届河池期末)固体是物质的一种聚集状态,与液体和气体相比,固体有比较固定的体积和形状。关于固体,下列说法正确的是()。A.食盐、玻璃和水晶都是晶体,非晶体和单晶体都没有确定的几何形状B.固体可以分为晶体和非晶体,非晶体没有确定的熔点C.布朗运动是固体分子无规则热运动的反映D.晶体都具有各向异性,组成晶体的物质微粒在空间整齐排列成“空间点阵”答案B解析食盐和水晶都是晶体,玻璃是非晶体,非晶体和多晶体都没有确定的几何形状,A项错误;固体可以分为晶体和非晶体,非晶体没有确定的熔点,B项正确;布朗运动是悬浮在液体或气体中的颗粒的无规则运动,反映了液体分子或气体分子在做无规则运动,C项错误;单晶体具有各向异性,多晶体具有各向同性,组成晶体的物质微粒在空间整齐排列成“空间点阵”,D项错误。2.(2024届聊城期末)下列四幅图中有关固体和液体性质的描述,正确的是()。A.图1中实验现象说明薄板材料是晶体B.图2中液体和管壁表现为不浸润C.图3中液晶显示器是利用液晶光学性质具有各向异性的特点制成的D.图4中水黾静止在水面上,说明其受到的表面张力等于重力答案C解析图1中实验现象为各向同性,说明薄板材料不是单晶体,可能是多晶体或非晶体,A项错误;图2中液体和管壁表现为浸润,B项错误;图3中液晶显示器是利用液晶光学性质具有各向异性的特点制成的,C项正确;图4中水黾静止在水面,说明其受到水面的支持力等于重力,表面张力是液体表面受到的力,D项错误。3.(2024届哈尔滨期中)喷雾型防水剂是现在市场广泛销售的特殊防水剂。其原理是喷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表面,故无法停留在玻璃上,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.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B.水滴呈椭球形是液体表面张力作用的结果,与重力无关C.照片中水滴表面分子比水滴内部分子密集D.照片中的玻璃和水滴发生了浸润现象答案A解析照片中的玻璃和水滴发生了不浸润现象,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,A项正确,D项错误;如果只有表面张力作用,那么水滴会呈球形,正是又有重力的作用使水滴呈椭球形,B项错误;照片中水滴表面分子比内部的稀疏,接触面的水分子的作用力表现为引力,C项错误。4.(2024届潍坊期中)如图所示,两端开口、粗细均匀的足够长玻璃管插在大水银槽中,管的上部有一定长度的水银柱,两段空气柱被封闭在左右两侧的竖直管中,平衡时水银柱的位置如图,其中h1=5cm,h2=7cm,L1=50cm,大气压强为75cmHg,则右管内气柱的长度L2等于()。A.44cm B.46cmC.48cm D.50cm答案D解析左侧管内气体压强p1=p0+ph2=82cmHg,则右侧管内气体压强p2=p1+ph1=87cmHg,则右侧管中下端水银液面比水银槽液面低(87-75)cm=12cm,则右侧气柱长L2=(50-5-7)cm+12cm=50cm,D项正确。5.(2024届佛山二模)现利用固定在潜水器体外的一个密闭汽缸做验证性实验:如图,汽缸内封闭一定质量的理想气体,轻质导热活塞可自由移动。在潜水器缓慢下潜的过程中,海水温度逐渐降低,则此过程中理论上被封闭的气体()。A.从外界吸热B.压强与潜水器下潜的深度成正比C.体积与潜水器下潜的深度成反比D.单位时间内气体分子撞击单位面积器壁的次数增多答案D解析在潜水器缓慢下潜的过程中,海水温度逐渐降低,同时活塞下移,外界对气体做功,则此过程中理论上被封闭的气体向外界放热,A项错误;气体压强p=p0+ρgh,压强与潜水器下潜的深度为一次函数关系,B项错误;根据pV=nRT得V=nRTp=nRTp0+ρgh,可知气体体积与潜水器下潜的深度不成反比,C项错误;压强增大,温度降低6.(2024届丹东二模)如图所示,一定质量的理想气体用质量可忽略的活塞封闭在导热性能良好、质量m=1kg的汽缸中,活塞的密封性良好,用劲度系数k=500N/m的轻弹簧将活塞与天花板连接。汽缸置于水平桌面上,开始时弹簧刚好处于原长。已知活塞与汽缸底部的间距L=0.15m,活塞的横截面积S=0.01m2,外界环境的压强p0=1.0×105Pa,开始时温度T0=300K,忽略一切摩擦,重力加速度g=10m/s2。缓慢降低环境温度,则当汽缸刚好要离开水平桌面时,环境温度为()。A.280.0K B.257.4KC.296.1K D.248.5K答案B解析当汽缸刚好要离开水平桌面时,弹簧的弹力为mg,则mg=kx,解得弹簧伸长量x=mgk=1×10500m=0.02m,则当汽缸刚好要离开水平桌面时,活塞与汽缸底部的间距L1=L-x=0.13m,汽缸内气体压强p1=p0-mgS=0.99×105Pa,对汽缸内气体由理想气体状态方程得p0LST0=p1L1ST17.(2024届上海一模)如图所示,两端开口、内径均匀的玻璃弯管固定在竖直平面内,两段水银柱A和C将空气柱B封闭在左侧竖直段玻璃管中,平衡时A段水银有一部分在水平管中,竖直部分高度为h2,C段水银两侧液面高度差为h1。若保持温度不变,从玻璃管右端向玻璃管内缓缓注入少量水银,再次平衡后,水银没有出水管,则()。A.空气柱B的长度减小B.左侧水银面高度差h2减小C.空气柱B的压强增大D.右侧水银面高度差h1增大答案B解析设大气压强为p0,水银密度为ρ,则空气柱B的压强pB=p0+ρgh1=p0+ρgh2;若保持温度不变,从右管口向玻璃管内缓缓注入少量水银,滴入瞬间,由于右管h1变大,压强增大,B气体下面的水银上升,如果A水银柱不动,那么B气体压强变大,从而向外推水银柱A,即B气体上面的水银要向上移动,使得h2减小,最终稳定时有pB'=p0+ρgh1'=p0+ρgh2',由于h2'<h2,可得pB'<pB,h1'<h1,可知左侧水银面高度差h2减小,空气柱B的压强减小,右侧水银面高度差h1减小,B项正确,C、D两项错误。空气柱B发生等温变化,根据玻意耳定律pV=C可知,空气柱B的压强减小,则空气柱B的体积增大,空气柱B的长度增大,A项错误。8.(2024届武昌质检)(多选)有人设计了一种测温装置,其结构如图所示。玻璃泡A内封有一定质量的理想气体,与A连通的B管插在水银槽中。由管内水银面的高度x可知A内气体的温度(即环境温度),并可由B管上的刻度直接读出。在标准大气压(p0=76cmHg)下,当温度t1为27℃时,x1=16cm,将此高度处标记为27℃的刻度线。该温度计在标准大气压下标记好温度后,将其带到海拔很高的高山上测量当地温度(高山上大气压强比标准大气压低)。设B管的体积与玻璃泡A的体积相比可忽略。下列说法正确的是()。A.在标准大气压下,当温度t1为27℃时,玻璃泡A内气体的压强p1=60cmHgB.在标准大气压下,t2为-3℃的刻度线标注在x2=20cm处C.在高山上温度的测量值比实际温度高D.在高山上温度的测量值比实际温度低答案AC解析当温度t=27℃时,玻璃泡A内的气体压强p1=p0-px1=76cmHg-16cmHg=60cmHg,A项正确;由于B管的体积与玻璃泡A的体积相比可略去不计,因此可认为玻璃泡A内气体发生等容变化,由题可知T1=273+t1=300K,t2为-3℃即T2=273+t2=270K,根据查理定律p1T1=p2T2,得p2=T2T1p1=270300×60cmHg=54cmHg,则x2=(76-54)cm=22cm,即水银面的高度为22cm,B项错误;当管内水银面的高度为x时,地面上标准大气压下温度为T,设高山上压强为p0',温度为T″,水银密度为ρ,由查理定律得p0-9.(2024届佛山一模)工人浇筑混凝土墙壁时,内部形成了一块气密性良好充满空气的空腔,墙壁导热性能良好。(1)空腔内气体的温度变化范围为-33℃~47℃,求空腔内气体的最小压强与最大压强之比。(2)填充空腔前,需要测出空腔的容积。在墙上钻一个小孔,用细管将空腔和一个带有气压传感器的汽缸连通,形成密闭空间。当汽缸内气体体积为1L时,传感器的示数为1.0atm。将活塞缓慢下压,当汽缸内气体体积为0.7L时,传感器的示数为1.2atm。求该空腔的容积。解析(1)以空腔内的气体为研究对象,最低温度T1=240K时,压强为p1,最高温度T2=320K时,压强为p2,根据查理定律可知p1p解得p1p2(2)设空腔的容积为V0,汽缸内初始气体体积为V,以整个系统内的气体为研究对象,未下压时气体的压强p3=1.0atm,体积V1=V0+V,V=1L下压后气体的压强p4=1.2atm,体积V2=V0+V',V'=0.7L根据玻意耳定律有p3V1=p4V2解得V0=0.8L。10.(2024届唐山一模)竖直放置的导热薄壁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,两活塞用一轻杆连接,活塞Ⅰ、Ⅱ的质量均为m,面积分别为S、2S。初始时活塞Ⅰ上面放置质量为2m的物块M,系统处于平衡状态,活塞Ⅰ到汽缸连接处的距离为h,活塞Ⅱ到汽缸连接处的距离为2h,如图所示。已知活塞外大气压强为p0,活塞外温度恒定,忽略活塞与缸壁间的摩擦,汽缸无漏气,不计轻杆的体积。若p0S=10mg,重力加速度大小为g,求:(1)汽缸内理想气体的压强与大气压强的比值。(2)轻轻拿走活塞Ⅰ上面放置的物块,待系统重新稳定时,活塞Ⅰ到汽缸连接处的距离。解析(1)设汽缸内理想气体的压强为p1,对系统整体由平衡条件可得2mg+mg+mg+p0S+p1·2S=p1·S+p0·2S解得p1S=6mg,即p1=6结合p0S=10mg可得p1p0(2)轻轻拿走活塞Ⅰ上面放置的物块,再次稳定时,设汽缸内气体的压强为p2,根据平衡条件可得mg+mg+p0S+p2·2S=p2·S+p0·2S解得p2=8根据玻意耳定律p1V1=p2V2解得V2=34V根据题意可得V1=Sh+2S·2h=5Sh则V2=154设活塞Ⅰ到汽缸连接处的距离为L,根据几何知识,有2S(3h-L)+SL=154解得L=94h第3讲热力学定律与能量守恒定律对应学生用书P338考点一热力学第一定律1.改变物体内能的两种方式(1)①;(2)传热。

2.热力学第一定律(1)内容:一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的②与外界对它所做的功的和。

(2)表达式:ΔU=③。

(3)表达式中的正、负号法则物理量WQΔU+外界对物体做功物体④热量内能⑤

-物体对外界做功物体⑥热量内能⑦

3.能量守恒定律(1)内容能量既不会凭空⑧,也不会凭空消失,它只能从一种形式⑨为其他形式,或者从一个物体⑩到别的物体,在转化或转移的过程中,能量的总量。

(2)条件性能量守恒定律是自然界的普遍规律。(3)第一类永动机是不可能制成的,它违背了。

答案①做功②热量③Q+W④吸收⑤增加⑥放出⑦减少⑧产生⑨转化⑩转移保持不变能量守恒定律(或热力学第一定律)如图,一定质量的理想气体从状态A变化到状态B,已知在此过程中,气体吸收了300J的热量,则该过程中气体内能变化了220J。

1.热力学第一定律的理解(1)内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析。(2)做功情况看气体的体积:体积增大,气体对外做功,W为负;体积减小,外界对气体做功,W为正。(3)与外界绝热,则不发生热传递,此时Q=0。(4)如果研究对象是理想气体,因理想气体忽略分子势能,所以分子内能变化体现在分子平均动能的变化上,从宏观上看就是温度发生了变化。2.三种特殊情况(1)若过程是绝热的,则Q=0,W=ΔU,外界对物体做的功等于物体内能的增加。(2)若过程中不做功,即W=0,则Q=ΔU,物体吸收的热量等于物体内能的增加。(3)若过程的初、末状态物体的内能不变,即ΔU=0,则W+Q=0或W=-Q,外界对物体做的功等于物体放出的热量或物体对外界做的功等于物体吸收的热量。角度1热力学第一定律的内容及其理解(2024届广州二模)如图,某同学将空的玻璃瓶开口向下缓缓压入水中,设水温均匀且恒定,瓶内空气无泄漏,不计气体分子间的相互作用,则被淹没的玻璃瓶在下降过程中,瓶内气体()。A.内能增加B.向外界放热C.对外界做正功D.分子平均动能减小答案B解析被淹没的玻璃瓶在下降过程中,瓶内气体温度不变,压强变大,可知气体体积减小,外界对气体做正功;由于气体温度不变,气体分子平均动能不变,气体内能不变,根据热力学第一定律可知,气体向外界放热,B项正确。(2024届齐鲁名校三模)某室内游泳馆的游泳池里的水温保持恒定,有一气泡从池底缓慢上升(气泡内空气质量、温度保持不变,可视为理想气体),则在此过程中()。A.气泡不断膨胀对外做功,内能减少B.气泡内分子间距离逐渐增大,分子平均动能减小C.气泡内气体从外界吸收热量,且吸收的热量小于气体对外界做的功D.单位时间内撞击气泡内壁单位面积上的分子数目减少答案D解析依题意,可知气泡从池底缓慢上升过程中,气体温度不变,压强减小,则气体内能不变,体积增大,气体对外做功,根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知,则气泡内气体从外界吸收热量,且吸收的热量等于气体对外界做的功,A、C两项错误;由于气泡内气体温度不变,则气泡内分子平均动能不变,B项错误;由于气泡在上升过程中温度不变,则气体分子的平均动能不变,但气体的压强减小,根据压强的微观解释,可知单位时间内撞击气泡内壁单位面积上的分子数目将减少,D项正确。角度2热力学第一定律与气体实验定律的综合应用解决热力学第一定律与气体实验定律的综合问题的思维流程(2024届湛江二模)一同学在室内空调显示屏上看到室内的空气温度,为了测出室外的空气温度,他将一近似球形的气球在室内吹大并放置较长一段时间后,测量其直径为L1,之后拿到室外并放置较长一段时间后,测量其直径为L2,L2>L1,若不考虑气球表皮的弹力变化,且气球吹大后视为球体,大气压不变,室内外的温度均保持不变,则()。A.气球内气体对外界做负功B.气球内气体对外界不做功C.室外温度比室内温度高D.气球在室外放出了热量答案C解析气球直径变大,说明气体体积变大,气体对外界做功,A、B两项错误;根据V1T1=V2T2可知,体积变大,温度升高,所以室外温度比室内温度高,C项正确;根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知,温度升高,气体内能增大,体积变大,(2024届邵阳三模)气压式升降椅通过汽缸上下运动来支配椅子升降,其简易结构如图所示,圆柱形汽缸与椅面固定连接,总质量m=5kg,横截面积S=20cm2的柱状气动杆与底座固定连接,可自由移动的汽缸与气动杆之间封闭一定质量的理想气体,稳定后测得封闭气体柱长度L=20cm。设汽缸气密性、导热性能良好,忽略摩擦力,已知大气压强p0=1.0×105Pa,室内温度T0=300K,取g=10m/s2。若质量为M的人坐在椅面上,稳定后椅面下降的高度h=15cm,室内温度保持不变。假设人的双脚一直悬空没有受到其他支撑。(1)求座椅上人的质量M。(2)稳定后,室内气温缓慢升高至T1=303K,此过程中封闭底座气体内能增加了2.0J,求此过程封闭气体与外界交换的热量。答案(1)75kg(2)气体吸热2.5J解析(1)初始状态时,以圆柱形汽缸与椅面整体为研究对象,根据平衡条件有mg+p0S=p1S当人坐上后,稳定时有(M+m)g+p0S=p2S根据玻意耳定律有p1SL=p2SL'其中L'=L-h联立得M=75kg。(2)根据L'S外界对汽缸内气体做功W=(p0S+Mg+mg)(L'-L″)=-0.5J根据热力学第一定律有ΔU=Q+W解得Q=2.5J,即气体从外界吸收了2.5J的热量。气体状态变化的图像问题四种图像的比较类别特点(其中C为常量)举例p-VpV=CT,即pV之积越大的等温线温度越高,线离原点越远p-1p=CT1V,斜率k=CT,即斜率越大,p-Tp=CVT,斜率k=CV,即斜率越大V-TV=CpT,斜率k=Cp,即斜率越大角度1p-V图像(2024届湖北三模)一定质量的理想气体由状态a变为状态c的p-V图像如图所示,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答案B解析根据理想气体的状态方程pVT=C可知,a→b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ΔU=W+Q可知a→b过程中气体吸热,A项错误,B项正确;根据理想气体的状态方程pVT=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项错误;a→c过程气体体积增大,外界对气体做负功,气体的状态变化与热力学第一定律的综合(1)由体积变化分析气体做功的情况:体积膨胀,气体对外做功;气体被压缩,外界对气体做功。(2)由温度变化判断气体内能变化:温度升高,气体内能增大;温度降低,气体内能减小。(3)由热力学第一定律ΔU=W+Q判断气体是吸热还是放热。(4)在p-V图像中,图像所围面积表示气体对外或外界对气体整个过程中所做的功。角度2p-T图像(2024届淮安三模)一定质量的理想气体经历了如图所示的ab、bc、cd、da四个过程,其中ba的延长线通过坐标原点,气体a、b、c、d四个状态的压强与温度的关系如图所示,则()。A.气体在bc过程中体积的变化量等于da过程中体积的变化量B.气体在ab过程中内能的增加量小于cd过程中内能的减少量C.气体在ab过程中吸收的热量等于cd过程中放出的热量D.气体在ab过程中吸收的热量小于cd过程中放出的热量答案D解析气体在bc过程是等温压缩,压强增大到b态的1.5倍,则体积变为b态的23;da过程是等温膨胀,压强变为d态压强的12,则体积变为d态体积的2倍;由图可知a、b两态体积相等,设为V,则c态体积为23V,d态体积为12V,气体在bc过程中体积的变化量小于da过程中体积的变化量,A项错误;气体在ab过程中温度变化量等于cd过程中温度变化量,则气体在ab过程中内能的增加量等于cd过程中内能的减少量,B项错误;由以上分析可知,气体在ab过程中体积不变,则Wab=0,气体在cd过程中体积减小,则Wcd>0,气体在ab过程中吸收的热量Qab=ΔUab,cd过程中放出的热量Qcd=|ΔUcd|+Wcd,其中ΔUab=|ΔUcd|,则气体在ab过程中吸收的热量小于cd过程中放出的热量,C角度3V-T图像(2024届南京三模)一定质量的理想气体经历了如图所示的A→B→C→D→A循环过程。下列说法正确的是()。A.A→B→C过程中,气体压强先增加后不变B.C→D→A过程中,单位体积内分子数先不变后增加C.整个循环过程中,气体对外界做的功大于外界对气体做的功D.整个循环过程中,气体对外界放热,内能不变答案D解析A→B的过程中,气体温度不变,体积增大到原来的2倍,由玻意耳定律可知,气体压强将减小到A状态时的12;B→C的过程中,气体的体积不变,温度升高到原来的4倍,由查理定律可知,气体的压强将增大到B状态时的4倍,即气体压强先减小后增大,A项错误。C→D→A过程中,气体的体积先减小后不变,所以单位体积内分子数先增加后不变,B项错误。根据题图画出气体状态变化的p-V图像大致如图所示,由图可知气体与外界相互做功发生在A→B和C→D过程中,其中A→B过程气体膨胀,对外做功,C→D过程气体被压缩,外界对气体做功,p-V图像所围面积表示外界与气体相互作用所做的功,所以A→B过程中气体对外界做的功小于C→D过程中外界对气体做的功,C项错误。整个循环过程中,内能变化量为零,由热力学第一定律ΔU=Q+W,W>0,可知气体对外界释放了热量,D气体状态变化图像的分析方法(1)明确点、线的物理意义:求解气体状态变化的图像问题,明确图像上的点表示一定质量的理想气体的一个平衡状态,它对应着三个状态参量;图像上的某一条直线段或曲线段表示一定质量的理想气体状态变化的一个过程。(2)明确图像斜率的物理意义:在V-T图像(p-T图像)中,比较两个状态的压强(或体积)大小,可以比较这两个状态到原点连线的斜率的大小,其规律是:斜率越大,压强(或体积)越小;斜率越小,压强(或体积)越大。角度4图像间的转换(2023年辽宁卷)“空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能的装置,可在用电低谷时储存能量、用电高峰时释放能量。“空气充电宝”某个工作过程中,一定质量理想气体的p-T图像如图所示。该过程对应的p-V图像可能是()。ABCD答案B解析根据pVT=C可得p=CVT,从a到b,气体压强不变,温度升高,则体积变大;从b到c,气体压强减小,温度降低,因c点与原点连线的斜率小于b点与原点连线的斜率,c态的体积大于b态体积。综上所述,考点二热力学第二定律1.热力学第二定律的两种表述(1)克劳修斯表述:热量不能①从低温物体传到高温物体。

(2)开尔文表述:不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响。或表述为“②永动机是不可能制成的”。

2.热力学第二定律的微观意义一切自发过程总是沿着分子热运动的③增大的方向进行。

3.第二类永动机不可能制成的原因第二类永动机违背了热力学第二定律。答案①自发地②第二类③无序度1.热力学第二定律的含义(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性,不需要借助外界提供能量的帮助。(2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成,对周围环境不产生热力学方面的影响,如吸热、放热、做功等。在产生其他影响的条件下内能可以全部转化为机械能。2.热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述,都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性,进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。3.热力学过程的方向性实例(1)高温物体低温物体。(2)功热。(3)气体体积V1气体体积V2(V1<V2)。(4)不同气体A和B混合气体AB。(2024届成都二模)关于热力学定律,下列说法正确的是()。A.冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体,因此不遵循热力学第二定律B.第二类永动机没有违反能量守恒定律,但违反了热力学第二定律C.低温系统可以向高温系统传递热量而不引起其他变化D.如果科技进一步发展,热机的效率可能达到100%答案B解析有外界的帮助和影响,热量可以从低温物体传递到高温物体,仍遵循热力学第二定律,A项错误;第二类永动机没有违反能量守恒定律,但是违背了热力学第二定律,所以不可能制成,B项正确;热传递过程也具有方向性,热量能自发地从高温物体传给低温物体,但是热量要从低温物体传到高温物体,必然要引起其他变化(外界对系统做功),C项错误;无论科技如何进步与发展,热机的效率都不可能达到100%,D项错误。(2024届云南期末)(多选)地球上有很多的海水,如果这些海水的温度降低,将要放出巨大的热量。有人曾设想利用海水放出的热量,使它完全变成机械能来解决能源危机,但这种机器是不能制成的。关于其原因,下列说法不正确的是()。A.内能不能转化成机械能B.内能转化成机械能不满足热力学第一定律C.只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能的机械不满足热力学第二定律D.机械能可全部转化为内能,内能不可能全部转化为机械能,同时不引起其他变化答案AB解析内能可以转化成机械能,如热机,A项错误,符合题意;内能转化成机械能的过程满足热力学第一定律,也可以说符合能量守恒定律,B项错误,符合题意;根据热力学第二定律可知,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,C、D两项正确,不符合题意。1.(多选)一定质量理想气体的压强p随体积V变化规律如图所示,从状态A开始,经历了ABCDA的循环,下列说法正确的是()。A.从A到B的过程中,气体温度升高B.由C到D的过程中,气体温度升高C.由B到C的过程中,气体要吸收热量D.经历ABCDA一个循环,气体吸收的总热量大于释放的总热量答案AD解析从A到B,气体发生等压膨胀,由理想气体状态方程pVT=C,可知气体温度升高,A项正确;由C到D的过程中,气体压强、体积均减小,可知气体温度降低,B项错误;由B到C的过程中,气体体积不变,外界没有对气体做功,但压强减小,温度降低,气体内能减小,由热力学第一定律可知,气体要放出热量,C项错误;经历ABCDA一个循环,从状态A又回到状态A,温度相同,内能相同,图线AB与V轴所围面积表示气体对外做的功,图线CD与V轴所围面积表示外界对气体做的功,可知气体对外做的功大于外界对气体做的功,由热力学第一定律可知,气体吸收的总热量大于释放的总热量,D2.一定质量的理想气体的p-T变化图像如图所示(整个曲线为一圆,其中1、3连线水平,2、4连线竖直,OM为圆的切线),气体在状态1→2→3的过程对外做的功为W1,从外界吸收的热量为Q1,气体内能的变化量为ΔU1;气体在状态1→4→3的过程对外做的功为W2,从外界吸收的热量为Q2,气体内能的变化量为ΔU2。下列判断正确的是()。A.气体在1→2→3的过程体积逐渐增大B.气体在1→4→3的过程体积逐渐增大C.W1>W2,Q1>Q2,ΔU1=ΔU2D.W1<W2,Q1<Q2,ΔU1=ΔU2答案C解析根据理想气体状态方程pVT=C(C为常量)可得V=CpT,则气体在1→2→3的过程体积先减小后增大,同理气体在1→4→3的过程体积先增大后减小,A、B两项错误;定性作出p-V图像如图所示,初态和末态温度相同,因此两个热力学过程内能变化量相同,在p-V图像中,图线与横轴所围面积表示气体对外界做功的大小,故W1>W2,根据热力学第一定