专题六　热学和近代物理 第14讲　热学-2025版二轮复习·物理

7/7第14讲热学1.（2024·北京高考3题）一个气泡从恒温水槽的底部缓慢上浮，将气泡内的气体视为理想气体，且气体分子个数不变，外界大气压不变。在上浮过程中气泡内气体（）A.内能变大 B.压强变大C.体积不变 D.从水中吸热2.（2024·福建高考9题）17℃时轮胎胎压为2.9个大气压，胎内气体视为理想气体。气体体积质量不变，则27℃时轮胎胎压为个大气压，内能（填“大于”“等于”或“小于”）17℃时气体内能。3.（多选）（2024·河北高考9题）如图，水平放置的密闭绝热汽缸被导热活塞分成左右两部分，左侧封闭一定质量的理想气体，右侧为真空，活塞与汽缸右壁中央用一根轻质弹簧水平连接。汽缸内壁光滑且水平长度大于弹簧自然长度，弹簧的形变始终在弹性限度内且体积忽略不计。活塞初始时静止在汽缸正中间，后因活塞密封不严发生缓慢移动，活塞重新静止后（）A.弹簧恢复至自然长度B.活塞两侧气体质量相等C.与初始时相比，汽缸内气体的内能增加D.与初始时相比，活塞左侧单位体积内气体分子数减少4.（多选）（2024·新课标卷21题）如图，一定量理想气体的循环由下面4个过程组成：1→2为绝热过程（过程中气体不与外界交换热量），2→3为等压过程，3→4为绝热过程，4→1为等容过程。上述四个过程是四冲程柴油机工作循环的主要过程。下列说法正确的是（）A.1→2过程中，气体内能增加B.2→3过程中，气体向外放热C.3→4过程中，气体内能不变D.4→1过程中，气体向外放热5.（2024·江苏高考13题）某科研实验站有一个密闭容器，容器内有温度为300K、压强为105Pa的理想气体，容器内有一个面积为0.06m2的观测台，现将这个容器移动到月球上，容器内的温度变成240K，整个过程可认为气体的体积不变，月球表面为真空状态。求：（1）在月球上容器内气体的压强；（2）观测台所受的压力大小。考点一热学概念的理解1.微观量的估算（1）油膜法估测油酸分子的大小：d＝VV为纯油酸体积，S为单分子油膜面积。（2）分子总数：N＝nNA＝mMmNA＝VV注意：对气体而言，N≠VV（3）两种分子模型球模型：V＝43πR3（常用于估算液体、固体分子直径）；立方体模型：V＝a3（常用于估算气体分子间距2.反映分子运动规律的两个实例布朗运动悬浮在液体或气体中的固体小颗粒永不停息、无规则的运动，颗粒越小、温度越高，运动越剧烈扩散现象分子永不停息地做无规则运动，温度越高，扩散越快3.分子间作用力、分子势能随r的变化图像4.固体和液体（1）晶体与非晶体①晶体有固定熔点，非晶体无固定熔点。②晶体和非晶体可以相互转化。（2）液体的表面张力：表面张力具有使液体表面积收缩到最小的趋势。（3）液晶：液晶具有液体的流动性，也具有晶体的光学各向异性。（4）温度①宏观表现：物体的冷热程度。②微观表现：分子平均动能的标志。【例1】（2024·河北辛集一中三模）关于分子运动的规律，下列说法正确的是（）A.如果气体温度升高，则每个分子的运动速率都将增大B.如果某气体分子质量为m，平均速度为v，则分子平均动能Ek＝12mC.悬浮在水中的花粉颗粒做布朗运动，不能反映花粉颗粒内分子热运动的规律D.将某气体密闭于正方体容器中，则在相同的时间内与容器内部各面相撞的分子数目必严格相等尝试解答【例2】（2023·海南高考5题）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，分子间作用力表现为斥力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，分子势能在减小尝试解答【例3】（2024·四川宜宾模拟）下列四幅图所涉及的物理知识，论述正确的是（）A.图甲表明晶体熔化过程中分子平均动能变大B.图乙水黾可以在水面自由活动，说明它所受的浮力大于重力C.图丙是显微镜下三颗小炭粒的运动位置连线图，连线表示小炭粒的运动轨迹D.图丁中A是浸润现象，B是不浸润现象尝试解答考点二气体实验定律与热力学定律1.气体实验定律与热力学定律综合问题的求解思路2.关联气体问题解决由活塞、液柱相联系的两部分气体时，注意找两部分气体的压强、体积等关系，列出关联关系式，再结合气体实验定律或理想气体状态方程求解。【例4】（2024·安徽高考13题）某人驾驶汽车，从北京到哈尔滨，在哈尔滨发现汽车的某个轮胎内气体的压强有所下降（假设轮胎内气体的体积不变，且没有漏气，可视为理想气体）。于是在哈尔滨给该轮胎充入压强与大气压强相同的空气，使其内部气体的压强恢复到出发时的压强（假设充气过程中，轮胎内气体的温度与环境相同，且保持不变）。已知该轮胎内气体的体积V0＝30L，从北京出发时，该轮胎气体的温度t1＝－3℃，压强p1＝2.7×105Pa。哈尔滨的环境温度t2＝－23℃，大气压强p0取1.0×105Pa。求：（1）在哈尔滨时，充气前该轮胎气体压强的大小。（2）充进该轮胎的空气体积。尝试解答【例5】（2024·甘肃高考13题）如图，刚性容器内壁光滑，盛有一定量的气体，被隔板分成A、B两部分，隔板与容器右侧用一根轻质弹簧相连（忽略隔板厚度和弹簧体积）。容器横截面积为S，长为2l。开始时系统处于平衡态，A、B体积均为Sl，压强均为p0，弹簧为原长。现将B中气体抽出一半，B的体积变为原来的34。整个过程系统温度保持不变，气体视为理想气体。求（1）抽气之后A、B的压强pA、pB。（2）弹簧的劲度系数k。尝试解答活塞封闭气体的三种常见问题（1）气体系统处于平衡状态，需要综合应用气体实验定律和物体的平衡条件解题。（2）气体系统处于非平衡状态，需要综合应用气体实验定律和牛顿运动定律解题。（3）两个或多个汽缸封闭着几部分气体，并且汽缸之间相互关联的问题，解答时应分别研究各部分气体，找出它们各自遵循的规律，并写出相应的方程，还要写出各部分气体之间压强或体积的关系式，最后联立求解。【例6】（2024·浙江6月选考17题）如图所示，测定一个形状不规则小块固体体积，将此小块固体放入已知容积为V0的导热效果良好的容器中，开口处竖直插入两端开口的薄玻璃管，其横截面积为S，接口用蜡密封。容器内充入一定质量的理想气体，并用质量为m的活塞封闭，活塞能无摩擦滑动，稳定后测出气柱长度为l1。将此容器放入热水中，活塞缓慢竖直向上移动，再次稳定后气柱长度为l2、温度为T2。已知S＝4.0×10－4m2，m＝0.1kg，l1＝0.2m，l2＝0.3m，T2＝350K，V0＝2.0×10－4m3，大气压强p0＝1.0×105Pa，环境温度T1＝300K。（1）在此过程中器壁单位面积所受气体分子的平均作用力（选填“变大”“变小”或“不变”），气体分子的数密度（选填“变大”“变小”或“不变”）；（2）求此不规则小块固体的体积V；（3）若此过程中气体内能增加10.3J，求吸收热量Q。尝试解答考点三气体图像与热力学定律的综合问题图像特点等温变化p-V图像pV＝CT（其中C为恒量），即pV之积越大的等温线，温度越高，线离原点越远p-1Vp＝CT1V，斜率k＝CT，即斜率越大，等容变化p-T图像p＝CVT，斜率k＝CV，即斜率越大等压变化V-T图像V＝CpT，斜率k＝Cp，即斜率越大【例7】（2024·河南商丘三模）一定质量的理想气体由状态a变化到状态b的过程中，体积V随热力学温度T变化的图像如图所示。已知气体在状态b的压强为1.36×105Pa，从状态a变化到状态b气体吸收的热量为4×104J，则该过程中气体的内能增加了（）A.2.04×104J B.1.96×104JC.1.64×104J D.1.28×104J尝试解答【例8】（2024·山东高考6题）一定质量理想气体经历如图所示的循环过程，a→b过程是等压过程，b→c过程中气体与外界无热量交换，c→a过程是等温过程。下列说法正确的是（）A.a→b过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功B.b→c过程，气体对外做功，内能增加C.a→b→c过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功D.a→b过程，气体从外界吸收的热量等于c→a过程放出的热量尝试解答【例9】（2024·江西高考13题）可逆斯特林热机的工作循环如图所示。一定质量的理想气体经ABCDA完成循环过程，AB和CD均为等温过程，BC和DA均为等容过程。已知T1＝1200K，T2＝300K，气体在状态A的压强pA＝8.0×105Pa，体积V1＝1.0m3，气体在状态C的压强pC＝1.0×105Pa。求：（1）气体在状态D的压强pD；（2）气体在状态B的体积V2。尝试解答气体变质量问题【典例1】如图所示，A、B是两个容积为V的容器，C是用活塞密封的气筒，它的工作容积为0.5V，C与A、B通过两只单向进气阀a、b相连，当气筒抽气时a打开、b关闭，当气筒打气时b打开、a关闭。最初A、B两容器内气体的压强均为大气压强p0，活塞位于气筒C的最右侧。（气筒与容器间连接处的容积不计，气体温度保持不变）求：（1）活塞以工作容积完成第一次抽气后，气筒C内气体的压强p1；（2）活塞以工作容积完成抽气、打气各2次后，A、B容器内的气体压强之比。尝试解答【典例2】如图所示的是某排水管道的侧面剖视图。井盖上的泻水孔因故堵塞，井盖与管口间密封良好但不粘连。暴雨期间，水位迅速上涨，该井盖可能会不断跳跃。设井盖质量为m＝20.0kg，圆柱形竖直井内水面面积为S＝0.300m2，图示时刻水面与井盖之间的距离为h＝2.00m，井内密封有压强刚好等于大气压强p0＝1.01×105Pa、温度为T0＝300K的空气（可视为理想气体），重力加速度取g＝10m/s2。密闭空气的温度始终不变。（1）井盖第一次被顶起时，井内空气压强p为多