专题17 热学（讲义）（解析版）-2024年高考二轮复习

学而优教有方TOC\o"1-4"\h\z\u考点一热学 4 4 101.热学问题的模型汇总 102.热力学第一定律与气体实验定律综合问题的解题思路 113.热力学图像问题的综合应用及解题技巧 11 12考向一分子动理论与固体液体的性质 12考向二气体实验定律理想气体状态方程 13考向三热力学定律与气体实验定律相结合 13考向四热力学图像问题 14

考点要求考题统计热学考向一分子动理论与固体液体的性质：2023•北京•高考真题、2023•海南•高考真题、2022•江苏•高考真题、2021•重庆•高考真题、2021•北京•高考真题考向二气体实验定律理想气体状态方程：2023•全国•高考真题（3题）、2023•河北•高考真题、2023•浙江•高考真题、2023•湖北•高考真题、2023•海南•高考真题、2023•湖南•高考真题、2023•山西•高考真题、2022•全国•高考真题（2题）、2022•海南•高考真题、2022•广东•高考真题、2022•河北•高考真题、2022•湖南•高考真题、2022•山东•高考真题、2021•全国•高考真题（2题）、2021•山东•高考真题（2题）、2021•重庆•高考真题、2021•湖北•高考真题、2021•辽宁•高考真题、2021•河北•高考真题、2021•湖南•高考真题、考向三热力学定律与气体实验定律相结合：2023•全国•高考真题、2023•山东•高考真题、2023•天津•高考真题、2023•浙江•高考真题、2022•重庆•高考真题、2022•山东•高考真题、2022•全国•高考真题（2题）、2022•天津•高考真题、2022•湖南•高考真题、2022•广东•高考真题、2022•河北•高考真题（2题）、2021•天津•高考真题、2021•湖南•高考真题、2021•江苏•高考真题、考向四热力学图像问题：2023•重庆•高考真题、2023•辽宁•高考真题、2023•江苏•高考真题、2023•福建•高考真题、2023•广东•高考真题、2022•福建•高考真题、2022•北京•高考真题、2022•江苏•高考真题、2022•辽宁•高考真题、2022•湖北•高考真题、2022•全国•高考真题（2题）、2021•全国•高考真题、2021•海南•高考真题、2022•重庆•高考真题、2021•福建•高考真题、2021•广东•高考真题考情分析【命题规律及方法指导】1.命题重点：本专题就是高考的热点问题，考察范围广，从分子动理论、固体、液体到气体实验定律、理想气体状态方程到热力学定律均有涉及，重点是理想气体状态方程与热力学定律结合的应用，解决问题时候注意分析气体的三个状态参量（p、V、T）2.常用方法：模型法。3.常考题型：选择题，填空题，计算题．【命题预测】1.本专题属于热点内容；2.高考命题考察方向①热学：分子动理论、固体、液体；以气缸、U型管、直管、L型管及生活生产中的器皿为背景，结合气体实验定律、理想气体状态方程和热力学定律综合应用考察

考点一热学1．（2022·江苏·高考真题）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，下列说法中正确的是（）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【考向】分子动理论【答案】D【详解】A．密闭容器中的氢气质量不变，分子个数不变，根据，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，故A错误；B．气体压强产生的原因是大量气体分子对容器壁的持续的、无规则撞击产生的；压强增大并不是因为分子间斥力增大，故B错误；C．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，故C错误；D．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，故D正确。故选D。2．（2023·全国·高考真题）（多选）对于一定量的理想气体，经过下列过程，其初始状态的内能与末状态的内能可能相等的是（）A．等温增压后再等温膨胀B．等压膨胀后再等温压缩C．等容减压后再等压膨胀D．等容增压后再等压压缩E．等容增压后再等温膨胀【考向】气体实验定律理想气体状态方程【答案】ACD【详解】A．对于一定质量的理想气体内能由温度决定，故等温增压和等温膨胀过程温度均保持不变，内能不变，故A正确；B．根据理想气体状态方程，可知等压膨胀后气体温度升高，内能增大，等温压缩温度不变，内能不变，故末状态与初始状态相比内能增加，故B错误；C．根据理想气体状态方程可知等容减压过程温度降低，内能减小；等压膨胀过程温度升高，末状态的温度有可能和初状态的温度相等，内能相等，故C正确；D．根据理想气体状态方程可知等容增压过程温度升高；等压压缩过程温度降低，末状态的温度有可能和初状态的温度相等，内能相等，故D正确；E．根据理想气体状态方程可知等容增压过程温度升高；等温膨胀过程温度不变，故末状态的内能大于初状态的内能，故E错误。故选ACD。3．（2023·山西·高考真题）（多选）如图，一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地面上，用轻弹簧连接的两绝热活塞将汽缸分为f、g、h三部分，活塞与汽缸壁间没有摩擦。初始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等。现通过电阻丝对f中的气体缓慢加热，停止加热并达到稳定后（）

A．h中的气体内能增加 B．f与g中的气体温度相等C．f与h中的气体温度相等 D．f与h中的气体压强相等【考向】理想气体状态方程热力学第一定律【答案】AD【详解】A．当电阻丝对f中的气体缓慢加热时，f中的气体内能增大，温度升高，根据理想气体状态方程可知f中的气体压强增大，会缓慢推动左边活塞，可知h的体积也被压缩压强变大，对活塞受力分析，根据平衡条件可知，弹簧弹力变大，则弹簧被压缩。与此同时弹簧对右边活塞有弹力作用，缓慢向右推动左边活塞。故活塞对h中的气体做正功，且是绝热过程，由热力学第一定律可知，h中的气体内能增加，A正确；B．未加热前，三部分中气体的温度、体积、压强均相等，当系统稳定时，活塞受力平衡，可知弹簧处于压缩状态，对左边活塞分析，则，分别对f、g内的气体分析，根据理想气体状态方程有，，由题意可知，因弹簧被压缩，则，联立可得，B错误；C．在达到稳定过程中h中的气体体积变小，压强变大，f中的气体体积变大。由于稳定时弹簧保持平衡状态，故稳定时f、h中的气体压强相等，根据理想气体状态方程对h气体分析可知，联立可得，C错误；D．对弹簧、活塞及g中的气体组成的系统分析，根据平衡条件可知，f与h中的气体压强相等，D正确。故选AD。4．（2023·全国·高考真题）如图，竖直放置的封闭玻璃管由管径不同、长度均为的A、B两段细管组成，A管的内径是B管的2倍，B管在上方。管内空气被一段水银柱隔开。水银柱在两管中的长度均为。现将玻璃管倒置使A管在上方，平衡后，A管内的空气柱长度改变。求B管在上方时，玻璃管内两部分气体的压强。（气体温度保持不变，以为压强单位）

【考向】气体实验定律理想气体状态方程【答案】，【详解】设B管在上方时上部分气压为pB，则此时下方气压为pA，此时有倒置后A管气体压强变小，即空气柱长度增加1cm，A管中水银柱减小1cm，A管的内径是B管的2倍，则可知B管水银柱增加4cm，空气柱减小4cm；设此时两管的压强分别为、，所以有倒置前后温度不变，根据玻意耳定律对A管有对B管有其中联立以上各式解得5．（2023·全国·高考真题）一高压舱内气体的压强为1.2个大气压，温度为17℃，密度为1.46kg/m3。（i）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27℃时舱内气体的密度； （ii）保持温度27℃不变，再释放出舱内部分气体使舱内压强降至1.0个大气压，求舱内气体的密度。【考向】理想气体状态方程【答案】（i）1.41kg/m3；（ii）1.18kg/m3【详解】（i）由摄氏度和开尔文温度的关系可得T1=273＋17K=290K，T2=273＋27K=300K理想气体状态方程pV=nRT可知其中n为封闭气体的物质的量，即理想气体的正比于气体的质量，则其中p1=p2=1.2p0，ρ1=1.46kg/m3，代入数据解得ρ2=1.41kg/m3（ii）由题意得p3=p0，T3=273＋27K=300K同理可得解得ρ3=1.18kg/m36．（2023·全国·高考真题）（多选）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．气体的体积不变，温度升高B．气体的体积减小，温度降低C．气体的体积减小，温度升高D．气体的体积增大，温度不变E．气体的体积增大，温度降低【考向】热力学定律与气体实验定律相结合【答案】ABD【详解】A．气体的体积不变温度升高，则气体的内能升高，体积不变气体做功为零，因此气体吸收热量，A正确；B．气体的体积减小温度降低，则气体的内能降低，体积减小外界对气体做功，由热力学第一定律，可知气体对外放热，B正确；C．气体的体积减小温度升高，则气体的内能升高，体积减小外界对气体做功，由热力学第一定律，可知Q可能等于零，即没有热量交换过程，C错误；D．气体的体积增大温度不变则气体的内能不变，体积增大气体对外界做功，由热力学第一定律，可知，即气体吸收热量，D正确；E．气体的体积增大温度降低则气体的内能降低，体积增大气体对外界做功，由热力学第一定律，可知Q可能等于零，即没有热量交换过程，E错误。故选ABD。7．（2023·浙江·高考真题）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、质量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、活塞与容器底的距离的状态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。取大气压，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过程中从外界吸收热量Q。【考向】热力学定律与气体实验定律相结合【答案】（1）330K；（2）；（3）【详解】（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，则有解得（2）从状态A到状态B的过程中，活塞缓慢上升，则解得根据题意可知，气体由状态B变化到状态C的过程中，气体的体积不变，则有解得（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由热力学第一定律有解得8．（2023·江苏·高考真题）如图所示，密闭容器内一定质量的理想气体由状态A变化到状态B。该过程中（

）

A．气体分子的数密度增大B．气体分子的平均动能增大C．单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小D．单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小【考向】热力学图像问题【答案】B【详解】A．根据，可得，则从A到B为等容线，即从A到B气体体积不变，则气体分子的数密度不变，选项A错误；B．从A到B气体的温度升高，则气体分子的平均动能变大，则选项B正确；C．从A到B气体的压强变大，气体分子的平均速率变大，则单位时间内气体分子对单位面积的器壁的碰撞力变大，选项C错误；D．气体的分子密度不变，从A到B气体分子的平均速率变大，则单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数变大，选项D错误。故选B。9．（2022·全国·高考真题）（多选）一定量的理想气体从状态a经状态b变化到状态c，其过程如图上的两条线段所示，则气体在（）A．状态a处的压强大于状态c处的压强B．由a变化到b的过程中，气体对外做功C．由b变化到c的过程中，气体的压强不变D．由a变化到b的过程中，气体从外界吸热E．由a变化到b的过程中，从外界吸收的热量等于其增加的内能【考向】热力学图像问题【答案】ABD【详解】AC．根据理想气体状态方程可知，即图像的斜率为，故有，故A正确，C错误；B．理想气体由a变化到b的过程中，因体积增大，则气体对外做功，故B正确；DE．理想气体由a变化到b的过程中，温度升高，则内能增大，由热力学第一定律有，而，，则有，可得，，即气体从外界吸热，且从外界吸收的热量大于其增加的内能，故D正确，E错误；故选ABD。10．（2023·广东·高考真题）在驻波声场作用下，水中小气泡周围液体的压强会发生周期性变化，使小气泡周期性膨胀和收缩，气泡内气体可视为质量不变的理想气体，其膨胀和收缩过程可简化为如图所示的图像，气泡内气体先从压强为、体积为、温度为的状态等温膨胀到体积为、压强为的状态，然后从状态绝热收缩到体积为、压强为、温度为的状态到过程中外界对气体做功为．已知和．求：

（1）的表达式；（2）的表达式；（3）到过程，气泡内气体的内能变化了多少？【考向】热力学图像问题【答案】（1）；（2）；（3）【详解】（1）由题可知，根据玻意耳定律可得解得（2）根据理想气体状态方程可知解得（3）根据热力学第一定律可知其中，故气体内能增加1.热学问题的模型汇总1）估算问题两种分子模型①球模型：，得直径(常用于固体和液体)．②立方体模型：，得边长(常用于气体)．2）气体压强计算的两种模型①活塞模型：如图所示是最常见的封闭气体的两种方式．求气体压强的基本方法：先对活塞进行受力分析，然后根据平衡条件或牛顿第二定律列方程．图甲中活塞的质量为m，活塞横截面积为S，外界大气压强为p0.由于活塞处于平衡状态，所以，则气体的压强为.图乙中的液柱也可以看成“活塞”，由于液柱处于平衡状态，所以，则气体压强为.②连通器模型：如图所示，U形管竖直放置．同一液体中的相同高度处压强一定相等，所以气体B和A的压强关系可由图中虚线联系起来．则有，而，所以气体B的压强为．【技巧点拨】①被活塞或汽缸封闭的气体，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，压强单位为Pa.②水银柱密封的气体，应用或计算压强，压强p的单位为或.③关联气体问题：解决由活塞、液柱相联系的两部分气体问题时，根据两部分气体压强、体积的关系，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．2.热力学第一定律与气体实验定律综合问题的解题思路1）确定研究对象：①气体②气缸、活塞、液柱等2）两类分析：①气体实验定律：状态量，初末态之间发生的变化②热力学定律：做功情况，吸、放热情况，内能变化情况3）选择规律列方程求解：气体的三个实验定律，理想气体状态方程，热力学第一定律【技巧点拨】分析物体内能问题的五点提醒①内能是对物体的大量分子而言的，不存在某个分子内能的说法．②内能的大小与温度、体积、物质的量和物态等因素有关．③通过做功或热传递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，分子的平均动能都相同．⑤内能由物体内部分子微观运动状态决定，与物体整体运动情况无关．任何物体都具有内能，恒不为零．3.热力学图像问题的综合应用及解题技巧1）热力学第一定律与图像的综合应用Ⅰ、气体的状态变化可由图像直接判断或结合理想气体状态方程分析．Ⅱ、气体的做功情况、内能变化及吸放热关系可由热力学第一定律分析．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由热力学第一定律判断气体是吸热还是放热．④在p－V图像中，图像与横轴所围面积表示对外或外界对气体整个过程中所做的功．2）气体状态变化的四种图像问题及解题技巧Ⅰ、四种图像的比较类别特点(其中C为常量)举例p－V，即之积越大的等温线温度越高，线离原点越远p－eq\f(1,V)，斜率，即斜率越大，温度越高p－T，斜率，即斜率越大，体积越小V－T，斜率，即斜率越大，压强越小Ⅱ、处理气体状态变化的图像问题的技巧①首先应明确图像上的点表示一定质量的理想气体的一个状态，它对应着三个状态量；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．看此过程属于等温、等容还是等压变化，然后用相应规律求解．②在V－T图像(或p－T图像)中，比较两个状态的压强(或体积)时，可比较这两个状态到原点连线的斜率的大小，斜率越大，压强(或体积)越小；斜率越小，压强(或体积)越大．【技巧点拨】合理选取气体变化所遵循的规律列方程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．考向一分子动理论与固体液体的性质1．（2024·四川内江·统考一模）（多选）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【答案】ACE【详解】A．所有分子都在永不停息的做无规则运动，故A正确；B．浸润即液体在与固体表面接触时能够弥散进入固体表面的现象，而照片中的玻璃和水不浸润，故B错误；C．由于液体表面张力的作用使水滴呈球行，但在重力的作用下水滴呈椭球形，故C正确；DE．照片中水滴表面分子比水滴的内部稀疏，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，内部分子对表面层分子为引力的作用，使表面层分子有收缩的趋势，从而形成球形，故D错误，E正确。故选ACE。考向二气体实验定律理想气体状态方程2．（2024·河北邯郸·统考二模）如图所示，“空气炮”是非常有趣的小玩具，深受小朋友们喜爱。其使用方法是先用手拉动后面的橡胶膜，抽取一定量的空气后，迅速放手，橡胶膜在恢复原状的过程中压缩空气，从而产生内外压强差，空气从管口冲出形成冲力。已知“空气炮”在未使用前的容积为600mL，拉动橡胶膜至释放前的容积变为800mL，大气压强为1.05×105Pa，整个过程中“空气炮”中的空气温度等于环境温度27℃不变。（1）若橡胶膜恢复原状的过程可视为没有气体冲出，试求恢复原状瞬间“空气炮”内部空气压强。（2）经检测，橡胶膜恢复原状瞬间，“空气炮”内部空气压强为1.2×105Pa，试求此时已冲出管口的空气质量与仍在“空气炮”内部的空气质量之比。【答案】（1）1.4×105Pa；（2）【详解】（1）以抽入气体后的空气炮内气体为研究对象，初始气体压强气体体积橡皮膜恢复原状时气体体积气体做等温变化，由玻意耳定律得解得即橡胶膜恢复原状时气体的压强为。（2）以抽入气体后的空气炮内气体为研究对象，初始气体压强气体体积橡皮膜恢复原状时气体在瓶内的体积已冲出管口的气体压强视为与内部相同为设其体积为，气体做等温变化，由玻意耳定律得解得同压强下气体质量与体积成正比，则冲出管口的气体与内部气体的质量比为解得考向三热力学定律与气体实验定律相结合3．（2024·四川绵阳·统考二模）如图所示，一定质量理想气体被活塞封闭在汽缸中，活塞的质量为m，面积为S，与汽缸底部相距L，汽缸和活塞绝热性能良好，气体的温度与外界大气相同均为T0，大气压强为p0。现接通电热丝加热气体，一段时间后断开，活塞缓慢向上移动距离0.5L后停止，整个过程中气体吸收的热量为Q。忽略活塞与汽缸间的摩擦，重力加速度为g。求：（i）理想气体最终的温度T（ii）理想气体内能的增加量。

【答案】（i）