专题21-热学问题(2019人教版)(原卷版)

【专题21】热学问题【题型命题点】一、分子动理论【要点归纳】1．分子的大小(1)阿伏加德罗常数：NA＝6.02×1023mol－1.(2)分子体积：V0＝eq\f(Vmol,NA)(占有空间的体积)．(3)分子质量：m0＝eq\f(Mmol,NA).(4)油膜法估测分子的直径：d＝eq\f(V,S).(5)估算微观量的两种分子模型①球体模型：直径为d＝eq\r(3,\f(6V0,π)).②立方体模型：棱长为d＝eq\r(3,V0).【方法归纳】1．必须掌握微观量估算的两个模型球模型：V＝eq\f(4,3)πR3(适用于估算液体、固体分子直径)立方体模型：V＝a3(适用于估算气体分子间距)2．必须明确反映分子运动规律的两个实例①布朗运动：研究对象：悬浮在液体或气体中的固体小颗粒．运动特点：无规则、永不停息．相关因素：颗粒大小、温度．②扩散现象产生原因：分子永不停息的无规则运动．相关因素：温度．3．必须弄清的分子力和分子势能①分子力：分子间引力与斥力的合力．分子间距离增大，引力和斥力均减小；分子间距离减小，引力和斥力均增大，但斥力总比引力变化得快．②分子势能：分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增大；当分子间距为r0(分子间的距离为r0时，分子间作用的合力为0)时，分子势能最小．【考点归纳】【考点一】微观量的估算【典型例题1】(2022届安徽师范大学附属中学第五次综合测试)下列说法正确的是。A．气体很容易充满整个容器，这是分子间存在斥力的宏观表现B．“油膜法”估测分子大小实验中，可将纯油酸直接滴入浅盘的水面上C．温度升高，分子热运动的平均动能一定增大，但并非所有分子的速率都增大D．摩尔质量为M(kg/mol),密度(kg/m3)的1m3的铜所含原子数为(阿伏伽德罗常数为NA)E．由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，液面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势(对应训练)(2022届上海市奉贤区高三(上)一模)在“用单分子油膜估测分子的大小”实验中，进行了理想化的假设，如：__________(写出一种假设即可)。若已知n滴油的总体积为V，一滴油所形成的油膜面积为S，则一个油分子的直径为________。【考点二】分子动理论【典型例题2】(2022届安徽省六校第二次联考)下列说法正确的是()A．分子力只要减小，分子间的分子势能就要减小B．布朗运动是指液体或气体中悬浮微粒的无规则运动C．气体的温度升高，每个气体分子运动的速率都增大D．一定量100℃的水变成100℃的水蒸气，其分子之间的势能增加E．只要能增强气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以升高(对应训练)(2022届北京市北师大实验中学高三(下)摸底考试)关于热现象，下列说法正确的是()A．扩散现象说明分子间存在引力B．布朗运动是液体分子的无规则运动C．一定质量0°C的冰融化成0°C的水，其内能没有变化D．一定质量的理想气体对外做功，内能不一定减少【考点三】物体的内能【典型例题3】(2022届哈尔滨师范大学附属中学高三(上)期中)由于水的表面张力，荷叶上的小水滴总是呈球形。分子势能Ep和分子间距离r的关系图像如图所示，能总体上反映小水滴表面层中水分子Ep的是图中()A．a点 B．b点 C．c点 D．d点(对应训练)(2022届黑龙江省大庆中学高三(上)期中)不同的物理概念、物理规律间往往存在内在的联系，分子间存在着分子力，又由于分子间的相互作用而存在与相对距离有关的分子势能如图所示为分子力随分子间距离的变化规律图线，由图象可知下列选项正确的是()A．c位置分子力最小B．b位置分子势能最小C．c到d的过程分子势能一直增大D．a到d的过程分子力先减小后增大E．a到d的过程分子势能先减小后增大【题型命题点】二、固体、液体、气体【要点归纳】1．对晶体、非晶体特性的理解(1)只有单晶体才可能具有各向异性．(2)各种晶体都具有固定熔点，晶体熔化时，温度不变，吸收的热量全部用于分子势能的增加．(3)晶体与非晶体可以相互转化．(4)有些晶体属于同素异构体，如金刚石和石墨．2．对液晶特性的理解(1)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．(2)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．3．气体实验定律：气体的状态由热力学温度、体积和压强三个物理量决定．(1)等温变化：pV＝C或p1V1＝p2V2.(2)等容变化：eq\f(p,T)＝C或eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2).(3)等压变化：eq\f(V,T)＝C或eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2).(4)理想气体状态方程：eq\f(pV,T)＝C或eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2).【方法归纳】1．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列式计算．(2)被液柱封闭的气体的压强，若应用平衡条件或牛顿第二定律求解，得出的压强单位为Pa．2．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均发生变化，则选用理想气体状态方程列方程求解．(2)若气体质量一定，p、V、T中有一个量不发生变化，则选用对应的实验定律列方程求解．【考点归纳】【考点一】固体的性质【典型例题1】(2022届江苏省南京市盐城市高三(上)一模)下雪了，晶莹的雪花像轻盈的玉蝴蝶在翩翩起舞，雪花的形状如图所示。下列关于雪花的说法正确的是()A.是多晶体 B.是非晶体C.具有各向异性 D.飞舞时，说明分子在做无规则运动(对应训练)下列说法中正确的是()A．当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的增大而增大B．气体压强的大小跟气体分子的平均动能有关，与分子的密集程度无关C．有规则外形的物体是晶体，没有确定的几何外形的物体是非晶体D．由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，液面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势【考点二】液体和气体【典型例题2】(2022届哈尔滨师范大学附属中学高三(上)期末)(多选)下列说法正确的是()A．单晶体和多晶体都有固定的熔点B．浸润现象中，附着层里的分子比液体内部稀疏C．水的饱和汽压随温度的升高而增大，且增大得越来越快D．当人们感到干燥时，空气的相对湿度一定较小E．熔化热与物质的种类、质量都有关(对应训练1)(2022届哈尔滨市第六中学高三(上)期末)(多选)下列说法正确的是()A．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间存在势能的缘故B．物体温度升高时，速率小的分子数目减小，速率大的分子数目增多C．一定量的100℃的水变成100℃的水蒸气，其分子平均动能增加D．物体从外界吸收热量，其内能不一定增加E．液晶的光学性质具有各向异性(对应训练2)(2022届湖南省衡阳市第八中学高三(下)开学考试)(多选)2021年8月5日东京奥运会跳水女子台决赛中，14岁的全红婵领先第二名90多分，以总分466.2拿到金牌，并打破了世界纪录。五次跳水有三次满分，娴熟的动作，标准的姿势，李小鹏感叹：我扔个硬币溅起的水花都比她跳水大。下列说法错误的是()A．运动员出水后泳衣上的水很快滑落是因为制造泳衣的材料对水不浸润B．运动员入水过程中，在水中产生的气泡内的气体压强小于大气压C．运动员入水过程中激起的水花中，很多水滴呈现球形是因为水的表面张力的作用D．跳水池水温保持恒定约，保证运动员入水后的舒适度，此时运动员和水池中的水处于热平衡状态E．跳水运动员入水后，身体周围会出现一些小气泡，这些小气泡在做无规则的布朗运动【考点三】理想气体状态方程在“液柱”类问题中的应用【典型例题3】(2022届安徽师范大学附属中学第五次综合测试)如图所示，一长L=37cm的导热细玻璃管AB水平放置，B端密闭，A端开口．在玻璃管内用一段长L1=25cm的水银柱密闭一段长L2=10cm的理想气体．已知大气压强p0=75cmHg，气体初始温度为t1=27℃，热力学温度与摄氏温度间的关系为T=t+273K．(ⅰ)若将玻璃管绕A端沿逆时针方向缓慢旋转，当玻璃管与水平面的夹角为多少时水银柱的下端刚好到达A端？(ⅱ)当玻璃管转到与水平面成角时，用一薄玻璃片将A端盖住以防止管中水银流出并对管中气体加热．当加热到温度为t2时由静止释放玻璃管并同时快速抽去玻璃片，让玻璃管做自由落体运动，下落过程中玻璃管不发生翻转，发现在玻璃管下落过程中管中的水银柱相对于玻璃管的位置不变，求t2．(玻璃管下落过程中管中气体温度不变)(对应训练)(2022届河北省沧州市第一中学高三(下)第一次月考)一根长为L＝100cm、粗细均匀、可弯曲的导热细管，一端封闭，一端开口。现把细管弯成“L”形，如图所示，竖直段的长度h＝60cm。然后将水银从管口缓慢注入且不让细管中的空气泄漏。已知大气压强p0＝76cmHg，假定细管被弯曲时，管的长度和管的内径都不发生变化。(1)若注入19cm的水银，求细管内封闭空气的长度；(2)求能注入水银的最大长度。【考点四】理想气体状态方程在汽缸类问题中的应用【典型例题4】(2022届重庆市育才中学第五次月考)如图所示，内壁光滑的圆筒固定在水平地面上，用横截面积S＝0.01m2的活塞A、B封闭一定质量的理想气体，其中活塞B与一端固定在竖直墙上、劲度系数k＝1000N/m的轻质弹簧相连，平衡时两活塞相距l0＝0.6m。已知外界大气压强p0＝1.0×105Pa，圆筒内气体温度为t0＝27℃。(1)若将两活塞锁定，然后将圆筒内气体温度升到t＝227℃，求此时圆筒内封闭气体的压强；(结果保留3位有效数字)(2)若保持圆筒内气体温度t0＝27℃不变，然后对A施加一水平推力F＝500N，使其缓慢向左移动一段距离后再次平衡，求此过程中活塞A移动的距离。(假设活塞B左端的圆筒足够长，弹簧始终在弹性限度内)(对应训练)(2022届广东省汕头市金山中学高三(上)期末)如图所示，开口向上的气缸由粗细不同的两段圆筒组成，上段气缸足够高下段气缸高度为2l，上段内径为下段内径的2倍。活塞P静止在上段气缸中，活塞Q静止在下段气缸正中位置，PQ间距离为2l，两活塞厚度不计，P的质量为4m，Q的质量为m、横截面积为S，大气压强为p0，两个活塞与气缸内壁的摩擦忽略不计，且气密性好，缸内封闭有两段理想气体I、II，气体温度均为T0，重力加速度为g。求：(1)气体II的压强；(2)若给气体I、II同时缓慢加热，使两部分气体升高相同的温度，使活塞Q刚好上升l，这时两部分气体温度升高了多少？

【考点五】理想气体状态方程在图象类问题中的应用【典型例题5】(2022届安徽省六校第二次联考)如图甲所示，水平放置的汽缸内壁光滑，活塞的厚度不计，在A、B两处设有限制装置，使活塞只能在A、B之间运动，A左侧汽缸的容积为V0，A、B之间容积为0.2V0，开始时活塞在A处，缸内气体压强为0.9P0(P0为大气压强)，温度为27°C，现通过对气体缓慢加热使活塞恰好移动到B，求：①活塞移动到B时，缸内气体温度tB②在图乙中画出整个过程的P-V图线。(对应训练)(2022届鹤岗市第一中学高三(上)期末)(多选)如图所示，一定质量的理想气体，沿状态A、B、C变化，下列说法中正确的是()A．沿A→B→C变化，气体温度不变B．A、B、C三状态中，B状态气体温度最高C．A、B、C三状态中，B状态气体温度最低D．从A→B，气体压强减小，温度升高E．从B→C，气体密度减小，温度降低【题型命题点】三、热力学定律【要点归纳】1．物体内能变化的判定：温度变化引起分子平均动能的变化；体积变化，分子间的分子力做功，引起分子势能的变化．2．热力学第一定律①公式：ΔU＝W＋Q；②符号规定：外界对系统做功，W＞0；系统对外界做功，W＜0．系统从外界吸收热量，Q＞0；系统向外界放出热量，Q<0．系统内能增加，ΔU＞0；系统内能减少，ΔU＜0．3．热力学第二定律的表述：①热量不能自发地从低温物体传到高温物体(按热传递的方向性表述)．②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(按机械能和内能转化的方向性表述)．③第二类永动机是不可能制成的．【方法归纳】注意“三看”、“三想”(1)看到“绝热过程”，想到Q＝0，则W＝ΔU。(2)看到“等容过程”，想到W＝0，则Q＝ΔU。(3)看到“等温过程”，想到ΔU＝0，则W＋Q＝0。【考点归纳】【考点一】热力学定律的应用【典型例题1】(2022届华南师范大学附中、广东实验中学等四校联考)某同学用如图所示的喷壶对教室进行消毒。闭合阀门K，向下压压杆A可向瓶内储气室充气，多次充气后按下按柄B打开阀门K，消毒液会自动经导管从喷嘴处喷出。充气和喷液过程中温度保持不变，则充气过程中，储气室内所有气体的内能__________(填“增大”、“减小”或“不变”)；喷液过程中，储气室内气体___________(填“吸收”或“放出”)热量，所有气体均可看成理想气体。(对应训练1)(2022届广东省汕头市金山中学高三(上)期末)一定质量的理想气体被活塞封闭在可导热的竖直气缸内，活塞可沿气缸无摩擦地上下滑动．开始时活塞静止，取一小盒沙子缓慢地倒在活塞的上表面上，在倒沙子的过程中，缸内气体内能______(填“增大”、“减小”或“不变”)，气体对活塞______(填“做正功”、“做负功”或“不做功”)，气体______(填“吸热”或“放热”)．(对应训练2)(2022届重庆市育才中学第五次月考)下列说法正确的是()A．根据热力学定律知，热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体B．盛有气体的容器做加速运动时，容器中气体的内能必定会随之增大C．在围绕地球飞行的宇宙飞船中，自由飘浮的水滴呈球形，这是表面张力作用的结果D．当两块薄玻璃板间夹有一层水膜时，在垂直于玻璃板的方向很难将玻璃板拉开，这是由于水膜具有表面张力【考点二】热力学定律与气体实验定律的组合在图像中的应用【典型例题2】(2022届河北省沧州市第一中学高三(下)第一次月考)图示描述了一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态，图中ab的延长线过原点，则下列说法不正确的是()A．气体从状态a到b的过程，气体体积不变B．气体从状态b到c的过程，一定从外界吸收热量C．气体从状态d到a的过程，气体的内能减小D．气体从状态d到a的过程，气体对外界做功(对应训练)(2022届双鸭山市第一中学高三(上)期末)理想气体状态方程可用pV=nRT表示，式中p为压强，V为气体的体积，T为温度，n为气体的物质的量，R为常量。不同的物质升高相同温度时吸收的热量一般不相同。1mol的物质温度升高时，如果吸收的热量为Q，则该物质的摩尔热容定义为=。由于热量是过程量，常用的摩尔热容有定压强热容和定体积热容两种，如氧气的定压和定体的摩尔热容之比为。一定质量的氧气由状态1变化到状态2所经历的过程如图所示。视氧气为理想气体。试求这一过程：(1)外界对氧气所做的功W；(结果用和表示)(2)1到a过程吸收热量和a到2过程放出热量之比。

【考点三】热力学定律与气体实验定律的组合在缸体中的应用【典型例题3】(2022届河北省衡水中学高三(上)五调)如图所示，有一横截面积为40cm2的绝热汽缸(足够高)，用一绝热轻质活塞封闭一定质量的理想气体，在接近容器底部的地方有一电热丝，电热丝的两头接在汽缸的外面，接线处密闭性良好。开始时汽缸内气体的温度为300K，密封气柱的高度为6cm。现在给汽缸内的气体加热，使活塞缓慢运动，经过一段时间后汽缸内的气体温度达到400K，整个过程中汽缸内气体吸收的热量为12J。设大气压强为Pa，活塞运动过程无摩擦，求：(1)汽缸再次稳定时，汽缸内气柱高度的变化量；(2)整个过程中气体内能的变化量。

(对应训练)(2022届四川省成都市高三(上)一诊)如图，一横截面积为S的圆柱形气缸竖直放置在升降机中，质量为m的活塞在缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞上表面水平，下表面与水平面的夹角为θ。不计活塞与气缸内壁之间的摩擦，大气压强为p0，重力加速度大小为g。(i)当升降机以加速度a竖直向上做匀加速运动时，求缸内气体的压强；(ii)当升降机静止时，对缸内气体缓慢加热，气体吸收的热量为Q，气柱高度增加了ΔL，求加热过程中气体内能的增量。

【考点训练】1．(2021·山东滨州市二模)卡诺循环(Carnotcycle)是只有两个热源的简单循环。如图所示是卡诺循环的P-V图像，卡诺循环包括四个过程∶a→b等温过程；b→c绝热膨胀过程；c→d等温过程；d→a绝热压缩过程。整个过程中封闭气体可视为理想气体，下列说法正确的是()A．a→b过程，外界对气体做功B．c→d过程，气体放出热量C．a→b过程温度为T1，c→d过程温度为T2，则T1＜T2D．b→c过程气体对外做功为W1，d→a过程外界对气体做功为W2，则W1=W22．(2021·安徽马鞍山市三模)一定量的理想气体发生状态变化，其压强p随热力学温度T变化的图像如图所示，气体经历了A→B→C→D→A的循环过程，下列说法中正确的是()A．A→B过程中气体对外做功B．B→C过程气体体积不变C．C状态下的单位体积气体分子数一定比D状态下的大D．D→A过程中气体放出热量E.A状态下的气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数一定比C状态下的大3．(2021·山东济南市二模)中医拔火罐的物理原理是利用火罐内外的气压差使罐吸附在人体上，进而可以养疗。如图所示，是治疗常用的一种火罐，使用时，先加热罐中气体，然后迅速按到皮肤上，降温后火罐内部气压低于外部，从而吸附在皮肤上某次使用时，先将气体由300K加热到400K，按在皮肤上后，又降至300K，由于皮肤凸起，罐内气体体积变为罐容积的，以下说法正确的是()A．加热后罐内气体质量是加热前的B．加热后罐内气体质量是加热前的C．温度降至300K时，罐内气体压强变为原来的D．温度降至300K时，罐内气体压强变为原来的4．(2021·四川成都市三模)一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a，其p—V图像如图所示。已知三个状态的坐标分别为a(V0，p0)、b(3V0，p0)、c(3V0，5p0)，下列说法正确的是()A．在a→b过程中，气体温度逐渐升高B．在b→c过程中，气体向外界放热C．在c→a过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量D．气体在c→a过程中的内能减少量小于气体在b→c过程中的内能增加量E.气体在a→b→c→a一个循环过程中对外界放出的热量为5．(2021·安徽合肥市二模)下列说法正确的是()A．气体向外放热，其内能一定减小B．露珠呈球状是由于液体表面张力的作用C．饱和汽压与温度有关，且随着温度的升高而增大D．气体对容器的压强是大量气体分子对器壁的频繁碰撞引起的E.当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的减小而减小6．(2021·江苏月考)如图所示，一定质量的理想气体用质量为M的活塞封闭在容器中，活塞与容器间光滑接触，在图中三种稳定状态下的温度分别为，体积分别为且，则的大小关系为()A． B．C． D．7．(2021·江苏省平潮高级中学月考)如图所示为一定质量的氦气(可视为理想气体)状态变化的图像。已知该氦气所含的氦分子总数为N，氦气的摩尔质量为M，在状态A时的压强为。已知阿伏加德罗常数为，下列说法正确的是()A．氦气分子的质量为B．B状态时氦气的压强为C．B→C过程中氦气向外界放热D．C状态时氦气分子间的平均距离8．(2021·新沂市第一中学月考)如图所示，一定质量的理想气体由状态A经状态B变化到状态C的p-V图像如图所示已知气体由从状态A变化到状态B的过程中吸收的热量为Q1，气体对外做功W1；从状态B变化到状态C过程中吸收的热量为Q2，气体对外做功W2。则()A．Q1＜Q2 B．W1＜W2 C．Q1+Q2=4p0L D．Q1-W1=Q2-W29．(2021·河西区·天津实验中学一模)一定质量的理想气体经历状态变化，其图线如图所示，变化顺序为，图中段延长线过坐标原点，线段与p轴垂直，线段与轴垂直，则()A．，压强不变、外界对气体做功、气体放出热量B．，压强减小、外界对气体做功、气体吸收热暈C．，压强减小、外界对气体做功、气体吸收热量D．，压强增大、气体对外界做功、同时放出热量10．(2021·北理工附中三模)下列说法正确的是()A．布朗运动是悬浮在液体中，固体颗粒分子的无规则运动B．气体从外界吸收热量，气体的内能一定增大C．知道某物质的摩尔质量和密度可求出阿伏加德罗常数D．一定质量的气体，体积不变，温度越高，气体的压强就越大11．(2021·四川绵阳中学月考)下列关于分子动理论和热现象的说法正确的是()A．当时，分子力表现为引力，当增大时，分子力做负功，分子势能增大B．即使气体的温度很高，仍然有一些分子的运动速率是非常小的C．外界对气体做功，气体的内能一定增大D．物体可以从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他的变化E.对一定量的理想气体，只要压强和体积不变，则气体的内能不变12．(2021·江苏常州市一模)新冠肺炎疫情期间，某班级用于消毒的喷壶示意图如图甲所示。壶的容积为1.5L，内含1.0L的消毒液。闭合阀门K，缓慢向下压压杆A，每次可向瓶内储气室充入0.05L的1.