专题33 热学的基本概念与原理（教师版）-2025版高考物理热点题型讲义

专题33热学的基本概念与原理目录TOC\o"1-3"\h\u题型一关于分子动理论及内能的考查 1类型1微观量估算的两种“模型” 1类型2布朗运动与分子热运动 5类型3分子力和内能 8题型二固体、液体和气体 14类型1固体和液体性质的理解 14类型2气体压强的计算及微观解释 20题型三关于热力学定律与能量守恒定律的理解 24类型1热力学第一定律的理解 24类型2热力学第二定律的理解 30类型3热力学第一定律与图像的综合应用 33题型一关于分子动理论及内能的考查类型1微观量估算的两种“模型”1．微观量与宏观量(1)微观量：分子质量m0、分子体积V0、分子直径d等．(2)宏观量：物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ、物体的体积V、摩尔体积Vmol等．2．分子的两种模型(1)球模型：V0＝eq\f(1,6)πd3，得直径d＝eq\r(3,\f(6V0,π))(常用于固体和液体)．(2)立方体模型：V0＝d3，得边长d＝eq\r(3,V0)(常用于气体)．3．几个重要关系(1)一个分子的质量：m0＝eq\f(M,NA).(2)一个分子的体积：V0＝eq\f(Vmol,NA)(注意：对于气体，V0表示一个气体分子占有的空间)．(3)1mol物体的体积：Vmol＝eq\f(M,ρ).1．已知铜的摩尔质量为M（kg/mol），铜的密度为，阿伏加德罗常数为。下列判断正确的是（）A．1个铜原子的体积为 B．铜中所含的原子数为C．1kg铜中所含的原子数为 D．1个铜原子的直径为【答案】D【详解】A．1摩尔铜原子的体积为，则1个铜原子的体积为，选项A错误；B．铜的物质的量为，则其中所含的原子数为，选项B错误；C．1kg铜的物质的量为，其中所含的原子数为，选项C错误；D．将铜原子看做球体，则1个铜原子的体积解得1个铜原子的直径为选项D正确。故选D。2．晶须是一种发展中的高强度材料，它是一些非常细、非常完整的丝状（横截面为圆形）晶体。现有一根铁质晶须，直径为d，用大小为F的力恰好将它拉断，断面呈垂直于轴线的圆形。已知铁的密度为，铁的摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为，铁质晶须内的铁原子可看作紧密排列的小球，则下列说法中正确的是（  ）A．铁质晶须单位体积内铁原子的个数为B．铁原子的直径为C．断面内铁原子的个数为D．相邻铁原子之间的相互作用力为【答案】D【详解】A．单个铁原子的质量铁质晶须单位体积内铁原子的个数为故A错误；B．铁的摩尔体积单个分子的体积又所以分子的半径分子的直径故B错误；C．分子的最大截面积断面内铁原子的个数为故C错误；D．相邻铁原子之间的相互作用力为故D正确。故选D。3．质量为m的钻石，密度为，摩尔质量为M，阿伏伽德罗常数为，钻石分子的质量为，则该钻石含有的分子数为（）A． B． C． D．【答案】D【详解】A．代表1mol钻石的的分子数，即阿伏伽德罗常数，故A错误；B．m代表钻石的质量，代表阿伏伽德罗常数，没有意义，故B错误；C．根据密度的计算公式有代表阿伏伽德罗常数，没有意义，故C错误；D．根据物质的量的计算公式有则分子数为故D正确；故选D。类型2布朗运动与分子热运动扩散现象、布朗运动与热运动的比较现象扩散现象布朗运动热运动活动主体分子微小固体颗粒分子区别分子的运动，发生在固体、液体、气体任何两种物质之间比分子大得多的微粒的运动分子的运动，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激烈联系扩散现象、布朗运动都反映分子做无规则的热运动1．下列说法中正确的是（）A．布朗运动就是液体分子的热运动B．物体的温度升高，物体内所有分子运动的速度都增大C．对于一定质量的气体，当分子热运动变剧烈时，其压强可以不变D．对一定质量的气体加热，其内能一定增加【答案】C【详解】A．布朗运动是悬浮在液体中颗粒的运动，不是液体分子的热运动，是液体分子无规则运动的反映，故A错误；B．温度是分子的平均动能的标志，是大量分子运动的统计规律，物体的温度越高，分子热运动越剧烈，分子的平均动能增大，并不是每个分子的动能越大，故B错误；C．对于一定质量的气体，当分子热运动变剧烈时，即气体的温度升高，但压强可以不变，气体做等压变化，故C正确；D．根据热力学第一定律可知，对气体加热，若气体对外做功，其内能不一定增加，故D错误。故选C。2．如图，在显微镜下追踪三颗小炭粒在水中的运动，每隔30s把炭粒的位置记录下来，然后用线段把这些位置按时间顺序依次连接起来。下列说法正确的是（  ）A．图中连线表示的是小炭粒的运动轨迹B．炭粒越小，温度越高运动会越明显C．炭粒的位置变化是由于分子间斥力作用的结果D．炭粒的运动是分子的热运动【答案】B【详解】A．图中连线是炭粒在时间间隔为30s的两个时刻所在位置的连线，不是炭粒的运动轨迹，故A错误；B．炭粒越小，炭粒所受的撞击产生的力越不容易达到平衡，运动会越明显，温度越高，水分子运动越明显，则炭粒运动会越明显，故B正确；C．炭粒的位置变化是由于水分子的撞击不平衡产生的结果，故C错误；D．炭粒的运动能反映出分子在做无规则的运动，但不是分子的无规则运动，故D错误。故选B。3．如图描绘了一颗悬浮微粒受到周围液体分子撞击的情景，以下关于布朗运动的说法正确的是（）A．悬浮微粒越大，液体分子撞击作用的不平衡性表现得越明显B．布朗运动就是液体分子的无规则运动C．悬浮微粒的无规则运动，是悬浮微粒分子的无规则运动的结果D．液体温度越高，悬浮微粒运动越剧烈【答案】D【详解】A．悬浮微粒越大，同一时刻撞击颗粒的液体分子数越多，液体分子对颗粒的撞击作用力越平衡，现象越不明显，故A错误；BC．布朗运动是悬浮在液体中固体小颗粒的无规则运动，是由于液体分子对颗粒撞击力不平衡造成的，所以布朗运动说明了液体分子不停地做无规则运动，但不是液体分子的无规则运动，也不是悬浮固体微粒的分子在做无规则运动。故BC错误；D．液体温度越高，液体分子做无规则运动越剧烈，液体分子对悬浮微粒的撞击越剧烈，悬浮微粒运动越剧烈，故D正确。故选D。4.关于布朗运动、扩散现象，下列说法中正确的是（）A．布朗运动和扩散现象都需要在重力作用下才能进行B．布朗运动是固体微粒的运动，反映了液体或气体分子的无规则运动C．布朗运动和扩散现象只能在重力作用下进行D．扩散现象直接证明了“物质分子在永不停息地做无规则运动”，而布朗运动间接证明了这一观点【答案】BD【详解】AC．扩散现象是物质分子的无规则运动，而布朗运动是悬浮在液体或气体中的微粒的运动，液体或气体分子对微粒撞击作用的不平衡导致微粒的无规则运动，由此可见扩散现象和布朗运动不需要附加条件。故AC错误；BD．扩散现象直接证明了“物质分子在永不停息地做无规则运动”，而布朗运动是固体微粒的运动，反映了液体或气体分子的无规则运动，间接证明了“物质分子在永不停息地做无规则运动”。故选BD。类型3分子力和内能1.分子间的作用力、分子势能与分子间距离的关系分子间的作用力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图所示(取无穷远处分子势能Ep＝0)．(1)当r＞r0时，分子间的作用力表现为引力，当r增大时，分子间的作用力做负功，分子势能增大．(2)当r＜r0时，分子间的作用力表现为斥力，当r减小时，分子间的作用力做负功，分子势能增大．(3)当r＝r0时，分子势能最小.2．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，恒不为零．1．如图为两分子系统的势能与两分子间距离r的关系曲线，甲分子固定于坐标原点O，乙分子的位置如图中横轴所示，现认为乙分子只受甲分子的作用力，下列说法正确的是（）A．当r大于时，分子间的作用力表现为引力B．在r由r1变到r2的过程中，乙分子的动能增大C．当r等于r2时，分子间的加速度最大D．在r由r1变到10r2的过程中，分子间的作用力做负功【答案】B【详解】由图像可知，分子间距为时分子势能最小，此时分子间的距离为平衡距离。A．当r小于时分子间的作用力表现为斥力，当r大于时分子间的作用力表现为引力，故A错误；B．在r由r1变到r2的过程中，分子力为斥力，而乙分子远离的过程，斥力做正功，其动能逐渐增大，故B正确；C．当r等于r2时，分子力为零，则乙分子的加速度最小为零，故C错误；D．在r由r2变到10r2的过程中，分子间的作用力做引力，分子力做负功，分子势能增大，故D错误。故选B。2．如图甲、乙所示，分别表示两分子间的作用力、分子势能与两分子间距离的关系。分子a固定在坐标原点O处，分子b从处以某一速度向分子a运动（运动过程中仅考虑分子间作用力），假定两个分子的距离为无穷远时它们的分子势能为0，则（）A．图甲中分子间距从到，分子间的引力增大，斥力减小B．分子b运动至和位置时动能可能相等C．图乙中一定大于图甲中D．若图甲中阴影面积，则两分子间最小距离等于【答案】B【详解】A．图甲中分子间距从到，分子间距变大，则分子间的引力和斥力都减小，选项A错误；B．分子b运动至和位置时，先是分子力表现为引力做正功，后是分子表现为斥力做负功，若正功和负功相等，则分子b运动至和位置时动能相等，选项B正确；C．图甲中的分子力表现为零，在此位置分子势能最小，则对应与图乙中的r6位置，则图乙中一定小于图甲中，选项C错误；D．因F-r图像与坐标轴围成的面积等于分子力的功，若图甲中阴影面积，即分子b以某一速度（设为v0）向a运动时的整个过程中，分子力做的正功和负功相等，则分子b到达r1位置时的速度仍为v0，此后两分子间距继续减小，则两分子间最小距离不等于，选项D错误。故选B。3．分子力随分子间距离的变化如图所示。将两分子从相距处释放，仅考虑这两个分子间的作用，下列说法正确的是（）A．从到分子间引力、斥力都在增加B．从到分子力的大小先减小后增大C．从到分子势能先减小后增大D．从到分子动能先减小后增大【答案】A【详解】A．根据分子力的变化规律，从到分子间距离减小，分子间引力、斥力都在增大，故A正确；B．由图可知：从到分子力的大小先增大后减小再反向增大，故B错误；C．从到分子力表现为引力，分子力做正功，分子势能减小，故C错误；D．从到分子力先表现为引力，后表现为斥力，分子力先做正功后做负功，分子势能先减小后增大，则分子动能先增大后减小，故D错误；故选A。4．分子间作用力F与分子间距r的关系如图所示。某空间有A、B两个分子，假设A分子固定在坐标原点O处，B分子从无穷远以某一初速度向A分子运动。规定两分子相距无穷远时分子势能为零。仅考虑这两个分子间的作用，下列说法正确的是（）A．B分子从到的运动过程中，分子间作用力先增大再减小B．B分子从到的运动过程中，分子势能先增大再减小C．B分子从到的运动过程中，B分子的分子动能先增大再减小，时动能最大D．B分子从到的运动过程中，B分子先做加速度增大的加速运动再做加速度减小的减速运动【答案】C【详解】A．根据图像可知，B分子从到的运动过程中，分子间作用力先增大后减小再增大，故A错误；B．B分子从到的运动过程中，分子力先做正功后做负功，分子势能先减小再增大，故B错误；C．B分子从到的运动过程中，分子力先做正功后做负功，B分子的分子动能先增大再减小，时，动能最大，故C正确；D．B分子从到的运动过程中，分子间作用力先增大后减小再增大，B分子先做加速度增大的加速运动，后做加速度减小的加速运动，再做加速度增大的减速运动，故D错误。故选C。5．分子间作用力F与分子间距r的关系如图所示，规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零。若一个分子固定于原点O，另一个分子从距O点很远处向O点运动，以下说法正确的是（）A．当两分子间距时，分子间作用力表现为引力B．当两分子间距时，分子间作用力表现为斥力C．当两分子间距时，分子间作用力最小D．在两分子间距从减小到的过程中分子力一直做负功【答案】A【详解】AB．当两分子间距时，分子间作用力表现为引力，当两分子间距时，分子间作用力表现为斥力，故A正确，B错误；C．当两分子间距时，分子间作用力表现为引力，当时，分子间作用力才最小，故C错误；D．在间距从减小到的过程中，分子力体现引力，分子力做正功，分子势能减小，故D错误。故选A。题型二固体、液体和气体类型1固体和液体性质的理解1．晶体和非晶体(1)单晶体具有各向异性，但不是在各种物理性质上都表现出各向异性。(2)具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体。(3)单晶体具有天然的规则的几何外形，而多晶体和非晶体没有天然规则的几何外形，所以不能从形状上区分晶体与非晶体。(4)晶体和非晶体不是绝对的，在某些条件下可以相互转化。(5)液晶既不是晶体，也不是液体。2．液体表面张力(1)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引力。(2)表面特征：表面层中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张紧的弹性薄膜。(3)表面张力的方向：和液面相切，垂直于液面上的分界线。(4)表面张力的效果：使液体表面具有收缩的趋势，使液体表面积趋于最小，而在体积相同的条件下，球形表面积最小。11．“嫦娥六号”探测器胜利完成月球采样任务并返回地球。探测器上装有用石英制成的传感器，其受压时不同表面会产生不同的压电效应（即由压力产生电荷的现象）。如图所示，则下列说法正确的是（）A．石英是非晶体B．石英没有确定的熔点C．石英内部分子按照一定的规律排列，具有空间上的周期性D．其导热性在不同表面也一定不同【答案】C【详解】AB．晶体有确定的熔点，石英是单晶体，有确定的熔点，故AB错误；C．组成晶体的微粒，按照一定的规律排列，具有空间上的周期性，故C正确；D．由题意知，石英晶体具有各向异性的压电效应，但导热性不一定具有各向异性，故D错误。故选C。2．关于晶体和非晶体，下列说法正确的是（）A．晶体在物理性质上一定是各向异性的B．只要是不具有确定的熔点的固体就必定是非晶体C．由同一种化学成分形成的物质只能以一种晶体结构的形式存在D．在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，内能也保持不变【答案】B【详解】A．晶体分为单晶体与多晶体，单晶体在物理性质上表现为各向异性，多晶体在物理性质上表现为各向同性，故A错误；B．晶体具有固定熔点，非晶体没有固定熔点，可知，只要是不具有确定的熔点的固体就必定是非晶体，故B正确；C．由同一种化学成分形成的物质在不同温度下可能以多种晶体结构的形式存在，故C错误；D．在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，即平均动能不变，由于吸热，则内能增大，故D错误。故选B。3．下列关于热学和原子物理的四幅插图的说法正确的是（

）A．甲图为方解石的双折射现象，光学性质表现为各向异性，说明方解石是非晶体B．乙图中制作防水衣时用右管材料的防水效果更好C．丙图为α粒子的散射实验现象，其中J运动轨迹所占的比例是最多的D．丁图的绝热容器中，抽掉隔板，容器内气体温度降低【答案】B【详解】A．甲图为方解石的双折射现象，光学性质表现为各向异性，说明方解石是晶体，故A错误；B．由乙图中的毛细现象可知，左细管材料与水是浸润的，右细管材料与水是不浸润的，用右细管的材料制作防水衣效果好，故B正确；C．丙图为粒子散射实验现象，实验现象中只有极少量的粒子发生较大角度的偏转，所以J运动轨迹所占的比例是最少的，故C错误；D．丁图的绝热容器中，抽掉隔板，气体向真空自由膨胀并不对外做功，根据热力学第一定律可知，气体的内能不变，所以容器内气体的温度不变，故D错误。故选B。4．常见的金属是一种多晶体。关于常见的金属，下列说法正确的是（）A．具有规则的天然形状 B．具有各向异性C．具有固定的熔点 D．内部分子的排列无规则【答案】C【详解】A．单晶体具有规则的几何形状，而多晶体和非晶态没有规则的天然形状，故A错误；B．非晶体和多晶体的物理性质都表现为各向同性，故B错误；C．无论是单晶体还是多晶体都具有固定的熔点，故C正确；D．无论是单晶体还是多晶体，晶体内部的分子均按一定的规律排布，即具有一定的规律性，故D错误。故选C。5．中国科学技术大学团队利用纳米纤维与合成云母纳米片研制出一种能适应极端环境的纤维素基纳米纸材料。如图所示为某合成云母的微观结构示意图，在该单层云母片涂上薄薄的石蜡并加热时，融化的石蜡呈现椭圆状，则该合成云母（）A．没有规则的外形B．有固定的熔点C．各原子都保持静止不动D．是多晶体【答案】B【详解】AB．由图可知，该合成云母中所含分子在三维空间中呈规则、周期性排列，是晶体，具有一定的几何外形，具有固定的熔点，故A错误，B正确；C．组成物质的分子、原子或离子并不是静止不动的，他们在不停地振动，图中所画的点是他们振动的平衡位置，故C错误；D．由于该云母片在融化石蜡过程中表现的导热性能的各向异性，可以判断该云母为单晶体，故D错误。故选B。6．石墨烯是一种由碳原子紧密堆积成单层二维六边形晶格结构的新材料，一层层叠起来就是石墨，1毫米厚的石墨约有300万层石墨烯。下列关于石墨、石墨烯的说法正确的是（）A．石墨是晶体，石墨烯是非晶体B．石墨烯熔解过程中吸热，碳原子的平均动能不变C．单层石墨烯的厚度约D．碳纳米管是管状的纳米级石墨，碳原子之间的化学键属于强相互作用【答案】B【详解】A．石墨、石墨烯都是晶体，选项A错误；B．石墨烯是晶体，在熔解过程中吸热，温度不变，故碳原子的平均动能不变，B正确。C．由题意可知单层的厚度为选项C错误；D．碳纳米管是管状的纳米级石墨，碳原子之间的化学键属于电磁相互作用，选项D错误。故选B。7.将粗细不同、两端开口的玻璃毛细管插入装有某种液体的容器里，现象如图所示，则下列说法正确的是（）

A．容器中的液体可能是水银B．若在“问天”太空舱中进行实验，仍然是较细毛细管中的液面更高C．若用不同液体进行实验，两毛细管中的高度差相同D．图中毛细管附着层内的液体分子密度大于液体内部【答案】D【详解】A．水银在玻璃表面是不浸润的，在玻璃管中是呈现凸形液面，故容器中的液体不可能是水银，故A错误；B．在太空舱中由于处在失重环境下，毛细现象更明显，液面直接攀升到毛细管顶部，毛细管越细，攀升速度越快，粗细不同的毛细管中液面都与毛细管齐平，故B错误；C．在毛细现象中，毛细管中液面的高低与液体的种类和毛细管的材质有关，若用不同液体进行实验，两毛细管中的高度差不一定相同，故C错误；D．图中毛细管内液面呈现浸润现象，说明固体分子对液体分子引力大于液体分子之间的引力，那么附着层的分子密度将会大于液体内部分子密度，此时附着层内的分子相互作用表现为斥力，液面呈现“扩散”的趋势，便形成了浸润现象，故D正确；故选D。8.下列有关现象说法错误的是（）A．跳水运动员从水下露出水面时头发全部贴在头皮上，是水的表面张力作用的结果B．地球大气的各种气体分子中氢分子质量小，其平均速率较大，更容易挣脱地球引力而逃逸，因此大气中氢含量相对较少C．液晶电视的工作原理中利用了液晶的光学性质与某些晶体相似，具有各向异性D．一定质量的理想气体，如果压强不变，体积增大，那么它可能向外界放热【答案】D【详解】A．液体表面张力有使其表面收缩到面积最小的趋势，当跳水运动员从水下露出水面时头发全部贴在头皮上，是水的表面张力作用的结果，故A正确，不符合题意；B．温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子平均动能越大，质量越小速度越大，氢分子质量小，其平均速率越大容易挣脱地球引力而逃逸，因此大气中氢含量相对较少，故B正确，不符合题意；C．液晶像液体一样可以流动，又具有某些晶体的结构特征，光学性质具有各向异性，故C正确，不符合题意；D．一定质量的理想气体，如果压强不变，体积增大，则温度升高，同时气体对外做功，由热力学第一定律可知，它一定从外界吸热，故D错误，符合题意。故选D。类型2气体压强的计算及微观解释1．气体压强的计算(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p0S＋mg＝pS，则气体的压强为p＝p0＋eq\f(mg,S).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pS＋mg＝p0S，则气体压强为p＝p0－eq\f(mg,S)＝p0－ρ液gh.(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pB＋ρgh2＝pA，而pA＝p0＋ρgh1，所以气体B的压强为pB＝p0＋ρg(h1－h2)．2．气体分子运动的速率分布图像气体分子间距离大约是分子直径的10倍，分子间作用力十分微弱，可忽略不计；分子沿各个方向运动的机会均等；分子速率的分布规律按“中间多、两头少”的统计规律分布，且这个分布状态与温度有关，温度升高时，平均速率会增大，如图所示．3．气体压强的微观解释(1)产生原因：由于气体分子无规则的热运动，大量的分子频繁地碰撞器壁产生持续而稳定的压力．(2)决定因素(一定质量的某种理想气体)①宏观上：决定于气体的温度和体积．②微观上：决定于分子的平均动能和分子的密集程度．1.(多选)对于一定质量的理想气体，下列论述正确的是()A．气体的压强由温度和单位体积内的分子个数共同决定B．若单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，压强可能不变C．若气体的压强不变而温度降低，则单位体积内分子个数一定增加D．若气体的压强不变而温度降低，则单位体积内分子个数可能不变【答案】AC【解析】气体的压强由气体的温度和单位体积内的分子个数共同决定，故A正确；单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，单位面积上的碰撞次数和碰撞的平均力都增大，因此这时气体压强一定增大，故B错误；若气体的压强不变而温度降低，则气体的体积减小，则单位体积内分子个数一定增加，故C正确，D错误．2.若已知大气压强为p0，图中各装置均处于静止状态．(1)已知液体密度均为ρ，重力加速度为g，求各被封闭气体的压强．(2)如图中两个汽缸质量均为M，内部横截面积均为S，两个活塞的质量均为m，左边的汽缸静止在水平面上，右边的活塞和汽缸竖直悬挂在天花板下．两个汽缸内分别封闭有一定质量的空气A、B，重力加速度为g，活塞与缸壁之间无摩擦，求封闭气体A、B的压强各多大？【答案】(1)甲：p0－ρgh乙：p0－ρgh丙：p0－eq\f(\r(3),2)ρgh丁：p0＋ρgh1戊：pa＝p0＋ρg(h2－h1－h3)pb＝p0＋ρg(h2－h1)(2)pA＝p0＋eq\f(mg,S)pB＝p0－eq\f(Mg,S)【解析】(1)题图甲中，以高为h的液柱为研究对象，由平衡条件有p甲S＋ρghS＝p0S所以p甲＝p0－ρgh题图乙中，以B液面为研究对象，由平衡条件有pAS＋ρghS＝p0Sp乙＝pA＝p0－ρgh题图丙中，以B液面为研究对象，由平衡条件有pA′S＋ρghsin60°·S＝p0S所以p丙＝pA′＝p0－eq\f(\r(3),2)ρgh题图丁中，以A液面为研究对象，由平衡条件有p丁S＝p0S＋ρgh1S所以p丁＝p0＋ρgh1.题图戊中，从开口端开始计算，右端大气压强为p0，同种液体同一水平面上的压强相同，所以b气柱的压强为pb＝p0＋ρg(h2－h1)，故a气柱的压强为pa＝pb－ρgh3＝p0＋ρg(h2－h1－h3)．(2)题图甲中选活塞为研究对象，受力分析如图(a)所示，由平衡条件知pAS＝p0S＋mg，得pA＝p0＋eq\f(mg,S)；题图乙中选汽缸为研究对象，受力分析如图(b)所示，由平衡条件知p0S＝pBS＋Mg，得pB＝p0－eq\f(Mg,S).3.(多选)密闭容器内有一定质量的理想气体，如果保持气体的压强不变，气体的温度升高，下列说法中正确的是()A．气体分子的平均速率增大B．器壁单位面积受到气体分子碰撞的平均作用力变大C．气体分子对器壁的平均作用力变大D．该气体的密度减小【答案】ACD【解析】气体的温度升高，气体分子的平均速率增大，气体分子对器壁的平均作用力变大，故A、C正确；气体压强是器壁单位面积上受到大量气体分子频繁地碰撞而产生的平均作用力的结果，气体压强不变，单位面积受到气体分子碰撞的平均作用力不变，故B错误；气体的温度升高，气体分子平均动能增大，压强不变，则气体分子的密集程度减小，故体积增大，密度减小，故D正确．题型三关于热力学定律与能量守恒定律的理解类型1热力学第一定律的理解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；体积缩小，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，所以当它的内能变化时，体现在分子动能的变化上，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．1.如图所示，向一个空的铝制饮料罐中插入一根内部粗细均匀透明吸管，接口用蜡密封，在吸管内引入一小段油柱长度可以忽略，如果不计大气压的变化，这就是一个简易的气温计。当温度由变为时，油柱从离接口处缓慢移到离接口的位置。下列说法正确的是（

）

A．单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增加B．饮料罐内气体的压强变小C．罐内气体对外做的功大于气体从外界吸收的热量D．若给吸管标上温度刻度值，刻度是均匀的【答案】D【详解】B．油柱总是处于平衡状态，即饮料罐内气体的压强总是等于外界大气压强，故B错误；A．温度升高，压强不变，气体体积膨胀，单位体积内的分子数减少了，所以单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数也减少了，故A错误；C．罐内气体膨胀对外做功，即；罐内气体吸收热量内能增大，即；由热力学第一定律可知，即罐内气体对外做的功小于气体从外界吸收的热量，故C错误；D．设吸管横截面积为，饮料罐体积为，油柱离接口距离为，由理想气体状态方程可得整理可得即与是一次函数关系，所以给吸管标上温度刻度值时，刻度是均匀的，故D正确。故选D。2.图中甲为气压升降椅，乙为其核心部件模型简图。活塞与椅面的总质量为，活塞横截面积为S，气缸内封闭一定质量的理想气体，稳定时气柱长度为，该气缸导热性能良好，忽略一切摩擦。某同学盘坐上椅面，稳定后缸内气柱长为，已知大气压强为，室内温度为，重力加速度为，则（）A．该同学的质量为B．该同学坐稳后，封闭气体的压强增大、温度升高C．该同学坐稳后，室内气温缓慢上升至，每个气体分子的动能都增大D．该同学坐稳后，室内气温缓慢上升至，该过程缸内气体对外界做功为【答案】D【详解】AB．人坐上椅子，缸内压强由变为，环境温度不变，气缸导热，所以气体做等温压缩变化，根据玻意耳定律可得以活塞与椅面为对象，根据平衡可得解得故AB均错误；C．气体温度升高，分析的平均动能增大，并不是每个气体分析的动能都增大，故C项错误；D．室内气温缓慢上升至，气体等压碰撞，气柱的高度为，根据盖—吕萨克定律有又因为气体碰撞，所以其做功为解得所以气缸内气体对外界做功，其大小为，故D项正确。故选D。3.《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》第六十二条规定：不得连续驾驶机动车超过4小时未停车休息或者停车休息时间少于20分钟。因为长时间行车一是驾驶员会疲劳，二是汽车轮胎与地面摩擦使轮胎变热，有安全隐患。一辆汽车行驶4小时后轮胎变热，轮胎内气体温度也会升高，设此过程中轮胎体积不变且没有气体的泄漏，空气可看作理想气体，则此过程中轮胎内气体（

）A．分子平均动能增大，每个分子的动能都增大B．速率大的区间分子数增多，分子平均速率增大C．内能增大，外界对气体做正功D．内能增大，气体向外界放出热量【答案】B【详解】A．气体温度升高，根据分子动理论可知分子平均动能增大，但并不是所有气体分子的动能都增大，故A错误；B．根据气体分子速率分布规律可知，当温度升高时速率大的分子比例增大，则速率大的区间分子数增多，分子平均速率增大，故B正确；CD．气体温度升高，内能增大，气体的体积不变，则没有做功，根据热力学第一定律有，，则，气体从外界吸收热量，故CD错误。故选B。4．一定质量的理想气体，初始温度为300K，压强为1×105Pa。经等容过程，该气体吸收400J的热量后温度上升100K；若经等压过程，需要吸收600J的热量才能使气体温度上升100K。下列说法正确的是（）A．初始状态下，气体的体积为6LB．等压过程中，气体对外做功400JC．等压过程中，气体体积增加了原体积的D．两个过程中，气体的内能增加量都为300J【答案】A【详解】C．设理想气体初始状态的压强、体积和温度分别为p1=p0=1×105Pa，V1=V0，T1=300K等容过程为状态二V2=V1=V0，T2=400K等压过程为状态三p3=p0，T3=400K由理想气体状态方程可得解得，等压过程中，气体体积增加了原体积的，故C错误；D．等容过程中气体做功为零，由热力学第一定律得ΔU=W+Q=400J两个过程的初末温度相同即内能变化相同，因此内能增加都为400J，故D错误；AB．等压过程内能增加了400J，吸收热量为600J，由热力学第一定律可知，气体对外做功为200J，即做功的大小为解得V0=6L故A正确，B错误。故选A。5.如图所示，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，瓶内空气看作理想气体，下降过程中瓶内空气质量不变，则（）

A．瓶内气体分子斥力增大B．瓶内气体对外放出热量C．瓶内气体分子平均动能增大D．单位时间与瓶壁碰撞的分子数不变【答案】B【详解】BC．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，故B正确，C错误；A．分子间斥力只在分子间距离小于分子的半径时才会明显增加，距离稍大则分子间引力大于斥力，气体分子间距远大于分子半径，瓶内气体分子斥力不会增大，故A错误；D．气体分子平均动能不变，气体体积减小，则气体的数密度变大，则单位时间与瓶壁碰撞的分子数增多，故D错误。故选B。类型2热力学第二定律的理解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，如气体的等温膨胀过程。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4．两类永动机的比较第一类永动机第二类永动机设计要求不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器不可能制成的原因违背能量守恒定律不违背能量守恒定律，违背热力学第二定律1.火热的6月即将到来，高三的同学们也进入高考最后的冲刺，教室里的空调为同学们提供了舒爽的环境，空调的工作原理如图所示，以下表述高温物体正确的是（）

A．空调的工作原理对应的是热力学第一定律的开尔文表述制冷机B．空调的工作原理反映了热传导的方向性C．此原理图中的D．此原理图说明热量不能从低温物体传到高温物体【答案】B【详解】A．空调的工作原理对应的是热力学第二定律的开尔文表述制冷机，A错误；B．空调的工作原理反映了热传导的方向性，热量不能自发的从低温物体传导给高温物体，但在其他能力干预下，可以从低温物体传导给高温物体，B正确；C．此原理图中的C错误；D．此原理图说明在外界干预下，热量能从低温物体传到高温物体，D错误。故选B。2．下列关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是（）A．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律B．一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行C．有的自然过程向着分子热运动无序性增大的方向进行，有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行D．在自然过程中，一个孤立系统的总嫡可能减小【答案】A【详解】A．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律，故A正确；BC．根据嫡增加原理，一切自然过程总是向着分子热运动无序性增大的方向进行，故BC错误；D．根据热力学第二定律可知，在任何自然过程中，一个孤立系统的总摘一定不会减小，故D错误。故选A。3．如图所示为电冰箱的工作原理示意图，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环。在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列说法正确的是（）A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B．在封闭的房间里打开冰箱一段时间后，房间温度会降低C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律D．电冰箱的工作原理违反热力学第二定律【答案】C【详解】A．由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，除非有外界的影响或帮助．电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，故A错误；B．电冰箱工作时消耗电能，房间的总热量会增加，房间温度会升高，故B错误；CD．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律和第二定律，故C正确，D错误。故选C。4．热力学第二定律表明（）A．不可能从单一热源吸收热量使之全部变为有用功B．摩擦生热的过程是不可逆的C．热机中，燃气的内能可全部用于对外做功D．热量不可能从温度低的物体传到温度高的物体【答案】B【详解】A．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功，但是会引起其他的变化，故A错误；B．根据热力学第二定律可知，机械能转化为内能的过程具有方向性，是不可逆过程，故B正确；C．机械能可以全部转化为内能，而内能不可以全部转化为机械能，故C错误；D．热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体，若有外界做功，热量可以从低温物体传递到高温物体，比如冰箱，故D错误。故选B。类型3热力学第一定律与图像的综合应用1．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eq\f(pV,T)＝C分析．2．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ΔU＝W＋Q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．1．一定质量理想气体经历如图所示的循环过程，过程是等压过程，过程是等温过程，过程中气体与外界无热量交换。下列说法正确的是（）A．过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功B．过程，气体对外做功，内能不变C．过程，气体分子平均速率先不变后变小D．过程，气体从外界吸收的热量小于放出的热量【答案】D【详解】A．过程是等压过程，由图可知，气体体积变大，气体对外界做功，根据盖吕萨克定律可知，气体的温度升高，则气体内能增大，可知，气体从外界吸收的热量一部分用于对外做功，另一部分用于增加内能，故A错误；B．过程是等温过程，气体内能不变，气体体积减小，外界对气体做功，故B错误；C．结合AB分析可知，过程，气体温度先升高后不变，则气体分子平均速率先变大后不变，故C错误；D．过程，气体的内能不变，由图可知，气体状态变化为逆时针，外界对气体做功，由热力学第一定律可得，整个过程气体放热，即气体从外界吸收的热量小于放出的热量，故D正确。故选D。2．一定量的理想气体从图上的初始状态a可沿直线ab到达状态b，也可沿直线ac到达状态c。已知b和c处于同一条等温线上，则气体在（  ）A．状态b的内能大于状态c的内能 B．状态b的内能小于状态c的内能C．ab过程中吸收的热量大于ac过程中吸收的热量 D．ab过程中吸收的热量小于ac过程中吸收的热量【答案】D【详解】AB．b和c处于同一条等温线上，则状态b的平均动能等于状态c的平均动能，状态b的内能等于状态c的内能，故AB错误；CD．ab过程与ac过程内能变化量相同，由于ab过程与ac过程气体对外均做负功，且ab过程气体对外做功值较小，所以ab过程中吸收的热量小于ac过程中吸收的热量，故C错误，D正确。故选D。3．如图甲，固定在水平地面上的气缸内用活塞封闭一定质量的理想气体，已知在环境温度变化时大气压强不变。现对活塞施加一作用力，使气缸内气体分别经历图乙所示的①②③三个过程，缓慢地从状态A变化到状态，状态压强相等，不计活塞与气缸壁间的摩擦，则下列说法错误的是（）A．过程①一定对活塞做负功B．过程②为零C．过程③先对活塞做正功，后对活塞做负功D．过程①比过程②③缸内气体吸热多【答案】C【详解】A．过程①气体温度升高，初、末状态压强不变，则体积变大，活塞向右运动。以活塞为研究对象，水平方向活塞受三个力，气体初、末状态压强均等于大气压强，此时。过程①缸内气体压强先增大后减小，则向左，且先增大后减小，一直对活塞做负功，故A正确，不符合题意；B．过程②缸内气体压强不变且等于，，故B正确，不符合题意；C．过程③缸内气体压强先减小后增大，向右，且先增大后减小，一直对活塞做正功，故C错误，符合题意；D．由热力学第一定律得所以理想气体的温度变化相同时，内能变化量相同，又体积变化量相同，则为负时变大，因此过程①比过程②③缸内气体吸热多，故D正确，不符合题意。故选C。4．一定质量的理想气体由状态A经过图中所示过程变到状态B（AB连线为直线），对于此过程，下列说法正确的是（）A．气体向外放热 B．外界对气体做功C．气体的密度一直变小 D．气体的内能一直减小【答案】C【详解】ABD．根据理想气体状态方程有则有可知图像各点与坐标原点连线斜率的倒数代表气体体积，则从A到B，体积增大，气体对外做功，即0，气体温度升高，则内能增大，根据热力学第一定律可知，气体吸热，故ABD错误；C．气体质量不变，体积增大，则密度减小，故C正确；故选C。5．一定质量的理想气体由状态A开始，经过状态后，最终变为状态，其图像如图所示，各状态参量标注如图。已知状态A处的压强，关于气体的以上变化过程，下列说法正确的是（）A．图中为200KB．由的过程中，气体向外界放热C．气体在经历的过程中，对外做功D．由图中坐标可以求出状态处的压强为【答案】A【详解】A．从A到B为等压过程，根据代入数据可得A正确；B．由的过程中，气体体积膨胀，对外做功；温度升高，内能增加。根据热力学第一定律，该过程气体吸收热量，B错误；C．由的过程中，气体对外做功从的过程中，气体发生等容变化，没有对外做功，因此气体在经历的过程中，对外做功，C错误；D．从的过程中，气体发生等容变化，根据而可得D错误。故选A。6．如图所示，一定质量的理想气体在状态A时压强为1.5×105Pa，经历A→B→C→A的过程，已知B→C过程中气体做功绝对值是C→A过程中气体做功绝对值的3倍，下列说法中正确的是（）A．C→A的过程中外界对气体做功600JB．B→C的过程中气体对外界做功600JC．整个过程中气体从外界吸收600J的热量D．整个过程中气体从外界吸收450J的热量【答案】C【详解】A．在C→A过程中，图线为直线，根据理想气体状态方程可知压强不变，气体体积减小，外界对气体做功，根据WCA=p·ΔV解得WCA=300J故A错误；B．由题知B→C过程中气体做功绝对值是C→A过程中气体做功绝对值的3倍，则B→C的过程中气体对外界做功900J，故B错误；CD．A→B→C→A，温度不变，则内能变化量ΔU=0，A→B过程，气体体积不变，做功为零；B→C的过程中气体对外界做功900J；C→A的过程中外界对气体做功300J，故W=WCA＋WBC=-600J，Q=ΔU-W=600J则整个过程中气体从外界吸收600J的热量，故C正确，D错误。故选C。7．一定质量的理想气体按的顺序经历一系列状态变化，其图像如图所示。图中线段与纵轴平行，线段与纵轴垂直。气体在状态变化过程中下列叙述正确的是（）A．过程气体不放热也不吸热B．过程气体分子在单位时间内撞击单位面积容器壁的次数增加C．过程气体对外界做的功等于过程外界对气体做的功D．过程气体体积减小【答案】D【详解】AD．过程由图可知为等温变化，气体内能不变，根据玻意耳定律可知，当压强p增大时，体积V减小，可知外界对气体做功，根据热力学第一定律，由于内能不变，可知过程气体放出热量，故A错误，D正确；B．由图可知气体压强不变，气体温度升高，则气体分子平均动能增大，根据压强微观意义可知，气体分子在单位时间内撞击单位面积容器壁的次数减少，故B错误；C．由图可知为等容变化，即a、c两个状态体积相同，则过程气体体积的变化量大小与过程气体体积的变化量大小相等，而过程气体压强不变，过程气体压强增大，根据可知，过程气体对外界做的功小于过程外界对气体做的功，故C错误。故选D。8．如图所示为一定质量理想气体状态变化时的图像，变化过程按箭头进行，根据图像可判断出气体的温度（）A．先不变后升高 B．先不变后降低 C．先降低后不变 D．先升高后不变【答案】D【详解】根据图像可知在第一阶段为等容变化过程，压强变大，根据理想气体状态方程可知，气体温度升高。图像斜率表示与温度有关的常数，则在第二阶段过程中斜率不变，说明此阶段为等温过程。即气体的温度先升高后不变。故选D。9．一定质量的理想气体，状态变化依次经历从a→b，再从b→c的过程，其压强和体积的关系如图所示，根据p­图像，下列说法正确的是（）A．a→b过程，气体温度升高，放热B．a→b过程，气体温度降低，放热C．b→c过程，气体温度不变，放热D．b→c过程，气体温度不变，吸热【答案】C【详解】AB．根据题图可知，该理想气体状态从a→b过程为等容变化，压强p增大，根据查理定律可知，气体温度升高，则内能增大，,因体