备战2025年高考二轮复习课件 物理（广东版）专题6 热学 近代物理 第1讲 热学

第一讲热学通览知识明要点研学考点提能力目录索引0102突破热点聚素养03通览知识明要点研学考点提能力考点一分子动理论、内能及热力学定律高考风向标考点考题明细考查频度分子动理论、内能及热力学定律2024河北卷,9;2024浙江1月选考,17;2024北京卷,3;2023全国甲卷,33(1);2023海南卷,5;2022山东卷,5;2022河北卷,15(1);2022江苏卷,6;2022湖南卷,15(1)全国卷:3年1考地方卷:3年8考命题角度1分子动理论、内能1.微观量的估算

不是分子体积②立方体模型:气体分子占据的空间V=a3(适用于估算气体分子的间距)。2.物体的内能

例1(2024江苏南京模拟)已知地球大气层的厚度h远小于地球半径R,空气平均摩尔质量为M,阿伏加德罗常数为NA,地面大气压强为p0,重力加速度大小为g。由此估算得(

)A.地球大气层空气的总重力为2πR2p0答案

B例2(多选)如图所示,F表示两分子间的作用力,Ep表示分子间的势能,图中两条图线分别表示分子间作用力和分子势能随分子间距离变化的规律,图中r1是分子势能为0时对应的距离,r2是分子间作用力为0时对应的距离,r3是分子间作用力随分子间距离变化的图像最低点对应的距离,r4是分子间作用力及分子势能均可视为0的足够远的某一距离。下列说法正确的是(

)A.r2对应着分子势能的最小值B.从r1到r3,Ep先增大后减小C.从r1到r3,F一直减小D.从r2到r4,F先增大后减小,Ep不断增大答案

AD解析

根据图像可知,分子间距离小于r2时,F表现为斥力,距离越小,F越大;分子间距离大于r2时,F表现为引力,随着距离增大,F先增大后减小;分子间距离从0开始增大的过程,F为斥力时做正功,F为引力时做负功,故分子间距离等于r2时,Ep最小,从r1到r3,Ep先减小后增大,从r1到r3,F先减小后增大,从r2到r4,F先增大后减小,

Ep不断增大,A、D正确,B、C错误。命题角度2热力学定律

例3(多选)(2023全国甲卷改编)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.气体的体积减小,温度降低 B.气体的体积减小,温度升高C.气体的体积增大,温度不变 D.气体的体积增大,温度降低答案

AC解析

由热力学第一定律得,ΔU=Q+W。气体的体积减小,W>0,温度降低,ΔU<0,则气体放热,A正确;气体的体积减小,W>0,温度升高,ΔU>0,则气体不一定与外界有热量交换,B错误;气体的体积增大,W<0,温度不变,ΔU=0,则气体吸热,C正确;气体的体积增大,W<0,温度降低,ΔU<0,则气体不一定与外界有热量交换,D错误。拓展衍生1.(2023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,分子势能在减小答案

C解析

分子间距离大于r0时,分子间作用力表现为引力,分子从无限远靠近到距离r0处过程中,引力做正功,分子势能减小,继续减小分子间距离,分子间作用力表现为斥力,分子力做负功,分子势能增大,则在r0处分子势能最小,故C正确。2.(2024广东深圳期末)海底火山活跃的海域,火山附近的海水会受到加热形成水蒸气从而产生气泡。气泡浮上水面的过程中温度下降,压强减小,体积减小。该过程中水蒸气可视作理想气体。下列关于该过程说法正确的是(

)A.水蒸气上升过程中吸收热量B.水蒸气分子的平均动能增大C.水蒸气放出的热量大于其减小的内能D.该过程违反了热力学第二定律C解析

水蒸气温度下降,则内能减小,ΔU<0,体积减小,则外界对水蒸气做功,W>0,根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知,Q<0,水蒸气放出热量,故A错误;水蒸气的温度下降,则分子平均动能减小,故B错误;根据热力学第一定律,因外界对气体做功,所以水蒸气放出的热量大于其减小的内能,故C正确;该过程不单是从热源吸热并用于做功,同时也引起了海水重力势能的变化,没有违反热力学第二定律,故D错误。考点二固体、液体和气体的性质高考风向标考点考题明细考查频度固体、液体和气体的性质2024全国甲卷,33(1);2023浙江6月选考,14;2023江苏卷,3;2022江苏卷,6全国卷:3年1考地方卷:3年3考命题角度1固体、液体的性质

例4(2024广东三模)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,1mm厚的石墨约有300万层石墨烯。下列关于石墨烯的说法正确的是(

)A.石墨是晶体,石墨烯是非晶体B.石墨烯中的碳原子始终静止不动C.石墨烯熔化过程中碳原子的平均动能不变D.石墨烯中的碳原子之间只存在引力作用解析

石墨有规则的形状,是晶体,石墨烯是石墨中提取出来的新材料,也有规则的形状,是晶体,故A错误;石墨烯中的碳原子是一直运动的,故B错误;石墨烯是晶体,熔化过程中温度不变,则碳原子的平均动能不变,故C正确;石墨烯中的碳原子之间同时存在分子引力和分子斥力,故D错误。C命题角度2气体分子的运动特点

例5

氧气分子在不同温度下的分子速率分布规律如图所示,实线1、2对应的温度分别为T1、T2,则下列说法正确的是(

)A.曲线2与曲线1对应的氧气分子平均速率相等B.T1、T2温度下,某一速率区间的分子数占比可能相同C.随着温度的升高,氧气分子中速率小的分子所占的比例增大D.将T1、T2温度下的氧气混合后,对应的曲线可能是图中的虚线B解析

温度越高,分子热运动越激烈,速率大的分子所占的比例越大,由图可知曲线2速率大的分子所占的比例比曲线1速率大的分子所占的比例大,故温度T2高于温度T1,温度是分子平均动能的标志,所以曲线2与曲线1对应的氧气分子平均速率不相等,故A、C错误;实线1、2相交于一点,即T1、T2温度下,该速率区间的分子数占比相同,故B正确;将T1、T2温度下的氧气混合后,温度不会比T1的温度更低,所以对应的分子速率分布规律曲线不可能是图中的虚线,故D错误。拓展衍生3.如图所示,航天员王亚平在中国空间站“天宫课堂”授课活动中,演示了液桥实验:用两滴水珠在两个板间,搭起一座液体桥。关于液桥现象,下列说法正确的是(

)A.液桥现象与重力有关B.液体表面张力的方向跟液面相切C.液体表面层的分子间距小于液体内部的分子间距D.表面张力使液体表面有扩张到最大面积的趋势B解析

水珠处于完全失重状态,液桥现象与重力无关,A错误;液体表面张力的方向跟液面相切,B正确;液体表面层的分子间距大于液体内部的分子间距,分子力表现为引力,C错误;表面张力使液体表面有收缩到最小面积的趋势,D错误。考点三气体实验定律和理想气体状态方程高考风向标考点考题明细考查频度气体实验定律和理想气体状态方程2024全国甲卷,33(2);2024新课标卷,21;2024山东卷,6、16;2024广东卷,13;2024湖南卷,13;2024湖北卷,13;2024江苏卷,13;2024广西卷,14;2024安徽卷,13;2024江西卷,13;2024福建卷,9;2024甘肃卷,13;2024海南卷,7、11;2023全国乙卷,33(2);2023新课标卷,21;2023山东卷,9;2023湖南卷,13;

2023广东卷,13;2023湖北卷,13;2023浙江6月选考,17;2023辽宁卷,5;2023海南卷,16;2022山东卷,15;2022广东卷,15(2);2022河北卷,15(2);2022湖北卷,3;2022辽宁卷,6;2022江苏卷,7;2022海南卷,6全国卷:3年4考地方卷:3年27考命题角度1活塞—汽缸类问题活塞—汽缸类问题的三种常见情况(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。

根据题意选择活塞或汽缸为研究对象(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广东卷)差压阀可控制气体进行单向流动,广泛应用于减震系统。如图所示,A、B两个导热良好的汽缸通过差压阀连接,A内轻质活塞的上方与大气连通,B的体积不变。当A内气体压强减去B内气体压强大于Δp时差压阀打开,A内气体缓慢进入B中;当该差值小于或等于Δp时差压阀关闭。当环境温度T1=300K时,A内气体体积VA1=4.0×10-2m3,B内气体压强pB1等于大气压强p0。已知活塞的横截面积S=0.10m2,Δp=0.11p0,p0=1.0×105Pa,重力加速度大小g取10m/s2,A、B内的气体可视为理想气体,忽略活塞与汽缸间的摩擦,差压阀与连接管道内的气体体积不计。当环境温度降低到T2=270K时:(1)求B内气体压强pB2;(2)求A内气体体积VA2;(3)在活塞上缓慢倒入铁砂,若B内气体压强回到p0并保持不变,求已倒入铁砂的质量m。答案

(1)9×104Pa(2)3.6×10-2m3(3)1.1×102kg解析

本题考查气体实验定律。(1)设差压阀要打开时的温度为T,A、B两个汽缸导热良好,B内气体做等容变化,初态pB1=p0,T1=300

K,末态pB=p0-Δp,(2)A内气体做等压变化,压强保持不变,初态VA1=4.0×10-2

m3,T1=300

K末态T2=270

KB内气体压强pB'=p0此时差压阀恰好关闭,所以有pA'-pB'=Δp代入数据联立解得m=1.1×102

kg。命题角度2液柱—试管类问题求解液柱—试管类问题的三点提醒(1)液体因重力产生的压强大小为p=ρgh。

h为气、液接触面至液面的竖直高度(2)不要漏掉大气压强,同时又要尽可能平衡掉某些大气的压力。(3)有时直接应用连通器原理——连通器内静止的液体,同种液体在同一水平面上各处压强相等。例7(2024山东泰安一模)如图所示,一“U”形管由上方两根粗细相同的玻璃管和下方连接橡皮管组成,两玻璃管保持竖直且上端平齐,右管内封有一段长38cm的气体,左管开口,左管水银面比右管内水银面高14cm,大气压强相当于76cm高水银柱产生的压强。现沿竖直方向缓慢移动左侧玻璃管,使两侧玻璃管内水银面相平,玻璃管导热性能良好且环境温度不变。(1)求此时右管封闭气体的长度。(2)若改用从左侧管口用一带柄的密封性很好的活塞缓慢向下推动空气的方法使两侧水银面相平,求活塞下移的长度(结果保留两位有效数字)。解题指导【审题】读取题干获取信息物理关系左管开口,左管水银面比右管内水银面高14

cm开始时右侧气体压强比大气压强大p1=p0+ρgh使两侧玻璃管内水银面相平右侧气体压强等于大气压强p2=p0玻璃管导热性能良好且环境温度不变整个过程气体做等温变化,满足玻意耳定律p1V1=p2V2用从左侧管口用一带柄的密封性很好的活塞缓慢向下推动空气的方法使两侧水银面相平①水银整体向右移动7

cm;②两侧液面相平时两侧气体压强相等;③可知左侧气体长度l和其他已知量关系Δh=

;l=L-h-x+Δh(x为活塞下移长度)【破题】1.对右侧气体由玻意耳定律可求两侧玻璃管内水银面相平时右管封闭气体的长度;2.左侧管口用活塞密封且推动至两侧水银面相平过程,对两侧气体分别利用玻意耳定律可列出关于活塞下移的长度和末状态压强的方程;3.代入数据解方程组求解结果。答案

(1)45cm

(2)14cm解析

(1)已知右管气柱原长度L=38

cm,两侧水银面高度差h=14

cm,大气压强p0=ρgh0,设气体的横截面积为S,右侧气柱现长度为L1;根据玻意耳定律可得(p0+ρgh)LS=p0L1S代入数据解得L1=45

cm。(2)设活塞下移长度为x,两侧液面相平时,气体压强为p,此过程水银整体向右移动Δh=对右管内气体根据玻意耳定律可得(p0+ρgh)LS=p(L-Δh)S对左管内气体根据玻意耳定律可得p0(L-h)S=p(L-h-x+Δh)S联立解得x=14

cm。命题角度3与热力学第一定律综合问题

温馨提示

气体等压膨胀(压缩)时,气体对外界(外界对气体)做功W=pΔV。

例8(2024湖北卷)如图所示,在竖直放置、开口向上的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分理想气体,活塞横截面积为S,能无摩擦地滑动。初始时容器内气体的温度为T0,气柱的高度为h。当容器内气体从外界吸收一定热量后,活塞缓慢上升

h再次平衡。已知容器内气体内能变化量ΔU与温度变化量ΔT的关系式为ΔU=CΔT,C为已知常数,大气压强恒为p0,重力加速度大小为g,所有温度为热力学温度。求:(1)再次平衡时容器内气体的温度;(2)此过程中容器内气体吸收的热量。命题角度4气体状态变化的图像问题

例9(2024山东卷)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过程放出的热量答案

C解析

a→b过程,等压膨胀,温度升高,对外做功,内能增加,A错误。b→c过程绝热膨胀,由热力学第一定律知,内能减少,B错误。a→b→c过程,a、c温度相同,内能相同,整个过程吸收的热量全部用于对外做功,C正确。a→b过程与a→b→c过程吸收的热量相等,等于a→b→c过程中气体对外做的功,即Qab=Wab+Wbc;c→a过程中,Qac=Wac,由于Wab+Wbc>Wac,因此Qab>Qac,故D错误。拓展衍生4.(多选)(2024广东模拟)如图甲所示,用活塞将一定质量的理想气体封闭在上端开口的直立圆筒形汽缸内,气体从状态A→状态B→状态C→状态A完成一次循环,其状态变化过程的p-V图像如图乙所示。已知该气体在状态A时的温度为600K,下列说法正确的是(

)A.气体在状态B时的温度为200KB.气体在状态C时的温度为300KC.气体从状态A→B过程中,外界对气体做的功为4×105JD.气体从状态A→B→C的过程中,气体对外做的功为8×105JADA→B过程是等容变化,外界对气体不做功,故C错误;B→C过程中气体体积膨胀对外做功,即从状态A→B→C过程中,气体对外做功W=pΔV=2×105×4

J=8×105

J,故D正确。5.(2024广西卷)如图甲所示,圆柱形管内封装一定质量的理想气体,水平固定放置,横截面积S=500mm2的活塞与一光滑轻杆相连,活塞与管壁之间无摩擦。静止时活塞位于圆管的b处,此时封闭气体的长度l0=200mm。推动轻杆先使活塞从b处缓慢移动到离圆柱形管最右侧距离为5mm的a处,再使封闭气体缓慢膨胀,直至活塞回到b处。设活塞从a处向左移动的距离为x,封闭气体对活塞的压力大小为F,膨胀过程F-曲线如图乙所示。大气压强p0=1×105Pa。甲乙(1)求活塞位于b处时,封闭气体对活塞的压力大小;(2)推导活塞从a处到b处封闭气体经历了等温变化;(3)画出封闭气体等温变化的p-V图像,并通过计算标出a、b处坐标值。丙答案

(1)50N

(2)见解析

(3)见解析解析

(1)活塞与管壁之间无摩擦,且活塞能静止于b处,知此时气体的压强也为p0F=p0S=50

N。(3)由题意可知Va=Sla=2.5×10-6

m3Vb=Sl0=1.0×10-4

m3,且pb=p0=1.0×105

Pa又a→b经历等温过程:paVa=pbVb,解得pa=4.0×106

Pa故封闭气体等温变化的p-V图像如图所示。突破热点聚素养模型建构经典物理模型:充气、抽气、灌气、漏气问题1.充气问题设想将充进容器内的气体用一个无形的弹性口袋收集起来,那么当我们取容器内原有的气体和口袋内的全部气体作为研究对象时,这些气体状态不管怎样变化,其质量总是不变的。这样,就将变质量问题转化成等质量问题了。2.抽气问题用抽气筒对容器抽气的过程中,对每一次抽气而言,气体质量发生变化,其解决方法和充气问题类似,取剩余气体和抽出的全部气体作为研究对象,这些气体状态不管怎样变化,其质量总是不变的。3.灌气分装问题将一个大容器里的气体分装到多个小容器中的问题,可以把大容器中的气体和多个小容器中的气体整体作为研究对象,将变质量问题转化为等质量问题。4.漏气问题容器漏气过程中气体的质量不断发生变化,不能用理想气体状态方程求解。如果选容器内剩余气体为研究对象,便可使变质量问题变成等质量问题,可用理想气体状态方程求解。考向分析充气、抽气、灌气、漏气问题的本质是变质量问题,涉及的情境有球类、轮胎的充气,氧气瓶灌装与分装等等,这也是高考命题的热点,解答的关键是通过灵活选择研究对象,把变质量问题转化为等质量问题,然后应用气体实验定律或理想气体状态方程求解。案例探究典例(2024广东佛山二模)抽气吸盘能帮助工人快速搬运大质量岩板、瓷砖、玻璃等。某次施工时,工人把横截面积为S=0.02m2的吸盘放在质量m=20kg的岩板上,多次按压抽气泵抽出吸盘内空气,使吸盘内空气体积变为原来的一半,此时恰能向上提起岩板,假设吸盘内的气体为理想气体,抽气过程中温度不变,外界大气压强为p0=1.0×105Pa,g取10m/s2。求:(1)此时吸盘内气体的压强;(2)吸盘内被抽出气体的质量和原来气体质量的比值。角度拓展1.(2024江西模拟)如图所示,容积为2L的暖水瓶内倒入1L温度为97℃的热水,将瓶塞轻放入瓶口,瓶塞与瓶口内侧接触良好且不漏气。已知瓶口的横截面积为12cm2,瓶塞圆台侧面母线与轴线间的夹角为α,sinα=0.14,cosα=0.99。瓶塞与瓶口间的动摩擦因数为0.15,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,忽略瓶塞的重力。瓶内气体温度始终与水温相同,瓶内气体可视为理想气体,外界大气压强p0=1×105Pa,热力学温度与摄氏温度的关系为T=(273+t)K。瓶内温度缓慢降到78.5℃,此时瓶塞恰好不发生滑动。(1)求瓶内温度为78.5℃时,瓶塞受到的摩擦力大小(结果保留两位有效数字)。(2)若稍微拔动瓶塞使外部气体进入暖水瓶内,忽略瓶内水温的微小变化,求稳定后进入瓶内的空气质量与原来暖水瓶中空气质量的比值。其中T0=(273+97)

K=370

K,T=(273+78.5)

K=351.5

K解得p=0.95×105

Pa对瓶塞受力分析,如图所示由平衡条件有p0S-pS=FNsin

α+fcos

α又f=μFN联立解得f=3.1

N。(2)空气进入暖水瓶后,瓶内温度不变,压强等于大气压强,根据pV+pΔV=p0V2.按压式饮水器的原理如图所示。已知气囊的体积V1=0.4L,忽略细管及连接处的体积。某次使用前,桶内气体压强与外部大气压强相等,桶内气体体积V2=10L,挤压气囊一次,当气囊中的气体全部被挤入桶内时,桶内的水恰好上升到出水口处。若整个装置气密性良好,气体温度变化忽略不计。已知大气压强p0=1.0×105Pa,水的密度ρ=1.0×103kg/m3,重力加速度g取10m/s2。(1)请判断上述过程中桶内气体是吸热还是放热,并说明理由。(2)求挤压气囊前,桶内液面离出水口的高度h。答案

(1)放热,理由见解析(2)0.4m解析

(1)在挤压气囊过程中,气囊内的气体进入桶中,被压入的气体和桶内原有的气体都被压缩,外界对气囊内气体和桶内原有气体做功,而桶内气体的温度不变,则桶内气体的内能不变,根据热力学第一定律可知,气体要向外放热。(2)根据题意可知,压缩气囊过程中,温度不变,由于水管体积非常小,水桶中气体体积认为不变,由玻意耳定律可知p0(V1+V2)=pV2当气囊中的气体全部被挤入桶内时,桶内的水恰好上升到出水口处,则有p=p0+ρgh联立解得h=0.4

m。3.(2024湖北黄石一模)有一种救生衣,在穿着者落水时,救生衣所连接的储气钢瓶会灌气使救生衣鼓起。救生衣在未鼓起时,其内部无气体;正常工作时,其压强为标准大气压,内部气体体积至少为V=22L,与救生衣连接的小钢瓶容积为1L。取标准大气压p0=1×105Pa,忽略温度变化,气体均视为理想气体。(1)检测发现某救生衣所附带的钢瓶内压强为2×106Pa,救生衣能否正常工作?请说明理由。(2)出厂时钢瓶内部压强为2.5×106Pa,在降为2×106Pa的过程中,求钢瓶漏掉的气体在标准大气压下占的体积。(3)救生衣配套的钢瓶遗失,换用容积为0.2L、内部压强为2.5×106

Pa的小钢瓶充气,至少要多少个小钢瓶才能使救生衣正常工作?答案

(1)见解析

(2)5L

(3)见解析解析

(1)令p1=2×106

Pa,钢瓶容积V0=1

L,充气后救生衣体积为V1,根据玻意耳定律,钢瓶灌气过程p1V0=p0(V0+V1)解得V1=19

LV1<V,救生衣不能正常工作。(2)设p2=2.5×106

Pa,漏掉气体体积为ΔV,根据玻意耳定律有p2V0=p1V0+p0ΔV解得ΔV=5

L。(3)设用n个小钢瓶