1、专题七 选考部分第 16 讲 热 学一、必须理清的三个知识联系二、必须掌握的三个要点1估算问题(1)油膜法估算分子直径：dVSV 为纯油体积，S 为单分子油膜面积(2)分子总数：N nN A NA NAmMm VVm注意：对气体而言，N VV个(3)两种模型：球模型：V R3(适用于估算液体、固体分子直径)43立方体模型：Va 3(适用于估算气体分子间距 )2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对热力学定律的理解(1)改变物体内能的方式
2、有两种，只叙述一种改变方式是无法确定内能变化的(2)热力学第一定律 UQ W 中 W 和 Q 的符号可以这样确定：只要此项改变对内能增加有正贡献的即为正(3)对热力学第二定律的理解：热量可以由低温物体传递到高温物体，也可以从单一热源吸收热量全部转化为功，但不引起其他变化是不可能的高频考点 1 分子动理论11.易错辨析(正确的打“” 号，错误的打“”号)(1)布朗运动是液体分子的无规则运动( )(2)布朗运动并不是液体分子的运动，但它说明分子永不停息地做无规则运动( )(3)液体温度越高，布朗运动会越激烈( )(4)布朗运动反映了悬浮颗粒中分子运动的无规则性( )(5)悬浮在液体中的固体微粒越小
3、，布朗运动就越明显( )(6)悬浮在液体中的微粒越小，受到液体分子的撞击就越容易平衡( )(7)布朗运动是由于液体各部分温度不同而引起的( )(8)在较暗的房间里，看到透过窗户的“阳光柱”里粉尘的运动不是布朗运动 ( )(9)布朗运动是指在显微镜下观察到的液体分子的无规则运动( )(10)显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这反映了液体分子运动的无规则性( )(11)悬浮在空气中做布朗运动的 PM2.5 微粒，气温越高，运动越剧烈( )(12)扩散运动就是布朗运动( )(13)扩散现象与布朗运动都与温度有关( )(14)扩散现象不仅能发生在气体和液体中，固体中也可以( )(15)
4、“酒香不怕巷子深”与分子热运动有关( )(16)只要知道水的摩尔质量和水分子的质量，就可以计算出阿伏加德罗常数( )(17)用阿伏加德罗常数和某种气体的密度，就可以求出该种气体的分子质量( )(18)已知某气体的摩尔体积 V，再知道阿伏加德罗常数 NA，就可以求出一个气体分子的体积( )(19)只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，就可以算出气体分子的体积( )答案：(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17)(18) (19)高频考点 2 分子力、分子势能和内能21.易错辨析(正确的打
5、“” 号，错误的打“”号)(1)水不容易被压缩说明分子间存在分子力( )(2)用力拉铁棒的两端，铁棒没有断，说明此时分子间只存在引力而不存在斥力( )(3)分子间引力总是随着分子间的距离减小而减小( )(4)将一个分子从无穷远处无限靠近另一个分子，则这两个分子间的分子力先增大后减小最后再增大( )(5)当分子间距离增大时，分子间的引力减少，斥力增大( )(6)若两分子间距离减小，分子间斥力增大，引力减小，合力为斥力( )(7)当两分子间距离大于平衡位置的间距 r0 时，分子间的距离越大，分子势能越小 ( )(8)分子间同时存在着引力和斥力，当分子间距增加时，分子间的引力增大，斥力减小( )(9
6、)分子间的相互作用力随着分子间距离的增大，先减小后增大( )(10)分子间距离增大时，分子间的引力、斥力都减小( )(11)随着分子间距离增大，分子间作用力减小，分子势能也减小( )(12)分子间的距离为 r0 时，分子间作用力的合力为零，分子势能最小( )(13)达到热平衡的两个物体具有相同的热量( )(14)物体的温度越高，分子热运动越剧烈，分子的平均动能越大( )(15)温度升高时物体内的每个分子的运动速率一定增大( )(16)物体中所有分子的热运动动能的总和叫做物体的内能( )(17)物体的内能是物体内所有分子动能和分子势能的总和( )(18)温度升高，物体内每个分子的动能一定增大(
7、)(19)相同质量 0 的水的分子势能比 0 的冰的分子势能大 ( )答案：(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17)(18) (19)高频考点 3 固体、液体31.易错辨析(正确的打“” 号，错误的打“”号)(1)同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现( )(2)大颗粒的盐磨成了细盐，就变成了非晶体( )(3)单晶体的某些物理性质具有各向异性，而多晶体和非晶体是各向同性的( )(4)单晶体和多晶体都有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点( )(5)晶体在各个方向上的导热性能相同，体现
8、为各向同性( )(6)单晶体的物理性质具有各向异性( )(7)太空中水滴成球形，是液体表面张力作用的结果( )(8)漂浮在热菜汤表面上的油滴，从上面的观察是圆形的，是油滴液体呈各向同性的缘故( )(9)液体与大气相接触，表面层内分子所受其他分子的作用表现为相互吸引( )(10)由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，液面分子间只有引力，没有斥力，所以液体表面具有收缩的趋势( )(11)液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部( )(12)液体表面的分子距离大于分子间的平衡距离，使得液面有表面张力( )(13)叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用( )(14)肥皂水的水面能托住
9、小的硬币主要与液体的表面张力有关( )(15)雨水没有透过布雨伞是因为液体表面存在张力( )(16)液晶具有液体的流动性，同时具有晶体的各向异性特征( )(17)液晶显示器是利用了液晶对光具有各向异性的特点( )(18)当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大( )(19)空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近饱和汽压，水蒸发越快( )答案：(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) 高频考点 4 气体分子的运动特点41.易错辨析(正确的打“” 号，错误的打“”号
10、)(1)气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力( )(2)单位体积的气体分子数增加，气体的压强一定增大( )(3)气体的压强是由于大量分子频繁撞击器壁产生的( )(4)若气体的温度不变，压强增大，说明每秒撞击单位面积器壁的分子数增多( )(5)一定质量的理想气体压强不变时，气体分子单位时间内对器壁单位面积的平均碰撞次数随着温度升高而减少( )(6)从微观角度看气体压强只与分子平均动能有关( )(7)气体分子单位时间内与单位面积器壁发生碰撞的次数，与单位体积内气体的分子数和气体温度都有关( )(8)单位时间内气体分子对容器壁单位面积上碰撞次数减少，气体的压强一定减小(
11、)答案：(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)42.(2017全国 卷)氧气分子在 0 和 100 温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示下列说法正确的是_A图中两条曲线下面积相等B图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形C图中实线对应于氧气分子在 100 时的情形D图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目E与 0 时相比，100 时氧气分子速率出现在 0400 m/s 区间内的分子数占总分子数的百分比较大解析：温度是分子平均动能的标志，温度升高分子的平均动能增加，不同温度下相同速率的分子所占比例不同，温度越高，速率大的分
12、子占比例越高，故虚线为 0，实线是 100对应的曲线，曲线下的面积都等于 1，故相等，所以 ABC 正确答案：ABC高频考点 5 热力学定律的理解与应用51.易错辨析(正确的打“” 号，错误的打“”号)(1)外界对系统做功，其内能一定增加( )(2)系统从外界吸收热量，其内能一定增加( )(3)一定质量的理想气体发生绝热膨胀时，其内能不变( )(4)一定质量的理想气体，在等压膨胀过程中，气体分子的平均动能增大( )(5)在轮胎爆裂这一短暂过程中，气体膨胀，温度下降( )(6)密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程外界对其做功，瓶内空气内能增加( )(7)热量能够自发地从高温物体传导到低温物体
13、，但不能自发地从低温物体传导到高温物体( )(8)利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能是可能的( )(9)自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的( )(10)功转变为热的实际宏观过程一定是可逆过程( )(11)空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性( )(12)不断改进工艺，热机的效率可能达到 100%( )(13)热量不可以自发地从低温物体传递到高温物体，是因为违背了热力学第一定律( )(14)“第一类永动机”不可能制成，是因为它违反了能量守恒定律 ( )(15)“第二类永动机”不可能制成是因为它违反了能量守恒定律 ( )答案
14、：(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12)(13) (14) (15)52.(2017全国高考卷)如图，一定质量的理想气体从状态 a 出发，经过等容过程 ab到达状态 b，再经过等温过程 bc 到达状态 c，最后经等压过程 ca 回到状态 a.下列说法正确的是_A在过程 ab 中气体的内能增加B在过程 ca 中外界对气体做功C在过程 ab 中气体对外界做功D在过程 bc 中气体从外界吸收热量E在过程 ca 中气体从外界吸收热量解析：在过程 ab 中，体积不变 ，外界不 对气体做功，气体也不对外界做功，压强增大，温度升高，内能增加，故
15、A 正确、C 错误；在过程 ca 中，气体的体积缩小，外界对气体做功，故 B 正确；在过程 bc 中，温度不变，内能不 变，体积增加，气体对外界做功由 热力学第一定律可知，气体要从外界吸收热 量，故 D 正确在 过程 ca 中，压强不变，体积变小，温度降低，故内能变小，而外界对气体做功，气体要向外界放出 热量，故 E 错误答案：ABD53.(2017全国卷)如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积假设整个系统不漏气下列说法正确的是_A气体自发扩散前后内能相同
16、B气体在被压缩的过程中内能增大C在自发扩散过程中，气体对外界做功D气体在被压缩的过程中，外界对气体做功E气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变解析：气体向真空扩散过程中不对外做功，且又因 为气缸 绝热，可知气体自 发扩散前后内能相同，选项 A 正确，C 错误；气体在被压缩的过程中活塞 对气体做功，因气缸绝热，则气体内能增大，选项 BD 正确；气体在被 压缩的过程中，因气体内能增加，则温度升高，气体分子的平均动能增加，选项 E 错误 ；故选 ABD答案：ABD高频考点 6 气体的性质应用气体实验定律的三个重点环节(1)正确选择研究对象：对于变质量问题要保证研究质量不变的部分；对于多部分气体
17、问题，要各部分独立研究，各部分之间一般通过压强找联系(2)列出各状态的参量：气体在初、末状态，往往会有两个( 或三个)参量发生变化，把这些状态参量罗列出来会比较准确、快速的找到规律(3)认清变化过程：准确分析变化过程以便正确选用气体实验定律类型一 “气缸”类(2017全国 卷)如图，容积均为 V 的汽缸 A、B 下端有细管(容积可忽略)连通，阀门 K2 位于细管的中部， A、B 的顶部各有一阀门 K1、K 3，B 中有一可自由滑动的活塞(质量、体积均可忽略)初始时，三个阀门均打开，活塞在 B 的底部；关闭 K2、K 3，通过 K1 给汽缸充气，使 A 中气体的压强达到大气压 p0 的 3 倍后
18、关闭 K1.已知室温为 27 ，汽缸导热(1)打开 K2，求稳定时活塞上方气体的体积和压强；(2)接着打开 K3，求稳定时活塞的位置；(3)再缓慢加热汽缸内气体使其温度升高 20 ，求此时活塞下方气体的压强【解析】 (1)设打开 K2 后，稳定时活塞上方气体的压强为 p1，体积为 V1.依题意，被活塞分开的两部分气体都经历等温过程由玻意耳定律得p0Vp 1V1 (3p0)Vp 1(2VV 1) 联立式得V1 V2p12p 0 (2)打开 K3 后，由 式知，活塞必定上升设在活塞下方气体与 A 中气体的体积之和为V2(V22V )时，活塞下气体压强为 p2 由玻意耳定律得(3p0)Vp 2V2
19、由式得p2 p0 3VV2由式知，打开 K3 后活塞上升直到 B 的顶部为止；此时 p2为 p2 p032(3)设加热后活塞下方气体的压强为 p3，气体温度从 T1300 K 升高到 T2320 K 的等容过程中，由查理定律得 p2T1 p3T2将有关数据代入式得p31.6p 0 【答案】 (1) 2p 0 (2) 顶部 (3)1.6 p0V261.(2017西安市长安区高三联考) 如图所示，内壁光滑长度为 4L、横截面积为 S 的汽缸 A、 B，A 水平、B 竖直固定，之间由一段容积可忽略的细管相连，整个装置置于温度27、大气压为 p0 的环境中，活塞 C、D 的质量及厚度均忽略不计原长 3
20、L、劲度系数k 的轻弹簧，一端连接活塞 C、另一端固定在位于汽缸 A 缸口的 O 点开始活塞 D3p0SL距汽缸 B 的底部为 3L.后在 D 上放一质量为 m 的物体求：p0Sg稳定后活塞 D 下降的距离；改变汽缸内气体的温度使活塞 D 再回到初位置，则气体的温度应变为多少？解析：(1)开始时被封闭气体的压强为 P1P 0，活塞 C 距气缸 A 的底部为 L，被封气体的体积为 4LS，重物放在活塞 D 上稳定后，被封气体的 压强为 ：P2P 0 2P 0；mgS活塞 C 将弹簧向左压缩了距离 l1，则活塞 C 受力平衡；有：kl 1(P 2P 0)S根据玻意耳定律，得：P 04LSP 2xS
21、解得：x2L，l 1L3活塞 D 下降的距离为：l4Lxl 1 L73(2)升高温度过程中，气体做等压变化，活塞 C 的位置不动 ，最 终被封气体的体积为(4Ll 1)S，对最初和最终状态，根据理想气体状态方程得 P04LS27 273 P2(4L L3)St2 273解得：t 2377答案：(1) (2)377 7L362 (2017第一次全国大 联考卷) 如图所示，一圆柱形气缸竖直放置，气缸正中间有挡板，位于气缸口的活塞封闭着一定质量的理想气体活塞的质量为 m，横截面积为 S.开始时，活塞与气缸底部相距 L，测得气体的温度为 T0.现缓慢降温，让活塞缓慢下降，直到恰好与挡板接触但不挤压然后
22、在活塞上放一重物 P，对气体缓慢升温，让气体的温度缓慢回升到 T0，升温过程中，活塞不动已知大气压强为 p0，重力加速度为 g，不计活塞与气缸间摩擦(1)求活塞刚与挡板接触时气体的温度和重物 P 的质量的最小值(2)整个过程中，气体是吸热还是放热，吸收或放出热量为多少？解析：(1)缓慢降温过程是一个等压过程初态：温度 T0，体积 V0LS，末 态：温度 T1，体积 V1SL2由盖吕萨克定律有 ，解得 T1V0T0 V1T1 T02升温过程中，活塞不动，是一个等容过程初态：温度 T1 ，压强 p1p 0 ，末 态：温度 T2T 0，压强 p2p 0T02 mgS m MgS由查理定律有 ，解得
23、Mmp1T1 p2T2 p0Sg(2)整个过程，理想气体的温度不变，内能不变降温过程体积变小，外界对气体做的功 为 W (p0 mgS)SL2 p0SL mgL2升温过程，体积不变，气体不对外界做功，外界也不对气体做功由热力学第一定律，整个过程中，气体放出热量 QWp0SL mgL2答案：(1) m (2)气体向外放热T02 p0Sg p0SL mgL2类型二 “液柱”类(2017全国卷)一种测量稀薄气体压强的仪器如图(a) 所示，玻璃泡 M 的上端和下端分别连通两竖直玻璃细管 K1 和 K2.K1 长为 l，顶端封闭，K 2 上端与待测气体连通；M 下端经橡皮软管与充有水银的容器 R 连通开
24、始测量时， M 与 K2 相通；逐渐提升 R，直到 K2 中水银面与 K1 顶端等高，此时水银已进入 K1，且 K1 中水银面比顶端低 h，如图(b)所示设测量过程中温度、与 K2 相通的待测气体的压强均保持不变已知 K1 和 K2 的内径均为 d，M 的容积为 V0，水银的密度为 ，重力加速度大小为 g.求：(1)待测气体的压强；(2)该仪器能够测量的最大压强【解析】 (1)设待测气体的压强 Px.以 K1 中的气体为研究对象则初状态：压强为 P1P x 体 积 V1 (V0 d2l4 )末状态：压强为 P2P xgh 体积 V2d2h4由玻意耳定律 P1V1P 2V2得：P xgd2h24
25、V0 d2l h(2)当 K2压强最大时，K 1刚进入水银时，K 2 中的液面与 K1顶端等高，两液面差 为 l，设待测气体的压强 PM.以 K1 中的气体为研究对象则初状态：压强为 P1P M 体 积 V1 (V0 d2l4 )末状态：压强为 P3P Mgl 体积 V3d2l4由玻意耳定律 P1V1P 3V3得：P Mgd2l24V0【答案】 (1)P x (2)P Mgd2h24V0 d2l h gd2l24V063 (2017宜宾市高三二 诊) 如图所示为一竖直放置、上粗下细且上端开口的薄壁玻璃管，上部和下部的横截面积之比为 21，上管足够长，下管长度 l34 cm.在管内用长度h4 c
26、m 的水银封闭一定质量的理想气体，气柱长度 l120 cm.大气压强 P076 cmHg，气体初始温度 T1300 K若缓慢升高气体温度，使水银上端面到达粗管和细管交界处，求此时的温度 T2；继续缓慢升高温度至水银恰好全部进入粗管，求此时的温度 T3 解析： 气体做等 压变化，设细管横截面积为 S，l2l h30 cm由盖吕萨克定律，得 l1ST1 l2ST2T2 T1450 Kl2l1P1P 0P h80 cmHgSh2Sh，得 h2 cmP3P 0P h 78 cmHgl334 cm由理想气体状态方程，得：P1l1ST1 P3l3ST3T3 T1497.25 KP3l3P1l1答案：450
27、 K 497.25 K64.(2017泰安市高三质量检测) 如图所示，粗细均匀的 U 形管左端封闭右端开口，一段空气柱将水银分为 A、B 两部分，水银柱 A 的长度 h125 cm，位于封闭端的顶部，B 部分位于 U 型管的底部右管内有一轻活塞，活塞与管壁之间的摩擦不计活塞自由静止时底面与左侧空气柱的下端齐平，此时空气柱的长度 L012.5 cm，B 部分水银两液面的高度差 h245 cm，外界大气压强 p075 cmHg.保持温度不变，将活塞缓慢上提，当 A 部分的水银柱恰好对 U 形管的顶部没有压力时，活塞移动了多少距离？解析：活塞自由静止时，右管内气体的 压强 p1，左管内气体的压强 p
28、2 分别为：p1p 0，p2p 1h 2 活塞上提后再平衡时，左管内气体的 压强：p 3h 1 设 B 部分水银柱两端液面的高度差为 h3，则右管中被封气体的压强为：p4p 3h 3 设左管中的气体长度为 L，右管中被封气体的 长度为 l，管的横截面积为 S，根据玻意耳定律：对右管中的被封气体：p 1h2Sp 0lS 对左管中的气体：p 2L0Sp 3LS 根据几何关系知：h 3h 22(LL 0) 设活塞上移的距离 x，则：x(lh 2)( LL 0) 代入数据解得：x9.4 cm 答案：x9.4 cm类型三 气体实验定律其他应用类(2017全国卷) 一热气球体积为 V，内部充有温度为 Ta
29、的热空气，气球外冷空气的温度为 Tb.已知空气在 1 个大气压、温度为 T0 时的密度为 0，该气球内、外的气压始终都为 1 个大气压，重力加速度大小为 g(1)求该热气球所受浮力的大小；(2)求该热气球内空气所受的重力；(3)设充气前热气球的质量为 m0，求充气后它还能托起的最大质量【解析】 (1)设 1 个大气压下质量为 m 的空气在温度 T0时的体积为 V0，密度 为 0mV0温度为 T 时的体积为 VT，密度为： (T) mVT由盖吕萨克定律可得： V0T0 VTT联立解得：(T ) 0 T0T气球所受的浮力为：f(T b)gV 联立解得： f 0gVT0Tb(2)气球内热空气所受的重
30、力 G( Ta)Vg 联立解得 GVg 0 T0Ta(3)设该气球还能托起的最大质量为 m，由力的平衡条件可知：mg f G m 0g 联立可得：m m 00VT0Tb 0VT0Ta【答案】 (1) (2) (3) m 00gVT0Tb 0gVT0Ta 0VT0Tb 0VT0Ta65.(2016全国新课标卷) 在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强，两压强差 p 与气泡半径 r 之间的关系为 p ，其中 0.070 N/m.现让水下 10 m 处一半2 r径为 0.50 cm 的气泡缓慢上升已知大气压强 p01.0 105 Pa，水的密度 1.010 3 kg/m3，重力加速度大小 g
31、10 m/s 2(1)求在水下 10 m 处气泡内外的压强差；(2)忽略水温随水深的变化，在气泡上升到十分接近水面时，求气泡的半径与其原来半径之比的近似值解析：(1)当气泡在水下 h10 m 处时，设其半径为 r1，气泡内外 压强差为 p1，则p1 2 r1代入题给数据得 p128 Pa (2)设气泡在水下 10 m 处时，气泡内空气的压强为 p1，气泡体积为 V1；气泡到达水面附近时，气泡内空气压强为 p2，内外压强差为 p2，其体 积为 V2，半径 为 r2气泡上升过程中温度不变，根据玻意耳定律有p1V1p 2V2 p1p 0ghp 1 p2p 0p 2 气泡体积 V1 和 V2 分别为 V1 r 43 31V2 r 43 32联立 式得 3 (r1r2) p0 p2gh p0 p1由式知，p ip 0，i1,2，故可略去式中的 pi项代入题给数据得 1.3 r2r1 32答案：(1)28 Pa (2)1.3
