回歸教材重難點12 熱學(xué)-2022年高考物理三輪沖刺過關(guān)（解析版）

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回歸教材重難點12熱學(xué)

全國及各新高考省份對該部分的考查為熱學(xué)的主干知識，包括分子動理論、內(nèi)能、固體液體的性質(zhì)、氣體實驗定律及圖像、氣體壓強的微觀解釋、熱力學(xué)兩個定律等。

本部分知識點較多且零散，因此在復(fù)習(xí)備考時要全面，不留死角，重要的課后習(xí)題要反復(fù)練習(xí)，吃透題目的要義；其次復(fù)習(xí)時要突出重點和難點，重視知識的內(nèi)存聯(lián)系，加強主干知識訓(xùn)練，特別是汽缸——活塞模型或玻璃管——液柱模型相關(guān)題目要加強訓(xùn)練；最后要更多地聯(lián)系實際問題，培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力，提高考生的模型建構(gòu)能力和推理論證能力。

知識點一分子動理論

1．宏觀量、微觀量以及它們之間的關(guān)系

已知量

可求量

摩爾體積Vmol

分子體積V0＝

eq\f(Vmol,NA)

(適用于固體和液體)

分子占據(jù)體積V占＝

eq\f(Vmol,NA)

(適用于氣體)

摩爾質(zhì)量Mmol

分子質(zhì)量m0＝

eq\f(Mmol,NA)

體積V和摩

爾體積Vmol

分子數(shù)目n＝

eq\f(V,Vmol)

NA(適用于固體、液體和氣體)

質(zhì)量m和摩

爾質(zhì)量Mmol

分子數(shù)目n＝

eq\f(m,Mmol)

NA

2.擴散現(xiàn)象、布朗運動與熱運動的比較

現(xiàn)象

擴散現(xiàn)象

布朗運動

熱運動

活動

主體

分子

固體微小顆粒

分子

區(qū)別

是分子的運動，發(fā)生在固體、液體、氣體任何兩種物質(zhì)之間

是比分子大得多的顆粒的運動，只能在液體、氣體中發(fā)生

是分子的運動，不能通過光學(xué)顯微鏡直接觀察到

共同點

(1)都是無規(guī)則運動；

(2)都隨溫度的升高而更加激烈

聯(lián)系

擴散現(xiàn)象、布朗運動都反映了分子做無規(guī)則的熱運動

3.分子力F、分子勢能Ep與分子間距離r的關(guān)系圖線

項目

分子間的相

互作用力F

分子勢能Ep

與分子間距

的關(guān)系圖象

隨分

子間

距的

變化

情況

r<r0

F引和F斥都隨距離的增大而減小，隨距離的減小而增大，F(xiàn)引<F斥，F(xiàn)表現(xiàn)為斥力

r增大，斥力做正功，分子勢能減少；r減小，斥力做負(fù)功，分子勢能增加

r>r0

F引和F斥都隨距離的增大而減小，隨距離的減小而增大，F(xiàn)引>F斥，F(xiàn)表現(xiàn)為引力

r增大，引力做負(fù)功，分子勢能增加；r減小，引力做正功，分子勢能減少

r＝r0

F引＝F斥，F(xiàn)＝0

分子勢能最小，但不為零

r>10r0

(10－9m)

F引和F斥都已十分微弱，可以認(rèn)為分子間沒有相互作用力

分子勢能為零

知識點二物體的內(nèi)能

1．內(nèi)能和熱量的比較

內(nèi)能

熱量

區(qū)別

是狀態(tài)量，狀態(tài)確定系統(tǒng)的內(nèi)能隨之確定．一個物體在不同的狀態(tài)下有不同的內(nèi)能

是過程量，它表示由于熱傳遞而引起的內(nèi)能變化過程中轉(zhuǎn)移的能量

聯(lián)系

在只有熱傳遞改變物體內(nèi)能的情況下，物體內(nèi)能的改變量在數(shù)值上等于物體吸收或放出的熱量

2.物體的內(nèi)能與機械能的比較

內(nèi)能

機械能

定義

物體中所有分子熱運動的動能與分子勢能的總和

物體的動能、重力勢能和彈性勢能的統(tǒng)稱

決定

因素

與物體的溫度、體積、物態(tài)和分子數(shù)有關(guān)

跟宏觀運動狀態(tài)、參考系和零勢能點的選取有關(guān)

量值

任何物體都有內(nèi)能

可以為零

測量

無法測量

可測量

本質(zhì)

微觀分子的運動和相互作用的結(jié)果

宏觀物體的運動和相互作用的結(jié)果

運動

形式

熱運動

機械運動

聯(lián)系

在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化，能的總量守恒

知識點三固體和液體

1．晶體和非晶體

(1)單晶體具有各向異性，但不是在各種物理性質(zhì)上都表現(xiàn)出各向異性．

(2)只要是具有各向異性的物體必定是晶體，且是單晶體．

(3)只要是具有確定熔點的物體必定是晶體，反之，必是非晶體．

2．液體表面張力

形成原因

表面層中分子間的距離比液體內(nèi)部分子間的距離大，分子間的相互作用力表現(xiàn)為引力

表面特性

表面層分子間的引力使液面產(chǎn)生了表面張力，使液體表面好像一層繃緊的彈性薄膜，分子勢能大于液體內(nèi)部的分子勢能

方向

和液面相切，垂直于液面上的各條分界線

效果

表面張力使液體表面具有收縮趨勢，使液體表面積趨于最小，而在體積相同的條件下，球形的表面積最小

知識點四氣體實驗定律

1．氣體壓強

(1)產(chǎn)生的原因

由于大量分子無規(guī)則運動而碰撞器壁，形成對器壁各處均勻、持續(xù)的壓力，作用在器壁單位面積上的壓力叫做氣體的壓強．

(2)決定因素

①宏觀上：決定于氣體的溫度和體積．

②微觀上：決定于分子的平均動能和分子的密集程度．

2．氣體實驗三定律

玻意耳定律

查理定律

蓋—呂薩克定律

條件

質(zhì)量一定，

溫度不變

質(zhì)量一定，

體積不變

質(zhì)量一定，

壓強不變

表達(dá)式

p1V1＝p2V2

eq\f(p1,p2)

＝

eq\f(T1,T2)

eq\f(V1,V2)

＝

eq\f(T1,T2)

圖象

知識點五、理想氣體狀態(tài)方程

1．理想氣體

(1)宏觀上講，理想氣體是指在任何溫度、任何壓強下始終遵從氣體實驗定律的氣體．實際氣體在壓強不太大、溫度不太低的條件下，可視為理想氣體．

(2)微觀上講，理想氣體的分子間除碰撞外無其他作用力，分子本身沒有體積，即它所占據(jù)的空間認(rèn)為都是可以被壓縮的空間．

2．理想氣體的狀態(tài)方程

(1)內(nèi)容：一定質(zhì)量的某種理想氣體發(fā)生狀態(tài)變化時，壓強跟體積的乘積與熱力學(xué)溫度的比值保持不變.

(2)公式：

eq\f(p1V1,T1)

＝

eq\f(p2V2,T2)

或

eq\f(pV,T)

＝C(C是與p、V、T無關(guān)的常量)．

知識點六熱力學(xué)第一定律

1．熱力學(xué)第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種方式改變內(nèi)能的過程是等效的，而且給出了內(nèi)能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關(guān)系．

2．對公式ΔU＝Q＋W符號的規(guī)定

符號

W

Q

ΔU

＋

外界對物體做功

物體吸收熱量

內(nèi)能增加

－

物體對外界做功

物體放出熱量

內(nèi)能減少

3.改變內(nèi)能的兩種方式的比較

做功

熱傳遞

區(qū)別

內(nèi)能變

化情況

外界對物體做功，物體的內(nèi)能增加；物體對外界做功，物體的內(nèi)能減少

物體吸收熱量，內(nèi)能增加；物體放出熱量，內(nèi)能減少

從運動

形式看

做功是宏觀的機械運動向物體的微觀分子熱運動的轉(zhuǎn)化

熱傳遞是通過分子之間的相互作用，使同一物體的不同部分或不同物體間的分子熱運動發(fā)生變化

從能量

角度看

做功是其他形式的能與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程，能的性質(zhì)發(fā)生了變化

不同物體間或同一物體不同部分之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移，能的性質(zhì)不變

聯(lián)系

做一定量的功或傳遞一定量的熱量在改變內(nèi)能的效果上是相同的

知識點七熱力學(xué)第二定律

1．在熱力學(xué)第二定律的表述中，“自發(fā)地”“不產(chǎn)生其他影響”的含義

(1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助．

(2)“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響．如吸熱、放熱、做功等．

2．熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)：熱力學(xué)第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，進而使人們認(rèn)識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性．

熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但在有外界影響的條件下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，如電冰箱；在引起其他變化的條件下內(nèi)能也可以全部轉(zhuǎn)化為機械能，如氣體的等溫膨脹過程．

3．兩類永動機的比較

第一類永動機

第二類永動機

不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機器

從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響的機器

違背能量守恒定律，不可能制成

不違背能量守恒定律，但違背熱力學(xué)第二定律，不可能制成

1.（2021·海南卷）[多選]如圖，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a出發(fā)，經(jīng)過等容過程到達(dá)狀態(tài)b，再經(jīng)過等溫過程到達(dá)狀態(tài)c，直線過原點。則氣體（）

A．在狀態(tài)c的壓強等于在狀態(tài)a的壓強

B．在狀態(tài)b的壓強小于在狀態(tài)c的壓強

C．在的過程中內(nèi)能保持不變

D．在的過程對外做功

【答案】AC

【解析】

AB．根據(jù)

可知，因直線ac過原點，可知在狀態(tài)c的壓強等于在狀態(tài)a的壓強，b點與原點連線的斜率小于c點與原點連線的斜率，可知在狀態(tài)b的壓強大于在狀態(tài)c的壓強，選項A正確，B錯誤；

C．在的過程中溫度不變，則氣體的內(nèi)能保持不變，選項C正確；

D．在的過程中，氣體的體積不變，則氣體不對外做功，選項D錯誤。

故選AC。

2.（2019·江蘇卷）[多選]在沒有外界影響的情況下，密閉容器內(nèi)的理想氣體靜置足夠長時間后，該氣體．

A．分子的無規(guī)則運動停息下來 B．每個分子的速度大小均相等

C．分子的平均動能保持不變 D．分子的密集程度保持不變

【答案】CD

【解析】

分子的無規(guī)則運動則為分子的熱運動，由分子動理論可知，分子熱運動不可能停止，故A錯誤；密閉容器內(nèi)的理想氣體，溫度不變，所以分子平均動能不變，但并不是每個分子的動能都相等，故B錯誤，C正確；由于沒有外界影響且容器密閉，所以分子的密集程度不變，故D正確．

3．（2021·天津卷）[多選]列車運行的平穩(wěn)性與車廂的振動密切相關(guān)，車廂底部安裝的空氣彈簧可以有效減振，空氣彈簧主要由活塞、氣缸及內(nèi)封的一定質(zhì)量的氣體構(gòu)成。上下乘客及劇烈顛簸均能引起車廂振動，上下乘客時氣缸內(nèi)氣體的體積變化緩慢，氣體與外界有充分的熱交換；劇烈顛簸時氣缸內(nèi)氣體的體積變化較快，氣體與外界來不及熱交換。若氣缸內(nèi)氣體視為理想氣體，在氣體壓縮的過程中（）

A．上下乘客時，氣體的內(nèi)能不變 B．上下乘客時，氣體從外界吸熱

C．劇烈顛簸時，外界對氣體做功 D．劇烈顛簸時，氣體的溫度不變

【答案】AC

【解析】

AB．上下乘客時氣缸內(nèi)氣體與外界有充分的熱交換，即發(fā)生等溫變化，溫度不變，故氣體的內(nèi)能不變，體積變化緩慢，沒有做功，故沒有熱交換，故A正確，B錯誤；

CD．劇烈顛簸時氣缸內(nèi)氣體的體積變化較快，且氣體與外界來不及熱交換，氣體經(jīng)歷絕熱過程，外界對氣體做功，溫度升高，故C正確，D錯誤。

故選AC。

4.（2021·廣東卷）為方便抽取密封藥瓶里的藥液，護士一般先用注射器注入少量氣體到藥瓶里后再抽取藥液，如圖所示，某種藥瓶的容積為0.9mL，內(nèi)裝有0.5mL的藥液，瓶內(nèi)氣體壓強為，護士把注射器內(nèi)橫截面積為、長度為0.4cm、壓強為的氣體注入藥瓶，若瓶內(nèi)外溫度相同且保持不變，氣體視為理想氣體，求此時藥瓶內(nèi)氣體的壓強。

【答案】

【解析】

以注入后的所有氣體為研究對象，由題意可知瓶內(nèi)氣體發(fā)生等溫變化，設(shè)瓶內(nèi)氣體體積為V1,有

注射器內(nèi)氣體體積為V2，有

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有

代入數(shù)據(jù)解得

5．（2021·山東卷）血壓儀由加壓氣囊、臂帶，壓強計等構(gòu)成，如圖所示。加壓氣囊可將外界空氣充入臂帶，壓強計示數(shù)為臂帶內(nèi)氣體的壓強高于大氣壓強的數(shù)值，充氣前臂帶內(nèi)氣體壓強為大氣壓強，體積為V；每次擠壓氣囊都能將的外界空氣充入臂帶中，經(jīng)5次充氣后，臂帶內(nèi)氣體體積變?yōu)?，壓強計示?shù)為。已知大氣壓強等于，氣體溫度不變。忽略細(xì)管和壓強計內(nèi)的氣體體積。則V等于（）

A． B． C． D．

【答案】D

【解析】

根據(jù)玻意耳定律可知

已知

，，

代入數(shù)據(jù)整理得

故選D。

6．（2021·廣東卷）在高空飛行的客機上某乘客喝完一瓶礦泉水后，把瓶蓋擰緊。下飛機后發(fā)現(xiàn)礦泉水瓶變癟了，機場地面溫度與高空客艙內(nèi)溫度相同。由此可判斷，高空客艙內(nèi)的氣體壓強______（選填“大于”、“小于”或“等于”）機場地面大氣壓強：從高空客艙到機場地面，礦泉水瓶內(nèi)氣體的分子平均動能______（選填“變大”、“變小”或“不變”）。

【答案】

小于

不變

【解析】

[1]機場地面溫度與高空客艙溫度相同，由題意知瓶內(nèi)氣體體積變小，以瓶內(nèi)氣體為研究對象，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程

故可知高空客艙內(nèi)的氣體壓強小于機場地面大氣壓強；

[2]由于溫度是平均動能的標(biāo)志，氣體的平均動能只與溫度有關(guān)，機場地面溫度與高空客艙溫度相同，故從高空客艙到機場地面，瓶內(nèi)氣體的分子平均動能不變。

7．（2021·湖南婁底市高三模擬）[多選]下列說法正確的是（）

A．氣體的內(nèi)能包括氣體分子的重力勢能

B．同種物質(zhì)不可能以晶體和非品體兩種不同的形態(tài)出現(xiàn)

C．如果兩個系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個系統(tǒng)達(dá)到熱平衡。那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定達(dá)到熱平衡

D．知道阿伏伽德羅常數(shù)、氣體的摩爾質(zhì)量和密度，可以估算出該氣體中分子間的平均距離

E.土壤里有很多毛細(xì)管，若要防止把地下的水分沿著它們引到地表，可將地面的土壤鋤松

【答案】CDE

【解析】A．氣體的內(nèi)能等于氣體內(nèi)所有氣體分子的動能和分子勢能之和，但不包括氣體分子的重力勢能，故A錯誤；B．同種物質(zhì)可能以晶體和非晶體兩種不同的形態(tài)出現(xiàn)，如煤炭與金剛石，故B錯誤；C．如果兩個系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個系統(tǒng)達(dá)到熱平衡。那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定達(dá)到熱平衡，故C正確；D．由氣體的摩爾質(zhì)量和氣體的密度，可估算出摩爾體積，再根據(jù)阿伏伽德羅常數(shù)，可以估算出單個理想氣體分子所占的平均體積，進而估算出理想氣體分子間的平均距離，故D正確；E．將地面的土壤鋤松。破壞了毛細(xì)管，可以減小土地下的水分蒸發(fā)，故E正確。故選CDE。

8．（2021·廣東高三模擬）[多選]以下說法正確的是（）

A．太空中水滴成球形，是液體表面張力作用的結(jié)果

B．大顆粒的鹽磨成了細(xì)鹽，就變成了非晶體

C．液晶既有液體的流動性，又有光學(xué)性質(zhì)的各向異性

D．晶體熔化時吸收熱量，分子平均動能一定增大

E.液體表面層分子間距離大于液體內(nèi)部分子間距離，所以液體表面存在表面張力

【答案】ACE

【解析】AE．液體表面具有收縮的趨勢，即液體表面表現(xiàn)為張力，是液體表面分子間距離大于液體內(nèi)部分子間的距離，液面分子間表現(xiàn)為引力，太空中水滴成球形，是液體表面張力作用的結(jié)果，AE正確；B．大顆粒的鹽磨成了細(xì)鹽，還是晶體，B錯誤；C．液晶是一種特殊的物態(tài)，它既具有液體的流動性，又具有光學(xué)各向異性，C正確；D．晶體融化時吸收熱量，但溫度不變，所以分子平均動能不變，D錯誤。故選ACE。

9．（2021·北京東城區(qū)高三一模）對于一定質(zhì)量的理想氣體，下列說法正確的是（）

A．氣體溫度升高，每一個氣體分子的動能都增大

B．氣體溫度升高，氣體內(nèi)能一定增大

C．若壓縮氣體做功，氣體分子的無規(guī)則運動一定更劇烈

D．若氣體膨脹對外做功100J，則內(nèi)能一定減少100J

【答案】B

【解析】A．氣體溫度升高，絕大多數(shù)氣體分子的動能都增大，但個別分子的動能也可能減小，A錯誤；

B．理想氣體不考慮分子勢能，氣體溫度升高，氣體分子的平均動能增大，氣體內(nèi)能一定增大，B正確；

C．壓縮氣體做功，若存在對外放熱，由熱力學(xué)第一定律可知，氣體的內(nèi)能可能減小，溫度可能降低，故無規(guī)則運動不一定更劇烈，C錯誤；D．若氣體膨脹對外做功100J，內(nèi)能不一定減少100J，還跟吸、放熱多少有關(guān)，D錯誤。故選B。

10．（2021·山東高三模擬）如圖所示為一定質(zhì)量理想氣體狀態(tài)變化的p-t圖像。圖中BA的延長線過（–273，0）點，CB平行于t軸，則下列說法正確的是（）

A．氣體由狀態(tài)A變?yōu)闋顟B(tài)B，外界對氣體做功

B．氣體由狀態(tài)C變?yōu)闋顟B(tài)A，氣體吸收熱量

C．氣體在狀態(tài)B時的分子數(shù)密度比在狀態(tài)C時的大

D．氣體在狀態(tài)B時的分子數(shù)密度比在狀態(tài)A時的大

【答案】B

【解析】A．根據(jù)題意可知從狀態(tài)A到狀態(tài)B氣體做等容變化，氣體吸熱，外界不對氣體做功，故A錯誤；

B．從狀態(tài)C變?yōu)闋顟B(tài)A時，氣體溫度不變，內(nèi)能不變，壓強減小，體積增大，氣體對外界做功，氣體從外界吸收熱量，故B正確；CD．從狀態(tài)B到狀態(tài)C氣體做等壓變化，溫度降低，體積減小，所以狀態(tài)B的分子數(shù)密度比狀態(tài)C時的分子數(shù)密度小，狀態(tài)A、B氣體的體積相等，分子數(shù)密度相同，故C、D錯誤。

故選B。

11．（2021·北京豐臺區(qū)高三一模）兩個分子間的作用力的合力F與分子間距離r的關(guān)系如圖所示，假定兩個分子的距離為無窮遠(yuǎn)時它們的分子勢能為0，下列說法正確的是（）

A．在r由無限遠(yuǎn)到趨近于0的過程中，F(xiàn)先變小后變大

B．在r由無限遠(yuǎn)到趨近于0的過程中，F(xiàn)先做正功后做負(fù)功

C．在r由無限遠(yuǎn)到趨近于0的過程中，分子勢能先增大后減小再增大

D．在r=r0處分子勢能為零

【答案】B

【解析】A．由圖可知，在r由無限遠(yuǎn)到趨近于0的過程中，F(xiàn)先變大后變小，再變大，A錯誤；

B．在r由無限遠(yuǎn)到