高考二輪專題復習：專題16　熱學（解析版）

學而優(yōu)教有方專題16熱學【命題規(guī)律】1、命題角度：（1）分子動理論、固體和液體；（2）氣體實驗定律和理想氣體狀態(tài)方程；（3）熱力學定律與氣體實驗定律的結(jié)合.2、?？碱}型：選擇題或計算題．【知識薈萃】★考向一、分子動理論固體和液體1．估算問題（1）分子總數(shù)：N＝nNA＝eq\f(m,M)NA＝eq\f(V,Vmol)NA.特別提醒：對氣體而言，V0＝eq\f(V,N)不等于一個氣體分子的體積，而是表示一個氣體分子占據(jù)的空間．（2）兩種分子模型：①球體模型：V＝eq\f(4,3)πR3＝eq\f(1,6)πd3（d為球體直徑）；②立方體模型：V＝a3.2．分子熱運動：分子永不停息地做無規(guī)則運動，溫度越高，分子的無規(guī)則運動越劇烈，即平均速率越大，但某個分子的瞬時速率不一定大．3．分子間作用力、分子勢能與分子間距離的關(guān)系（如圖）4．氣體壓強5．晶體與非晶體分類比較晶體非晶體單晶體多晶體外形規(guī)則不規(guī)則物理性質(zhì)各向異性各向同性熔點確定不確定原子排列有規(guī)則，但多晶體每個晶體間的排列無規(guī)則無規(guī)則聯(lián)系晶體與非晶體在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化★考向二、氣體實驗定律理想氣體狀態(tài)方程1．壓強的計算（1）被活塞、汽缸封閉的氣體，通常分析活塞或汽缸的受力，應(yīng)用平衡條件或牛頓第二定律求解，壓強單位為Pa.（2）水銀柱密封的氣體，應(yīng)用p＝p0＋ph或p＝p0－ph計算壓強，壓強p的單位為cmHg或mmHg.2．合理選取氣體變化所遵循的規(guī)律列方程（1）若氣體質(zhì)量一定，p、V、T中有一個量不發(fā)生變化，則選用對應(yīng)的氣體實驗定律列方程求解．（2）若氣體質(zhì)量一定，p、V、T均發(fā)生變化，則選用理想氣體狀態(tài)方程列式求解．3．關(guān)聯(lián)氣體問題解決由活塞、液柱相聯(lián)系的兩部分氣體問題時，根據(jù)兩部分氣體壓強、體積的關(guān)系，列出關(guān)聯(lián)關(guān)系式，再結(jié)合氣體實驗定律或理想氣體狀態(tài)方程求解．4．氣體的“三定律、一方程”玻意耳定律：p1V1＝p2V2查理定律：eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)或eq\f(p1,p2)＝eq\f(T1,T2)蓋—呂薩克定律：eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)或eq\f(V1,V2)＝eq\f(T1,T2)理想氣體狀態(tài)方程：eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)或eq\f(pV,T)＝C.★考向三、熱力學定律與氣體實驗定律相結(jié)合1．理想氣體相關(guān)三量ΔU、W、Q的分析思路（1）內(nèi)能變化量ΔU①由氣體溫度變化分析ΔU.溫度升高，內(nèi)能增加，ΔU>0；溫度降低，內(nèi)能減少，ΔU<0.②由公式ΔU＝W＋Q分析內(nèi)能變化．（2）做功情況W由體積變化分析氣體做功情況．體積膨脹，氣體對外界做功，W<0；體積被壓縮，外界對氣體做功，W>0.（3）氣體吸、放熱Q一般由公式Q＝ΔU－W分析氣體的吸、放熱情況，Q>0，吸熱；Q<0，放熱．2．理想氣體相關(guān)三量ΔU、W、Q的分析思路（1）內(nèi)能變化量ΔU①由氣體溫度變化分析ΔU.溫度升高，內(nèi)能增加，ΔU>0；溫度降低，內(nèi)能減少，ΔU<0.②由公式ΔU＝W＋Q分析內(nèi)能變化.（2）做功情況W由體積變化分析氣體做功情況.體積膨脹，氣體對外界做功，W<0；體積被壓縮，外界對氣體做功，W>0.（3）氣體吸、放熱Q一般由公式Q＝ΔU－W分析氣體的吸、放熱情況，吸熱，Q>0；放熱，Q<0.3．對熱力學第二定律的理解：熱量可以由低溫物體傳遞到高溫物體，也可以從單一熱源吸收熱量全部轉(zhuǎn)化為功，但會產(chǎn)生其他影響．【經(jīng)典例題】【例題1】下列說法正確的是（）A．對一定質(zhì)量的理想氣體加熱，其內(nèi)能不一定增大B．理想氣體放出熱量，其分子的平均動能一定減小C．可以從單一熱源吸收熱量，使之完全轉(zhuǎn)變?yōu)楣．隨著科技的不斷進步，熱機的效率可以達到100%E．對一定質(zhì)量的理想氣體，當它的壓強、體積都增大時，其內(nèi)能一定增大【答案】ACE【解析】A．對一定質(zhì)量的理想氣體加熱，其內(nèi)能不一定增大，根據(jù)熱力第一定律可知，吸熱時又對外做功，并且對外做的功又大，則內(nèi)能不一定增大，所以A正確；B．理想氣體放出熱量，放熱時又有外界對氣體做功，并且做的功又大，則內(nèi)能增大，其分子的平均動能增大，所以B錯誤；C．可以從單一熱源吸收熱量，使之完全轉(zhuǎn)變?yōu)楣Γ訡正確；D．隨著科技的不斷進步，熱機的效率不可以達到100%，所以D錯誤；E．對一定質(zhì)量的理想氣體，根據(jù)當它的壓強、體積都增大時，溫度也增大，其內(nèi)能一定增大，所以E正確；故選ACE。【例題2】如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)A→B、B→C、C→A三個熱力學過程后又回到態(tài)A。則下列說法正確的是（）A．在A→B的過程中，氣體始終吸熱B．在B→C的過程中，氣體體積逐漸減小C．在B→C的過程中，氣體始終吸熱D．在C→A的過程中，氣體始終放熱E．在C→A的過程中，氣體對外界做功【答案】ACD【解析】A．在A→B的過程中，氣體溫度升高，內(nèi)能增加?U>0，體積不變，則W=0，則Q>0，即氣體始終吸熱，選項A正確；B．在B→C的過程中，溫度不變，壓強減小，則氣體體積逐漸變大，選項B錯誤；C．在B→C的過程中，溫度不變，內(nèi)能不變，體積變大，對外做功，則氣體始終吸熱，選項C正確；DE．在C→A的過程中，氣體壓強不變，溫度降低，則體積減小，內(nèi)能減小，外界對氣體做功，則氣體始終放熱，選項D正確，E錯誤；故選ACD?！纠}3】工業(yè)測量中，常用充氣的方法較精確地測量特殊容器的容積和檢測密封性能．為測量某空香水瓶的容積，將該瓶與一帶活塞的氣缸相連，氣缸和香水瓶內(nèi)氣體壓強均為，氣缸內(nèi)封閉氣體體積為，推動活塞將氣缸內(nèi)所有氣體緩慢推入瓶中，測得此時瓶中氣體壓強為P，香水瓶導熱性良好，環(huán)境溫度保持不變．（1）求香水瓶容積V；（2）若密封程度合格標準為：在測定時間內(nèi)，漏氣質(zhì)量小于原密封質(zhì)量的視為合格．將該空香水瓶封裝并靜置較長一段時間，現(xiàn)使瓶內(nèi)氣體溫度從升高到，測得其壓強由P變?yōu)?，試判斷該瓶密封性能是否合格?！敬鸢浮浚?）；（2）該香水瓶瓶蓋密封性不合格【解析】（1）緩慢變化過程中，由玻意耳定律可得解得（2）設(shè)溫度由變化為后，壓強由p變?yōu)?，體積變?yōu)?，根?jù)氣體狀態(tài)方程有解得故漏氣量占比為，故該香水瓶瓶蓋密封性不合格【例題4】一氧氣瓶的容積為，開始時瓶中氧氣的壓強為20個大氣壓。某實驗室每天消耗1個大氣壓的氧氣。當氧氣瓶中的壓強降低到2個大氣壓時，需重新充氣。若氧氣的溫度保持不變，求這瓶氧氣重新充氣前可供該實驗室使用多少天?！敬鸢浮?2天【解析】設(shè)氧氣開始時的壓強為（20個大氣壓）時體積為，壓強為（兩個大氣壓）時體積為。根據(jù)玻意耳定律得重新充氣前，用去的氧氣在壓強下的體積為設(shè)用去的氧氣在（1個大氣壓）壓強下的體積為，則有設(shè)實驗室每天用去的氧氣在狀態(tài)下的體積為，則氧氣可用的天數(shù)為聯(lián)立可得（天）【精選習題】一、多選題1．下列說法正確的是（）A．固體可分為晶體和非晶體兩類，有些晶體在不同方向上有不同的光學性質(zhì)B．在完全失重的狀態(tài)下，一定質(zhì)量的理想氣體對容器器壁壓強為零C．一定質(zhì)量的理想氣體在升溫的過程中，分子平均動能增加D．兩個分子間的距離變大的過程中，分子間的引力比斥力減小得快E．已知阿伏加德羅常數(shù)，氣體的摩爾質(zhì)量和密度，能估算出氣體分子的間距【答案】ACE【解析】A．固體可以分為晶體和非晶體兩類，有些晶體在不同方向上各向異性，具有不同的光學性質(zhì)，A正確；B．氣體壓強是分子對容器的碰撞引起的，與運動狀態(tài)無關(guān)，B錯誤；C．一定質(zhì)量的理想氣體，溫度升高，故氣體分子的平均動能增大，C正確；D．當分子間距增大時，分子間的引力減小，分子間的斥力也減小，分子間的引力比斥力減小得慢，D錯誤；E．已知阿伏加德羅常數(shù)、某種氣體的摩爾質(zhì)量和密度，可以估算該氣體分子所占空間的大小或分子之間的距離，E正確。故選ACE。2．下列說法正確的是（）A．對能源的過度消耗使自然界的能量品質(zhì)不斷降低，形成“能源危機”B．像做功一樣，熱量的概念只能在涉及能量的轉(zhuǎn)移時才有意義，不能說物體具有多少熱量，只能說某一過程物體吸收或者放出了多少熱量C．粘在一起的糖塊是多晶體，單個的蔗糖晶體顆粒是單晶體D．當一個物體被舉高時，組成物體的每個分子的重力都做負功，因此分子勢能增大，導致物體的內(nèi)能增大E．向一鍋熱水中撒一點胡椒粉，加熱時發(fā)現(xiàn)水中的胡椒粉在翻滾，說明溫度越高布朗運動越劇烈【答案】ABC【解析】A．根據(jù)能量守恒定律，對能源的過度消耗，能量總量不變，但能量品質(zhì)會不斷降低，形成“能源危機”，故A正確；B．像做功一樣，熱量的概念只能在涉及能量的轉(zhuǎn)移時才有意義，不能說物體具有多少熱量，只能說某一過程物體吸收或者放出了多少熱量，故B正確；C．粘在一起的糖塊沒有確定的幾何形狀是多晶體，單個的蔗糖晶體顆粒有確定的幾何形狀是單晶體，故C正確；D．當一個物體被舉高時，組成物體的每個分子的重力都做負功，重力勢能增大，分子勢能是由分子間距離決定，當物體被舉高時，分子勢能不一定增大，物體內(nèi)能也不一定增大，故D錯誤；E．向一鍋熱水中撒一點胡椒粉，加熱時發(fā)現(xiàn)水中的胡椒粉在翻滾是水的對流引起的，不是布朗運動，故E錯誤。故選ABC。3．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．布朗運動是指懸浮在液體中固體顆粒的運動C．隨著科技的發(fā)展，內(nèi)燃機的效率可能達到100%D．晶體有固定的熔點，非晶體沒有固定的熔點E．脫脂棉脫脂的目的在于使它從不被水浸潤變?yōu)榭梢员凰?，以便吸取藥液【答案】BDE【解析】A．氣體的內(nèi)能包括氣體分子的平均動能和分子間相互作用的勢能，不包括氣體分子的重力勢能，故A錯誤；B．布朗運動是指懸浮在液體中的固體顆粒的運動，符合定義，故B正確；C．根據(jù)熱力學第二定律，熱機的效率不可能達到100%，故C錯誤；D．晶體有固定的熔點，非晶體沒有固定的熔點，符合事實，故D正確；E．脫脂棉脫脂的目的在于使它從不被水浸潤變?yōu)榭梢员凰?，符合實際，故E正確。故選BDE。4．下列說法正確的是（

）A．懸浮在液體中的固體微粒越大，在某一瞬間撞擊它的液體分子數(shù)越多，布朗運動越明顯B．能量耗散說明能量在不斷減少C．彩色液晶顯示器利用了液晶的光學性質(zhì)具有各向異性的特點D．一定質(zhì)量的氣體，在壓強不變時，單位時間內(nèi)分子與容器內(nèi)壁的碰撞次數(shù)隨溫度降低而增多E．相互接觸的兩個物體發(fā)生熱傳遞，達到熱平衡時物體的溫度一定相同，內(nèi)能不一定相同【答案】CDE【解析】A．懸浮在液體中的微粒越大，在某一瞬間跟它相撞的液體分子數(shù)越多，撞擊作用的不平衡性就越不明顯，布朗運動越不明顯。故A錯誤；B．能量耗散會導致能量品質(zhì)降低，不會使能量減少，故B錯誤；C．液晶像液體一樣具有流動性，而其光學性質(zhì)與某些晶體相似具有各向異性，彩色液晶顯示器利用了液晶的光學性質(zhì)具有各向異性的特點，故C正確；D．由壓強的微觀解釋，溫度降低，分子平均動能減小，單個分子撞擊容器壁產(chǎn)生的撞擊力減小，要保證壓強不變，分子單位時間對器壁單位面積平均碰撞次數(shù)必增加。故D正確；E．物體的內(nèi)能與物質(zhì)的量、溫度、體積、物態(tài)等有關(guān)，所以相互接觸的兩個物體發(fā)生熱傳遞，達到熱平衡時溫度一定相同，而內(nèi)能可能不同。故E正確。故選CDE。5．下列說法正確的是（

）A．布朗運動是指懸浮在液體中固體小顆粒的運動B．單晶體和多晶體均有固定的熔點C．相同質(zhì)量的0°C的水和冰的內(nèi)能相同D．熱量可以由低溫物體傳遞給高溫物體E．空調(diào)既能制冷又能制熱，說明熱傳遞不存在方向性【答案】ABD【解析】A．布朗運動是指懸浮在液體或氣體中固體小顆粒的運動，故A正確；B．單晶體和多晶體都屬于晶體，均有固定的熔點，故B正確；C．相同質(zhì)量的0°C的水和冰比較，0°C的冰變成0°C的水需要吸收熱量，故0°C的冰內(nèi)能小，故C錯誤；D．在外界影響下，熱量可以由低溫物體傳遞給高溫物體，故D正確；E．熱傳遞具有方向性，能自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體，故E錯誤。故選ABD。6．下列說法正確的是（

）A．船能浮在水面上，是由于水的表面存在張力B．即使水凝結(jié)成冰后，水分子的熱運動也不會停止C．當水面上方的水蒸氣達到飽和狀態(tài)時，水中還會有水分子飛出水面D．一定質(zhì)量的理想氣體放熱的同時對外做功，其內(nèi)能一定減小E．由于第二類永動機違反能量守恒定律，所以是制造不出來的【答案】BCD【解析】A．船能浮在水面上，不是因為水的表面張力而是由于水的浮力作用，故A錯誤；B．溫度高于絕對零度時，水分子就一直熱運動，即分子永不停息的做無規(guī)則運動，故B正確；C．根據(jù)定義可知，當水面上方的水蒸氣達到飽和狀態(tài)時，單位時間內(nèi)從水中出來的水分子和從空氣進入水中的水分子個數(shù)相等，故C正確；D．一定質(zhì)量的理想氣體放熱的同時對外做功時，由熱力學第一定律得且時，，即其內(nèi)能一定減小，故D正確；E．由于第二類永動機不違反能量守恒定律但違反熱力學第二定律，所以是制造不出來的，故E錯誤。故選BCD。二、解答題9．如圖所示，將一氣缸豎直放置在水平面上，大氣壓強為P0=1×105Pa，氣缸壁是導熱的，兩個導熱活塞A和B將氣缸分隔為1、2兩氣室，達到平衡時1、2兩氣室高度分別為10cm，5cm，活塞A質(zhì)量為2kg，活塞B質(zhì)量為3kg，活塞A、B的橫截面積皆為S=1×10-3m2.活塞的厚度均不計，不計一切摩擦，取g=10m/s2。（?。┣髿怏w1、氣體2的壓強；（ⅱ）在室溫不變的條件下，將氣缸順時針旋轉(zhuǎn)180°，將氣缸倒立在水平面上，求平衡后活塞A移動的距離。不計活塞與氣缸壁之間的摩擦，A、B活塞一直在氣缸內(nèi)不脫出?！敬鸢浮浚╥）；；（ii）15cm【解析】（1）由題知，氣缸壁是導熱的，活塞A質(zhì)量為2kg，活塞B質(zhì)量為3kg，面積均為達到平衡時，對氣缸1有解得同理對氣缸2有解得（2）在室溫不變的條件下，將氣缸順時針旋轉(zhuǎn)180°，氣缸平衡時，對氣缸1分析，此時大氣壓P0對活塞的作用力和氣缸1中的壓強力和活塞A的重力平衡，即解得同理對氣缸2受力分析有解得由玻意耳定律，對氣缸1有對氣缸2有解得則活塞A移動的距離為10．如圖所示，粗細均勻、兩端封閉的玻璃管內(nèi)，長為h的水銀柱將內(nèi)部的理想氣體分隔成兩段，當玻璃管豎直靜止時，的長度分別為，且A的壓強等于（為水銀的密度、g為重力加速度）。當玻璃管保持如圖的豎直狀態(tài)以某一加速度a做豎直向上的勻加速運動，穩(wěn)定后，的長度相等，求這個加速度a的大小。已知運動前后管內(nèi)各處溫度相等且不變。【答案】【解析】設(shè)玻璃管橫截面積S，已知運動前后管內(nèi)各處溫度相等且不變，A、B段氣體均做等溫變化，對A氣體：初狀態(tài)，末狀態(tài)由玻意耳定律得解得對B氣體：初狀態(tài)末狀態(tài)由玻意耳定律得對水銀柱，由牛頓第二定律得解得11．如圖所示，左端封閉、粗細均勻的U形玻璃管豎直放置，左管中封閉有長為L=35cm的空氣柱，兩管水銀面相平，豎直管內(nèi)水銀柱足夠長，已知大氣壓強為p=75cmHg。（設(shè)環(huán)境溫度不變）（1）若將圖甲中的閥門S打開，緩慢流出部分水銀，然后關(guān)閉閥門S，左管中水銀面下了H=15cm，求右管水銀面下降的高度；（2）若將裝置沿順時針緩慢翻轉(zhuǎn)180°，使U形管倒置（水銀未溢出）如圖乙所示，當管中水銀靜止時，求管中封閉空氣柱的長度?！敬鸢浮浚?）；（2）【解析】（1）設(shè)右管水銀面下降，則由玻意爾定律可得解得右管水銀面下降的高度為h=37.5cm（2）設(shè)空氣柱長度為，則由玻意爾定律可得則管中封閉空氣柱的長度為37.5cm。13．如圖所示，一導熱性能良好的圓柱形容器豎直放置于地面上，容器的橫截面積為S。內(nèi)部用質(zhì)量為m的活塞密封一定質(zhì)量的理想氣體，活塞可無摩擦地滑動，整個裝置放在大氣壓強為、溫度為的室內(nèi)，開始時活塞到容器底的距離為h。由于溫度變化，活塞緩慢下降了d，這一過程中，封閉氣體內(nèi)能變化量大小為，已知重力加速度為g。求：（1）此時的室內(nèi)溫度T；（2）此過程吸收或者放出的熱量是多少?！敬鸢浮浚?）（2）【解析】（1）取密閉氣體為研究對象，活塞下降過程為等壓變化，由蓋·呂薩克定律有其中，解得外界溫度為（2）活塞下降的過程，大氣壓力和活塞重力對氣體做功，所以外界對系統(tǒng)做的功根據(jù)熱力學第一定律，得封閉氣體增加的內(nèi)能溫度降低，內(nèi)能減小，放熱過程。題目中的只表示內(nèi)能的變化量，實際上內(nèi)能是減小的，為負值，故14．理想氣體狀態(tài)方程可用pV=nRT表示，式中p為