十五、热学-【步步高·考前三个月】2025年高考物理复习讲义课件（课件PPT+word教案）

十五、热学 1.(2021·重庆卷·15(1))图中曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别描述了某物理量随分子之间的距离变化的规律，r0为平衡位置。现有如下物理量：①分子势能，②分子间引力，③分子间斥力，④分子间引力和斥力的合力，则曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的物理量分别是(　　) A.①③② B.②④③ C.④①③ D.①④③ 答案　D 解析　根据分子处于平衡位置(即分子之间距离为r0)时分子势能最小可知，曲线Ⅰ为分子势能随分子之间距离r变化的图像；根据分子处于平衡位置(即分子之间距离为r0)时分子力为零，可知曲线Ⅱ为分子间引力和斥力的合力即分子力随分子之间距离r变化的图像；根据r<r0时分子力表现为斥力，结合图像可知曲线Ⅲ为分子斥力随分子之间距离r变化的图像。故选D。 2.(2022·江苏卷·6)自主学习活动中，同学们对密闭容器中的氢气性质进行讨论，下列说法中正确的是(　　) A.体积增大时，氢气分子的密集程度保持不变 B.压强增大是因为氢气分子之间斥力增大 C.因为氢气分子很小，所以氢气在任何情况下均可看成理想气体 D.温度变化时，氢气分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化 答案　D 解析　密闭容器中的氢气质量不变，分子个数不变，根据n=，可知当体积增大时，单位体积的分子个数变少，氢气分子的密集程度变小，故A错误；气体压强产生的原因是大量气体分子对容器壁进行持续的、无规则的撞击，压强增大并不是因为分子间斥力增大，故B错误；普通气体在温度不太低，压强不太大的情况下才能看作理想气体，故C错误；温度是气体分子平均动能的标志，大量气体分子的速率呈现“中间多、两头少”的规律，温度变化时，大量分子的平均速率会变化，即分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化，故D正确。 3.(2024·北京卷·3)一个气泡从恒温水槽的底部缓慢上浮，将气泡内的气体视为理想气体，且气体分子个数不变，外界大气压不变。在上浮过程中气泡内气体(　　) A.内能变大 B.压强变大 C.体积不变 D.从水中吸热 答案　D 解析　上浮过程气泡内气体的温度不变，内能不变，故A错误；气泡内气体压强p=p0+ρ水gh，故上浮过程气泡内气体的压强减小，故B错误；由玻意耳定律pV=C知，气体的体积变大，故C错误；上浮过程气体体积变大，气体对外做功，理想气体温度不变，则内能不变，由热力学第一定律ΔU=Q+W知，气体从水中吸热，故D正确。 4.(2023·重庆卷·4)密封于汽缸中的理想气体，从状态a依次经过ab、bc和cd三个热力学过程达到状态d。若该气体的体积V随热力学温度T变化的V-T图像如图所示，则对应的气体压强p随T变化的p-T图像正确的是(　　) 答案　C 解析　由V-T图像可知，理想气体在ab过程做等压变化，bc过程做等温变化，cd过程做等容变化。根据理想气体状态方程，有=C，可知bc过程理想气体的体积增大，则压强减小，故选C。 5.(多选)(2023·山东卷·9)一定质量的理想气体，初始温度为300 K，压强为1×105 Pa。经等容过程，该气体吸收400 J的热量后温度上升100 K；若经等压过程，需要吸收600 J的热量才能使气体温度上升100 K。下列说法正确的是(　　) A.初始状态下，气体的体积为6 L B.等压过程中，气体对外做功400 J C.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400 J 答案　AD 解析　设理想气体初始状态的压强、体积和温度分别为p1=p0，V1=V0，T1=300 K，等容过程为状态二p2=？，V2=V1=V0，T2=400 K，等压过程为状态三p3=p0，V3=？，T3=400 K，由理想气体状态方程可得==，解得p2=p0，V3=V0，等压过程中，气体体积增加了原体积的，C错误；等容过程中气体做功为零，由热力学第一定律ΔU=W+Q=400 J，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400 J，D正确；等压过程内能增加了400 J，吸收热量为600 J，由热力学第一定律可知气体对外做功为200 J，即做功的大小为W=p0(V0-V0)=200 J，解得V0=6 L，A正确，B错误。 6.(6分)(2023·福建卷·11)一定质量的理想气体经历了A→B→C→D→A的循环过程后回到状态A，其p-V图如图所示。完成一次循环，气体内能　　　　(填“增加”“减少”或“不变”)，气体对外界　　　　(填“做正功”“做负功”或“不做功”)，气体　　　(填“吸热”“放热”或“不吸热也不放热”)。  答案　不变　做正功　吸热 解析　完成一次循环，回到初始状态，理想气体温度不变，而一定质量的理想气体的内能仅由温度决定，所以完成一次循环，气体的内能不变；对p-V图像来说，图像与V轴所围图形的面积表示气体做功情况，其中从A→B→C的过程气体的体积减小，是外界对气体做功的过程，从C→D→A的过程气体的体积增大，是气体对外做功的过程，且从C→D→A的过程图像与V轴所围的面积大于从A→B→C的过程图像与V轴所围的面积，即气体对外做的功大于外界对气体做的功，则整个过程中表现为气体对外界做正功；根据热力学第一定律ΔU=W+Q，因为ΔU=0，且W<0，则Q>0，所以气体从外界吸收热量。 7.(9分)(2023·浙江1月选考·17)某探究小组设计了一个报警装置，其原理如图所示。在竖直放置的圆柱形容器内用面积S=100 cm2、质量m=1 kg的活塞密封一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。开始时气体处于温度TA=300 K、活塞与容器底的距离h0=30 cm的状态A。环境温度升高时容器内气体被加热，活塞缓慢上升d=3 cm恰好到达容器内的卡口处，此时气体达到状态B。活塞保持不动，气体被继续加热至温度TC=363 K的状态C时触动报警器。从状态A到状态C的过程中气体内能增加了ΔU=158 J。取大气压p0=0.99×105 Pa，g=10 m/s2，求气体 (1)(3分)在状态B的温度； (2)(3分)在状态C的压强； (3)(3分)由状态A到状态C过程中从外界吸收热量Q。 答案　(1)330 K　(2)1.1×105 Pa　(3)188 J 解析　(1)根据题意可知，气体由状态A变化到状态B的过程中，封闭气体的压强不变，则有= 又VA=h0S，VB=(h0+d)S 联立解得TB=330 K (2)根据题意可知，气体由状态B变化到状态C的过程中，气体的体积不变，则有= 又pB=p0+=1.0×105 Pa 解得pC=pB=1.1pB=1.1×105 Pa (3)根据题意可知，从状态A到状态C的过程中气体对外做功，则W0=-pBΔV=-30 J 由热力学第一定律有ΔU=W0+Q 解得Q=ΔU-W0=188 J。 8.(9分)(2022·全国甲卷·33(2))如图，容积均为V0、缸壁可导热的A、B两汽缸放置在压强为p0、温度为T0的环境中；两汽缸的底部通过细管连通，A汽缸的顶部通过开口C与外界相通；汽缸内的两活塞将缸内气体分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四部分，其中第Ⅱ、Ⅲ部分的体积分别为V0和V0。环境压强保持不变，不计活塞的质量和体积，忽略摩擦。 (1)(3分)将环境温度缓慢升高，求B汽缸中的活塞刚到达汽缸底部时的温度； (2)(6分)将环境温度缓慢改变至2T0，然后用气泵从开口C向汽缸内缓慢注入气体，求A汽缸中的活塞到达汽缸底部后，B汽缸内第Ⅳ部分气体的压强。 答案　(1)T0　(2)p0 解析　(1)因两活塞的质量不计，则当环境温度升高时，Ⅳ内的气体压强总等于大气压强，则该气体进行等压变化，则当B中的活塞刚到达汽缸底部时，对Ⅳ中气体由盖—吕萨克定律可得=，解得T=T0 (2)设当A中的活塞到达汽缸底部时Ⅲ中气体的压强为p，则此时Ⅳ内的气体压强也等于p，设此时Ⅳ内的气体的体积为V，则Ⅱ、Ⅲ两部分气体的体积为(V0-V)，则对Ⅳ中气体有= 对Ⅱ、Ⅲ两部分气体有= 联立解得p=p0。 9.(9分)(2020·山东卷·15)中医拔罐的物理原理是利用玻璃罐内外的气压差使罐吸附在人体穴位上，进而治疗某些疾病。常见拔罐有两种，如图所示，左侧为火罐，下端开口；右侧为抽气拔罐，下端开口，上端留有抽气阀门。使用火罐时，先加热罐中气体，然后迅速按到皮肤上，自然降温后火罐内部气压低于外部大气压，使火罐紧紧吸附在皮肤上。抽气拔罐是先把罐体按在皮肤上，再通过抽气降低罐内气体压强。某次使用火罐时，罐内气体初始压强与外部大气压相同，温度为450 K，最终降到300 K，因皮肤凸起，内部气体体积变为罐容积的。若换用抽气拔罐，抽气后罐内剩余气体体积变为抽气拔罐容积的，罐内气压与火罐降温后的内部气压相同。罐内气体均可视为理想气体，忽略抽气过程中气体温度的变化。求应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值。 答案　 解析　设火罐内气体初始状态参量分别为p1、T1、V1，温度降低后状态参量分别为p2、T2、V2，罐的容积为V0，由题意知 p1=p0、T1=450 K、V1=V0、T2=300 K、V2= ① 由理想气体状态方程得= 则有= ② 代入数据得p2=0.7p0 ③ 对于抽气拔罐，设初态气体状态参量分别为p3、V3，末态气体状态参量分别为p4、V4，罐的容积为V0'， 由题意知p3=p0、V3=V0'、p4=p2 ④ 由玻意耳定律得p3V3=p4V4 则有p0V0'=p2V4 ⑤ 联立③⑤式，代入数据得 V4=V0' ⑥ 设抽出的气体的体积为ΔV，由题意知 ΔV=V4-V0' ⑦ 故应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值为 = ⑧ 联立⑥⑦⑧式，代入数据得 =。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 经典重现　考题再现 十五、热学 1.(2021·重庆卷·15(1))图中曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别描述了某物理量随分子之间的距离变化的规律，r0为平衡位置。现有如下物理量：①分子势能，②分子间引力，③分子间斥力，④分子间引力和斥力的合力，则曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的物理量分别是 A.①③② B.②④③ C.④①③ D.①④③ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 √ 1 2 3 4 5 6 根据分子处于平衡位置(即分子之间距离为r0)时分子势能最小可知，曲线Ⅰ为分子势能随分子之间距离r变化的图像；根据分子处于平衡位置(即分子之间距离为r0)时分子力为零，可知曲线Ⅱ为分子间引力和斥力的合力即分子力随分子之间距离r变化的图像；根据r<r0时分子力表现为斥力，结合图像可知曲线Ⅲ为分子斥力随分子之间距离r变化的图像。故选D。 7 8 9 2.(2022·江苏卷·6)自主学习活动中，同学们对密闭容器中的氢气性质进行讨论，下列说法中正确的是 A.体积增大时，氢气分子的密集程度保持不变 B.压强增大是因为氢气分子之间斥力增大 C.因为氢气分子很小，所以氢气在任何情况下均可看成理想气体 D.温度变化时，氢气分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百 分比会变化 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 密闭容器中的氢气质量不变，分子个数不变，根据n=，可知当体积增大时，单位体积的分子个数变少，氢气分子的密集程度变小，故A错误； 气体压强产生的原因是大量气体分子对容器壁进行持续的、无规则的撞击，压强增大并不是因为分子间斥力增大，故B错误； 普通气体在温度不太低，压强不太大的情况下才能看作理想气体，故C错误； 温度是气体分子平均动能的标志，大量气体分子的速率呈现“中间多、两头少”的规律，温度变化时，大量分子的平均速率会变化，即分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化，故D正确。 3.(2024·北京卷·3)一个气泡从恒温水槽的底部缓慢上浮，将气泡内的气体视为理想气体，且气体分子个数不变，外界大气压不变。在上浮过程中气泡内气体 A.内能变大 B.压强变大 C.体积不变 D.从水中吸热 1 2 3 4 5 6 √ 7 8 9 1 2 3 4 5 6 上浮过程气泡内气体的温度不变，内能不变，故A错误； 气泡内气体压强p=p0+ρ水gh，故上浮过程气泡内气体的压强减小，故B错误； 由玻意耳定律pV=C知，气体的体积变大，故C错误； 上浮过程气体体积变大，气体对外做功，理想气体温度不变，则内能不变，由热力学第一定律ΔU=Q+W知，气体从水中吸热，故D正确。 7 8 9 1 2 3 4 5 6 4.(2023·重庆卷·4)密封于汽缸中的理想气体，从状态a依次经过ab、bc和cd三个热力学过程达到状态d。若该气体的体积V随热力学温度T变化的V-T图像如图所示，则对应的气体压强p随T变化的p-T图像正确的是 7 8 9 √ 由V-T图像可知，理想气体在ab过程做等压变化，bc过程做等温变化，cd过程做等容变化。根据理想气体状态方程，有=C，可知bc过程理想气体的体积增大，则压强减小，故选C。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 5.(多选)(2023·山东卷·9)一定质量的理想气体，初始温度为300 K，压强为1×105 Pa。经等容过程，该气体吸收400 J的热量后温度上升100 K；若经等压过程，需要吸收600 J的热量才能使气体温度上升100 K。下列说法正确的是 A.初始状态下，气体的体积为6 L B.等压过程中，气体对外做功400 J C.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400 J 1 2 3 4 5 6 7 8 9 √ √ 1 2 3 4 5 6 设理想气体初始状态的压强、体积和温度分别为p1=p0，V1=V0，T1= 300 K，等容过程为状态二p2=？，V2=V1=V0，T2=400 K，等压过程为状态三p3=p0，V3=？，T3=400 K，由理想气体状态方程可得= =，解得p2=p0，V3=V0，等压过程中，气体体积增加了原体积的，C错误； 等容过程中气体做功为零，由热力学第一定律ΔU=W+Q=400 J，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400 J，D正确； 7 8 9 1 2 3 4 5 6 等压过程内能增加了400 J，吸收热量为600 J，由热力学第一定律可知气体对外做功为200 J，即做功的大小为W=p0(V0-V0)=200 J，解得V0=6 L，A正确，B错误。 7 8 9 6 1 2 3 4 5 6.(2023·福建卷·11)一定质量的理想气体经历了A→B→C→D→A的循环过程后回到状态A，其p-V图如图所示。完成一次循环，气体内能______(填“增加”“减少”或“不变”)，气体对外界　　　 (填“做正功” “做负功”或“不做功”)，气体　　　(填“吸热”“放热”或“不吸热也不放热”)。  7 8 9 不变 做正功 吸热 6 1 2 3 4 5 完成一次循环，回到初始状态，理想气体温度不变，而一定质量的理想气体的内能仅由温度决定，所以完成一次循环，气体的内能不变；对p-V图像来说，图像与V轴所围图形的面积表示气体做功情况，其中从A→B→C的过程气体的体积减小，是外界对气体做功的过程，从C→D→A的过程气体的体积增大，是气体对外做功的过程，且从C→D→A的过程图像与V轴所围的面积大于从A→B→C的过程图像与V轴所围的面积， 即气体对外做的功大于外界对气体做的功，则整个过程中表现为气体对外界做正功；根据热力学第一定律ΔU=W+Q，因为ΔU=0，且W<0，则Q>0，所以气体从外界吸收热量。 7 8 9 6 1 2 3 4 5 7 8 9 7.(2023·浙江1月选考·17)某探究小组设计了一个报警装置，其原理如图所示。在竖直放置的圆柱形容器内用面积S=100 cm2、质量m=1 kg的活塞密封一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。开始时气体处于温度TA=300 K、活塞与容器底的距离h0=30 cm的状态A。环境温度升高时容器内气体被加热，活塞缓慢上升d=3 cm恰好到达容器内的卡口处，此时气体达到状态B。活塞保持不动，气体被继续加热至温度 TC=363 K的状态C时触动报警器。从状态A到状态C的过程中气体内能增加了ΔU=158 J。取大气压p0=0.99× 105 Pa，g=10 m/s2，求气体 6 1 2 3 4 5 7 8 9 (1)在状态B的温度； 答案　330 K　 根据题意可知，气体由状态A变化到状态B的过程中，封闭气体的压强不变，则有= 又VA=h0S，VB=(h0+d)S 联立解得TB=330 K 6 1 2 3 4 5 7 8 9 (2)在状态C的压强； 答案　1.1×105 Pa　 根据题意可知，气体由状态B变化到状态C的过程中，气体的体积不变，则有= 又pB=p0+=1.0×105 Pa 解得pC=pB=1.1pB=1.1×105 Pa 6 1 2 3 4 5 7 8 9 (3)由状态A到状态C过程中从外界吸收热量Q。 答案　188 J 根据题意可知，从状态A到状态C的过程中气体对外做功，则W0=-pBΔV=-30 J 由热力学第一定律有ΔU=W0+Q 解得Q=ΔU-W0=188 J。 6 1 2 3 4 5 8.(2022·全国甲卷·33(2))如图，容积均为V0、缸壁可导热的A、B两汽缸放置在压强为p0、温度为T0的环境中；两汽缸的底部通过细管连通，A汽缸的顶部通过开口C与外界相通；汽缸内的两活塞将缸内气体分成Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ、 7 8 9 Ⅳ四部分，其中第Ⅱ、Ⅲ部分的体积分别为V0和V0。环境压强保持不变，不计活塞的质量和体积，忽略摩擦。 (1)将环境温度缓慢升高，求B汽缸中的活塞刚到达汽缸底部时的温度； 答案　T0　 6 1 2 3 4 5 因两活塞的质量不计，则当环境温度升高时，Ⅳ内的气体压强总等于大气压强，则该气体进行等压变化，则当B中的活塞刚到达汽缸底部时，对Ⅳ中气体 由盖—吕萨克定律可得=，解得T=T0 7 8 9 6 1 2 3 4 5 (2)将环境温度缓慢改变至2T0，然后用气泵从开口C向汽缸内缓慢注入气体，求A汽缸中的活塞到达汽缸底部后，B汽缸内第Ⅳ部分气体的压强。 7 8 9 答案　p0 6 1 2 3 4 5 设当A中的活塞到达汽缸底部时Ⅲ中气体的压强为p，则此时Ⅳ内的气体压强也等于p，设此时Ⅳ内的气体的体积为V，则Ⅱ、Ⅲ两部分 气体的体积为(V0-V)，则对Ⅳ中气体有= 对Ⅱ、Ⅲ两部分气体有= 联立解得p=p0。 7 8 9 9.(2020·山东卷·15)中医拔罐的物理原理是利用玻璃罐内外的气压差使罐吸附在人体穴位上，进而治疗某些疾病。常见拔罐有两种，如图所示，左侧为火罐，下端开口；右侧为抽气拔罐，下端开口，上端留有抽气阀门。使用火罐时，先加热罐中气体，然后迅速按到皮肤上，自然降温后火罐内部气压低于外部大气压，使火罐紧紧吸附在皮肤上。抽气拔罐是先把罐体按在皮肤上，再通过抽气降低罐内气体压强。某次使用火罐时，罐内气体初始压强与外部大气压相同，温度为450 K，最终降到300 K， 因皮肤凸起，内部气体体积变为罐容积的。若换用抽气拔罐，抽气后罐内剩余气体体积变为抽气拔罐容积的，罐内气压与火罐降温后的内部气压相同。罐内气体 均可视为理想气体，忽略抽气过程中气体温度的变化。 求应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值。 答案　 6 1 2 3 4 5 7 8 9 6 1 2 3 4 5 设火罐内气体初始状态参量分别为p1、T1、V1，温度降低后状态参量分别为p2、T2、V2，罐的容积为V0，由题意知 p1=p0、T1=450 K、V1=V0、T2=300 K、V2= ① 由理想气体状态方程得= 则有= ② 代入数据得p2=0.7p0 ③ 7 8 9 6 1 2 3 4 5 对于抽气拔罐，设初态气体状态参量分别为p3、V3， 末态气体状态参量分别为p4、V4，罐的容积为V0'， 由题意知p3=p0、V3=V0'、p4=p2 ④ 由玻意耳定律得p3V3=p4V4 则有p0V0'=p2V4 ⑤ 联立③⑤式，代入数据得 V4=V0' ⑥ 7 8 9 6 1 2 3 4 5 设抽出的气体的体积为ΔV，由题意知 ΔV=V4-V0' ⑦ 故应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值为 = ⑧ 联立⑥⑦⑧式，代入数据得 =。 7 8 9 $$