3模块6 专题16 热学-【备考最优解】2025年高考物理二轮专题复习教用word

专题十六　热　学 命题点1　热学基本概念和规律 近3年5卷6考 考向1　微观量的估算 1．摩尔体积Vmol：分子体积V0＝(适用于固体和液体)； 分子占据体积V占＝(适用于气体)。 2．摩尔质量Mmol：分子质量m0＝。 3．体积V和摩尔体积Vmol：分子数目n＝NA(适用于固体、液体和气体)。 4．质量m和摩尔质量Mmol：分子数目n＝NA。 　用油膜法估测油酸分子直径的实验中，一滴油酸酒精溶液中油酸的体积为V，油膜面积为S，油酸的摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，下列说法正确的是(　　) A．一个油酸分子的质量为 B．一个油酸分子的体积为 C．油酸分子的直径为 D．油酸的密度为 [解析]　一个油酸分子的质量m0＝，故A错误；设油酸的摩尔体积为Vmol，则一个油酸分子的体积V0＝，由题可知Vmol≠V，故B错误；根据单分子层油膜法测油酸分子直径原理，可知油酸分子直径d＝，故C正确；油酸的密度ρ＝，故D错误。 [答案]　C 考向2　分子动理论 1．扩散现象、布朗运动与热运动 现象 扩散现象 布朗运动 热运动 活动主体 分子 固体微小颗粒 分子 共同点 (1)都是无规则运动 (2)都随温度的升高而更加剧烈 区别 是分子的运动，发生在固体、液体、气体任何两种物质之间 是比分子大得多的颗粒的运动，只能在液体、气体中发生 是分子的运动，不能通过光学显微镜直接观察 联系 扩散现象、布朗运动都反映了分子做无规则的热运动 2.分子力和分子势能 分子力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图所示(取无穷远处分子势能Ep＝0)。 (1)当r＞r0时，分子力表现为引力，当r增大时，分子力做负功，分子势能增加。 (2)当r＜r0时，分子力表现为斥力，当r减小时，分子力做负功，分子势能增加。 (3)当r＝r0时，分子势能最小。 3．气体压强的微观解释 　(2024·山东淄博市一模)甲、乙两图是某同学从资料中查到的两张记录水中炭粒运动位置连线的图片，记录炭粒位置的时间间隔均为30 s，两方格纸每格表示的长度相同。比较两张图片可知(　　) A．图中连线是炭粒的运动径迹 B．炭粒的位置变化是分子间斥力作用的结果 C．若水温相同，则甲中炭粒的颗粒较大 D．若炭粒大小相同，则甲中水分子的热运动较剧烈 [解析]　题图中连线不是炭粒的运动径迹，故A错误；炭粒的位置变化是水分子对其撞击的不平衡造成的，故B错误；若水温相同，较大炭粒的布朗运动的剧烈程度较弱，炭粒在30 s内始、末时刻所在位置连线的距离就较短，故题图甲中炭粒的颗粒较大，故C正确；若炭粒大小相同，温度越高分子的热运动越剧烈，做布朗运动的炭粒运动也越剧烈，故题图乙中水分子的热运动较剧烈，故D错误。 [答案]　C 　(2024·辽宁沈阳市质量监测三)设甲分子在坐标原点O处不动，乙分子位于r轴上，甲、乙两分子间作用力与分子间距离关系如图中曲线所示，F＞0表现为斥力，F＜0表现为引力。a、b、c为r轴上三个特定的位置，现把乙分子从a处由静止释放(设无穷远处分子势能为零)，则(　　) A．乙分子从a到c，分子力先减小后增大 B．乙分子运动到c点时，动能最大 C．乙分子从a到c，分子力先做正功后做负功 D．乙分子运动到c点时，分子力和分子势能都是零 [解析]　由题图可知，乙分子从a到c，分子力先增大后减小，故A错误；从a到c，分子间作用力为引力，引力做正功，动能一直增加，当两分子间距离小于c时，表现为斥力，斥力做负功，所以乙分子运动到c点时，动能最大，故B正确，C错误；乙分子运动到c点时，分子力为零，但由于从a到c分子力一直做正功，所以分子势能应小于零，故D错误。 [答案]　B 考向3　固体和液体的性质 1．晶体和非晶体 (1)单晶体具有各向异性，但不是在所有物理性质上都表现出各向异性。 (2)只要具有各向异性的物体必定是晶体，且是单晶体。 (3)只要具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体。 2．液体表面张力 (1)形成原因：表面层中分子间距离比液体内部分子间距离大，分子间作用力表现为引力。 (2)方向：和液面相切，垂直于液面上的各条分界线。 　(2024·辽宁辽阳市一模)春天来了，雨后荷叶上有很多晶莹剔透的水珠，如图所示。下列说法正确的是(　　) A．荷叶上的水珠呈球形是因为水珠受到重力 B．在水珠表面层，水分子间的作用力表现为引力 C．在水珠表面层，水分子间的作用力表现为斥力 D．在水珠表面层，水分子间的作用力为零 [解析]　荷叶上的水珠呈球形是因为液体的表面张力，故A错误；在水珠表面层，水分子相对于水珠内部分布比较稀疏，水分子间的作用力表现为引力，故B正确，C、D错误。 [答案]　B 【变式训练1】 (2024·黑龙江齐齐哈尔市二模)下列关于四幅插图的说法正确的是(　　) A．甲图为方解石的双折射现象，说明方解石是非晶体 B．乙图中制作防水衣时用右管材料防水效果更好 C．丙图为α粒子的散射实验现象，其中J运动轨迹所占的比例是最多的 D．丁图的绝热容器中，抽掉隔板，容器内气体温度降低 解析：选B。方解石的双折射现象是单晶体的光学性质各向异性的表现，说明其内部分子排列是有规则的，A错误；由题图乙中的毛细现象可知，左细管材料与水是浸润的，右细管材料与水是不浸润的，用右细管的材料制作防水衣效果好，B正确；题图丙为α粒子散射实验现象，实验现象中只有少量的α粒子发生较大角度的偏转，所以J运动轨迹所占的比例是最少的，C错误；题图丁的绝热容器中，抽掉隔板，气体向真空自由膨胀并不对外做功，根据热力学第一定律可知，气体的内能不变，所以容器内气体的温度不变，D错误。 命题点2　热力学定律、图像以及气体实验定律的应用 近3年22卷22考 1．热力学第一定律 (1)改变系统内能的两种方式：做功和传热。 (2)热力学第一定律 ①内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。 ②表达式：ΔU＝Q＋W。 ③ΔU＝Q＋W中正、负号法则 物理量 W Q ΔU ＋ 外界对系统做功 系统吸收热量 内能增加 － 系统对外界做功 系统放出热量 内能减少 2.热力学第二定律 (1)两种表述 ①克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 ②开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。 (2)能量耗散：分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也只不过能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能自动聚集起来驱动机器做功了。 考向1　热力学定律和图像的结合 　(2024·山东卷，T6)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 [解析]　a→b过程压强不变，是等压变化且体积增大，气体对外做功，W<0，由盖­吕萨克定律可知Tb>Ta，即内能增大，ΔUab>0，根据ΔU＝Q＋W可知a→b过程，气体从外界吸收的热量一部分用于对外做功，另一部分用于增加内能，A错误。c→a过程为等温过程，所以Tc＝Ta，结合Tb>Ta分析可知Tb>Tc，所以b到c过程气体的内能减少，故B错误。c→a过程为等温过程，ΔUac＝0，根据热力学第一定律可知a→b→c过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功，C正确。a→b→c→a一整个热力学循环过程ΔU＝0，整个过程气体对外做功，因此a→b过程气体从外界吸收的热量不等于c→a过程放出的热量，D错误。 [答案]　C 命题视角：题目以“p－V图像描述气体的状态变化过程”为命题情境，主要考查了热学图像物理意义的理解、气体的实验定律、热力学第一定律的应用等知识。 方法技巧：牢记理想气体做功看体积的变化，内能的变化看温度的变化。 　(2024·辽宁省重点高中协作校二模)一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b、b→c、c→a三个过程后再回到状态a，其p－T图像如图所示，则该气体(　　) A．在状态a的内能小于在状态b的内能 B．分子间平均距离在状态a时小于在状态b时 C．在a→b过程中，外界对气体不做功 D．状态c→a过程中，气体向外界放热 [解析]　状态a、b的温度相同，则该气体在状态a的内能等于在状态b的内能，A错误；状态a、b的温度相同，b状态压强较大，则体积较小，则分子间平均距离在状态a时大于在状态b时，B错误；在a→b过程中，体积减小，则外界对气体做功，C错误；状态c→a过程中，气体体积不变，W＝0，温度降低，内能减小，ΔU<0，根据热力学第一定律可知，Q<0，则气体向外界放热，D正确。 [答案]　D 考向2　热力学定律和气体实验定律的结合 　(2024·湖北卷，T13)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为已知常量，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。 [解析]　(1)气体进行等压变化，则由盖­吕萨克定律得＝，即＝ 解得T1＝T0。 (2)此过程中气体内能增加 ΔU＝CΔT＝CT0 气体对外做功W＝pSΔh＝h(p0S＋mg) 此过程中容器内气体吸收的热量 Q＝ΔU＋W＝h(p0S＋mg)＋CT0。 [答案]　(1)T0　(2)h(p0S＋mg)＋CT0 命题视角：题目以“活塞汽缸模型”为命题情境，主要考查了气体实验定律的应用，气体做功的求解、热力学第一定律等知识。 方法技巧：关键要分析出活塞上升过程气体做等压变化，可以用恒力做功的公式求气体对活塞做的功。 【变式训练2】 (2024·安徽黄山市二模)一定质量的某种理想气体初始温度T0＝400 K，压强p0＝1×105 Pa，体积为V0。经等容变化放出400 J热量，温度降低到T1＝300 K；若经等压变化，则需要放出600 J的热量才能使温度降低到300 K。求： (1)等压过程中外界对气体做的功W； (2)初始状态下气体的体积V0。 解析：(1)等容过程中，气体做功为零，即ΔU＝－Q＝－400 J 等压过程，内能减小400 J，放出600 J热量，则W＝ΔU－Q＝200 J。 (2)根据等压变化可得＝ W＝p0(V0－V1) 联立解得V0＝8 L。 答案：(1)200 J　(2)8 L 命题点3　气体“变质量”问题 近3年6卷6考 1．化变质量为恒质量——等效的方法 在充气、抽气的问题中可以假设把充进或抽出的气体包含在气体变化的始末状态中，即用等效法把变质量问题转化为恒定质量的问题。 2．应用克拉伯龙方程 其方程为pV＝nRT。这个方程有4个变量：p是指理想气体的压强，V为理想气体的体积，n表示气体的物质的量，而T表示理想气体的热力学温度。还有一个常量R为理想气体常数。 3．应用理想气体分态式方程 假设理想气体在状态变化过程中，质量为m的气体分成两个状态不同的部分m1、m2，或假设由若干个不同状态的部分m1、m2的同种气体的混合，那么应用克拉伯龙方程 ＝R可推出 ＋＝。 　(2024·安徽卷，T13)某人驾驶汽车，从北京到哈尔滨，在哈尔滨发现汽车的某个轮胎内气体的压强有所下降(假设轮胎内气体的体积不变，且没有漏气，可视为理想气体)。于是在哈尔滨给该轮胎充入压强与大气压相同的空气，使其内部气体的压强恢复到出发时的压强(假设充气过程中，轮胎内气体的温度与环境相同，且保持不变)。已知该轮胎内气体的体积V0＝30 L，从北京出发时，该轮胎气体的温度t1＝－3 ℃，压强p1＝2.7×105 Pa，哈尔滨的环境温度t2＝－23 ℃，大气压强p0取1.0×105 Pa。求： (1)在哈尔滨时，充气前该轮胎气体压强的大小； (2)充进该轮胎的空气体积。 [解析]　(1)由查理定律可得＝，其中p1＝2.7×105 Pa，T1＝(273－3) K＝270 K T2＝(273－23) K＝250 K 代入数据解得，在哈尔滨时，充气前该轮胎气体压强的大小p2＝2.5×105 Pa。 (2)由玻意耳定律p2V0＋p0V＝p1V0 代入数据解得，充进该轮胎的空气体积V＝6 L。 [答案]　(1)2.5×105 Pa　(2)6 L 命题视角：题目以“汽车轮胎内气体的状态变化”为命题情境，主要考查了气体实验定律的应用、气体在温度不变的情况下的变质量问题的处理方法等知识。 方法技巧：气体变质量问题要取轮胎内原有气体和充入的气体整体为研究对象。 　(2024·山东卷，T16)图甲为战国时期青铜汲酒器，根据其原理制作了由中空圆柱形长柄和储液罐组成的汲液器，如图乙所示。长柄顶部封闭，横截面积S1＝1.0 cm2，长度H＝100.0 cm，侧壁有一小孔A。储液罐的横截面积S2＝90.0 cm2，高度h＝20.0 cm，罐底有一小孔B。汲液时，将汲液器竖直浸入液体，液体从孔B进入，空气由孔A排出；当内外液面相平时，长柄浸入液面部分的长度为x；堵住孔A，缓慢地将汲液器竖直提出液面，储液罐内刚好储满液体。已知液体密度ρ＝1.0×103 kg/m3，重力加速度大小g取10 m/s2，大气压p0＝1.0×105 Pa。整个过程温度保持不变，空气可视为理想气体，忽略器壁厚度。 (1)求x。 (2)松开孔A，从外界进入压强为p0、体积为V的空气，使满储液罐中液体缓缓流出，堵住孔A，稳定后罐中恰好剩余一半的液体，求V。 [解析]　(1)由题意可知缓慢地将汲液器竖直提出液面过程，气体发生等温变化，所以有 p1(H－x)S1＝p2HS1 又因为p1＝p0 p2＋ρgh＝p0 解得x＝2 cm。 (2)当外界气体进入后，以汲液器内部所有气体为研究对象有 p0V＋p2HS1＝p3(HS1＋S2) 又因为p3＋ρg·＝p0 解得V＝8.92×10－4 m3。 [答案]　(1)2 cm　(2)8.92×10－4 m3 命题视角：题目以“战国时期青铜汲酒器的原理”为命题情境，主要考查了气体实验定律的应用、气体变质量问题的处理方法。 方法技巧：建立“玻璃管的液封模型”，注意取汲酒器内原有气体和充入的气体整体为研究对象。 命题点4　气体实验定律的综合应用 近3年11卷11考 1．压强的计算 (1)被活塞或汽缸封闭的气体，通常分析活塞或汽缸的受力，应用平衡条件或牛顿第二定律求解，压强单位为Pa。 (2)水银柱密封的气体，应用p＝p0＋ph或p＝p0－ph计算压强，压强p的单位为cmHg或mmHg。 2．合理选取气体变化所遵循的规律列方程 (1)若气体质量一定，p、V、T中有一个量不发生变化，则选用对应的气体实验定律列方程求解。 (2)若气体质量一定，p、V、T均发生变化，则选用理想气体状态方程列式求解。 3．关联气体问题 解决由活塞、液柱相联系的两部分气体问题时，根据两部分气体压强、体积的关系，列出关联关系式，再结合气体实验定律或理想气体状态方程求解。 　(2024·广东卷，T13)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内气体体积不变。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＝300 K时，A内气体体积 VA1＝4.0×102 m3，B内气体压强pB1等于大气压强p0，已知活塞的横截面积S＝0.10 m2，Δp＝0.11p0，p0＝1.0×105 Pa，重力加速度大小g取10 m/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，差压阀与连接管内的气体体积不计。当环境温度降到T2＝270 K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。 [解析]　(1)(2)假设温度降低到T2时，差压阀没有打开，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T2＝270 K 根据＝，可得pB2＝9×104 Pa A内气体做等压变化，压强保持不变 初态VA1＝4.0×102 m3，T1＝300 K 末态T2＝270 K 根据＝，可得VA2＝3.6×102 m3 由于p0－pB2<Δp，假设成立，即pB2＝9×104 Pa。 (3)恰好稳定时，A内气体压强 pA′＝p0＋ B内气体压强pB′＝p0 此时差压阀恰好关闭，所以有 pA′－pB′＝Δp 解得m＝1.1×102 kg。 [答案]　(1)9×104 Pa　(2)3.6×102 m3　(3)1.1×102 kg 命题视角：题目以“差压阀可控制气体进行单向流动的原理”为命题情境，主要考查了理想气体的等容变化和等压变化等知识，属于两部分气体的关联问题。 方法技巧：对于关联气体问题，要分别取每一部分气体为研究对象，分析状态变化，找到两部分气体的关联量。 【变式训练3】 (2024·广西南宁市质监)如图所示，左侧连有一横截面积为S的大活塞的汽缸A通过细导管(容积可忽略)与汽缸B相连接，导管里面有一绝热活塞(质量可忽略)。大气压强为p0，大活塞的重力为p0S，大活塞到汽缸A底部的距离为L。两汽缸内封闭温度为27 ℃的同种理想气体。先将整个装置顺时针缓慢转过90°，为使细导管中绝热活塞位置不变，需要给汽缸B加热。忽略一切摩擦，求： (1)汽缸A中活塞下降的距离d； (2)汽缸B中气体的最终温度TB′。 解析：(1)旋转前后，汽缸A中的压强分别为pA＝p0 pA′＝p0＋p0＝p0 汽缸A内的气体发生等温变化，根据玻意耳定律有pALS＝pA′L′S 汽缸A中活塞下降的距离d＝L－L′ 解得d＝。 (2)对汽缸B中气体进行分析，末状态压强pB′＝pA′＝p0 由题意可知，汽缸B内气体发生等容变化 根据查理定律有＝ 其中TB＝(27＋273) K，pB＝p0 解得TB′＝400 K，即127 ℃。 答案：(1)　(2)127 ℃ 审题与规范答题(五)——信息处理型 【审题定位】 信息处理型试题是指试题提供一些有关信息，然后要求考生根据所学知识，将有用的信息收集起来，经过处理后运用已经掌握的知识和方法解决新问题。这类题型主要涉及知识理解、过程分析、模型转换、方法处理等。这种题型的处理思路为： (1)领会问题的情境，在所给的信息中获取有用的信息，构造相应的物理模型； (2)合理选择研究对象，分析研究对象的受力情况、状态变化、能量变化等信息； (3)运用试题所给规律、方法或自己已经掌握的物理规律和方法求解。 【题目示例】 (10分)(2024·湖北十一校联考)某物理兴趣小组受“蛟龙号”载人潜水器的启发，设计了一个①测定水深 的深度计。如图，②导热性能良好的汽缸Ⅰ、Ⅱ内径相同，长度均为L，内部分别有轻质薄活塞A、B，活塞密封性良好且可无摩擦左右滑动，③汽缸Ⅰ左端开口。外界大气压强为p0，④汽缸Ⅰ内通过活塞A封有压强为p0的气体，汽缸Ⅱ内通过活塞B封有压强为4p0的气体，一细管(容积可忽略)连通两汽缸，初始状态A、B均位于汽缸最左端。该装置放入水下后，通过A向右移动的距离可测定水的深度。已知p0相当于h高的水柱产生的压强，不计水温变化，装置的内径远小于水的深度，被封闭气体视为理想气体。 (1)当A向右移动L时，求该深度计所处位置水的深度。 (2)求该深度计能测量的⑤最大水深。 【信息提取】 序号 信息提取 ① 明确深度计的原理，汽缸Ⅰ中活塞移动的距离与封闭气体压强有关，而压强与装置的深度有关 ② 说明封闭气体的温度不变 ③ 封闭气体压强等于大气压和水深产生的压强之和 ④ 要判断A向右移动L时，B是否移动 ⑤ 水深最大时，应该是A到汽缸Ⅰ最右端时 【规范答题】 (1)(第1给分点：5分)当A向右移动L时，设B不移动，对Ⅰ内气体，由玻意耳定律得 p0SL＝p1SL(1分) 解得p1＝3p0(1分) 此时B中气体的压强为4p0＞p1，故B不动(1分) 设深度计所处位置水的深度为h1，则有 p1＝p0＋p0(1分) 解得h1＝2h。(1分) (2)(第2给分点：5分)当A恰好移动到缸底时所测深度最大，设最大深度为hm，此时原Ⅰ内气体全部进入Ⅱ内，设B向右移动x距离，两部分气体压强为p2 对原Ⅰ内气体，由玻意耳定律得p0SL＝p2Sx(1分) 对原Ⅱ内气体，由玻意耳定律得 4p0SL＝p2S(L－x)(2分) 又p2＝p0＋p0(1分) 解得hm＝4h。(1分) 学科网（北京）股份有限公司 $