专题19 宏观与微观——备战2027届高考物理高分突破系列（全国适用）

**基本信息** 以气体状态变化和内能分析为核心，通过"典例剖析-深度探究-类题拓展"三阶训练，系统构建宏观量与微观本质的关联逻辑，融合模型建构与科学推理素养。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |气体压强|1典例+3拓展|过程拆解法、微观解释宏观量、能量守恒应用|从p-V-T关系图像切入，通过分子数密度与平均动能建立压强微观解释，结合热力学第一定律分析能量转化| |物体内能|1典例+3拓展|理想气体内能模型、统计思想应用|以温度与分子动能关系为核心，通过实际情境（候气法、气球暴晒）强化内能变化的宏观判断与微观解释|

专题19 宏观与微观 典例剖析1：气体压强 一定质量的理想气体从状态A缓慢经过状态B、C、D再回到状态A，其体积V与热力学温度T的关系图像如图所示，其中BC的延长线过O点，气体在状态A时的压强为p0。下列说法正确的是（　　） A．A→B过程中气体的压强增大了4p0 B．B→C过程中气体对外界放出的热量大于外界对气体做的功 C．C→D过程中气体的压强变小，气体从外界吸收热量 D．D→A过程中气体分子在单位时间内对单位面积容器壁的碰撞次数增加 【答案】B 【详解】A．A→B过程为等容过程，根据查理定律有 解得 可知，A→B过程中气体的压强增大了，故A错误； B．由于BC的延长线过O点，根据盖-吕萨克定律可知，该过程为等压过程，压强不变，B→C过程，温度降低，气体内能减小，体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体对外界放出的热量大于外界对气体做的功，故B正确； C．C→D过程中为等容过程，温度降低，根据查理定律可知，气体的压强变小，温度降低，气体内能减小，体积一定，气体与外界之间做功为0，根据热力学第一定律，气体向外界释放热量，故C错误； D．D→A过程为等温过程，根据玻意耳定律可知，体积增大，压强减小，由于温度一定，则分子运动的平均速率一定，一个分子与器壁撞击的平均作用力一定，而压强减小，则气体分子在单位时间内对单位面积容器壁的碰撞次数减少，故D错误。 故选B。深度探究 探究1：过程拆解 本题在分析的时候，可以拆解成几个不同的作用过程？ 【答案】A→B过程为等容过程；B→C过程为等压过程；C→D过程中为等容过程；D→A过程为等温过程。 探究2：拓展设问 设问1：对于一定量理想气体，其体积、热力学温度和压强之间，存在着怎样的定量关系？ 【答案】对于一定量的理想气体，压强和体积的乘积与其热力学温度的比值是一个定值，即PV/T=C。 设问2：对于一定量的理想气体，能够改变其内能的方式有哪些？ 【答案】做功和热传递。 设问3：影响一定量理想气体压强的微观因素有哪些？ 【答案】单位体积内的气体分子数，即分子数密度；气体分子的平均速率。 探究3：类题拓展 1．（思维拓展：模型建构）“奋斗者号”潜水器2020年成功坐底马里亚纳海沟，标志着我国载人深潜技术已达世界领先水平。现利用固定在潜水器体外的一个密闭气缸做验证性实验：如图，气缸内封闭一定质量的理想气体，轻质导热活塞可自由移动。在潜水器缓慢下潜的过程中，海水温度逐渐降低，则此过程中理论上被封闭的气体（     ） A．从外界吸热 B．压强与潜水器下潜的深度成正比 C．气缸内的理想气体内能逐渐增加 D．单位时间内气体分子撞击单位面积器壁的次数增多 【答案】D 【详解】A．设活塞横截面积为，潜水器下潜深度为，海水密度为，大气压强为，气缸内气体压强为，轻质活塞受力平衡，根据平衡条件有 解得 下潜过程中增大，气体压强增大，同时海水温度降低，气体温度降低，根据理想气体状态方程有 可知气体体积减小，外界对气体做正功；理想气体的内能只与温度有关，温度降低使气体内能减小，根据热力学第一定律有 由、解得 因此气体向外界放热，故A错误； B．气体压强与下潜深度的关系为 由于大气压强不为零，气体压强与下潜深度不成正比，故B错误； C．理想气体的内能只与温度有关，下潜过程中气体温度逐渐降低，因此气体内能逐渐减小，故C错误； D．下潜过程中气体压强增大，而温度降低使气体分子的平均动能减小，单个气体分子与器壁碰撞时的平均作用效果减弱；气体压强仍增大，说明单位时间内气体分子撞击单位面积器壁的次数增多，故D正确。 故选D。 2．（问题拓展：定性分析——定量分析）如图所示，倾角的光滑斜面固定在水平地面上，有一长的绝热汽缸与绝热活塞静置于斜面上，活塞与重物通过不可伸长的轻绳连接，此时重物对地面恰好无压力，轻绳OA段与斜面平行，活塞距离汽缸底部。活塞质量，重物质量，活塞面积，大气压，缸内封闭的理想气体温度，缸内气体分子总动能满足，其中，g取。活塞厚度及活塞与汽缸壁的摩擦忽略不计，活塞始终与汽缸壁垂直且不漏气。当电热丝通电加热时，活塞缓慢到达汽缸口，下列说法正确的是（     ） A．加热过程气体压强一直增大 B．加热过程汽缸内壁单位面积受到分子的撞击数增大 C．加热前汽缸内气体的压强为 D．加热过程电热丝放出的热量为 【答案】C 【详解】AC．加热前重物对地面恰好无压力，对重物受力分析可得绳子拉力 对活塞受力分析，沿斜面方向受力平衡，则有 代入数据解得 加热过程中，活塞缓慢到达汽缸口，受力平衡条件不变，（缸体下移，活塞相对斜面不动）因此气体对活塞的压力不变，该过程中气体压强保持不变，是等压变化，故A错误，C正确； B．压强由单位体积分子数、分子平均动能共同决定，加热过程压强不变，温度升高使分子平均动能增大，因此单位面积分子撞击数一定减小，故B错误； D．加热过程为等压变化，根据盖-吕萨克定律可得 解得 理想气体内能等于分子总动能，气体内能变化 气体对外做功 根据热力学第一定律有 可得电热丝放出的热量为，故D错误。 故选C。 3．（情境拓展：气缸问题）如图所示，水平放置的气缸内壁光滑，活塞厚度不计，活塞封闭了一定质量的理想气体。在A、B两处设有限制装置，使活塞只能在A、B之间运动。B左边气缸的容积为，A、B之间的容积为，开始时活塞在B处，缸内气体的压强为（为大气压强），温度为300K，现缓慢加热气缸内气体，直至450K。该理想气体的内能U与温度T满足，C为已知常数。 (1)活塞在B处还未开始运动且气温缓缓上升的过程中，气体分子平均速率_________（选填“增大”、“不变”或“减小”）；活塞在A、B之间运动时，单位时间撞击单位面积的分子数_________（选填“增大”、“不变”或“减小”）； (2)求活塞刚离开B处时的温度T； (3)求从加热气体开始，到活塞刚运动到A处过程中，封闭气体吸收的热量Q。 【答案】(1) 增大 减小 (2)400K (3) 【详解】（1）[1]活塞在B处还未开始运动且气温缓缓上升的过程中，气体分子的平均动能增大，气体分子的平均速率增大； [2]活塞在A、B之间运动时，以活塞为对象，根据受力分析可知气缸内的气体压强等于大气压强，即气缸内的气体发生等压变化，由于气体温度升高，气体分子的平均动能增大，根据气体压强微观意义可知，单位时间撞击单位面积的分子数减小。 （2）活塞刚离开B处时，根据查理定律可得 解得活塞刚离开B处时的温度为 （3）从加热气体开始，到活塞刚运动到A处过程中，根据理想气体状态方程可得 解得 该过程气体内能变化量为 外界对气体做功为 根据热力学第一定律可得 解得封闭气体吸收的热量为 典例剖析2：物体内能 中国古代候气法是古人用竹管观测节气的方法。将导热的中空竹管插入土中，芦苇膜烧制的轻灰封闭一定质量的理想气体，当环境温度降低时，管内气体（　　） A．内能增大 B．内能不变 C．分子平均动能减小 D．每个分子的速率都增大 【答案】C 【详解】AB．导热竹管内的封闭理想气体温度与环境温度始终相等，环境温度降低时，管内气体温度降低。一定质量的理想气体内能仅由温度决定，温度降低，内能减小，故AB错误； C．温度是分子热运动平均动能的宏观统计标志，温度降低，分子平均动能减小，故C正确； D．分子平均动能是对大量分子的统计规律，温度降低仅说明分子平均速率减小，不代表每个分子的速率都变化，更不可能每个分子速率都增大，故D错误。 故选C。 深度探究 探究1：模型特征 对于理想气体，其内能主要与哪个因素有关？ 【答案】理想气体，不考虑气体的分子势能，故其内能只与气体的分子平均动能有关，而分子平均动能的宏观标志是气体的温度。 探究2：拓展设问 设问1：对于一定量的理想气体，温度下降，其内能是否一定减小？ 【答案】是。 设问2：本题中气体内能改变的主要原因是什么？ 【答案】热传递。 设问3：本题中，气体中的每个分子的速率是否都下降了？ 【答案】不是，温度降低只代表分子的平均速率下降，但不排除个别分子的速率会变大。 探究3：类题拓展 1．（过程拓展：单一过程——多重过程）如图所示，密闭容器内一定质量的理想气体由状态a经状态b变化到状态c。则（     ） A．a到b过程中，外界对气体做正功 B．a到b过程中，气体从外界吸收热量 C．b到c过程中，气体内能不变 D．b到c过程中，气体分子的平均动能减小 【答案】B 【详解】A．到过程中气体做等压变化，热力学温度升高，体积增大，气体对外界做正功，外界对气体做负功，故A错误； B．到过程中气体温度升高，内能增加，即；气体体积增大，外界对气体做功。由热力学第一定律 整理得 气体从外界吸收热量，故B正确； CD．到过程中气体温度升高，理想气体的内能增加，气体分子的平均动能增大，故CD错误。 故选B。 2．（思维拓展：模型建构）夏日炎炎，一充气气球挂在校园的一棵小树上，因太阳暴晒，气球温度升高，体积变大。在此过程中若气球未漏气，则气球内封闭气体（     ） A．分子的数密度不变 B．内能增大 C．每个分子的动能一定增大 D．外界对气体做功 【答案】B 【详解】A.分子数密度为单位体积内的分子数，满足，不变、增大，故分子数密度减小，故A错误； B.理想气体内能仅由温度决定，温度升高，气体内能增大，故B正确； C.温度是分子平均动能的统计规律，温度升高不代表每个分子的动能都增大，故C错误； D.气体体积膨胀，是气体对外界做功，并非外界对气体做功，故D错误。 故选B。 3．（情境拓展：实际情境）如图所示，热水倒入茶托上的玻璃盖碗后盖上杯盖，在水面和杯盖间就封闭了一部分空气（可视为理想气体）。下列说法正确的是（    ） A．玻璃盖碗是非晶体，有规则的晶格结构 B．初始状态，水温越高封闭气体的内能越大 C．封闭气体达到热平衡后，温度不变但会继续放热 D．水滴落在干净的茶托上会自然摊开，这说明水不能浸润茶托 【答案】B 【详解】A．玻璃盖碗没有固定熔点，属于非晶体，没有规则的晶格结构，故A错误； B．封闭气体视为理想气体，其内能仅与温度有关。初始状态下，水温越高，封闭气体的温度也越高，因此内能越大，故B正确； C．封闭气体达到热平衡后，温度保持不变，与外界没有温度差，因此不会继续放热，故C错误； D．水滴落在干净的茶托上会自然摊开，说明水能浸润茶托，不浸润时水滴会收缩成球形，故D错误。 故选B。 秘法提炼 1.基本思想 宏观与微观相结合的问题，尤其是在热学领域，主要涉及的就是气体压强与内能两个方面。气体压强的微观本质是气体分子频繁地碰撞器壁导致的，影响因素是分子数密度和分子平均速率，而对应的宏观参量则是体积和温度。至于内能方面，根据定义，物体的内能等于其所包含所有分子的动能之和与所有分子的势能之和，对应的宏观标志也是温度和体积。其中，温度对应的是分子的平均动能，而体积则对应的是分子势能。但是，对于理想气体，则不考虑分子势能的存在。 2.思维方法 （1） 宏观与微观结合 从微观角度解释压强、温度、内能等宏观量。 （2） 统计思想； 理解大量分子热运动的统计规律，如分子速率分布、平均动能等，从微观角度分析宏观现象。 （3） 能量守恒思想； （4） 理想化模型。 3.考查形式 从近几年全国各地的高考试题来看，高考物理对热学中的分子动理论及热力学定律的主要考查围绕着宏观与微观的结合展开。高考中在选择题、实验题、计算题中均有可能考查。 专题巩固提升 一、单选题 1．高压锅通过提高锅内气压来提升水的沸点，实现快速烹饪。如图所示，某高压锅锅体容积为，锅体横截面积为，限压阀喷嘴横截面积为，限压阀质量为。未加热时，锅内气体温度与室温相同，压强恒为大气压，加热至限压阀被顶起匀速排气时，锅内温度为。重力加速度大小为，假设锅内气体始终可视为理想气体。下列分析正确的是（     ） A．加热过程中锅内气压升高，只是因为锅内气体分子热运动加剧 B．加热过程中锅内气体压强与热力学温度成正比 C．限压阀若被顶起，锅内气体压强约等于 D．若加热时违规打开限压阀，气体急速膨胀，内能会急剧减小 【答案】D 【详解】A．加热过程，锅内气压升高有两个原因：温度升高，分子热运动加剧；水蒸发，锅内气体分子数增多，故A错误； B．在限压阀被顶起之前，锅内气体质量不变、体积不变，才满足查理定律，锅内气体压强与热力学温度成正比；但一旦限压阀顶起，气体不断排出，气体质量减少，不再满足质量不变条件，压强与热力学温度不再成正比，故B错误； C．限压阀被顶起时，受力平衡，受力面积是喷嘴横截面积，不是锅体横截面积。 根据受力平衡可得 解得锅内气体压强约等于，故C错误； D．打开限压阀，气体急速膨胀，这个过程时间很短，热量交换 气体对外做功，即 由热力学第一定律得 可得内能急剧减小，故D正确。 故选D。 2．一定质量气体的温度随体积变化如图所示，其中为经过原点的抛物线，为过原点的直线，在点时气体的体积为，温度为，在点时气体压强为。则下列说法正确的是（     ） A．点时气体的压强为 B．点时气体的温度为 C．从经到再回到过程中，气体放出热量为 D．气体在点时单位时间和单位面积器壁碰撞的次数大于在点时 【答案】C 【详解】A．直线过原点，线上各点相同，由理想气体状态方程可知，两点压强相同，所以。对，两态，由理想气体状态方程得 解得，故A错误； B．由图可知，点体积为，直线满足 解得，故B错误； C．由态可得 为过原点的抛物线且过，两点，可写成 沿过程有 因此在-图中，为从到的直线。气体对外做功为 为等压压缩过程，气体对外做功为 为等容过程，气体对外做功为0，所以一个循环中气体对外做功为 完整循环内能变化为0，气体吸收的热量等于气体对外做功，故气体放出的热量为，故C正确； D．，两点压强相同，而点温度高于点，分子平均动能较大，单次碰撞平均作用效果较强；在压强相同的条件下，点单位时间和单位面积器壁被碰撞的次数不大于点，故D错误。 故选C。 3．一瓶碳酸饮料在受到撞击后，充入饮料的二氧化碳释放一部分，导致上方气体压强、体积均增大，饮料瓶导热良好，瓶内气体可看成理想气体，则（     ） A．此变化过程满足玻意耳定律 B．撞击前后，瓶内气体的温度不变，内能也不变 C．撞击后单位时间撞击单位面积瓶壁的气体分子数增多 D．整个过程，外界对气体做负功，气体向外界放热 【答案】C 【详解】A．瓶内气体的总质量发生变化，不满足玻意耳定律，故A错误； B．瓶内气体的温度不变，分子平均动能不变，但分子总数发生变化，气体的内能发生变化，故B错误； C．上方气体压强增大，又分子平均动能不变，分子数密度增大，则撞击后单位时间撞击单位面积瓶壁的气体分子数增多，故C正确； D．气体体积增大，气体对外做功，即外界对气体做负功；瓶内气体分子数增多、温度不变，内能增大，根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知，气体从外界吸热，而非向外界放热，故D错误。 故选C。 4．某种罐装杀虫剂的简化灌装原理为先装入药液，再充入不溶于药液的高压气体。使用时按压喷头，出液口打开，药液在气体压力作用下呈雾状快速喷出，如图所示；松开后，弹簧使按钮复位，出液口关闭。则在某次喷出部分药液后的短暂过程，相较于喷液前，罐内气体（     ） A．内能减小 B．压强变大 C．分子数密度增大 D．每个气体分子的动能都减小 【答案】A 【详解】在某次喷出部分药液后的短暂过程，罐内气体体积膨胀，体积变大，压强减小，气体数密度减小，气体对外做功，根据热力学第一定律可知，因气体来不及与外界热交换，可知气体内能减小，温度降低，分子平均动能减小，但并不是每个气体分子的动能都减小。 故选A。 5．如图所示，一个导热良好的圆柱形汽缸，开口向上竖直放置于水平面上，缸内储存文物，用活塞封闭一定质量的理想气体。现环境温度缓慢升高，活塞离汽缸底部的距离由变为，已知大气压恒定，活塞与汽缸壁密封良好且不计摩擦，忽略文物热胀冷缩的影响，则下列说法正确的是（     ） A．气体压强增大 B．单位时间撞击器壁单位面积的气体分子数不变 C．气体吸收热量，内能增大 D．外界对气体做正功 【答案】C 【详解】A．对活塞受力分析，可知封闭气体的压强满足 其中为大气压，为活塞质量，为活塞横截面积，因此气体做等压变化，A错误； B．环境温度升高，气体分子平均动能增大，而气体压强不变，压强由分子平均动能和单位时间撞击器壁单位面积的分子数共同决定，因此单位时间撞击器壁单位面积的气体分子数减少，B错误； C．理想气体的内能仅由温度决定，环境温度缓慢升高，气体温度升高，内能增大（） 气体体积增大，气体对外界做功（） 根据热力学第一定律 ，可得 ，即气体吸收热量，C正确； D．气体体积膨胀，是气体对外界做正功，即外界对气体做负功，D错误。 故选 C。 6．一定质量理想气体体积V随摄氏温度t变化的V—t图像如图所示，过程A→B→C→D→A，B→C图线与D→A图线均与纵轴平行，则下列判断正确的是（    ） A．从A到B过程，气体压强减小 B．从B到C过程，气体放出热量等于外界对气体做功 C．从C到D过程，所有气体分子的动能增大 D．从D到A过程，气体分子数密度增大 【答案】B 【详解】A．对一定质量的理想气体，根据理想气体状态方程有 在图像中，等压线的延长线均通过、的点，图中AB所在直线符合等压线特征，因此从到过程中气体压强不变，故A错误； B．从到过程中温度不变，理想气体的内能只与温度有关，因此 该过程中气体体积减小，外界对气体做正功，设气体吸收的热量为，外界对气体做功为，根据热力学第一定律有 代入解得 因此气体放出的热量等于外界对气体所做的功，故B正确； C．从到过程中气体温度升高，气体分子的平均动能随温度升高而增大，但分子做无规则运动，各分子的动能并不都增大，故C错误； D．从到过程中温度不变，气体体积增大。气体分子数不变，分子数密度为 因此分子数密度减小，故D错误。 故选B。 7．如图所示，导热性能良好的汽缸开口向上静止在水平地面上，缸内被活塞封闭的气体可以看成理想气体，活塞与汽缸内壁无摩擦且不漏气，大气压强保持不变，在环境温度缓慢降低的过程中，缸内气体（     ） A．内能减小 B．压强减小 C．所有分子速率都减小 D．分子数密度减小 【答案】A 【详解】A．一定质量的理想气体内能可以用温度来衡量，由于缸内气体的温度降低，所以内能减小，故A正确； B．环境温度降低的过程中，活塞的受力分析情况不变，依然为 所以缸内气体的压强不变，故B错误； C．温度降低时气体分子的平均动能减小，但由于分子热运动是统计规律，不是所有分子的速率都减小，故C错误； D．气体发生等压变化，有 由于温度降低，所以体积也减小，在气体分子总数不变时，分子数密度升高，故D错误。 故选A。 8．一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，图像如图所示。该气体在此过程中一定减小的是（    ） A．分子势能 B．分子平均动能 C．内能 D．分子数密度 【答案】D 【详解】A．理想气体忽略分子间相互作用力，分子势能始终为0，保持不变，故A错误； BC．从状态A到状态B，气体压强、体积都增大，根据理想气体状态方程 可知随着的增大，温度升高；温度是分子平均动能的标志，温度升高则分子平均动能增大；理想气体内能仅与温度有关，因此气体的内能也增大，故B、C错误； D．一定质量的气体，总分子数不变，过程中体积增大，因此单位体积内的分子数（分子数密度）一定减小，故D正确。 故选D。 二、解答题 9．内壁光滑的导热汽缸置于t1＝27℃的环境中，用不计质量的活塞封闭体积为V1的理想气体。现在活塞上方缓慢倾倒沙子，使封闭气体的体积减小为V2，然后给汽缸缓慢加热，使气体温度变为t2＝127℃，体积增大量＝0.5×10−3m3。加热过程中，封闭气体的内能增加了＝450J，从外界吸收的热量Q＝600J，大气压强为p0＝1.0×105Pa。 (1)往活塞上方缓慢倾倒沙子时，汽缸内气体分子的平均动能_______（选填“增大”、“减小”或“不变”），单位时间气体分子在汽缸壁单位面积上的碰撞次数_______（选填“增多”、“减少”或“不变”）； (2)求加热过程中外界对缸内气体做功W和加热前缸内气体的压强p2； (3)求初始时气体的体积V1。 【答案】(1) 不变 增多 (2)-150J， (3) 【详解】（1）[1] 往活塞上方缓慢倾倒沙子时，汽缸内部气体温度不变，则汽缸内气体分子的平均动能不变； [2]气体压强变大，体积变小，单位时间气体分子在汽缸壁单位面积上的碰撞次数增多。 （2）根据热力学第一定律可知 则 等压膨胀过程，外界对气体做功 代入数据解得 （3）加热过程是等压膨胀，有    代入数据，计算得   缓慢倾倒沙子是等温压缩过程，有    代入数据，计算得 10．如图所示是容器中一定质量的理想气体由状态A经过状态B变为状态C的p-V图像。已知气体在状态A时的温度是200 K。 (1)A到B过程，单位时间内气体分子对单位面积器壁的冲量_________（选填“增大”、“不变”或“减小”）；B到C过程，单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数_________（选填“增多”、“不变”或“减少”）； (2)求图中状态C的温度TC； (3)气体由A→B→C的过程中气体内能增加，求这一过程中气体吸收的热量Q。 【答案】(1) 增大 减小 (2) (3) 【详解】（1）[1]A到B过程，气体压强增大，即单位时间内气体分子对单位面积器壁的平均作用力增大，故单位时间内气体分子对单位面积器壁的冲量增大。 [2]B到C是等压变化，气体体积增大、温度升高，气体温度升高，气体分子平均速率增大，又因为压强不变，所以单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数减少。 （2）A→C由理想气体状态方程得 解得 （3）A→B→C由热力学第一定律得 由图像面积得知气体做功 解得 试卷第8页，共16页 试卷第9页，共16页 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题19 宏观与微观 典例剖析1：气体压强 一定质量的理想气体从状态A缓慢经过状态B、C、D再回到状态A，其体积V与热力学温度T的关系图像如图所示，其中BC的延长线过O点，气体在状态A时的压强为p0。下列说法正确的是（　　） A．A→B过程中气体的压强增大了4p0 B．B→C过程中气体对外界放出的热量大于外界对气体做的功 C．C→D过程中气体的压强变小，气体从外界吸收热量 D．D→A过程中气体分子在单位时间内对单位面积容器壁的碰撞次数增加 故选B。深度探究 探究1：过程拆解 本题在分析的时候，可以拆解成几个不同的作用过程？ 探究2：拓展设问 设问1：对于一定量理想气体，其体积、热力学温度和压强之间，存在着怎样的定量关系？ 设问2：对于一定量的理想气体，能够改变其内能的方式有哪些？ 设问3：影响一定量理想气体压强的微观因素有哪些？ 探究3：类题拓展 1．（思维拓展：模型建构）“奋斗者号”潜水器2020年成功坐底马里亚纳海沟，标志着我国载人深潜技术已达世界领先水平。现利用固定在潜水器体外的一个密闭气缸做验证性实验：如图，气缸内封闭一定质量的理想气体，轻质导热活塞可自由移动。在潜水器缓慢下潜的过程中，海水温度逐渐降低，则此过程中理论上被封闭的气体（     ） A．从外界吸热 B．压强与潜水器下潜的深度成正比 C．气缸内的理想气体内能逐渐增加 D．单位时间内气体分子撞击单位面积器壁的次数增多 2．（问题拓展：定性分析——定量分析）如图所示，倾角的光滑斜面固定在水平地面上，有一长的绝热汽缸与绝热活塞静置于斜面上，活塞与重物通过不可伸长的轻绳连接，此时重物对地面恰好无压力，轻绳OA段与斜面平行，活塞距离汽缸底部。活塞质量，重物质量，活塞面积，大气压，缸内封闭的理想气体温度，缸内气体分子总动能满足，其中，g取。活塞厚度及活塞与汽缸壁的摩擦忽略不计，活塞始终与汽缸壁垂直且不漏气。当电热丝通电加热时，活塞缓慢到达汽缸口，下列说法正确的是（     ） A．加热过程气体压强一直增大 B．加热过程汽缸内壁单位面积受到分子的撞击数增大 C．加热前汽缸内气体的压强为 D．加热过程电热丝放出的热量为 3．（情境拓展：气缸问题）如图所示，水平放置的气缸内壁光滑，活塞厚度不计，活塞封闭了一定质量的理想气体。在A、B两处设有限制装置，使活塞只能在A、B之间运动。B左边气缸的容积为，A、B之间的容积为，开始时活塞在B处，缸内气体的压强为（为大气压强），温度为300K，现缓慢加热气缸内气体，直至450K。该理想气体的内能U与温度T满足，C为已知常数。 (1)活塞在B处还未开始运动且气温缓缓上升的过程中，气体分子平均速率_________（选填“增大”、“不变”或“减小”）；活塞在A、B之间运动时，单位时间撞击单位面积的分子数_________（选填“增大”、“不变”或“减小”）； (2)求活塞刚离开B处时的温度T； (3)求从加热气体开始，到活塞刚运动到A处过程中，封闭气体吸收的热量Q。 典例剖析2：物体内能 中国古代候气法是古人用竹管观测节气的方法。将导热的中空竹管插入土中，芦苇膜烧制的轻灰封闭一定质量的理想气体，当环境温度降低时，管内气体（　　） A．内能增大 B．内能不变 C．分子平均动能减小 D．每个分子的速率都增大 深度探究 探究1：模型特征 对于理想气体，其内能主要与哪个因素有关？ 探究2：拓展设问 设问1：对于一定量的理想气体，温度下降，其内能是否一定减小？ 设问2：本题中气体内能改变的主要原因是什么？ 设问3：本题中，气体中的每个分子的速率是否都下降了？ 探究3：类题拓展 1．（过程拓展：单一过程——多重过程）如图所示，密闭容器内一定质量的理想气体由状态a经状态b变化到状态c。则（     ） A．a到b过程中，外界对气体做正功 B．a到b过程中，气体从外界吸收热量 C．b到c过程中，气体内能不变 D．b到c过程中，气体分子的平均动能减小 2．（思维拓展：模型建构）夏日炎炎，一充气气球挂在校园的一棵小树上，因太阳暴晒，气球温度升高，体积变大。在此过程中若气球未漏气，则气球内封闭气体（     ） A．分子的数密度不变 B．内能增大 C．每个分子的动能一定增大 D．外界对气体做功 3．（情境拓展：实际情境）如图所示，热水倒入茶托上的玻璃盖碗后盖上杯盖，在水面和杯盖间就封闭了一部分空气（可视为理想气体）。下列说法正确的是（    ） A．玻璃盖碗是非晶体，有规则的晶格结构 B．初始状态，水温越高封闭气体的内能越大 C．封闭气体达到热平衡后，温度不变但会继续放热 D．水滴落在干净的茶托上会自然摊开，这说明水不能浸润茶托 秘法提炼 1.基本思想 宏观与微观相结合的问题，尤其是在热学领域，主要涉及的就是气体压强与内能两个方面。气体压强的微观本质是气体分子频繁地碰撞器壁导致的，影响因素是分子数密度和分子平均速率，而对应的宏观参量则是体积和温度。至于内能方面，根据定义，物体的内能等于其所包含所有分子的动能之和与所有分子的势能之和，对应的宏观标志也是温度和体积。其中，温度对应的是分子的平均动能，而体积则对应的是分子势能。但是，对于理想气体，则不考虑分子势能的存在。 2.思维方法 （1） 宏观与微观结合 从微观角度解释压强、温度、内能等宏观量。 （2） 统计思想； 理解大量分子热运动的统计规律，如分子速率分布、平均动能等，从微观角度分析宏观现象。 （3） 能量守恒思想； （4） 理想化模型。 3.考查形式 从近几年全国各地的高考试题来看，高考物理对热学中的分子动理论及热力学定律的主要考查围绕着宏观与微观的结合展开。高考中在选择题、实验题、计算题中均有可能考查。 专题巩固提升 一、单选题 1．高压锅通过提高锅内气压来提升水的沸点，实现快速烹饪。如图所示，某高压锅锅体容积为，锅体横截面积为，限压阀喷嘴横截面积为，限压阀质量为。未加热时，锅内气体温度与室温相同，压强恒为大气压，加热至限压阀被顶起匀速排气时，锅内温度为。重力加速度大小为，假设锅内气体始终可视为理想气体。下列分析正确的是（     ） A．加热过程中锅内气压升高，只是因为锅内气体分子热运动加剧 B．加热过程中锅内气体压强与热力学温度成正比 C．限压阀若被顶起，锅内气体压强约等于 D．若加热时违规打开限压阀，气体急速膨胀，内能会急剧减小 2．一定质量气体的温度随体积变化如图所示，其中为经过原点的抛物线，为过原点的直线，在点时气体的体积为，温度为，在点时气体压强为。则下列说法正确的是（     ） A．点时气体的压强为 B．点时气体的温度为 C．从经到再回到过程中，气体放出热量为 D．气体在点时单位时间和单位面积器壁碰撞的次数大于在点时 3．一瓶碳酸饮料在受到撞击后，充入饮料的二氧化碳释放一部分，导致上方气体压强、体积均增大，饮料瓶导热良好，瓶内气体可看成理想气体，则（     ） A．此变化过程满足玻意耳定律 B．撞击前后，瓶内气体的温度不变，内能也不变 C．撞击后单位时间撞击单位面积瓶壁的气体分子数增多 D．整个过程，外界对气体做负功，气体向外界放热 4．某种罐装杀虫剂的简化灌装原理为先装入药液，再充入不溶于药液的高压气体。使用时按压喷头，出液口打开，药液在气体压力作用下呈雾状快速喷出，如图所示；松开后，弹簧使按钮复位，出液口关闭。则在某次喷出部分药液后的短暂过程，相较于喷液前，罐内气体（     ） A．内能减小 B．压强变大 C．分子数密度增大 D．每个气体分子的动能都减小 5．如图所示，一个导热良好的圆柱形汽缸，开口向上竖直放置于水平面上，缸内储存文物，用活塞封闭一定质量的理想气体。现环境温度缓慢升高，活塞离汽缸底部的距离由变为，已知大气压恒定，活塞与汽缸壁密封良好且不计摩擦，忽略文物热胀冷缩的影响，则下列说法正确的是（     ） A．气体压强增大 B．单位时间撞击器壁单位面积的气体分子数不变 C．气体吸收热量，内能增大 D．外界对气体做正功 6．一定质量理想气体体积V随摄氏温度t变化的V—t图像如图所示，过程A→B→C→D→A，B→C图线与D→A图线均与纵轴平行，则下列判断正确的是（    ） A．从A到B过程，气体压强减小 B．从B到C过程，气体放出热量等于外界对气体做功 C．从C到D过程，所有气体分子的动能增大 D．从D到A过程，气体分子数密度增大 7．如图所示，导热性能良好的汽缸开口向上静止在水平地面上，缸内被活塞封闭的气体可以看成理想气体，活塞与汽缸内壁无摩擦且不漏气，大气压强保持不变，在环境温度缓慢降低的过程中，缸内气体（     ） A．内能减小 B．压强减小 C．所有分子速率都减小 D．分子数密度减小 8．一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，图像如图所示。该气体在此过程中一定减小的是（    ） A．分子势能 B．分子平均动能 C．内能 D．分子数密度 二、解答题 9．内壁光滑的导热汽缸置于t1＝27℃的环境中，用不计质量的活塞封闭体积为V1的理想气体。现在活塞上方缓慢倾倒沙子，使封闭气体的体积减小为V2，然后给汽缸缓慢加热，使气体温度变为t2＝127℃，体积增大量＝0.5×10−3m3。加热过程中，封闭气体的内能增加了＝450J，从外界吸收的热量Q＝600J，大气压强为p0＝1.0×105Pa。 (1)往活塞上方缓慢倾倒沙子时，汽缸内气体分子的平均动能_______（选填“增大”、“减小”或“不变”），单位时间气体分子在汽缸壁单位面积上的碰撞次数_______（选填“增多”、“减少”或“不变”）； (2)求加热过程中外界对缸内气体做功W和加热前缸内气体的压强p2； (3)求初始时气体的体积V1。 10．如图所示是容器中一定质量的理想气体由状态A经过状态B变为状态C的p-V图像。已知气体在状态A时的温度是200 K。 (1)A到B过程，单位时间内气体分子对单位面积器壁的冲量_________（选填“增大”、“不变”或“减小”）；B到C过程，单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数_________（选填“增多”、“不变”或“减少”）； (2)求图中状态C的温度TC； (3)气体由A→B→C的过程中气体内能增加，求这一过程中气体吸收的热量Q。 试卷第8页，共16页 试卷第9页，共16页 学科网（北京）股份有限公司 $