高考物理备考 艺体生百日突围系列 专题15 固体液体气体与能量守恒（含解析）

在学生就要走出校门的时候，班级工作仍要坚持德育先行，继续重视对学生进行爱国主义教育、集体主义教育、行为规范等的教育，认真落实学校、学工处的各项工作要求专题15 固体、液体、气体与能量守恒第一部分 名师综述综合分析近几年的高考物理试题发现，试题在考查主干知识的同时，注重考查必修中的基本概念和基本规律，以选择题的形式考查晶体和非晶体的特点、液体的表面张力、饱和汽与饱和汽压、热力学运动定律的理解等；以计算和问答题的形式结合气体考查内能、气体实验定律、理想气体状态方程、热力学第一定律等；（1）考纲要求知道晶体、非晶体的区别；理解表面张力，会解释有关现象；掌握气体实验三定律，会用三定律分析气体状态变化问题。知道改变内能的两种方式，理解热力学第一定律；知道与热现象有关的宏观物理过程的方向性，了解热力学第二定律；掌握能量守恒定律及其应用（2）命题规律高考热学命题的重点内容有：理想气体状态方程和用图象表示气体状态的变化；气体实验定律的理解和简单计算；固、液、气三态的微观解释和理解。高考对本部分内容考查的重点和热点有以下几个方面：热力学定律的理解和简单计算，多以选择题的形式出现。第二部分 知识背一背（1）晶体与非晶体单晶体多晶体非晶体外形规则不规则不规则熔点确定确定不确定物理性质各向异性各向同性各向同性典型物质石英、云母、食盐、硫酸铜玻璃、蜂蜡、松香形成与转化有的物质在不同条件下能够形成不同的形态同一物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体（2）液体的性质 液体的表面张力：(a)作用：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势(b)方向：表面张力跟液面相切，跟这部分液面的分界线垂直 液晶的物理性质:(a)具有液体的流动性;(b)具有晶体的光学各向异性(c)从某个方向上看其分子排列比较整齐，但从另一方向看，分子的排列是杂乱无章的(3)饱和汽湿度饱和汽与未饱和汽饱和汽压湿度:绝对湿度；相对湿度（4）气体实验定律玻意耳定律查理定律盖吕萨克定律内容一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积与热力学温度成正比表达式p1V1p2V2图象（5）理想气体的状态方程一定质量的理想气体状态方程：；气体实验定律可看做一定质量理想气体状态方程的特例（6） 热力学第一定律内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和表达式：UQW.（7） 能量守恒定律内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量不变，这就是能量守恒定律任何违背能量守恒定律的过程都是不可能的，不消耗能量而对外做功的第一类永动机是不可能制成的（8）热力学第二定律两种表述(a)第一种表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体(克劳修斯表述)(b)第二种表述：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(开尔文表述)第二类永动机是指设想只从单一热库吸收热量，使之完全变为有用的功而不产生其他影响的热机这类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律第三部分 技能+方法一、气体的压强求用固体(如活塞)或液体(如液柱)封闭在静止的容器内的气体压强，应对固体或液体进行受力分析，然后根据平衡条件求解当封闭气体所在的系统处于力学非平衡的状态时，欲求封闭气体的压强，首先选择恰当的对象(如与气体关联的液柱、活塞等)，并对其进行正确的受力分析(特别注意内、外气体的压力)，然后根据牛顿第二定律列方程求解对于平衡状态下的水银柱，选取任意一个液片，其两侧面的压强应相等二、应用气体实验定律或气体状态方程解题的步骤选对象根据题意，选出所研究的某一部分气体，这部分气体在状态变化过程中，其质量必须保持一定。找参量找出作为研究对象的这部分气体发生状态变化前后的一组p、V、T数值或表达式，压强的确定往往是个关键，常需结合力学知识(如力的平衡条件或牛顿运动定律)才能写出表达式。认过程过程表示两个状态之间的一种变化方式，除题中条件已直接指明外，在许多情况下，往往需要通过对研究对象跟周围环境的相互关系的分析才能确定。认清变化过程是正确选用物理规律的前提。列方程根据研究对象状态变化的具体方式，选用气体方程或某一实验定律，代入具体数值，最后分析讨论所得结果的合理性及其物理意义。三、解决多汽缸问题的方法两个或多个汽缸封闭着几部分气体，并且汽缸之间相互关联的问题，解答时应分别研究各部分气体，找出它们各自遵循的规律，并写出相应的方程，还要写出各部分气体之间压强或体积的关系式，最后联立求解。四、用图象法分析气体的状态变化类别图线特点举例pVpVCT(其中C为恒量)，即pV之积越大的等温线，温度越高，线离原点越远p斜率kCT，即斜率越大，温度越高pT，斜率，即斜率越大，体积越小VT，斜率，即斜率越大，压强越小五、对热力学第一定律的理解及应用热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系对公式UQW符号的规定符号WQU外界对物体做功物体吸收热量内能增加物体对外界做功物体放出热量内能减少三种特殊情况(a)若过程是绝热的，则Q0，WU，外界对物体做的功等于物体内能的增加量(b)若过程中不做功，即W0，则QU，物体吸收的热量等于物体内能的增加量(c)若过程的始末状态物体的内能不变，即U0，则WQ0或WQ.外界对物体做的功等于物体放出的热量特别提醒：对理想气体，U仅由温度决定，W仅由体积决定，绝热情况下，Q=0.六、热力学第二定律的理解热量Q能自发传给热量Q不能自发传给高温物体低温物体能自发地完全转化为不能自发地完全转化功热量能自发膨胀到不能自发收缩到气体体积V1气体体积V2(较大)能自发混合成不能自发分离成不同气体A和B混合气体AB【例1】关于气体压强，下列说法正确的是A气体的压强是由于气体分子间存在的斥力作用而产生的B气体分子的平均动能增大，气体的压强一定增大C在一定温度下，气体分子的密集程度越大，压强越大D当某一容器自由下落时，容器中气体压强变为零【答案】C容器自由下落时，气体分子仍在做无规则的运动，仍频繁地碰撞器壁，所以压强不为零故D错误。【名师点睛】气体的压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的气体压强决定于气体分子的密度（单位体积内的分子数）和分子的平均动能【例2】对一定质量的理想气体，以下状态变化中可以实现的是（）A降低温度时，压强不变，体积增大 B 升高温度时，压强增大，体积减小C温度不变时，压强体积都增大 D 升高温度时，体积不变，压强减小【答案】B【解析】降低温度时，压强不变，根据知V减小，故A错误；升高温度时，压强增大，根据知V可能减小也可能增大，故B正确；温度不变时，压强增大，根据知V减小，故C错误；升高温度时，体积不变，根据知压强增大，故D错误；故选B。【名师点睛】此题是气体的状态变化方程的应用问题，根据理想气体状态方程判断温度、压强、体积三者变化过程是否满即可，难度不大，是基础题.【例3】一定质量的理想气体状态变化过程中，其压强p与摄氏温度t的变化规律如图中直线ab所示（直线ab延长线通过坐标原点），根据图象可以判定（）AVa=Vb BVaVb CVaVb D无法判断【答案】B【名师点睛】本题关键是根据理想气体状态方程和温标关系式T=t+273列式后联立分析，难点在于公式变形后结合图象进行讨论。【例4】如图所示，两个可导热的气缸竖直放置，它们的底部都由一细管连通（ 忽略细管的容积）。两气缸各有一个活塞，质量分别为m1，和m2，活塞与气缸无摩擦。活寨的下方为理想气体上方为真空。当气体虹于平衡狀态时，两话活塞位于同一高度 （已知m1=2m， m2=2m）（1）在两活塞上同时各放一质量为m的物块，求气体再次达到平衡后两活塞的高度假定环境温度始终保持为T0 ）。（2）在达到上一问的终态后，环境温度由T0缓慢上升到 1.25 T0，试问在这个过程中，气体对活塞做了多少功？（假定在气体状态变化过程中，两物块均不会碰到气缸顶部）。【答案】（1）（2）（2）当温度由上升至时，气体的压强不变，设是温度达到T时左活塞的高度，由盖吕萨克定律得： ，解得活塞对气体做的功为：【名师点睛】解答该题要注意两个方面，一是根据平衡求解两活塞的面积的关系，二是当两活塞上放上相同质量的物体后，要会判断出面积小的活塞下移，直至移到底部，这是解决此题的关键第四部分 基础练+测1、【安徽省六安市第一中学2016届高三第九次月考理科综合试题】下列说法正确的是_。(填正确答案标号选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分每错选1个扣3分，最低得分为0分)A、大气中PM2.5的运动是分子的无规则运动B、晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点C、扩散运动和布朗运动的剧烈程度都与温度有关D、热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体E、已知阿伏伽德罗常数，气体的摩尔质量和密度，不能估算气体分子的大小【答案】BCE【解析】PM2.5是微小固体颗粒，不是分子，A错误；晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，B正确；扩散运动和布朗运动的剧烈程度都随着温度升高而增加，C正确；热量能够自发的从高温物体传到低温物体，但从低温物体传到高温物体需要外界做功，D错误；由于其他分子不是紧密排列的，所以不能估算气体分子的大小，E正确；【名师点睛】布朗运动是悬浮在液体中的固体微粒的运动；布朗运动和扩散现象都是分子的物质热运动的反映；晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点2、【辽宁省沈阳市东北育才学校2016届高三第八次模拟考试理科综合试题】下列说法正确的是_。(填正确答案标号选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分每错选1个扣3分，最低得分为0分)A在绕地球飞行的宇宙飞船中，自由飘浮的水滴呈球形，这是表面张力作用的结果B当分子间距离增大时，分子间作用力减小，分子势能增大C液晶显示屏是应用液晶的光学各向异性的特点制成的D热量能够自发地从高温物体传到低温物体，也能自发地从低温物体传到高温物体E自然界发生的一切过程能量都守恒，符合热力学第二定律的宏观过程都能自然发生【答案】ACE【解析】【名师点睛】此题考查的是热学中的几个知识点和分子力随分子距离的变化关系。要知道随分子距离的增加，分子间的斥力和引力均减小，但是斥力减小的快，引力减小的慢；当rr0时分子力的合力表现为引力，当间距大于分子直径的10倍以上时，分子力为零。3、【宁夏银川市第二中学2016届高三模拟考试（三）理科综合试题】下列说法正确的是_。(填正确答案标号选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分每错选1个扣3分，最低得分为0分)A、对于一定质量的理想气体，体积不变时，温度越高，气体的压强就越大B、在毛细现象中，毛细管中的液面有的升高，有的降低，这与液体的种类和毛细管的材质有关C、布朗运动就是液体分子的热运动D、水中所含的分子数目和地球上的人口总数差不多E、做功和热传递在改变物体内能上是等效的【答案】ABE【解析】【名师点睛】本题考察了理想气体状态方程、分子力、毛细现象、布朗运动、热力学第一定律，阿伏伽德罗常数等，知识点多，难度不大，关键是记住基础知识。4、【内蒙古赤峰二中2016届高三第四次模拟考试理科综合试题】下列说法正确的是_。(填正确答案标号选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分每错选1个扣3分，最低得分为0分)A、气体对容器壁有压强是气体分子对容器壁频繁碰撞的结果B、足球充足气后很难压缩，是因为足球内气体分子间斥力作用的结果C、一定质量的理想气体等压膨胀过程总气体一定从外界吸收热量D、自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的E、饱和汽压与分子密度有关，与温度无关【答案】ACD【解析】气体对容器壁的压强是气体分子对容器壁频繁碰撞的结果，故A正确；足球充足气后很难压缩是由于足球内外的压强差的原因，与气体的分子之间的作用力无关，故B错误；根据理想气体的状态方程，可知，一定质量的理想气体等压膨胀过程中气体的温度升高，内能增大，所以一定从外界吸收热量，故C正确；根据热力学第二定律，自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的，故D正确；饱和汽压与温度有关，且随着温度的升高而增大，故E错误。【名师点睛】该题考查理想气体的状态方程、温度的微观意义、热力学第一定律以及热力学第二定律等，掌握温度是分子平均动能的标志，会利用热力学第一定律分析内能变化，知道热量传递具有方向性。5、【福建省厦门市2016届高三第二次质量检查理科综合试题】下列说法正确的是_。(填正确答案标号选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分每错选1个扣3分，最低得分为0分)A对于一定质量的理想气体，若气体的压强和体积都发生变化，其内能可能不变B对于密封在容积不变的容器内的理想气体，若气体温度升高，则气体一定从外界吸热C脱脂棉脱脂的目的，在于使它从不能被水浸润变为可以被水浸润，以便吸取药液D悬浮在液体中的微粒越大，在某一瞬间跟它相撞的液体分子数越多，撞击作用的不平衡性就表现得越明显E液体表面存在着张力是因为液体内部分子间的距离大于液体表面层分子间的距离【答案】ABC【解析】【名师点睛】本题考查了布朗运动、扩散现象、晶体与非晶体、蒸发现象、热力学第一定律等，知识点多，难度不大，关键是记住基础知识。6、【安徽省铜陵市第一中学2016届高三5月教学质量检测理科综合试题】下列关于分子运动和热现象的说法正确的是_。(填正确答案标号选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分每错选1个扣3分，最低得分为0分)A、一定量的水变成的水蒸气，其分子之间的势能增加B、气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间存在斥力的缘故C、如果气体分子总是不变，而气体温度升高，气体分子的平均动能增大，因此压强必然增大D、对于一定量的气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸热E、一定量气体的内能等于其所有分子热运动动能和分子之间势能的总和【答案】ADE【解析】一定量的水变成的水蒸汽时，吸收热量，内能增加，由于分子平均动能不变，因此分子势能增加，故A正确；气体分子之间的距离很大分子力近似为零，气体如果失去了容器的约束就会散开，是由于分子杂乱无章运动的结果，故B错误；如果气体分子总数不变而气体温度升高，气体分子的平均动能增大，但是若同时体积增大，则单位时间碰撞到单位面积上的分子数减少，压强不一定增大，故C错误；对于一定量的气体，如果压强不变，体积增大，由气态方程知温度必定升高，内能增大，而气体对外做功，根据热力学第一定律可知一定吸收热量，故D正确；物体的内能指所有分子热运动动能和分子之间势能的总和，故E正确。【名师点睛】理想气体分子间的作用力不计；温度是分子平均动能的标志，根据吸放热情况，分析水和水蒸汽势能的关系；根据热力学第一定律分析气体状态变化时吸放热情况根据气态方程分析气体温度升高时压强如何变化。7、【2016年东北三省四市教研联合体高考模拟试卷（三）理 科 综 合】(5分)下列叙述和热力学定律相关,其中正确的是_。(填正确答案标号选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分每错选1个扣3分，最低得分为0分)A.第一类永动机不可能制成,是因为违背了能量守恒定律B.能量耗散过程中能量不守恒C.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界,违背了热力学第二定律D.能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性E.物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功【答案】 (1) ADE【解析】【名师点睛】本题主要考查了热力学定律，本题关键要记住热力学三大定律，根据三大定律直接判断即可。8、【西藏日喀则地区第一高级中学2016届高三下学期模拟考试（二）理科综合物理试题】下列说法正确的是_。(填正确答案标号选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分每错选1个扣3分，最低得分为0分)A、一定量的气体，体积不变，分子平均碰撞频次随着温度降低而减小B、一定量的气体，气体膨胀，气体分子之间的势能减小C、一定量的干冰，升华成同温度的二氧化碳，其分子之间的势能增加D、物体吸收了热量，其内能一定会增加E、物体从单一热源吸收的热量可以全部用于做功【答案】ACE【解析】一定量的气体，体积不变，温度降低，分子平均动能减少，则分子平均碰撞频次减小，故A正确；一定量的气体，气体膨胀，由于分子间的作用力表现为引力，所以分子力做负功，势能增加，故B错误；一定量的干冰，升华成同温度的二氧化碳，要吸收热量，由于分子动能不变，则其分子之间的势能增加，故C正确；做功和热传递都可以改变物体的内能，物体吸收了热量，其内能不一定增加，还与做功情况有关，故D错误；根据热力学第二定律知，在外界的影响下，物体从单一热源吸收的热量可以全部用于做功，故E正确【名师点睛】温度是分子平均动能的标志分子力表现为引力时分子距离，分子力做正功，分子势能增大物态变化时，根据热力学第二定律分析分子势能的变化在外界的作用下可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功9、【黑龙江省大庆实验中学2016届高三考前得分训练（四）理科综合物理试题】（5分）下列说法正确的是 _。(填正确答案标号选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分每错选1个扣3分，最低得分为0分)A气体的内能是所有分子热运动的动能和分子间的势能之和；B气体的温度变化时，其分子平均动能和分子间势能也随之改变；C功可以全部转化为热，但热量不能全部转化为功；D热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高温物体；E.一定量的气体，在压强不变时，分子每秒对器壁单位面积平均碰撞次数随着温度降低而增加。【答案】ADE【解析】【名师点睛】解决本题关键掌握物体内能的概念，知道温度的微观意义：温度是分子平均动能的标志；能够根据热力学第二定律理解功与热量的关系；气体的压强是由大量分子对器壁的碰撞而产生的，它包含两方面的原因：分子每秒对器壁单位面积平均碰撞次数和每一次的平均撞击力。10、【黑龙江省大庆市第一中学2016届高三第三次模拟考试理科综合试题】（5分）下列说法正确的是_。(填正确答案标号选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分每错选1个扣3分，最低得分为0分)A当分子间距离增大时，分子势能可能增大B已知某物质的摩尔质量为M，密度为，阿伏加德罗常数为NA，则这种物质的分子体积C自然界一切过程能量都是守恒的，符合能量守恒定律的宏观过程都能自然发生D布朗运动并不是分子的运动，但间接证明了分子在永不停息地做无规则运动E一定质量的理想气体，压强不变，体积增大，分子平均动能增加【答案】ADE【解析】分子力随距离的变化关系式先减小后增大，再减小，而分子力做正功分子势能减小，分子力做负功分子势能增加，故当分子间距离增大时，分子势能可能增大，选项A正确若该种物质是固体或液体，物质的摩尔质量为M，密度为，阿伏伽德罗常数为NA，则该种物质的分子体积为，对气体分子该计算方式不成立，故B错误符合能量守恒定律的宏观过程有方向性，故并不能全部自然发生，比如温度低的物体就不能自动给温度高的物体传送热量，故C错误布朗运动并不是分子的运动，是悬浮在液体表面的固体颗粒的无规则运动，但间接证明了分子在永不停息地做无规则运动，选项D正确；由理想气体方程：，可知压强不变，体积增大，则温度升高，可知分子平均动能增大，故E正确故选ADE.【名师点睛】该题考查了3-3中几个重要的知识点，重点掌握B选项中关于气体，液体，固体的分子体积计算的区别，另要掌握好分子力随距离的变化，以及分子力做功与分子势能的变化；都比较简单，主要是加强记忆.11、【2017重庆市高三上学期（一诊）期末测试】(5分)下列说法正确的是_。(填正确答案标号选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分每错选1个扣3分，最低得分为0分)A多数分子直径的数量级是10-10cmB气体的温度升高时，气体的压强不一定增大C在一定的温度下，饱和汽的分子数密度是一定的D晶体都是各向异性的E一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的【答案】BCE【名师点睛】本题考查了内能、热力学第二定律等的知识，难度不大，注意积累要注意的是内能与物质的量、温度、体积三个因素有关12、【2017广东省佛山市第一中学高三上学期第二次段考】关于热现象和热学规律，下列说法正确的是_。(填正确答案标号选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分每错选1个扣3分，最低得分为0分)A只要知道气体的摩尔体积和阿伏伽德罗常数，就可以算出气体分子的体积B气体温度升高，分子的平均动能一定增大C温度一定时，悬浮在液体中的固体颗粒越小，布朗运动越明显D一定温度下，饱和汽的压强是一定的E第二类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律【答案】BCD【名师点睛】本题考查了阿伏加德罗常数、布朗运动、热力学第二定律、饱和蒸汽压强，知识点多，难度不大，关键多看书.13、【2017辽宁省本溪市高级中学、大连育明高级中学、大连二十四中高三联合模拟考试】如图所示，粗细均匀U型细玻璃管竖直放置，各部分水银柱的长度分别为，A端被封空气柱的常见为，BC在水平面上，整个装置处在恒温环境中，外界气压。将玻璃管绕B点在纸面内沿逆时针方向缓慢旋转90至AB管水平，求此时被封空气柱的长度【答案】40cm【解析】设玻璃管的横截面积为S，以cmHg为压强单位开始，将玻璃管绕B点沿逆时针方向缓慢旋转90，假设CD管中