（江苏专用）2020届高考物理一轮复习专题十四热学课件.pptx

专题十四 热学,高考物理 (江苏省专用),A组 自主命题江苏卷题组 考点一 分子动理论 内能,五年高考,1.2019江苏单科,13A(1)(多选)在没有外界影响的情况下,密闭容器内的理想气体静置足够长 时间后,该气体 ( ) A.分子的无规则运动停息下来 B.每个分子的速度大小均相等 C.分子的平均动能保持不变 D.分子的密集程度保持不变,答案 CD 本题考查了分子动理论与学生对分子动理论基本内容的理解能力,体现了运动 与相互作用观念的素养要素。 由分子动理论的基本内容可知,分子永不停息地做无规则运动,选项A错误;在无外界影响下,静 置的理想气体温度不变,因此分子的平均动能不变,但每个分子的速度大小无法确定,选项B错 误,C正确;因静置足够长时间,分子无规则运动在各个位置的概率相等,故分子的密集程度保持 不变,选项D正确。,易错警示 温度不变则分子平均动能不变,分子平均速率保持不变,但每个分子的运动情况无 法确定。,2.2015江苏单科,12A(2)在装有食品的包装袋中充入氮气,可以起到保质作用。某厂家为检测 包装袋的密封性,在包装袋中充满一定量的氮气,然后密封进行加压测试。测试时,对包装袋缓 慢地施加压力。将袋内的氮气视为理想气体,则加压测试过程中,包装袋内壁单位面积上所受 气体分子撞击的作用力 (选填“增大”、“减小”或“不变”),包装袋内氮气的内 能 (选填“增大”、“减小”或“不变”)。,答案 增大 不变,解析 对包装袋缓慢施加压力,袋内气体的温度不变,压强增大。所以包装袋内壁单位面积上 所受气体分子的撞击力增大。理想气体的内能由气体分子的动能决定,而温度是分子平均动 能的标志,所以,温度不变,气体内能不变。,考查点 本题考查考生对气体压强的微观解释、内能与温度关系的理解与应用。属于中等 难度题。,审题技巧 问题题干中的“缓慢”施压,意味着热传递充分。一定质量“理想气体”的内能 完全决定于温度。,3.2012江苏单科,12A(1)(2)(1)下列现象中,能说明液体存在表面张力的有 ( ) A.水黾可以停在水面上 B.叶面上的露珠呈球形 C.滴入水中的红墨水很快散开 D.悬浮在水中的花粉做无规则运动 (2)密闭在钢瓶中的理想气体,温度升高时压强增大。从分子动理论的角度分析,这是由于分子 热运动的 增大了。该气体在温度T1、T2时的分子速率分布图像如题图所示,则T1 (选填“大于”或“小于”)T2。,答案 (1)AB (2)平均动能 小于,解析 (1)水黾停在水面上是由于水的表面张力而受到的支持力与其重力相平衡,A正确。露 珠呈球形的原因是水的表面张力使水在同样体积的情况下呈现表面积最小的形状球形, 故B正确。滴入水中的红墨水很快散开的原因是分子的热运动,属于扩散现象,C错误。悬浮 在水中的花粉所做的无规则运动是布朗运动,形成原因也是分子的热运动,D错误。 (2)温度是分子平均动能大小的标志,温度升高时分子平均动能增大,大速率的分子占总分子数 的比例增大,故T1小于T2。,4.2017江苏单科,12A(2)(3)(2)甲图和乙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:若水温相同, (选填“甲”或“乙”)中炭粒的颗粒较大;若炭粒大小相同, (选填“甲”或“乙”)中水分子的热运动较剧烈。 (3)科学家可以运用无规则运动的规律来研究生物蛋白分子。资料显示,某种蛋白的摩尔质量 为66 kg/mol,其分子可视为半径为310-9 m的球,已知阿伏加德罗常数为6.01023 mol-1。请估算该蛋白的密度。(计算结果保留一位有效数字),答案 (2)甲 乙 (3)见解析,解析 (2)本题考查布朗运动。相同温度的条件下,炭粒较大的其布朗运动的激烈程度较弱,炭 粒在30 s始、末时刻所在位置连线的距离就较短,故甲图中炭粒的颗粒较大;炭粒大小相同时, 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,故乙中水分子的热运动较剧 烈。 (3)摩尔体积V= r3NA或V=(2r)3NA 由密度= ,解得= (或= ) 代入数据得=1103 kg/m3(或=5102 kg/m3,51021103 kg/m3都算对),友情提醒 物体的体积与分子体积的关系 对于固体和液体,可以忽略分子间的空隙,其体积=单个分子的体积分子的个数。对于气体, 上述结论不成立,因为气体分子的间隙较大,不能忽略。,5.2017江苏单科,12A(1)(多选)一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C,其V-T 图像如图所示。下列说法正确的有 ( ) A.AB的过程中,气体对外界做功 B.AB的过程中,气体放出热量 C.BC的过程中,气体压强不变 D.ABC的过程中,气体内能增加,考点二 固体、液体与气体 热力学第一定律,答案 BC 本题考查气体实验定律、V-T图像的理解与应用、热力学第一定律。AB的过 程中,气体体积减小,外界压缩气体做功,故A项错误;温度不变,则气体的内能不变,由热力学第 一定律可知,气体应该放出热量,故B项正确。由V-T图像可知,BC的过程中,气体压强不变,即 C项正确。ABC的过程中,温度先不变后降低,故气体的内能先不变后减少,故D项错误。,知识链接 决定内能的因素 物体的内能取决于分子个数、分子动能、分子势能三个因素。对于一定质量的理想气体,分 子个数一定,分子势能忽略不计,故其内能只取决于温度。,6.2019江苏单科,13A(2)(3)(2)由于水的表面张力,荷叶上的小水滴总是球形的。在小水滴表 面层中,水分子之间的相互作用总体上表现为 (选填“引力”或“斥力”)。分子势 能Ep和分子间距离r的关系图像如图甲所示,能总体上反映小水滴表面层中水分子Ep的是图甲 中 (选填“A”“B”或“C”)的位置。,图甲,图乙,(3)如图乙所示,一定质量理想气体经历AB的等压过程,BC的绝热过程(气体与外界无热量 交换),其中BC过程中内能减少900 J。求ABC过程中气体对外界做的总功。,答案 (1)引力 C (2)1 500 J,解析 (1)本题考查了液体的表面张力,体现了运动和相互作用观念的素养要素。 液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离,则液体表面层分子间作用力表现为分子间 引力。当分子间引力和斥力相等时分子势能最小,而此时分子力表现为引力,分子间距离应大 于最小分子势能对应的距离,故应是图像中C位置。 (2)本题考查了热力学第一定律的应用与学生的综合分析能力和理解能力,体现了科学探究中 的问题和证据的素养要素。 AB过程,W1=-p(VB-VA);BC过程,根据热力学第一定律,W2=U;则气体对外界做的总功W=- (W1+W2),代入数据得W=1 500 J。,易错警示 对分子势能随分子间距离变化的图像与分子间作用力随分子间距离变化的关系 认识不清楚而出现错误。,审题指导 等压做功,W1=pV。 绝热过程中Q=0,故W2=U。,7.2011江苏单科,12A(2)如图所示,内壁光滑的气缸水平放置,一定质量的理想气体被活塞密 封在气缸内,外界大气压强为p0。现对气缸缓慢加热,气体吸收热量Q后,体积由V1增大为V2。 则在此过程中,气体分子平均动能 (选填“增大”、“不变”或“减小”),气体内能 变化了 。,答案 增大 Q-p0(V2-V1),解析 气体等压膨胀,由 =C可知T增大,所以气体分子平均动能增大。由热力学第一定律可 得:U=Q-p0(V2-V1)。,8.(2018江苏单科,12A,12分)(1)如图所示,一支温度计的玻璃泡外包着纱布,纱布的下端浸在水 中。纱布中的水在蒸发时带走热量,使温度计示数低于周围空气温度。当空气温度不变,若一 段时间后发现该温度计示数减小,则 。 A.空气的相对湿度减小 B.空气中水蒸气的压强增大 C.空气中水的饱和汽压减小 D.空气中水的饱和汽压增大 (2)一定量的氧气贮存在密封容器中,在T1和T2温度下其分子速率分布的情况见表。则T1 (选填“大于”“小于”或“等于”)T2。若约10%的氧气从容器中泄漏,泄漏前后容 器内温度均为T1,则在泄漏后的容器中,速率处于400500 m/s区间的氧气分子数占总分子数的 百分比 (选填“大于”“小于”或“等于”)18.6%。,(3)如图所示,一定质量的理想气体在状态A时压强为2.0105 Pa,经历ABCA的过程, 整个过程中对外界放出61.4 J热量。求该气体在AB过程中对外界所做的功。,答案 (1)A (2)大于 等于 (3)138.6 J,解析 (1)本题考查空气中水的饱和汽压和相对湿度。 温度计示数减小,说明纱布中的水蒸发加快,说明空气中水蒸气的实际压强减小,选项B错误;饱 和汽压与温度有关,空气温度不变,空气中的水的饱和汽压不变,选项C、D均错误;由空气的相 对湿度= ,可知相对湿度减小,选项A正确。 (2)本题考查不同温度下分子速率分布规律。 由分子速率分布情况与温度的关系知,当温度升高时,速率大的分子比例较大,由表知T1时大速 率分子占的百分比较大,故T1大于T2。当温度为T1时从表中查得速率在400500 m/s区间的氧 气分子数占总分子数的百分比应等于18.6%。 (3)本题考查V-T图像和热力学第一定律。 整个过程中,外界对气体做功 W=WAB+WCA,且WCA=pA(VC-VA) 由热力学第一定律U=Q+W得WAB=-(Q+WCA) 代入数据得WAB=-138.6 J,即气体对外界做的功为138.6 J。,关联知识 气体状态变化图像与热力学定律综合 气体状态变化图像问题的分析技巧、理想气体内能改变的决定因素、等压变化过程气体做 功W=pV及热力学第一定律的综合应用。,9.(2016江苏单科,12A,12分)(1)在高原地区烧水需要使用高压锅。水烧开后,锅内水面上方充 满饱和汽。停止加热,高压锅在密封状态下缓慢冷却。在冷却过程中,锅内水蒸气的变化情况 为 。 A.压强变小 B.压强不变 C.一直是饱和汽 D.变为未饱和汽 (2)如图1所示,在斯特林循环的p-V图像中,一定质量理想气体从状态A依次经过状态B、C和D 后再回到状态A,整个过程由两个等温和两个等容过程组成。BC的过程中,单位体积中的气 体分子数目 (选填“增大”、“减小”或“不变”)。状态A和状态D的气体分子热 运动速率的统计分布图像如图2所示,则状态A对应的是 (选填“”或“”)。,图1,图2,(3)如图1所示,在AB和DA的过程中,气体放出的热量分别为4 J和20 J。在BC和CD的 过程中,气体吸收的热量分别为20 J和12 J。求气体完成一次循环对外界所做的功。,答案 (1)AC (2)不变 (3)8 J,解析 (1)高压锅在密封状态下,因为冷却过程是缓慢进行的,所以水和水蒸气保持动态平衡, 即水蒸气一直是饱和汽,故C对D错。饱和汽压随温度的降低是减小的,故A对B错。 规律总结 对于密封的液体及其上方空间的饱和蒸汽,若过程变化迅速,液体和蒸汽的动态平 衡被破坏,当最终稳定时,蒸汽总要达到饱和状态。若过程变化缓慢,液体和蒸汽保持动态平 衡,蒸汽总处于饱和状态。,评析 本题考查对饱和汽形成过程的理解和饱和汽压与温度的关系,这是2016年考试说 明中新增加的考点。本题考查内容简单,属于容易题。 (2)BC过程气体体积不变,气体的总分子数也不变,故单位体积内的分子数是不变的。 由 =C可知,TATD,温度越高,分子的平均速率越大,故状态A对应的是。 (3)对全过程应用热力学第一定律:-24 J+32 J+W=0,则W=-8 J,故一次循环中气体对外界做功8 J。,考查点 本题考查水蒸气的饱和汽压、理想气体状态方程的应用、分子热运动速率的统计 分布规律、热力学第一定律等考点,对考生识图、用图的能力有一定要求,属于中等难度题。,10.2015江苏单科,12A(1)(3)(1)对下列几种固体物质的认识,正确的有 ( ) A.食盐熔化过程中,温度保持不变,说明食盐是晶体 B.烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面,熔化的蜂蜡呈椭圆形,说明蜂蜡是晶体 C.天然石英表现为各向异性,是由于该物质的微粒在空间的排列不规则 D.石墨和金刚石的物理性质不同,是由于组成它们的物质微粒排列结构不同 (3)给某包装袋充入氮气后密封,在室温下,袋中气体压强为1个标准大气压、体积为1 L。将其 缓慢压缩到压强为2个标准大气压时,气体的体积变为0.45 L。请通过计算判断该包装袋是否 漏气。,答案 (1)AD (3)漏气,解析 (1)晶体才有固定的熔点,A正确。熔化的蜂蜡呈椭圆形说明云母片导热具有各向异性 的特点,故此现象说明云母片是晶体,B错误;晶体具有各向异性的原因是物质微粒在空间的排 列是规则的,而在不同方向上单位长度内的物质微粒数目不同,引起不同方向上性质不同,故C 错误。石墨的物质微粒在空间上是片层结构,而金刚石的物质微粒在空间上是立体结构,从而 引起二者在硬度、熔点等物理性质上的差异,D正确。 (3)若不漏气,加压后气体的温度不变,设其体积为V1,由理想气体状态方程得p0V0=p1V1 代入数据得V1=0.5 L 因为0.45 L0.5 L,故包装袋漏气。,11.(2014江苏单科,12A,12分)一种海浪发电机的气室如图所示。工作时,活塞随海浪上升或下 降,改变气室中空气的压强,从而驱动进气阀门和出气阀门打开或关闭。气室先后经历吸入、 压缩和排出空气的过程,推动出气口处的装置发电。气室中的空气可视为理想气体。 (1)下列对理想气体的理解,正确的有 ( ) A.理想气体实际上并不存在,只是一种理想模型 B.只要气体压强不是很高就可视为理想气体 C.一定质量的某种理想气体的内能与温度、体积都有关,D.在任何温度、任何压强下,理想气体都遵循气体实验定律 (2)压缩过程中,两个阀门均关闭。若此过程中,气室中的气体与外界无热量交换,内能增加了3. 4104 J,则该气体的分子平均动能 (选填“增大”、“减小”或“不变”),活塞对该 气体所做的功 (选填“大于”、“小于”或“等于”)3.4104 J。 (3)上述过程中,气体刚被压缩时的温度为27 ,体积为0.224 m3,压强为1个标准大气压。已知1 mol气体在1个标准大气压、0 时的体积为22.4 L,阿伏加德罗常数NA=6.021023 mol-1。计算 此时气室中气体的分子数。(计算结果保留一位有效数字),答案 (1)AD (2)增大 等于 (3)51024或61024,解析 (1)理想气体是在忽略了实际气体分子间相互作用力的情况下而抽象出的一种理想化 模型,A正确。实际气体能视为理想气体的条件是温度不太低、压强不太大,B错误。理想气 体分子间无分子力作用,也就无分子势能,故一定质量的理想气体,其内能与体积无关,只取决 于温度,C错误。由理想气体模型的定义可知D正确。 (2)因此过程中气体与外界无热交换,即Q=0,故由U=W+Q知W=U。因理想气体的内能等于 所有分子的分子动能之和,故其内能增大时,分子平均动能一定增大。 (3)设气体在标准状态时的体积为V1,等压过程 = 气体物质的量n= ,且分子数N=nNA 解得N= NA 代入数据得N=51024(或N=61024),考查点 本题考查理想气体、温度和内能、分子动理论的基本观点、阿伏加德罗常数、气 体实验定律、热力学第一定律等知识。属于中等难度题。,错解分析 本题第(3)问得分率不高,主要问题是: 公式不熟悉或直接用27 时气体体积与摩尔体积V0相除,再乘以NA。 未进行单位换算或换算出现错误。 未注意有效数字的要求。 以上种种错误,都是我们要吸取的教训。,12.(2013江苏单科,12A,12分)如图所示,一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D 后再回到状态A。其中AB和CD为等温过程,BC和DA为绝热过程(气体与外界无热量 交换)。这就是著名的“卡诺循环”。 (1)该循环过程中,下列说法正确的是 。 A.AB过程中,外界对气体做功 B.BC过程中,气体分子的平均动能增大 C.CD过程中,单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多 D.DA过程中,气体分子的速率分布曲线不发生变化 (2)该循环过程中,内能减小的过程是 (选填“AB”、“BC”、“CD”或“D,A”)。若气体在AB过程中吸收63 kJ的热量,在CD过程中放出38 kJ的热量,则气体完成 一次循环对外做的功为 kJ。 (3)若该循环过程中的气体为1 mol,气体在A状态时的体积为10 L,在B状态时压强为A状态时的 。求气体在B状态时单位体积内的分子数。(已知阿伏加德罗常数NA=6.01023 mol-1,计算结 果保留一位有效数字),答案 (1)C (2)BC 25 (3)41025 m-3,解析 (1)AB体积增大,气体对外做功,A错误;BC体积增大,气体对外做功,W0,Q=0,U0,T增大,气体分子的速率分布发 生变化,D错误。 (2)由(1)可知,BC过程内能减小。经过一个循环,U=0,所以对外做功W=(63-38) kJ=25 kJ。 (3)等温过程pAVA=pBVB,单位体积内的分子数n= 解得n= (为物质的量) 代入数据得n=41025 m-3,考查点 本题考查温度、内能、理想气体、分子热运动速率的统计分布规律、热力学第一 定律、气体实验定律和阿伏加德罗常数等知识。属于中等难度题。,错解分析 第(3)问得分率不高,主要问题是: “记不住”,将pAVA=pBVB错写成 = 。 “算不对”,计算时粗心大意或数值计算能力差导致结果错误。 “看不到”,对有效数字位数的要求视而不见,导致答案不合要求。 “想不到”,本题要求计算气体在B状态时单位体积内的分子数,但部分考生不知道这一问 题的求解方法。有部分考生求出气体在B状态的体积VB后,再用n= NA或n= NA来计算,脱 离了试题的情景。 “不规范”,有的考生解题过程用连等式表达,造成混乱而出错。 “单位乱”,有的考生最终答案没有单位或者单位不对。 平时学习过程中一定要养成细心、规范的好习惯。,13.2012江苏单科,12A(3)如图所示,一定质量的理想气体从状态A经等压过程到状态B。此过 程中,气体压强p=1.0105 Pa,吸收的热量Q=7.0102 J,求此过程中气体内能的增量。,答案 5.0102 J,解析 等压变化 = 。对外做的功W=p(VB-VA),根据热力学第一定律U=Q-W,解得U=5.0 102 J。,B组 统一命题、省(区、市)卷题组 考点一 分子动理论 内能,1.(2019北京理综,15,6分)下列说法正确的是 ( ) A.温度标志着物体内大量分子热运动的剧烈程度 B.内能是物体中所有分子热运动所具有的动能的总和 C.气体压强仅与气体分子的平均动能有关 D.气体膨胀对外做功且温度降低,分子的平均动能可能不变,答案 A 本题为热学中的基本概念的辨析问题,主要考查考生对物理观念的理解能力,体现 了能量观念、模型建构等核心素养。 温度是分子平均动能的标志,故A项正确;内能是所有分子的分子动能与分子势能的总和,B错 误;气体压强与气体分子的平均动能和分子密集程度有关,故C错误;气体温度降低,则气体分子 的平均动能减小,故D错误。,试题评析 物理观念是物理学科重要的核心素养之一,体现着人们对客观事实的基本认识。 这些认识往往以基本的物理概念呈现,是否牢固掌握这些概念,体现着对物理认识水平的高低, 所以用辨析题目考查这些概念是高考中的常见形式。,2.(2018北京理综,14,6分)关于分子动理论,下列说法正确的是 ( ) A.气体扩散的快慢与温度无关 B.布朗运动是液体分子的无规则运动 C.分子间同时存在着引力和斥力 D.分子间的引力总是随分子间距增大而增大,答案 C 本题考查分子动理论。温度是分子热运动平均动能的标志,温度越高,分子运动越剧烈,气体扩散越快,A错;布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的运动,不是液体分子的运动,B错;分子间同时存在着引力和斥力,且随着分子间距的增大,引力和斥力均减小,故C对、D错。,易错点拨 分子力与分子间距离的关系 分子间同时存在引力与斥力,两力的大小均与分子间距有关,分子力是指这两个力的合力,下图 为斥力f斥、引力f引及分子力f分随分子间距离r的变化关系图线。,3.2018课标,33(1),5分(多选)对于实际的气体,下列说法正确的是 ( ) A.气体的内能包括气体分子的重力势能 B.气体的内能包括气体分子之间相互作用的势能 C.气体的内能包括气体整体运动的动能 D.气体的体积变化时,其内能可能不变 E.气体的内能包括气体分子热运动的动能,答案 BDE 本题考查气体的内能。气体的内能是指所有气体分子的动能和分子间的势能 之和,故A、C项错误。,知识归纳 气体的内能 对于质量一定的气体,所有分子的势能和动能之和等于气体的内能。对于理想气体,分子的势 能可忽略不计。,4.2017课标,33(1),5分(多选)氧气分子在0 和100 温度下单位速率间隔的分子数占总分 子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示。下列说法正确的是 ( ),A.图中两条曲线下面积相等,B.图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形 C.图中实线对应于氧气分子在100 时的情形 D.图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目 E.与0 时相比,100 时氧气分子速率出现在0400 m/s区间内的分子数占总分子数的百分 比较大,答案 ABC 本题考查气体分子速率及分布率。 每条曲线下面积的意义是各种速率的分子总和占总分子数的百分比,故面积为1,A正确、D错 误。气体温度越高,分子无规则运动越剧烈,分子平均动能越大,大速率的分子所占的百分比越 大,故虚线对应的温度较低,B、C皆正确。由图中0400 m/s区间图线下的面积可知0 时出 现在0400 m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大,E错误。,5.2015课标,33(1),5分(多选)关于扩散现象,下列说法正确的是 ( ) A.温度越高,扩散进行得越快 B.扩散现象是不同物质间的一种化学反应 C.扩散现象是由物质分子无规则运动产生的 D.扩散现象在气体、液体和固体中都能发生 E.液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的,答案 ACD 扩散现象是分子无规则热运动的反映,C正确,E错误;温度越高,分子热运动越激 烈,扩散越快,A正确;气体、液体、固体的分子都在不停地进行着热运动,扩散现象在气体、液 体和固体中都能发生,D正确;在扩散现象中,分子本身结构没有发生变化,不属于化学变化,B错 误。,6.2019课标,33(2),10分热等静压设备广泛应用于材料加工中。该设备工作时,先在室温下 把惰性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中,然后炉腔升温,利用高温高气压环境对放 入炉腔中的材料加工处理,改善其性能。一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩 余的容积为0.13 m3,炉腔抽真空后,在室温下用压缩机将10瓶氩气压入到炉腔中。已知每瓶氩 气的容积为3.210-2 m3,使用前瓶中气体压强为1.5107 Pa,使用后瓶中剩余气体压强为2.0106 Pa;室温温度为27 。氩气可视为理想气体。 ()求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强; ()将压入氩气后的炉腔加热到1 227 ,求此时炉腔中气体的压强。,考点二 固体、液体与气体 热力学第一定律,答案 ()3.2107 Pa ()1.6108 Pa,解析 ()设初始时每瓶气体的体积为V0,压强为p0;使用后气瓶中剩余气体的压强为p1。假设 体积为V0、压强为p0的气体压强变为p1时,其体积膨胀为V1。由玻意耳定律 p0V0=p1V1 被压入到炉腔的气体在室温和p1条件下的体积为 V1=V1-V0 设10瓶气体压入完成后炉腔中气体的压强为p2,体积为V2。由玻意耳定律 p2V2=10p1V1 联立式并代入题给数据得 p2=3.2107 Pa ()设加热前炉腔的温度为T0,加热后炉腔温度为T1,气体压强为p3。由查理定律 = 联立式并代入题给数据得 p3=1.6108 Pa,审题指导 理想气体意味着质量一定时,其内能只与温度有关。,7.2019课标,33,15分(1)如p-V图所示,1、2、3三个点代表某容器中一定量理想气体的三个 不同状态,对应的温度分别是T1、T2、T3。用N1、N2、N3分别表示这三个状态下气体分子在单 位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数,则N1 N2,T1 T3,N2 N3。 (填“大于”“小于”或“等于”) (2)如图,一容器由横截面积分别为2S和S的两个汽缸连通而成,容器平放在水平地面上,汽 缸内壁光滑。整个容器被通过刚性杆连接的两活塞分隔成三部分,分别充有氢气、空气和氮 气。平衡时,氮气的压强和体积分别为p0和V0,氢气的体积为2V0,空气的压强为p。现缓慢地将 中部的空气全部抽出,抽气过程中氢气和氮气的温度保持不变,活塞没有到达两汽缸的连接处, 求,()抽气前氢气的压强; ()抽气后氢气的压强和体积。,答案 (1)大于 等于 大于 (2) (2)() (p0+p) () p0+ p,解析 本题考查气体的状态参量及理想气体状态方程的内容,考查学生对三个气体状态参量 及气体实验定律的理解能力,培养学生物理观念素养的形成,提高学生对实验的认识。 由理想气体状态方程可得 = = ,可知T1=T3T2。由状态1到状态2,气体压强减小, 气体体积相同,温度降低,则气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数减少,N 1N2。对状态2和状态3,压强相同,温度大的次数少,则N3N2。,解题关键 准确理解“压强、温度、体积”三个气体状态参量,能对气体压强进行微观解 释。 (2)本题考查气体的性质,是对学生综合分析能力要求较高的题目,也是对学生科学推理素养的 考查。 ()设抽气前氢气的压强为p10,根据力的平衡条件得 (p10-p)2S=(p0-p)S 得p10= (p0+p) ()设抽气后氢气的压强和体积分别为p1和V1,氮气的压强和体积分别为p2和V2。 根据力的平衡条件有p2S=p12S 由玻意耳定律得 p1V1=p102V0 p2V2=p0V0 由于两活塞用刚性杆连接,故 V1-2V0=2(V0-V2) ,联立式解得 p1= p0+ p V1= ,解题关键 准确写出活塞的平衡方程。准确写出两部分气体的体积变化关系。,8.2019课标,33(2),10分如图,一粗细均匀的细管开口向上竖直放置,管内有一段高度为2.0 cm的水根柱,水银柱下密封了一定量的理想气体,水银柱上表面到管口的距离为2.0 cm。若将 细管倒置,水银柱下表面恰好位于管口处,且无水银滴落,管内气体温度与环境温度相同。已知 大气压强为76 cmHg,环境温度为296 K。 ()求细管的长度; ()若在倒置前,缓慢加热管内被密封的气体,直到水银柱的上表面恰好与管口平齐为止,求此 时密封气体的温度。,答案 ()41 cm ()312 K,解析 本题考查了气体实验定律内容,培养学生的综合分析能力、应用数学知识处理物理问 题的能力,体现了核心素养中的科学推理要素。 ()设细管的长度为L,横截面的面积为S,水银柱高度为h;初始时,设水银柱上表面到管口的距 离为h1,被密封气体的体积为V,压强为p;细管倒置时,气体体积为V1,压强为p1。由玻意耳定律有 pV=p1V1 由力的平衡条件有 p=p0+gh p1=p0-gh 式中,、g分别为水银的密度和重力加速度的大小,p0为大气压强。由题意有 V=S(L-h1-h) V1=S(L-h) 由式和题给条件得 L=41 cm ()设气体被加热前后的温度分别为T0和T,由盖-吕萨克定律有,= 由式和题给数据得 T=312 K,易错警示 (1)研究对象是封闭部分的气体,计算气体压强时应注意气体压强、外部大气压强 还有液柱压强之间的关系。(2)计算气体体积时,2 cm是细管中气体长度的变化量,同时计算细 管中气体长度时不能遗漏液柱长度2 cm。(3)缓慢加热时液柱缓慢移动,可以认为液柱处于平 衡状态。,9.(2018课标,33,15分)(1)如图,一定质量的理想气体从状态a开始,经历过程、 到达状态e。对此气体,下列说法正确的是 (选对1个得2分,选对2个得4分,选对3个得5 分;每选错1个扣3分,最低得分为0分)。 A.过程中气体的压强逐渐减小 B.过程中气体对外界做正功 C.过程中气体从外界吸收了热量 D.状态c、d的内能相等 E.状态d的压强比状态b的压强小 (2)如图,容积为V的气缸由导热材料制成,面积为S的活塞将气缸分成容积相等的上下两部分,气缸上部通过细管与装有某种液体的容器相连,细管上有一阀门K。开始时,K关闭,气缸内上 下两部分气体的压强均为p0。现将K打开,容器内的液体缓慢地流入气缸,当流入的液体体积 为 时,将K关闭,活塞平衡时其下方气体的体积减小了 。不计活塞的质量和体积,外界温度 保持不变,重力加速度大小为g。求流入气缸内液体的质量。,答案 (1)BDE (2),解析 (1)本题考查气体实验定律、理想气体状态方程。 过程是等容升温过程,由 = ,可知压强逐渐增大,A项错误。过程中气体膨胀,故气体 对外界做正功,B项正确。过程为等容降温过程,气体向外放出热量,C项错误。一定质量的 理想气体的内能只与温度有关,而Tc=Td,所以状态c、d的内能相等,D项正确。由理想气体状态 方程 =C得p=C ,由题图可知 ,则pbpd,E项正确。 (2)本题考查气体实验定律、气体压强计算等知识。 设活塞再次平衡后,活塞上方气体的体积为V1,压强为p1;下方气体的体积为V2,压强为p2。在活 塞下移的过程中,活塞上、下方气体的温度均保持不变,由玻意耳定律得 p0 =p1V1 p0 =p2V2 由已知条件得 V1= + - = V ,V2= - = 设活塞上方液体的质量为m,由力的平衡条件得 p2S=p1S+mg 联立以上各式得 m= ,10.2018课标,33(2),10分如图,一竖直放置的气缸上端开口,气缸壁内有卡口a和b,a、b间距 为h,a距缸底的高度为H;活塞只能在a、b间移动,其下方密封有一定质量的理想气体。已知活 塞质量为m,面积为S,厚度可忽略;活塞和气缸壁均绝热,不计它们之间的摩擦。开始时活塞处 于静止状态,上、下方气体压强均为p0,温度均为T0。现用电热丝缓慢加热气缸中的气体,直至 活塞刚好到达b处。求此时气缸内气体的温度以及在此过程中气体对外所做的功。重力加速 度大小为g。,答案 T0 (p0S+mg)h,解析 本题考查气体实验定律等知识。 开始时活塞位于a处,加热后,气缸中的气体先经历等容过程,直至活塞开始运动,设此时气缸中 气体的温度为T1,压强为p1,根据查理定律有 = 根据力的平衡条件有 p1S=p0S+mg 联立式可得 T1= T0 此后,气缸中的气体经历等压过程,直至活塞刚好到达b处,设此时气缸中气体的温度为T2;活塞 位于a处和b处时气体的体积分别为V1和V2。根据盖吕萨克定律有 = 式中 V1=SH ,V2=S(H+h) 联立式解得 T2= T0 从开始加热到活塞到达b处的过程中,气缸中的气体对外做的功为 W=(p0S+mg)h ,审题指导 抓住关键词,挖掘隐含条件。 “缓慢加热”表示活塞始终处于平衡状态,因此才有p1S=p0S+mg。“活塞刚好到达b处”,表示 气体的末状态压强为p1,活塞与b卡口处无弹力作用。“绝热”时气体温度才能逐渐升高,若 “导热良好”,“缓慢加热”时气缸内、外的气体就始终处于热平衡状态。,11.(2018课标,33,15分)(1)如图,一定量的理想气体从状态a变化到状态b,其过程如p-V图中从 a到b的直线所示。在此过程中 。(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。每选错1个扣3分,最低得分为0分) A.气体温度一直降低 B.气体内能一直增加 C.气体一直对外做功 D.气体一直从外界吸热 E.气体吸收的热量一直全部用于对外做功 (2)在两端封闭、粗细均匀的U形细玻璃管内有一段水银柱,水银柱的两端 各封闭有一段空气。当U形管两端竖直朝上时,左、右两边空气柱的长度分 别为l1=18.0 cm和l2=12.0 cm,左边气体的压强为12.0 cmHg。现将U形管缓慢 平放在水平桌面上,没有气体从管的一边通过水银逸入另一边。求U形管平 放时两边空气柱的长度。在整个过程中,气体温度不变。,答案 (1)BCD (2)见解析,解析 (1)本题考查热力学第一定律、理想气体状态方程。对于一定量的理想气体有 =恒 量。从a到b,p逐渐增大,V逐渐增大,所以p与V的乘积pV增大,可知T增大,则气体的内能一直增 加,故A错误、B正确。由于V逐渐增大,可知气体一直对外做功,故C正确。由热力学第一定律 U=Q+W,因U0,W0,即气体一直从外界吸热,且吸收的热量大于对外做的功,故D 正确、E错误。 (2)本题考查气体实验定律。 设U形管两端竖直朝上时,左、右两边气体的压强分别为p1和p2。U形管水平放置时,两边气体 压强相等,设为p,此时原左、右两边气柱长度分别变为l1和l2。 由力的平衡条件有,p1=p2+g(l1-l2) 式中为水银密度,g为重力加速度大小。 由玻意耳定律有 p1l1=pl1 p2l2=pl2 两边气柱长度的变化量大小相等 l1-l1=l2-l2 由式和题给条件得 l1=22.5 cm l2=7.5 cm,知识归纳 热力学常见用语的含义 理想气体温度升高:内能增大。 气体体积增大:气体对外做功。气体体积减小:外界对气体做功。 绝热:没有热交换。,导热性能良好:表示与外界温度相同。 审题指导 液柱移动问题的分析方法,12.2017课标,33(2),10分如图,容积均为V的气缸A、B下端有细管(容积可忽略)连通,阀门K2 位于细管的中部,A、B的顶部各有一阀门K1、K3,B中有一可自由滑动的活塞(质量、体积均可 忽略)。初始时,三个阀门均打开,活塞在B的底部;关闭K2、K3,通过K1给气缸充气,使A中气体的 压强达到大气压p0的3倍后关闭K1。已知室温为27 ,气缸导热。 ()打开K2,求稳定时活塞上方气体的体积和压强; ()接着打开K3,求稳定时活塞的位置; ()再缓慢加热气缸内气体使其温度升高20 ,求此时活塞下方气体的压强。,答案 () 2p0 ()B的顶部 ()1.6p0,解析 本题考查气体实验定律。 ()设打开K2后,稳定时活塞上方气体的压强为p1,体积为V1。依题意,被活塞分开的两部分气 体都经历等温过程。由玻意耳定律得 p0V=p1V1 (3p0)V=p1(2V-V1) 联立式得 V1= p1=2p0 ()打开K3后,由式知,活塞必定上升。设在活塞下方气体与A中气体的体积之和为V2(V22 V)时,活塞下气体压强为p2。由玻意耳定律得 (3p0)V=p2V2 由式得 p2= p0 ,由式知,打开K3后活塞上升直到B的顶部为止;此时p2为p2= p0。 ()设加热后活塞下方气体的压强为p3,气体温度从T1=300 K升高到T2=320 K的等容过程中,由 查理定律得 = 将有关数据代入式得 p3=1.6p0 ,思路点拨 活塞封闭的气体 通过分析活塞的受力,利用平衡条件可获得活塞两侧气体压强之间的关系。注意轻质物体在 任意状态下所受合外力均为0。,13.(2016课标,33,15分)(1)一定量的理想气体从状态a开始,经历等温或等压过程ab、bc、 cd、da回到原状态,其p-T图像如图所示,其中对角线ac的延长线过原点O。下列判断正确的是 。(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。每选错1个扣3分,最 低得分为0分) A.气体在a、c两状态的体积相等 B.气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能 C.在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功 D.在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功 E.在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功 (2)一氧气瓶的容积为0.08 m3,开始时瓶中氧气的压强为20个大气压。某实验室每天消耗1个 大气压的氧气0.36 m3。当氧气瓶中的压强降低到2个大气压时,需重新充气。若氧气的温度保持不变,求这瓶氧气重新充气前可供该实验室使用多少天。,答案 (1)ABE (2)4天,解析 (1)由理想气体状态方程 =C知,p= T,因此气体在a、c两状态的体积相等,故A项正 确;对理想气体而言,内能由温度决定,因TaTc,故气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内 能,选项B正确;过程cd为等温变化,内能不变(U=0),压强变大,体积减小,外界对气体做功(W 0),由热力学第一定律U=W+Q,知Q0,对外做功,W|W |,选项D错误;bc和da过程中温度改变量相同,故体积变化量与压强的乘积相同,由W=Fl=pSl=p V知,选项E正确。 (2)设氧气开始时的压强为p1,体积为V1,压强变为p2(2个大气压)时,体积为V2。根据玻意耳定律得 p1V1=p2V2 重新充气前,用去的氧气在p2压强下的体积为 V3=V2-V1 设用去的氧气在p0(1个大气压)压强下的体积为V0,则有 p2V3=p0V0 ,设实验室每天用去的氧气在p0下的体积为V,则氧气可用的天数为N=V0/V 联立式,并代入数据得 N=4(天) ,C组 教师专用题组 考点一 分子动理论、内能,1.(2016北京理综,20,6分)雾霾天气是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述,是特定气 候条件与人类活动相互作用的结果。雾霾中,各种悬浮颗粒物形状不规则,但可视为密度相 同、直径不同的球体,并用PM10、PM2.5分别表示球体直径小于或等于10 m、2.5 m的颗粒 物(PM是颗粒物的英文缩写)。 某科研机构对北京地区的检测结果表明,在静稳的雾霾天气中,近地面高度百米的范围内,PM1 0的浓度随高度的增加略有减小,大于PM10的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小,且 两种浓度分布基本不随时间变化。 据此材料,以下叙述正确的是 ( ) A.PM10表示直径小于或等于1.010-6 m的悬浮颗粒物 B.PM10受到的空气分子作用力的合力始终大于其所受到的重力 C.PM10和大悬浮颗粒物都在做布朗运动 D.PM2.5的浓度随高度的增加逐渐增大,答案 C PM10的直径小于或等于1010-6 m=1.010-5 m,A错误;处于静稳态的颗粒受力平衡, B错误;布朗运动是悬浮颗粒物的无规则运动,C正确;根据题意不能判断PM2.5的浓度随高度 的增加而增大,D错误。,失分警示 本题易错选D而失分,题目中明确提出“近地面高度百米的范围内,PM10的浓度随 高度的增加略有减小,大于PM10的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小”,并没有明 确PM2.5的浓度随高度的变化情况。,2.2015福建理综,29(1),6分下列有关分子动理论和物质结构的认识,其中正确的是 ( ) A.分子间距离减小时分子势能一定减小 B.温度越高,物体中分子无规则运动越剧烈 C.物体内热运动速率大的分子数占总分子数比例与温度无关 D.非晶体的物理性质各向同性而晶体的物理性质都是各向异性,答案 B 在分子间作用力表现为斥力时,随着分子间距离的减小分子势能增大,选项A错误; 温度越高,物体中分子无规则运动越剧烈,选项B正确;物体内热运动速率大的分子数占总分子 数比例随温度升高而增多,选项C错误;单晶体的物理性质是各向异性,而多晶体则是各向同性 的,选项D错误。,3.(2014北京理综,13,6分)下列说法中正确的是 ( ) A.物体温度降低,其分子热运动的平均动能增大 B.物体温度升高,其分子热运动的平均动能增大 C.物体温度降低,其内能一定增大 D.物体温度不变,其内能一定不变,答案 B 温度是物体分子平均动能的标志,温度升高则其分子平均动能增大,反之,则其分子 平均动能减小,故A错误,B正确。物体的内能是物体内所有分子动能和分子势能的总和,宏观 上取决于物体的温度、体积和质量,故C、D错误。,4.(2015广东理综,17,6分)(多选)图为某实验器材的结构示意图,金属内筒和隔热外筒间封闭了 一定体积的空气,内筒中有水,在水加热升温的过程中,被封闭的空气 ( ),A.内能增大 B.压强增大 C.分子间引力和斥力都减小,D.所有分子运动速率都增大,答案 AB 由于金属内筒导热而隔热外筒绝热,故水升温过程中封闭空气不停地从内筒吸收 热量而不向外放热,且封闭空气的体积不能改变即不做功,故由热力学第一定律可知其内能一 定增大,A正确;由 =C知温度升高时封闭空气的压强一定增大,B正确;气体分子间作用力微 弱,即使考虑分子间作用力,也因气体体积不变,分子间平均距离不变,某两分子间距离变化情 况不能确定,而不能判定分子间作用力变化情况,C错误;温度升高时,分子平均动能增大,但这 并不意味着每个分子的运动速率都增大,D错误。,5.(2017上海单科,12,4分)如图,竖直放置的U形管内装有水银,左端开口,右端封闭一定量的气 体,底部有一阀门。开始时阀门关闭,左管的水银面较高。现打开阀门,流出一些水银后关闭阀 门。当重新平衡时 ( ) A.左管的水银面与右管等高 B.左管的水银面比右管的高 C.左管的水银面比右管的低 D.水银面高度关系无法判断,考点二 固体、液体与气体、热力学第一定律,答案 D 本题考查气体状态参量、气体实验定律。初态时右侧封闭气体的压强pp0,打开阀 门,流出一些水银后关闭阀门,当重新平衡时,因封闭气体的体积变大,由pV=C知压强p减小,因 气体末态压强p有可能大于p0、等于p0或小于p0,故左右两管水银面的高度关系无法判断,选项 D正确。,易错点拨 pV=C的应用 本题易错点是误认为右侧管内气体压强保持不变或始终大于p0。因右侧管内气体封闭,由pV= C可知,当V增大时p减小。,6.2015重庆理综,10(1),6分某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的,且车胎体积增 大。若这段