高考物理大二轮复习 专题十 选考部分 第1讲 热学课件.ppt

第1讲热学 专题十选考部分 3 33 4 高考题型2气体实验定律的应用 高考题型3热学中的综合问题 高考题型1热学基本知识 高考题精选精练 热学基本知识 高考题型1 例1 2017 全国卷 33 1 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1中两条曲线所示 下列说法正确的是 a 图中两条曲线下的面积相等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0 400m s区间内的分子数占总分子数的百分比较大 答案 解析 图1 解析根据图线的物理意义可知 曲线下的面积表示总分子数 所以题图中两条曲线下的面积相等 选项a正确 温度是分子平均动能的标志 且温度越高 速率大的分子所占比例较大 所以图中实线对应于氧气分子平均动能较大的情形 虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形 选项b c正确 根据曲线不能求出任意区间的氧气分子数目 选项d错误 由图线可知100 时的氧气分子速率出现在0 400m s区间内的分子数占总分子数的百分比比0 时的百分比小 选项e错误 1 分子动理论 1 分子大小 阿伏加德罗常数 na 6 02 1023mol 1 分子体积 v0 占有空间的体积 分子质量 m0 油膜法估测分子的直径 d 2 分子热运动的实验基础 扩散现象和布朗运动 扩散现象特点 温度越高 扩散越快 布朗运动特点 液体内固体小颗粒永不停息 无规则的运动 颗粒越小 温度越高 运动越剧烈 3 分子间的相互作用力和分子势能 分子力 分子间引力与斥力的合力 分子间距离增大 引力和斥力均减小 分子间距离减小 引力和斥力均增大 但斥力总比引力变化得快 分子势能 分子力做正功 分子势能减小 分子力做负功 分子势能增大 当分子间距为r0 分子间的距离为r0时 分子间作用力的合力为0 时 分子势能最小 2 固体 液体和气体 1 晶体和非晶体的分子结构不同 表现出的物理性质不同 晶体具有确定的熔点 单晶体表现出各向异性 多晶体和非晶体表现出各向同性 晶体和非晶体在适当的条件下可以相互转化 2 液晶是一种特殊的物质状态 所处的状态介于固态和液态之间 液晶具有流动性 在光学 电学物理性质上表现出各向异性 3 液体的表面张力使液体表面具有收缩到最小的趋势 表面张力的方向跟液面相切 4 饱和汽压的特点液体的饱和汽压与温度有关 温度越高 饱和汽压越大 且饱和汽压与饱和汽的体积无关 5 相对湿度某温度时空气中水蒸气的实际压强与同温度水的饱和汽压的百分比 即b 100 3 热力学定律 1 热力学第一定律 u q w 2 热力学第二定律 热量不能自发地由低温物体传递到高温物体 而不引起其他变化 不可能从单一热源吸收热量并使之完全转化为功 而不引起其他变化 1 2017 山东淄博市模拟 关于热学知识 下列叙述中正确的是 a 温度降低 物体内所有分子运动的速度不一定都变小b 布朗运动就是液体分子的热运动c 将大颗粒的盐磨成细盐 就变成了非晶体d 第二类永动机虽然不违反能量守恒定律 但它是制造不出来的e 在绝热条件下压缩气体 气体的内能一定增加 对点拓展练 答案 1 2 3 4 2 2017 广西南宁市模拟 关于液体和固体 下列说法正确的是 a 液体的温度越低 其饱和汽压越小b 酒精灯中的酒精能沿灯芯向上升 这与毛细现象有关c 纳米材料的粒径一定是1nmd 具有各向同性的固体一定是非晶体e 第一类永动机违反了能量守恒定律 答案 1 2 3 4 3 2017 云南昆明市二统 下列说法中正确的是 a 布朗运动是悬浮在气体或液体中固体颗粒分子的无规则运动b 分子间距离增大时 分子间的引力和斥力都减小c 温度相同的不同物体 它们分子的平均动能一定相同d 在潮湿的天气里 空气的相对湿度小 有利于蒸发e 一定质量的理想气体分别经等容过程和等压过程 温度均由t1升高到t2 等压过程比等容过程吸收的热量多 答案 1 2 3 4 4 2017 全国卷 33 1 如图2 用隔板将一绝热汽缸分成两部分 隔板左侧充有理想气体 隔板右侧与绝热活塞之间是真空 现将隔板抽开 气体会自发扩散至整个汽缸 待气体达到稳定后 缓慢推压活塞 将气体压回到原来的体积 假设整个系统不漏气 下列说法正确的是 a 气体自发扩散前后内能相同b 气体在被压缩的过程中内能增大c 在自发扩散过程中 气体对外界做功d 气体在被压缩的过程中 外界对气体做功e 气体在被压缩的过程中 气体分子的平均动能不变 答案 解析 图2 1 2 3 4 解析因为汽缸 活塞都是绝热的 隔板右侧是真空 所以理想气体在自发扩散的过程中 既不吸热也不放热 也不对外界做功 根据热力学第一定律可知 气体自发扩散前后 内能不变 选项a正确 选项c错误 气体被压缩的过程中 外界对气体做功 气体内能增大 又因为一定质量的理想气体的内能只与温度有关 所以气体温度升高 分子平均动能增大 选项b d正确 选项e错误 1 2 3 4 气体实验定律的应用 高考题型2 例2 2017 全国卷 33 2 如图3 容积均为v的汽缸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给汽缸充气 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 汽缸导热 图3 解析设打开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 答案 打开k2 求稳定时活塞上方气体的体积和压强 解析 解析打开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 v2 2v 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 答案 接着打开k3 求稳定时活塞的位置 解析 答案b的顶部 解析设加热后活塞下方气体的压强为p3 气体温度从t1 300k升高到t2 320k的等容过程中 由查理定律得 将有关数据代入 式得p3 1 6p0 答案 再缓慢加热汽缸内气体使其温度升高20 求此时活塞下方气体的压强 解析 答案1 6p0 1 气体实验定律 1 等温变化 pv c或p1v1 p2v2 2 应用气体实验定律的三个重点环节 1 正确选择研究对象 对于变质量问题要研究质量不变的部分 对于多部分气体问题 要各部分独立研究 各部分之间一般通过压强找联系 2 列出各状态的参量 气体在初 末状态 往往会有两个 或三个 参量发生变化 把这些状态参量罗列出来会比较准确 快速地找到规律 3 认清变化过程 准确分析变化过程以便正确选用气体实验定律 5 2017 安徽合肥市第二次检测 图4为一上粗下细且下端开口的薄壁玻璃管 管内有一段被水银密闭的气体 下管足够长 图中管的截面积分别为s1 2cm2 s2 1cm2 管内水银长度为h1 h2 2cm 封闭气体长度l 10cm 大气压强为p0 76cmhg 气体初始温度为300k 若缓慢升高气体温度 试求 对点拓展练 答案 6 5 解析 图4 1 当粗管内的水银刚被全部挤出时气体的温度 答案350k 解析设全部进入细管水银长度为xv水银 h1s1 h2s2 xs2 6 5 p1 p0 h1 h2 72cmhgp2 p0 x 70cmhg 解得 t2 350k 2 当气体温度为525k时 水银柱上端距玻璃管底部的距离 答案 6 5 解析 答案24cm 解得v3 36cm3设水银又下移了h3 则s1 l h1 s2h3 36cm3 解得h3 12cm 因此水银柱上端距玻璃管底部的距离为h h3 h1 l 24cm 6 2017 云南昆明市二统 内径相同 导热良好的 型细管竖直放置 管的水平部分左 右两端封闭 竖直管足够长并且上端开口与大气相通 管中有水银将管分成三部分 a b两部分封有理想气体 各部分长度如图5所示 将水银缓慢注入竖直管中直到b中气柱长度变为8cm 取大气压p0 76cmhg 设外界温度不变 求 1 此时 a b两管中气柱长度之比 6 5 答案 解析 图5 答案2 1 解析对a气体pa1la1s pa2la2s对b气体 pb1lb1s pb2lb2s且pa1 pb1 pa2 pb2据题意可得 la2 lb2 2 1 6 5 2 注入管中水银柱的长度 6 5 答案 解析 答案30cm 解析据题意 pb1 96cmhg lb1 10cm lb2 8cm可得 pb2 120cmhg由几何关系可得注入水银柱的长度 l 120cm 76cm 20cm la1 la2 lb1 lb2 解得 l 30cm 热学中的综合问题 高考题型3 例3 2017 全国卷 33 2 一热气球体积为v 内部充有温度为ta的热空气 气球外冷空气的温度为tb 已知空气在1个大气压 温度为t0时的密度为 0 该气球内 外的气压始终都为1个大气压 重力加速度大小为g 求该热气球所受浮力的大小 答案 解析 解析设1个大气压下质量为m的空气在温度为t0时的体积为v0 密度为 0 在温度为t时的体积为vt 密度为 t 由盖 吕萨克定律得 联立 式得 t 0 气球所受到的浮力为f tb gv 联立 式得f vg 0 求该热气球内空气所受的重力 答案 解析 解析气球内热空气所受的重力为g ta vg 联立 式得g vg 0 设充气前热气球的质量为m0 求充气后它还能托起的最大质量 答案 解析 解析设该气球还能托起的最大质量为m 由力的平衡条件得mg f g m0g 联立 式得m v 0t0 m0 1 多个系统相互联系的定质量气体问题 往往以压强建立起系统间的关系 各系统独立进行状态分析 要确定每个研究对象的变化性质 分别应用相应的实验定律 并充分应用各研究对象之间的压强 体积 温度等量的有效关联 2 对于打气 放气 等变质量问题要用假想的口袋将打入 或放出 的气体装起来与原有气体 剩余气体 整体分析 变为总质量不变的状态变化问题 7 2017 湖南省十三校第一次联考 如图6所示 一定质量的理想气体从状态a变化到状态b 再从状态b变化到状态c 已知状态a的温度为480k 求 1 气体在状态c时的温度 对点拓展练 答案 8 7 解析 图6 答案160k 解析a c两状态体积相同 故有 所以tc 160k 8 7 2 试着分析从状态a变化到状态b的过程中 气体是从外界吸收热量还是放出热量 答案见解析 解析根据理想气体状态方程 则tb 480k 由此可知 a b两状态温度相同 故a b两状态内能相等 而该过程体积增大 气体对外做功 由热力学第一定律可知 该过程中气体吸收热量 答案 解析 8 2017 陕西西安市二检 如图7所示 在竖直放置的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分气体 活塞与容器壁间能无摩擦滑动 容器的横截面积为s 开始时气体的温度为t0 活塞与容器底的距离为h0 现将整个装置放在大气压恒为p0的空气中 当气体从外界吸 答案 8 7 解析 收热量q后 活塞缓慢上升d后再次平衡 重力加速度为g 求 1 外界空气的温度 图7 解析取密闭气体为研究对象 活塞上升过程为等压变化 由盖 吕萨克定律有 8 7 2 在此过程中密闭气体增加的内能 答案 8 7 解析 答案q mg p0s d 解析活塞上升过程中 密闭气体克服大气压力和活塞的重力做功 所以外界对系统做的功w mg p0s d根据热力学第一定律得密闭气体增加的内能 u q w q mg p0s d 高考题精选精练 题组全国卷真题精选1 2016 全国卷 33 1 关于热力学定律 下列说法正确的是 a 气体吸热后温度一定升高b 对气体做功可以改变其内能c 理想气体等压膨胀过程一定放热d 热量不可能自发地从低温物体传到高温物体e 如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡 那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡 答案 1 2 3 解析 解析气体内能的改变 u q w 故对气体做功可改变气体内能 b选项正确 气体吸热为q 但不确定外界做功w的情况 故不能确定气体温度变化 a选项错误 理想气体等压膨胀 w0 由 u q w 知q 0 气体一定吸热 c选项错误 由热力学第二定律 d选项正确 根据热平衡性质 e选项正确 1 2 3 2 2016 全国卷 33 1 关于气体的内能 下列说法正确的是 a 质量和温度都相同的气体 内能一定相同b 气体温度不变 整体运动速度越大 其内能越大c 气体被压缩时 内能可能不变d 一定量的某种理想气体的内能只与温度有关e 一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中 内能一定增加 答案 解析 1 2 3 解析质量和温度都相同的气体 虽然分子平均动能相同 但是不同的气体 其摩尔质量不同 即分子个数不同 所以分子总动能不一定相同 a错误 宏观运动和微观运动没有关系 所以宏观运动速度大 内能不一定大 b错误 根据 c可知 如果等温压缩 则内能不变 等压膨胀 温度增大 内能一定增大 c e正确 理想气体的分子势能为零 所以理想气体的内能与分子平均动能有关 而分子平均动能和温度有关 d正确 1 2 3 2 一u形玻璃管竖直放置 左端开口 右端封闭 左端上部有一光滑的轻活塞 初始时 管内汞柱及空气柱长度如图8所示 用力向下缓慢推活塞 直至管内两边汞柱高度相等时为止 求此时右侧管内气体的压强和活塞向下移动的距离 已知玻璃管的横截面积 答案 解析 处处相同 在活塞向下移动的过程中 没有发生气体泄漏 大气压强p0 75 0cmhg 环境温度不变 结果保留三位有效数字 图8 答案144cmhg9 42cm 1 2 3 解析设初始时 右管中空气柱的压强为p1 长度为l1 左管中空气柱的压强为p2 p0 长度为l2 活塞被下推h后 右管中空气柱的压强为p1 长度为l1 左管中空气柱的压强为p2 长度为l2 以cmhg为压强单位 由题给条件得 p1 p0 20 0 5 00 cmhg 90cmhgl1 20 0cm l1 20 0 cm 12 5cm 由玻意耳定律得p1l1s p1 l1 s 1 2 3 联立 式和题给