【步步高】高考物理大二轮专题复习与增分策略 专题九 第1课时 热 学.doc

【步步高】2014高考物理大二轮专题复习与增分策略 专题九 第1课时 热 学专题定位本专题用三课时分别解决选修33、34、35中高频考查问题，高考对本部分内容考查的重点和热点有：选修33：分子大小的估算；对分子动理论内容的理解；物态变化中的能量问题；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；热力学定律的理解和简单计算；用油膜法估测分子大小等内容选修34：波的图象；波长、波速和频率及其相互关系；光的折射及全反射；光的干涉、衍射及双缝干涉实验；简谐运动的规律及振动图象；电磁波的有关性质选修35：动量守恒定律及其应用；原子的能级跃迁；原子核的衰变规律；核反应方程的书写；质量亏损和核能的计算；原子物理部分的物理学史和、三种射线的特点及应用等应考策略选修33内容琐碎、考查点多，复习中应以四块知识(分子动理论、从微观角度分析固体、液体、气体的性质、气体实验定律、热力学定律)为主干，梳理出知识点，进行理解性记忆选修34内容复习时，应加强对基本概念和规律的理解，抓住波的传播和图象、光的折射定律这两条主线，强化训练、提高对典型问题的分析能力选修35涉及的知识点多，而且多是科技前沿的知识，题目新颖，但难度不大，因此应加强对基本概念和规律的理解，抓住动量守恒定律和核反应两条主线，强化典型题目的训练，提高分析综合题目的能力1 分子动理论(1)分子大小阿伏加德罗常数na6.021023 mol1.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时，分子势能最小2 固体和液体(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3 气体实验定律(1)等温变化：pvc或p1v1p2v2；(2)等容变化：c或；(3)等压变化：c或；(4)理想气体状态方程：c或.4 热力学定律(1)物体内能变化的判定：温度变化引起分子平均动能的变化；体积变化，分子间的分子力做功，引起分子势能的变化(2)热力学第一定律公式：uwq；符号规定：外界对系统做功，w0，系统对外界做功，w0，系统向外界放出热量，q0，系统内能减少，up21.2105 pa所以活塞到达卡环处，气体压强为1.5105 pa.题型3热力学基本规律与气体实验定律及热力学第一定律的组合例3(2013山东36)(8分)(1)(3分)下列关于热现象的描述正确的是()a根据热力学定律，热机的效率可以达到100%b做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的c温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同d物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规则的(2) (5分)我国“蛟龙”号深海探测船载人下潜超过七千米，再创载人深潜新纪录在某次深潜实验中，“蛟龙”号探测到990 m深处的海水温度为280 k某同学利用该数据来研究气体状态随海水深度的变化如图5所示，导热良好的气缸内封闭一定质量的气体，不计活塞的质量和摩擦，气缸所处海平面的温度t0300 k，压强p01 atm，封闭气体的体积v03 m3.如果将该气缸下潜至990 m深处，此过程中封闭气体可视为理想气体图5求990 m深处封闭气体的体积(1 atm相当于10 m深的海水产生的压强)下潜过程中封闭气体_(填“吸热”或“放热”)，传递的热量_(填“大于”或“小于”)外界对气体所做的功解析(2)当气缸下潜至990 m深处时，设封闭气体的压强为p，温度为t，体积为v，由题意可知p100 atm(1分)根据理想气体状态方程得(3分)代入数据得v2.8102 m3(1分)答案(1)c(2)2.8102 m3放热大于以题说法对热力学第一定律的考查方式，一种是以选择题的形式单独考查，另一种是以计算题的形式与气体性质结合进行考查解答热力学第一定律的问题要抓好以下两点：(1)注意符号正负的规定若研究对象为气体，对气体做功的正负由气体体积的变化决定气体体积增大，气体对外界做功，w0.(2)注意改变内能的两种方式：做功和热传递不能认为物体吸热(或对物体做功)，物体的内能就一定增加(1)下列说法正确的是_a布朗运动是液体分子的运动，它说明分子永不停息地做无规则运动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液晶既具有液体的流动性，又具有单晶体的光学各向异性的特点d热力学第二定律可以表述为：与热现象有关的自然过程都具有方向性e已知某固体物质的摩尔质量为m，密度为，阿伏加德罗常数为na，则该物质一个分子的体积为v0(2)如图6所示，一内壁光滑且缸壁导热的直立汽缸，用质量为m、横截面积为s的活塞封闭一定质量的理想气体，此时气柱长为l.现将汽缸转过180，经过足够长时间后活塞静止若环境温度保持不变，大气压强为p0，重力加速度为g.求：图6汽缸转过180，活塞静止后气柱的长度；整个过程中气体吸收的热量答案(1)cde(2)l2mgl解析(1)布朗运动是固体小颗粒的运动，是液体分子无规则运动的反映，a错误；分子间距离小于r0时，分子力表现为斥力，距离减小，分子力做负功，分子势能增大；分子间距离大于r0时，分子力表现为引力，距离减小，分子力做正功，分子势能减小，因此分子间距离为r0时，分子势能最小，b错误；液晶既具有液体的流动性又具有单晶体各向异性的特点，c正确；热力学第二定律主要表述了热现象的方向性，d正确；某固体物质的摩尔质量除以密度为摩尔体积，摩尔体积除以阿伏加德罗常数为一个分子的体积，e正确(2)p1p0p2p0由玻意耳定律得p1lsp2ls解得ll等温过程，内能改变量为零qww(p0smg)(ll)解得q2mgl15含气体实验定律与热力学第一定律的综合问题分析技巧审题示例(15分)(1)(6分)下列说法正确的是_a当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的增大而增大b温度高的物体分子平均动能一定大，内能也一定大c气体压强的大小跟气体分子的平均动能、分子的密集程度有关d昆虫可以停在水面上，主要是液体表面张力的作用e热力学第二定律指出：在任何自然的过程中，一个孤立系统的总熵不会减小(2)(9分)如图7所示，两个截面积都为s的圆柱形容器，右边容器高为h，上端封闭，左边容器上端是一个可以在容器内无摩擦滑动的质量为m的活塞两容器由装有阀门的极细管道相连，容器、活塞和细管都是绝热的开始时阀门关闭，左边容器中装有理想气体，平衡时活塞到容器底的距离为h，右边容器内为真空现将阀门缓慢打开，活塞便缓慢下降，直至系统达到新的平衡，此时理想气体的温度增加为原来的1.4倍，已知外界大气压强为p0，重力加速度为g，求此过程中活塞下降的距离和气体内能的增加量图7审题模板答题模板(1)当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随着分子间距离的增大而减小，选项a错误；温度高的物体分子平均动能一定大，但内能还与分子势能有关，所以温度高的物体内能不一定大，选项b错误；根据气体压强的微观解释，选项c正确；根据液体表面张力的特点知，选项d正确；根据热力学第二定律的内容知，选项e正确(2)理想气体发生等压变化设封闭气体压强为p，分析活塞受力有psmgp0s(1分)设气体初态温度为t，活塞下降的高度为x，系统达到新平衡，由盖吕萨克定律 (2分)解得xh(1分)又因系统绝热，即q0(1分)外界对气体做功为wpsx(1分)根据热力学第一定律uqw(2分)所以u(mgp0s)h(1分)答案(1)cde(2)h(mgp0s)h点睛之笔这类综合问题对热力学第一定律的考查有定性判断和定量计算两种方式：(1)定性判断利用题中的条件和符号法则对w、q、u中的其中两个量做出准确的符号判断，然后利用uwq对第三个量做出判断(2)定量计算一般计算等压变化过程的功，即wpv，然后结合其他条件，利用uwq进行相关计算(1)下列说法正确的是()a晶体都具有确定的熔点b布朗运动就是物质分子的无规则运动c一定质量的理想气体压强增大，其分子的平均动能可能减小d气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子间斥力大于引力的缘故(2)(9分)如图8所示，倒悬的导热汽缸中封闭着一定质量的理想气体轻质活塞可无摩擦地上下移动，活塞的横截面积为s，活塞的下面吊着一个重为g的物体，大气压强恒为p0.起初环境的热力学温度为t0时，活塞到汽缸底面的距离为l.当环境温度逐渐升高，导致活塞缓慢下降，该过程中活塞下降了0.1l，汽缸中的气体吸收的热量为q.求：图8汽缸内部气体内能的增量u；最终的环境温度t.答案(1)ac(2)q0.1p0sl0.1lg1.1t0解析(1)晶体的明显特征是有确定的熔点，a正确；布朗运动是固体小颗粒的运动，b错误；根据理想气体状态方程，压强增大，但若压强和体积的乘积减小，温度将降低，其分子的平均动能将减小，c正确；气体分子间距很大，分子间的引力和斥力都很小，之所以散开是因为分子在不停地做无规则运动，d错误(2)密封气体的压强pp0(g/s)密封气体对外做功wps0.1l由热力学第一定律uqw得uq0.1p0sl0.1lg该过程是等压变化，由盖吕萨克定律有解得t1.1t0(限时：40分钟)1 (1)分子甲和分子乙相距较远(此时它们的分子力近似为零)，如果甲固定不动，乙逐渐向甲靠近越过平衡位置直到不能再靠近在整个过程中先是分子力对乙做_功，然后分子力对乙做_功两分子间作用力的大小随距离变化比较快的是_力(2)如图1所示，由两段粗细不同的圆筒组成的容器竖直固定，粗圆筒横截面积是细圆筒的4倍，粗圆筒中有a、b两活塞，其间封闭一定质量的理想气体，被封气柱长l20 cm.活塞a上方储有水银，水银柱高h10 cm，且上端恰好与两圆筒结合处平齐现缓慢向上推动活塞b，使活塞a向上移动5 cm后保持静止，不计活塞与筒壁之间的摩擦(设整个过程中气体的温度不变，大气压强p075 cmhg)求：图1再次静止后，被封气体的压强；活塞b向上移动的距离答案(1)正负斥(2)100 cmhg8 cm解析(1)分子甲固定不动，乙从较远处向甲靠近，分子力首先表现为引力，然后表现为斥力，因此分子力先做正功再做负功，引力和斥力都随分子间距离的减小而增大，但斥力变化得更快(2)根据两圆筒的截面积之比，可判断出进入细圆筒中水银柱高应为h20 cm所以，被封气体的压强为p2p020 cmhg cmhg100 cmhg设再次静止时被封气体长为l2根据玻意耳定律得(p010 cmhg)lsp2l2s利用几何关系可得活塞b移动的距离为h(lh)(l2)代入数据可得h8 cm2 (1)下列说法正确的是()a温度越高，水的饱和汽压越大b气体对外做功，其内能一定减小c热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体d能量耗散说明能量不会凭空产生，但可以凭空消失e单晶体具有规则的几何外形，物理性质具有各向异性(2)如图2所示，一定质量的理想气体，处在a状态时，其温度ta300 k，让该气体状态沿图中线段ab所示缓慢地从状态a变化到状态b，求：图2气体处于状态b时的温度；从a到b的过程中气体的最高温度答案(1)ace(2)300 k400 k解析(1)水的饱和汽压与温度有关，温度越高，饱和汽压越大，a正确；气体的内能是由做功和热传递两个因素决定的，气体的吸、放热情况不知道，故内能变化情况无法确定，b错误；热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体，c正确；能量耗散并不是能量消失了，只是从高品质的能量转化成了低品质的能量，d错误；单晶体具有规则的几何外形，并且物理性质具有各向异性，e正确(2)对a、b两个状态，据理想气体状态方程得解得tb300 k体积为vx时的气体压强可表示为px4vx由理想气体状态方程可得由上式可得，当vx4 l时，tx最大解得tx的最大值为tm400 k3 (1)下列说法正确的是_a布朗运动是液体分子的无规则运动b物体的温度升高时，其分子平均动能增大c分子间距离逐渐增大时，分子势能逐渐减小d分子间距离增大时，分子间的引力、斥力都减小e气体温度每升高1 k所吸收的热量与气体经历的过程有关(2)如图3是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开始时封闭的空气柱长度为22 cm，现用竖直向下的外力f压缩气体，使封闭的空气柱长度为2 cm，人对活塞做功100 j，大气压强为p01105 pa，不计活塞的重力，活塞的横截面积s1 cm2.问：图3若用足够长的时间缓慢压缩，求压缩后气体的压强多大？若以适当的速度压缩气体，向外散失的热量为20 j，则气体的内能增加多少？答案(1)bde(2)1.1106 pa82 j解析(1)布朗运动是固体小颗粒在液体中的运动，选项a错误；温度是分子平均动能的标志，选项b正确；如果分子之间的距离大于r0，那么当分子之间的距离增大时，分子力表现为引力，分子力做负功，分子势能增大，选项c错误；分子引力和分子斥力都随分子间距离的增大而减小，选项d正确；气体温度升高1 k的过程中，若气体的体积减小，可能不用吸收热量，选项e正确(2)设压缩后气体的压强为p，l022 cm，l2 cm，v0l0s，vls，缓慢压缩，气体的温度不变由玻意耳定律得p0v0pv解出p1.1106 pa大气压力对活塞做功w1p0s(l0l)2 j人对活塞做功w2100 j由热力学第一定律uw1w2q又q20 j解得u82 j.4 (1)下列说法正确的是()a外界对气体做功，气体的内能一定增大b热量不可以自发地由低温物体传到高温物体c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d单位面积的气体分子数增加，气体的压强一定增大(2)如图4所示，汽缸a和容器b中装有温度均为27c的不同气体，中间用细管连接，细管容积不计，管中有一绝热活塞，已知汽缸a中气体的体积为1 l，活塞的截面积为50 cm2，现将容器b中的气体升温到127c，汽缸a中的气体温度保持不变，若要使细管中的活塞仍停在原位置，不计摩擦，则：图4a中活塞应向左还是向右移动？移动多少距离？答案(1)bc(2)向右移动5 cm解析(1)由热力学第一定律uwq知，a错误；由热力学第二定律可知，热量不可以自发地由低温物体传到高温物体，b正确；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，如机械能可自发地全部转化为热能，热能不能自发地全部转化为机械能，c正确；单位面积的气体分子数增加，若气体温度降低，气体分子对容器壁的平均撞击力减小，气体压强可能不变或减小，d错误(2)向右移动对b有得pbpbpb对a有pavapava得va且papb，papb解得vava所以移动的距离s5 cm5 (1)如图5所示，纵坐标表示两个分子间引力、斥力的大小，横坐标表示两个分子的距离，图中两条曲线分别表示两分子间引力、斥力的大小随分子间距离的变化关系，e为两曲线的交点，则下列说法正确的是()图5aab为斥力曲线，cd为引力曲线，e点横坐标的数量级为1010 mbab为引力曲线，cd为斥力曲线，e点横坐标数量级为1010 mc若两个分子间距离大于e点的横坐标表示的距离，则分子间作用力表现为斥力d若两个分子间距离越来越大，则分子势能亦越来越大(2)如图6，粗细均匀的弯曲玻璃管a、b两端开口，管内有一段水银柱，右管内气体柱长为39 cm，中管内水银面与管口a之间气体柱长为40 cm.先将管口b封闭，再将左管竖直插入水银槽中，设整个过程温度不变，稳定后右管内水银面比中管内水银面高2 cm，求：图6稳定后右管内的气体压强p；左管a端插入水银槽的深度h.(大气压强p076 cmhg)答案(1)b(2)78 cmhg7 cm解析(1)当分子间距离为r0时，引力和斥力相等，随着分子间距离的增大，两力都要减小，但斥力比引力变化得快分子间距离大于r0时，引力大于斥力，分子力表现为引力；分子间距离小于r0时，引力小于斥力，分子力表现为斥力，因此，cd是斥力曲线，ab是引力曲线，b正确，a、c错误；随着两个分子间距离的增大，分子力先做正功再做负功，分子势能先减小再增大，d错误(2)插入水银槽后右管内气体，由玻意耳定律得p0l0sp(l0h/2)s所以p78 cmhg插入水银槽后左管压强ppgh80 cmhg左管内外水银面高度差h14 cm对中、左管内气体有p0lpll38 cm左管插入水银槽深度hlh/2lh17 cm6 (1)下列说法正确的是_a相同温度下的铁块和铅块的内能相等b10c物体内所有分子热运动的动能都相等c热量可以从低温物体向高温物体传递d对一定质量的气体做功，气体的内能一定增加e气体温度升高，分子的平均动能就增大(2)如图7所示，内径均匀的玻璃管长l100 cm，其中有一段长h15 cm的水银柱把一部分空气封闭在管中当管竖直开口向上时，封闭气柱a的长度la cm.现将管以一端为轴在竖直平面内缓慢转过180至竖直开口向下，之后保持竖直，把开口端向下缓慢插入水银槽中，直至b端气柱长lb25 cm时为止已知大气压强p075 cmhg，整个过程温度保持不变，求此时管内气体a的长度la.图7答案(1)ce(2) cm解析(1)相同温度下，铁块与铅块内的分子平均动能相等，但由于分子势能、分子数目不同，内能不一定相同，a错误；由于分子热运动的无规则性，同一温度时，物体内分子热运动的动能不一定都相等，b错误；借助于外界做功，热量可以从低温物体传向高温物体，c正确；对一定质量的气体做功，同时气体放热，且放出的热量大于外界对气体做的功，则气体内能将减小，d错误；气体的温度升高，则分子的平均动能增大，e正确(2)玻璃管旋转过程有(p0ph)las(p0ph)las解得la50 cm设此时气柱b的长度为lb，则lbllah35 cm插入水银后，由b部分气体状态变化得p0lbspblbs设此时a气体的长度la，则(p0ph)las(pbph)las联立解得la cm7 (1)下列说法正确的是()a如果悬浮在液体中的微粒越大，则在某一瞬间撞击它的液体分子数就越多，布朗运动就越不明显b一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的c海绵和面包非常容易压缩，说明分子之间存在间隙d当两分子之间分子力为零时，说明它们之间一定既没有分子引力，也没有分子斥力(2)如图8甲所示，放置在水平面上的导热良好的汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞质量为5 kg，面积为25 cm2，厚度不计，活塞与汽缸之间的摩擦不计，且密闭良好汽缸全高为25 cm，大气压强为1.0105 pa，当温度为27c时，活塞封闭的气柱高为10 cm，若保持气体温度不变，将汽缸逆时针缓慢旋转至与水平方向成30的状态，如图乙所示g取10 m/s2.图8分析此过程中气体是吸热还是放热，并说明理由若汽缸静止于图乙状态，将外界环境温度缓慢升高，使活塞刚好下移至缸口，求此时的温度答案(1)ab(2)吸热，理由见解析562.5 k解析(1)布朗运动中，悬浮在液体中的微粒越大，则在某一瞬间撞击它的液体分子数就越多，受力越平衡，布朗运动就越不明显，a正确；一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，都有特定的方向性(热量只能自发地从高温物体传递到低温物体；机械能与内能的转化具有方向性，机械能可以全部转化为内能，内能无法全部通过做功转化成机械能)，b正确；海绵与面包中的小孔不是分子间隙，c错误；当两分子之间分子力为零时，可能是分子斥力和分子引力大小相等，d错误(2)对活塞，初状态有mgp0sp1