【步步高】（全国通用）高考物理大二轮复习 专题训练八 第1课时 热学.doc

【步步高】（全国通用）2015届高考物理大二轮复习 专题训练八 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第1课时热学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(分子间的距离为r0时，分子间作用的合力为0)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，u0.(3)热力学第二定律热力学第二定律的表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体(按热传递的方向性表述)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(按机械能和内能转化的方向性表述)第二类永动机是不可能制成的两种微观模型(1)球体模型(适用于固体、液体)：一个分子的体积v0()3d3，d为分子的直径(2)立方体模型(适用于气体)：一个分子占据的平均空间v0d3，d为分子间的距离.考向1热学基本规律与微观量计算的组合例1(2014江苏12a)一种海浪发电机的气室如图1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图1(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3.4104j，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”)3.4104j.(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na6.021023mol1.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)解析(1)理想气体是一种理想化模型，温度不太低、压强不太大的实际气体可视为理想气体；只有理想气体才遵循气体的实验定律，选项a、d正确，选项b错误一定质量的理想气体的内能完全由温度决定，与体积无关，选项c错误(2)因为理想气体的内能完全由温度决定，当气体的内能增加时，气体的温度升高，温度是分子平均动能的标志，则气体分子的平均动能增大根据热力学第一定律，uqw，由于q0，所以wu3.4104j.(3)设气体在标准状态时的体积为v1，等压过程为：气体物质的量为：n，且分子数为：nnna解得nna代入数据得n51024个答案(1)ad(2)增大等于(3)51024以题说法解答微观量计算问题时应注意：(1)固体、液体分子可认为紧靠在一起，可看成球体或立方体；气体分子只能按立方体模型计算所占的空间(2)阿伏加德罗常数是联系宏观与微观的桥梁，计算时要注意抓住与其相关的三个量：摩尔质量、摩尔体积和物质的量 (1)1 mol任何气体在标准状况下的体积都是22.4 l试估算温度为0，压强为2个标准大气压时单位体积内气体分子数目为_(结果保留两位有效数字)(2)下列说法正确的是()a液晶具有流动性，光学性质各向异性b气体的压强是由气体分子间斥力产生的c液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，所以液体表面存在表面张力d气球等温膨胀，球内气体一定向外放热答案(1)5.41025 (2)ac解析(1)设0 ，p12 atm，气体的体积v11 m3，在标准状态下，压强p21 atm，气体的体积为v2由p1v1p2v2得：v2 m32 m3设气体的分子个数为n，则nna5.41025个(2)气体压强是由大量气体分子频繁撞击器壁而产生的，b错误；气体等温膨胀说明：w0，u0，由uwq可知，q0，球内气体吸热，d错误考向2热学基本规律与气体实验定律的组合例2(2014新课标33)(1)下列说法正确的是_(填正确答案标号)a悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动b空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果c彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点d高原地区水的沸点较低，这是高原地区温度较低的缘故e干湿泡湿度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度，这是湿泡外纱布中的水蒸发吸热的结果(2)如图2所示，两气缸a、b粗细均匀，等高且内壁光滑，其下部由体积可忽略的细管连通；a的直径是b的2倍，a上端封闭，b上端与大气连通；两气缸除a顶部导热外，其余部分均绝热，两气缸中各有一厚度可忽略的绝热轻活塞a、b，活塞下方充有氮气，活塞a上方充有氧气当大气压为p0、外界和气缸内气体温度均为7且平衡时，活塞a离气缸顶的距离是气缸高度的，活塞b在气缸正中间图2()现通过电阻丝缓慢加热氮气，当活塞b恰好升至顶部时，求氮气的温度；()继续缓慢加热，使活塞a上升，当活塞a上升的距离是气缸高度的时，求氧气的压强解析(1)悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了水分子的无规则热运动，选项a错误；空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果，选项b正确；彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点，选项c正确；高原地区水的沸点较低，是由于高原地区气压低，故水的沸点也较低，选项d错误；干湿泡湿度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度，是由于湿泡外纱布中的水蒸发吸收热量，从而温度会降低的缘故，选项e正确(2)()活塞b升至顶部的过程中，活塞a不动，活塞a、b下方的氮气经历等压变化，设气缸a的容积为v0，a、b两气缸内氮气初态的体积为v1，温度为t1，末态体积为v2，温度为t2，按题意，气缸b的容积为，由题给数据及盖吕萨克定律有：v1v0v0v2v0v0由式及所给的数据可得：t2320 k()活塞b升至顶部后，由于继续缓慢加热，活塞a开始向上移动，直至活塞上升的距离是气缸高度的时，活塞a上方的氧气经历等温变化，设氧气初态的体积为v1，压强为p1，末态体积为v2，压强为p2，由所给数据及玻意耳定律可得v1v0，p1p0，v2v0p1v1p2v2由式可得：p2p0答案(1)bce(2)()320 k()p0以题说法应用气体实验定律的三个重点环节：(1)正确选择研究对象：对于变质量问题要保证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、快速的找到规律(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 (1)下列说法中正确的是_a理想气体温度升高时，分子的平均动能一定增大b一定质量的理想气体，体积减小时，单位体积的分子数增多，气体的压强一定增大c压缩处于绝热容器中的一定质量的理想气体，其内能一定增加d当分子间的相互作用力为引力时，其分子间没有斥力e分子a从远处靠近不动的分子b的过程中，当它们相互作用力为零时，分子a的动能一定最大(2)如图3所示，u形管两臂粗细不等，开口向上，右端封闭的粗管横截面积是开口的细管的三倍，管中装入水银，大气压为76 cmhg.左端开口管中水银面到管口距离为11 cm，且水银面比封闭管内高4 cm，封闭管内空气柱长为11 cm.现在开口端用小活塞封住，并缓慢推动活塞，使两管液面相平，推动过程中两管的气体温度始终不变，试求：图3粗管中气体的最终压强；活塞推动的距离答案(1)ace(2)88 cmhg4.5 cm解析(1)一定质量的理想气体，体积减小时，由于温度变化不确定，则气体的压强不一定增大，故b错误；分子间同时存在引力和斥力，二力同时存在，故d错误故选a、c、e.(2)设左管横截面积为s，则右管横截面积为3s，以右管封闭气体为研究对象初状态p180 cmhg，v1113s33s，两管液面相平时，sh13sh2，h1h24 cm，解得h21 cm，此时右端封闭管内空气柱长l10 cm，v2103s30s气体做等温变化有p1v1p2v2即8033sp230sp288 cmhg.以左管被活塞封闭气体为研究对象p176 cmhg，v111s，p2p288 cmhg气体做等温变化有p1v1p2v2解得v29.5s活塞推动的距离为l11 cm3 cm9.5 cm4.5 cm (1)下列说法中正确的是_a当分子间的距离增大时，分子间的斥力减小，引力增大b一定质量的理想气体对外界做功时，它的内能有可能增加c有些单晶体沿不同方向的光学性质不同d从单一热源吸收热量，使之全部变成功而不产生其他影响是不可能的图4(2)有一导热气缸，气缸内用质量为m的活塞密封一定质量的理想气体，活塞的横截面积为s，大气压强为p0.如图4所示，气缸水平放置时，活塞距离气缸底部的距离为l，现将气缸竖立起来，活塞将缓慢下降，不计活塞与气缸间的摩擦，不计气缸周围环境温度的变化，求活塞静止时活塞到气缸底部的距离答案(1)bcd(2)l解析(2)缸内密闭的气体经历的是等温过程，设气缸竖直放置后，活塞静止时活塞到气缸底部的距离为h.气缸水平放置时，对活塞有：p1sp0s0气缸竖直放置后活塞静止时，对活塞有：p2smgp0s0据玻意耳定律有：p1lsp2hs解得：hl考向3气体实验定律与热力学定律的综合问题分析技巧例3如图5所示，一圆柱形绝热容器竖直放置，通过绝热活塞封闭着摄氏温度为t1的理想气体，活塞的质量为m，横截面积为s，与容器底部相距h1.现通过电热丝给气体加热一段时间，使其温度上升到t2(摄氏温度)，若这段时间内气体吸收的热量为q，已知大气压强为p0，重力加速度为g，求：图5(1)气体的压强；(2)这段时间内活塞上升的距离是多少？(3)这段时间内气体的内能如何变化，变化了多少？解析(1)对活塞受力分析，由平衡条件得pp0(2)设温度为t2时活塞与容器底部相距h2.由盖吕萨克定律得：由此得：h2活塞上升的距离为hh2h1.(3)气体对外做功为wpsh(p0)s(p0smg)由热力学第一定律可知uqwq(p0smg).答案(1)p0(2)(3)q(p0smg)以题说法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做的功，即wpv，然后结合其他条件，利用uwq进行相关计算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.若气体吸热，q0；若气体对外放热，q0. (2014山东36)(1)如图6所示，内壁光滑、导热良好的气缸中用活塞封闭有一定质量的理想气体当环境温度升高时，缸内气体_(双选，填正确答案标号)图6a内能增加b对外做功c压强增大d分子间的引力和斥力都增大(2)一种水下重物打捞方法的工作原理如图7所示将一质量m3103 kg、体积v00.5 m3的重物捆绑在开口朝下的浮筒上向浮筒内充入一定量的气体，开始时筒内液面到水面的距离h140 m，筒内气体体积v11 m3.在拉力作用下浮筒缓慢上升，当筒内液面到水面的距离为h2时，拉力减为零，此时筒内气体体积为v2，随后浮筒和重物自动上浮求v2和h2.(已知大气压强p01105 pa，水的密度1103 kg/m3，重力加速度的大小g10 m/s2.不计水温变化，筒内气体质量不变且可视为理想气体，浮筒质量和筒壁厚度可忽略)图7答案(1)ab(2)2.5 m310 m解析(2)当f0时，由平衡条件得mgg(v0v2)代入数据得v22.5 m3设筒内气体初态、末态的压强分别为p1、p2，由题意得p1p0gh1p2p0gh2在此过程中筒内气体温度和质量不变，由玻意耳定律得p1v1p2v2联立式，代入数据得h210 m(限时：30分钟)题组1热学基本规律与微观量计算的组合1常温水中用氧化钛晶体和铂作电极，在太阳光照射下分解水，可以从两电极上分别获得氢气和氧气已知分解1 mol的水可得到1 mol氢气，1 mol氢气完全燃烧可以放出2.858105 j的能量，阿伏加德罗常数na6.021023 mol1，水的摩尔质量为1.8102 kg/mol.则2 g水分解后得到氢气分子总数为_个；2 g水分解后得到的氢气完全燃烧所放出的能量为_ j(均保留两位有效数字)答案6.710223.2104解析由题意知，2 g氢气分子的物质的量为 mol，故氢分子的总数为6.0210236.71022 个；2 g水分解后得到的氢气完全燃烧所放出的能量q2.858105 j3.2104 j.2(1)下列说法正确的是_a气体扩散现象表明气体分子间存在斥力b对于同一理想气体，温度越高，分子平均动能越大c热量总是自发的从分子平均动能大的物体传递到分子平均动能小的物体d用活塞压缩气缸内的理想气体，对气体做了3.0105 j的功，同时气体向外界放出1.5105 j的热量，则气体内能增加了1.5105 je在阳光照射下，可以观察到教室空气中飞舞的灰尘做无规则运动，灰尘的运动属于布朗运动(2)已知在标准状况下水蒸气的摩尔体积为v，密度为，每个水分子的质量为m，体积为v1，请写出阿伏加德罗常数的表达式na_(用题中的字母表示)已知阿伏加德罗常数na6.01023 mol1，标准状况下水蒸气摩尔体积v22.4 l，现有标准状况下10 l水蒸气，所含的分子数为_答案(1)bcd(2)2.71023题组2热学基本规律与气体实验定律的组合3(1)如图1所示，气缸和活塞与外界均无热交换，中间有一个固定的导热性良好的隔板，封闭着两部分气体a和b，活塞处于静止平衡状态现通过电热丝对气体a加热一段时间，后来活塞达到新的平衡，不计气体分子势能，不计活塞与气缸壁间的摩擦，大气压强保持不变，则下列判断正确的是_图1a气体a吸热，内能增加b气体b吸热，对外做功，内能不变c气体a分子的平均动能增大d气体a和气体b内每个分子的动能都增大e气体b分子单位时间内对器壁单位面积碰撞总次数减少图2(2)如图2所示，在左端封闭右端开口的u形管中用水银柱封一段空气柱l，当空气柱的温度为14时，左臂水银柱的长度h110 cm，右臂水银柱长度h27 cm，空气柱长度l15 cm；将u形管左臂放入100水中且状态稳定时，左臂水银柱的长度变为7 cm.求出当时的大气压强(单位用cmhg)答案(1)ace(2)75.25 cmhg解析(2)对于封闭的空气柱(设大气压强为p0)初态：p1p0h2h1(p03) cmhgv1ls15s(cm3)t1287 k末态：h17 cm，h210 cm，故压强p2p0h2h1(p03) cmhgv2(l3)s18s(cm3)t2373 k由理想气体状态方程得解得大气压强为p075.25 cmhg.4(1)关于一定量的理想气体，下列说法正确的是()a气体分子的体积是指每个气体分子平均所占有的空间体积b只要能增加气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以升高c在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零d气体从外界吸收热量，其内能不一定增加e气体在等压膨胀过程中温度一定升高图3(2)“拔火罐”是一种中医疗法，为了探究“火罐”的“吸力”，某人设计了如图3所示的实验圆柱状气缸(横截面积为s)被固定在铁架台上，轻质活塞通过细线与重物m相连，将一团燃烧的轻质酒精棉球从缸底的开关k处扔到气缸内，酒精棉球熄灭时(设此时缸内温度为t )关闭开关k，此时活塞下的细线刚好拉直且拉力为零，而这时活塞距缸底为l.由于气缸传热良好，重物被吸起，最后重物稳定在距地面处已知环境温度为27不变，与大气压强相当，气缸内的气体可看作理想气体，求t值答案(1)bde(2)127 解析(2)当气缸内温度为t 时，气缸内封闭气体状态：p1p0v1lst1(273t) k当气缸内温度为27 时，气缸内封闭气体状态：p2p0p0v2lst2300 k由理想气体状态方程：t1400 k故t127 5(1)下列判断正确的有_a液晶既具有液体的流动性，又像某些晶体那样具有光学各向异性b气体经等压升温后，内能增大，外界需要对气体做功c当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总随分子间距离的减小而减小d小昆虫能在水面上跑动，是因为水的表面张力的缘故e第二类永动机不能实现，并不是因为违背了能量守恒定律(2)如图4所示，一个密闭的导热气缸里用质量为m、横截面积为s的活塞封闭了a、b两部分气体，此时上下气体体积相等，当把气缸倒置稳定后a、b两部分气体体积比为12，重力加速度为g，求后来b气体的压强图4答案(1)ade(2)解析(2)由初始平衡状态：pasmgpbs由最终平衡状态：pasmgpbs设气缸总容积为v，因为气缸导热，气体做等温变化，有：papapbpb联立上面的方程，得pb6(1)下列说法中正确的是_a凡是具有规则几何形状的物体一定是单晶体，单晶体和多晶体都具有各向异性b液体表面层内分子分布比液体内部稀疏，所以分子间作用力表现为引力c布朗运动是悬浮在液体中的固体分子的运动，它间接说明分子永不停息地做无规则运动d满足能量守恒定律的客观过程并不都是可以自发地进行的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(2)如图5是粗细均匀一端封闭一端开口的u形玻璃管，大气压强p076 cmhg，当两管水银面相平时，左管被封闭气柱长l120 cm、温度t131 ，求：图5当气柱温度t2等于多少时，左管中气柱长为21 cm?保持t1温度不变，为使左管气柱变为19 cm，应在右管加入多长的水银柱？答案(1)bde(2)54.6 6 cm解析(2)当左管气柱变为21 cm时，右管水银面将比左管水银面高2 cm，此时左管气柱压强：p2(762) cmhg78 cmhg研究左管气柱由一定质量理想气体状态方程：其中p1p076 cmhg，v120s，t1(27331) k304 k，v221s，t2(273 t2)k代入数据解得：t254.6 设左管气柱变为19 cm时压强为p3，由题意可知左管气柱做等温变化，根据玻意耳定律：p1v1p3v3得76 cmhg20sp319s解得：p380 cmhg右管加入的水银柱长：h80 cm76 cm(2019)2 cm6 cm题组3气体实验定律与热力学定律的综合问题分析技巧7(2014重庆10)(1)重庆出租车常以天然气作为燃料，加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中，若储气罐内气体体积及质量均不变，则罐内气体(可视为理想气体)()a压强增大，内能减小b吸收热量，内能增大c压强减小，分子平均动能增大d对外做功，分子平均动能减小(2)图6为一种减震垫，上面布满了圆柱状薄膜气泡，每个气泡内充满体积为v0、压强为p0的气体当平板状物品平放在气泡上时，气泡被压缩若气泡内气体可视为理想气体，其温度保持不变当体积压缩到v时气泡与物品接触面的面积为s.求此时每个气泡内气体对接触面处薄膜的压力图6答案(1)b(2)s解析(1)储气罐内气体体积及质量均不变，温度升高，气体从外界吸收热量，分子平均动能增大，内能增大，压强变大因气体体积不变，故外界对气体不做功，只有b正确(2)取气泡内的气体研究，设压缩后气泡内气体压强为p，由玻意耳定律得p0v0pv，则p，故气体对接触面处薄膜的压力fpss.8如图7所示，一个绝热的气缸竖直放置，内有一个绝热且光滑的活塞，中间有一个固定的导热性良好的隔板，隔板将气缸分成两部分，分别密封着两部分理想气体a和b.活塞的质量为m，横截面积为s，与隔板相距h.现通过电热丝缓慢加热气体，当a气体吸收热量q时，活塞上升了h，此时气体的温度为t1.已知大气压强为p0，重力加速度为g.图7(1)加热过程中，若a气体内能增加了e1，求b气体内能增加量e2.(2)现停止对气体加热，同时在活塞上缓慢添加砂粒，当活塞恰好回到原来的位置时a气体的温度为t2.求此时添加砂粒的总质量m.答案(1)q(mgp0s)he1(2)(1)(m)解析(1)b气体对外做功wpsh(p0smg)h由热力学第一定律得e1e2qw解得e2q(mgp0s)he1(2)b气体的初状态p1p0v12hst1b气体末状态p2p0v2hst2由气态方程解得m(1)(m)9(2014河北保定二模)(1)下列说法正确的是_a温度是分子平均动能的标志，物体温度越高，则物体的分子平均动能越大b布朗运动是指在显微镜下观察到的组成悬浮颗粒的固体分子的无规则运动c一定质量的理想气体，若气体的压强和体积都