2021届高考物理二轮十 热学 学生版

专题十热学

命题趋势

本专题在高考中，主要考查：分子动理论的相关内容，涉及分子力、分子力做功、分子势能变化、布朗运

动、扩散现象，考查记忆能力和简单的推导能力；结合汽缸、液柱、热力学图象考查涉及气体作用力的平衡问

题及理想气体状态方程的应用，侧重考查综合分析推理能力；热力学定律与气体实验定律相结合考查物理观

念、科学思维等核心素养。

考点清单

一、分子动理论及热力学定律

1.估算问题

(1)油膜法估算分子直径：d=((v为纯油酸体积，s为单分子油膜面积)。

kJ

(2)分子总数："=〃必=就・必=七心(注：对气体而言，叫七心)。

2.反映分子热运动规律的两个实例

(1)布朗运动：悬浮在液体或气体中的固体小颗粒做无规则、永不停息的运动，与颗粒大小、温度有关。

(2)扩散现象：产生原因是分子永不停息地做无规则运动，与温度有关。

3.对热力学定律的理解

(1)热力学第一定律AU=Q+W,其中W和Q的符号可以这样确定：只要对内能增加有正贡献的就为正

值。

(2)对热力学第二定律的理解：热量可以由低温物体传到高温物体，也可以从单一热源吸收热量全部转化

为功，但这些过程不可能自发进行而不产生其他影响。

二、气体实验定律和理想气体状态方程

-

气

体质量

实

验一定

定

律

及理想

状

态气体

方

程

一

穿精题集训

（70分钟）

0经典训练题

1.（2019•全国卷I[33⑴）某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气

体。初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界。现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界

相同。此时，容器中空气的温度（填“高于""低于''或“等于"）外界温度，容器中空气的密度（填

“大于,，”小于,，或“等于外界空气的密度。

2.（2020.山东学业水平等级考试.T”）中医拔罐的物理原理是利用玻璃罐内外的气压差使罐吸附在人体穴

位上，进而治疗某些疾病。常见拔罐有两种，如图所示，左侧为火罐，下端开口；右侧为抽气拔罐，下端开口，

上端留有抽气阀门。使用火罐时，先加热罐中气体，然后迅速按到皮肤上，自然降温后火罐内部气压低于外部

大气压，使火罐紧紧吸附在皮肤上。抽气拔罐是先把罐体按在皮肤上，再通过抽气降低罐内气体压强。某次使

用火罐时，罐内气体初始压强与外部大气压相同，温度为450K,最终降到300K,因皮肤凸起，内部气体体

积变为罐容积的翁。若换用抽气拔罐，抽气后罐内剩余气体体积变为抽气拔罐容积的翁，罐内气压与火罐降温

后的内部气压相同。罐内气体均可视为理想气体，忽略抽气过程中气体温度的变化。求应抽出气体的质量与抽

气前罐内气体质量的比值。

❷高频易错题

1.下列关于热学中的相关说法正确的是（）

A.液晶既有液体的流动性，又具有单晶体的各向异性

B.燃气由液态变为气态的过程中分子的分子势能增加

C.气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子的平均动能增大，故气体的压强一定增大

D.汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气，可以使它们自发地分离，既清洁了空气，又变

废为宝

E.某种液体的饱和汽压不一定比未饱和汽压大

2.（2020•新课标卷I）分子间作用力F与分子间距r的关系如图所示，/•=，1时，尸=0.分子间势能由r决

定，规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零。若一分子固定于原点O,另一分子从距。点很远处向。点

运动，在两分子间距减小到的过程中，势能（填“减小""不变''或"增大”）；在间距由厂2减小到，】的过

程中，势能（填“减小”“不变”或“增大”）；在间距等于八处，势能（填“大于”“等于”或“小于”）零。

❾精准预测题

1.下列说法中正确的是（）

A.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势能

B.物体温度升高时，速率小的分子数目减少，速率大的分子数目增多

C.一定量100℃的水变成100℃的水蒸气，其分子平均动能增加

D.物体从外界吸收热量，其内能不一定增加

E.液晶的光学性质具有各向异性

2.关于分子动理论、热学规律及气体实验定律，下列说法中正确的是（）

A.温度高的物体内能一定大

B.温度高的物体分子的平均动能一定大

C.减小分子间的距离，分子斥力增大，分子间引力减小

D.无论怎样进行技术革新内燃机不可能把内能全部转化为机械能

E.冰吸热熔化过程水分子间的势能增加

3.以下说法中正确的是（）

A.热现象的微观理论认为，各个分子的运动都是无规则的、带有偶然性的，但大量分子的运动却有一定

的规律

B.从微观角度看，气体压强的大小跟两个因素有关：一个是气体分子的最大速率，一个是分子的数目

C.同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，如金刚石是晶体，石墨是非晶体，但组成它们的

微粒均是碳原子

D.一定温度下，饱和汽的分子数密度是一定的，因而饱和汽的压强也是一定的

E.物体吸收热量同时对外做功，内能可能改变

4.对于分子动理论的理解，下列说法正确的是()

A.只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，就可以算出气体分子的体积

B.温度越高，扩散现象越明显

C.两个分子间的距离变大的过程中，分子间引力变化总是比斥力变化慢

D.当分子间作用力表现为引力时，分子间的距离越大，分子势能越大

E.只要两物体的质量、温度、体积相等，两物体的内能一定相等

5.一定质量的理想气体由状态a等压膨胀到状态6,再等容增压到状态c,然后等温膨胀到状态d,最后

经过一个复杂的过程回到状态其压强p与体积丫的关系如图所示。下列说法正确的是()

A.从。到从每个气体分子的动能都增大

B.从6到c,气体温度升高

C.从c到4,气体内能不变

D.从"到小气体对外界做正功

E.从a经过从c、d,再回到a的过程，外界向气体传递的热量与气体对外界所做的功相等

6.如图所示，圆柱形密闭气缸内有一个很薄且质量不计的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞可在气缸

内做无摩擦滑动。开始时活塞在E处，气缸内气体温度为27℃,气体体积为6.0X10-3m3,在从状态E变化

到状态厂的过程中，气缸内气体吸收的热量0=6.0X102j,温度升高到127°C,外界大气压强po=1.0X105

(1)气缸内气体在状态F的体积；

(2)在从状态E变化到状态F的过程中，气缸内气体内能的增量。

7.为做好新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫情的常态化防控工作，学校组织工作人员每天对校园进行严

格的消毒，如图是喷雾消毒桶的原理图。消毒桶高为H=60cm,横截面积S=0.1a?,打气筒每次可以向消毒

桶内充入压强为po体积为0.015n?的空气。环境温度为7。(3时，向桶内倒入消毒液，关闭加水口后，液面上

方有压强为po、高为/?=22.5cm的空气；已知消毒液的密度〃=1000kg/nr,，大气压强p(,恒为1.0xl()5pa,喷

雾管的喷雾口与喷雾消毒桶顶部等高，忽略喷雾管的体积，将空气看作理想气体，当地的重力加速度为g=10

m/s2o

\三消毒液;二［活塞

扇阀

(1)当环境温度升高至r时，恰好有消毒液从喷雾口溢出，求环境温度不；

(2)环境温度为7。(2时关闭K,用打气筒向喷雾消毒桶内连续充人空气，然后打开K,进行消毒。消毒完

成时，喷雾口刚好不再喷出药液，此时桶内剩余消毒液深度”=10cm；求打气筒的打气次数〃(假设整个过程

中气体温度保持不变)。

8.我们在吹气球时，开始感觉特别困难，但当把气球吹到一定体积后，反而比较轻松。一个探究小组对

此进行了研究，通过充入不同量的某种理想气体，测量了气球内气体的体积V与对应的压强p,得到了如图

(a)所示的p-k图象，其中po为标准大气压。把不同量的上述理想气体分别充入甲、乙两个相同的气球，

此时，甲、乙气球内气体的体积分别为Vq，和U乙，且丫乙＞丫甲＞丫0，甲、乙气球内气体的压强分别为P中和0

乙。现把甲、乙两气球以及一个容积为%的钢瓶用带阀门的三通细管（容积可忽略）连接，如图（b）所示。

初始时，钢瓶内为真空，阀门Ki和K2均为关闭状态。所有过程，气体温度始终保持不变。

⑴打开阀门Ki，甲气球体积将（填“变大”“变小”或“不变”）；

（2）打开阀门Ki和K2,把甲、乙两气球内的所有气体压入钢瓶，求压入后钢瓶内气体的压强。

9.某民航客机在一万米左右高空飞行时，需利用空气压缩机来保持机舱内外气体压之比为4：1。机舱内

有一导热气缸，活塞质量机=2kg、横截面积S=10cm2,活塞与气缸壁之间密封良好且无摩擦。客机在地面

静止时，气缸如图（a）所示竖直放置，平衡时活塞与缸底相距八=8cm；客机在高度/z处匀速飞行时，气缸

如图（b）所示水平放置，平衡时活塞与缸底相距/2=10cm。气缸内气体可视为理想气体，机舱内温度可认为

不变。已知大气压强随高度的变化规律如图（c）所示地面大气压强po=l.Oxl（）5pa,地面重力加速度g=i0m/s2。

（1）判断气缸内气体由图（a）状态到图（b）状态的过程是吸热还是放热，并说明原因;

（2）求高度〃处的大气压强，并根据图（c）估测出此时客机的飞行高度。

10.水银气压计上有细且均匀的玻璃管，玻璃管外标识有压强刻度（1mm刻度对应压强值为1mmHg）。

测量时气压计竖直放置，管内水银柱液面对应刻度即为所测环境大气压强。气压计底部有水银槽，槽内水银体

积远大于管内水银柱体积。若气压计不慎混入气体，压强测量值将与实际环境大气压强值不符。如图所示，混

入的气体被水银密封在玻璃管顶端。当玻璃管竖直放置时，气柱长度为/1=100mm。如果将玻璃管倾斜，水银

柱液面降低的高度为力=20mm,气柱长度为/2=50mm,倾斜过程中水银槽液面高度变化忽略不计。整个过

程中温度保持恒定，气体可近似为理想气体。

⑴已知环境大气压强为po=76OmmHg,求此时竖直放置气压计的压强测量值pi（以mmHg为单位）；

（2）此后由于环境大气压强变化，竖直放置气压计的压强测量值为p2=730mmHg,求此时气柱长度人和环

境大气压强P3（以mmg为单位，保留3位有效数字）.

参考答案

❷经典训练题

1.【答案】低于大于

【解析】容器与活塞绝热性能良好，容器中空气与外界不发生热交换(Q=0),活塞移动的过程中，容器中

空气压强减小，则容器中空气正在膨胀，体积增大，对外界做功，即卬<0。根据热力学第一定律AU=Q+W

可知：容器中空气内能减小，温度降低，容器中空气的温度低于外界温度。根据理想气体状态方程有半=C,

又夕=节,联立解得夕=署。对容器外与容器内质量均为m的气体，因容器中空气压强和容器外空气压强相同，

容器内温度低于外界温度，则容器中空气的密度大于外界空气的密度。

2.【解析】设火罐内气体初始状态参量分别为⑶、/、山，温度降低后状态参量分别为P2、4、匕，罐的

容积为Vo.由题意知：

pi=po、T|=450K、%=%、7^=300K、①

20,

P2-^7Vzo

由理想气体状态方程v得竿一②

/112

代入数据得P2=O.7po③

对于抽气罐，设初态气体状态参量分别为P3、匕，末态气体状态参量分别为P4、匕，罐的容积为匕)，由

题意知：

，

P3=P。、V3=VO>P4=P2④

由玻意耳定律得pWo=P2%⑤

联立③⑤式，代入数据得力=知。⑥

设抽出的气体的体积为△匕由题意知AV=%一第匕)⑦

故应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值为券=竽⑧

联立⑥⑦⑧式，代入数据得等=今

❷高频易错题

1.【答案】ABE

【解析】根据液晶特点和性质可知：液晶既有液体的流动性，又具有单晶体的各向异性，故A正确；燃

气由液态变为气态的过程中要吸收热量，故分子的分子势能增加，选项B正确：若气体温度升高的同时，体积

膨胀，压强可能不变，故C错误；由热力学第二定律可知，能源的能量耗散后品质降低，不可能自发转变成新

能源，且不能自发地分离，选项D错误；液体的饱和汽压与液体的温度有关，随温度的升高而增大，不一定

比未饱和汽压大，选项E正确。

2.【答案】减小减小小于

【解析】从距。点很远处向。点运动，两分子间距减小到〃的过程中，分子间体现引力，引力做正功,

分子势能减小：在八2—八的过程中，分子间仍然体现引力，引力做正功，分子势能减小；在间距等于外之前,

分子势能一直减小，取无穷远处分子间势能为零，则在n处分子势能小于零。

。精准预测题

1.【答案】BDE

【解析】气体如果失去了容器的约束就会散开，是因为分子间距较大，相互的作用力很微弱，而且分子永

不停息地做无规则运动，所以气体分子可以自由扩散，故A错误；温度从微观角度看表示了大量分子无规则

运动的剧烈程度，物体温度升高时，速率小的分子数目减少，速率大的分子数目增多，故B正确；一定量100℃

的水变成100℃的水蒸气，因温度不变则分子平均动能不变，C错误；物体从外界吸收热量，若同时对外做

功，根据热力学第一定律可知其内能不一定增加，故D正确；液晶的光学性质具有各向异性，故E正确。

2.【答案】BDE

【解析】物体内能与物质的质量、温度和体积有关，温度高物体的内能不一定大，A错误；温度是分子平

均动能大小的标志，温度高分子的平均动能大，B正确；减小分子间的距离，分子斥力和分子引力都增大，分

子斥力增加的快，C错误；根据热力学第二定律，内燃机的效率不可能达到100%,内燃机不可能把内能全部

转化为机械能，D正确；冰属于晶体，在熔化过程中吸收热量，内能增加，温度不变，分子的平均动能不变,

因此水分子间的势能增加，E正确。

3.【答案】ADE

【解析】热现象的微观理论认为分子运动满足统计规律，即单个分子的运动都是无规则的、带有偶然性的，

但大量分子的运动却有一定的规律，故A正确；一定量气体压强的大小跟两个因素有关：一个是分子的平均

动能，一个是分子的数密度，故B错误；金刚石是晶体，石墨也是晶体，故C错误；饱和蒸汽压仅仅与温度

有关；一定温度下，饱和汽的分子数密度是一定的，因而饱和汽的压强也是一定的，故D正确；热力学第一

定律AU=W+Q,物体吸收热量同时对外做功，内能可能变化，故E正确。

4.【答案】BCD

【解析】由于气体分子间距很大，知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，不能算出气体分子的体积，A

错误；温度越高，扩散现象越明显，B正确；两个分子间的距离变大的过程中，分子间引力和斥力均减小，引

力变化总是比斥力变化慢，C正确；当分子间作用力表现为引力时，分子间的距离越大，分子势能越大，D正

确；物体内能与物质的量、温度、体积和物态有关，E错误。

5.【答案】BCE

【解析】从。到b,根畔=c可知，压强不变，体积变大，则温度升高，分子平均动能变大，但是并非每个

气体分子的动能都增大，A错误；根吟=C可知，从b到c,体积不变，压强变大，则气体温度升高，B正确;

从c到4气体的温度不变，则气体内能不变，C正确；从d到“，气体体积减小，则外界对气体做正功，D错误；

从。经过氏c、d,再回到a的过程，其中从a到d过程气体对外做功的值等于图线与V轴围成的面积，从d回

到“时外界对气体做功也等于图像与丫轴围成的面积大小，则整个过程中气体对外界做功，而整个过程中内能不

变，则由热力学第一定律可知，外界向气体传递的热量与气体对外界所做的功相等，E正确。

6.【解析】（1）气体做等压变化，则对于封闭气体，初状态：

pi=po、71=300K、Vi=6.0X10-3m3

末状态：P2=po、72=400K

由盖一吕萨克定律得卷考

解得6=8.0X10-3m3。

（2）气体对外界做的功卬=加（匕-H）=2.0X102J

根据热力学第一定律△U=2+W