高考物理二、三轮复习总攻略 专题1.1+热学问题（原卷版）

第一部分保分模块前置专题1.1热学问题目录TOC\o"1-3"\h\u【专题知识网络构建】 1【专题高考定位】 1【突破高考题型】 2题型一分子动理论固体和液体 2题型二气体实验定律理想气体状态方程 5题型三热力学定律与气体实验定律的综合 10【专题突破练】 13【专题知识网络构建】【专题高考定位】1．考查重点：分子动理论；固体和液体的性质；应用气体实验定律和理想气体状态方程解决“玻璃管类”和“活塞类”的气体性质分析；气体状态变化的图像问题；受力分析、平衡条件与气体实验定律的综合应用；热力学第一定律和气体实验定律的结合。2．考题形式：选择题、计算题。【突破高考题型】题型一分子动理论固体和液体【核心主干知识回扣】1．估算问题(1)分子总数：N＝nNA＝eq\f(m,M)NA＝eq\f(V,Vmol)NA。特别提醒：对气体而言，V0＝eq\f(V,N)不等于一个气体分子的体积，而是表示一个气体分子占据的空间。(2)两种分子模型：①球体模型：V＝eq\f(4,3)πR3＝eq\f(1,6)πd3(d为球体直径)；②立方体模型：V＝a3。2．分子热运动：分子永不停息地做无规则运动，温度越高，分子的无规则运动越剧烈，即平均速率越大，但某个分子的瞬时速率不一定大。3．晶体与非晶体分类比较晶体非晶体单晶体多晶体外形规则不规则物理性质各向异性各向同性熔点确定不确定原子排列有规则，但多晶体每个晶体间的排列无规则无规则联系晶体与非晶体在一定条件下可以相互转化4.液体表面张力的理解形成原因表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大，分子间的相互作用力表现为引力表面特性表面层分子间作用力使液面产生了表面张力，使液体表面好像一层绷紧的弹性薄膜表面张力的方向和液面相切，垂直于液面上的各条分界线表面张力的效果表面张力使液体表面具有收缩趋势，使液体表面积趋于最小，而在体积相同的条件下，球形的表面积最小【典型例题分析】【例1】(多选)(2022·北京高三二模)关于分子动理论，下列说法中正确的是()A．图甲“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，测得油酸分子大小的数量级为10－10mB．图乙为布朗运动实验的观测记录，图中记录的是某个微粒做布朗运动的速度—时间图线C．图丙为分子力F与分子间距r的关系图，分子间距从r0开始增大时，分子势能变小D．图丁为大量气体分子热运动的速率分布图，曲线②对应的分子平均动能较大【例2】(2022·江苏省高考模拟)据研究发现，新冠病毒感染的肺炎传播途径之一是气溶胶传播。气溶胶是指悬浮在气体介质中的固态或液态颗粒所组成的气态分散系统。这些固态或液态颗粒的大小一般在10－3～103μm之间。已知布朗运动微粒大小通常在10－6m数量级。下列说法正确的是()A．布朗运动是气体介质分子的无规则运动B．在布朗运动中，固态或液态颗粒越小，布朗运动越剧烈C．在布朗运动中，颗粒无规则运动的轨迹就是分子的无规则运动的轨迹D．当固态或液态颗粒很小时，能很长时间都悬浮在气体中，颗粒的运动属于布朗运动，能长时间悬浮是因为气体浮力作用【提炼总结】扩散现象、布朗运动与热运动的比较现象扩散现象布朗运动热运动活动主体分子微小固体颗粒分子区别分子的运动，发生在固体、液体、气体任何两种物质之间比分子大得多的微粒的运动分子的运动，不能通过光学显微镜直接观察到共同点①都是无规则运动；②都随温度的升高而更加激烈联系扩散现象、布朗运动都反映分子做无规则的热运动【例3】(2022·江苏扬州期末)2021年12月9日，在“天宫课堂”中王亚平往水球中注入一个气泡，如图所示，气泡静止在水中，此时()A．气泡受到浮力B．气泡内分子热运动停止C．气泡内气体在界面处对水产生压力D．水与气泡界面处，水分子间作用力表现为斥力【例4】(2022·福建莆田市4月模拟)关于热学知识的理解，下列说法中正确的是()A．单晶体的某些物理性质呈现各向异性B．液体表面张力产生的原因是液体表面层分子间距离比较大，分子力表现为斥力C．雨水没有透过雨伞是因为水和伞的不浸润现象D．在熔化过程中，非晶体要吸收热量，但温度可以保持不变【例5】(多选)下列理解正确的是()A．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B．单晶体具有固定的熔点，多晶体没有固定的熔点C．有的物质在不同条件下能够生成不同晶体，是因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布D．固体可以分为晶体和非晶体两类，晶体、非晶体是绝对的，是不可以相互转化的题型二气体实验定律理想气体状态方程【核心主干知识回扣】1．气体实验定律及状态方程2．气体状态变化的图像问题类别特点举例p－VpV＝CT(其中C为恒量)，即pV之积越大的等温线温度越高，线离原点越远T2＞T1p－eq\f(1,V)p＝CTeq\f(1,V)，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高T2＞T1p－Tp＝eq\f(C,V)T，斜率k＝eq\f(C,V)，即斜率越大，体积越小V2＜V1V－TV＝eq\f(C,p)T，斜率k＝eq\f(C,p)，即斜率越大，压强越小p2＜p13.压强的计算(1)被活塞、汽缸封闭的气体，通常分析活塞或汽缸的受力，应用平衡条件或牛顿第二定律求解，压强单位为Pa。(2)水银柱密封的气体，应用p＝p0＋ph或p＝p0－ph计算压强，压强p的单位为cmHg或mmHg。4．规律的选取(1)若气体质量一定，p、V、T中有一个量不发生变化，则选用对应的气体实验定律列方程求解。(2)若气体质量一定，p、V、T均发生变化，则选用理想气体状态方程列式求解。【例1】(2021·湖南卷，16)小赞同学设计了一个用电子天平测量环境温度的实验装置，如图所示。导热汽缸开口向上并固定在桌面上，用质量m1＝600g、截面积S＝20cm2的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。一轻质直杆中心置于固定支点A上，左端用不可伸长的细绳竖直悬挂活塞，右端用相同细绳竖直悬挂一个质量m2＝1200g的铁块，并将铁块放置到电子天平上。当电子天平示数为600.0g时，测得环境温度T1＝300K。设外界大气压强p0＝1.0×105Pa，重力加速度g＝10m/s2。(1)当电子天平示数为400.0g时，环境温度T2为多少？(2)该装置可测量的最高环境温度Tmax为多少？【总结提炼】气体实验定律的应用思路【例2】(2022·辽宁沈阳质监)2021年11月8日，王亚平身穿我国自主研发的舱外航天服“走出”太空舱，成为我国第一位在太空“漫步”的女性。舱外航天服是密封一定气体的装置，用来提供适合人体生存的气压。王亚平先在节点舱(宇航员出舱前的气闸舱)穿上舱外航天服，航天服密闭气体的体积约为V1＝2L，压强p1＝1.0×105Pa，温度t1＝27℃。她穿好航天服后，需要把节点舱的气压不断降低，以便打开舱门。(1)若节点舱气压降低到能打开舱门时，密闭航天服内气体体积膨胀到V2＝3L，温度变为t2＝－3℃，这时航天服内气体压强p2为多少？(2)为便于舱外活动，宇航员出舱前需要把航天服内的一部分气体缓慢放出，使气压降到p3＝4.0×104Pa。假设释放气体过程中温度不变，体积变为V3＝2.5L，那么航天服需要放出的气体与原来气体的质量比为多少？【提炼总结】一．理想气体状态方程与气体实验定律的关系eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(温度不变：p1V1＝p2V2,（玻意耳定律）,体积不变：\f(p1,T1)＝\f(p2,T2),（查理定律）,压强不变：\f(V1,T1)＝\f(V2,T2),（盖－吕萨克定律）))二．“变质量气体”模型1．充气问题选择原有气体和即将充入的气体作为研究对象，就可把充气过程中气体质量变化问题转化为定质量气体的状态变化问题。2．抽气问题将每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象，质量不变，故抽气过程可以看成是等温膨胀过程。3．灌气问题把大容器中的剩余气体和多个小容器中的气体整体作为研究对象，可将变质量问题转化为定质量问题。4．漏气问题选容器内剩余气体和漏出气体整体作为研究对象，便可使问题变成一定质量气体的状态变化，可用理想气体的状态方程求解。【例3】[2022·河北卷，15(2)]水平放置的气体阻尼器模型截面如图所示，汽缸中间有一固定隔板，将汽缸内一定质量的某种理想气体分为两部分，“H”型连杆活塞的刚性连杆从隔板中央圆孔穿过，连杆与隔板之间密封良好。设汽缸内、外压强均为大气压强p0。活塞面积为S，隔板两侧气体体积均为SL0，各接触面光滑。连杆的截面积忽略不计。现将整个装置缓慢旋转至竖直方向，稳定后，上部气体的体积为原来的eq\f(1,2)，设整个过程温度保持不变，求：(ⅰ)此时上、下部分气体的压强；(ⅱ)“H”型连杆活塞的质量(重力加速度大小为g)。【总结提炼】“汽缸活塞类”模型1．解题的一般思路(1)确定研究对象，研究对象分两类：一类是热学研究对象(一定质量的理想气体)；另一类是力学研究对象(汽缸、活塞或某系统)。(2)分析物理过程，对热学研究对象分析清楚初、末状态及状态变化过程，依据气体实验定律列出方程；对力学研究对象要正确地进行受力分析，依据力学规律列出方程。(3)挖掘题目的隐含条件，如几何关系等，列出辅助方程。(4)多个方程联立求解。对求解的结果注意检验它们的合理性。2．常见类型(1)气体系统处于平衡状态，需要综合应用气体实验定律和物体的平衡条件解题。(2)气体系统处于力学非平衡状态，需要综合应用气体实验定律和牛顿运动定律解题。(3)两个或多个汽缸封闭着几部分气体，并且汽缸之间相互关联的问题，解答时应分别研究各部分气体，找出它们各自遵循的规律，并写出相应的方程，还要写出各部分气体之间压强或体积的关系式，最后联立求解。【例4】(2022·山东日照一模)一定质量的理想气体经历两个不同过程，分别由压强—体积(p－V)图上的两条曲线Ⅰ和Ⅱ表示，如图所示，曲线均为反比例函数曲线的一部分。a、b为曲线Ⅰ上的两点，气体在状态a和b的压强分别为pa、pb，温度分别为Ta、Tb。c、d为曲线Ⅱ上的两点，气体在状态c和d的压强分别为pc、pd，温度分别为Tc、Td。下列关系式正确的是()A.eq\f(Ta,Tb)＝eq\f(1,3) B.eq\f(Ta,Tc)＝eq\f(1,2)C.eq\f(pa,pd)＝eq\f(2,3) D.eq\f(pd,pb)＝eq\f(1,2)题型三热力学定律与气体实验定律的综合【核心主干知识回扣】1．ΔU、W、Q的理解(1)内能变化量ΔU①由气体温度变化分析ΔU。温度升高，内能增加，ΔU>0；温度降低，内能减少，ΔU<0。②由公式ΔU＝Q＋W分析内能变化。(2)做功情况W由体积变化分析气体做功情况。体积膨胀，气体对外界做功，W<0；体积被压缩，外界对气体做功，W>0。(3)气体吸、放热Q一般由公式Q＝ΔU－W分析气体的吸、放热情况，Q>0，吸热；Q<0，放热。2．热力学第二定律的理解：热量可以由低温物体传递到高温物体，也可以从单一热源吸收热量全部转化为功，但会产生其他影响。【例1】(2022·江西上饶六校联考)如图所示，P、Q是两个厚度不计的活塞，可在竖直固定的两端开口的汽缸内无摩擦地滑动，其面积分别为S1＝30cm2、S2＝10cm2，质量分别为M1＝1.5kg、M2＝2.5kg，它们之间用一根长为eq\f(4,3)d的轻质细杆连接，静止时汽缸中气体的温度T1＝600K，活塞P下方气柱(较粗的一段气柱)长为d＝12cm，已知大气压强p0＝1×105Pa，g＝10m/s2，缸内气体可看作理想气体，活塞在移动过程中不漏气。(1)求活塞静止时汽缸内气体的压强；(2)若缸内气体的温度逐渐降为了T2＝300K，已知该过程中缸内气体的内能减小100J，求活塞下移的距离h和气体放出的热量Q。【总结提炼】热力学定律与气体实验定律综合的分析思路【例2】(2022·湖北卷，3)一定质量的理想气体由状态a变为状态c，其过程如p－V图中a→c直线段所示，状态b对应该线段的中点。下列说法正确的是()A．a→b是等温过程B．a→b过程中气体吸热C．a→c过程中状态b的温度最低D．a→c过程中外界对气体做正功【例3】(多选)(2022·福建龙岩市质检)某容器中一定质量的理想气体，从状态A开始发生状态变化，经状态B、C回到状态A，其状态变化的p－V图像如图所示，设A、B、C三个状态对应的温度分别是TA、TB、TC，则()A．TA>TBB．TA＝TCC．从状态A变化到状态B过程气体吸热D．从状态A经状态B、C回到状态A的过程气体先吸热后放热【总结提炼】处理热力学第一定律与气体图像问题的思路(1)根据气体图像的特点判断气体的温度、体积的变化情况，从而判断气体与外界的吸、放热关系及做功关系。(2)在p－V图像中，图线与V轴围成的面积表示气体对外界或外界对气体做的功。(3)结合热力学第一定律判断有关问题。【专题突破练】1．(2022·江苏基地学校联考)北京冬奥会的雪花形主火炬由96块小雪花和6个橄榄枝组成。关于雪花下列说法正确的是()A．一片雪花大约由1000个水分子组成B．雪花融化成的水是液态的晶体C．雪花是水蒸气凝华时形成的晶体D．没有两片雪花是相同的，因此雪花不属于晶体2.(2022·江苏海安市期末)将墨汁滴入水中，逐渐扩散，最终混合均匀，下列关于该现象的解释正确的是()A．墨汁扩散是水的对流形成的B．墨汁扩散时炭粒与水分子发生化学反应C．混合均匀主要是由于炭粒受重力作用D．混合均匀过程中，水分子和炭粒都做无规则运动3.(2022·山东省教科所模拟)中国最早的农学论文《吕氏春秋·任地》论述到：“人耨必以旱，使地肥而土缓”。农谚“锄板底下有水”、“锄头自有三寸泽”。这都是对松土保墒功能的生动总结。关于农业生产中的松土保墒环节蕴含的科学原理，下列说法正确的是()A．松土是把地面的土壤锄松，目的是破坏这些土壤里的毛细管，保存水分B．松土是为了让土壤里的毛细管变得更细，保护土壤里的水分C．松土保墒利用了浸润液体在细管中下降，不浸润液体在细管中上升的科学原理D．松土除了保墒、刈草外，还可促进蒸发、降低地温；“多锄地发暖”这句农谚没有科学道理4.(2022·北京市丰台区模拟)玻璃杯中装入半杯热水后拧紧瓶盖，经过一段时间后发现瓶盖很难拧开。原因是()A．瓶内气体压强变小B．瓶内气体分子热运动的平均动能增加C．瓶内气体速率大的分子所占比例增大D．瓶内气体分子单位时间内撞击瓶盖的次数增加5.(2022·浙江绍兴二模)温室效应是全球变暖的重要原因之一，如图为温室效应的简化图(图中数据单位为W/m2)，它展现了自然界，包括太空、大气与地表(水、陆平均)之间的能量流向与功率以及温室效应。图中X为土地和海洋表面每单位面积转移给大气的热量功率，依据图中的资料，X的数值为()A．452 B．492C．519 D．5866.(2022·天津滨海新区模拟预测)气垫运动鞋表面材质导热良好，防滑耐用，可以在运动过程中起到很好的缓冲作用。使用过程中，气垫内气体被反复压缩、扩张，下列说法正确的是()A．踩下时，气垫内气体压强增大B．踩下时，气垫内气体分子平均动能增大C．踩下后抬起脚时，气垫内气体向外界放热D．踩下后抬起脚时，气体对外做功数值大于气体吸收的热量7.(2022·山东烟台市适应性考试)如图所示，在光滑水平面上，一质量为m的导热活塞将一定质量的理想气体封闭在内壁光滑的圆柱形汽缸中，开始时活塞和汽缸静止，此时气柱长度为l，现使汽缸底部绕一竖直轴由静止开始转动，缓慢增大转动的角速度ω，当汽缸转动的角速度为ω1时，气柱长度为2l，当汽缸转动的角速度为ω2时，气柱长度为3l，若外界大气压不变，则ω1与ω2的比值为()A．3∶2eq\r(2) B．2eq\r(2)∶3C．2∶2 D．3∶28.(2022·天津南开区模拟)新冠肺炎疫情期间，某班级用于消毒的喷壶示意图如图所示。闭合阀门K，向下压压杆A可向瓶内储气室充气，多次充气后按下按柄B打开阀门K，消毒液会自动经导管从喷嘴处喷出。储气室内气体可视为理想气体，充气和喷液过程中温度均保持不变，则下列说法正确的是()A．充气过程中储气室内气体分子数增多且分子运动剧烈程度增加B．喷液过程中，储气室内气体对外界做功并吸收热量C．充气过程中，储气室内气体内能不变D．喷液过程中，储气室内气体分子对器壁单位面积的平均作用力增大9.(2022·山东泰安模拟)如图所示，在竖直放置的导热性能良好的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分理想气体，活塞能无摩擦地滑动，容器的横截面积为S。整个装置放在大气压为p0的室内，稳定时活塞与容器底的距离为h0。现把容器移至大气压仍为p0的室外，活塞缓慢上升d后再次平衡，重力加速度大小为g。若此过程中气体吸收的热量为Q，则密闭气体的内能()A．减少了Q－(mg＋p0S)dB．减少了Q＋(mg＋p0S)dC．增加了Q－(mg＋p0S)dD．增加了Q＋(mg＋p0S)d10.(多选)(2022·湖北武汉市4月质检)一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b→c→a回到初始状态a，其p－V图像如图所示。下列说法正确的是()A．在a→b过程中气体的内能保持不变B．在b→c过程中外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量C．在c→a过程中气体吸收的热量等于b→c过程中气体向外界放出的热量D．在a→b→c→a过程中气体做的功为2p0V011．(多选)(2022·辽宁百师联盟联考)一定质量的理想气体从状态a开始，依次经等容过程①、等压过程②、等容过程③、等压过程④，再回到状态a完成一次循环，其p－V图像如图所示。下列判断正确的是()A．气体在a、c两状态时具有的内能相等B．过程①中释放的热量等于过程③中吸收的热量C．过程①中释放的热量小于过程②中吸收的热量D．过程①④中释放的总热量大于过程②③中吸收的总热量12.(多选)(2022·广东佛山市南海区摸底)如图所示，在乘坐飞机时，密封包装的食品从地面上带到空中时包装袋会发生膨胀现象，在此过程中温度不变，把袋内气体视为理想气体，则以下说法正确的是()A．袋内空气分子的平均距离一定增大B．袋内空气分子的平均动能一定增大C．袋内空气压强一定增大D．袋内空气一定从外界吸收热量13.(多选)(2022·山东日照市模拟)蛟龙号是我国首台自主研制的作业型深海载人潜水器，下潜深度已突破7000m。已知在深度3000m以下，海水温度基本不变。若蛟龙号在执行某次任务时，外部携带一装有氧气(可看作理想气体)的小型汽缸，汽缸及活塞导热性能良好，活塞与汽缸间无摩擦，若蛟龙号从4000m深度下潜到5000m深度的过程中，气体质量不变，则()A．每个氧气分子的动能均不变B．5000m深度时氧气的体积为4000m深度时体积的eq\f(4,5)C．外界对氧气做的功大于氧气放出的热量D．氧气分子单位时间撞击汽缸壁单位面积的次数增加14.(2022·江西南昌一模)如图所示为我国上海某精密器械工程公司的科研人员开发的一种气压型“体积测量仪”的工作原理简化示意图，该测量仪可以测量不规则物体的体积。A(压气筒)和B(测量罐)均为高L、横截面积S的导热汽缸，中间用体积可忽略不计的细管连接，C为质量m、润滑良好且厚度不计的密闭活塞，将缸内的理想气体(氮气)封闭。外界大气压为p0＝eq\f(14mg,S)，环境温度为27℃，此时活塞正好在压气筒A的顶部。现在C活塞上放置一质量5m的重物，活塞缓慢下移，待缸内温度再次和环境温度相等时，测量活塞与缸底的间距为0.55L，求：(1)放上重物之前，缸内气体的压强；(2)不规则物体的体积。15．(2022·河北学业考试)汽缸内由气密性良好的活塞封闭一定质量的某种理想气体，气体的温度和压强自状态A(300K，3×105Pa)经状态B(300K，1×105Pa)变化到状态C(600K，1×105Pa)，这一过程的p－T图像如图所示，已知状态A下汽缸内封闭气体的体积为3.0L。(1)求汽缸内封闭气体在状态B和C下的体积；(2)已知从状态B到状态C过程中，气体内能增加200J，求气体与外界交换的热量。16．(2022·湖北八市3月联考)气压式升降椅内的汽缸内填充了气体，汽缸上下运动来支配椅子升降。如图乙所示为其简易结构示意图，圆柱形汽缸与椅面固定连接，总质量为m＝6kg，横截面积为S＝30cm2的柱状气动杆与底座固定连接。可自由移动的汽缸与气动杆之间封闭一定质量的理想气体，稳定后测得封闭气体柱长度为L＝20cm。设汽缸气密性、导热性能良好，忽略摩擦力。已知大气压强为p0＝1.0×105Pa，室内温度T1＝308