金版教程2025年高考物理复习第15章 核心素养提升

第十五章核心素养提升[科学思维提炼]1．估算法：估测油酸分子大小实验中，将分子看作球体，将油膜看作单分子层，油膜的面积通过带有坐标方格的玻璃板上所画的油膜轮廓内小方格的数量与小方格的面积进行估算。2．转换法(1)通过布朗运动的特点分析分子运动的特点；(2)分子间引力、斥力的存在及特点的举例推理、说明；(3)温度计的设计原理。3．控制变量法：研究分子运动的剧烈程度与温度的关系，研究布朗运动的剧烈程度与微粒大小、液体温度的关系，探究气体等温变化的规律。4．图像法(1)描述分子间作用力与分子间距离的关系；(2)描述分子势能与分子间距离的关系；(3)从分子力图像分析分子势能的变化；(4)从分子势能图像分析分子力的变化；(5)描述分子速率分布的图像；(6)描述气体状态变化过程及规律；(7)晶体微观结构的描述。5．微元累积思维：气体p­V图像与V轴所围的“面积”表示气体所做的功。6．理想模型法(1)理想气体的定义；(2)绝热过程。7．演绎推理：推导理想气体状态方程。8．统计方法：描述分子速率分布的方法。9．等效法(1)焦耳关于功与热量关系的实验探究思路；(2)气体状态变化中变质量问题的分析。10．归纳法：能量守恒定律的发现。11．等价思想：热力学第二定律的不同表述间的关系。[素养提升集训]一、选择题(本题共2小题)1.(2024·广东省部分学校高三上9月联考)健身球是一种新兴、有趣的体育健身器材。如图所示，健身者正在挤压健身球，健身球内的气体视为理想气体且在挤压过程中温度不变，下列说法正确的是()A．健身球内的气体内能不变B．健身球内的气体对外界做正功C．健身球内的气体从外界吸收热量D．健身球内的气体单位时间、单位面积撞击球壁的分子数不变答案A解析健身球内的气体视为理想气体，则内能由温度决定，而温度不变，则健身球内的气体内能不变，即ΔU＝0，健身者正在挤压健身球，即外界对健身球内的气体做正功，W>0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可得Q<0，即健身球内的气体向外界放出热量，故A正确，B、C错误；健身球内气体的温度不变，即所有分子的平均速率不变，而体积变小，则单位体积的分子数变多，可知健身球内的气体单位时间、单位面积撞击球壁的分子数变多，故D错误。2．2020年1月1日TPMS(胎压监测系统)强制安装法规已开始执行。汽车行驶时TPMS显示某一轮胎内的气体温度为27℃，压强为240kPa，已知该轮胎的容积为30L，阿伏加德罗常数为NA＝6.0×1023mol－1，0℃、1atm下1mol任何气体的体积均为22.4L，1atm＝100kPa。则该轮胎内气体的分子数约为()A．1.8×1023 B．1.8×1024C．8.0×1023 D．8.0×1024答案B解析设该轮胎内气体在100kPa、0℃状态下的体积为V0，气体初态：p1＝2.40×105Pa，V1＝30L，T1＝27℃＋273K＝300K，气体末态：p0＝1.00×105Pa，T0＝273K，根据理想气体状态方程有eq\f(p0V0,T0)＝eq\f(p1V1,T1)，代入数据解得V0＝65.52L，则该轮胎内气体分子数为N＝eq\f(V0,22.4L)·NA，代入数据可得N＝1.8×1024个。故A、C、D错误，B正确。二、非选择题(本题共5小题)3．(2019·江苏高考)由于水的表面张力，荷叶上的小水滴总是球形的。在小水滴表面层中，水分子之间的相互作用总体上表现为________(选填“引力”或“斥力”)。分子势能Ep和分子间距离r的关系图象如图所示，能总体上反映小水滴表面层中水分子Ep的是图中________(选填“A”“B”或“C”)的位置。答案引力C解析水滴呈球形，使水滴表面层具有收缩的趋势，因此水滴表面层中，水分子之间的作用力总体上表现为引力；水分子之间，引力和斥力相等时，分子间距离r＝r0，分子势能最小；当分子间表现为引力时，分子间距离r>r0，因此，能总体上反映小水滴表面层中水分子Ep的是图中C的位置。4.(2023·福建高考)一定质量的理想气体经历了A→B→C→D→A的循环过程后回到状态A，其p­V图如图所示。完成一次循环，气体内能________(填“增加”“减少”或“不变”)，气体对外界________(填“做正功”“做负功”或“不做功”)，气体________(填“吸热”“放热”或“不吸热也不放热”)。答案不变做正功吸热解析一定质量的理想气体完成一次循环，回到初始状态，p和V均不变，则由理想气体状态方程知，理想气体的温度不变，而一定质量的理想气体的内能仅由温度决定，所以完成一次循环，气体的内能不变，即ΔU＝0；p­V图像中，图线与V轴所围图形的面积表示气体的做功情况，其中A→B→C过程中气体的体积减小，气体对外界做负功，C→D→A过程中气体的体积增大，气体对外界做正功，且C→D→A过程图线与V轴所围图形的面积大于A→B→C过程图线与V轴所围图形的面积，则完成一次循环，气体对外界做的正功大于气体对外界做的负功，即气体对外界做的总功为正功，则外界对气体做的总功W<0；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＞0，即完成一次循环，气体吸热。5.(2023·广东高考)在驻波声场作用下，水中小气泡周围液体的压强会发生周期性变化，使小气泡周期性膨胀和收缩，气泡内气体可视为质量不变的理想气体，其膨胀和收缩过程可简化为如图所示的p­V图像，气泡内气体先从压强为p0、体积为V0、温度为T0的状态A等温膨胀到体积为5V0、压强为pB的状态B，然后从状态B绝热收缩到体积为V0、压强为1.9p0、温度为TC的状态C，B到C过程中外界对气体做功为W。已知p0、V0、T0和W。求：(1)pB的表达式；(2)TC的表达式；(3)B到C过程，气泡内气体的内能变化了多少？答案(1)pB＝0.2p0(2)TC＝1.9T0(3)W解析(1)气泡内气体从状态A等温膨胀到状态B，由玻意耳定律得p0V0＝pB·5V0解得pB＝0.2p0。(2)气泡内气体从状态B到状态C，由理想气体状态方程得eq\f(pB·5V0,T0)＝eq\f(1.9p0·V0,TC)解得TC＝1.9T0。(3)由题意知B到C是绝热过程，Q＝0，外界对气体做功为W，由热力学第一定律得ΔU＝W＋Q解得气泡内气体的内能变化了ΔU＝W。6.(2023·河北高考)如图，某实验小组为测量一个葫芦的容积，在葫芦开口处竖直插入一根两端开口、内部横截面积为0.1cm2的均匀透明长塑料管，密封好接口，用氮气排空内部气体，并用一小段水柱封闭氮气。外界温度为300K时，气柱长度l为10cm；当外界温度缓慢升高到310K时，气柱长度变为50cm。已知外界大气压恒为1.0×105Pa，水柱长度不计。(1)求温度变化过程中氮气对外界做的功；(2)求葫芦的容积；(3)试估算被封闭氮气分子的个数(保留2位有效数字)。已知1mol氮气在1.0×105Pa、273K状态下的体积约为22.4L，阿伏加德罗常数NA取6.0×1023mol－1。答案(1)0.4J(2)119cm3(3)2.9×1021个解析(1)由于水柱的长度不计，故封闭气体的压强始终等于大气压强。设大气压强为p0，塑料管内部的横截面积为S，末状态气柱的长度为l′，温度变化过程中氮气对外界做的功为W。根据功的定义有W＝p0S(l′－l)代入数据解得W＝0.4J。(2)设葫芦的容积为V0，封闭气体初、末状态的温度分别为T、T′，体积分别为V、V′，根据盖—吕萨克定律有eq\f(V,T)＝eq\f(V′,T′)其中V＝V0＋SlV′＝V0＋Sl′联立以上各式并代入数据，解得V0＝119cm3。(3)已知在p0＝1.0×105Pa、T0＝273K状态下，氮气的摩尔体积为V摩尔＝22.4L/mol，设此状态下被封闭氮气的体积为V氮，物质的量为n，分子个数为N。根据盖—吕萨克定律有eq\f(V,T)＝eq\f(V氮,T0)又n＝eq\f(V氮,V摩尔)N＝nNA联立以上各式并代入数据，解得N＝2.9×1021个。7．(2021·辽宁高考)如图a所示，“系留气球”是一种用缆绳固定于地面、高度可控的氦气球，作为一种长期留空平台，具有广泛用途。图b为某一“系留气球”的简化模型图：主、副气囊通过无漏气、无摩擦的活塞分隔，主气囊内封闭有一定质量的氦气(可视为理想气体)，副气囊与大气连通。轻弹簧右端固定、左端与活塞连接。当气球在地面达到平衡时，活塞与左挡板刚好接触，弹簧处于原长状态。在气球升空过程中，大气压强逐渐减小，弹簧被缓慢压缩。当气球上升至目标高度时，活塞与右挡板刚好接触，氦气体积变为地面时的1.5倍，此时活塞两侧气体压强差为地面大气压强的eq\f(1,6)。已知地面大气压强p0＝1.0×105Pa、温度T0＝300K，弹簧始终处于弹性限度内，活塞厚度忽略不计。(1)设气球升空过程中氦气温度不变，求目标高度处的大气压强p；(2)气球在目标高度处驻留期间，设该处大气压强不变。气球内外温度达到平衡时，弹簧压缩量为左、右挡板间距离的eq\f(4,5)。求气球驻留处的大气温度T。答案(1)5×104Pa(2)266K解析(1)当气球在地面达到平衡时，活塞与左挡板刚好接触，弹簧处于原长状态，则氦气压强p1＝p0，设此时氦气体积为V当气球上升至目标高度时，设氦气压强为p2，由题意知此时氦气体积为1.5V气球升空过程中氦气温度不变，由玻意耳定律得p1V＝p2×1.5V又由题意得p2－p＝eq\f(1,6)p0联立并代入数据解得p＝5×104Pa。(2)设左、