高考物理二轮复习（全国版） 第1部分 专题6 第14讲　热学

专题六热学近代物理第14讲热学命题规律1.命题角度：(1)分子动理论、固体和液体；(2)气体实验定律和理想气体状态方程；(3)热力学定律与气体实验定律的结合.2.常用方法：分析法，图像法.3.常考题型：选择题、计算题.知识体系热学热学内容索引考点一分子动理论固体和液体考点二气体实验定律理想气体状态方程考点三热力学定律与气体实验定律相结合高考预测专题强化练考点一分子动理论固体和液体1.估算问题(1)分子总数：特别提醒：对气体而言，V0＝

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＝(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.分子间作用力、分子势能与分子间距离的关系(如图)4.气体压强的微观解释5.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6.液体(1)表面张力：使液体表面积收缩到最小.(2)液晶：既具有液体的流动性又具有晶体的光学各向异性.例1

(2022·江苏扬州市期末)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.水在气泡界面处，水分子间作用力表现为斥力√在失重状态下，气泡不会受到浮力，A错误；气泡内分子一直在做无规则的热运动，B错误；由于在失重状态下，气泡内气体在界面处存在压力差，所以对水产生压力，C正确；水在气泡界面处，水分子较为稀疏，水分子间作用力表现为引力，D错误.例2

(多选)(2022·广东中山市期末)下列说法正确的是A.温度升高，分子热运动的平均动能一定增大，但并非所有分子的速率

都增大B.无论什么物质，只要它们的物质的量相同就含有相同的分子个数C.有些晶体在一定的条件下可以转化为非晶体D.液体表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离小√√√分子平均动能描述的是大量分子的整体表现，温度升高，分子热运动的平均动能一定增大，但并非所有分子的速率都增大，A正确；无论什么物质，只要它们的物质的量相同就含有相同的分子个数，B正确；有些晶体在一定的条件下可以转化为非晶体，C正确；液体表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大，从而使表面层液体分子之间表现为引力，使液体表面有收缩的趋势，D错误.例3

(多选)(2022·江西南昌市一模)分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图所示(取无穷远处分子势能Ep＝0)，下列说法正确的是A.在图中的A位置，分子势能最小B.在图中的B位置，分子间斥力大于引力C.两分子从无穷远处靠近的过程中分子势能先减小后增大D.分子间距从图中的A点变化到B点的过程中，分子间的

引力和斥力都在不断减小√√√由题图可知，在图中的A位置，分子势能最小，选项A正确；在题图中的B位置，r<r0，分子间作用力表现为斥力，分子间斥力大于引力，选项B正确；由题图可知，两分子从无穷远处靠近的过程中分子势能先减小后增大，选项C正确；分子间距从题图中的A点变化到B点的过程中，分子间距离减小，则分子间的引力和斥力都在不断增大，选项D错误.考点二气体实验定律理想气体状态方程1.压强的计算(1)被活塞或汽缸封闭的气体，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.2.合理选取气体变化所遵循的规律列方程(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.3.关联气体问题解决由活塞、液柱相联系的两部分气体问题时，根据两部分气体压强、体积的关系，列出关联关系式，再结合气体实验定律或理想气体状态方程求解.例4

(2022·山东日照市一模)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)图上的曲线Ⅰ和曲线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√根据理想气体的状态方程及曲线均为反比例函数曲线的一部分，可得曲线Ⅰ和曲线Ⅱ均为等温变化，故可得a、b两点的温度相同，A错误；例5

(2022·广东卷·15(2))玻璃瓶可作为测量水深的简易装置.如图所示，潜水员在水面上将80mL水装入容积为380mL的玻璃瓶中，拧紧瓶盖后带入水底，倒置瓶身，打开瓶盖，让水进入瓶中，稳定后测得瓶内水的体积为230mL.将瓶内气体视为理想气体，全程气体不泄漏且温度不变.大气压强p0取1.0×105Pa，重力加速度g取10m/s2，水的密度ρ取1.0×103kg/m3.求水底的压强p和水的深度h.答案2.0×105Pa

10m对瓶中所封的气体，由玻意耳定律可知p0V0＝pV，即1.0×105Pa×(380mL－80mL)＝p×(380mL－230mL)解得p＝2.0×105Pa根据p＝p0＋ρgh，代入数据解得h＝10m.例6

(2022·全国甲卷·33(2))如图，容积均为V0、缸壁可导热的A、B两汽缸放置在压强为p0、温度为T0的环境中；两汽缸的底部通过细管连通，A汽缸的顶部通过开口C与外界相通；汽缸内的两活塞将缸内气体分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四部分，其中第Ⅱ、Ⅲ部分的体积分别为

.环境压强保持不变，不计活塞的质量和体积，忽略摩擦.(1)将环境温度缓慢升高，求B汽缸中的活塞刚到达汽缸底部时的温度；因两活塞的质量不计，则当环境温度升高时，Ⅳ内的气体压强总等于大气压强，则该气体进行等压变化，则当B中的活塞刚到达汽缸底部时，对Ⅳ中气体由盖—吕萨克定律可得

＝

，(2)将环境温度缓慢改变至2T0，然后用气泵从开口C向汽缸内缓慢注入气体，求A汽缸中的活塞到达汽缸底部后，B汽缸内第Ⅳ部分气体的压强.设当A中的活塞到达汽缸底部时Ⅲ中气体的压强为p，则此时Ⅳ内的气体压强也等于p，设此时Ⅳ内的气体的体积为V，则Ⅱ、Ⅲ两部分气体的体积为(V0－V)，考点三热力学定律与气体实验定律相结合1.理想气体相关三量ΔU、W、Q的分析思路(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＝W＋Q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.对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7

(2022·江苏如皋市期末)如图所示，柱形绝热汽缸固定在倾角为θ的斜面上，一定质量的理想气体被重力为G、横截面积为S的绝热活塞封闭在汽缸内，此时活塞距汽缸底部的距离为L0，汽缸内温度为T0.现通过电热丝缓慢对汽缸内气体加热，通过电热丝的电流为I，电热丝电阻为R，加热时间为t，使气体温度升高到2T0.已知大气压强为p0，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动，设电热丝产生的热量全部被气体吸收.求汽缸内气体温度从T0升高到2T0的过程中，(1)活塞移动的距离x；答案L0活塞移动的距离x＝L1－L0解得x＝L0(2)该气体增加的内能ΔU.设该气体压强为p，有pS＝p0S＋Gsinθ气体对外界做功W＝－pSx吸收的热量Q＝I2Rt由热力学第一定律有ΔU＝Q＋W高考预测1.(2022·江苏盐城市二模)一定质量的理想气体由状态a开始，经历ab、bc、ca三个过程回到原状态，其p－T图像如图所示，气体在三个状态的体积分别为Va、Vb、Vc，压强分别为pa、pb、pc.已知pb＝p0，pc＝4p0，则下列说法正确的是A.pa＝3p0B.Vb＝3VcC.从状态a到状态b，气体对外做功D.从状态c到状态a，气体从外界吸热√1212由题图可知，从状态a到状态b属于等容过程，气体体积不变，气体不对外做功，由理想气体状态方程可得

，又有pb＝p0得pa＝2p0，所以A、C错误.由题图可知，从状态b到状态c属于等温过程，气体温度不变，由理想气体状态方程可得pbVb＝pcVc，得Vb＝4Vc，所以B错误.从状态c到状态a，可以等效为先从状态c到状态b，再从状态b到状态a，从状态c到状态b，温度不变，即气体内能ΔU不变，体积增大，所以气体对外做功，即W<0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，气体要从外界吸收热量；从状态b到状态a，体积不变，即W＝0，温度升高，即ΔU>0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，气体要从外界吸收热量，所以从状态c到状态a，气体从外界吸热，所以D正确.122.(2022·山东济南市一模)国家速滑馆(又名“冰丝带”)是北京2022年冬奥会冰上运动的主场馆，为确保运动项目的顺利完成，比赛前需要对场馆内气体降温.已知降温前场馆内外的温度均为7℃，降温后场馆内的温度为－8℃，降温过程中场馆内气体压强不变.(1)从微观角度解释降温过程中场馆内气体压强不变的原因；答案见解析气体压强微观方面取决于两个因素：分子的平均动能和单位体积内的分子数.温度降低，分子平均动能减小，质量增加，单位体积内的分子数增加，从而使压强维持不变.12(2)求降温后场馆内增加的气体质量与降温前场馆内气体质量的比值.12设－8℃时馆内气体体积为V，气体状态参量初状态V1＝V＋ΔV，T1＝280K末状态V2＝V，T2＝265K12专题强化练1.(多选)(2022·广东省模拟)下列说法中正确的是A.机械能不可能全部转化为内能，内能也无法全部用来做功从而转化成

机械能B.当气体分子间的作用力表现为引力时，若气体等温膨胀，则气体对外

做功且内能增大C.液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，所以液体存在

表面张力D.单位时间内气体分子对容器壁单位面积碰撞的次数减少，气体的压强

一定减小保分基础练√√12345678910111213机械能可以全部转化为内能，内能无法全部用来做功从而转化成机械能，A错误；已知气体分子间的作用力表现为引力，若气体等温膨胀，气体对外界做功，气体分子间距离变大，要克服分子引力做负功，分子势能增加，而温度不变则分子平均动能不变，故气体内能增加，B正确；液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，则液体表面分子间的作用力表现为引力，所以存在表面张力，C正确；12345678910111213气体的体积增大，单位时间内气体分子对容器壁单位面积上碰撞次数减少，如果温度升高，气体分子撞击器壁的速率增大，对器壁的压力增大，气体的压强可能增大、可能减小、可能不变，D错误.123456789101112132.(多选)(2022·广东中山市高三期末)下列说法正确的是A.在使两个分子间的距离由很远(大于10－9m)减小到很难再靠近的过程中，

分子间作用力先减小后增大，分子势能不断增大B.温度升高，分子热运动的平均动能一定增大，但并非所有分子的速率都

增大C.无论什么物质，只要它们的物质的量相同就含有相同的分子个数D.液晶具有液体的流动性，同时具有晶体的各向异性特征√√√12345678910111213在使两个分子间的距离由很远(大于10－9m)减小到很难再靠近的过程中，分子力先表现为引力并先增大后减小，之后表现为斥力后再一直增大，分子力先做正功后做负功，分子势能先减小后增大，故A错误；分子平均动能描述的是大量分子的整体表现，温度升高，分子热运动的平均动能一定增大，但并非所有分子的速率都增大，故B正确；无论什么物质，只要它们的物质的量相同就含有相同的分子个数，故C正确；液晶具有液体的流动性，同时具有晶体的各向异性特征，故D正确.123456789101112133.(多选)(2022·湖北八市3月联考)某同学记录2022年3月10日教室内温度如下：时刻6：009：0012：0015：0018：00温度12℃15℃18℃23℃17℃教室内气压可认为不变，则当天15：00与9：00相比，下列说法正确的是A.教室内所有空气分子动能均增加B.教室内空气密度减小C.教室内单位体积内的分子个数一定增加D.单位时间碰撞墙壁单位面积的气体分子数一定减少√√12345678910111213时刻6：009：0012：0015：0018：00温度12℃15℃18℃23℃17℃温度是分子平均动能的标志，温度升高则分子的平均动能增大，不是所有空气分子动能均增加，故A错误；压强不变，当温度升高时，气体体积增大，因此教室内的空气质量将减少，教室体积不变，则密度减小，故B正确；空气密度减小，单位体积内分子数减小，故C错误；1234567891011121312345678910111213时刻6：009：0012：0015：0018：00温度12℃15℃18℃23℃17℃与9：00相比，15：00时教室内的温度升高，空气分子的平均动能增大，教室内气体分子密度减小，又因为教室内气压不变，那么单位时间内碰撞墙壁单位面积的气体分子数一定减少，故D正确.4.(2022·山东卷·5)如图所示，内壁光滑的绝热汽缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始时汽缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将汽缸缓慢转动90°过程中，缸内气体A.内能增加，外界对气体做正功B.内能减小，所有分子热运动速率都减小C.温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少D.温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加123456789101112√13初始时汽缸开口向上，活塞处于平衡状态，汽缸内外气体对活塞的压力差与活塞的重力平衡，则有(p1－p0)S＝mg，汽缸在缓慢转动的过程中，汽缸内外气体对活塞的压力差大于重力沿汽缸壁的分力，故汽缸内气体缓慢地将活塞往外推，最后汽缸水平，缸内气压等于大气压.汽缸、活塞都是绝热的，故缸内气体与外界没有发生热传递，汽缸内气体通过压强作用将活塞往外推，气体对外做功，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，气体内能减小，故缸内理想气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，并不是所有分子热运动的速率都减小，A、B错误；1234567891011121312345678910111213气体内能减小，缸内理想气体的温度降低，速率大的分子数占总分子数的比例减小，C正确，D错误.5.(多选)(2022·广东省调研)一定质量的理想气体从状态甲变化到状态乙，再从状态乙变化到状态丙，其p－V图像如图所示.则该理想气体A.甲、丙两状态下的分子平均动能相同B.由甲到丙，内能先增大后减小C.由乙到丙，吸收1000J的热量D.由乙到丙，分子在单位时间内撞击容器壁上

单位面积的平均次数逐渐减少√√12345678910111213将甲、乙两状态下气体压强和气体体积代入理想气体状态方程可知，乙状态气体温度较低，一定质量的理想气体从状态甲变化到状态乙再变化到状态丙过程中，温度先降低后增加，内能先减小后增大，B错误；1234567891011121312345678910111213由乙到丙，气体体积增大，系统对外做功，即W＝－pΔV＝p(V乙－V丙)＝－1000J，且B选项中已分析知乙到丙过程气体内能增大，即ΔU>0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q>1000J，即吸收的热量大于1000J，C错误；12345678910111213气体压强的产生是由于气体分子不停息地做无规则热运动，其大小取决于单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数及撞击容器壁时的平均速率，由乙到丙，温度升高，气体分子平均速率增大，而气体压强不变，故单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数逐渐减少，D正确.6.(2022·山东淄博市一模)一根足够长的试管开口竖直向下，中间用水银封闭了一定质量的理想气体，如图所示.现将试管绕定点缓慢向右转到虚线处，则下列图像中可能正确的是√123456789101112131234567891011121312345678910111213p－V图像的等温线为双曲线的一支，封闭气体的压强增大、体积减小、温度不变，故D正确.7.(2022·江苏盐城市二模)如图，一端封闭的玻璃管，开口向下竖直插在水银槽里，管内封有长度分别为L1和L2的两段气体.若把玻璃管缓慢向上提起，但管口不离开液面，则管内气体的长度A.L1和L2都变小

B.L1和L2都变大C.L1变大，L2变小

D.L1变小，L2变大√由玻意耳定律有p2L2S＝C2，p1L1S＝C1，p2＝p1＋ph，把玻璃管缓慢向上提起，一定有L2增大，p2减小，p1减小，L1增大，B正确，A、C、D错误.123456789101112138.(2022·山东潍坊市一模)如图所示，圆柱形汽缸水平放置，活塞将汽缸分为左右两个气室，两侧气室内密封等质量的氮气.现通过接口K向左侧气室内再充入一定质量的氮气，活塞再次静止时左右两侧气室体积之比为3∶1.汽缸导热良好，外界温度不变，活塞与汽缸间无摩擦，则从接口充入的氮气与左侧气室内原有氮气的质量之比为A.2∶1 B.1∶1C.1∶2 D.3∶1争分提能练√12345678910111213两次达到平衡状态时，左右两边汽缸的压强平衡，即p左＝p右＝p，p左′＝p右′，对右边汽缸气体分析，活塞再次静止时左右两侧气室体积之比为3∶1，故p左′＝2p右＝2p，对左边汽缸气体分析，12345678910111213从接口充入的氮气与左侧气室内原有氮气的质量之比为2∶1，故选A.123456789101112139.(2021·全国甲卷·33(1))如图，一定量的理想气体经历的两个不同过程，分别由体积－温度(V－t)图上的两条直线Ⅰ和Ⅱ表示，V1和V2分别为两直线与纵轴交点的纵坐标；t0是它们的延长线与横轴交点的横坐标，t0＝－273.15℃；a为直线Ⅰ上的一点.由图可知，气体在状态a和b的压强之比

＝______；气体在状态b和c的压强之比

＝______.112345678910111213由体积－温度(V－t)图像可知，直线Ⅰ为等压线，则a、b两点压强相等，则有

＝1；t＝0℃时，当气体体积为V1时，设其压强为p1，当气体体积为V2时，设其压强为p2，根据等温变化，由玻意耳定律有p1V1＝p2V2由于直线Ⅰ和Ⅱ各为两条等压线，则有p1＝pb，p2＝pc1234567891011121310.(2022·江苏连云港市期末)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，测量出气球内气体的体积V与对应的压强p，得到了如图(a)所示的p－V图像，其中p0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V甲和V乙，且V乙>V甲>V0，甲、乙气球内气体的压强分别为p甲和p乙，现把甲、乙两气球以及一个容积为VG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K1和K2均为关闭状态.所有过程，气体温度始终保持不变.12345678910111213(1)打开阀门K1，甲气球体积将_____(选填“变大”“变小”或“不变”)；12345678910111213变小由题意可知V乙>V甲>V0，由题图(a)可知p甲>p乙，所以打开K1后，甲内气体向乙中流动，V甲变小.(2)打开阀门K1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.1234567891011121311.(2022·江苏南通市三模)如图所示，高为L，横截面积为S的导热汽缸内有一不规则物体，厚度不计的轻质活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞正好在汽缸的顶部.在活塞上放置质量为m的物体后，活塞缓慢下移，并静止在与缸底的间距为0.8L的高度.已知外界大气压强p0＝

，忽略缸内气体温度的变化，不计活塞和汽缸的摩擦，重力加速度为g.求：(1)不规则物体的体积V；答案0.2LS12345678910111213放置物体后，假设缸内气体的压强为p1，根据受力平衡可得p1S＝p0S＋mg根据玻意耳定律可得p0(LS－V)＝p1(0.8LS－V)解得V＝0.2LS12345678910111213(2)缸内气体向外界放出的热量Q.答案0.8mgL外界对气体做功为W＝(p0S＋mg)·Δh＝(p0S＋mg)·0.2L＝0.8mgL根据热力学第一定律可得ΔU＝W－Q又ΔU＝0解得气体向外界放出的热量为Q＝0.8mgL1234567891011121312.(2022·山东卷·15)某些鱼类通过调节体内鱼鳔的体积实现浮沉.如图所示，鱼鳔结构可简化为通过阀门相连的A、B两个密闭气室，A室壁厚、可认为体积恒定，B室壁簿，体积可变；两室内气体视为理想气体，可通过阀门进行交换.质量为M的鱼静止在水面下H处.B室内气体体积为V，质量为m；设B室内气体压强与鱼体外压强相等、鱼体积的变化与B室气体体积的变化相等，鱼的质量不变，鱼鳔内气体温度不变.水的密度为ρ，重力加速度为g.大气压强为p0，求：12345678910111213(1)鱼通过增加B室体积获得大小为a的加速度，需从A室充入B室的气体质量Δm；12345678910111213由题知开始时鱼静止在水面下H处，设此时鱼的体积为V0，有Mg＝ρgV0且此时B室内气体体积为V，质量为m，则m＝ρ气V鱼