2021高考物理二轮复习专题十二热学课件

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专题十二 　 热学 ( 选修 3—3) - 2 - 高考命题 规律 - 3 - 分子动理论 　 内能 　 固体、液体 命题角度 1 分子动理论 　 内能 　 固体、液体 　 高考真题体验 · 对方向 1 . 〔 2018 全国 Ⅱ ·33(1) 〕 对于实际的气体 , 下列说法正确的 是 　　　　 ( 填正确 答案标号 ) .   A. 气体的内能包括气体分子的重力势能 B. 气体的内能包括气体分子之间相互作用的势能 C. 气体的内能包括气体整体运动的动能 D. 气体的体积变化时 , 其内能可能不变 E. 气体的内能包括气体分子热运动的动能 - 4 - 答案 : BDE 解析 : 气体的内能是指所有气体分子热运动的动能和相互作用的势能之和 , 不包括分子的重力势能和气体整体运动的动能 , 选项 A 、 C 错误 ,B 、 E 正确 ; 气体体积变化时 , 其分子势能可能增加、可能减小 , 而分子的动能可能增加、可能减小 , 其内能可能不变 , 选项 D 正确 . - 5 - 2 . 〔 2015 全国 Ⅰ ·33(1) 〕 下列说法正确的是 　　　　 ( 填正确 答案 : 标号 ) .   A. 将一块晶体敲碎后 , 得到的小颗粒是非晶体 B. 固体可以分为晶体和非晶体两类 , 有些晶体在不同方向上有不同的光学性质 C. 由同种元素构成的固体 , 可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体 D. 在合适的条件下 , 某些晶体可以转变为非晶体 , 某些非晶体也可以转变为晶体 E. 在熔化过程中 , 晶体要吸收热量 , 但温度保持不变 , 内能也保持不变 - 6 - 答案 : BCD 解析 : 晶体敲碎后 , 得到的小颗粒仍为晶体 , 选项 A 错误 ; 某些晶体在不同方向上有不同的光学性质 , 选项 B 正确 ; 同种元素构成的固体 , 可形成不同的晶体 , 比如金刚石和石墨 , 选项 C 正确 ; 在合适条件下 , 某些晶体和非晶体可相互转变 , 选项 D 正确 ; 晶体在熔化过程中 , 温度不变 , 内能增加 , 选项 E 错误 . - 7 - 3 . 〔 2015 全国 Ⅱ ·33(1) 〕 关于扩散现象 , 下列说法正确的 是 　　　　 ( 填正确 答案标号 ) .   A. 温度越高 , 扩散进行得越快 B. 扩散现象是不同物质间的一种化学反应 C. 扩散现象是由物质分子无规则运动产生的 D. 扩散现象在气体、液体和固体中都能发生 E. 液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的 答案 : ACD 解析 : 扩散现象是固体、液体或气体分子永不停息做无规则运动所致 , 其剧烈程度与温度有关 , 扩散现象不是化学反应 ,A 、 C 、 D 项正确而 B 、 E 项错误 . - 8 - 1 . 分子势能、分子力与分子间距离的 关系 - 9 - 2 . 把握定量估算方法 (1) 微观量的估算应利用阿伏加德罗常数的桥梁作用 , 依据分子数 N 与摩尔数 n 之间的关系 N=nN A , 并结合密度公式进行分析计算 . (2) 注意建立正方体分子模型或球体分子模型 . (3) 对液体、固体物质可忽略分子之间的间隙 ; 对气体物质 , 分子之间的距离远大于分子的大小 , 气体的摩尔体积与阿伏加德罗常数的比值不等于气体分子的体积 , 仅表示一个气体分子平均占据的空间大小 . - 10 - 典题演练提能 · 刷高分 1 . (2019 山东潍坊二模 ) 关于固体、液体的性质 , 下列说法正确的是 　　　　 ( 填正确答案的标号 ) .   A. 非晶体不可能转化为晶体 B. 单晶体有确定的熔点 , 多晶体没有确定的熔点 C. 彩色液晶显示器利用了液晶的光学各向异性的特点 D. 玻璃管的裂口放在火焰上烧熔 , 其尖端变钝 , 这是由于液体表面张力的作用 E. 唐诗《观荷叶露珠》中有 “ 霏微晓露成珠颗 ”, 诗中荷叶和露水表现为不 浸润 - 11 - 答案 : CDE 解析 : 有的非晶体在一定条件下可以转化为晶体 , 则 A 错误 ; 单晶体和多晶体都有确定的熔点 , 选项 B 错误 ; 彩色液晶显示器利用了液晶的光学各向异性的特点 , 选项 C 正确 ; 玻璃管的裂口放在火焰上烧熔 , 其尖端变钝 , 这是由于液体表面张力的作用 , 选项 D 正确 ; 唐诗《观荷叶露珠》中有 “ 霏微晓露成珠颗 ”, 诗中荷叶和露水表现为不浸润 , 选项 E 正确 . - 12 - 2 . ( 多选 )(2019 重庆模拟 ) 关于固体和液体 , 下列说法正确的是 　　　　 ( 填正确答案的标号 ) .   A. 晶体一定有确定的熔点 B. 晶体一定有确定的几何形状 C. 有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体 D. 所有物质都具有液晶态 E. 在液体表面任意画一条线 , 线两侧的液体间的作用力是 引力 - 13 - 答案 : ACE 解析 : 晶体有确定的熔点 , 故 A 正确 ; 单晶体有一定几何形状 , 多晶体没有确定的几何形状 , 故 B 错误 ; 晶体和非晶体区别在于内部分子排列 , 有些通过外界干预可以相互转化 , 如把晶体硫加热熔化 ( 温度超过 300 ℃) 再倒进冷水中 , 会变成柔软的非晶硫 , 再过一段时间又会转化为晶体硫 , 故 C 正确 ; 并不是所有物质都具有液晶态 , 故 D 错误 ; 液体表面层分子距离大于液体内部分子距离 , 在液体表面任意画一条线 , 线两侧的液体间的作用力是引力 , 故 E 正确 . 故选 ACE . - 14 - 3 . 下列 说法正确的 是 　　　　 ( 填正确 答案标号 ) .   A. 热量能够自发地从内能多的物体传递到内能少的物体 B. 同一时刻 , 教室内空气中氮气和氧气的分子平均动能是相同的 C. 当水中两个水分子间的分子力为零时 , 它们具有的分子势能一定最小 D. 液体表面层分子间距离小于液体内部分子间距离 , 所以液体表面存在表面张力 E. 在合适的条件下 , 某些晶体可以转化为非晶体 , 某些非晶体也可以转化为晶体 - 15 - 答案 : BCE 解析 : 热量能够自发地从高温物体传递到低温物体 , 选项 A 错误 ; 同一时刻 , 教室内空气中氮气和氧气因为温度相同 , 则分子平均动能是相同的 , 选项 B 正确 ; 当水中两个水分子间的分子力为零时 , 它们具有的分子势能一定最小 , 选项 C 正确 ; 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 , 选项 D 错误 ; 在合适的条件下 , 某些晶体可以转变为非晶体 , 某些非晶体也可以转变为晶体 , 例如天然石英是晶体 , 熔融过的石英却是非晶体 . 把晶体硫加热熔化 ( 温度超过 300 ℃ ) 再倒进冷水中 , 会变成柔软的非晶硫 , 再过一段时间又会转化为晶体硫 , 故 E 正确 . 故选 BCE . - 16 - 4 . 下列 说法正确的 是 　　　　 ( 填正确 答案标号 ) .   A. 荷叶上面的小水珠呈球形的主要原因是有液体表面张力 B. 晶体凝固时放出热量 , 但分子平均动能不变 C. 气体如果失去容器的约束就会散开 , 这是因为气体分子之间存在斥力的缘故 D. 一定质量的理想气体分别经等容过程和等压过程 , 温度均由 T 1 升高到 T 2 , 则等容过程比等压过程吸收的热量少 E. 一个绝热容器中盛有气体 , 假设把气体中分子速率很大的 , 如大于 v m 的分子全部取走 , 则气体的温度会下降 , 此后气体中不存在速率大于 v m 的分子 - 17 - 答案 : ABD 解析 : 表面张力有使液体的表面积最小化的趋势 , 故荷叶上面的小水珠呈球形的主要原因是有液体表面张力 ,A 正确 ; 晶体凝固时温度不变 , 所以分子平均动能不变 ,B 正确 ; 气体如果失去容器的约束就会散开 , 这是因为分子在做无规则运动的原因 ,C 错误 ; 一定质量的理想气体分别经等容过程和等压过程 , 温度均由 T 1 升高到 T 2 , 内能增量 Δ U 相同 , 根据热力学第一定律 , 等容过程 Q= Δ U , 等压过程吸收的热量 Q= Δ U-W , 而等压过程气体对外做功 W< 0, 所以等容过程比等压过程吸收的热量少 ,D 正确 ; 取走 v m 的分子后 , 由于碰撞等原因 , 仍然会出现速率大于 v m 的分子 ,E 错误 . - 18 - 5 . 下列 说法正确的 是 　　　　 ( 填正确 答案标号 ) .   A. 零摄氏度的物体的内能为零 B. 气体如果失去了容器的约束会散开 , 这是因为气体分子热运动的结果 C. 温度相同的氧气和臭氧气体 , 分子平均动能相同 D. 理想气体 , 分子之间的引力、斥力依然同时存在 , 且分子力表现为斥力 E. 浸润现象是分子间作用力引起 的 - 19 - 答案 : BCE 解析 : 一切物体都有内能 , 故 A 错 ; 气体如果失去了容器的约束会散开 , 这是因为气体分子热运动的结果 , 故 B 正确 ; 温度是平均动能的标志 , 所以温度相同的氧气和臭氧气体 , 分子平均动能相同 , 故 C 正确 ; 理想气体忽略分子间作用力 , 分子力为零 , 故 D 错误 ; 浸润现象是分子间作用力引起的 , 与分子力有关 , 故 E 正确 . - 20 - 6 . 关于 热现象 , 下列说法正确的 是 　　　　 ( 填正确 答案标号 ) .   A. 两个邻近的分子之间同时存在着引力和斥力 , 引力和斥力都随着分子间的距离的增大而减小 B. 液晶像液体一样具有流动性 , 其光学性质与某些晶体相似 , 具有各向同性 C. 处于失重状态的宇宙飞船中 , 由于消除了重力的影响 , 一大滴水银的表面将收缩为球面 , 水银滴成为球形 D. 液面上部的蒸汽达到饱和时 , 就没有液体分子从液面飞出 , 所以从宏观上来看液体不再蒸发 E. 热量可以自发地从高温物体向低温物体传递 , 但要从低温物体向高温物体传递 , 必须有第三者的介入 - 21 - 答案 : ACE 解析 : 两个邻近的分子之间同时存在着引力和斥力 , 引力和斥力都随着分子间的距离的增大而减小 , 选项 A 正确 ; 液晶像液体一样具有流动性 , 其光学性质与某些晶体相似 , 具有各向异性 , 选项 B 错误 ; 处于失重状态的宇宙飞船中 , 由于消除了重力的影响 , 一大滴水银的表面将收缩为球面 , 水银滴成为球形 , 选项 C 正确 ; 液面上部的蒸汽达到饱和时 , 液体分子从液面飞出 , 同时有分子进入液体中 , 从宏观上看 , 液体不再蒸发 , 故 D 错误 ; 热量可以自发地从高温物体向低温物体传递 , 但要从低温物体向高温物体传递 , 必须有第三者的介入 , 选项 E 正确 . 故选 ACE . - 22 - 7 . 下列 说法中正确的是 　　　　 ( 填正确 答案标号 ) .   A. 温度、压力、电磁作用可以改变液晶的光学性质 B. 大颗粒的盐磨成了细盐 , 就变成了非晶体 C. 空气的相对湿度定义为空气中所含水蒸气压强与同温度水的饱和蒸汽压的比值 D. 分子质量不同的两种气体 , 温度相同时其分子的平均动能相同 E. 理论上 , 第二类永动机并不违背能量守恒定律 , 所以随着人类科学技术的进步 , 第二类永动机是有可能研制成功的 - 23 - 答案 : ACD 解析 : 温度、压力、电磁作用可以改变液晶的光学性质 , 选项 A 正确 ; 大颗粒的盐磨成了细盐 , 不改变晶体的结构 , 故还是晶体 , 选项 B 错误 ; 空气的绝对湿度是指大气中水蒸气的实际压强 ; 空气的相对湿度定义为空气中所含水蒸气压强与同温度水的饱和蒸汽压的比值 , 选项 C 正确 ; 温度是分子平均动能的标志 , 故分子质量不同的两种气体 , 温度相同时其分子的平均动能相同 , 选项 D 正确 ; 第二 类永动机并不违背能量守恒定律 , 但是违背热力学第二定律 , 所以随着人类科学技术的进步 , 第二类永动机也不可能研制 成功 , 选项 E 错误 . 故选 ACD . - 24 - 命题角度 2 用油膜法估测分子的大小 　 高考真题体验 · 对方向 〔 2019 全国 Ⅲ ·33(1) 〕 用油膜法估算分子大小的实验中 , 首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液 , 稀释的目的是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 . 实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积 , 可以 　　　　　　　　　　 　 .   为得到油酸分子的直径 , 还需测量的物理量是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　 .   - 25 - 答案 : 使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜 　 把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中 , 测出 1 mL 油酸酒精溶液的滴数 , 得到一滴溶液中纯油酸的体积 　 单分子层油膜的面积 解析 : 稀释后 , 油酸在浅盘的水面上更容易形成一块单分子层油膜 . 把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中 , 测出 1 mL 油酸酒精溶液的滴数 n , 得到一滴油酸酒精溶液的 体积 , 之后根据浓度求出一滴溶液中纯油酸的体积 . 根据 公式 可知 , 还需要测单分子层油膜的面积 S. - 26 - 典题演练提能 · 刷高分 1 . (2019 河北石家庄模拟 ) 在 “ 用油膜法估测分子大小 ” 的实验中 , 已知油酸的摩尔质量 M= 0 . 3 kg·mol - 1 , 密度 ρ = 0 . 9 × 10 3 kg·m - 3 , 则油酸的分子直径约为 　　　　　 m . 将 2 cm 3 的油酸溶于酒精 , 制成 400 cm 3 的油酸酒精溶液 , 已知 2 cm 3 溶液有 100 滴 , 则 1 滴油酸酒精溶液滴到水面上 , 随着酒精溶于水 , 油酸在水面上形成的最大面积约为 　　　　　 m 2 . ( 取 N A = 6 × 10 23 mol - 1 , 结果保留一位有效数字 )   答案 : 1 × 10 - 9 　 0 . 1 - 27 - 2 . (2019 北京东城二模 ) 已知铜的摩尔质量为 M , 铜的密度为 ρ , 阿伏加德罗常数为 N A , 下列说法正确的是 ( 　　 ) 答案 : B - 28 - 3 . 物体 是由大量分子组成的 , 分子非常微小 , 在 “ 用油膜法估测分子大小 ” 的实验中 , 利用许多不溶性的长链脂肪酸在适当溶剂的帮助下能在水面上铺开 , 会形成厚度为一个分子的表面膜的特性 , 将微观量的测量转化为宏观量的测量 . (1) 实验中 , 如果油酸酒精溶液体积浓度为 b , N 滴 油 酸 酒精溶液的总体积为 V , 如果 1 滴油酸酒精 溶液 在 水面上形成的油膜面积为 S , 则估算油酸分子 直 径 大小的表达式为 d= 　　　　 .   (2) 实验中 , 把玻璃板盖在浅盘上描出油酸膜的 轮 廓 , 如图所示 , 图中正方形小方格的边长为 1 cm , 则 油酸膜的面积是 　　　　 cm 2 .   - 29 - 据大于半格的算 1 格 , 小于半格的舍去 , 总共 60 格 , 即 60 cm 2 . - 30 - 气体 　 热力学定律 命题角度 1 热力学定律 　 高考真题体验 · 对方向 1 . 〔 2019 全国 Ⅰ ·33(1) 〕 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 , 压强大于外界压强 . 现使活塞缓慢移动 , 直至容器中的空气压强与外界压强相同 . 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 .   答案 : 低于 　 大于 解析 : 根据热力学第一定律可知 , 容器中的空气无热传递、做负功 , 内能必减少 , 容器中空气的温度降低 , 低于外界温度 . 压强取决于分子密集程度与温度 , 同样的压强 , 温度低的空气 , 分子密集程度大 , 密度大 . - 31 - 2 . 〔 2018 全国 Ⅰ ·33(1) 〕 如图 , 一定质量的理想气体从状态 a 开始 , 经历过程 ① 、 ② 、 ③ 、 ④ 到达状态 e , 对此气体 , 下列说法正确的 是 　　　 ( 填正确 答案标号 ) .   A. 过程 ① 中气体的压强逐渐减小 B. 过程 ② 中气体对外界做正功 C. 过程 ④ 中气体从外界吸收了热量 D. 状态 c 、 d 的内能相等 E. 状态 d 的压强比状态 b 的压强小 - 32 - 答案 : BDE 解析 : 过程 ① 是等容变化 , 温度升高 , 压强增大 , 故 A 项错误 ; 过程 ② 中 , 体积增大 , 气体对外做功 , 故 B 项正确 ; 过程 ④ 是等容变化 , 温度降低 , 放出热量 , 故 C 项错误 ; 过程 ③ 是等温变化 , 温度不变 , 故状态 c 、 d 的内能相等 , 故 D 项正确 ;E 项 , 由理想气体方程 可知 为定 值 , 状态 d 相对于状态 b , V 和 T 均增大 , 故 p 应减小 , 故 E 项正确 . - 33 - 3 . 〔 2018 全国 Ⅲ ·33(1) 〕 如 图 , 一定量的理想气体从状态 a 变化到状态 b , 其过程如 p - V 图中从 a 到 b 的直线所示 . 在此过程中 　　　　 ( 填正确 答案标号 ) .   A. 气体温度一直降低 B. 气体内能一直增加 C. 气体一直对外做功 D. 气体一直从外界吸热 E. 气体吸收的热量一直全部用于对外做功 - 34 - 答案 : BCD 解析 : 根据理想气体 方程 = C , 气体的压强和体积都增加 , 所以气体温度升高 , 内能增加 ,A 错、 B 对 ; 气体的体积增大 , 气体对外做功 ,C 对 ; 根据热力学第一定律 Δ U=W+Q , 其中 Δ U> 0, W< 0, 所以 Q> 0, 从外界吸收热量 ,D 对 ; 气体吸收的热量 , 一部分对外做功 , 另一部分增加了气体的内能 ,E 错 . - 35 - 4 . 〔 2017 全国 Ⅱ ·33(1) 〕 如图 , 用隔板将一绝热汽缸分成两部分 , 隔板左侧充有理想气体 , 隔板右侧与绝热活塞之间是真空 . 现将隔板抽开 , 气体会自发扩散至整个汽缸 . 待气体达到稳定后 , 缓慢推压活塞 , 将气体压回到原来的体积 . 假设整个系统不漏气 . 下列说法正确的是 　　　　　 ( 填正确 答案标号 ) .   A. 气体自发扩散前后内能相同 B. 气体在被压缩的过程中内能增大 C. 在自发扩散过程中 , 气体对外界做功 D. 气体在被压缩的过程中 , 外界对气体做功 E. 气体在被压缩的过程中 , 气体分子的平均动能不变 - 36 - 答案 : ABD 解析 : 由于隔板右侧是真空 , 隔板抽开后 , 气体自发扩散至整个汽缸 , 并不做功也没有热量交换 , 所以自发扩散前后内能相同 , 故选项 A 正确 , 选项 C 错误 ; 气体被压缩过程中 , 外界对气体做功 , 没有热量交换 , 根据 Δ U=W+Q , 气体的内能增大 , 故选项 B 、 D 正确 ; 气体被压缩过程中 , 温度升高 , 分子平均动能增大 , 故选项 E 错误 . - 37 - 5 . 〔 2017 全国 Ⅲ ·33(1) 〕 如图 , 一定质量的理想气体从状态 a 出发 , 经过等容过程 ab 到达状态 b , 再经过等温过程 bc 到达状态 c , 最后经等压过程 ca 回到状态 a. 下列说法正确的是 　　　 ( 填正确 答案标号 ) .   A. 在过程 ab 中气体的内能增加 B. 在过程 ca 中外界对气体做功 C. 在过程 ab 中气体对外界做功 D. 在过程 bc 中气体从外界吸收热量 E. 在过程 ca 中气体从外界吸收热量 - 38 - 答案 : ABD 解析 : 在过程 ab 中 , 气体体积不变 , 压强变大 , 根据 = C 知 , 气体温度升高 , 则内能增加 ,A 正确 ; 在过程 ca 中 , 气体体积减小 , 外界对气体做功 ,B 正确 ; 在过程 ab 中 , 气体体积不变 , 气体不对外做功 , 外界也不对气体做功 ,C 错 ; 在过程 bc 中 , 气体进行的是等温变化 ,Δ U= 0, 气体体积变大 , 对外做功 , W< 0, 根据热力学第一定律 Δ U=W+Q , 故 Q> 0 气体从外界吸收热量 ,D 正确 ; 根据 = C 知 , 在过程 ca 中 , 气体温度降低 , 则 Δ U< 0, 而外界对气体做功 , W> 0, 故一定有 Q< 0, 气体放热 ,E 错 . - 39 - 1 . 应用热力学第一定律应注意的问题 (1) 热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的 , 而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系 . (2) 对公式 Δ U=Q+W 符号的规定 - 40 - (3) 三种特殊情况 ① 若过程是绝热的 , 则 Q= 0, W= Δ U , 外界对物体做的功等于物体内能的增加量 . ② 若过程中不做功 , 即 W= 0, 则 Q= Δ U , 物体吸收的热量等于物体内能的增加量 . ③ 若过程的始末状态物体的内能不变 , 即 Δ U= 0, 则 W+Q= 0 或 W=-Q. 外界对物体做的功等于物体放出的热量 . 特别提醒 : 对理想气体 ,Δ U 仅由温度决定 , W 仅由体积决定 , 绝热情况下 , Q= 0 . - 41 - 2 . 热力学第二定律的理解 应用 - 42 - 典题演练提能 · 刷高分 1 . (2019 山西二模 ) 如图所示 , 一定质量的理想气体从状态 a 开始 , 经历 ab 、 be 、 cd 、 de 四个过程到达状态 e , 其中 ba 的延长线经过原点 , bc 连线与横轴平行 , de 连线与纵轴平行 . 下列说法正确的是 　　　　 . ( 填正确答案的标号 )   A. ab 过程中气体从外界吸热 B. bc 过程中气体内能不变 C. cd 过程中气体从外界吸热 D. de 过程中外界对气体做功 E. 状态 a 的气体体积比状态 d 的气体体积小 - 43 - 答案 : ACE 解析 : 由理想气体状态方程 : , 图线斜率代表体积的倒数 , ab 过程中图线斜率不变 , 故气体的体积不变 , 不做功 , 又温度升高 , 内能增大 , 由 W+Q= Δ U , 故 A 正确 ; bc 过程为等压过程 , 热力学温度升高 , 气体体积增大 , 内能增大 , 故 B 错误 ; cd 过程 减小 , 则气体体积增大 , 气体对外做功 , 气体温度升高内能增大 , 由热力学第一定律 W+Q= Δ U 可知 , Q 为正值 , 即气体要从外界吸热 , 故 C 正确 ; de 段为等温过程 , 压强降低 , 气体体积增大 , 对外做功 ,D 错误 ; 由于图线斜率代表体积的倒数 , 由图可知 , Oa 的斜率大于 Od 的斜率 , 则状态 a 的体积小于状态 d 的体积 , 故 E 正确 . - 44 - 2 . ( 多选 )(2019 江西南昌模拟 ) 下列叙述和热力学定律相关 , 其中正确的是 ( 　　 ) A. 第一类永动机不可能制成 , 是因为违背了能量守恒定律 B. 电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界 , 违背了热力学第二定律 C. 能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 D. 物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功 , 且不产生其他影响 答案 : AC 解析 : 第一类永动机不消耗能量却源源不断对外做功 , 违背了能量守恒定律 , 所以不可能制成 ,A 正确 ; 电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界 , 是压缩机做功的结果 , 不违背热力学第二定律 ,B 错误 ; 能量耗散说明宏观热现象的发生具有方向性 ,C 正确 ; 物体从单一热源吸收热量可以全部用于做功 , 但一定引起其他影响 ,D 错误 . - 45 - 3 . 如 图所示 , 一定质量的理想气体从状态 A 变化到状态 B , 再由状态 B 变化到状态 C , 最后由状态 C 变化到状态 A. 气体完成这个循环 , 内能的变化 Δ U= 　　　　 , 对外做功 W= 　　　　 , 气体从外界吸收的热量 Q= 　　　　 . ( 用图中已知量表示 )   解析 : 气体完成一个循环过程 , 温度的变化量为零 , 则内能的 变化 - 46 - 4 . ( 1) 关于下列实验及现象的说法 , 正确的是 　　　 ( 填正确 答案标号 ) .   - 47 - A. 图甲说明薄板是非晶体 B. 图乙说明气体速率分布随温度变化且 T 1 >T 2 C. 图丙说明气体压强的大小既与分子动能有关也与分子的密集程度有关 D. 图丁说明水黾受到了浮力作用 (2) 氙气灯在亮度、耗能及寿命上都比传统灯有优越性 , 已知某轿车的氙气灯泡的容积为 V , 其内部氙气的密度为 ρ , 氙气摩尔质量为 M , 阿伏加德罗常数为 N A . 则灯泡中氙气分子的总个数为 　　　 , 灯泡点亮后其内部压强将 　　　　 ( 选填 “ 增大 ”“ 减小 ” 或 “ 不变 ”) .   - 48 - (3) 如图为一定质量的理想气体的体积 V 随热力学温度 T 的变化关系图象 . 由状态 A 变化到状态 B 的过程中气体吸收热量 Q 1 = 220 J, 气体在状态 A 的压强为 p 0 = 1 . 0 × 10 5 Pa . 求 : ① 气体在状态 B 时的温度 T 2 ; ② 气体由状态 B 变化到状态 C 的过程中 , 气体向外放出的热量 Q 2 . - 49 - 解析 : (1) 图甲说明薄板的导热性能是各向同性 , 则薄板是非晶体或多晶体 . 故 A 项错误 ; 图乙说明气体速率分布随温度变化 , T 1 时速率低的占的比例比 T 2 时多 , 速率大的占的比例比 T 2 时少 , 则 T 1 0, 气体吸收热量 , 由以上分析可知 , b → c 过程气体对外界做的功等于气体吸收的热量 , 故 C 错误 ; c → a 过程温度降低 , 气体分子的平均动能减小 , 气体压强增大 , 体积减小 , 气体的分子数密度增大 , 所以从微观讲压强增大是由于气体分子与器壁碰撞的频繁程度增大引起的 , 故 D 正确 ; 由热力学第一定律可知 , 若 a → b 过程气体吸热 300 J, c → a 过程放热 400 J, 则 c → a 过程外界对气体做功 100 J, 故 E 正确 . 故选 ADE . - 53 - 命题角度 2 气体实验定律和状态方程 　 高考真题体验 · 对方向 1 . 〔 2019 全国 Ⅰ ·33(2) 〕 热等静压设备广泛应用于材料加工中 . 该设备工作时 , 先在室温下把惰性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中 , 然后炉腔升温 , 利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理 , 改善其性能 . 一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为 0 . 13 m 3 , 炉腔抽真空后 , 在室温下用压缩机将 10 瓶氩气压入到炉腔中 . 已知每瓶氩气的容积为 3 . 2 × 10 - 2 m 3 , 使用前瓶中气体压强为 1 . 5 × 10 7 Pa, 使用后瓶中剩余气体压强为 2 . 0 × 10 6 Pa; 室温温度为 27 ℃ . 氩气可视为理想气体 . (1) 求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强 ; (2) 将压入氩气后的炉腔加热到 1 227 ℃, 求此时炉腔中气体的压强 . - 54 - 答案 : (1)3 . 2 × 10 7 Pa 　 (2)1 . 6 × 10 8 Pa 解析 : (1) 设初始时每瓶气体的体积为 V 0 , 压强为 p 0 ; 使用后气瓶中剩余气体的压强为 p 1 . 假设体积为 V 0 、压强为 p 0 的气体压强变为 p 1 时 , 其体积膨胀为 V 1 . 由玻意耳定律 p 0 V 0 =p 1 V 1 ① 被压入炉腔的气体在室温和 p 1 条件下的体积为 V 1 '=V 1 -V 0 ② 设 10 瓶气体压入完成后炉腔中气体的压强为 p 2 , 体积为 V 2 . 由玻意耳定律 p 2 V 2 = 10 p 1 V 1 ' ③ 联立 ①②③ 式并代入题给数据得 p 2 = 3 . 2 × 10 7 Pa ④ (2) 设加热前炉腔的温度为 T 0 , 加热后炉腔温度为 T 1 , 气体压强为 p 3 . 联 立 ④⑤ 式并代入题给数据 得 p 3 = 1 . 6 × 10 8 Pa ⑥ - 55 - 2 . 〔 2019 全国 Ⅱ ·33(2) 〕 如图 , 一容器由横截面积分别为 2 S 和 S 的两个汽缸连通而成 , 容器平放在水平地面上 , 汽缸内壁光滑 . 整个容器被通过刚性杆连接的两活塞分隔成三部分 , 分别充有氢气、空气和氮气 . 平衡时 , 氮气的压强和体积分别为 p 0 和 V 0 , 氢气的体积为 2 V 0 , 空气的压强为 p. 现缓慢地将中部的空气全部抽出 , 抽气过程中氢气和氮气的温度保持不变 , 活塞没有到达两汽缸的连接处 , 求 (1) 抽气前氢气的压强 ; (2) 抽气后氢气的压强和体积 . - 56 - - 57 - (2) 设抽气后氢气的压强和体积分别为 p 1 和 V 1 , 氮气的压强和体积分别为 p 2 和 V 2 . 根据力的平衡条件有 p 2 · S=p 1 ·2 S ③ 由玻意耳定律得 p 1 V 1 =p 10 ·2 V 0 ④ p 2 V 2 =p 0 V 0 ⑤ 由于两活塞用刚性杆连接 , 故 V 1 - 2 V 0 = 2( V 0 -V 2 ) ⑥ 联立 ②③④⑤⑥ 式解得 - 58 - 3 . 〔 2019 全国 Ⅲ ·33(2) 〕 如图 , 一粗细均匀的细管开口向上竖直放置 , 管内有一段高度为 2 . 0 cm 的水银柱 , 水银柱下密封了一定量的理想气体 , 水银柱上表面到管口的距离为 2 . 0 cm . 若将细管倒置 , 水银柱下表面恰好位于管口处 , 且无水银滴落 , 管内气体温度与环境温度相同 . 已知大气压强为 76 cmHg, 环境温度为 296 K . (1) 求细管的长度 ; (2) 若在倒置前 , 缓慢加热管内被密封的气体 , 直到水银柱的上表面恰好与管口平齐为止 , 求此时密封气体的温度 . - 59 - 答案 : (1)41 cm 　 (2)312 K 解析 : (1) 设细管的长度为 L , 横截面的面积为 S , 水银柱高度为 h ; 初始时 , 设水银柱上表面到管口的距离为 h 1 , 被密封气体的体积为 V , 压强为 p ; 细管倒置时 , 气体体积为 V 1 , 压强为 p 1 . 由玻意耳定律有 pV=p 1 V 1 ① 由力的平衡条件 有 p=p 0 + ρ gh ② p 1 =p 0 - ρ gh ③ 式中 , ρ 、 g 分别为水银的密度和重力加速度的大小 , p 0 为大气压强 . 由题意 有 V=S ( L-h 1 -h ) ④ V 1 =S ( L-h ) ⑤ 由 ①②③④⑤ 式和题给数据得 L= 41 cm ⑥ (2) 设气体被加热前后的温度分别为 T 0 和 T , 由盖 - 吕萨克定律 有 由 ④⑤⑥⑦ 式和题给数据得 T= 312 K . ⑧ - 60 - 4 . 〔 2018 全国 Ⅰ ·33(2) 〕 如 图 , 容积为 V 的汽缸由导热材料制成 , 面积为 S 的活塞将汽缸分成容积相等的上下两部分 , 汽缸上部通过细管与装有某种液体的容器相连 , 细管上有一阀门 K . 开始时 ,K 关闭 , 汽缸内上下两部分气体的压强均为 p 0 . 现将 K 打开 , 容器内的液体 缓慢 - 61 - 解析 : 设活塞再次平衡后 , 活塞上方气体的体积为 V 1 , 压强为 p 1 ; 下方气体的体积为 V 2 , 压强为 p 2 . 在活塞下移的过程中 , 活塞上下方气体 设活塞上方液体的质量为 m , 由平衡条件得 p 2 S=p 1 S+mg ⑤ - 62 - 5 . 〔 2018 全国 Ⅲ ·33(2) 〕 在 两端封闭、粗细均匀的 U 形细玻璃管内有一段水银柱 , 水银柱的两端各封闭有一段空气 . 当 U 形管两端竖直朝上时 , 左、右两边空气柱的长度分别为 l 1 = 18 . 0 cm 和 l 2 = 12 . 0 cm, 左边气体的压强为 12 . 0 cmHg . 现将 U 形管缓慢平放在水平桌面上 , 没有气体从管的一边通过水银逸入另一边 . 求 U 形管平放时两边空气柱的长度 . 在整个过程中 , 气体温度不变 . - 63 - 答案 : 22 . 5 cm 　 7 . 5 cm 解析 : 设 U 形管两端竖直朝上时 , 左、右两边气体的压强分别为 p 1 和 p 2 . U 形管水平放置时 , 两边气体压强相等 , 设为 p , 此时原左、右两边气柱长度分别变为 l 1 ' 和 l 2 '. 由力的平衡条件有 p 1 =p 2 + ρ g ( l 1 -l 2 ) ① 式中 ρ 为水银密度 , g 为重力加速度大小 . 由玻意耳定律有 p 1 l 1 =pl 1 ' ② p 2 l 2 =pl 2 ' ③ 两边气柱长度的变化量大小相等 l 1 '-l 1 =l 2 -l 2 ' ④ 由 ①②③④ 式和题给条件得 l 1 '= 22 . 5 cm ⑤ l 2 '= 7 . 5 cm ⑥ - 64 - 6 . 〔 2017 全国 Ⅰ ·33(2) 〕 如图 , 容积均为 V 的汽缸 A 、 B 下端有细管 ( 容积可忽略 ) 连通 , 阀门 K 2 位于细管的中部 , A 、 B 的顶部各有一阀门 K 1 、 K 3 ; B 中有一可自由滑动的活塞 ( 质量、体积均可忽略 ) . 初始时 , 三个阀门均打开 , 活塞在 B 的底部 ; 关闭 K 2 、 K 3 , 通过 K 1 给汽缸充气 , 使 A 中气体的压强达到大气压 p 0 的 3 倍后关闭 K 1 . 已知室温为 27 ℃ , 汽缸导热 . (1) 打开 K 2 , 求稳定时活塞上方气体的体积和压强 ; (2) 接着打开 K 3 , 求稳定时活塞的位置 ; (3) 再缓慢加热汽缸内气体使其温度升高 20 ℃ , 求此时活塞下方气体的压强 . - 65 - 解析 : (1) 设打开 K 2 后 , 稳定时活塞上方气体的压强为 p 1 , 体积为 V 1 . 依题意 , 被活塞分开的两部分气体都经历等温过程 . 由玻意耳定律得 p 0 V=p 1 V 1 ① (3 p 0 ) V=p 1 (2 V-V 1 ) ② p 1 = 2 p 0 ④ (2) 打开 K 3 后 , 由 ④ 式知 , 活塞必定上升 . 设在活塞下方气体与 A 中气体的体积之和为 V 2 ( V 2 ≤ 2 V ) 时 , 活塞下方气体压强为 p 2 . 由玻意耳定律得 (3 p 0 ) V=p 2 V 2 ⑤ - 66 - (3) 设加热后活塞下方气体的压强为 p 3 , 气体温度从 T 1 = 300 K 升高 将有关数据代入 ⑦ 式得 p 3 = 1 . 6 p 0 ⑧ - 67 - 7 . 〔 2016 全国 Ⅲ ·33(2) 〕 一 U 形玻璃管竖直放置 , 左端开口 , 右端封闭 , 左端上部有一光滑的轻活塞 . 初始时 , 管内汞柱及空气柱长度如图所示 . 用力向下缓慢推活塞 , 直至管内两边汞柱高度相等时为止 . 求此时右侧管内气体的压强和活塞向下移动的距离 . 已知玻璃管的横截面积处处相同 ; 在活塞向下移动的过程中 , 没有发生气体泄漏 ; 大气压强 p 0 = 75 . 0 cmHg . 环境温度不变 . - 68 - 答案 : 144 cmHg 　 9 . 42 cm 解析 : 设初始时 , 右管中空气柱的压强为 p 1 , 长度为 l 1 ; 左管中空气柱的压强为 p 2 =p 0 , 长度为 l 2 . 活塞被下推 h 后 , 右管中空气柱的压强为 p 1 ' , 长度为 l 1 ' ; 左管中空气柱的压强为 p 2 ' , 长度为 l 2 '. 以 cmHg 为压强单位 . 由题给条件 得 p 1 =p 0 + (20 . 0 - 5 . 00) cmHg ① 由玻意耳定律得 p 1 l 1 =p 1 'l 1 ' ③ 联立 ①②③ 式和题给条件得 p 1 '= 144 cmHg ④ 依题意 p 2 '=p 1 ' ⑤ 由玻意耳定律得 p 2 l 2 =p 2 'l 2 ' ⑦ 联立 ④⑤⑥⑦ 式和题给条件得 h= 9 . 42 cm ⑧ - 69 - 1 . 应用气体实验定律或气体状态方程解题的步骤 (1) 选对象 —— 根据题意 , 选出所研究的某一部分气体 , 这部分气体在状态变化过程中 , 其质量必须保持一定 . (2) 找参量 —— 找出作为研究对象的这部分气体 发生状态变化前后的一组 p 、 V 、 T 数值或表达式 , 压强的确定往往是关键 , 常需结合力学知识 ( 如力的平衡条件或牛顿运动定律 ) 才能写出表达式 . (3) 认过程 —— 过程表示两个状态之间的一种变化方式 , 除题中条件已直接指明外 , 在许多情况下 , 往往需要通过对研究对象跟周围环境的相互关系的分析才能确定 . 认清变化过程是正确选用物理规律的前提 . - 70 - (4) 列方程 —— 根据研究对象状态变化的具体方式 , 选用气体方程或某一实验定律 , 代入具体数值 , 最后分析讨论所得结果的合理性及其物理意义 . 2 . 解决多汽缸问题的方法 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 . - 71 - 典题演练提能 · 刷高分 1 . ( 2019 吉林三调 ) 如图所示 , 竖直放置的 U 形管左端封闭 , 右端开口 , 左管横截面积为右管横截面积的 2 倍 , 在左管内用水银封闭一段长为 l 、温度为 T 的空气柱 , 左右两管水银面高度差为 h cm, 外界大气压为 h 0 cmHg . (1) 若向右管中缓慢注入水银 , 直至两管水银面相平 ( 原右管中水银没全部进入水平部分 ), 求在右管中注入水银柱的长度 h 1 ( 以 cm 为单位 ); (2) 在两管水银面相平后 , 缓慢升高气体的温度至空气柱的长度为开始时的长度 l , 求此时空气柱的温度 T'. - 72 - 解析 : (1) 注入水银过程封闭气体等温变化 , 初状态 : p 1 = ( h 0 -h ) cmHg, V 1 =lS , 末状态 : p 2 =h 0 cmHg, V 2 =l'S 由玻意耳定律 : p 1 V 1 =p 2 V 2 ① 在左侧的试管中 , 液面上升的高度 :Δ h=l-l' 进入左侧试管中的水银的体积 :Δ V= Δ h · S 所以注入右侧的水银的体积 : - 73 - - 74 - 3 . 有 一只一端开口的 L 形玻璃管 , 其竖直管的横截面积是水平管横截面积的 2 倍 , 水平管长为 90 cm, 竖直管长为 8 cm, 在水平管内有一段长为 10 cm 的水银封闭着一段长为 80 cm 的空气柱如图所示 . 已知气柱的温度为 27 ℃ , 大气压强为 75 cmHg, 管长远大于管的直径 . (1) 现对气体缓慢加热 , 当温度上升到多少时 , 水平管中恰好无水银柱 . (2) 保持 (1) 中的温度不变 , 将玻璃管以水平管为轴缓慢旋转 180 ° , 使其开口向下 . 求稳定后封闭部分气体压强 . - 75 - 答案 : (1)360 K 　 (2)72 cmHg 解析 : (1) 以封闭气体为研究对象 , 设水平管的横截面积为 S , 则 p 1 = 75 cmHg, V 1 = 80 S cm 3 , T 1 = 300 K; p 2 = 80 cmHg, V 2 = 90 S cm 3 , T 2 = ? 解得 T 2 = 360 K . - 76 - (2) 玻璃管旋转 180 ° 后 , 设粗管中的水银长度为 x cm, 则细管中的水银长度为 (10 - 2 x ) cm; p 3 = (75 -x ) cmHg V 3 = [90 - (10 - 2 x )] S cm 3 由玻意耳定律得 p 2 V 2 =p 3 V 3 则 x 无解 , 水银从粗管逸出 . 设粗管中剩下的水银长 x cm; p 3 '= (75 -x ) cmHg, V 3 = [90 + 2(8 -x )] S cm 3 由玻意耳定律 p 2 V 2 =p 3 'V 3 , 解得 x= 3 cm, 所以气体的压强 p 3 '= 72 cmHg . - 77 - 4 . 如 图甲所示 ,U 形汽缸固定在水平地面上 , 用重力不计 , 面积 S= 10 cm 2 的活塞封闭着一定质量的气体 , 已知汽缸不漏气 , 活塞移动过程无摩擦 . 初始时 , 外界大气压强为 p 0 = 1 . 0 × 10 5 Pa, 活塞紧压小挡板 . 现缓慢升高缸内气体的温度 . (1) 请在乙图中作出能反映汽缸内气体的压强 p 随热力学温度 T 变化的图象 ; (2) 当温度缓慢升高到 t 1 = 27 ℃ 时 , 活塞与小挡板间恰好无作用力 . 现在活塞上加一质量为 m= 5 kg 的砝码 , 要使加砝码后的活塞与小挡板间恰好无作用力 , 则温度至少要升高到多少摄氏度 ? - 78 - 答案 : (1) 如图 ( 2)177 ℃ 解析 : (1) 因开始时活塞紧压小挡板 , 说明被封闭气体的压强要小于大气压 , 在活塞离开挡板之前 , 气体的体积不变 , 做等容变化 , p - T 图线是过坐标原点的 直线 , 活塞离开挡板后 , 做等压变化 , 由此可知汽缸内气体的压强 p 随热力学温度 T 变化的图象如答案图所示 . ( 2) 对汽缸内气体 , 初状态 : T 1 = 300 K, p 1 =p 0 = 1 . 0 × 10 5 Pa 解得 t= 177 ℃ . - 79 - 5 . 一 粗细均匀的 U 形管 ABCD 的 D 端封闭 , A 端与大气相通 . 用水银将一定质量的理想气体封闭在 U 形管的 CD 一侧 , 如图甲所示 . 环境温度 T 1 = 300 K 时 , 管中 AB 、 CD 两侧的水银面高度平齐 h 1 = 15 cm, AB 、 CD 管高相同 h 2 = 35 cm, BC 两柱心宽度 h 3 = 5 cm, 现将 U 形管绕 C 点顺时针缓慢旋转 90 ° 后如图乙所示 , 此过程没有水银漏出 . 大气压强取 p 0 = 75 cmHg,U 形管的横截面积 S= 0 . 4 cm 2 . - 80 - (1) 求此时 CD 侧空气柱长度 l 1 ; (2) 若环境温度升高至 T 2 时 , AB 、 CD 两侧的水银面又对齐 , 求此时温度 T 2 . 答案 : (1)18 . 75 cm 　 (2)320 K 解析 : (1) 如图甲、乙对封闭气体研究 , 温度不变 T 1 = 300 K 初态时压强 p 1 =p 0 = 75 cmHg, 体积 V 1 = ( h 2 -h 1 ) S= 20 S ; 水平状态时 , 压强 p 1 =p 0 +p h 3 = 80 cmHg, 设这时 CD 侧气柱长度为 l 1 , 体积 V 2 =l 1 S 由玻意耳定律可知 p 1 V 1 =p 2 V 2 , 解得 l 1 = 18 . 75 cm . - 81 - (2) 如图所示 , 水银柱面水平差距 Δ x= 2( h 2 -h 1 -l 1 ) = 2 . 5 cm p 1 , 故 B 不动 . 由 p 1 =p 0 + ρ gh 解得水的深度 h ≈3 . 33 m . - 84 - (2) 该装置放入水下后 , 由于水的压力 , A 向右移动 , Ⅰ 内气体压强逐渐增大 , 当压强增大到大于 2 p 0 后 B 开始向右移动 , 当 A 恰好移动到缸底时所测深度最大 , 此时原 Ⅰ 内气体全部进入 Ⅱ 内 , 设 B 向右移动 x 距离 , 两部分气体压强均为 p 2 . 对原 Ⅰ 内气体 , 由玻意耳定律得 p 0 SL=p 2 Sx 对原 Ⅱ 内气体 , 由玻意耳定律得 2 p 0 SL=p 2 S ( L-x ) 又 p 2 =p 0 + ρ gh m 　 联立解得 h m = 20 m . - 85 - 7 . (2019 甘肃兰州模拟 ) 容器内装有 1 kg 的氧气 , 开始时 , 氧气压强为 1 . 0 × 10 6 Pa, 温度为 57 ℃, 因为漏气 , 经过一段时间后 , 容器内氧气压强变为原来 的 , 温度降为 27 ℃, 求漏掉多少千克氧气 ? 答案 : 0 . 34 解析 : 由题意知 , 气体质量 m= 1 kg, 压强 p 1 = 1 . 0 × 10 6 Pa, 温度 T 1 = (273 + 57)K = 330 K, 经一段时间后温度降为 T 2 = ( 273 + 27)K = 300 K ,