专题14 热学（讲）-2019年高考物理二轮复习讲练测

专题14 热学（讲）-2019年高考物理二轮复习讲练测

考试大纲 要求 考纲解读 1. 分子动理论的基本观点和实验依据 Ⅰ 2.阿伏加德罗常数 Ⅰ 3. 气体分子运动速率的统计分布 Ⅰ 4. 温度、内能 Ⅰ 5.固体的微观结构、晶体和非晶体 Ⅰ 6.液晶的微观结构 Ⅰ 7. 液体的表面张力现象 Ⅰ 8.气体实验定律 Ⅱ 9.理想气体 Ⅰ 10.饱和蒸汽、未饱和蒸汽和蒸汽压 Ⅰ 11.相对湿度 Ⅰ 12.热力学第一定律 Ⅰ 13.能量守恒定律 Ⅰ 14.热力学第二定律 Ⅰ 1.本专题的命题集中在分子动理论、估算分 子数目和大小、热力学两大定律的应用、气 体状态参量的意义、热力学第一定律的综合 问题、气体实验定律和气体状态方程的应用， 以及用图象表示气体状态的变化过程等知 识点． 2．命题时往往在一题中容纳多个知识点， 把热学知识综合在一起进行考查，以选择题 的形式出现；后面部分热点知识的考查多以 计算题的形式出现，着重考查热学状态方程 的应用． 3．《物理课程新标准》在课程性质中指出： “高中物理课程有助于学生继续学习基本 的物理知识与技能，增强创新意识和实践能 力，发展探索自然、理解自然的兴趣与热 情．”近两年来，热学考题中还涌现了许多 对热现象的自主学习和创新能力考查的新 情景试题．同时，本考点还可以与生活、生 产联系起来考查热学知识在实际中的应用. 纵观近几年高考试题，预测 2019 年物理高考试题还会考： 1.从过去几年的高考题看，出现频率较高的知识点如下：分子动理论的基本观点，物体的内能及其改变，热 力学第一、二定律，气体状态参量等．知识与现实联系密切。 2.高考热学命题的重点内容有：(1)分子动理论要点，分子力、分子大小、质量、数目估算；题型多为选择题 和填空题，绝大多数选择题只要求定性分析，极少数填空题要求应用阿伏加德罗常数进行计算(或估算)； （2）理想气体状态方程和用图象表示气体状态的变化；气体实验定律的理解和简单计算；固、液、气三态 的微观解释和理解； 考向 01 分子动理论 内能 1.讲高考 （1）考纲要求 掌握分子动理论的基本内容.2.知道内能的概念.3.会分析分子力、分子势能随分子间距离的变化． （2）命题规律 高考热学命题的重点内容有：(1)分子动理论要点，分子力、分子大小、质量、数目估算；题型多为选择题 和填空题，绝大多数选择题只要求定性分析，极少数填空题要求应用阿伏加德罗常数进行计算(或估算)。 案例 1． 关于分子动理论，下列说法正确的是 A. 气体扩散的快慢与温度无关 B. 布朗运动是液体分子的无规则运动 C. 分子间同时存在着引力和斥力 D. 分子间的引力总是随分子间距增大而增大 【来源】2018 年全国普通高等学校招生统一考试物理（北京卷） 【答案】 C 点睛：本题考查了布朗运动、扩散以及分子间的作用力的问题；注意布朗运动和扩散都说明了分子在做永 不停息的无规则运动，都与温度有关；分子间的斥力和引力总是同时存在的。 案例 2．一定量的氧气贮存在密封容器中，在T1 和 T2 温度下其分子速率分布的情况见右表．则 T1___（选填 “大于”“小于”或“等于”）T2．若约 10%的氧气从容器中泄漏，泄漏前后容器内温度均为 T1，则在泄漏后的 容器中，速率处于 400~500 m/s 区间的氧气分子数占总分子数的百分比___（选填“大于”“小于”或“等于”） 18.6%． 【来源】2018 年全国普通高等学校招生统一考试物理（江苏卷） 【答案】 大于 等于 【解析】分子速率分布与温度有关，温度升高，分子的平均速率增大，速率大的分子数所占比例增加，速 率小的分子数所占比例减小，所以 T1 大于 T2；泄漏前后容器内温度不变，则在泄漏后的容器中，速率处于 400~500 m/s 区间的氧气分子数占总分子数的百分比不变，仍为 18.6%． 考点定位】分子动理论 【名师点睛】温度是分子平均动能的标志，但单个分子做无规则运动，单个分子在高温时速率可能较小。 2．讲基础 （1）物体是由大量分子组成的 ①多数分子大小的数量级为 10－10 m. ②一般分子质量的数量级为 10－26 kg. （2） 分子永不停息地做无规则热运动 说明分子永不停息地做无规则运动的两个实例 ①扩散现象：由于分子的无规则运动而产生的物质迁移现象．温度越高，扩散越快． ②布朗运动：在显微镜下看到的悬浮在液体中的固体颗粒的永不停息地无规则运动．布朗运动反映了液体 内部的分子的无规则运动．颗粒越小，运动越明显；温度越高，运动越剧烈． （3） 分子间存在着相互作用力 ①分子间同时存在引力和斥力，实际表现的分子力是它们的合力． ②引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，但斥力比引力变化得快． (4)温度和内能 ①当分子力做正功时，分子势能减小；当分子力做负功时，分子势能增大． ②从分子动理论观点来看，温度是物体分子热运动平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能就越大； 反之亦然．注意同一温度下，不同物质分子的平均动能都相同，但由于不同物质的分子质量不尽相同，所 以分子运动的平均速率不尽相同。 ③决定物体内能的是物体中所含分子的摩尔数、温度和体积三个因素。 3．讲典例 案例 1．很多轿车为了改善夜间行驶时的照明问题，在车灯的设计上选择了氙气灯，这是因为氙气灯灯光的 亮度是普通灯灯光亮度的 3 倍，但是耗电量仅是普通灯的一半，氙气灯使用寿命则是普通灯的 5 倍。若氙 气充入灯头后的容积 V＝1．6 L，氙气密度ρ＝6．0 kg／m3。已知氙气的摩尔质量 M＝0．131kg／mol，阿伏 伽德罗常数 NA＝6×1023mol－1。试估算：（结果保留一位有效数字） ①灯头中氙气分子的总个数； ②灯头中氙气分子间的平均距离。 【答案】 ① ② 【解析】 试题分析：①设氙气的物质的量为 n，则 氙气分子的总数 ②每个分子所占的空间为 设分子间平均距离为 a，则有 V0=a3 即 【趁热打铁】关于热现象，下列说法中正确的是________。 A. 气体的温度升高时，分子的平均动能增大，撞击器壁时对器壁的作用力增大，从而气体的压强一定增大 B. 自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的 C. 在完全失重的情况下，密闭容器内的气体对器壁压强不变 D. 液晶显示器是利用了液晶对光具有各向同性的特点 E. 一定量 100℃的水变成 100℃的水蒸气，其分子之间的势能增加 【答案】 BCE 【解析】 个22104× m103 9−× M Vn ρ= N VV =0 【详解】 案例 2．下列说法正确的是　　 A．在一定条件下晶体和非晶体间可以相互转化 B．空气中粉尘的运动属于布朗运动 C．用气筒给自行车打气时，要用力才能压缩空气，是因为空气分子间存在斥力 D．一定质量的理想气体发生等容变化过程中，其内能的变化由热传递来决定 E. 热量可以从低温的物体传递给高温的物体，但一定会对环境产生影响 【答案】 ADE 【解析】 【详解】 【点睛】 本题考查到多个热学的知识点的内容，解答的关键要掌握热力学基本知识，正确理解热力学第二定律的几 种不同的说法，并能用来分析问题． 【趁热打铁】下列说法正确的是() A．晶体的分子排列都是有规则的 B．不论单晶体还是多晶体，在熔化时，要吸热但温度保持不变 C．液体的表面张力是由液体分子间的相互作用引起的 D．饱和气压与温度和体积都有关 E. 对同一种液体，饱和气压随温度升高而增大 【答案】 BCE 【解析】 【详解】 A、单晶体具有各向异性，在各个不同的方向上的物理性质不同，分子的排列在空间上有周期性，多晶体具 有各项同性，分子排列不一定是规则的；故 A 错误. B、在熔化过程中，单晶体和多晶体都要吸收热量，温度保持不变；故 B 正确. C、液体表面层中分子间距大于液体内部分子间距，分子间的作用力表现为引力，则液体表面存在张力，则 C 正确. D、同一种液体的饱和汽仅仅与温度有关，与体积无关；故 D 错误. E、对于同一种液体，饱和汽压仅仅与温度有关，随温度升高而增大；故 E 正确. 故选 BCE. 【点睛】 该题考查晶体、液晶和饱和汽以及它们的特性，此题需要知道晶体和非晶体的区别，对晶体还要区分好单 晶体和多晶体的区别． 4．讲方法 （1）微观量的估算 ① 微观量：分子体积 V0、分子直径 d、分子质量 m0. ② 宏观量：物体的体积 V、摩尔体积 Vm、物体的质量 m、摩尔质量 M、物体的密度 ρ. ③ 关系 (a)分子的质量： (b)分子的体积： (c)物体所含的分子数： 或 ④）分子的两种模型： (a)对于固体、液体，分析分子的直径时，可建立球体模型，分子直径 。 (b)对于气体，分析分子间的平均距离时，可建立立方体模型，相邻分子间的平均距离为 。 ⑤特别提醒 (a)固体和液体分子都可看成是紧密堆积在一起的．分子的体积 ，仅适用于固体和液体，对气体不 适用． (b)对于气体分子， 的值并非气体分子的大小，而是两个相邻的气体分子之间的平均距离． (2) 布朗运动与分子热运动 布朗运动 热运动 活动主体 固体小颗粒 分子 区别 是固体小颗粒的运动，是比分子大得多 的分子团的运动，较大的颗粒不做布朗 运动，但它本身的以及周围的分子仍在 做热运动 是指分子的运动，分子无论 大小都做热运动，热运动不 能通过光学显微镜直接观察 到 共同点 都是永不停息的无规则运动，都随温度的升高而变得更加激烈，都是 肉眼所不能看见的 联系 布朗运动是由于小颗粒受到周围分子做热运动的撞击力而引起的，它 是分子做无规则运动的反映 ①.扩散现象直接反映了分子的无规则运动，并且可以发生在固体、液体、气体任何两种物质之间． ②布朗运动不是分子的运动，是液体分子无规则运动的反映． (3)分子间作用力 分子间总是同时存在着相互作用的引力和斥力，“分子力”是引力与斥力的合力．分子间的引力和斥力都 随分子间距离的增大而减小、随分子间距离的减小而增大，但总是斥力变化得较快．如图所示． 3 06 π Vd = 3 0Vd = A m N VV =0 3 0Vd = (1)当 r＝r0 时，F 引＝F 斥，F＝0； (2)当 rr0 时，F 引和 F 斥都随距离的增大而减小，但 F 引>F 斥，F 表现为引力； (4)当 r>10r0(10－9 m)时，F 引和 F 斥都已经十分微弱，可以认为分子间没有相互作用力(F＝0) 5．讲易错 【题目】19．下列说法正确的是____ A.空气中 PM2.5 的运动属于分子热运动 B．热量总是自发的从分子平均动能大的物体传递到分子平均动能小的物体 C．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 D．随着分子间距离的增大，分子间作用力减小，分子势能也减小 E．利用液晶在外加电压的影响下，会由透明状态变成混浊状态而不透明，去掉电压后，又会恢复透明的特 性可以做成显示元件 【答案】 BCE 【正解】 【错因】 本题考查对分子动理论的理解;掌握温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子平均动能越大;分子间相互 作用的引力和斥力都随分子间距离的减小而增大. 考向 02 固体、液体和气体 1.讲高考 （1）考纲要求 知道晶体、非晶体的区别；理解表面张力，会解释有关现象；掌握气体实验三定律，会用三定律分析气体 状态变化问题。 （2）命题规律 高考热学命题的重点内容有：理想气体状态方程和用图象表示气体状态的变化；气体实验定律的理解和简 单计算；固、液、气三态的微观解释和理解。 案例 1．如图所示，一支温度计的玻璃泡外包着纱布，纱布的下端浸在水中．纱布中的水在蒸发时带走热量， 使温度计示数低于周围空气温度．当空气温度不变，若一段时间后发现该温度计示数减小，则_____． A. 空气的相对湿度减小 B. 空气中水蒸汽的压强增大 C. 空气中水的饱和气压减小 D. 空气中水的饱和气压增大 【来源】2018 年全国普通高等学校招生统一考试物理（江苏卷） 【答案】 A 点睛：本题考查湿度温度计的原理、分子速率分布的特点和热力学第一定律，解题的关键是要理解热力学 的基本概念、弄清热力学第一定律各物理量的含义，注意气体等压变化过程中（C→A）应用 计 算外界对气体做的功。 考点定位】玻意耳定律、查理定律 【名师点睛】本题重点考查理想气体的状态方程，在分析的时候注意，气缸导热，即第一个过程为等温变 化，审题的时候注意关键字眼。 【趁热打铁】粗细均匀的 U 形管中装有水银，左管上端有一活塞 P，右管上端有一阀门 S，开始时活塞位置 与阀门等高，如图所示，阀门打开时，管内两边水银柱等高，两管空气柱长均为 l=20cm，此时两边空气柱 温度均为 27℃，外界大气压为 P0=76cmHg，若将阀门 S 关闭以后，把左边活塞 P 慢慢下压，直至右边水银 上升 10cm，在活塞下压过程中，左管空气柱的温度始终保持在 27℃，并使右管内温度上升到 177℃，此时 左管内空气的长度． 【答案】 6．1cm W P V= ⋅∆ 考点：理想气体状态方程 【名师点睛】本题主要考查了如何利用理想气体状态方程解决问题。关键是写出气体初末状态的状态参量， 未知的先设出来，然后应用理想气体状态方程列式求解即可分别写出左右两管气体的初末状态的状态参量， 左管做等温变化，列玻意耳定律公式，右管列理想气体状态方程求解即可。 案例 2．如图所示，粗细均匀的 L 形玻璃管放在竖直平面内，封闭端水平放置，水平段管长 60cm，上端开 口的竖直段管长 20cm，在水平管内有一段长为 20cm 的水银封闭着一段长 35cm 的理想气体，已知气体的温 度为 7℃，大气压强为 75cmHg，现缓慢对封闭理想气体加热．求： ①水银柱刚要进入竖直管时气体的温度； ②理想气体的温度升高到 111℃时，玻璃管中封闭理想气体的长度． 【答案】 ①47℃ ②45cm 【解析】 试题分析: ①设水银柱刚好要进入竖直管内的温度为 t，则有： , （3 分） 带入数据 解得：T2=320K=47℃ （1 分） 考点：理想气体状态方程 【名师点睛】本题关键找出气体的已知参量后根据气体实验定律的方程列式求解，特别注意公式中的温度 应该用热力学温度，知道摄氏温度和热力学温度的转化关系．气体等压膨胀，根据盖-吕萨克定律列式求解； 气体继续等容升温，根据查理定律列式求解． 考向 03 热力学定律 1.讲高考 （1）考纲要求 知道改变内能的两种方式，理解热力学第一定律；知道与热现象有关的宏观物理过程的方向性，了解热力 学第二定律；掌握能量守恒定律及其应用． （2）命题规律 高考对本部分内容考查的重点和热点有以下几个方面：热力学定律的理解和简单计算，多以选择题的形式 出现。 案例 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，选对 1 个给 2 分，选对 2 个得 4 分，选对 3 个得 5 分，每选错 1 个扣 3 分，最低得分 0 分） 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 【来源】2018 年全国普通高等学校招生统一考试物理（全国 III 卷） 【答案】 BCD 【解析】试题分析本题考查对一定质量的理想气体的 p——V 图线的理解、理想气体状态方程、热力学第一 定律、理想气体内能及其相关的知识点。 解析 一定质量的理想气体从 a 到 b 的过程，由理想气体状态方程 paVa/Ta=pbVb/Tb 可知，Tb>Ta，即气体 的温度一直升高，选项 A 错误；根据理想气体的内能只与温度有关，可知气体的内能一直增加，选项 B 正 确；由于从 a 到 b 的过程中气体的体积增大，所以气体一直对外做功，选项 C 正确；根据热力学第一定律， 从 a 到 b 的过程中，气体一直从外界吸热，选项 D 正确；气体吸收的热量一部分增加内能，一部分对外做 功，选项 E 错误。 案例 2．如图所示，一定质量的理想气体在状态 A 时压强为 2.0×105 Pa，经历 A B C A 的过程，整个过 程中对外界放出 61.4 J 热量．求该气体在 A B 过程中对外界所做的功． 【来源】2018 年全国普通高等学校招生统一考试物理（江苏卷） 【答案】 气体对外界做的功为 138.6 J 案例 3．【2017·新课标Ⅱ卷】（5 分）如图，用隔板将一绝热气缸分成两部分，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气缸。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________（选对 1 个得 2 分，选对 2 个得 4 分，选对 3 个得 5 分；每选错 1 个扣 3 分，最低得分为 0 分）。 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 【答案】ABD 【 功可以全部变成热，但热量不能自发地变成功 根据热力学第二定律的开尔文表述可知，不可能从单一热源吸热使之完全变为有用功，而不引起外界变化； 可以从单一热源吸热使之完全变为机械功，但是要引起外界变化。 【正解】 【点睛】 本题考查了热力学第一定律，解题关键是要对教材 3-3 进行全面的掌握，知道热力学第二定律的两种表述， 并能用其解释功和热的转化过程。