高考物理名师考点点拨专题15热学含14真题及原创解析.docx

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高考物理名师考点点拨专题15热学含14真题及原创解析

高考定位

高考对本专题内容考查的重点和热点有：

①分子大小的估算；②对分子动理论内容的理解；③物态变化中的能量问题；④气体实验定律的理解和简单计算；⑤固、液、气三态的微观解释和理解；⑥热力学定律的理解和简单计算；⑦用油膜法估测分子大小等内容．应考策略：

内容琐碎、考查点多，复习中应以四块知识（分子动理论、从微观角度分析固体、液体、气体的性质、气体实验定律、热力学定律）为主干，梳理出知识点，进行理解性记忆．

考题1　热学基本规律与微观量计算的组合

例1

　（2014·江苏·12A）一种海浪发电机的气室如图1所示．工作时，活塞随海浪上升或下降，改变气室中空气的压强，从而驱动进气阀门和出气阀门打开或关闭．气室先后经历吸入、压缩和排出空气的过程，推动出气口处的装置发电．气室中的空气可视为理想气体．

图1

（1）下列对理想气体的理解，正确的有________．

A．理想气体实际上并不存在，只是一种理想模型

B．只要气体压强不是很高就可视为理想气体

C．一定质量的某种理想气体的内能与温度、体积都有关

D．在任何温度、任何压强下，理想气体都遵循气体实验定律

（2）压缩过程中，两个阀门均关闭．若此过程中，气室中的气体与外界无热量交换，内能增加了3.4×104J，则该气体的分子平均动能________（选填“增大”、“减小”或“不变”），活塞对该气体所做的功________（选填“大于”、“小于”或“等于”）3.4×104J.

（3）上述过程中，气体刚被压缩时的温度为27℃，体积为0.224m3，压强为1个标准大气压．已知1mol气体在1个标准大气压、0℃时的体积为22.4L，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023mol－1.计算此时气室中气体的分子数．（计算结果保留一位有效数字）

解析　

（1）理想气体是一种理想化模型，温度不太低、压强不太大的实际气体可视为理想气体；只有理想气体才遵循气体的实验定律，选项A、D正确，选项B错误．一定质量的理想气体的内能完全由温度决定，与体积无关，选项C错误．

（2）因为理想气体的内能完全由温度决定，当气体的内能增加时，气体的温度升高，温度是分子平均动能的标志，则气体分子的平均动能增大．

根据热力学第一定律，ΔU＝Q＋W，由于Q＝0，所以W＝ΔU＝3.4×104J.

（3）设气体在标准状态时的体积为V1，等压过程为：

＝

气体物质的量为：

n＝

，且分子数为：

N＝nNA

解得N＝

NA

代入数据得N≈5×1024个

答案　

（1）AD　

（2）增大　等于　（3）5×1024

1．

（1）1mol任何气体在标准状况下的体积都是22.4L．试估算温度为0℃，压强为2个标准大气压时单位体积内气体分子数目为____________（结果保留两位有效数字）．

（2）下列说法正确的是（　　）

A．液晶具有流动性，光学性质各向异性

B．气体的压强是由气体分子间斥力产生的

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．气球等温膨胀，球内气体一定向外放热

答案　

（1）5.4×1025　

（2）AC

解析　

（1）设0℃，p1＝2atm，气体的体积V1＝1m3，在标准状态下，压强p2＝1atm，气体的体积为V2

由p1V1＝p2V2得：

V2＝

＝

m3＝2m3

设气体的分子个数为N，则N＝

NA＝5.4×1025个．

（2）气体压强是由大量气体分子频繁撞击器壁而产生的，B错误；气体等温膨胀说明：

W<0，ΔU＝0，由ΔU＝W＋Q可知，Q＞0，球内气体吸热，D错误．

2．在“用油膜法估测分子的大小”实验中，用注射器将一滴油酸酒精溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描出油膜的轮廓，随后把玻璃板放在坐标纸上，其形状如图2所示，坐标纸上正方形小方格的边长为10mm，该油酸膜的面积是____m2；若一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是4×10－6mL，则油酸分子的直径是________m．（上述结果均保留1位有效数字）

图2

答案　8×10－3　5×10－10

解析　由于小方格的个数为80个，故油酸膜的面积是S＝80×100×10－6m2＝8×10－3m2；油酸分子直径为d＝

＝

m＝5×10－10m.

3．（2014·北京·13）下列说法中正确的是（　　）

A．物体温度降低，其分子热运动的平均动能增大

B．物体温度升高，其分子热运动的平均动能增大

C．物体温度降低，其内能一定增大

D．物体温度不变，其内能一定不变

答案　B

解析　温度是物体分子平均动能的标志，所以物体温度升高，其分子热运动的平均动能增大，A错，B对；影响物体内能的因素是温度、体积和物质的量，所以只根据温度的变化情况无法判断内能的变化情况，C、D错．

解答微观量计算问题时应注意：

（1）固体、液体分子可认为紧靠在一起，可看成球体或立方体；气体分子只能按立方体模型计算所占的空间．

（2）阿伏加德罗常数是联系宏观与微观的桥梁，计算时要注意抓住与其相关的三个量：

摩尔质量、摩尔体积和物质的量．

考题2　热学基本规律与气体实验定律的组合

例2

（1）下列说法中正确的是________．

A．理想气体温度升高时，分子的平均动能一定增大

B．一定质量的理想气体，体积减小时，单位体积的分子数增多，气体的压强一定增大

C．压缩处于绝热容器中的一定质量的理想气体，其内能一定增加

D．当分子间的相互作用力为引力时，其分子间没有斥力

E．分子a从远处靠近不动的分子b的过程中，当它们相互作用力为零时，分子a的动能一定最大

（2）如图3所示，U形管两臂粗细不等，开口向上，右端封闭的粗管横截面积是开口的细管的三倍，管中装入水银，大气压为76cmHg.左端开口管中水银面到管口距离为11cm，且水银面比封闭管内高4cm，封闭管内空气柱长为11cm.现在开口端用小活塞封住，并缓慢推动活塞，使两管液面相平，推动过程中两管的气体温度始终不变，试求：

图3

①粗管中气体的最终压强；

②活塞推动的距离．

解析　

（1）一定质量的理想气体，体积减小时，由于温度变化不确定，则气体的压强不一定增大，故B错误；分子间同时存在引力和斥力，二力同时存在，故D错误．故选A、C、E.

（2）①设左管横截面积为S，则右管横截面积为3S，以右管封闭气体为研究对象．

初状态p1＝80cmHg，V1＝11×3S＝33S，两管液面相平时，Sh1＝3Sh2，h1＋h2＝4cm，解得h2＝1cm，此时右端封闭管内空气柱长l＝10cm，V2＝10×3S＝30S

气体做等温变化有p1V1＝p2V2

即80×33S＝p2×30S

p2＝88cmHg.

②以左管被活塞封闭气体为研究对象

p1′＝76cmHg，V1′＝11S，p2＝p2′＝88cmHg

气体做等温变化有p1′V1′＝p2′V2′

解得V2′＝9.5S

活塞推动的距离为L＝11cm＋3cm－9.5cm＝4.5cm

答案　

（1）ACE　

（2）①88cmHg　②4.5cm

4．（2014·广东·17）用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图4所示，充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体（　　）

图4

A．体积减小，内能增大

B．体积减小，压强减小

C．对外界做负功，内能增大

D．对外界做正功，压强减小

答案　AC

解析　实际气体在温度不太低、压强不太大时可看作理想气体．充气袋被挤压，气体体积减小，外界对气体做正功，则W>0，即气体对外界做负功，由于袋内气体与外界无热交换，即Q＝0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，内能增大，温度升高，选项A、C正确；根据理想气体状态方程

＝C可判断压强一定增大，选项B、D错误．

5．（2014·重庆·10）

（1）重庆出租车常以天然气作为燃料，加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中，若储气罐内气体体积及质量均不变，则罐内气体（可视为理想气体）（　　）

A．压强增大，内能减小

B．吸收热量，内能增大

C．压强减小，分子平均动能增大

D．对外做功，分子平均动能减小

（2）图5为一种减震垫，上面布满了圆柱状薄膜气泡，每个气泡内充满体积为V0、压强为p0的气体．当平板状物品平放在气泡上时，气泡被压缩．若气泡内气体可视为理想气体，其温度保持不变．当体积压缩到V时气泡与物品接触面的面积为S.求此时每个气泡内气体对接触面处薄膜的压力．

图5

答案　

（1）B　

（2）

S

解析　

（1）储气罐内气体体积及质量均不变，温度升高，气体从外界吸收热量，分子平均动能增大，内能增大，压强变大．因气体体积不变，故外界对气体不做功，只有B正确．

（2）取气泡内的气体研究，设压缩后气泡内气体压强为p，由玻意耳定律得p0V0＝pV，则p＝

，故气体对接触面处薄膜的压力F＝pS＝

S.

6．

（1）下列说法中正确的是________．

A．当分子间的距离增大时，分子间的斥力减小，引力增大

B．一定质量的理想气体对外界做功时，它的内能有可能增加

C．有些单晶体沿不同方向的光学性质不同

D．从单一热源吸收热量，使之全部变成功而不产生其他影响是不可能的

（2）有一导热气缸，气缸内用质量为m的活塞密封一定质量的理想气体，活塞的横截面积为S，大气压强为p0.如图6所示，气缸水平放置时，活塞距离气缸底部的距离为L，现将气缸竖立起来，活塞将缓慢下降，不计活塞与气缸间的摩擦，不计气缸周围环境温度的变化，求活塞静止时活塞到气缸底部的距离．

图6

答案　

（1）BCD　

（2）

L

解析　

（2）缸内密闭的气体经历的是等温过程，设气缸竖直放置后，活塞静止时活塞到气缸底部的距离为h.

气缸水平放置时，对活塞有：

p1S－p0S＝0

气缸竖直放置后活塞静止时，对活塞有：

p2S－mg－p0S＝0

据玻意耳定律有：

p1LS＝p2hS

解得：

h＝

L

应用气体实验定律的三个重点环节：

1．正确选择研究对象：

对于变质量问题要保证研究质量不变的部分；对于多部分气体问题，要各部分独立研究，各部分之间一般通过压强找联系．

2．列出各状态的参量：

气体在初、末状态，往往会有两个（或三个）参量发生变化，把这些状态参量罗列出来会比较准确、快速的找到规律．

3．认清变化过程：

准确分析变化过程以便正确选用气体实验定律．

考题3　气体实验定律与热力学定律综合问题的分析技巧

例3

　如图7所示，一圆柱形绝热容器竖直放置，通过绝热活塞封闭着摄氏温度为t1的理想气体，活塞的质量为m，横截面积为S，与容器底部相距h1.现通过电热丝给气体加热一段时间，使其温度上升到t2（摄氏温度），若这段时间内气体吸收的热量为Q，已知大气压强为p0，重力加速度为g，求：

图7

（1）气体的压强；

（2）这段时间内活塞上升的距离是多少？

（3）这段时间内气体的内能如何变化，变化了多少？

解析　

（1）对活塞受力分析，由平衡条件得p＝p0＋

（2）设温度为t2时活塞与容器底部相距h2.

由盖—吕萨克定律

＝

得：

＝

由此得：

h2＝

活塞上升的距离为Δh＝h2－h1＝

.

（3）气体对外做功为W＝pS·Δh＝（p0＋

）·S·

＝（p0S＋mg）

由热力学第一定律可知

ΔU＝Q－W＝Q－（p0S＋mg）

.

答案　

（1）p0＋

（2）

（3）Q－（p0S＋mg）

7．

（1）下列说法正确的是________．

a．当分子力表现为引力时，分子力和分子势能都是随着分子间距离的增大而减小

b．单晶体和多晶体都有确定的熔点和凝固点

c．在自然界发生的一切过程中能量都是守恒的，符合能量守恒定律的宏观过程都能自然发生

d．当液体与大气相接触时，液体表面层内的分子所受其它分子作用力的合力总是指向液体内部

（2）如图8所示，导热材料制成的截面积相等、长度均为L＝60cm的气缸A、B通过带有阀门的管道连接，初始时阀门关闭．厚度不计的光滑活塞C位于B内左侧，在A内充满压强pA＝2.0×105Pa的理想气体，B内充满压强pB＝1.0×105Pa的同种理想气体，忽略连接气缸的管道体积，室温不变．现打开阀门，求：

图8

①平衡后活塞向右移动的距离和B中气体的压强；

②活塞移动过程中B中气体是吸热还是放热？

答案　

（1）bd　

（2）①20cm　1.5×105Pa　②放热

解析　

（2）①平衡后两部分气体的压强相等设为p，设活塞的面积为S，活塞移动的距离为x，根据玻意耳定律

pALS＝p（L＋x）S

pBLS＝p（L－x）S

解得p＝1.5×105Pa

x＝20cm

②活塞向右移动压缩B内气体，即外界对B气体做功，但温度不变，故内能不变．根据热力学第一定律，B气体放出热量．

8．

（1）下列说法中正确的有________．

A．已知水的摩尔质量和水分子的质量，就可以计算出阿伏加德罗常数

B．布朗运动说明分子在永不停息地做无规则运动

C．两个分子间由很远（r＞10－9m）距离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

D．露珠呈球状是由于液体表面张力的作用

（2）如图9甲所示，一端开口导热良好的气缸放置在水平平台上，活塞质量为10kg，横截面积为50cm2，气缸全长21cm，气缸质量20kg，大气压强为1×105Pa，当温度为7℃时，活塞封闭的气柱长10cm，现将气缸倒过来竖直悬挂在天花板上，如图乙所示，g取10m/s2.

图9

①求稳定后，活塞相对气缸移动的距离；

②当气缸被竖直悬挂在天花板上，活塞下降并达到稳定的过程中，判断气缸内气体是吸热还是放热，并简述原因．

答案　

（1）ABD

（2）①5cm　②吸热　气缸倒置过程中，气缸内气体体积变大，对外做功，而气体内能不变，据热力学第一定律，气缸内气体吸热

解析　

（2）①设气缸倒置前后被封闭的气体的压强分别为p1和p2，气柱体积分别为V1和V2，活塞向下移动的距离为x，则

p1＝p0＋

＝1.2×105Pa，V1＝L1S

p2＝p0－

＝0.8×105Pa，V2＝L2S＝（L1＋x）S

因为气缸导热良好，则气缸倒置前后温度不变，

由玻意耳定律得：

p1V1＝p2V2

解得x＝5cm

②气缸倒置过程中，气缸内气体体积变大，对外做功，而气体内能不变，所以，气缸内气体吸热．

9．

（1）下列说法正确的是________．

A．单晶体和多晶体在物理性质上均表现为各向异性

B．墨水滴入水中出现扩散现象，这是分子无规则运动的结果

C．不可能从单一热源吸收热量全部用来做功

D．缝衣针漂浮在水面上是表面张力作用的结果

（2）如图10所示，有一光滑的导热性能良好的活塞C将容器分成A、B两室，A室体积为V0，B室的体积是A室的两倍，A、B两室分别有一定质量的理想气体．A室上连有一U形管（U形管内气体的体积忽略不计），当两边水银柱高度差为19cm时，两室气体的温度均为T1＝300K．若气体的温度缓慢变化，当U形管两边水银柱等高时，求：

（外界大气压等于76cm汞柱）

图10

①此时气体的温度为多少？

②在这个过程中B气体的内能如何变化？

做功情况如何？

从外界吸热还是放热？

（不需说明理由）

答案　

（1）BD

（2）①240K　②在这个过程中B气体的内能减少；外界对气体不做功，气体对外界放热

解析　

（2）①由题意知，气体的状态参量为：

初状态

对A气体：

VA＝V0，TA＝T1＝300K，pA＝p0＋h＝95cmHg

对B气体：

VB＝2V0，TB＝T1＝300K，pB＝p0＋h＝95cmHg

末状态

对A气体：

VA′＝V，pA′＝p0＝76cmHg

对B气体：

VB′＝3V0－V，pB′＝p0＝76cmHg

由理想气体状态方程得：

对A气体：

＝

对B气体：

＝

代入数据解得：

T＝240K，V＝V0

②气体B末状态的体积：

VB′＝3V0－V＝2V0＝VB，

由于整个过程中气体B初末状态体积不变，外界对气体不做功，温度降低，内能减小，由热力学第一定律可知，气体对外放出热量．

这类综合问题对热力学第一定律的考查有定性判断和定

量计算两种方式：

（1）定性判断．利用题中的条件和符号法则对W、Q、ΔU中的其中两个量做出准确的符号判断，然后利用ΔU＝W＋Q对第三个量做出判断．

（2）定量计算．一般计算等压变化过程的功，即W＝p·ΔV，然后结合其他条件，利用ΔU＝W＋Q进行相关计算．

（3）注意符号正负的规定．若研究对象为气体，对气体做功的正负由气体体积的变化决定．气体体积增大，气体对外界做功，W<0；气体的体积减小，外界对气体做功，W>0.

知识专题练　训练15

题组1　热学基本规律与微观量计算的组合

1．以下说法正确的是________．

A．气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，与单位体积内的分子数及气体分子的平均动能都有关

B．布朗运动是液体分子的运动，它说明分子不停息地做无规则热运动

C．当分子间的引力和斥力平衡时，分子势能最小

D．如果气体分子总数不变，而气体温度升高，气体的平均动能一定增大，因此压强也必然增大

E．当分子间距离增大时，分子间的引力和斥力都减小

答案　ACE

解析　气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，与单位体积内的分子数及气体分子的平均动能都有关，单位体积内的分子数越多，则气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数越多；分子的平均动能越大，则气体的平均速率越大，则气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数越多，选项A正确；布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒的运动，它说明液体分子不停息地做无规则热运动，选项B错误；当分子间的引力和斥力平衡时，即r＝r0位置，分子势能最小，选项C正确；如果气体分子总数不变，而气体温度升高，气体的平均动能一定增大，但是如果气体的体积变大，则气体分子密度减小，因此压强不一定增大，选项D错误；当分子间距离增大时，分子间的引力和斥力都减小，选项E正确．

2．在做“用油膜法估测分子的大小”实验时，将6mL的油酸溶于酒精中制成104mL的油酸酒精溶液．用注射器取适量溶液滴入量筒，测得每滴入75滴，量筒内的溶液增加1mL.用注射器把1滴这样的溶液滴入表面撒有痱子粉的浅水盘中，把玻璃板盖在浅盘上并描出油酸膜边缘轮廓，如图1所示．已知玻璃板上正方形小方格的边长为1cm，则油酸膜的面积约为________m2（保留两位有效数字）．由以上数据，可估算出油酸分子的直径约为_______m（保留两位有效数字）．

图1

答案　1.1×10－2　7.3×10－10

解析　正方形小方格的边长为1cm，则每个小方格的面积为1cm2＝1×10－4m2，油膜所占方格的个数以超过半格算一格，不够半格舍去的原则，对照图像可得共占据方格112个，所以油膜面积约为112×1×10－4m2≈1.1×10－2m2.油膜为单分子薄膜，即油膜厚度等于分子直径，所以有d＝

＝

≈7.3×10－10m.

题组2　热学基本规律与气体实验定律的组合

3．

（1）关于一定量的理想气体，下列说法正确的是（　　）

A．气体分子的体积是指每个气体分子平均所占有的空间体积

B．只要能增加气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以升高

C．在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零

D．气体从外界吸收热量，其内能不一定增加

E．气体在等压膨胀过程中温度一定升高

（2）“拔火罐”是一种中医疗法，为了探究“火罐”的“吸力”，某人设计了如图2所示的实验．圆柱状气缸（横截面积为S）被固定在铁架台上，轻质活塞通过细线与重物m相连，将一团燃烧的轻质酒精棉球从缸底的开关K处扔到气缸内，酒精棉球熄灭时（设此时缸内温度为t℃）关闭开关K，此时活塞下的细线刚好拉直且拉力为零，而这时活塞距缸底为L.由于气缸传热良好，重物被吸起，最后重物稳定在距地面

处．已知环境温度为27℃不变，

与

大气压强相当，气缸内的气体可看作理想气体，求t值．

图2

答案　

（1）BDE　

（2）127℃

解析　

（2）当气缸内温度为t℃时，气缸内封闭气体Ⅰ状态：

p1＝p0

V1＝LS

T1＝（273＋t）K

当气缸内温度为27℃时，气缸内封闭气体Ⅱ状态：

p2＝p0－

＝

p0

V2＝

LS

T2＝300K

由理想气体状态方程：

＝

T1＝400K

故t＝127℃

4．

（1）下列判断正确的有________．

A．液晶既具有液体的流动性，又像某些晶体那样具有光学各向异性

B．气体经等压升温后，内能增大，外界需要对气体做功

C．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总随分子间距离的减小而减小

D．小昆虫能在水面上跑动，是因为水的表面张力的缘故

E．第二类永动机不能实现，并不是因为违背了能量守恒定律

（2）如图3所示，一个密闭的导热气缸里用质量为M、横截面积为S的活塞封闭了A、B两部分气体，此时上下气体体积相等，当把气缸倒置稳定后A、B两部分气体体积比为1∶2，重力加速度为g，求后来B气体的压强．

图3

答案　

（1）ADE　

（2）

解析　

（2）由初始平衡状态：

pAS＋Mg＝pBS

由最终平衡状态：

pA′S－Mg＝pB′S

设气缸总容积为V，因为气缸导热，气体做等温变化，有：

pA·

＝pA′·

　pB·

＝pB′·

联立上面的方程，得pB′＝

5．

（1）下列说法中正确的是________．

A．凡是具有规则几何形状的物体一定是单晶体，单晶体和多晶体都具有各向异性

B．液体表面层内分子分布比液体内部稀疏，所以分子间作用力表现为引力

C．布朗运动是悬浮在液体中的固体分子的运动，它间接说明分子永不停息地做无规则运动

D．满足能量守恒定律的客观过程并不都是可以自发地进行的

E．一定量的气体，在压强不变时，分子每秒对器壁单位面积平均碰撞次数随着温度降低而增加

（2）如图4是粗细均匀一端封闭一端开口的U形玻璃管，大气压强p0＝76cmHg，当两管水银面相平时，左管被封闭气柱长L1＝20cm、温度t1＝31℃，求：

图4

①当气柱温度t2等于多少℃时，左管中气柱长为21cm?

②保持t1温度不变，为使左管气柱变为19cm，应在右管加入多长的水银柱？

答案　

（1）BDE　

（2）①54.6℃　②6cm

解析　

（2）①当左管气柱变为21cm时，右管水银面将比左管水银面高2cm，

此时左管气柱压强：

p2＝（76＋2）cmHg＝78cmHg

研究左管气柱由一定质量理想气体状态方程：

＝

其中p1＝p0＝76cmHg，V1＝20S，T1＝（273＋31）K＝304K，V2＝21S，T2＝（273＋t2）K

代入数据解得：

t2＝54.6℃

②设左管气柱变为19cm时压强为p3，由题意可知左管气柱做等温变化，根据玻意耳定律：

p1V1＝p3V3

得76cmHg×20S＝p3×19S

解得：

p3＝80cmHg

右管加入的水银柱长：

h＝80cm－76cm＋（20－19）×2cm＝6cm

6．如图5所示，一端开口的极细玻璃管开口朝下竖直立于水银槽的水银中，初始状态管内外水银面的高度差为l0＝62cm，系统温度为27℃.因怀疑玻璃管液面上方存在空气，现从初始状态分别进行两次试验如下：

图5

①保持