【物理】2018届二轮复习热学学案（全国通用）

【物理】2018届二轮复习热学学案（全国通用）

本专题全国卷的命题形式都是一大一小组成的，小题是以选择题的形式，分值为5分(或6分)，主要考查分子动理论、内能、热力学定律、固体、液体、气体等方面的基本知识；大题以计算题的形式，分值为10分(或9分)，主要考查对气体实验定律和理想气体状态方程的理解。‎ 高频考点：分子大小的估算；对分子动理论内容的理解；物态变化中的能量问题；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；热力学定律的理解和简单计算；用油膜法估测分子大小。‎ 考点一、分子动理论、内能及热力学定律 例 (2017·全国Ⅱ卷)(多选)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(　　)‎ 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 ‎【审题立意】本题考查了气体在自发扩散和被压缩过程中所伴随的内能变化、分子分子平均动能的变化以及气体做功情况的判断，意在考查考生对热力学过程中基本概念以及热力学定律的理解和掌握程度。‎ ‎【解题思路】抽开隔板，气体自发扩散过程中，气体对外界不做功，与外界没有热交换，因此气体的内能不变，A项正确，C项错误；气体在被压缩的过程中，外界对气体做功，D项正确；由于气体与外界没有热交换，根据热力学第一定律可知，气体在被压缩的过程中内能增大，因此气体的温度升高，气体分子的平均动能增大，B项正确，E项错误。‎ ‎【参考答案】ABD ‎【知识建构】必须掌握的两个要点 ‎1. 估算问题 ‎(1)油膜法估算分子直径：d＝。 V为纯油酸体积，S为单分子油膜面积。‎ ‎(2)分子总数：N＝nNA＝·NA＝NA。 注意：对气体而言，N≠。‎ ‎(3)两种分子模型：‎ 球模型：V＝πR3(适用于估算液体、固体分子直径)。‎ 立方体模型：V＝a3(适用于估算气体分子间距)。‎ ‎2. 反映分子运动规律的两个实例 布朗运动 液体内固体小颗粒永不停息、无规则的运动，颗粒越小、温度越高，运动越剧烈 扩散现象 分子永不停息的无规则运动，温度越高，扩散越快 ‎3. 对热力学定律的理解 ‎(1)改变物体内能的方式有两种，只叙述一种改变方式是无法确定内能变化的。‎ ‎(2)热力学第一定律ΔU＝Q＋W中W和Q的符号可以这样确定：只要此项改变对内能增加有正贡献的即为正。‎ ‎(3)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，但不引起其他变化是不可能的。‎ ‎【变式训练】(2018届高三·江西五市八校联考)下列说法中正确的是(　　)‎ A．布朗运动是指液体或气体中悬浮微粒的无规则运动 B．气体的温度升高，每个气体分子运动的速率都增加 C．一定量100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气，其分子之间的势能增加 D．只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以降低 E．空调机作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制冷机的工作不遵守热力学第二定律 解析：‎ 布朗运动是指液体或气体中悬浮微粒的无规则运动，故A正确；温度是分子平均动能的标志，气体温度升高，分子的平均动能增加，其中有些分子的速率增加，但也有些分子的速率会减小，只是分子的平均速率增加，故B错误；一定量100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气，温度没有变化，分子的平均动能不变，但是在这个过程中要吸热，内能增加，所以分子之间的势能必定增加，故C正确；温度是分子平均动能的标志，只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以降低，故D正确；空调机作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，产生了其他影响，即消耗了电能，所以不违背热力学第二定律，故E错误。‎ 答案：ACD 考点二、固体、液体和气体 例 (2017·吉林省实验中学模拟)下列关于热学中的相关说法正确的是(　　)‎ A．液晶既有液体的流动性，又具有单晶体的各向异性 B．燃气由液态变为气态的过程中分子的分子势能增加 C．气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子的平均动能增大，故气体的压强一定增大 D．汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气，可以使它们自发地分离，既清洁了空气，又变废为宝 E．某种液体的饱和汽压不一定比未饱和汽压大 ‎【审题立意】液晶既有液体的流动性，又有单晶体的各向异性；根据体积变化判断做功情况、分子势能的变化，根据理想气体的状态方程分析状态参量的变化。‎ ‎【解题思路】根据液晶特点和性质可知：液晶既有液体的流动性，又具有单晶体的各向异性，故A正确；燃气由液态变为气态的过程中要吸收热量，故分子的分子势能增加，选项B正确；若气体温度升高的同时，体积膨胀，压强可能不变，故C错误；由热力学第二定律可知，能源的能量耗散后品质降低，不可能自发转变成新能源，且不能自发地分离，选项D错误；液体的饱和汽压与液体的温度有关，随温度的升高而增大，不一定比未饱和汽压大，选项E正确。‎ ‎【参考答案】ABE ‎【知识构建】1．晶体和非晶体 比较 晶体 非晶体 单晶体 多晶体 形状 规则 不规则 不规则 熔点 固定 固定 不固定 特性 各向异性 各向同性 各向同性 注意：(1)晶体熔化时，温度不变，吸收的热量全部用于增加分子势能；‎ ‎(2)晶体与非晶体可以相互转化；‎ ‎(3)有些晶体属于同素异构体，如金刚石和石墨。‎ ‎2．液晶的性质：液晶是一种特殊的物质，既可以流动，又可以表现出单晶体的分子排列特点，在光学性质上表现出各向异性。‎ ‎3．液体的表面张力：使液体表面有收缩到球形的趋势，表面张力的方向跟液面相切。‎ ‎4．饱和汽压的特点：液体的饱和汽压与温度有关，温度越高，饱和汽压越大，且饱和汽压与饱和汽的体积无关。‎ ‎5．相对湿度：某温度时空气中水蒸气的实际压强与同温度水的饱和汽压的百分比。即：B＝×100%。‎ ‎6．对气体压强的理解 ‎(1)气体对容器壁的压强是气体分子频繁碰撞的结果，温度越高，气体分子数密度越大，气体对容器壁因碰撞而产生的压强就越大。‎ ‎(2)地球表面大气压强可认为是由于大气重力产生的。‎ ‎【变式训练】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．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 C．气体的压强是由气体分子间斥力产生的 D．气球等温膨胀，球内气体一定向外放热 E．在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强不变 解析：液晶具有流动性，光学性质具有各向异性，选项A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B正确；气体的压强是由大量分子对容器器壁的碰撞造成的，选项C错误，E正确；根据ΔE＝W＋Q，气球等温膨胀时，ΔE＝0，W<0，则Q>0，即气体吸热，选项D错误。‎ 答案：ABE 考点三、气体实验定律和理想气体状态方程 例1．(2017·全国Ⅰ卷)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K2位于细管的中部，A、B的顶部各有一阀门K1、K3；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K2、K3，通过K1给汽缸充气，使A中气体的压强达到大气压p0的3倍后关闭K1。已知室温为27 ℃，汽缸导热。‎ ‎(1)打开K2，求稳定时活塞上方气体的体积和压强；‎ ‎(2)接着打开K3，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。‎ ‎【解题思路】(1)设打开K2后，稳定时活塞上方气体的压强为p1，体积为V1。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 p0V＝p1V1①‎ ‎3p0V＝p1(2V—V1)②‎ 联立①②式得V1＝③‎ p1＝2p0。④‎ ‎(2)打开K3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V2(V2≤2V)时，活塞下气体压强为p2。由玻意耳定律得 ‎3p0V＝p2V2⑤‎ 由⑤式得p2＝p0⑥‎ 由⑥式知，打开K3后活塞上升直到B的顶部为止；此时p2为p2′＝p0。‎ ‎(3)设加热后活塞下方气体的压强为p3，气体温度从T1＝300 K升高到T2＝320 K的等容过程中，由查理定律得 ＝⑦‎ 将有关数据代入⑦式得p3＝1.6p0。⑧‎ ‎【参考答案】(1)　2p0　(2)在汽缸B的顶部　(3)1.6p0‎ ‎【技能提升】1. 压强的计算 ‎(1)被活塞、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列式计算。‎ ‎(2)被液柱封闭的气体的压强，若应用平衡条件或牛顿第二定律求解，得出的压强单位为Pa。‎ ‎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均发生变化，则选用理想气体状态方程列方程求解。‎ ‎(2)若气体质量一定，p、V、T中有一个量不发生变化，则选用对应的实验定律列方程求解。‎ ‎3. 多个研究对象的问题 由活塞、液柱相联系的“两团气”问题，要注意寻找“两团气”之间的压强、体积或位移关系，列出辅助方程，最后联立求解。‎ ‎【变式训练】 U形管左右两管粗细不等，左侧A管开口向上，封闭的右侧B管横截面积是A管的3倍。管中装入水银，大气压强为p0＝76 cmHg，环境温度为27 ℃。A管中水银面到管口的距离为h1＝24 cm，且水银面比B管内高Δh＝4 cm。B管内空气柱长为h2＝12 cm，如图所示。欲使两管液面相平，现用小活塞把开口端封住，并给A管内气体加热，B管内气体温度保持不变，当两管液面相平时，试求此时A管内气体的温度为多少？‎ 解析：设A管横截面积为S，则B管横截面积为3S。以B管封闭气体为研究对象 初状态：p1＝p0＋ρgΔh＝80 cmHg，V1＝3Sh2‎ 设末状态的压强为p2，体积为V2。从初状态到末状态，设A管水银面下降Δh1，B管水银面上升Δh2，则 Δh1＋Δh2＝Δh，Δh1S＝3Δh2S 故Δh1＝3Δh2＝0.75Δh＝3 cm 末状态的体积V2＝3S(h2－Δh2)‎ 由等温变化有p1V1＝p2V2‎ 由以上各式得p2＝87.3 cmHg 以A管被活塞封闭的气体为研究对象 初状态：p3＝p0＝76 cmHg，V3＝Sh1，T1＝300 K 末状态：p4＝p2＝87.3 cmHg，体积V4＝S(h1＋Δh1)，‎ 由理想气体方程：＝ 由以上各式得T2＝387.7 K。‎