2018屆高考物理二輪復習 板塊一 專題突破復習 專題七 熱學學案

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1、 專題七 熱學 [知識建構] [高考調研] 1.考查方向：高考對本部分內容考查的重點和熱點：①分子大小的估算．②對分子動理論內容的理解．③氣體實驗定律的理解和計算．④固、液、氣三態(tài)的特點和理解．⑤熱力學定律的理解和簡單計算．⑥用油膜法估測分子大小等內容． 2.常用的思想方法：①測分子直徑的方法．②估算微觀量的方法．③理想模型法． [答案]　(1)布朗運動與熱運動異同點對比 (2)對物體內能的理解 ①物體的體積越大，分子勢能不一定越大，如0 ℃的水結成0 ℃的冰后體積變大，但分子勢能卻減小了． ②理想氣體分子間相互作用力為零，故分子勢能忽略不計，一定質量的理想氣體的

2、內能只與溫度有關． ③內能是對物體的大量分子而言的，不存在某個分子內能的說法． (3)熱力學第一定律應用思路與技巧 應注意符號法則：“＋”表示外界對物體或流向物體；“－”表示物體對外界或流向外界． ΔU＝Q＋W的三種特殊情況： ①若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對物體做的功等于物體內能的增加． ②若過程是等容的，即W＝0，Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內能的增加． ③若過程是等溫的，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q，外界對物體做的功等于物體放出的熱量． (4)①一定質量的理想氣體，p、T、V三者的關系是：＝C，C是一個定值． ②氣體實驗定律可看成理想氣體狀態(tài)方程的

3、特例． 當m不變，T1＝T2時，p1V1＝p2V2——玻意耳定律． 當m不變，V1＝V2時，＝——查理定律． 當m不變，p1＝p2時，＝——蓋—呂薩克定律． 考向一　分子動理論、固體和液體 [歸納提煉] 1．分子熱運動的實驗基礎：擴散現(xiàn)象和布朗運動． (1)擴散現(xiàn)象特點：溫度越高，擴散越快． (2)布朗運動特點：液體內固體小顆粒永不停息、無規(guī)則的運動，顆粒越小、溫度越高，運動越劇烈． (3)分子間的相互作用力和分子勢能 ①分子力：分子間引力與斥力的合力．分子間距離增大，引力和斥力均減??；分子間距離減小，引力和斥力均增大，但斥力總比引力變化得快． ②分子勢能：分子力做正

4、功，分子勢能減??；分子力做負功，分子勢能增大；當分子間距為r0(分子間的距離為r0時，分子間作用的合力為0)時，分子勢能最小． 2．固體和液體 (1)晶體和非晶體的分子結構不同，表現(xiàn)出的物理性質不同．晶體具有確定的熔點．單晶體表現(xiàn)出各向異性，多晶體和非晶體表現(xiàn)出各向同性．晶體和非晶體在適當?shù)臈l件下可以相互轉化． (2)液晶是一種特殊的物質狀態(tài)，所處的狀態(tài)介于固態(tài)和液態(tài)之間．液晶具有流動性，在光學、電學物理性質上表現(xiàn)出各向異性． (3)液體的表面張力使液體表面具有收縮到最小的趨勢，表面張力的方向跟液面相切． [熟練強化] 1．(2017·北京卷)以下關于熱運動的說法正確的是(　　)

5、 A．水流速度越大，水分子的熱運動越劇烈 B．水凝結成冰后，水分子的熱運動停止 C．水的溫度越高，水分子的熱運動越劇烈 D．水的溫度升高，每一個水分子的運動速率都會增大 [解析]　本題考查分子動理論．溫度是分子熱運動平均動能的標志，故溫度越高，分子熱運動越劇烈．分子熱運動的劇烈程度與機械運動速度大小無關，故選項A錯C對；水凝結成冰后，分子熱運動依然存在，B項錯誤；溫度升高，分子運動的平均速率增大，但不是每個分子的運動速率都會增大，D項錯誤． [答案]　C 2．(多選)(2017·山西五校四聯(lián))下列說法正確的是(　　) A．具有各向異性的固體一定是晶體 B．懸浮在液體中的小顆粒越

6、大，布朗運動越劇烈 C．露珠呈球狀是由于液體表面張力的作用 D．兩個分子間的引力和斥力均隨分子間距的增大而減小，但斥力比引力減小得更快 E．把兩塊純凈的鉛壓緊，它們會“粘”在一起，說明分子間只存在分子引力 [解析]　小顆粒越大，在某一瞬間液體分子對它的撞擊次數(shù)越多，各個方向的撞擊作用更接近平衡，布朗運動越不明顯，B項錯誤．把兩塊純凈的鉛壓緊，它們會“粘”在一起，說明分子間存在引力，不能說明“只”存在引力，E項錯誤． [答案]　ACD 3．(多選)對于分子動理論和物體內能的理解，下列說法正確的是(　　) A．溫度高的物體內能不一定大，但分子平均動能一定大 B．外界對物體做功，物體

7、內能一定增加 C．溫度越高，布朗運動越顯著 D．當分子間的距離增大時，分子間作用力就一直減小 E．當分子間作用力表現(xiàn)為斥力時，分子勢能隨分子間距離的減小而增大 [解析]　溫度高的物體分子平均動能一定大，但是內能不一定大，選項A正確；外界對物體做功，若物體同時向外散熱，物體內能不一定增加，選項B錯誤；溫度越高，液體分子運動越劇烈，布朗運動越顯著，選項C正確；當分子間的距離增大時，分子間作用力可能先增大后減小，選項D錯誤；當分子間作用力表現(xiàn)為斥力時，分子間距離減小，分子力做負功，分子勢能增大，選項E正確． [答案]　ACE 4．(多選)(2016·河南六校聯(lián)考)兩個相距較遠的分子僅在分

8、子力作用下由靜止開始運動，直至不再靠近．在此過程中，下列說法正確的是(　　) A．分子力先增大，后一直減小 B．分子力先做正功，后做負功 C．分子動能先增大，后減小 D．分子勢能先增大，后減小 E．分子勢能和動能之和不變 [解析]　由分子動理論的知識，當兩個 分子相互靠近，直至不能靠近的過程中，分子力先是表現(xiàn)為引力且先增大后減小，之后表現(xiàn)為分子斥力，一直增大，所以選項A錯誤；分子引力先做正功，然后分子斥力做負功，分子勢能先減小再增大，分子動能先增大后減小，所以選項B、C正確，D錯誤；因為只有分子力做功，所以分子勢能和分子動能的總和保持不變，選項E正確． [答案]　BCE

9、 判斷分子勢能變化的兩種方法 方法一：利用分子力做功判斷． 分子力做正功，分子勢能減??；分子力做負功，分子勢能增加． 方法二：利用分子勢能Ep與分子間距離r的關系圖線判斷．如右圖所示． 但要注意此圖線和分子力與分子間距離的關系圖線形狀雖然相似，但意義不同，不要混淆． 考向二　對熱力學定律的理解 [歸納提煉] 1．熱力學第一定律反映功、熱量與內能改變量之間的定量關系：ΔU＝W＋Q，使用時注意符號法則(簡記為：外界對系統(tǒng)取正，系統(tǒng)對外取負)．對理想氣體，ΔU僅由溫度決定，W僅由體積決定，絕熱情況下，Q＝0. 2．熱力學第二定律指明了哪些過程可能發(fā)生，哪些過程不可能發(fā)生，如

10、：第二類永動機不可能實現(xiàn)、熱現(xiàn)象中的能量耗散是不可避免的，揭示了自然界中涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性，一切自然過程總是沿著無序性增大的方向進行的． [熟練強化] 1．(2015·北京卷)下列說法正確的是(　　) A．物體放出熱量，其內能一定減小 B．物體對外做功，其內能一定減小 C．物體吸收熱量，同時對外做功，其內能可能增加 D．物體放出熱量，同時對外做功，其內能可能不變 [解析]　本題考查熱力學第一定律，意在考查學生的理解能力．由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q可知，若物體放出熱量，但外界對物體做正功，則ΔU不一定為負值，即內能不一定減少，故A項錯誤；同理可分析出，B項和D項錯誤

11、，C項正確． [答案]　C 2．如圖所示，一定質量的理想氣體由狀態(tài)a沿abc變化到狀態(tài)c，吸收了340 J的熱量，并對外做功120 J．若該氣體由狀態(tài)a沿adc變化到狀態(tài)c時，對外做功40 J，則這一過程中氣體________(填“吸收”或“放出”)________J熱量． [解析]　由熱力學第一定律可得，該氣體由狀態(tài)a沿abc變化到狀態(tài)c的過程中內能的變化量ΔU＝W＋Q＝－120 J＋340 J＝220 J，因此該氣體由狀態(tài)a沿adc變化到狀態(tài)c時，Q1＝ΔU－W1＝220 J－(－40 J)＝260 J，顯然此過程中氣體從外界吸收熱量． [答案]　吸收　260 3．(2015

12、·重慶卷)某駕駛員發(fā)現(xiàn)中午時車胎內的氣壓高于清晨時的，且車胎體積增大．若這段時間胎內氣體質量不變且 可視為理想氣體，那么(　　) A．外界對胎內氣體做功，氣體內能減小 B．外界對胎內氣體做功，氣體內能增大 C．胎內氣體對外界做功，內能減小 D．胎內氣體對外界做功，內能增大 [解析]　本題主要考查熱力學第一定律和分子動理論，意在考查學生對物理規(guī)律的理解能力和聯(lián)系實際的能力．以胎內氣體作為研究對象，由于氣體溫度升高，內能增大，體積增大，胎內氣體對外做功，所以D項正確． [答案]　D 4．(2017·河北名校聯(lián)盟)關于兩類永動機和熱力學的兩個定律，下列說法正確的是(　　) A．第二

13、類永動機不可能制成是因為違反了熱力學第一定律 B．第一類永動機不可能制成是因為違反了熱力學第二定律 C．由熱力學第一定律可知做功不一定改變內能，熱傳遞也不一定改變內能，但同時做功和熱傳遞一定會改變內能 D．由熱力學第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單一熱源吸收熱量，完全變成功也是可能的 [解析]　第一類永動機違反能量守恒定律，第二類永動機違反熱力學第二定律，A、B錯誤；由熱力學第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于0，C錯誤；由熱力學第二定律可知D中現(xiàn)象是可能的，但會引起其他變化，D正確． [答案]　D (1)有關熱力學第一定律的幾種特殊情況

14、. ①若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對物體做的功等于物體內能的增加； ②若過程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內能的增加； ③若過程的始、末狀態(tài)物體的內能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q，外界對物體做的功等于物體放出的熱量. (2)理想氣體內能變化參考溫度變化，做功情況參考體積變化(氣體做功W＝pΔV). 考向三　氣體實驗定律和理想氣體狀態(tài)方程 [歸納提煉] 1．理想氣體是指嚴格遵守氣體實驗定律的氣體 (1)理想氣體是一種經科學地抽象而建立的理想化模型，實際上不存在．理想氣體分子之間不存在相互作用力，分子間沒有分子勢能，氣體的內能只與溫度

15、有關． (2)實際氣體特別是那些不易液化的氣體在壓強不太大、溫度不太低時都可當作理想氣體來處理． 2．氣體的三個實驗定律都是理想氣體狀態(tài)方程的特例 理想氣體狀態(tài)方程＝ (1)當T1＝T2時，p1V1＝p2V2(玻意耳定律) (2)當V1＝V2時，＝(查理定律) (3)當p1＝p2時，＝(蓋—呂薩克定律) 　(2017·全國卷Ⅰ)如圖，容積均為V的汽缸A、B下端有細管(容積可忽略)連通，閥門K2位于細管的中部，A、B的頂部各有一閥門K1、K3，B中有一可自由滑動的活塞(質量、體積均可忽略)．初始時，三個閥門均打開，活塞在B的底部；關閉K2、K3，通過K1給汽缸充氣，使A中氣體的壓強

16、達到大氣壓p0的3倍后關閉K1.已知室溫為27 ℃，汽缸導熱. (1)打開K2，求穩(wěn)定時活塞上方氣體的體積和壓強； (2)接著打開K3，求穩(wěn)定時活塞的位置； (3)再緩慢加熱汽缸內氣體使其溫度升高20 ℃，求此時活塞下方氣體的壓強． [思路點撥]　此題有兩個研究對象、多個過程，求解時要注意兩方面的問題：①要把兩部分氣體分開看待，分別對每一部分氣體分析出初、末狀態(tài)的(p、V、T)情況，分別應用相應的定律列出相應的方程，切不可盲目地將兩部分氣體視為兩種狀態(tài)；②要找出兩部分氣體之間的聯(lián)系，如總體積不變，借助活塞(或液柱)平衡分析壓強，容器壁絕熱還是導熱等，利用這些關系，尋找聯(lián)系的橋梁．

17、可列表如下 [解析]　(1)設打開K2后，穩(wěn)定時活塞上方氣體的壓強為p1，體積為V1.依題意，被活塞分開的兩部分氣體都經歷等溫過程．由玻意耳定律得 p0V＝p1V1① (3p0)V＝p1(2V－V1)② 聯(lián)立①②式得 V1＝③ p1＝2p0④ (2)打開K3后，由④式知，活塞必定上升．設在活塞下方氣體與A中氣體的體積之和為V2(V2≤2V)時，活塞下氣體壓強為p2.由玻意耳定律得 (3p0)V＝p2V2⑤ 由⑤式得 p2＝p0⑥ 由⑥式知，打開K3后活塞上升直到B的頂部為止；此時p2為p2′＝p0. (3)設加熱后活塞下方氣體的壓強為p3，氣體溫度從T1＝3

18、00 K升高到T2＝320 K的等容過程中，由查理定律得 ＝⑦ 將有關數(shù)據(jù)代入⑦式得 p3＝1.6p0⑧ [答案]　(1)　2p0　(2)B的頂部　(3)1.6p0 圖表法是解決多對象、多過程問題最直觀的方法，能有效避免用規(guī)律代公式時張冠李戴，有兩個優(yōu)勢：(1)不同研究對象通過橋梁可以找到狀態(tài)參量之間的聯(lián)系；(2)同一研究對象質量不變時，它的狀態(tài)變化才能用氣體實驗定律列方程.做題時不一定列這么規(guī)范的表格，但一定要有表格中呈現(xiàn)的完整的思維活動. 應用氣體實驗定律和理想氣體狀態(tài)方程解決問題時應注意的問題： (1)分析確定所選研究對象狀態(tài)變化前后的狀態(tài)參量. (2)分析液柱或

19、活塞受力，利用平衡條件或牛頓第二定律確定壓強關系. (3)氣體體積變化與氣體壓強變化的關系. (4)構建物理模型：對于理想氣體，可以直接根據(jù)溫度的變化來確定內能的變化.吸、放熱不能直接確定時，則要放在最后，根據(jù)熱力學第一定律來確定.必須指出的是，一般來說系統(tǒng)對外界做功，系統(tǒng)體積膨脹；外界對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)體積則被壓縮.但在某些特定條件下，例如氣體自由膨脹(外界為真空)時，氣體就沒有克服外力做功.另外，在判斷內能變化時，還必須結合物態(tài)變化以及能的轉化與守恒來進行. [熟練強化] 1．(2017·全國卷Ⅲ)一種測量稀薄氣體壓強的儀器如圖(a)所示，玻璃泡M的上端和下端分別連通兩豎直玻璃細管K

20、1和K2.K1長為l，頂端封閉，K2上端與待測氣體連通；M下端經橡皮軟管與充有水銀的容器R連通．開始測量時，M與K2相通；逐漸提升R，直到K2中水銀面與K1頂端等高，此時水銀已進入K1，且K1中水銀面比頂端低h，如圖(b)所示．設測量過程中溫度、與K2相通的待測氣體的壓強均保持不變．已知K1和K2的內徑均為d，M的容積為V0，水銀的密度為ρ，重力加速度大小為g.求： (1)待測氣體的壓強； (2)該儀器能夠測量的最大壓強． [解析]　(1)水銀面上升至M的下端使玻璃泡中氣體恰好被封住，設此時被封閉的氣體的體積為V，壓強等于待測氣體的壓強p.提升R，直到K2中水銀面與K1頂端等高時，K

21、1中水銀面比頂端低h；設此時封閉氣體的壓強為p1，體積為V1，則 V＝V0＋πd2l① V1＝πd2h② 由力學平衡條件得 p1＝p＋ρgh③ 整個過程為等溫過程，由玻意耳定律得 pV＝p1V1④ 聯(lián)立①②③④式得 p＝⑤ (2)由題意知 h≤l⑥ 聯(lián)立⑤⑥式有 p≤⑦ 該儀器能夠測量的最大壓強為 pmax＝⑧ [答案]　(1)　(2) 2．(2017·全國卷Ⅱ)一熱氣球體積為V，內部充有溫度為Ta的熱空氣，氣球外冷空氣的溫度為Tb.已知空氣在1個大氣壓、溫度T0時的密度為ρ0，該氣球內、外的氣壓始終都為1個大氣壓，重力加速度大小為g. (1)求該熱氣球所受浮

22、力的大?。? (2)求該熱氣球內空氣所受的重力； (3)設充氣前熱氣球的質量為m0，求充氣后它還能托起的最大質量． [解析]　(1)設1個大氣壓下質量為m的空氣在溫度為T0時的體積為V0，密度為 ρ0＝① 在溫度為T時的體積為VT，密度為 ρ(T)＝② 由蓋－呂薩克定律得 ＝③ 聯(lián)立①②③式得 ρ(T)＝ρ0④ 氣球所受到的浮力為 f＝ρ(Tb)gV⑤ 聯(lián)立④⑤式得 f＝Vgρ0⑥ (2)氣球內熱空氣所受的重力為 G＝ρ(Ta)Vg⑦ 聯(lián)立④⑦式得 G＝Vgρ0⑧ (3)設該氣球還能托起的最大質量為m，由力的平衡條件得 mg＝f－G－m0g⑨ 聯(lián)立⑥⑧⑨

23、式得 m＝Vρ0T0－m0⑩ [答案]　(1)Vgρ0　(2)Vgρ0　(3)Vρ0T0－m0 高考題型預測——氣體實驗定律與熱力學第一定律的組合 [考點歸納] 1．氣體實驗定律 2．熱力學第一定律公式ΔU＝Q＋W符號的規(guī)定 [典題示例] (2017·江西六校聯(lián)考)我國“蛟龍”號深海探測船載人下潛超過七千米，再創(chuàng)載人深潛新紀錄．在某次深潛實驗中，“蛟龍”號探測到990 m深處的海水溫度為280 K．某同學利用該數(shù)據(jù)來研究氣體狀態(tài)隨海水深度的變化．如圖所示，導熱良好的汽缸內封閉一定質量的氣體，不計活塞的質量和摩擦，汽缸所處海平面的溫度T0＝300 K，壓強p0＝1 a

24、tm，封閉氣體的體積V0＝3 m3.如果將該汽缸下潛至990 m深處，此過程中封閉氣體可視為理想氣體． (1)求990 m深處封閉氣體的體積(1 atm相當于10 m深的海水產生的壓強)． (2)下潛過程中封閉氣體________(填“吸熱”或“放熱”)，傳遞的熱量________(填“大于”或“小于”)外界對氣體所做的功． [審題指導] 第一步　讀題干—提信息 題干 信息 1)導熱良好 說明氣體溫度與海水溫度一致 2)封閉一定質量的氣體 說明不漏氣，質量不變 3)可視為理想氣體 說明可用狀態(tài)方程求解 第二步　審程序—順思路 [解析]　(1)當汽缸下潛至99

25、0 m時，設封閉氣體的壓強為p，溫度為T，體積為V，由題意可知 p＝100 atm① 根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程得 ＝② 代入數(shù)據(jù)得 V＝2.8×10－2 m3 (2)下潛過程中，封閉理想氣體溫度降低，內能減少，體積減少，外界對氣體做功，由熱力學第一定律可知下潛過程中封閉氣體放熱，由能量守恒定律可知傳遞的熱量大于外界對氣體所做的功． [答案]　(1)2.8×10－2 m3　(2)放熱　大于 氣體實驗定律的解題方法 (1)選對象 根據(jù)題意，選出所研究的那一部分氣體，這部分氣體在狀態(tài)變化過程中，其質量必須保持一定． (2)找參量 找出作為研究對象的這部分氣體發(fā)生狀態(tài)變化前后的

26、一組p、V、T數(shù)值或表達式．壓強的確定往往是個關鍵，常需結合力學知識(如力的平衡條件或牛頓運動定律)才能寫出表達式． (3)認過程 過程表示兩個狀態(tài)之間的一種變化方式，除題中條件已直接指明外，在許多情況下，往往需要通過對研究對象跟周圍環(huán)境的相互關系的分析才能確定.認清變化過程是正確選用物理規(guī)律的前提. (4)列方程,根據(jù)研究對象狀態(tài)變化的具體方式，選用氣體狀態(tài)方程或某一實驗定律，代入具體數(shù)值，求出結果，最后分析討論所得結果的合理性及其物理意義. [預測題組] 如圖，一質量和厚度均可忽略的活塞將氣體密封在足夠高的導熱氣缸內，系統(tǒng)靜止時缸內的氣體溫度、壓強分別與外界溫度T0、外界壓強p0

27、相等，活塞與氣缸底部高度差為h.現(xiàn)對氣缸底部緩慢加熱，活塞緩慢上升．已知氣體吸收的熱量Q與溫度差ΔT的關系為Q＝kΔT(其中k為常量，且k>0)，活塞的面積為S，不計一切摩擦，求： (1)當活塞在缸內上升到離缸底高度為3h時缸內氣體的溫度T； (2)在活塞從離缸底高度為h上升到高度為3h的過程中，缸內氣體增加的內能ΔU. [解析]　(1)活塞在缸內上升的過程，缸內氣體的壓強恒為p0，發(fā)生等壓變化，則由蓋—呂薩克定律得＝ 得T＝3T0 (2)在活塞上升過程中，氣體對活塞做的功W＝p0S(3h－h(huán)) 在這一過程中，氣體吸收的熱量Q＝k(T－T0) 由熱力學第一定律得，缸內氣體增加的內能ΔU＝Q－W 由以上各式得ΔU＝2kT0－2p0Sh [答案]　(1)3T0　(2)2kT0－2p0Sh 16