2019屆高考物理二輪復(fù)習 專題10 熱學學案.docx

10 熱學 本專題全國卷的命題形式都是一大一小組成的，小題是以選擇題的形式，分值為5分(或6分)，主要考查分子動理論、內(nèi)能、熱力學定律、固體、液體、氣體等方面的基本知識；大題以計算題的形式，分值為10分(或9分)，主要考查對氣體實驗定律和理想氣體狀態(tài)方程的理解。 高頻考點：分子大小的估算；對分子動理論內(nèi)容的理解；物態(tài)變化中的能量問題；氣體實驗定律的理解和簡單計算；固、液、氣三態(tài)的微觀解釋和理解；熱力學定律的理解和簡單計算；用油膜法估測分子大小。 一．物質(zhì)是由大量分子組成 *計算分子質(zhì)量：計算分子的體積： 分子（或其所占空間）直徑：球體模型 ，立方體模型 分子直徑數(shù)量級10-10 m。 二．分子永不停息地做無規(guī)則熱運動 布朗運動是分子無規(guī)則熱運動的反映。 三．分子間存在著相互作用力 分子間引力和斥力都隨距離的增大而減小。 四．物體的內(nèi)能 1．分子動能：溫度是分子平均動能大小的標志． 分子勢能 ：與體積有關(guān) r=r0時分子勢能最小 分子力做正功分子勢能減小。 物體的內(nèi)能：所有分子的動能和勢能的總和。（理想氣體不計分子勢能） 2．改變物體的內(nèi)能 做功和熱傳遞在改變內(nèi)能上是等效的，但本質(zhì)有區(qū)別。 1．(2018年普通高等學校招生全國統(tǒng)一考試)如圖，一定量的理想氣體，由狀態(tài)a等壓變化到狀態(tài)b，再從b等容變化到狀態(tài)c。a、c兩狀態(tài)溫度相等。下列說法正確的是。_______。(填入正確答案標號。選對1個得2分，選對2個得4分：有選錯的得0分) A．從狀態(tài)b到狀態(tài)c的過程中氣體吸熱 B．氣體在狀態(tài)a的內(nèi)能等于在狀態(tài)c的內(nèi)能 C．氣體在狀態(tài)b的溫度小于在狀態(tài)a的溫度 D．從狀態(tài)a到狀態(tài)b的過程中氣體對外做正功 2．一儲存氮氣的容器被一絕熱輕活塞分隔成兩個氣室A和B，活寨可無摩擦地滑動。開始時用銷釘固定活塞，A中氣體體積為2.510-4m3，溫度為27℃，壓強為6.0104Pa；B中氣體體積為4.010-4m3，溫度為-17℃，壓強為2.0104Pa?，F(xiàn)將A中氣體的溫度降至-17℃，然后拔掉銷釘，并保持A、B中氣體溫度不變，求穩(wěn)定后A和B中氣體的壓強。 1.（全國II卷)如圖，一豎直放置的氣缸上端開口，氣缸壁內(nèi)有卡口a和b，a、b間距為h，a距缸底的高度為H；活塞只能在a、b間移動，其下方密封有一定質(zhì)量的理想氣體。已知活塞質(zhì)量為m，面積為S，厚度可忽略；活塞和汽缸壁均絕熱，不計他們之間的摩擦。開始時活塞處于靜止狀態(tài)，上、下方氣體壓強均為p0，溫度均為T0?，F(xiàn)用電熱絲緩慢加熱氣缸中的氣體，直至活塞剛好到達b處。求此時氣缸內(nèi)氣體的溫度以及在此過程中氣體對外所做的功。重力加速度大小為g。 1．如圖所示，開口向上、放在地面上的氣缸內(nèi)用活塞封閉一定質(zhì)量的氣體，活塞的質(zhì)量為m，橫截面的面積為S。一質(zhì)量為2m的物塊放在缸底，用細線(不可伸長)與活塞相連接且細線剛好拉直，這時缸內(nèi)氣體的溫度為T0，大氣壓強為P0，不計活塞與缸壁間的摩擦，現(xiàn)對缸內(nèi)氣體緩慢加熱，重力加速度為g。 (i)當缸底物塊對缸底的壓力剛好為零時，缸內(nèi)氣體溫度T1為多大? (ⅱ)當缸內(nèi)氣體體積為原來的1.2倍時，缸內(nèi)氣體溫度是多少?若此時細線斷了，細線斷開的一瞬問，活塞的加速度多大? 2．如圖所示，兩段粗細均勻內(nèi)壁光滑的玻璃管豎直放置，開口向上，下端一段粗，橫截面積為S=7.510－3m2，上端橫截面為S=2.510－3m2。粗管中靜止著一段長度為h1=5cm的水銀柱，水銀柱上表面到細管下端口的距離為h2=20cm，水銀柱下端封閉了一段長度為L=30m的理想氣體。此時管中氣體溫度為t=27℃，當?shù)卮髿鈮簭妏0為75cmHg，水銀密度為p=13.6103kg/m3，整個氣缸均是絕熱的。水銀柱的下端粘有一薄層輕質(zhì)絕熱材料。在氣體中有一段金屬絲(圖中未畫出)和外界組成電路，可以通過給金屬絲通電來加熱氣體，重力加速度g=10m/s2 (i)若給管中封閉的氣體緩緩加熱，氣體吸收熱量Q=188J后溫度為127℃，求此過程中氣體內(nèi)能的變化? (ⅱ)若管中封閉的氣體緩緩加熱到477℃穩(wěn)定下來，求系統(tǒng)靜止后封閉氣體的體積? 3．如圖所示，水平地面上放置一個內(nèi)壁光滑的絕熱汽缸，氣缸開口朝上，缸內(nèi)通過輕質(zhì)活塞封閉一部分氣體。初態(tài)時氣體壓強為一個大氣壓、溫度為27℃，活塞到汽缸底部距離為30cm?，F(xiàn)對缸內(nèi)氣體緩慢加熱到427℃，缸內(nèi)氣體膨脹而使活塞緩慢上移，這一過程氣體內(nèi)能增加了100J。已知汽缸橫截面積為50cm2，總長為50cm，大氣壓強為1.0105Pa。氣缸上端開口小于活塞面積，不計活塞厚度，封閉氣體可視為理想氣體。 (1)末態(tài)時(427℃)缸內(nèi)封閉氣體的壓強 (2)封閉氣體共吸收了多少熱量。 4．如圖所示，可在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動的平臺上固定著一個內(nèi)壁光滑的氣缸，氣缸內(nèi)有一導(dǎo)熱活塞，活塞底面與氣缸底面平行，一定量的氣體做密封在氣缸內(nèi)。當平臺傾角為37時，氣缸內(nèi)氣體體積為V，然后將平臺順時針緩慢轉(zhuǎn)動直至水平，該過程中，可以認為氣缸中氣體溫度與環(huán)境溫度相同，始終為T0，平臺轉(zhuǎn)至水平時，氣缸內(nèi)氣體壓強為大氣壓強p0的2倍。已知sin37=0.6，cs37=0.8。 (1)當平合處于水平位置時，求氣缸內(nèi)氣體的體積； (2)若平臺轉(zhuǎn)至水平后，經(jīng)過一段時間，壞境溫度緩慢降至0.9T0(大氣壓強p0保持不變)，該過程中氣缸內(nèi)氣體放出0.38p0V的熱量，求該過程中氣體內(nèi)能的變化量△U。 5．如圖所示，導(dǎo)熱性能良好的氣缸內(nèi)封有一定質(zhì)量的理想氣體。氣缸的內(nèi)部深度h=48cm，活塞質(zhì)量m=1kg，活塞面積S=10cm2?；钊c氣缸壁無摩擦、不漏氣且不計活塞的厚度。室內(nèi)的溫度為27℃，當氣缸放在地面上靜止時，活塞剛好位于氣缸的正中間，現(xiàn)在把氣缸放在加速上升的電梯中且a=10m/s2。待封閉氣體再次穩(wěn)定后，求：(已知大氣壓恒為P=1.0105Pa，重力加速度為g=10m/s2) (1)缸內(nèi)氣體的壓強P1 (2)缸中活塞到缸底的高度h0 6．如圖所示，有一圓柱形絕熱氣缸，氣缸內(nèi)壁的高度是2L，一個很薄且質(zhì)量不計的絕熱活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，開始時活塞處在氣缸頂部，外界大氣壓為1.0105Pa，溫度為27℃.現(xiàn)在活塞上放重物，當活塞向下運動到離底部L高處，活塞靜止，氣體的溫度57℃． (1)求活塞向下運動到離底部L高處時的氣體壓強； (2)若活塞橫截面積S=0.1m2，重力加速度g=10m/s2，求活塞上所放重物的質(zhì)量． 參考答案 1．【解題思路】內(nèi)能（internalenergy）是組成物體分子的無規(guī)則熱運動動能和分子間相互作用勢能的總和，由于理想氣體的不考慮分子勢能內(nèi)能，故理想氣體的內(nèi)能等于分子平均動能的總和，而溫度是分子平均動能的宏觀表現(xiàn)，由理想氣體狀態(tài)方程pbVb/Tb=pcVc/Tc可知，當Vb=Vc，pb>pc時，Tb>TC，故?Ucb<0，根據(jù)熱力學第一定律?Ucb=W+Q，體積V不變，故W=0，所以?Q<0，從狀態(tài)b到狀態(tài)c的過程中氣體放熱，選項A錯誤；同理，氣體在狀態(tài)a的溫度等于在狀態(tài)c的溫度，故氣體在狀態(tài)a的內(nèi)能等于在狀態(tài)c的內(nèi)能，，選項B正確；由理想氣體狀態(tài)方程paVa/Ta=pbVb/Tb可知，當pa=pb，Va<Vb時，Ta<Tb，選項C錯誤；從狀態(tài)a到狀態(tài)b的過程中氣體膨脹對外做正功，故D正確。 【答案】1．BD 2．【解題思路】A氣體的溫度由27℃降至-17℃，由查理定律得 PATA=PA，TA，① 拔掉銷釘后，A、B中氣體的壓強相同，根據(jù)玻意耳定律，對A氣體有 PA，VA=PVA，② 對B氣體有 PBVB=PVB，③ 由已知條件得VA，+VB，=2.510-4m3+4.010-4m3④ 聯(lián)立以上各式得p=3.27104Pa 【答案】p=3.2104Pa 1.【解析】開始時活塞位于a處，加熱后，汽缸中的氣體先經(jīng)歷等容過程，直至活塞開始運動。設(shè)此時汽缸中氣體的溫度為T1，壓強為p1，根據(jù)查理定律有 p0T0=p1T1① 根據(jù)力的平衡條件有 p1S=p0S+mg② 聯(lián)立①②式可得 T1=1+mgp0ST0③ 此后，汽缸中的氣體經(jīng)歷等壓過程，直至活塞剛好到達b處，設(shè)此時汽缸中氣體的溫度為T2；活塞位于a處和b處時氣體的體積分別為V1和V2。根據(jù)蓋—呂薩克定律有 V1T1=V2T2④ 式中 V1=SH⑤ V2=S（H+h）⑥ 聯(lián)立③④⑤⑥式解得 T2=1+hH1+mgp0ST0⑦ 從開始加熱到活塞到達b處的過程中，汽缸中的氣體對外做的功為 W=p0S+mgh⑧ 故本題答案是：W=p0S+mgh 1．【解析】(i)缸內(nèi)氣體的溫度為T0時，缸內(nèi)氣體的壓強p=p0+mgS 當缸底物塊對缸底的壓力剛好為零時，缸內(nèi)氣體壓強p1=p0+3mgS 氣體發(fā)生等容變化，則根據(jù)查理定律有pT0=p1T1 解得：T1=p0S+3mgp0S+mgT0 (ii)當缸內(nèi)氣體體積為原來的1.2倍時，設(shè)氣體的溫度為T2，從溫度T1變到溫度T2，此過程氣體發(fā)生的是等壓變化，根據(jù)蓋－呂薩克定律有VT1=1.2VT2 解得:T2=1.2T0(p0S+3mg)p0S+mg 此時細線斷了，當細線斷開的一瞬間，根據(jù)牛頓第二定律有(p2－p)S＝ma 解得a＝2g 2．【解析】（1）假設(shè)封閉氣體做等壓變化，h0=75cm=0.75m，溫度T1=(273+27)K，壓強p1=(h0+h1)cmHg；末態(tài)：體積V2=L1S，溫度T2=(273+127)K； 根據(jù)等壓變化規(guī)律：V1T1=V2T2 解得L1=40cm； L1<L+h2，說明水銀沒有到細管部分，所以氣體做等壓變化，外界對氣體做功W=-ρg(h1+h0)S1(L1-L)=-81.6J ; 對封閉氣體，絕熱過程，設(shè)內(nèi)能變化為?U，由熱力學第一定律?U=W+Q 解得?U=106.4J； （2）假設(shè)水銀都到細管中，則封閉氣體壓強p3=(h0+3h1)cmHg；體積V3=(L+h1+h2)S1+hS2；T3=(273+477)K； 根據(jù)氣態(tài)方程：p1V1T1=p3V3T3 解得h=35cm，說明水銀都到了細管，則V3=510-3m3 3．【解析】(1)由題意可知，在活塞移動到汽缸口的過程中，氣體發(fā)生的是等壓變化。設(shè)活塞的橫截面積為S，活塞未移動時封閉氣體的溫度為T1，塞愉好移動到汽缸口時，封閉氣體的溫度為T2，則由蓋呂薩克定律可知：Sh1T1=Sh2T2，又T1=300 K 解得：T2=500 K．即227℃ 因為227℃<427℃，所以氣體接著發(fā)生等容變化，設(shè)當氣體溫度達到427℃時，封閉氣體的壓強為p，由查理定律可以得到：1.0105PaT2=p(427+273)K代人數(shù)據(jù)整理可以得到：p=l.4l05 Pa。 (2)由題意可知，氣體膨脹過程中活塞移動的距離Δx=0.5m-0.3m=0.2m，故大氣壓力 對封閉氣體所做的功為W=-p0sΔx 代人數(shù)據(jù)解得：w=-100 J 由熱力學第一定律ΔU=W+Q 得到：Q=ΔU-W=200J 4．【解析】（1）設(shè)活塞質(zhì)量為m，活塞面積為S，當平臺傾角為370時氣缸內(nèi)氣體的壓強為p1=p0+mgcos370S 氣體的體積V1=V 當平臺水平時，氣缸內(nèi)氣體的壓強p2=2p0=p0+mgS 解得p1=1.8p0 平臺從傾斜轉(zhuǎn)至水平過程中，由玻意耳定律：p1V1= p2V2 解得V2=0.9V （2）降溫過程，氣缸內(nèi)氣體壓強不變，由蓋呂薩克定律：V2T0=V30.9T0 解得V3=0.81V 活塞下降過程，外界對氣體做W=p2(V2-V3) 已知氣缸內(nèi)氣體吸收的熱量Q=-0.38p0V 由熱力學第一定律得氣缸內(nèi)氣體內(nèi)能變化量?U=W+Q 解得?U=-0.2p0V，即氣體的內(nèi)能減小了0.2p0V. 5．【解析】 (1)根據(jù)牛頓第二定律可得：p1S-p0S-mg=ma 解得：p1=ma+mg+p0SS=1.2105Pa (2)當氣缸放在地面上靜止時,根據(jù)平衡有：pS=p0S+mg 解得：p=p0+mgS=1.1105Pa 根據(jù)玻意耳定律可得：ph2S=p1h0S 解得：h0=ph2p1=22cm 6．【解析】：(1)設(shè)氣缸橫截面積為S，開始時活塞處在氣缸頂部，氣體體積V1=2SL，壓強P1=1.0105Pa，溫度為T1=300K 活塞向下運動到離底部L高處時，氣體體積V2=SL，溫度為T2=330K，P2=？ 根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程：P1V1T1=P2V2T2 代入數(shù)據(jù)得：P2=2.2105Pa； (2)活塞上所放重物產(chǎn)生的壓強P=P2-P1=1.2105Pa， 若活塞橫截面積S=0.001m2，由壓強公式P=mgs可得活塞上所放重物的質(zhì)量m=psg=1.21030.00110=12kg