专题十四 热学备考篇【考情探究】课标解读考情分析备考指导考点内容分子动理论、内能1.了解分子动理论的基本观点及相关的实验证据2.通过实验,了解扩散现象。观察并能解释布朗运动。了解分子运动速率分布的统计规律,知道分子运动速率分布图像的物理意义1.分子动理论、液体、固体等基本知识多以选择题形式出现2.气体实验定律、理想气体状态方程和热学定律的考查难度较高3.以汽缸、水银玻璃管等为载体的综合问题仍为考查重点4.变质量的气体问题仍然是重点,且难度相对较大(1)加强对基本概念和基本规律的理解(2)固体、液体部分内容常结合实例考查晶体和非晶体的特点及液体表面张力产生的原因;应学会用表面张力解释一些生活现象(3)建立宏观量与微观量的关系(4)加强贴近高考的典型题训练固体、液体和气体1.了解固体的微观结构。知道晶体和非晶体的特点。能列举生活中的晶体和非晶体。通过实例,了解液晶的主要性质及其在显示技术中的应用2.了解材料科学的有关知识及应用,体会它们的发展对人类生活和社会发展的影响3.观察液体的表面张力现象。了解表面张力产生的原因。知道毛细现象4.通过实验,了解气体实验定律。知道理想气体模型。能用分子动理论和统计观点解释气体压强和气体实验定律热力学定律与能量守恒定律1.知道热力学第一定律。通过有关史实,了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过程,体会科学探索中的挫折和失败对科学发展的意义2.理解能量守恒定律,能用能量守恒的观点解释自然现象。体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一3.通过自然界中宏观过程的方向性,了解热力学第二定律【真题探秘】
命题立意以生活中常见的拔罐为出题情境,抽象成理想气体的物理模型。本题重点考查了变质量气体的问题,考查学生灵活处理问题的能力。解题指导由理想气体状态方程求解末状态的压强;对于抽气拔罐,首先把变质量的问题转化成定质量的问题,再由玻意耳定律求解末状态的体积,根据体积关系求解应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值。拓展延伸对变质量的气体问题,不能直接应用理想气体状态方程求解,要想办法把变质量的问题转变成定质量的问题。此类题主要是考查了理想气体的状态方程。[教师专用题组]1.真题多维细目表真题涉分考点题型设题情境学科素养分子动理论、内能固体、液体、气体热力学定律与能量守恒2020山东,157气体实验定律计算中医拔罐模型建物、科学推理2020课标Ⅰ,33(2)10气体实验定律计算气罐调配模型建构、科学推理2019课标Ⅰ,33(1)5热力学第一定律填空活塞在容器中移动能量观念、模型建构2019课标Ⅰ,33(2)10气体实验定律计算热等静压设备模型建构、科学推理2019课标Ⅱ,3315理想气体/气体实验定律填空/计算(1)理想气体(2)两个汽缸模型建构、科学推理2019课标Ⅲ,33(1)5估算分子大小填空用油膜法估算分子大小物质观念、模型建构
2019课标Ⅲ,33(2)10气体实验定律计算水银柱密封理想气体模型建构、科学推理2018课标Ⅰ,3315内能气体实验定律热力学第一定律填空/计算(1)T-V图像(2)汽缸分成上下两部分模型建构、科学推理2018课标Ⅱ,33(1)5气体的内能多选实际的气体物质观念、模型建构2018课标Ⅱ,33(2)10气体实验定律计算上端开口汽缸能量观念、科学推理2018课标Ⅲ,3315内能理想气体状态方程多选/计算(1)p-V图像(2)U形管能量观念、科学推理2017课标Ⅰ,3315分子平均动能气体实验定律多选/计算(1)气体分子速率分布(2)两汽缸一活塞模型建构、科学推理2017课标Ⅱ,33(1)5热力学第一定律多选用隔板将汽缸分成两部分能量观念、模型建构2017课标Ⅱ,33(2)10气体实验定律计算热气球模型建构、科学推理2017课标Ⅲ,33(1)5热力学第一定律多选p-V图像能量观念、科学推理2017课标Ⅲ,33(2)10气体实验定律计算测量稀薄气体压强仪器模型建构、科学论证2016课标Ⅰ,33(2)10气体实验定律计算水下气泡内和气泡外压强模型建构、科学论证2016课标Ⅱ,33(1)5热力学第一定律多选p-T图像模型建构、科学推理2016课标Ⅱ,33(2)10气体实验定律计算氧气瓶模型建构、科学推理2016课标Ⅲ,33(2)10气体实验定律计算左开右闭U形玻璃管模型建构、科学推理2015山东理综,37(2)9气体实验定律计算热杯盖扣在桌面上模型建构、科学推理2.命题规律与趋势由上表中统计规律可见,本专题重点考查气体性质、热力学第一定律、分子动理论;在考查方向上主要是质量一定的气体状态变化过程的分析;思想方法主要有估算法、比例法、假设法、图像法、函数法等;对学科素养的考查主要体现在统计观念、相互作用观念、运动观念和能量观念;通过气体状态变化规律和热力学第一定律的应用考查科学推理和科学论证,同时也能体现考生严谨认真的科学态度。本专题的考题题型多样,难度中等。2021年对本专题的考查,从各方面可能延续原来的形式及考点,但由于本专题的知识点较多,一般会通过选择题考查固体和液体的基本性质,涉及面会较广,尤其对生活联系密切的知识点,应该给予更多的关注。3.备考方法与策略本专题知识点较多,所以复习过程中首先不能有盲点,对于每个知识点理解即可,无须深挖;其次要突出重点和难点,如分子动理论的内容、气体性质、热力学第一定律,要深刻理解、熟练掌握;最后,要更多地关注理论联系实际的问题,培养分析问题、解决问题的能力,提高学生模型建构、科学推理和科学论证的学科素养。
基础篇【基础集训】考点一 分子动理论、内能1.(2020山东临沂十八中高二下第二次月考,1)关于分子动理论,下列说法正确的是( )A.温度相同的氧气和臭氧气体,分子平均速率相同B.两个分子在相互靠近的过程中其分子力逐渐增大,而分子势能一定先减小后增大C.已知某种气体的密度为ρ,摩尔质量为M,阿伏加德罗常数为NA,则单位体积的分子数为D.水结为冰时,部分水分子已经停止了热运动答案 C 2.下列关于物体内能的说法正确的是( )A.温度高的物体一定比温度低的物体内能大B.物体中所有分子的分子动能与分子势能的总和叫作物体的内能C.某个分子的动能和分子势能的总和叫作该分子的内能D.当一个物体的机械能增加时,其内能也跟着增加答案 B 3.(2020山东章丘四中高二月考,8)下列四幅图中,能正确反映分子间作用力F和分子势能Ep随分子间距离r变化关系的图线是 ( )答案 B 考点二 固体、液体和气体1.(2020山东临沂十八中高二月考,2)关于固体、液体和气体,下列说法正确的有( )A.小昆虫能在水面上自由来往而不陷入水中是浮力与其重力平衡的结果B.单晶体有固定的熔点,多晶体和非晶体没有固定的熔点C.一定质量的理想气体如果在某个过程中温度保持不变而吸收热量,则在该过程中气体的压强一定增大D.空气相对湿度越大时,空气中水蒸气压强越接近同温度下水的饱和汽压,水蒸发得越慢答案 D 2.(2020山东德州高二期末,3)以下与液体有关的自然现象中,对其物理分析正确的是( )A.鸭子从池塘中出来,羽毛并不湿,这属于毛细现象B.唐诗《观荷叶露珠》中有“霏微晓露成珠颗”一句,诗中荷叶和露水表现为浸润C.小昆虫能在水面上自由走动与表面张力无关D.保存地下的水分要把地面的土壤锄松,这是为了破坏土壤中的毛细管答案 D
3.(多选)在温度不变的情况下,增大液面上方饱和汽的体积,待气体重新达到饱和时,下面说法正确的是( )A.饱和汽的质量不变,饱和汽的密度减小B.饱和汽的密度不变,饱和汽的压强也不变C.饱和汽的密度不变,饱和汽的压强增大D.饱和汽的质量增大,饱和汽的压强不变答案 BD 考点三 热力学定律与能量守恒定律1.(2020山东临沂十八中高二月考,4)关于热力学定律,下列说法正确的是( )A.气体吸热后温度一定升高B.对气体做功,气体内能一定发生改变C.理想气体等压膨胀过程一定放热D.如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡,那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡答案 D 2.(2020山东临沂高二期末,4)根据所学热学的有关知识,判断下列说法中正确的是( )A.机械能可以全部转化为内能,内能也可以自发地全部转化成机械能B.凡与热现象有关的自发的宏观过程都具有方向性,在热传递中,热量能够从高温物体传递给低温物体,但不能自发地从低温物体传递给高温物体C.随着技术不断进步,制冷机可以使温度降到-300℃D.满足能量守恒定律的物理过程都能自发进行答案 B 3.(2020山东莒县高二期中,6)对于一定质量的理想气体,下列判断错误的是( )A.在等温变化过程中,系统与外界一定有热量交换B.在等容变化过程中,系统从外界吸收热量一定等于内能增量C.在等压变化过程中,内能增加,系统一定从外界吸收热量D.在绝热过程中,系统的内能一定不变答案 D 4.(2020山东临沂十八中高二月考,4)根据热学中的有关知识,下列说法正确的是( )A.尽管技术不断进步,热机的效率仍不能达到100%,制冷机却可以使温度降到-293℃B.第二类永动机是可以制造出来的,因为它不违反热力学第一定律C.把装有不同压强、不同温度的气体的两容器连通,温度高的气体会向温度低的一方传递热量,压强大的气体会向压强小的一方流动D.改进内燃机结构,提高内燃机内能转化率,最终可能实现内能完全转化为机械能答案 C 综合篇【综合集训】拓展一 两种分子模型——阿伏加德罗常数的应用 (2020山东日照高三联考,3)若以M表示水的摩尔质量,V表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积,ρ为在标准状态下水蒸气的密度,NA为阿伏加德罗常数,m、V0表示每个水分子的质量和体积,下面四个关系式正确的是( ) A.V0= B.ρ=
C.ρ= D.NA= 答案 D 拓展二 布朗运动与分子热运动 (2020山东章丘四中高三月考,2)根据分子动理论,下列说法正确的是( )A.一个气体分子的体积等于气体的摩尔体积与阿伏加德罗常数之比B.显微镜下观察到的墨水中的小炭粒所做的不停地无规则运动,就是分子的运动C.分子间的相互作用的引力和斥力一定随分子间的距离增大而增大D.分子势能随着分子间距离的增大,可能先减小后增大 答案 D 拓展三 分子动能、分子势能和内能 (2020山东济宁高二下期末,2)甲分子固定在坐标原点O,乙分子从图中A点由静止释放,运动过程中经过P、B两点,两分子间的分子势能EP与分子间距离x的变化关系如图所示,下列说法正确的是( )A.乙分子在P点的动能大于B点的动能B.乙分子在P点的分子势能大于B点的分子势能C.乙分子在B点的加速度为0D.乙分子从P点运动到B点过程中两分子间的作用力减小 答案 A 拓展四 固体和液体性质的理解1.(2020山东临沂高二下期末,9)(多选)以下说法正确的是( )A.玻璃是晶体,它有规则的几何形状B.单晶体的各种物理性质都具有各向异性C.荷叶上的小水滴呈球形,这是表面张力使液面收缩的结果D.形成液体表面张力的原因是由于液体表面层的分子分布比内部稀疏答案 CD 2.[2019山东聊城第二次模拟,33(1)改编](多选)下列说法正确的是( )A.液晶电视就是利用了液晶微粒能自主发出不同颜色的光的特性B.气体压强由气体分子碰撞器壁产生,大小由气体分子数密度和温度决定C.汽车轮胎爆胎过程中,胎内气体温度下降D.人在电风扇下感觉凉爽,是因为风扇能降低室内温度答案 BC 拓展五 气体实验定律 理想气体状态方程 [2019山东聊城第二次模拟,33(2),10分]为了保证车内人员的安全,一般小汽车都安装了安全气囊,利用NaN3爆炸产生的氮充入气囊,当小汽车发生一定的碰撞时。NaN3爆炸产生的氮气充满安全气囊,气囊体积变化很小。已知气囊容积为V=56L,囊中氮气密度为ρ=2.5kg/m3,氮气的摩尔质量为M0=0.028kg/mol,阿伏加德罗常数为NA=6.02×1023mol-1,标准大气压p0=1atm,标准状态下气体的摩尔体积为V0=22.4L。
(ⅰ)求气囊中氮气的分子数;(ⅱ)当温度为27℃时,囊中氮气的压强多大? 答案 (ⅰ)3.01×1024个 (ⅱ)2.2atm拓展六 热力学定律与能量守恒定律的理解 (2020山东北镇中学高二月考,15)一定质量理想气体经历如图所示的A→B、B→C、C→A三个变化过程,TA=300K,气体从C→A的过程中做功为100J,同时吸热250J,已知气体的内能与热力学温度成正比。求:(1)气体处于C状态时的温度TC;(2)气体处于C状态时内能EC。 答案 (1)150K (2)150J[教师专用题组]【综合集训】 1.(多选)在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上石蜡,用烧热的针接触石蜡层背面上一点,石蜡熔化的范围分别如图(1)(2)(3)所示,而甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图(4)所示。下列判断正确的是( )A.甲、乙为非晶体,丙是晶体B.甲、丙为晶体,乙是非晶体C.甲、丙为非晶体,乙是晶体D.甲为多晶体,乙为非晶体,丙为单晶体答案 BD 由图(1)(2)(3)可知:甲、乙具有各向同性,丙具有各向异性;由图(4)可知:甲、丙有固定的熔点,乙无固定的熔点,所以甲、丙为晶体,乙是非晶体,其中甲为多晶体,丙为单晶体,故B、D正确。2.下列说法正确的是( )A.把一枚针轻放在水面上,它会浮在水面上。这是由于水的浮力B.在处于失重状态的宇宙飞船中,一大滴水银会成球状,是因为液体内分子间有相互吸引力C.将玻璃管道裂口放在火上烧,它的尖端就变圆,是因为熔化的玻璃在表面张力的作用下,表面要收缩到最小D.漂浮在热菜汤表面上的油滴,从上面观察是圆形的,是因为油滴液体呈各向同性答案 C 水的表面张力托起针而不是浮力,A错误;B、D两项也是表面张力原因,故B、D均错误;C项正确。3.(2020山东烟台模拟)如图所示,两端开口的弯折的玻璃管竖直放置,两段竖直管内各有一段水银柱,两段空气封闭在三段水银柱之间,若左、右两管内水银柱长度分别为h1、h2,且水银柱均静止,则中间管内水银柱的长度为( )
A.h1-h2 B.C. D.h1+h2答案 D 设大气压强为p0,左边空气的压强p左=p0-ρgh1,右边空气的压强p右=p0+ρgh2=p左+ρgh,则h=h1+h2,故D正确。4.(多选)一定质量的理想气体,沿箭头方向由状态1变化到状态2,其中气体放出热量的变化过程是( )答案 BD 由图像A是双曲线知,气体由状态1到状态2是等温变化过程,故状态1与状态2温度相同,内能相同,又从状态1至状态2气体的体积增加,故气体对外做功,根据热力学第一定律知,气体从外界吸热,故A错误;由图像B有p1>p2,V1>V2,根据理想气体状态方程=,可知T1>T2,从状态1至状态2,气体体积减小,说明外界对气体做功,又T1>T2,说明气体的内能减小,根据热力学第一定律知气体对外放热,故B正确;由图像C知,状态1至状态2,气体温度升高,内能增加,气体体积增大,气体对外做功,根据热力学第一定律知,气体从外界吸收热量,故C错误;由图像D知气体的体积保持不变,气体对外界不做功,从状态1至状态2气体的温度降低,内能减小,根据热力学第一定律,可知气体对外放热,故D正确。5.(2020山东青岛即墨模拟)如图所示,一汽缸固定在水平地面上,用重力不计的活塞封闭着一定质量的气体。已知汽缸不漏气,活塞移动过程中与汽缸内壁无摩擦。初始时,外界大气压强为p0,活塞紧压小挡板。现缓慢升高汽缸内气体的温度,则下列图中能反映汽缸内气体的压强p随热力学温度T变化的图像是( )答案 B 当缓慢升高汽缸内气体温度时,开始一段时间气体发生等容变化,根据查理定律可知,缸内气体的压强p与汽缸内气体的热力学温度T成正比,在p-T图像中,图线是过原点的倾斜直线;当活塞开始离开小挡板时,缸内气体的压强等于外界的大气压,气体发生等压膨胀,在p-T图像中,图线是平行于T轴的直线,B正确。6.(2020辽宁本溪一模)(多选)如图所示,一定质量的理想气体,从图示A状态开始,经历了B、C状态,最后到D状态,下列判断正确的是( )
A.A→B过程温度升高,压强不变B.B→C过程体积不变,压强变小C.B→C过程体积不变,压强不变D.C→D过程体积变小,压强变大答案 ABD 由题图可知,在A→B的过程中,气体温度升高,体积变大,且体积与温度成正比,由=C可知,气体压强不变,故选项A正确;在B→C的过程中,体积不变,而温度降低,由=C可知,气体压强变小,故选项B正确,C错误;在C→D的过程中,气体温度不变,体积变小,由=C可知,气体压强变大,故选项D正确。7.(2020辽宁丹东模拟)(多选)如图,一定质量的理想气体从状态1等温变化到状态2,再从状态2绝热变化到状态3,此后,从状态3等温变化到状态4,最后从状态4绝热变化回到状态1。这种循环称为卡诺循环。下列说法正确的是( )A.从1到2的过程中气体吸收热量B.从2到3的过程中气体对外界做功C.从3到4的过程中气体从外界吸收热量D.一次卡诺循环中气体向外界释放的热量小于吸收的热量答案 ABD 从1到2的过程中气体的温度不变,内能不变,体积增大,气体对外做功,由热力学第一定律ΔU=W+Q可知,气体从外界吸收热量,A正确;从2到3的过程中气体体积增大,所以气体对外界做功,B正确;从3到4的过程中气体的温度不变,内能不变,体积减小,外界对气体做功,由热力学第一定律可知气体向外界放出热量,C错误;由p-V图像中图线与横轴围成的面积等于该过程中气体所做的功,可知一次卡诺循环气体向外界做正功,由热力学第一定律可知,一次卡诺循环气体对外界做的总功等于气体从外界吸收的热量,因为一次卡诺循环总体上气体从外界吸热,所以向外界放出的热量小于吸收的热量,D正确。8.某气体的摩尔质量为M,摩尔体积为V,密度为ρ,每个分子的质量和体积分别为m和V0。则阿伏加德罗常数NA可表示为 或 。 答案 解析 摩尔质量M除以每个分子的质量m为NA,即NA=。气体摩尔体积为V,密度为ρ,则摩尔质量为M=ρV,所以NA==。气体摩尔体积除以阿伏加德罗常数等于一个气体分子平均占据的空间体积,不等于气体分子体积。9.一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A,其循环过程的p-V图像如图所示。其中,A→B过程为等温过程,气体放出热量4J;B→C过程为等容过程,气体吸收热量20J;C→D过程为等温过程,气体吸收热量12J;D→A过程为等容过程,气体放出热量20J。则气体完成一次循环对外界所做的功为 J;A→B的过程中,单位体积中的气体分子数目 (选填“减小”“不变”或“增大”);B→C的过程中,气体分子热运动的平均动能 (选填“减小”“不变”或“增大”)。
答案 8 增大 增大解析 在气体完成一次循环后的内能与开始时是相等的,所以内能不变,即ΔU=0;由题意可知,A→B和D→A的过程中,气体放出的热量分别为4J和20J,在B→C和C→D的过程中气体吸收的热量分别为20J和12J,则吸收的热量Q=QAB+QBC+QCD+QDA=-4J+20J+12J-20J=8J。由热力学第一定律:ΔU=Q+W,可得W=-8J,所以气体完成一次循环对外做的功是8J。A→B的过程中,体积减小,则单位体积中的气体分子数目增大;B→C的过程中,体积不变,压强变大,则气体的温度升高,则气体分子热运动的平均动能增大。10.(2020辽宁锦州模拟)如图所示,密闭性能良好的杯盖扣在盛有少量热水的杯身上,杯盖的质量为m,杯身与热水的总质量为M,杯盖的面积为S。初始时,杯内气体的温度为T0,压强与大气压强p0相等。因杯子不保温,杯内气体温度逐渐降低,不计摩擦,不考虑杯内水的汽化和水蒸气液化,重力加速度为g。(1)求温度降为T1时杯内气体的压强p1;(2)杯身保持静止,温度为T1时缓慢提起杯盖所需的力至少多大?(3)温度为多少时,用上述方法提杯盖恰能将整个杯子提起?答案 (1)T1 (2)p0S+mg-p0S (3)T0-解析 (1)此过程为等容降温过程,由查理定律=,解得温度降为T1时,杯内气体压强p1=T1。(2)对杯盖受力分析,如图a所示,当杯盖与杯身间的弹力恰好为零时,拉力最小,由平衡条件p1S+F=p0S+mg,最小拉力F=p0S+mg-p0S。(3)设提起杯子时气体压强为p2,温度为T2,杯身受力如图b所示由平衡条件p0S=p2S+Mg,由查理定律=,解得:T2=T0-。
