高中物理二轮复习-知识点13-热学

研析考情知识概览考向定位(1)题目相对简单，考生选择该专题得分率比较高．(2)从考查内容看，气体实验定律，热力学第一定律考查较多．(3)题型比较灵活，选择、计算、分析说明等都有．应考策略(1)加强对基本概念和基本规律的理解．(2)加强贴近高考的典型题训练，提高分析问题解决问题的能力.分子动理论和微观量的计算1.分子动理论的基本内容(1)物质是由大量的分子组成的．分子直径的数量级为10－10m.(2)分子永不停息地做无规则运动．(3)分子间存在着相互作用力．即分子间同时存在着相互作用的引力和斥力，实际表现的是引力和斥力的合力，叫分子力．(4)分子间的引力和斥力都随着分子间距离的增大而减小，随着分子间距离的减小而增大，但斥力变化的快．2．分子微观量的计算公式设物体的质量为m，摩尔质量为M0，体积为V，摩尔体积为V0，密度为ρ，阿伏加德罗常数为NA，物质的量为n.(1)分子数N＝nNA＝mM0NA＝VV0NA(2)每个分子的质量m1＝mN＝M0NA(3)每个分子的体积V1＝VN＝V0NA＝M0ρNA，注意：对于气体，用此式所求的V1为每个分子平均占用的空间，并非分子的体积．(4)分子的线度：把分子看做球体，忽略分子之间的间隙，直径d＝36V0πNA；把分子看做立方体，棱长l＝3V0NA.注意：对于气体，用此式所求的l为分子之间的平均距离．(多选)(2013·陕西省西安市一模)下列说法正确的是()A．由于液体表面层分子间距离小于液体内部分子间距离，液体表面存在张力B．一块0℃的冰逐渐熔化成0℃的水，在这个过程中分子势能和物体的内能都会增加C．用油膜法测出油分子的直径后，要测定阿伏伽德罗常数，只须再知道油的密度即可D．甲、乙两个分子相距较远．若把甲固定，使乙分子逐渐向甲靠近，直到不能再靠拢为止，在这一过程中先是分子力对乙做正功，然后乙克服分子力做功E．空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近饱和汽压，水蒸发越慢【解析】由于液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，液体表面存在张力，选项A错误．一块0℃的冰逐渐熔化成0℃的水，在这个过程中分子势能和物体的内能都会增加，选项B正确．用油膜法测出油分子的直径后，要测定阿伏加德罗常数，只须再知道油的摩尔质量和油的密度即可，选项C错误．甲、乙两个分子相距较远．若把甲固定，使乙分子逐渐向甲靠近，直到不能再靠拢为止，在这一过程中先是分子力对乙做正功，然后乙克服分子力做功，选项D正确．空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近饱和汽压，水蒸发越慢，选项E正确．【答案】BDE(1)液体表面张力是液体表面层分子之间引力作用的表现．(2)物体发生物态变化时，温度不变，分子平均动能不变，分子结构和分子之间的距离发生变化，分子势能变化，物体内能变化．(3)阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁．(4)分子间作用力和分子势能随分子间距离的变化按一定的规律变化．1．(2013·广东省广州市一模)水压机是利用液体来传递压强的．水压机工作时，水分子间()A．只有斥力B．只有引力C．既有引力也有斥力，但分子力表现为引力D．既有引力也有斥力，但分子力表现为斥力【解析】水压机工作时，水分子间距离小于平衡位置之间的距离，水分子之间既有引力也有斥力，但分子力表现为斥力，选项D正确．【答案】D2．(多选)(2013·山东省潍坊市一模)下列说法中正确的是()A．温度越高，每个分子的速率一定越大B．雨水没有透过布雨伞是因为液体表面存在张力C．布朗运动是指在显微镜下观察到的液体分子的无规则运动D．单晶体的某些物理性质是各向异性的，多晶体的物理性质是各向同性的【解析】温度越高，分子平均速率越大，并非每个分子的速率一定越大，选项A错误．雨水没有透过布雨伞是因为液体表面存在张力，选项B正确．布朗运动是指在显微镜下观察到的悬浮在液体中微粒的无规则运动，选项C错误．单晶体的某些物理性质是各向异性的，多晶体的物理性质是各向同性的，选项D正确．【答案】BD3．(多选)(2013·湖南省12校联考)下列说法正确的是()A．两个分子之间的作用力会随着距离的增大而减小B．物体的内能在宏观上只与其温度和体积有关C．分子a从远处趋近固定不动的分子b，当a到达受b的作用力为零处时，a的动能一定最大D．物质的状态在一定的条件下可以相互转变，在转变过程中会发生能量交换【解析】在分子之间距离从平衡位置开始增大时，两个分子之间的作用力会随着距离的增大先增大后减小，选项A错误．物体的内能在宏观上不仅与其温度和体积有关，也与质量有关，选项B错误．分子a从远处趋近固定不动的分子b，当a到达受b的作用力为零处时，a的动能一定最大，选项C正确．物质的状态在一定的条件下可以相互转变，在转变过程中会发生能量交换，选项D正确．【答案】CD气体实验定律和理想气体状态方程1.气体实验定律：气体的状态由热力学温度、体积和压强三个物理量决定．(1)等温变化：pV＝C或p1V1＝p2V2.(2)等容变化：pT＝C或p1T1＝p2T2.(3)等压变化：VT＝C或V1T1＝V2T2.2．一定质量的理想气体状态方程pVT＝C或p1V1T1＝p2V2T2.当T1＝T2(或V1＝V2、p1＝p2)时，即得到玻意耳定律(或查理定律、盖－吕萨克定律)．(2013·上海市12校联考)气缸长为L＝1m(气缸厚度可忽略不计)，固定在水平面上，气缸中有横截面积为S＝100cm2的光滑活塞封闭了一定质量的理想气体，已知当温度为t＝27℃，大气压强为p0＝1×105Pa时，气柱长为L0＝0.4m．现用水平拉力向右缓慢拉动活塞，求：图7－1(1)若拉动活塞过程中温度保持27℃，活塞到达缸口时缸内气体压强；(2)若活塞到达缸口时拉力大小为500N，求此时缸内气体温度为多少摄氏度．【解析】(1)活塞刚到缸口时L2＝1m根据玻意耳定律p1SL0＝p2SL2得ρ2＝0.4×105Pa.(2)温度升高活塞刚到缸口时L3＝1mp3＝p0－F/S＝0.5×105Pa根据理想气体状态方程p3L3ST3＝p1L0ST1T3＝p3L3T1p1L0＝0.5×105×1×3001×105×0.4K＝375Kt3＝(375－273)℃＝102℃.【答案】(1)0.4×105Pa(2)102℃应用气体实验定律的解题思路(1)选择对象——即某一定质量的理想气体；(2)找出参量——气体在始末状态的参量p1、V1、T1及p2、V2、T2；(3)认识过程——认清变化过程是正确选用物理规律的前提；(4)列出方程——选用某一实验定律或气态方程，代入具体数值求解，并讨论结果的合理性．1．(2012·济南实验中学一模)内壁光滑的导热汽缸竖直浸入在盛有冰水混合物的水槽中，用不计质量的活塞封闭压强为1.0×105Pa，体积为2.0×10－3m3的理想气体，现在活塞上缓慢倒上沙子，使封闭气体的体积变为原来的一半．求：(1)求汽缸内气体的压强；(2)若封闭气体的内能仅与温度有关，在上述过程中外界对气体做功145J，封闭气体是吸收还是放出热量？热量是多少？【解析】(1)汽缸内的气体发生等温变化，根据玻意耳定律P1V1＝P2V2P2＝P1V1V2＝2.0×105Pa.(2)由于理想气体的内能只与温度有关，则气体发生等温变化，ΔU＝0.根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q.Q＝－W＝－145J故气体放出热量145J.【答案】(1)2.0×105Pa(2)放出热量145J2．(2013·3月上海市六校联考)如图7－2所示为一简易火灾报警装置．其原理是：开口向上竖直放置的试管中装有水银，内有接触开关(厚度不计)，只要有水银浸没，它就会导通，蜂鸣器发出报警的响声.27℃时，空气柱长度L1为30cm，水银上表面与接触开关下端的距离L2为10cm，管内水银柱的高度h为25cm，外界大气压强为75cmHg.求：图7－2(1)当温度达到多少℃时，报警器会报警？(2)如果要使该装置在57℃时报警，则应该再往玻璃管内注入多少cm高的水银柱？(3)如果大气压增大，则该报警器的报警温度会受到怎样的影响？【解析】(1)设水银柱的横截面积为S，V1＝30ST1＝300KV2＝40S根据等压变化V1T1＝V2T2T2＝V2T1V1＝40×30030K＝400Kt2＝127℃.(2)设需注入水银为xp1＝100cmHgp3＝(100＋x)cmHgV3＝(40－x)ST3＝330Kp1V1T1＝p3V3T3100×30300＝100＋x40－x330x＝10cm.(3)若大气压增大，报警温度会升高．【答案】(1)127℃(2)10cm(3)若大气压增大，报警温度会升高.热力学第一定律、第二定律1.热力学第一定律：即一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它做的功的和．表达式为：ΔU＝Q＋W.2．热力学第二定律(1)克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体．(2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响．(3)气体向真空的自由膨胀是不可逆的．(4)第二类永动机不可能制成．(10分)(2013·郑州一中模拟)如图7－3所示，一圆柱形绝热汽缸竖直放置，通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体．活塞的质量为M，活塞的横截面积为S.初始时，气体的温度为T0，活塞的下表面与容器底部相距h.现通过电热丝缓慢加热气体，当气体吸收热量Q时活塞上升了h，已知大气压强为P0，重力加速度为g，不计活塞与汽缸的摩擦．求此时气体的温度和加热过程中气体内能的增加量．(题中各物理量单位均为国际单位制单位)图7－3【解题指导】1．信息提取(1)电热丝缓慢加热气体的过程中，活塞上升，气体发生等压变化．(2)气体吸收热量同时克服大气压力和活塞重力对外做功．2．破题技巧气体等压变化―→由盖－吕萨克定律列方程求解气体温度．气体吸热Q―→气体对活塞做功W＝(p0S＋mg)h―→根据热力学第一定律确定气体内能的增加量．【规范解答】封闭气体做等压变化，由盖－吕萨克定律得hST0＝2hST1(2分)此时气体的温度为T1＝2T0(1分)气体在等压变化过程中，活塞受力如图所示由平衡条件得pS＝p0S＋mg(2分)气体对活塞做的功为W＝pSh＝(p0S＋mg)h(2分)由热力学第一定律得ΔU＝Q－W(2分)气体内能的增加量为ΔU＝Q－(p0S＋mg)h.(1分)【答案】2T0Q－(p0S＋mg)h1．(2013·山东省潍坊市一模)如图7－4所示，导热材料制成的截面积相等，长度均为45cm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＝2.8×105Pa的理想气体，B内充满压强PB＝1.4×105Pa的理想气体，忽略连接气缸的管道体积，室温不变．现打开阀门，求：图7－4(1)平衡后活塞向右移动的距离和B中气体的压强；(2)自打开阀门到平衡，B内气体是吸热还是放热(简要说明理由)．【解析】(1)A气体，有pALS＝p(L＋x)SB气体，有pBLS＝p(L－x)S得x＝15cmp＝2.1×105Pa.(2)活塞C向右移动，对B中气体做功，而气体温度不变，内能不变，故B气体放热．【答案】(1)15cm2.1×105Pa(2)放热2.一同学利用注射器测量气温，其装置如图7－5所示．在注射器内封闭一定质量的气体后，将注射器竖直置于冰水混合物中，稳定后，利用注射器上的容积刻度读出封闭气体的体积V1＝30mL.取走冰水混合物，待封闭气体气温与室温达到平衡后，读出此时封闭气体的体积V2＝32mL.不计活塞与注射器筒间的摩擦，室内气压保持不变．求：图7－5(1)室温是多少摄氏度？(2)封闭气体的温度从零摄氏度变化到室温的过程中，内能如何变化？它从室内吸收或放出的热量与内能变化量是什么关系？【解析】(1)由V1/T1＝V2/T2，解得T2＝291.2K，室温t＝T2－273K＝18.2℃.(2)内能增加．由热力学第一定律可知，封闭气体从外界吸收的热量大于其内能的变化量．【答案】(1)18.2℃(2)见解析1将布朗运动和分子的无规则运动混淆布朗运动是由于各个方