（通用版）2020高考物理二轮复习 专题七 选考模块 第14课时 热学课件

第14课时热学专题七选考模块复习备考建议(1)热学主要考查基本概念、气体实验定律、热力学定律等知识，对于热学的基本概念和热力学定律往往以选择题的形式出现，而气体实验定律往往以玻璃管或汽缸等为载体通过计算题的形式考查.(2)在考查机械波的形成和传播时，往往以考查振动图象和波动图象为主，主要涉及的知识有波速、波长和频率(周期)的关系，光学部分以考查光的折射定律和全反射等知识为主，多为计算题，光的波动性、电磁波的考查多为选择题.栏目索引考点1热学基础知识考点2气体实验定律和理想气体状态方程考点3气体状态变化的能量问题1.两种微观模型(1)球体模型(适用于固体、液体)：一个分子的体积，d为分子的直径.(2)立方体模型(适用于气体)：一个分子占据的平均空间V0＝d3，d为分子间的距离.2.掌握两个关系(1)分子力与分子间距的关系，分子势能与分子间距的关系.(2)分子力做功与分子势能变化的关系.阿伏加德罗常数是联系宏观与微观的桥梁，掌握宏观与微观的联系.考点1热学基础知识V0＝16πd33.熟记并理解四个问题(1)对晶体、非晶体特性的理解①只有单晶体，才可能具有各向异性.②各种晶体都具有固定熔点，晶体熔化时，温度不变，吸收的热量全部用于增加分子势能.③晶体与非晶体可以相互转化.④有些晶体属于同素异形体，如金刚石和石墨.(2)正确理解温度的微观含义①温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能越大.②温度升高，物体分子动能总和增大，但物体的内能不一定增大.(3)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大气重力产生的.(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.例1(2019·全国卷Ⅱ·33(1))如图1p－V图所示，1、2、3三个点代表某容器中一定量理想气体的三个不同状态，对应的温度分别是T1、T2、T3.用N1、N2、N3分别表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数，则N1_____N2，T1_____T3，N2_____N3.(填“大于”“小于”或“等于”)图1大于大于等于解析对一定质量的理想气体，pVT为定值，由p－V图象可知，2p1·V1＝p1·2V1p1·V1，所以T1＝T3T2.状态1与状态2时气体体积相同，单位体积内分子数相同，但状态1下的气体分子平均动能更大，在单位时间内撞击器壁单位面积的平均次数更多，所以N1N2；状态2与状态3时气体压强相同，状态3下的气体分子平均动能更大，在单位时间内撞击器壁单位面积的平均次数较少，所以N2N3.1.(多选)(2019·吉林长春市质量监测)下列有关热学现象和规律的描述正确的是A.空气中尘埃的运动是布朗运动，反映了空气分子在做无规则的热运动B.在围绕地球飞行的宇宙飞船中，自由飘浮的水滴呈球形，这是表面张力作用的结果C.晶体都有固定的熔点，物理性质都表现为各向异性D.一定质量的理想气体经历等压膨胀过程，气体密度将减小，分子平均动能将增大E.第二类永动机没有违背能量守恒定律变式训练√√√解析空气中尘埃的运动不是布朗运动，故A错；在完全失重状况下，液滴由于表面张力使其表面积收缩至最小，呈球形，故B对；单晶体的有些物理性质表现为各向异性，多晶体物理性质表现为各向同性，故C错；一定质量的理想气体经历等压膨胀过程，气体密度将减小，温度升高，分子平均动能将增大，故D对；第二类永动机违背了热力学第二定律，但没有违背能量守恒定律，故E对.2.(多选)(2019·贵州贵阳市一模)下列关于固体、液体和气体的说法正确的是A.固体中的分子是静止的，液体、气体中的分子是运动的B.液体表面层中分子间的相互作用力表现为引力C.固体、液体和气体中都会有扩散现象发生D.在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零E.某些固体在熔化过程中，虽然吸收热量但温度却保持不变√√√解析无论固体、液体和气体，分子都是在永不停息地做无规则运动，故A错误；当分子间距离为r0时，分子引力和斥力相等，液体表面层的分子比较稀疏，分子间距大于r0，所以分子间作用力表现为引力，故B正确；扩散现象与物体的状态无关，固体、液体和气体都会有扩散现象发生，故C正确；在完全失重的情况下，分子运动不停息，气体对容器壁的压强不为零，封闭气体压强与重力无关，故D错误；晶体在熔化过程中，虽然吸收热量但温度却保持不变，故E正确.3.(多选)(2019·山东临沂市2月质检)下列说法正确的是A.气体分子的速率分布规律遵从统计规律，在一定温度下，某种气体的分子速率分布是确定的B.随着科技的发展，绝对零度是可能达到的C.不论温度多高，速率很大和很小的分子总是少数D.气体分子的运动速率可由牛顿运动定律求得E.相对湿度是100%，表明在当时的温度下，空气中水蒸气已达到饱和状态√√√解析气体分子的速率分布规律遵从统计规律，在一定温度下，某种气体的分子速率分布呈现“两头小，中间大”的规律，并且是确定的，不论温度多高，速率很大和很小的分子总是少数，选项A、C正确；根据热力学第二定律可知，绝对零度是低温的极限，即使随着科技的发展，绝对零度永远是不可能达到的，选项B错误；牛顿运动定律只适用于宏观低速物体，对微观高速粒子不适用，选项D错误；相对湿度是指水蒸气的实际压强与该温度下水的饱和汽压之比，相对湿度是100%，表明在当时温度下，空气中水蒸气已达饱和状态，故E正确.1.气体压强的计算(1)力平衡法：选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得气体的压强.(2)等压面法：在连通器中，同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等.液体内深h处的总压强p＝p0＋ρgh，p0为液面上方的压强.固体密封的气体一般用力平衡法，液柱密封的气体一般用等压面法.考点2气体实验定律和理想气体状态方程2.气体实验定律玻意耳定律p1V1＝p2V2查理定律p1T1＝p2T2或p1p2＝T1T2盖—吕萨克定律V1T1＝V2T2或V1V2＝T1T23.理想气体的状态方程(1)理想气体是指在任何条件下始终遵守气体实验定律的气体，一定质量的理想气体的内能只和温度有关.(2)状态方程：p1V1T1＝p2V2T2或pVT＝C.4.应用气体实验定律的三个重点环节(1)正确选择研究对象：对于变质量问题要研究质量不变的部分；对于多部分气体问题，要各部分独立研究，各部分之间一般通过压强(液柱或活塞的受力)找联系.(2)列出各状态的参量：气体在初、末状态，往往会有两个(或三个)参量发生变化，把这些状态参量罗列出来会比较准确、快速的找到规律.(3)认清变化过程：准确分析变化过程以便正确选用气体实验定律.例2(2019·全国卷Ⅰ·33(2))热等静压设备广泛应用于材料加工中.该设备工作时，先在室温下把惰性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中，然后炉腔升温，利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理，改善其性能.一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为0.13m3，炉腔抽真空后，在室温下用压缩机将10瓶氩气压入到炉腔中.已知每瓶氩气的容积为3.2×10－2m3，使用前瓶中气体压强为1.5×107Pa，使用后瓶中剩余气体压强为2.0×106Pa；室温温度为27℃.氩气可视为理想气体.(1)求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强；答案3.2×107Pa解析设初始时每瓶气体的体积为V0，压强为p0；使用后气瓶中剩余气体的压强为p1.假设体积为V0、压强为p0的气体压强变为p1时，其体积膨胀为V1.由玻意耳定律得：p0V0＝p1V1①被压入炉腔的气体在室温和p1条件下的体积为：V1′＝V1－V0②设10瓶气体压入完成后炉腔中气体的压强为p2，体积为V2，由玻意耳定律：p2V2＝10p1V1′③联立①②③式并代入题给数据得：p2＝3.2×107Pa④(2)将压入氩气后的炉腔加热到1227℃，求此时炉腔中气体的压强.答案1.6×108Pa解析设加热前炉腔的温度为T0，加热后炉腔的温度为T1，气体压强为p3，由查理定律得：p3T1＝p2T0⑤联立④⑤式并代入题数据得：p3＝1.6×108Pa变式训练4.(2019·重庆市第三次调研抽测)如图2，一带有活塞的汽缸通过底部的水平细管与一个上端封闭的竖直管相连，汽缸和竖直管均导热，汽缸与竖直管的横截面积之比为3∶1，初始时，该装置底部盛有水银；左右两边均封闭有一定质量的理想气体，左边气柱高24cm，右边气柱高22cm；两边液面的高度差为4cm.竖直管内气体压强为76cmHg，现使活塞缓慢向下移动，使汽缸和竖直管内的水银面高度相差8cm，活塞与汽缸间摩擦不计.求：(1)此时竖直管内气体的压强；图2答案88cmHg解析设右侧竖直管的横截面积为S，则左侧汽缸的横截面积则为3S以右侧气体为研究对象：p1＝p0＝76cmHg，V1＝22cm·S若左侧液面下降h1，右侧液面升高h2则有h1＋h2＝4cm，h13S＝h2S，解得h1＝1cm，h2＝3cm，V2＝(22cm－h2)S＝19cm·S根据玻意耳定律得：p1V1＝p2V2解得：p2＝88cmHg(2)活塞向下移动的距离.答案5cm解析以左边气体为研究对象：p1′＝p1＋ρgΔh＝80cmHg，V1′＝24cm×3Sp2′＝p2＋ρgΔh′＝96cmHg.V2′＝x·3S根据玻意耳定律得：p1′V1′＝p2′V2′解得：x＝20cm，活塞下降的高度h＝24cm＋h1－x＝5cm.例3(2019·全国卷Ⅱ·33(2))如图3，一容器由横截面积分别为2S和S的两个汽缸连通而成，容器平放在地面上，汽缸内壁光滑.整个容器被通过刚性杆连接的两活塞分隔成三部分，分别充有氢气、空气和氮气.平衡时，氮气的压强和体积分别为p0和V0，氢气的体积为2V0，空气的压强为p.现缓慢地将中部的空气全部抽出，抽气过程中氢气和氮气的温度保持不变，活塞没有到达两汽缸的连接处，求：图3(1)抽气前氢气的压强；答案12(p0＋p)解析设抽气前氢气的压强为p10，根据力的平衡条件得(p10－p)·2S＝(p0－p)·S①得p10＝12(p0＋p)②(2)抽气后氢气的压强和体积.答案12p0＋14p4p0＋pV02p0＋p解析设抽气后氢气的压强和体积分别为p1和V1，氮气的压强和体积分别为p2和V2，根据力的平衡条件有p2·S＝p1·2S③由玻意耳定律得p1V1＝p10·2V0④p2V2＝p0V0⑤由于两活塞用刚性杆连接，故V1－2V0＝2(V0－V2)⑥联立②③④⑤⑥式解得p1＝12p0＋14p⑦V1＝4p0＋pV02p0＋p.5.(2019·吉林长春市质量监测)如图4所示，竖直固定的大圆筒由上面的细圆筒和下面的粗圆筒两部分组成，粗筒的内径是细筒内径的3倍，细筒足够长.粗筒中放有A、B两个活塞，活塞A的重力及与筒壁间的摩擦不计.活塞A的上方装有水银，活塞A、B间封有一定质量的空气(可视为理想气体).初始时，用外力向上托住活塞B使之处于平衡状态，水银上表面与粗筒上端相平，空气柱长L＝15cm，水银深H＝10cm.现使活塞B缓慢上移，直至有一半质量的水银被推入细筒中，求活塞B上移的距离.(设在整个过程中气柱的温度不变，大气压强p0相当于75cm的水银柱产生的压强)变式训练图4答案9.8cm解析设粗筒横截面积为S，水银的密度为ρ，初态封闭气体的压强p1＝p0＋ρgH，体积为V1＝LS有一半质量的水银被推入细筒中，设细筒和粗筒中的水银高度分别为h1和h2，根据题意h2＝H2＝5cm此时封闭气体压强为p2＝p0＋ρgh1＋ρgh2＝125cmHg体积V2＝L′S由玻意耳定律得：p1V1＝p2V2解得：L′＝10.2cm活塞B上移的距离为d＝H－h2＋L－L′＝9.8cm.由于水银体积不变，则12HS＝h1S9，解得：h1＝45cm1.气体做功特点(1)一般计算等压变化过程的功，即W＝p·ΔV，然后结合其他条件，利用ΔU＝W＋Q