（山东专用）2020届高考物理一轮复习 专题十五 热学课件

专题十五热学高考物理(山东专用)A组山东省卷、课标Ⅰ卷题组五年高考考点一分子动理论、内能1.[2015山东理综,37(1)](多选)墨滴入水,扩而散之,徐徐混匀。关于该现象的分析正确的是。a.混合均匀主要是由于碳粒受重力作用b.混合均匀的过程中,水分子和碳粒都做无规则运动c.使用碳粒更小的墨汁,混合均匀的过程进行得更迅速d.墨汁的扩散运动是由于碳粒和水分子发生化学反应引起的答案bc解析墨汁与水混合均匀的过程,是水分子和碳粒做无规则运动的过程,这种运动与重力无关,也不是化学反应引起的。微粒越小、温度越高,无规则运动越剧烈,可见,b、c正确,a、d均错。考点二固体、液体、气体2.[2019课标Ⅰ,33(2),10分]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。(ⅰ)求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强;(ⅱ)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(ⅰ)3.2×107Pa(ⅱ)1.6×108Pa解析(ⅰ)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p0V0=p1V1 ①被压入到炉腔的气体在室温和p1条件下的体积为V1'=V1-V0 ②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(ⅱ)设加热前炉腔的温度为T0,加热后炉腔温度为T1,气体压强为p3。由查理定律 =  ⑤联立④⑤式并代入题给数据得p3=1.6×108Pa⑥31pT20pT审题指导(1)容器和活塞绝热性能良好,表明气体状态变化过程中与外界无热交换;(2)理想气体意味着质量一定时,其内能只与温度有关;(3)一定质量的气体,其密度与体积成反比,从而密度的比较可转换为同温同压下体积的比较。3.[2015山东理综,37(2)]扣在水平桌面上的热杯盖有时会发生被顶起的现象。如图,截面积为S的热杯盖扣在水平桌面上,开始时内部封闭气体的温度为300K,压强为大气压强p0。当封闭气体温度上升至303K时,杯盖恰好被整体顶起,放出少许气体后又落回桌面,其内部气体压强立刻减为p0,温度仍为303K。再经过一段时间,内部气体温度恢复到300K。整个过程中封闭气体均可视为理想气体。求: (ⅰ)当温度上升到303K且尚未放气时,封闭气体的压强;(ⅱ)当温度恢复到300K时,竖直向上提起杯盖所需的最小力。答案(ⅰ) p0(ⅱ) p0S10110020110100解析(ⅰ)以开始封闭的气体为研究对象,由题意可知,初状态温度T0=300K,压强为p0,末状态温度T1=303K,压强设为p1,由查理定律得 =  ①代入数据得p1= p0 ②(ⅱ)设杯盖的质量为m,刚好被顶起时,由平衡条件得p1S=p0S+mg ③放出少许气体后,以杯盖内的剩余气体为研究对象,由题意可知,初状态温度T2=303K,压强p2=p0,末状态温度T3=300K,压强设为p3,由查理定律得 =  ④设提起杯盖所需的最小力为F,由平衡条件得F+p3S=p0S+mg ⑤联立②③④⑤式,代入数据得00pT11pT10110022pT33pTF= p0S ⑥201101004.[2014山东理综,37,12分](1)如图,内壁光滑、导热良好的汽缸中用活塞封闭有一定质量的理想气体。当环境温度升高时,缸内气体。(双选,填正确答案标号) a.内能增加b.对外做功c.压强增大d.分子间的引力和斥力都增大(2)一种水下重物打捞方法的工作原理如图所示。将一质量M=3×103kg、体积V0=0.5m3的重物捆绑在开口朝下的浮筒上。向浮筒内充入一定量的气体,开始时筒内液面到水面的距离h1=40m,筒内气体体积V1=1m3。在拉力作用下浮筒缓慢上升,当筒内液面到水面的距离为h2时,拉力减为零,此时气体体积为V2,随后浮筒和重物自动上浮。求V2和h2。已知大气压强p0=1×105Pa,水的密度ρ=1×103kg/m3,重力加速度的大小g=10m/s2。不计水温变化,筒内气体质量不变且可视为理想气体,浮筒质量和筒壁厚度可忽略。答案(1)ab(2)2.5m310m解析(1)因汽缸导热良好,故环境温度升高时封闭气体温度亦升高,而一定质量的理想气体内能只与温度有关,故封闭气体内能增大,a正确。因汽缸内壁光滑,由活塞受力平衡有p0S+mg=pS,即缸内气体的压强p=p0+ 不变,c错误。由盖—吕萨克定律 =恒量可知气体体积膨胀,对外做功,b正确。理想气体分子间除碰撞瞬间外无相互作用力,故d错误。(2)当F=0时,由平衡条件得Mg=ρg(V0+V2) ①代入数据得V2=2.5m3 ②设筒内气体初态、末态的压强分别为p1、p2,由题意得p1=p0+ρgh1 ③p2=p0+ρgh2 ④在此过程中筒内气体温度和质量不变,由玻意耳定律得p1V1=p2V2 ⑤联立②③④⑤式,代入数据得mgSVTh2=10m⑥5.[2018课标Ⅰ,33(2),10分]如图,容积为V的汽缸由导热材料制成,面积为S的活塞将汽缸分成容积相等的上下两部分,汽缸上部通过细管与装有某种液体的容器相连,细管上有一阀门K。开始时,K关闭,汽缸内上下两部分气体的压强均为p0。现将K打开,容器内的液体缓慢地流入汽缸,当流入的液体体积为 时,将K关闭,活塞平衡时其下方气体的体积减小了 。不计活塞的质量和体积,外界温度保持不变,重力加速度大小为g。求流入汽缸内液体的质量。 8V6V答案 01526pSg解析本题考查气体实验定律、气体压强计算等知识。设活塞再次平衡后,活塞上方气体的体积为V1,压强为p1;下方气体的体积为V2,压强为p2。在活塞下移的过程中,活塞上、下方气体的温度均保持不变,由玻意耳定律得p0 =p1V1 ①p0 =p2V2 ②由已知条件得V1= + - = V ③V2= - =  ④设活塞上方液体的质量为m,由力的平衡条件得p2S=p1S+mg ⑤联立以上各式得m=  ⑥2V2V2V6V8V13242V6V3V01526pSg审题指导关键词理解,隐含条件显性化①关键词“导热”说明气体上下两部分温度相等,且与环境温度相同。②外界温度保持不变,说明气体做等温变化。③流入液体产生的压强p'= 。④K关闭,说明外部液体对气体压强不产生影响。mgS6.(2017课标Ⅰ,33,15分)(1)(多选)氧气分子在0℃和100℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示。下列说法正确的是。 A.图中两条曲线下面积相等B.图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形C.图中实线对应于氧气分子在100℃时的情形D.图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目E.与0℃时相比,100℃时氧气分子速率出现在0~400m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大(2)如图,容积均为V的汽缸A、B下端有细管(容积可忽略)连通,阀门K2位于细管的中部,A、B的顶部各有一阀门K1、K3,B中有一可自由滑动的活塞(质量、体积均可忽略)。初始时,三个阀门均打开,活塞在B的底部;关闭K2、K3,通过K1给汽缸充气,使A中气体的压强达到大气压p0的3倍后关闭K1。已知室温为27℃,汽缸导热。(ⅰ)打开K2,求稳定时活塞上方气体的体积和压强;(ⅱ)接着打开K3,求稳定时活塞的位置;(ⅲ)再缓慢加热汽缸内气体使其温度升高20℃,求此时活塞下方气体的压强。答案(1)ABC(2)(ⅰ) 2p0(ⅱ)B的顶部(ⅲ)1.6p02V解析(1)本题考查气体分子速率及分布率。每条曲线下面积的意义是各种速率的分子数总和占总分子数的百分比,故面积为1,A正确、D错误。气体温度越高,分子无规则运动越剧烈,分子平均动能越大,大速率的分子数所占总分子数的百分比越大,故虚线对应的温度较低,B、C皆正确。由图中0~400m/s区间图线下的面积可知0℃时出现在0~400m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大,E错误。(2)本题考查气体实验定律。(ⅰ)设打开K2后,稳定时活塞上方气体的压强为p1,体积为V1。依题意,被活塞分开的两部分气体都经历等温过程。由玻意耳定律得p0V=p1V1 ①(3p0)V=p1(2V-V1) ②联立①②式得V1=  ③p1=2p0 ④(ⅱ)打开K3后,由④式知,活塞必定上升。设在活塞下方气体与A中气体的体积之和为V2(V2≤22VV)时,活塞下气体压强为p2。由玻意耳定律得(3p0)V=p2V2 ⑤由⑤式得p2= p0 ⑥由⑥式知,打开K3后活塞上升直到B的顶部为止;此时p2为p2'= p0。(ⅲ)设加热后活塞下方气体的压强为p3,气体温度从T1=300K升高到T2=320K的等容过程中,由查理定律得 =  ⑦将有关数据代入⑦式得p3=1.6p0 ⑧23VV3221'pT32pT思路点拨活塞封闭的气体通过分析活塞的受力,利用平衡条件可获得活塞两侧气体压强之间的关系。注意轻质物体在任意状态下所受合外力均为0。7.[2016课标Ⅰ,33(2),10分]在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强,两压强差Δp与气泡半径r之间的关系为Δp= ,其中σ=0.070N/m。现让水下10m处一半径为0.50cm的气泡缓慢上升。已知大气压强p0=1.0×105Pa,水的密度ρ=1.0×103kg/m3,重力加速度大小g=10m/s2。(ⅰ)求在水下10m处气泡内外的压强差;(ⅱ)忽略水温随水深的变化,在气泡上升到十分接近水面时,求气泡的半径与其原来半径之比的近似值。2σr答案(ⅰ)28Pa(ⅱ)1.3解析(ⅰ)当气泡在水下h=10m处时,设其半径为r1,气泡内外压强差为Δp1,则Δp1=  ①代入题给数据得Δp1=28Pa②(ⅱ)设气泡在水下10m处时,气泡内空气的压强为p1,气泡体积为V1;气泡到达水面附近时,气泡内空气的压强为p2,内外压强差为Δp2,其体积为V2,半径为r2。气泡上升过程中温度不变,根据玻意耳定律有p1V1=p2V2 ③由力学平衡条件有p1=p0+ρgh+Δp1 ④p2=p0+Δp2 ⑤气泡体积V1和V2分别为V1= π  ⑥12σr4331rV2= π  ⑦联立③④⑤⑥⑦式得 =  ⑧由②式知,Δpi≪p0,i=1,2,故可略去⑧式中的Δpi项。代入题给数据得 = ≈1.3 ⑨4332r312rr0201ppρghpp21rr32易错点拨此题给出水下气泡内外的压强差的关系式,对确定封闭气体压强带来一定困难,既要准确表达,又要学会合理近似。8.[2015课标Ⅰ,33,15分](1)(多选)下列说法正确的是。A.将一块晶体敲碎后,得到的小颗粒是非晶体B.固体可以分为晶体和非晶体两类,有些晶体在不同方向上有不同的光学性质C.由同种元素构成的固体,可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体D.在合适的条件下,某些晶体可以转变为非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体E.在熔化过程中,晶体要吸收热量,但温度保持不变,内能也保持不变(2)如图,一固定的竖直汽缸由一大一小两个同轴圆筒组成,两圆筒中各有一个活塞。已知大活塞的质量为m1=2.50kg,横截面积为S1=80.0cm2;小活塞的质量为m2=1.50kg,横截面积为S2=40.0cm2;两活塞用刚性轻杆连接,间距保持为l=40.0cm;汽缸外大气的压强为p=1.00×105Pa,温度为T=303K。初始时大活塞与大圆筒底部相距 ,两活塞间封闭气体的温度为T1=495K。现汽缸内气