（课标通用）2020高考物理二轮复习 专题7 选考部分 第16讲 热学课件

第16讲热学思维导图核心考点1.分子动理论(1)微观量的估算(2)分子的无规则运动(3)实验：油膜法测分子大小2.固体、液体的性质(1)晶体、非晶体的性质(2)液体的现象分析核心考点3.气体实验定律(1)等容变化下查理定律的应用(2)等温变化下玻意耳定律的应用(3)等压变化下盖－吕萨克定律的应用(4)理想气体状态方程的应用4.热力学定律(1)热力学第一定律(2)热力学第二定律备考指要1.牢记两种模型(1)球模型：用于求固体、液体分子的直径，根据V0＝16πd3求解．(2)立方体模型：用于求气体分子间的距离，根据V0＝d3求解．备考指要2.牢记改变内能的两种方式(1)做功：对物体做功，将机械能转化为内能．(2)热传递：通过传递热量的形式，将其他物体的内能转移过来．3.牢记“三看”和“三想”(1)看到“绝热过程”就想到“不吸热不放热，内能改变取决于做功”．备考指要(2)看到“等容过程”就想到“做功为零，内能改变取决于吸热、放热”．(3)看到“等温过程”就想到“内能不改变，做功与吸热(或放热)相平衡”.真题考情剖析热点题型突破1．(2019·全国卷Ⅰ)(1)某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体．初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界．现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同．此时，容器中空气的温度________(选填“高于”“低于”或“等于”)外界温度，容器中空气的密度________(选填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度．真题考情剖析(2)热等静压设备广泛用于材料加工中．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．【解题过程】解析(1)由题意可知，容器与活塞绝热性能良好，容器内气体与外界不发生热交换，故ΔQ＝0，但活塞移动的过程中，容器内气体压强减小，则容器内气体正在膨胀，体积增大，气体对外界做功，即W0，根据热力学第一定律可知ΔU＝ΔQ＋W0，故容器内气体内能减小，温度降低，低于外界温度．最终容器内气体压强和外界气体压强相同，根据理想气体状态方程pV＝nRT，又ρ＝mV，m为容器内气体质量，联立得ρ＝pmnRT，取容器外界质量也为m的一部分气体，由于容器内温度T低于外界温度，故容器内气体密度大于外界．(2)(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，由玻意耳定律得p0V0＝p1V1，被压入进炉腔的气体在室温和p1条件下的体积为V′＝V1－V0，设10瓶气体压入完成后炉腔中气体的压强为p2，体积为V2，由玻意耳定律得p2V2＝10p1V′，联立方程并代入数据得p2＝3.2×107Pa.(ii)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＝p2T0，联立方程并代入数据得p3＝1.6×108Pa.答案(1)低于大于(2)(i)3.2×107Pa(ii)1.6×108Pa[命题视角]等压变化、等容变化、热力学第一定律[解题思维](1)对于理想气体的温度是跟内能相关联的，可先判断气体的做功和热传递情况，由热力学第一定律求解．(2)对气体状态量的计算，要先判断变化情况，可寻找不变的量，然后运用合适的定律代入计算．2.(2018·全国卷Ⅰ)(1)(多选)如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①、②、③、④到达状态e.对此气体，下列说法正确的是________．A．过程①中气体的压强逐渐减小B．过程②中气体对外界做正功C．过程④中气体从外界吸收了热量D．状态c、d的内能相等E．状态d的压强比状态b的压强小(2)如图所示，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V8时，将K关闭，活塞平衡时其下方气体的体积减小了V6.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．【解题过程】解析(1)过程①中，气体由a到b，体积V不变、T升高，则压强增大，选项A错误．过程②中，气体由b到c，体积V变大，对外界做功，选项B正确．过程④中，气体由d到e，温度T降低，内能ΔU减小，体积V不变，气体不做功，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，得Q0，即气体放出热量，选项C错误．状态c、d温度相同，所以内能相同，选项D正确．由b到c的过程，作过状态b、c的等压线，如图所示，分析可得pbpc，由c到d的过程，温度不变，VcVd，所以pcpd，所以pbpcpd，选项E正确．(2)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p0V2＝p1V1，p0V2＝p2V2，由已知条件得V1＝V2＋V6－V8＝1324V，V2＝V2－V6＝V3，设活塞上方液体的质量为m，由力的平衡条件得p2S＝p1S＋mg，联立以上各式得m＝15p0S26g.答案(1)BDE(2)15p0S26g[命题视角]理想气体实验定律、热力学第一定律[解题思维]由温度不变可知对活塞上下方气体满足玻意耳定律可求出变化后的体积和压强，进而通过受力平衡求出结果．热点题型突破视角一决定内能的因素1．(2019·北京卷)下列说法正确的是()A．温度标志着物体内大量分子热运动的剧烈程度B．内能是物体中所有分子热运动所具有的动能的总和题型一分子动理论、内能及热力学定律(一)C．气体压强仅与气体分子的平均动能有关D．气体膨胀对外做功且温度降低，分子平均动能可能不变答案A解析温度是分子平均动能标志，所以温度标志着物体内大量分子热运动的剧烈程度，选项A正确；内能是物体中所有分子热运动所具有的动能和分子势能之和，选项B错误；由理想气体状态方程pV＝nRT可知，气体压强除与分子平均动能(温度)有关，还与体积有关，选项C错误；温度是分子平均动能的标志，所以温度降低，分子平均动能一定变小，选项D错误．视角二分子的无规则运动2．(2019·黑龙江东南联合体期末)关于布朗运动，下列说法正确的是()A．液体温度越高，液体中悬浮微粒的布朗运动越慢B．液体中悬浮微粒的布朗运动是液体分子永不停息的无规则运动C．气体中悬浮微粒的布朗运动是气体分子对它的撞击的不平衡所引起的D．气体中悬浮微粒的布朗运动是固体分子运动引起的答案C解析液体温度越高，分子热运动越激烈，液体中悬浮微粒的布朗运动越剧烈，选项A错误；布朗运动是液体中悬浮微粒的无规则运动，反映了液体分子永不停息的无规则运动，选项B错误；气体中悬浮微粒的布朗运动是气体分子对它的撞击的不平衡所引起的，颗粒越小，不平衡性越明显，选项C正确，D错误．视角三油膜法测分子大小3．(2019·全国卷Ⅲ)用油膜法估算分子大小的实验中，首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是________________．实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积，可以__________________．为得到油酸分子的直径，还需测量的物理量是______________．解析油膜法测量分子大小需要形成单分子油膜，故而需要减少油酸浓度；一滴油酸的体积非常微小不易准确测量，故而使用累积法，测出N滴油酸溶液的体积V，用V与N的比值计算一滴油酸的体积；由于形成单分子油膜，油膜的厚度h可以认为是分子直径，故而还需要测量出油膜的面积S，以计算厚度h＝VS.答案使油酸在浅盘的水面上容易形成单分子层油膜把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中，测出1mL油酸酒精溶液的滴数，计算出一滴油酸溶液的体积油膜稳定后的面积S热学中的估算问题(1)油膜法估算分子直径：d＝VS，V为纯油酸体积，S为单分子油膜面积．(2)分子总数：N＝nNA＝mMm·NA＝VVmNA，Mm为摩尔质量，Vm为摩尔体积．【注意】对气体而言，N≠VV个，V个为一个分子的体积．(3)两种模型：球模型：V＝43πR3.(适用于估算液体、固体分子直径)立方体模型：V＝a3.(适用于估算气体分子间距)【典例1】(2019·河北衡水调研)(多选)关于固体、液体和气体，下列说法正确的是()A．固体可以分为晶体和非晶体两类，非晶体和多晶体都没有确定的几何形状B．液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些多晶体相似，具有各向同性题型二固体、液体和气体C．在围绕地球运行的“天宫一号”中，自由飘浮的水滴呈球形，这是表面张力作用的结果D．空气的相对湿度越大，空气中水蒸气的压强越接近同一温度时水的饱和汽压E．大量气体分子做无规则运动，速率有大有小，但分子的速率按“中间少，两头多”的规律分布答案ACD解析非晶体与多晶体没有规则的几何形状，选项A正确；液晶既有晶体的特性(各向异性)又有液体的流动性，选项B错误；在完全失重时，由于表面张力作用，水滴呈球形，选项C正确；空气湿度越大，空气中的水蒸气越接近饱和状态，选项D正确；分子速率分布规律是“中间多，两头少”，选项E错误．【跟踪训练1】(多选)下列说法正确的是()A．小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果B．给车胎打气，越压越吃力，是由于分子间存在斥力C．干湿泡温度计的示数差越大，表示空气中水蒸气离饱和状态越远D．常见的金属都是非晶体E．液晶的光学性质与某些晶体相似，具有各向异性ACE解析空气中的小雨滴呈球形是水的表面张力，使雨滴表面有收缩趋势，选项A正确；给车胎打气，越压越吃力是由于打气过程中气体压强增大的结果，不是由于分子间存在斥力，选项B错误；干湿泡温度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度，是因为湿泡外纱布中的水蒸发吸热，干湿泡温度计的两个温度计的示数差越大，表示空气中水蒸气离饱和状态越远，选项C正确；常见的金属都是晶体，选项D错误；液晶像液体一样可以流动，又具有某些晶体结构特征的一类物质，所以液晶的光学性质与某些晶体相似，具有各向异性，选项E正确．【跟踪训练2】(2019·江西上饶二模)(多选)下列说法正确的是()A．晶体的导热性能一定是各向异性B．封闭气体的压强仅与分子的密集程度有关C．夏季天旱时，给庄稼松土是为了破坏土壤中的毛细管，防止水分蒸发D．虽然大量分子做无规则运动，速率有大有小，但分子的速率却按一定的规律分布E．由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，液面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势答案CDE解析单晶体的导热性能一定是各向异性，多晶体的导热性能是各向同性的，选项A错误；封闭气体的压强与分子的密集程度和气体分子的平均速率有关，选项B错误；夏季天旱时，给庄稼松土是为了破坏土壤中的毛细管，防止水分蒸发，选项C正确；虽然大量分子做无规则运动，速率有大有小，但分子的速率却按一定的规律分布，选项D正确；由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，液面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势，选项E正确．掌握固体、液体和气体“四点”必记(1)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分子势能增加．(2)液体表面层分子间距较大，表现为引力，其效果使表面积尽量收缩．(3)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．但物体的内能不一定越大．(4)气体对容器壁的压强从微观角度看是气体分子对器壁