2019年高考物理复习 考前大串讲（基础知识+查漏补缺）专题13 选修3-3 热学（含解析）

2019年高考物理复习 考前大串讲（基础知识+查漏补缺）专题13 选修3-3 热学（含解析） 【明考情】 悟规律：在近几年高考中重点考查分子动理论、阿伏加德罗常数的应用、气体实验定律及热力学第一定律等知识。 看热点：在2017年高考中，可能对本部分 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 的考查仍将以分子动理论、热力学定律及气体状态方程的应用为主。 【明考点】 考点一　分子动理论　内能及热力学定律 [清知识络] [清知识要点]　 1．估算问题 (1)油膜法估算分子直径：d＝ V为纯油体积，S为单分子油膜面积 (2)分子总数：N＝nNA＝ 注意：对气体而言，N≠ (3)两种模型： 球模型：V＝ 立方体模型：V＝a3(适用于估算气体分子间距) 2．反映分子运动规律的两个实例 (1)布朗运动： ①研究对象：悬浮在液体或气体中的固体小颗粒。 ②运动特点：无规则、永不停息。 ③相关因素：颗粒大小、温度。 (2)扩散现象 ①产生原因：分子永不停息的无规则运动。 ②相关因素：温度。 3．对热力学定律的理解 (1)改变物体内能的方式有两种，只叙述一种改变方式是无法确定内能变化的。 (2)热力学第一定律ΔU＝Q＋W中W和Q的符号可以这样确定：只要此项改变对内能增加有正贡献的即为正。 (3)对热力学第二定律的理解：热量可以由低温物体传递到高温物体，也可以从单一热源吸收热量全部转化为功，但不引起其他变化是不可能的。 [验备考能力] 1． (2013·全国卷Ⅰ) (多选)两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动，直至不再靠近。在此过程中，下列说法正确的是(　　) A．分子力先增大，后一直减小 B．分子力先做正功，后做负功 C．分子动能先增大，后减小 D．分子势能先增大，后减小 E．分子势能和动能之和不变 【 答案 八年级地理上册填图题岩土工程勘察试题省略号的作用及举例应急救援安全知识车间5s试题及答案 】BCE 2．（2017江苏省联盟大联考高三2月联考） 在以下说法中,正确的是 。 A. 布朗运动是悬浮在液体中的固体分子所做的无规则运动 B. 液晶既具有液体的流动性，又具有晶体的光学向异性 C. 由于液体表面分子小于平衡位置，故液体表面存在表面张力 D. 分子间距离增大时，分子间引力和斥力都减小，分子势能不一定减小 【答案】BD 【解析】布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒所做的无规则运动，所以A错误；有些化合物像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似，具有各向异性，人们把处于这种状态的物质叫液晶，所以B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，故液体表面存在表面张力，所以C错误；由分子势能与分子间距离的关系图，如图所示， 分子间距离增大时，分子势能可能增大，所以D正确。 3．(多选)下列说法中正确的是（ ） A．气体放出热量，其分子的平均动能可能增大 B．布朗运动不是液体分子的运动，但它可以说明分子在永不停息地做无规则运动 C．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大 D．第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第一定律 E．某气体的摩尔体积为V，每个分子的体积为V0，则阿伏加德罗常数可表示为NA＝ 【答案】ABC 【解析】气体放出热量，若外界对气体做功，温度升高，其分子的平均动能增大，故A正确；布朗运动不是液体分子的运动，但它可以说明液体分子在永不停息地做无规则运动，故B正确；当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大，故C正确；第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，故D错误；某固体或液体的摩尔体积为V，每个分子的体积为V0，则阿伏加德罗常数可表示为NA＝ 4．（2017吉林省普通高中高三毕业第三次调研） 下列说法中正确的是（ ） A. 悬浮在液体中的颗粒越大，布朗运动越剧烈 B. 液体与大气相接触时，表面层内分子所受其他分子的作用表现为相互吸引 C. 空气的相对湿度用空气中所含水蒸气的压强表示 D. 有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体 E. 随着分子间距增大，分子间引力和斥力均减小，分子势能不一定减小 【答案】BDE 5．（2017黑龙江省哈尔滨市第六中学高三下一模） 下列说法中正确的是_______。 A. 图1为氧气分子在不同温度下的速率分布图象，由图可知状态①的温度比状态②的温度高 B. 图2为一定质量的理想气体状态变化的P－V图线，由图可知气体由状态A变化到B的过程中，气体分子平均动能先增大后减小 C. 图3为分子间作用力的合力与分子间距离的关系，可知当分子间的距离r＞r0时，分子势能随分子间的距离增大而增大 D. 液体表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大；附着层内液体分子间的距离小于液体内部分子间的距离 E. 一定质量的理想气体在等压膨胀过程中，气体内能增加的同时向外界释放热量 【答案】ABC 【解析】如图1中，氧气分子在状态①的温度下速率大的分子所占百分比较多，故T1温度较高，故A正确；由P-V图像可知，气体由状态A变化到B的过程中，PV的乘积先增大后减小，故气体的温度先升高后降低，故气体分子平均动能先增大后减小 6．（2017河南省郑州、平顶山、濮阳市高三二模） 下列说法中正确的是 。 A. 布朗运动间接反映了分子运动的无规则性 B. 两个相邻的分子间的距离增大时，分子间的引力增大，斥力减小 C. 温度相同的氢气和氧气中，氢气分子和氧气分子的平均速率不同 D. 热量不能自发地从低温物体传到高温物体 E. 不违背能量守恒定律的第二类永动机是有可能制成的 【答案】ACD 7．（2017海南琼海市嘉积中学高三下第一次月考） 下列有关热现象的说法正确的是_______。 A. 分子力随分子间距离减小而增大 B. 气体吸收热量，其分子的平均动能可能减小 C. 布朗运动虽不是分子运动，但它 证明 住所证明下载场所使用证明下载诊断证明下载住所证明下载爱问住所证明下载爱问 了组成固体颗粒的分子在做无规则运动 D. 缓慢压缩一定量理想气体，若此过程气体温度不变，则外界对气体做正功但气体内能不变 E. 气体体积不变时，温度越高，单位时间内容器壁单位面积受到气体分子撞击的次数越多 【答案】BDE 【解析】分子间的引力和斥力都随分子间距离减小而增大，选项A错误； 根据热力学第一定律 可知，气体吸收热量，但是气体的温度可能减小，其分子的平均动能可能减小，选项B正确； 布朗运动虽不是分子运动，但它证明了液体的分子在做无规则运动，选项C错误； 缓慢压缩一定量理想气体，若此过程气体温度不变，则气体体积减小，外界对气体做正功；由于气体温度不变，故气体内能不变，选项D正确； 气体体积不变时，温度越高，气体分子热运动的平均速率变大，则单位时间内容器壁单位面积受到气体分子撞击的次数越多，选项E正确；故选BDE. 考点二　固体、液体和气体 [清知识络]　　 [清知识要点]　 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分子势能增加。 (3)晶体与非晶体可以相互转化。 (4)有些晶体属于同素异构体，如金刚石和石墨。 2．正确理解温度的微含义 (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)温度越高，物体分子动能总和增大，但物体的内能不一定越大。 明白以上两点，即可判断诊断卷第4题第(1)问的A选项。 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。 [验备考能力] 1．（2017福建省福州第一中学高三下模考4） 下列有关热现象的叙述正确的是________。 A. 由于液体表面张力的作用，叶片上的小露珠呈现球形 B. 液体与大气相接触时，表面层内分子所受其他分子的作用表现为相互吸引 C. 生产雨伞时，应选择容易被水浸润的伞布，以便更好地防水 D. 液晶具有液体的流动性，同时具有晶体的各向异性特征 E. 液晶的光学性质不随温度、外加电压等外界因素的变化而变化 【答案】ABD 【解析】由于挥发，液体表面的分子分布比液体内部分子的分布要稀疏，故存在液体的表面张力，草叶上的露珠呈球形是由于液体表面张力的作用，故A正确；液体与大气相接触时，液体表面的分子之间斥力和吸引力的合力表现为引力，表面层内分子所受其他分子的作用表现为相互吸引，故B正确；生产雨伞时，应选择不容易被水浸润的伞布，以便更好地防水．故C错误；液晶即具有流动性，又具有的光学性质的各向异性，故D正确；液晶具有的光学性质的各向异性，随温度、外加电压等外界因素的变化而变化，故E错误； 2．（2017福建省宁德市高三下第一次质检） 下列说法正确的是 A. 水的饱和汽压随温度的升高而增加 B. 浸润和不浸润现象是液体分子间相互作用的表现 C. 一定质量的0℃的水的内能大于等质量的O℃的冰的内能 D. 气体的压强是由于气体分子间的相互排斥而产生的 E. 一些昆虫可以停在水面上，是由于水表面存在表面张力的缘故 【答案】ACE 3．（2017江西省新余市第一中学高三下第七次模拟） （1）下列说法正确的是（____） A.布朗运动就是液体分子的运动 B.碎玻璃不能拼合在一起，说明分子间斥力作用 C.小昆虫水黾可以在水面上自由行走，是由于液体表面张力作用 D.给物体加热，物体的内能不一定增加 E.机械能可以全部转化为内能，也可以将内能全部转化为机械能. （2）如图所示，下端封闭且粗细均匀的“7”型细玻璃管，竖直部分长l=50cm，水平部分足够长，左边与大气相通，当温度t1=27℃时，竖直管内有一段长为h=10cm的水银柱，封闭着一段长为l1=30cm的空气柱，外界大气压始终保持P0=76cmHg，设0℃为273K，试求： ①被封闭气柱长度为l2=40cm时的温度t2； ②温宿升高至t3=177℃时，被封闭空气柱的长度l3； 【答案】（1）CDE；（2）①80.5oC；②50.9cm 【解析】（1）A、布朗运动是悬浮在液体中微粒的无规则运动，显微镜中看到的是颗粒的无规则运动，不是液体分子的无规则运动，故A错误； B、由于分子之间的相互作用力的范围非常小，可知碎玻璃不能拼合在一起，是由于玻璃分子之间的距离远大于分子之间作用力的范围，故B错误； C、小昆虫水黾可以站在水面上是由于液体表面张力的缘故，故C正确； D、给物体加热，物体吸收热量的同时可能对外做功，根据热力学第一定律，内能不一定增加，故D正确； E、机械能可以全部转化为内能，通过能量转化的方向性，内能不能全部转化为机械能，但是在借助外界手段，就可以将内能全部转化为机械能，故E正确。 考点三　气体实验定律和理想气体状态方程 [清知识络]　　 [清知识要点]　 1．压强的计算 (1)被活塞、气缸封闭的气体，通常分析活塞或气缸的受力，应用平衡条件或牛顿第二定律求解。 (2)被液柱封闭的气体压强，若分析液柱受力，应用平衡条件或牛顿第二定律求解，得出的压强单位为Pa。 2．合理选取气体变化所遵循的规律列方程 (1)若气体质量一定，p、V、T均发生变化，则选用理想气体状态方程列式求解。 (2)若气体质量一定，p、V、T中有一个量不发生变化，则选用对应的实验定律列方程求解。 3．多个研究对象的问题 由活塞、液柱相联系的“两团气”问题，要注意寻找两团气之间的压强、体积或位移关系，列出辅助方程，最后联立求解。 [验备考能力] 1. （2017广西南宁第二中学高三2月月考） 一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的p-V图象如图所示。已知该气体在状态A时的温度为27℃。求： （i）该气体在状态B，C时的温度分别是多少_________ ？ （ii）该气体从状态A到状态C的过程中是吸热还是放热________ ？传递的热量是多少__________？ 【答案】ACE－73 ℃ 27 ℃200 J （2）（i）气体从状态A到状态B是等容过程，根据盖-吕萨克定律，有： 解得： . 即：tB=-73℃ 气体从状态B到状态C，是等压过程，根据查理定律，有： 解得： 即：tC=27℃ （ii）气体从状态A到状态C体积增大，对外做功，即W＜0； TA=TC，所以，A到状态C的过程中内能变化量为0． 由热力学第一定律得：Q＞0，所以A→C的过程中是吸热． 从A到B过程，体积不变，气体不外做功，外界也不对气体做功，只有B到C过程气体对外做功，故吸收的热量为：Q=W=P△V=2×105×（3×10-3-2×10-3）J=200J 2. （2017安徽省合肥一中、芜湖一中等六校高三2月测试） （1）对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是______（填正确答案标号，选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分，每选错1个扣3分，最低得分为0） A．体积不变，压强减小的过程，气体一定放出热量，内能减小 B．若气体内能增加，则外界一定对气体做功 C．若气体的温度升高，则每个气体分子的速度一定增大 D．若气体压强不变，气体分子平均距离增大时，则气体分子的平均动能一定增大 E．气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的 （2）如图所示，粗细均匀的U形管，左端封闭，右端开口，左端用水银封闭着长L=15cm的理想气体，当温度为27℃时，两管水银面的高度差，设外界大气压为75cmHg，则 ①若对封闭气体缓慢加热，为了使左右两管中的水银面相平，温度需升高到多少？ ②若保持27℃不变，为了使左右两管中的水银面相平，需从右管的开口端再缓慢注入的水银柱长度应为多少？ 【答案】ADE （2）①以闭气体为研究对象： 初态：p1=p0-ρg△h=72cmHg V1＝LS＝15Scm3，T1=300K 末态：p 2＝p 0＝75cmHg T 2＝？ 根据理想气体状态方程： 代入解得， ℃ ② 根据玻意耳定律有： ， 代入数据可得 根据几何关系，有： 3.一粗细均匀的J形玻璃管竖直放置，短臂端封闭，长臂端(足够长)开口向上，短臂内封有一定质量的理想气体，初始状态时管内各段长度如图甲所示，密闭气体的温度为27 ℃，大气压强为75 cmHg。求： (1)若沿长臂的管壁缓慢加入5 cm长的水银柱并与下方的水银合为一体，为使密闭气体保持原来的长度，应使气体的温度变为多少？ (2)在第(1)问的情况下，再使玻璃管沿绕过O点的水平轴在竖直平面内逆时针转过180°，稳定后密闭气体的长度为多少？ (3)在图乙所给的p ­T坐标系中画出以上两个过程中密闭气体的状态变化过程。 【答案】　(1)320 K　(2)30 cm　(3)见解析 (3)p3＝48 cmHg，变化过程如图所示。 【访高考真题】 1.(2015·新课标I)下列说法正确的 （） 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，有些晶体在不同的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，某些晶体可以转化为非晶体，某些非晶体也可以转化为晶体 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 【答案】BCD 2.【2015·重庆】某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大.若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么 A.外界对胎内气体做功，气体内能减小 B.外界对胎内气体做功，气体内能增大 C.胎内气体对外界做功，内能减小 D.胎内气体对外界做功，内能增大 【答案】D 【解析】对车胎内的理想气体分析知，体积增大为气体为外做功，内能只有动能，而动能的标志为温度，故中午温度升高，内能增大，故选D。 3.【2015·广东】图为某实验器材的结构示意图，金属内筒和隔热外筒间封闭了一定体积的空气，内筒中有水，在水加热升温的过程中，被封闭的空气 A.内能增大 B.压强增大 C.分子间引力和斥力都减小 D.所有分子运动速率都增大 【答案】AB 【解析】本题考查了热学基础知识，题目中器材包含了金属内筒和隔热外筒，水加热升温，封闭空气温度升高，而外筒隔热，不会有能量损失，则当加热水时，热量通过金属筒传给气体，气体内能增加，温度升高，选项A正确；气体体积不变，温度升高，由理想气体状态方程右知压强增加，选项B正确；分子间的引力和斥力与分子间的距离有关，气体体积不变，分子间距不变，分子间的引力和斥力不变，选项C错误；温度只是与气体分子平均动能有关，温度增加并不是所有分子速率增加，选项D错误 。 4.(2016·江苏高考)（1）在高原地区烧水需要使用高压锅，水烧开后，锅内水面上方充满饱和汽，停止加热，高压锅在密封状态下缓慢冷却，在冷却过程中，锅内水蒸汽的变化情况为 （A）压强变小（B）压强不变（C）一直是饱和汽（D）变为未饱和汽 （2）如题12A−1图所示，在斯特林循环的p−V图象中，一定质量理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A，整个过程由两个等温和两个等容过程组成．B→C的过程中，单位体积中的气体分子数目 _______（选填“增大”、“减小”或“不变”），状态A和状态D的气体分子热运动速率的统计分布图象如题12A−2图所示，则状态A对应的是 __________（选填“①”或“②”）. （3）如题12A-1图所示，在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．求气体完成一次循环对外界所做的功. 【答案】（1）AC （2）不变 ① （3）8J 【解析】 （3）完成一次循环气体内能不变 ΔU=0，吸收的热量Q=(20+12–4–20)J=8 J 由热力学第一定律ΔU=Q+W得，W=–8 J 气体对外做功为8 J. 5.(2015·全国卷Ⅰ)如图所示，一固定的竖直气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＝2.50 kg，横截面积为S1＝80.0 cm2；小活塞的质量为m2＝1.50 kg，横截面积为S2＝40.0 cm2；两活塞用刚性轻杆连接，间距保持为l＝40.0 cm；气缸外大气的压强为p＝1.00×105 Pa，温度为T＝303 K。初始时大活塞与大圆筒底部相距 (1)在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间，气缸内封闭气体的温度； (2)缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时，缸内封闭气体的压强。 【答案】(1)330 K　(2)1.01×105 Pa 故缸内气体的压强不变。由盖—吕萨克定律有 联立①②④式并代入题给数据得 T2＝330 K⑤ (2)在大活塞与大圆筒底部刚接触时，被封闭气体的压强为p1。在此后与气缸外大气达到热平衡的过程中，被封闭气体的体积不变。设达到热平衡时被封闭气体的压强为p′，由查理定律，有 联立③⑤⑥式并代入题给数据得 p′＝1.01×105 Pa。⑦