2017年度高考物理（專(zhuān)題九 第1課時(shí) 熱 學(xué)）二輪專(zhuān)題練習(xí)

【步步高】2014高考物理大二輪專(zhuān)題復(fù)習(xí)與增分策略專(zhuān)題九第1課時(shí)熱學(xué)專(zhuān)題定位本專(zhuān)題用三課時(shí)分別解決選修3－3、3－4、3－5中高頻考查問(wèn)題，高考對(duì)本部分內(nèi)容考查的重點(diǎn)和熱點(diǎn)有：選修3－3：①分子大小的估算；②對(duì)分子動(dòng)理論內(nèi)容的理解；③物態(tài)變化中的能量問(wèn)題；④氣體實(shí)驗(yàn)定律的理解和簡(jiǎn)單計(jì)算；⑤固、液、氣三態(tài)的微觀(guān)解釋和理解；⑥熱力學(xué)定律的理解和簡(jiǎn)單計(jì)算；⑦用油膜法估測(cè)分子大小等內(nèi)容．選修3－4：①波的圖象；②波長(zhǎng)、波速和頻率及其相互關(guān)系；③光的折射及全反射；④光的干涉、衍射及雙縫干涉實(shí)驗(yàn)；⑤簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及振動(dòng)圖象；⑥電磁波的有關(guān)性質(zhì)．選修3－5：①動(dòng)量守恒定律及其應(yīng)用；②原子的能級(jí)躍遷；③原子核的衰變規(guī)律；④核反應(yīng)方程的書(shū)寫(xiě)；⑤質(zhì)量虧損和核能的計(jì)算；⑥原子物理部分的物理學(xué)史和α、β、γ三種射線(xiàn)的特點(diǎn)及應(yīng)用等．應(yīng)考策略選修3－3內(nèi)容瑣碎、考查點(diǎn)多，復(fù)習(xí)中應(yīng)以四塊知識(shí)(分子動(dòng)理論、從微觀(guān)角度分析固體、液體、氣體的性質(zhì)、氣體實(shí)驗(yàn)定律、熱力學(xué)定律)為主干，梳理出知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)行理解性記憶．選修3－4內(nèi)容復(fù)習(xí)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)基本概念和規(guī)律的理解，抓住波的傳播和圖象、光的折射定律這兩條主線(xiàn)，強(qiáng)化訓(xùn)練、提高對(duì)典型問(wèn)題的分析能力．選修3－5涉及的知識(shí)點(diǎn)多，而且多是科技前沿的知識(shí)，題目新穎，但難度不大，因此應(yīng)加強(qiáng)對(duì)基本概念和規(guī)律的理解，抓住動(dòng)量守恒定律和核反應(yīng)兩條主線(xiàn)，強(qiáng)化典型題目的訓(xùn)練，提高分析綜合題目的能力．1．分子動(dòng)理論(1)分子大?、侔⒎拥铝_常數(shù)NA＝6.02×1023mol－1.②分子體積：V0＝eq\f(Vmol,NA)(占有空間的體積)．③分子質(zhì)量：m0＝eq\f(Mmol,NA).④油膜法估測(cè)分子的直徑：d＝eq\f(V,S).(2)分子熱運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)：擴(kuò)散現(xiàn)象和布朗運(yùn)動(dòng)．①擴(kuò)散現(xiàn)象特點(diǎn)：溫度越高，擴(kuò)散越快．②布朗運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：液體內(nèi)固體小顆粒永不停息、無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，顆粒越小、溫度越高，運(yùn)動(dòng)越劇烈．(3)分子間的相互作用力和分子勢(shì)能①分子力：分子間引力與斥力的合力．分子間距離增大，引力和斥力均減小；分子間距離減小，引力和斥力均增大，但斥力總比引力變化得快．②分子勢(shì)能：分子力做正功，分子勢(shì)能減?。环肿恿ψ鲐?fù)功，分子勢(shì)能增大；當(dāng)分子間距為r0時(shí)，分子勢(shì)能最小．2．固體和液體(1)晶體和非晶體的分子結(jié)構(gòu)不同，表現(xiàn)出的物理性質(zhì)不同．晶體具有確定的熔點(diǎn)．單晶體表現(xiàn)出各向異性，多晶體和非晶體表現(xiàn)出各向同性．晶體和非晶體在適當(dāng)?shù)臈l件下可以相互轉(zhuǎn)化．(2)液晶是一種特殊的物質(zhì)狀態(tài)，所處的狀態(tài)介于固態(tài)和液態(tài)之間．液晶具有流動(dòng)性，在光學(xué)、電學(xué)物理性質(zhì)上表現(xiàn)出各向異性．(3)液體的表面張力使液體表面具有收縮到最小的趨勢(shì)，表面張力的方向跟液面相切．3．氣體實(shí)驗(yàn)定律(1)等溫變化：pV＝C或p1V1＝p2V2；(2)等容變化：eq\f(p,T)＝C或eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)；(3)等壓變化：eq\f(V,T)＝C或eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)；(4)理想氣體狀態(tài)方程：eq\f(pV,T)＝C或eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2).4．熱力學(xué)定律(1)物體內(nèi)能變化的判定：溫度變化引起分子平均動(dòng)能的變化；體積變化，分子間的分子力做功，引起分子勢(shì)能的變化．(2)熱力學(xué)第一定律①公式：ΔU＝W＋Q；②符號(hào)規(guī)定：外界對(duì)系統(tǒng)做功，W>0，系統(tǒng)對(duì)外界做功，W<0；系統(tǒng)從外界吸收熱量，Q>0，系統(tǒng)向外界放出熱量，Q<0.系統(tǒng)內(nèi)能增加，ΔU>0，系統(tǒng)內(nèi)能減少，ΔU<0.(3)熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律的表述：①熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體(按熱傳遞的方向性表述)．②不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響(按機(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性表述)．③第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能制成的．兩種微觀(guān)模型(1)球體模型(適用于固體、液體)：一個(gè)分子的體積V0＝eq\f(4,3)π(eq\f(d,2))3＝eq\f(1,6)πd3，d為分子的直徑．(2)立方體模型(適用于氣體)：一個(gè)分子占據(jù)的平均空間V0＝d3，d為分子間的距離.題型1分子動(dòng)理論與氣體實(shí)驗(yàn)定律的組合例1(2013·新課標(biāo)Ⅰ·33)(1)(6分)兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的分子僅在分子力作用下由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，直至不再靠近．在此過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是________．A．分子力先增大，后一直減小B．分子力先做正功，后做負(fù)功C．分子動(dòng)能先增大，后減小D．分子勢(shì)能先增大，后減小E．分子勢(shì)能和動(dòng)能之和不變(2)(9分)如圖1，兩個(gè)側(cè)壁絕熱、頂部和底部都導(dǎo)熱的相同氣缸直立放置，氣缸底部和頂部均有細(xì)管連通，頂部的細(xì)管帶有閥門(mén)K.兩氣缸的容積均為V0，氣缸中各有一個(gè)絕熱活塞(質(zhì)量不同，厚度可忽略)．開(kāi)始時(shí)K關(guān)閉，兩活塞下方和右活塞上方充有氣體(可視為理想氣體)，壓強(qiáng)分別為p0和p0/3；左活塞在氣缸正中間，其上方為真空；右活塞上方氣體體積為V0/4.現(xiàn)使氣缸底與一恒溫?zé)嵩唇佑|，平衡后左活塞升至氣缸頂部，且與頂部剛好沒(méi)有接觸；然后打開(kāi)K，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，重新達(dá)到平衡．已知外界溫度為T(mén)0，不計(jì)活塞與氣缸壁間的摩擦．求：圖1(i)恒溫?zé)嵩吹臏囟萒；(ii)重新達(dá)到平衡后，左氣缸中活塞上方氣體的體積Vx.解析(1)由分子動(dòng)理論的知識(shí)，當(dāng)兩個(gè)分子相互靠近，直至不能靠近的過(guò)程中，分子力先是表現(xiàn)為引力且先增大后減小，之后表現(xiàn)為分子斥力，一直增大，所以A選項(xiàng)錯(cuò)誤；先是分子引力做正功，然后分子斥力做負(fù)功，故分子勢(shì)能先減小再增大，分子動(dòng)能先增大后減小，所以B、C正確，D錯(cuò)誤．因?yàn)橹挥蟹肿恿ψ龉Γ苑肿觿?shì)能和分子動(dòng)能的總和保持不變，E選項(xiàng)正確．(2)(i)設(shè)左右活塞的質(zhì)量分別為M1、M2，左右活塞的橫截面積均為S由活塞平衡可知：p0S＝M1gp0S＝M2g＋eq\f(p0S,3)得M2g＝eq\f(2,3)p0S②(2分)打開(kāi)閥門(mén)后，由于左邊活塞上升到頂部，但對(duì)頂部無(wú)壓力，所以下面的氣體發(fā)生等壓變化，而右側(cè)上方氣體的溫度和壓強(qiáng)均不變，所以體積仍保持eq\f(1,4)V0不變，所以當(dāng)下面放入溫度為T(mén)的恒溫?zé)嵩春?，活塞下方體積增大為(V0＋eq\f(3,4)V0)，則由等壓變化：eq\f(\f(1,2)V0＋\f(3,4)V0,T0)＝eq\f(V0＋\f(3,4)V0,T)解得T＝eq\f(7,5)T0(2分)(ii)當(dāng)把閥門(mén)K打開(kāi)重新達(dá)到平衡后，由于右側(cè)上部分氣體要充入左側(cè)的上部，且由①②兩式知M1g＞M2g，打開(kāi)活塞后，左側(cè)活塞降至某位置，右側(cè)活塞升到頂端，氣缸上部保持溫度T0等溫變化，氣缸下部保持溫度T設(shè)左側(cè)上方氣體壓強(qiáng)為p，由pVx＝eq\f(p0,3)·eq\f(V0,4)，設(shè)下方氣體壓強(qiáng)為p2：p＋eq\f(M1g,S)＝p2，解得p2＝p＋p0所以有p2(2V0－Vx)＝p0·eq\f(7V0,4)(2分)聯(lián)立上述兩個(gè)方程有6Veq\o\al(2,x)－V0Vx－Veq\o\al(2,0)＝0，解得Vx＝eq\f(1,2)V0，另一解Vx＝－eq\f(1,3)V0，不合題意，舍去．(2分)答案(1)BCE(2)(i)eq\f(7,5)T0(ii)eq\f(1,2)V0以題說(shuō)法解答分子動(dòng)理論相關(guān)問(wèn)題時(shí)應(yīng)注意：(1)熟練掌握阿伏加德羅常數(shù)的有關(guān)計(jì)算；(2)了解擴(kuò)散現(xiàn)象及布朗運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)；(3)掌握分子力特點(diǎn)及分子力做功與分子勢(shì)能變化的關(guān)系；(4)知道物體內(nèi)能變化的微觀(guān)因素和宏觀(guān)因素．(1)下列說(shuō)法正確的是()A．已知某物質(zhì)的摩爾質(zhì)量為M，密度為ρ，阿伏加德羅常數(shù)為NA，則該物質(zhì)的分子體積為V0＝eq\f(M,ρNA)B．布朗運(yùn)動(dòng)是在顯微鏡下看到的液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)C．分子質(zhì)量不同的兩種氣體溫度相同，它們分子的平均動(dòng)能一定相同D．兩個(gè)分子間距增大的過(guò)程中，分子間的作用力一定增大(2)如圖2所示，兩端開(kāi)口的U形玻璃管兩邊粗細(xì)不同，粗管橫截面積是細(xì)管的2倍．管中裝入水銀，兩管中水銀面與管口距離均為12cm，大氣壓強(qiáng)為p0＝75cmHg.現(xiàn)將粗管管口封閉，然后將細(xì)管管口用一活塞封閉并將活塞緩慢推入管中，直至兩管中水銀面高度差達(dá)6cm為止，求活塞下移的距離．(環(huán)境溫度不變)圖2答案(1)C(2)6.625cm解析(1)若此物質(zhì)為固體或液體，則摩爾體積為eq\f(M,ρ)，分子體積為eq\f(M,ρNA)，但若是氣體，分子間距較大，不能再用此方式來(lái)求分子體積，A錯(cuò)誤；布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮于液體中的固體小顆粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，它是液體分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的反映，B錯(cuò)誤；溫度是氣體分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度相同，分子質(zhì)量不同的兩種氣體分子平均動(dòng)能一定相同，C正確；分子間距從r0逐漸增大的過(guò)程中，分子力先增大后減小，D錯(cuò)誤．(2)設(shè)粗管中氣體為氣體1，細(xì)管中氣體為氣體2.對(duì)粗管中氣體1有p0L1S1＝p1L1′設(shè)左側(cè)液面下降h2，右側(cè)液面上升h1，有S1h1＝S2h2h1＋h2＝6cm得h1＝2cm，h2＝4cmL1′＝L1－h(huán)1解得p1＝90cmHg對(duì)細(xì)管中氣體2，有p0L1S2＝p2L2′p2＝p1＋6cmHg解得L2′＝9.375cm因?yàn)棣＝L1＋h2－L2′解得Δh＝6.625cm題型2熱力學(xué)基本規(guī)律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的組合例2(2013·新課標(biāo)Ⅱ·33)(1)(5分)關(guān)于一定量的氣體，下列說(shuō)法正確的是________．A．氣體的體積指的是該氣體的分子所能到達(dá)的空間的體積，而不是該氣體所有分子體積之和B．只要能減弱氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度，氣體的溫度就可以降低C．在完全失重的情況下，氣體對(duì)容器壁的壓強(qiáng)為零D．氣體從外界吸收熱量，其內(nèi)能一定增加E．氣體在等壓膨脹過(guò)程中溫度一定升高(2)(10分)如圖3，一上端開(kāi)口、下端封閉的細(xì)長(zhǎng)玻璃管豎直放置．玻璃管的下部封有長(zhǎng)l1＝25.0cm的空氣柱，中間有一段長(zhǎng)為l2＝25.0cm的水銀柱，上部空氣柱的長(zhǎng)度l3＝40.0cm.已知大氣壓強(qiáng)為p0＝75.0cmHg.現(xiàn)將一活塞(圖中未畫(huà)出)從玻璃管開(kāi)口處緩慢往下推，使管下部空氣柱長(zhǎng)度變?yōu)閘1′＝20.0cm.假設(shè)活塞下推過(guò)程中沒(méi)有漏氣，求活塞下推的距離．圖3解析(2)以cmHg為壓強(qiáng)單位，在活塞下推前，玻璃管下部空氣柱的壓強(qiáng)為p1＝p0＋p2①(2分)設(shè)活塞下推后，下部空氣柱的壓強(qiáng)為p1′，由玻意耳定律得p1l1＝p1′l1如圖，設(shè)活塞下推距離為Δl，則此時(shí)玻璃管上部空氣柱的長(zhǎng)度為l3′＝l3＋l1－l1′－Δl③(2分)設(shè)此時(shí)玻璃管上部空氣柱的壓強(qiáng)為p3′，則p3′＝p1′－p2④(1分)由玻意耳定律得p0l3＝p3′l3由①至⑤式及題給數(shù)據(jù)解得Δl＝15.0cm(1分)答案(1)ABE(2)15.0cm以題說(shuō)法應(yīng)用氣體實(shí)驗(yàn)定律的三個(gè)重點(diǎn)環(huán)節(jié)：(1)正確選擇研究對(duì)象：對(duì)于變質(zhì)量問(wèn)題要保證研究質(zhì)量不變的部分；對(duì)于多部分氣體問(wèn)題，要各部分獨(dú)立研究，各部分之間一般通過(guò)壓強(qiáng)找聯(lián)系．(2)列出各狀態(tài)的參量：氣體在初、末狀態(tài)，往往會(huì)有兩個(gè)(或三個(gè))參量發(fā)生變化，把這些狀態(tài)參量羅列出來(lái)會(huì)比較準(zhǔn)確、快速的找到規(guī)律．(3)認(rèn)清變化過(guò)程：準(zhǔn)確分析變化過(guò)程以便正確選用氣體實(shí)驗(yàn)定律．(1)關(guān)于分子動(dòng)理論和內(nèi)能，下列說(shuō)法中正確的是()A．溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，物體溫度高，則物體的分子平均動(dòng)能大B．布朗運(yùn)動(dòng)是指在顯微鏡下觀(guān)察到的組成懸浮顆粒的固體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)C．分子勢(shì)能與分子間距離有關(guān)，是物體內(nèi)能的一部分D．為了增加物體的內(nèi)能，必須對(duì)物體做功或向它傳遞熱量E．物體的動(dòng)能和重力勢(shì)能也是其內(nèi)能的一部分(2)如圖4甲所示，一導(dǎo)熱性能良好、內(nèi)壁光滑的汽缸水平放置，橫截面積為S＝2×10－3m2、質(zhì)量為m＝4kg、厚度不計(jì)的活塞與汽缸底部之間封閉了一部分氣體，此時(shí)活塞與汽缸底部之間的距離為24cm，在活塞的右側(cè)12cm處有一對(duì)與汽缸固定連接的卡環(huán)，氣體的溫度為300K，大氣壓強(qiáng)p0＝1.0×105Pa.現(xiàn)將汽缸豎直放置，如圖乙所示，取g＝10m/s圖4①活塞與汽缸底部之間的距離；②加熱到675K時(shí)封閉氣體的壓強(qiáng)．答案(1)ACD(2)①20cm②1.5×105Pa解析(1)根據(jù)分子平均動(dòng)能的物理意義可知，選項(xiàng)A正確；布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮顆粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，而不是組成懸浮顆粒的固體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)分子勢(shì)能的物理意義和決定分子勢(shì)能的因素可知，選項(xiàng)C正確；外界對(duì)物體做功或向它傳遞熱量，可以增加物體的內(nèi)能，選項(xiàng)D正確；宏觀(guān)的動(dòng)能和重力勢(shì)能與內(nèi)能無(wú)關(guān)，選項(xiàng)E錯(cuò)誤．(2)①p1＝p0＝1.0×105PaT1＝300K，V1＝24cm×Sp2＝p0＋eq\f(mg,S)＝1.2×105PaT1＝T2，V2＝HS由p1V1＝p2V2解得H＝20cm②假設(shè)活塞能到達(dá)卡環(huán)處，則T3＝675K，V3＝36cm×S由eq\f(p2V2,T2)＝eq\f(p3V3,T3)得p3＝1.5×105Pa>p2＝1.2×105Pa所以活塞到達(dá)卡環(huán)處，氣體壓強(qiáng)為1.5×105Pa.題型3熱力學(xué)基本規(guī)律與氣體實(shí)驗(yàn)定律及熱力學(xué)第一定律的組合例3(2013·山東·36)(8分)(1)(3分)下列關(guān)于熱現(xiàn)象的描述正確的是()a．根據(jù)熱力學(xué)定律，熱機(jī)的效率可以達(dá)到100%b．做功和熱傳遞都是通過(guò)能量轉(zhuǎn)化的方式改變系統(tǒng)內(nèi)能的c．溫度是描述熱運(yùn)動(dòng)的物理量，一個(gè)系統(tǒng)與另一個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時(shí)兩系統(tǒng)溫度相同d．物體由大量分子組成，其單個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)是無(wú)規(guī)則的，大量分子的運(yùn)動(dòng)也是無(wú)規(guī)則的(2)(5分)我國(guó)“蛟龍”號(hào)深海探測(cè)船載人下潛超過(guò)七千米，再創(chuàng)載人深潛新紀(jì)錄．在某次深潛實(shí)驗(yàn)中，“蛟龍”號(hào)探測(cè)到990m深處的海水溫度為280K．某同學(xué)利用該數(shù)據(jù)來(lái)研究氣體狀態(tài)隨海水深度的變化．如圖5所示，導(dǎo)熱良好的氣缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的氣體，不計(jì)活塞的質(zhì)量和摩擦，氣缸所處海平面的溫度T0＝300K，壓強(qiáng)p0＝1atm，封閉氣體的體積V0＝3m3.如果將該氣缸下潛至990m圖5①求990m深處封閉氣體的體積(1atm相當(dāng)于10m深的海水產(chǎn)生的壓強(qiáng))．②下潛過(guò)程中封閉氣體________(填“吸熱”或“放熱”)，傳遞的熱量________(填“大于”或“小于”)外界對(duì)氣體所做的功．解析(2)①當(dāng)氣缸下潛至990m深處時(shí)，設(shè)封閉氣體的壓強(qiáng)為p，溫度為T(mén)，體積為V，由題意可知p＝100atm①(1分)根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程得eq\f(p0V0,T0)＝eq\f(pV,T)②(3分)代入數(shù)據(jù)得V＝2.8×10－2m答案(1)c(2)①2.8×10－2m以題說(shuō)法對(duì)熱力學(xué)第一定律的考查方式，一種是以選擇題的形式單獨(dú)考查，另一種是以計(jì)算題的形式與氣體性質(zhì)結(jié)合進(jìn)行考查．解答熱力學(xué)第一定律的問(wèn)題要抓好以下兩點(diǎn)：(1)注意符號(hào)正負(fù)的規(guī)定．若研究對(duì)象為氣體，對(duì)氣體做功的正負(fù)由氣體體積的變化決定．氣體體積增大，氣體對(duì)外界做功，W<0；氣體的體積減小，外界對(duì)氣體做功，W>0.(2)注意改變內(nèi)能的兩種方式：做功和熱傳遞．不能認(rèn)為物體吸熱(或?qū)ξ矬w做功)，物體的內(nèi)能就一定增加．(1)下列說(shuō)法正確的是________．A．布朗運(yùn)動(dòng)是液體分子的運(yùn)動(dòng)，它說(shuō)明分子永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)B．當(dāng)分子間距離增大時(shí)，分子間作用力減小，分子勢(shì)能增大C．液晶既具有液體的流動(dòng)性，又具有單晶體的光學(xué)各向異性的特點(diǎn)D．熱力學(xué)第二定律可以表述為：與熱現(xiàn)象有關(guān)的自然過(guò)程都具有方向性E．已知某固體物質(zhì)的摩爾質(zhì)量為M，密度為ρ，阿伏加德羅常數(shù)為NA，則該物質(zhì)一個(gè)分子的體積為V0＝eq\f(M,ρNA)(2)如圖6所示，一內(nèi)壁光滑且缸壁導(dǎo)熱的直立汽缸，用質(zhì)量為m、橫截面積為S的活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，此時(shí)氣柱長(zhǎng)為L(zhǎng).現(xiàn)將汽缸轉(zhuǎn)過(guò)180°，經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間后活塞靜止．若環(huán)境溫度保持不變，大氣壓強(qiáng)為p0，重力加速度為g.求：圖6①汽缸轉(zhuǎn)過(guò)180°，活塞靜止后氣柱的長(zhǎng)度；②整個(gè)過(guò)程中氣體吸收的熱量．答案(1)CDE(2)①eq\f(p0S＋mg,p0S－mg)L②2mgL解析(1)布朗運(yùn)動(dòng)是固體小顆粒的運(yùn)動(dòng)，是液體分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的反映，A錯(cuò)誤；分子間距離小于r0時(shí)，分子力表現(xiàn)為斥力，距離減小，分子力做負(fù)功，分子勢(shì)能增大；分子間距離大于r0時(shí)，分子力表現(xiàn)為引力，距離減小，分子力做正功，分子勢(shì)能減小，因此分子間距離為r0時(shí)，分子勢(shì)能最小，B錯(cuò)誤；液晶既具有液體的流動(dòng)性又具有單晶體各向異性的特點(diǎn)，C正確；熱力學(xué)第二定律主要表述了熱現(xiàn)象的方向性，D正確；某固體物質(zhì)的摩爾質(zhì)量除以密度為摩爾體積，摩爾體積除以阿伏加德羅常數(shù)為一個(gè)分子的體積，E正確．(2)①p1＝p0＋eq\f(mg,S)p2＝p0－eq\f(mg,S)由玻意耳定律得p1LS＝p2L′解得L′＝eq\f(p0S＋mg,p0S－mg)L②等溫過(guò)程，內(nèi)能改變量為零Q＝WW＝(p0S－mg)(L′－L)解得Q＝2mgL15．含氣體實(shí)驗(yàn)定律與熱力學(xué)第一定律的綜合問(wèn)題分析技巧審題示例(15分)(1)(6分)下列說(shuō)法正確的是________．A．當(dāng)分子間作用力表現(xiàn)為斥力時(shí)，分子勢(shì)能隨分子間距離的增大而增大B．溫度高的物體分子平均動(dòng)能一定大，內(nèi)能也一定大C．氣體壓強(qiáng)的大小跟氣體分子的平均動(dòng)能、分子的密集程度有關(guān)D．昆蟲(chóng)可以停在水面上，主要是液體表面張力的作用E．熱力學(xué)第二定律指出：在任何自然的過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減小(2)(9分)如圖7所示，兩個(gè)截面積都為S的圓柱形容器，右邊容器高為H，上端封閉，左邊容器上端是一個(gè)可以在容器內(nèi)無(wú)摩擦滑動(dòng)的質(zhì)量為M的活塞．兩容器由裝有閥門(mén)的極細(xì)管道相連，容器、活塞和細(xì)管都是絕熱的．開(kāi)始時(shí)閥門(mén)關(guān)閉，左邊容器中裝有理想氣體，平衡時(shí)活塞到容器底的距離為H，右邊容器內(nèi)為真空．現(xiàn)將閥門(mén)緩慢打開(kāi)，活塞便緩慢下降，直至系統(tǒng)達(dá)到新的平衡，此時(shí)理想氣體的溫度增加為原來(lái)的1.4倍，已知外界大氣壓強(qiáng)為p0，重力加速度為g，求此過(guò)程中活塞下降的距離和氣體內(nèi)能的增加量．圖7審題模板答題模板(1)當(dāng)分子間作用力表現(xiàn)為斥力時(shí)，分子勢(shì)能隨著分子間距離的增大而減小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；溫度高的物體分子平均動(dòng)能一定大，但內(nèi)能還與分子勢(shì)能有關(guān)，所以溫度高的物體內(nèi)能不一定大，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)氣體壓強(qiáng)的微觀(guān)解釋?zhuān)x項(xiàng)C正確；根據(jù)液體表面張力的特點(diǎn)知，選項(xiàng)D正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律的內(nèi)容知，選項(xiàng)E正確．(2)理想氣體發(fā)生等壓變化．設(shè)封閉氣體壓強(qiáng)為p，分析活塞受力有pS＝Mg＋p0S(1分)設(shè)氣體初態(tài)溫度為T(mén)，活塞下降的高度為x，系統(tǒng)達(dá)到新平衡，由蓋—呂薩克定律eq\f(HS,T)＝eq\f(H－x＋HS,1.4T)(2分)解得x＝eq\f(3,5)H(1分)又因系統(tǒng)絕熱，即Q＝0(1分)外界對(duì)氣體做功為W＝pSx(1分)根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W(2分)所以ΔU＝eq\f(3,5)(Mg＋p0S)H(1分)答案(1)CDE(2)eq\f(3,5)Heq\f(3,5)(Mg＋p0S)H點(diǎn)睛之筆這類(lèi)綜合問(wèn)題對(duì)熱力學(xué)第一定律的考查有定性判斷和定量計(jì)算兩種方式：(1)定性判斷．利用題中的條件和符號(hào)法則對(duì)W、Q、ΔU中的其中兩個(gè)量做出準(zhǔn)確的符號(hào)判斷，然后利用ΔU＝W＋Q對(duì)第三個(gè)量做出判斷．(2)定量計(jì)算．一般計(jì)算等壓變化過(guò)程的功，即W＝p·ΔV，然后結(jié)合其他條件，利用ΔU＝W＋Q進(jìn)行相關(guān)計(jì)算．(1)下列說(shuō)法正確的是()A．晶體都具有確定的熔點(diǎn)B．布朗運(yùn)動(dòng)就是物質(zhì)分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)C．一定質(zhì)量的理想氣體壓強(qiáng)增大，其分子的平均動(dòng)能可能減小D．氣體如果失去了容器的約束就會(huì)散開(kāi)，這是因?yàn)闅怏w分子間斥力大于引力的緣故(2)(9分)如圖8所示，倒懸的導(dǎo)熱汽缸中封閉著一定質(zhì)量的理想氣體．輕質(zhì)活塞可無(wú)摩擦地上下移動(dòng)，活塞的橫截面積為S，活塞的下面吊著一個(gè)重為G的物體，大氣壓強(qiáng)恒為p0.起初環(huán)境的熱力學(xué)溫度為T(mén)0時(shí)，活塞到汽缸底面的距離為L(zhǎng).當(dāng)環(huán)境溫度逐漸升高，導(dǎo)致活塞緩慢下降，該過(guò)程中活塞下降了0.1L，汽缸中的氣體吸收的熱量為Q圖8①汽缸內(nèi)部氣體內(nèi)能的增量ΔU；②最終的環(huán)境溫度T.答案(1)AC(2)①Q(mào)－0.1p0SL＋0.1LG②1.1T0解析(1)晶體的明顯特征是有確定的熔點(diǎn)，A正確；布朗運(yùn)動(dòng)是固體小顆粒的運(yùn)動(dòng)，B錯(cuò)誤；根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，壓強(qiáng)增大，但若壓強(qiáng)和體積的乘積減小，溫度將降低，其分子的平均動(dòng)能將減小，C正確；氣體分子間距很大，分子間的引力和斥力都很小，之所以散開(kāi)是因?yàn)榉肿釉诓煌５刈鰺o(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，D錯(cuò)誤．(2)①密封氣體的壓強(qiáng)p＝p0－(G/S)密封氣體對(duì)外做功W＝pS·0.1由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q－W得ΔU＝Q－0.1p0SL＋0.1LG②該過(guò)程是等壓變化，由蓋—呂薩克定律有eq\f(LS,T0)＝eq\f(L＋0.1LS,T)解得T＝1.1T0(限時(shí)：40分鐘)1．(1)分子甲和分子乙相距較遠(yuǎn)(此時(shí)它們的分子力近似為零)，如果甲固定不動(dòng)，乙逐漸向甲靠近越過(guò)平衡位置直到不能再靠近．在整個(gè)過(guò)程中先是分子力對(duì)乙做________功，然后分子力對(duì)乙做________功．兩分子間作用力的大小隨距離變化比較快的是________力．(2)如圖1所示，由兩段粗細(xì)不同的圓筒組成的容器豎直固定，粗圓筒橫截面積是細(xì)圓筒的4倍，粗圓筒中有A、B兩活塞，其間封閉一定質(zhì)量的理想氣體，被封氣柱長(zhǎng)L＝20cm.活塞A上方儲(chǔ)有水銀，水銀柱高H＝10cm，且上端恰好與兩圓筒結(jié)合處平齊．現(xiàn)緩慢向上推動(dòng)活塞B，使活塞A向上移動(dòng)5cm后保持靜止，不計(jì)活塞與筒壁之間的摩擦．(設(shè)整個(gè)過(guò)程中氣體的溫度不變，大氣壓強(qiáng)p0＝75cmHg)求：圖1①再次靜止后，被封氣體的壓強(qiáng)；②活塞B向上移動(dòng)的距離．答案(1)正負(fù)斥(2)①100cmHg②8cm解析(1)分子甲固定不動(dòng)，乙從較遠(yuǎn)處向甲靠近，分子力首先表現(xiàn)為引力，然后表現(xiàn)為斥力，因此分子力先做正功再做負(fù)功，引力和斥力都隨分子間距離的減小而增大，但斥力變化得更快．(2)①根據(jù)兩圓筒的截面積之比，可判斷出進(jìn)入細(xì)圓筒中水銀柱高應(yīng)為h＝20cm所以，被封氣體的壓強(qiáng)為p2＝p0＋20cmHg＋eq\f(10,2)cmHg＝100cmHg②設(shè)再次靜止時(shí)被封氣體長(zhǎng)為L(zhǎng)2根據(jù)玻意耳定律得(p0＋10cmHg)LS＝p2L2利用幾何關(guān)系可得活塞B移動(dòng)的距離為Δh＝(L＋H)－(L2＋eq\f(H,2))代入數(shù)據(jù)可得Δh＝8cm2．(1)下列說(shuō)法正確的是()A．溫度越高，水的飽和汽壓越大B．氣體對(duì)外做功，其內(nèi)能一定減小C．熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體D．能量耗散說(shuō)明能量不會(huì)憑空產(chǎn)生，但可以憑空消失E．單晶體具有規(guī)則的幾何外形，物理性質(zhì)具有各向異性(2)如圖2所示，一定質(zhì)量的理想氣體，處在A(yíng)狀態(tài)時(shí)，其溫度TA＝300K，讓該氣體狀態(tài)沿圖中線(xiàn)段AB所示緩慢地從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，求：圖2①氣體處于狀態(tài)B時(shí)的溫度；②從A到B的過(guò)程中氣體的最高溫度．答案(1)ACE(2)①300K②400K解析(1)水的飽和汽壓與溫度有關(guān)，溫度越高，飽和汽壓越大，A正確；氣體的內(nèi)能是由做功和熱傳遞兩個(gè)因素決定的，氣體的吸、放熱情況不知道，故內(nèi)能變化情況無(wú)法確定，B錯(cuò)誤；熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體，C正確；能量耗散并不是能量消失了，只是從高品質(zhì)的能量轉(zhuǎn)化成了低品質(zhì)的能量，D錯(cuò)誤；單晶體具有規(guī)則的幾何外形，并且物理性質(zhì)具有各向異性，E正確．(2)①對(duì)A、B兩個(gè)狀態(tài)，據(jù)理想氣體狀態(tài)方程得eq\f(pAVA,TA)＝eq\f(pBVB,TB)解得TB＝300K②體積為Vx時(shí)的氣體壓強(qiáng)可表示為px＝4－eq\f(1,2)Vx由理想氣體狀態(tài)方程可得eq\f(pAVA,TA)＝eq\f(pxVx,Tx)＝eq\f(4－\f(1,2)VxVx,Tx)由上式可得，當(dāng)Vx＝4L時(shí)，Tx最大．解得Tx的最大值為T(mén)m＝400K3．(1)下列說(shuō)法正確的是______．A．布朗運(yùn)動(dòng)是液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)B．物體的溫度升高時(shí)，其分子平均動(dòng)能增大C．分子間距離逐漸增大時(shí)，分子勢(shì)能逐漸減小D．分子間距離增大時(shí)，分子間的引力、斥力都減小E．氣體溫度每升高1K所吸收的熱量與氣體經(jīng)歷的過(guò)程有關(guān)(2)如圖3是用導(dǎo)熱性能良好的材料制成的氣體實(shí)驗(yàn)裝置，開(kāi)始時(shí)封閉的空氣柱長(zhǎng)度為22cm，現(xiàn)用豎直向下的外力F壓縮氣體，使封閉的空氣柱長(zhǎng)度為2cm，人對(duì)活塞做功100J，大氣壓強(qiáng)為p0＝1×105Pa，不計(jì)活塞的重力，活塞的橫截面積S＝1cm2.問(wèn)：圖3①若用足夠長(zhǎng)的時(shí)間緩慢壓縮，求壓縮后氣體的壓強(qiáng)多大？②若以適當(dāng)?shù)乃俣葔嚎s氣體，向外散失的熱量為20J，則氣體的內(nèi)能增加多少？答案(1)BDE(2)①1.1×106Pa②82J解析(1)布朗運(yùn)動(dòng)是固體小顆粒在液體中的運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，選項(xiàng)B正確；如果分子之間的距離大于r0，那么當(dāng)分子之間的距離增大時(shí)，分子力表現(xiàn)為引力，分子力做負(fù)功，分子勢(shì)能增大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；分子引力和分子斥力都隨分子間距離的增大而減小，選項(xiàng)D正確；氣體溫度升高1K的過(guò)程中，若氣體的體積減小，可能不用吸收熱量，選項(xiàng)E正確．(2)①設(shè)壓縮后氣體的壓強(qiáng)為p，l0＝22cm，l＝2cm，V0＝l0S，V＝lS，緩慢壓縮，氣體的溫度不變由玻意耳定律得p0V0＝pV解出p＝1.1×106Pa②大氣壓力對(duì)活塞做功W1＝p0S(l0－l)＝2J人對(duì)活塞做功W2＝100J由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W1＋W2＋Q又Q＝－20J解得ΔU＝82J.4．(1)下列說(shuō)法正確的是()A．外界對(duì)氣體做功，氣體的內(nèi)能一定增大B．熱量不可以自發(fā)地由低溫物體傳到高溫物體C．能量耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀(guān)過(guò)程具有方向性D．單位面積的氣體分子數(shù)增加，氣體的壓強(qiáng)一定增大(2)如圖4所示，汽缸A和容器B中裝有溫度均為27°C的不同氣體，中間用細(xì)管連接，細(xì)管容積不計(jì)，管中有一絕熱活塞，已知汽缸A中氣體的體積為1L，活塞的截面積為50cm2，現(xiàn)將容器B中的氣體升溫到127°C，汽缸A中的氣體溫度保持不變，若要使細(xì)管中的活塞仍停在原位置，不計(jì)摩擦，則：圖4①A中活塞應(yīng)向左還是向右移動(dòng)？②移動(dòng)多少距離？答案(1)BC(2)①向右移動(dòng)②5cm解析(1)由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q知，A錯(cuò)誤；由熱力學(xué)第二定律可知，熱量不可以自發(fā)地由低溫物體傳到高溫物體，B正確；能量耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀(guān)過(guò)程具有方向性，如機(jī)械能可自發(fā)地全部轉(zhuǎn)化為熱能，熱能不能自發(fā)地全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，C正確；單位面積的氣體分子數(shù)增加，若氣體溫度降低，氣體分子對(duì)容器壁的平均撞擊力減小，氣體壓強(qiáng)可能不變或減小，D錯(cuò)誤．(2)①向右移動(dòng)②對(duì)B有eq\f(pB,TB)＝eq\f(pB′,TB′)得pB′＝eq\f(TB′,TB)pB＝eq\f(4,3)pB對(duì)A有pAVA＝pA′VA′得VA′＝eq\f(pAVA,pA′)且pA＝pB，pA′＝pB′解得VA′＝eq\f(3,4)VA所以移動(dòng)的距離Δs＝eq\f(\f(1,4)VA,S)＝5cm5．(1)如圖5所示，縱坐標(biāo)表示兩個(gè)分子間引力、斥力的大小，橫坐標(biāo)表示兩個(gè)分子的距離，圖中兩條曲線(xiàn)分別表示兩分子間引力、斥力的大小隨分子間距離的變化關(guān)系，e為兩曲線(xiàn)的交點(diǎn)，則下列說(shuō)法正確的是()圖5A．a(chǎn)b為斥力曲線(xiàn)，cd為引力曲線(xiàn)，e點(diǎn)橫坐標(biāo)的數(shù)量級(jí)為10－10B．a(chǎn)b為引力曲線(xiàn)，cd為斥力曲線(xiàn)，e點(diǎn)橫坐標(biāo)數(shù)量級(jí)為10－10C．若兩個(gè)分子間距離大于e點(diǎn)的橫坐標(biāo)表示的距離，則分子間作用力表現(xiàn)為斥力D．若兩個(gè)分子間距離越來(lái)越大，則分子勢(shì)能亦越來(lái)越大(2)如圖6，粗細(xì)均勻的彎曲玻璃管A、B兩端開(kāi)口，管內(nèi)有一段水銀柱，右管內(nèi)氣體柱長(zhǎng)為39cm，中管內(nèi)水銀面與管口A(yíng)之間氣體柱長(zhǎng)為40cm.先將管口B封閉，再將左管豎直插入水銀槽中，設(shè)整個(gè)過(guò)程溫度不變，穩(wěn)定后右管內(nèi)水銀面比中管內(nèi)水銀面高2cm，求：圖6①穩(wěn)定后右管內(nèi)的氣體壓強(qiáng)p；②左管A端插入水銀槽的深度h.(大氣壓強(qiáng)p0＝76cmHg)答案(1)B(2)①78cmHg②7cm解析(1)當(dāng)分子間距離為r0時(shí)，引力和斥力相等，隨著分子間距離的增大，兩力都要減小，但斥力比引力變化得快．分子間距離大于r0時(shí)，引力大于斥力，分子力表現(xiàn)為引力；分子間距離小于r0時(shí)，引力小于斥力，分子力表現(xiàn)為斥力，因此，cd是斥力曲線(xiàn)，ab是引力曲線(xiàn)，B正確，A、C錯(cuò)誤；隨著兩個(gè)分子間距離的增大，分子力先做正功再做負(fù)功，分子勢(shì)能先減小再增大，D錯(cuò)誤．(2)①插入水銀槽后右管內(nèi)氣體，由玻意耳定律得p0l0S＝p(l0－Δh/2)所以p＝78cmHg②插入水銀槽后左管壓強(qiáng)p′＝p＋ρgΔh＝80cmHg左管內(nèi)外水銀面高度差h1＝eq\f(p′－p0,ρg)＝4cm對(duì)中、左管內(nèi)氣體有p0l＝p′ll′＝38cm左管插入水銀槽深度h＝l＋Δh/2－l′＋h1＝7cm6．(1)下列說(shuō)法正確的是________．A．相同溫度下的鐵塊和鉛塊的內(nèi)能相等B．10°C物體內(nèi)所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能都相等C．熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞D．對(duì)一定質(zhì)量的氣體做功，氣體的內(nèi)能一定增加E．氣體溫度升高，分子的平均動(dòng)能就增大(2)如圖7所示，內(nèi)徑均勻的玻璃管長(zhǎng)L＝100cm，其中有一段長(zhǎng)h＝15cm的水銀柱把一部分空氣封閉在管中．當(dāng)管豎直開(kāi)口向上時(shí)，封閉氣柱A的長(zhǎng)度LA＝eq\f(100,3)cm.現(xiàn)將管以一端為軸在豎直平面內(nèi)緩慢轉(zhuǎn)過(guò)180°至豎直開(kāi)口向下，之后保持豎直，把開(kāi)口端向下緩慢插入水銀槽中，直至B端氣柱長(zhǎng)LB′＝25cm時(shí)為止．已知大氣壓強(qiáng)p0＝75cmHg，整個(gè)過(guò)程溫度保持不變，求此時(shí)管內(nèi)氣體A的長(zhǎng)度LA″.圖7答案(1)CE(2)eq\f(100,3)cm解析(1)相同溫度下，鐵塊與鉛塊內(nèi)的分子平均動(dòng)能相等，但由于分子勢(shì)能、分子數(shù)目不同，內(nèi)能不一定相同，A錯(cuò)誤；由于分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)規(guī)則性，同一溫度時(shí)，物體內(nèi)分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能不一定都相等，B錯(cuò)誤；借助于外界做功，熱量可以從低溫物體傳向高溫物體，C正確；對(duì)一定質(zhì)量的氣體做功，同時(shí)氣體放熱，且放出的熱量大于外界對(duì)氣體做的功，則氣體內(nèi)能將減小，D錯(cuò)誤；氣體的溫度升高，則分子的平均動(dòng)能增大，E正確．(2)玻璃管旋轉(zhuǎn)過(guò)程有(p0＋ph)LAS＝(p0－ph)LA′S解得LA′＝50cm設(shè)此時(shí)氣柱B的長(zhǎng)度為L(zhǎng)B，則LB＝L－LA′－h(huán)＝35cm插入水銀后，由B部分氣體狀態(tài)變化得p0LBS＝pB′L設(shè)此時(shí)A氣體的長(zhǎng)度LA″，則(p0＋ph)LAS＝(pB′－ph)LA″S聯(lián)立解得LA″＝eq\f(100,3)cm7．(1)下列說(shuō)法正確的是()A．如果懸浮在液體中的微粒越大，則在某一瞬間撞擊它的液體分子數(shù)就越多，布朗運(yùn)動(dòng)就越不明顯B．一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀(guān)自然過(guò)程都是不可逆的C．海綿和面包非常容易壓縮，說(shuō)明分子之間存在間隙D．當(dāng)兩分子之間分子力為零時(shí)，說(shuō)明它們之間一定既沒(méi)有分子引力，也沒(méi)有分子斥力(2)如圖8甲所示，放置在水平面上的導(dǎo)熱良好的汽缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的理想氣體，活塞質(zhì)量為5kg，面積為25cm2，厚度不計(jì)，活塞與汽缸之間的摩擦不計(jì)，且密閉良好．汽缸全高為25cm，大氣壓強(qiáng)為1.0×105Pa