2021屆新高考二輪復習導練：熱學

2021屆新高考二輪復習導練：熱學【命題趨勢】本專題在高考中，選擇題一般是對熱學單一知識點從不同角度設(shè)計問題；計算題一般始終圍繞氣體性質(zhì)進行命題。命題重點有：分子動理論、理想化模型；固體、液體、氣體的性質(zhì)、熱力學定律；理想氣體狀態(tài)方程、氣體實驗定律；汽缸模型、液柱模型?！究键c梳理】一、分子動理論及熱力學定律1．估算問題(1)油膜法估算分子直徑：d＝eq\f(V,S)(V為純油酸體積，S為單分子油膜面積)。(2)分子總數(shù)：N＝nNA＝eq\f(m,Mmol)·NA＝eq\f(V,Vmol)NA(注：對氣體而言，N≠eq\f(V,Vmol)NA)。2．反映分子熱運動規(guī)律的兩個實例(1)布朗運動：懸浮在液體或氣體中的固體小顆粒做無規(guī)則、永不停息的運動，與顆粒大小、溫度有關(guān)。(2)擴散現(xiàn)象：產(chǎn)生原因是分子永不停息地做無規(guī)則運動，與溫度有關(guān)。3．對熱力學定律的理解(1)熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，其中W和Q的符號可以這樣確定：只要對內(nèi)能增加有正貢獻的就為正值。(2)對熱力學第二定律的理解：熱量可以由低溫物體傳到高溫物體，也可以從單一熱源吸收熱量全部轉(zhuǎn)化為功，但這些過程不可能自發(fā)進行而不產(chǎn)生其他影響。二、氣體實驗定律和理想氣體狀態(tài)方程強化訓練經(jīng)典訓練題經(jīng)典訓練題1．某容器中的空氣被光滑活塞封住，容器和活塞絕熱性能良好，空氣可視為理想氣體。初始時容器中空氣的溫度與外界相同，壓強大于外界?，F(xiàn)使活塞緩慢移動，直至容器中的空氣壓強與外界相同。此時，容器中空氣的溫度________(填“高于”“低于”或“等于”)外界溫度，容器中空氣的密度________(填“大于”“小于”或“等于”)外界空氣的密度。中醫(yī)拔罐的物理原理是利用玻璃罐內(nèi)外的氣壓差使罐吸附在人體穴位上，進而治療某些疾病。常見拔罐有兩種，如圖所示，左側(cè)為火罐，下端開口；右側(cè)為抽氣拔罐，下端開口，上端留有抽氣閥門。使用火罐時，先加熱罐中氣體，然后迅速按到皮膚上，自然降溫后火罐內(nèi)部氣壓低于外部大氣壓，使火罐緊緊吸附在皮膚上。抽氣拔罐是先把罐體按在皮膚上，再通過抽氣降低罐內(nèi)氣體壓強。某次使用火罐時，罐內(nèi)氣體初始壓強與外部大氣壓相同，溫度為450K，最終降到300K，因皮膚凸起，內(nèi)部氣體體積變?yōu)楣奕莘e的eq\f(20,21)。若換用抽氣拔罐，抽氣后罐內(nèi)剩余氣體體積變?yōu)槌闅獍喂奕莘e的eq\f(20,21)，罐內(nèi)氣壓與火罐降溫后的內(nèi)部氣壓相同。罐內(nèi)氣體均可視為理想氣體，忽略抽氣過程中氣體溫度的變化。求應(yīng)抽出氣體的質(zhì)量與抽氣前罐內(nèi)氣體質(zhì)量的比值。高頻易錯題高頻易錯題分子間作用力F與分子間距r的關(guān)系如圖所示，r＝r1時，F(xiàn)＝0.分子間勢能由r決定，規(guī)定兩分子相距無窮遠時分子間的勢能為零。若一分子固定于原點O，另一分子從距O點很遠處向O點運動，在兩分子間距減小到r2的過程中，勢能(填“減小”“不變”或“增大”)；在間距由r2減小到r1的過程中，勢能(填“減小”“不變”或“增大”)；在間距等于r1處，勢能(填“大于”“等于”或“小于”)零。2．一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)a→b、b→c、c→a三個過程后回到初始狀態(tài)a，其p－V圖像如圖所示．已知三個狀態(tài)的坐標分別為a(V0，2p0)、b(2V0，p0)、c(3V0，2p0)以下判斷正確的是()A．氣體在a→b過程中對外界做的功小于在b→c過程中對外界做的功B．氣體在a→b過程中從外界吸收的熱量大于在b→c過程中從外界吸收的熱量C．在c→a過程中，外界對氣體做的功小于氣體向外界放出的熱量D．氣體在c→a過程中內(nèi)能的減少量大于b→c過程中內(nèi)能的增加量精準預測題精準預測題1．氣溶膠粒子是懸浮在大氣中的微小顆粒，如云、霧、細菌、塵埃、煙塵等。氣溶膠中的粒子具有很多動力學性質(zhì)、光學性質(zhì)，比如布朗運動，光的反射、散射等。關(guān)于封閉環(huán)境中的氣溶膠粒子，下列說法正確的是()A．在空氣中會緩慢下沉到地面B．在空氣中會緩慢上升到空中C．在空氣中做無規(guī)則運動D．受到的空氣分子作用力的合力始終等于其所受到的重力2．(多選)玻璃器皿的制造過程中玻璃液的形成是重要環(huán)節(jié)，當溫度達到1200℃時，大量的氣泡分布在玻璃液中，經(jīng)過一系列工藝后獲得澄清的玻璃液，之后可以通過降溫到合適溫度，然后選擇合適大小的玻璃液進行吹泡(即往玻璃液中吹氣)制造玻璃器皿，下列與玻璃有關(guān)的物理學問題的說法正確的是()A．因為分子間存在著斥力，所以破碎的玻璃不能簡單地拼接在一起B(yǎng)．玻璃從開始熔化到形成玻璃液的過程中，溫度不固定C．玻璃內(nèi)部的原子是無序分布的，具有各向異性的特點D．使1200℃的玻璃液繼續(xù)升溫，可能使其中的氣泡減少3．(多選)氧氣分子在0℃和100℃溫度下各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比隨氣體分子的速率的變化分別如圖中兩條曲線所示。下列說法正確的是()A．圖中兩條曲線下面積相等B．圖中實線對應(yīng)氧氣分子在100℃時的情形C．圖中曲線給出了任意速率區(qū)間的氧氣分子數(shù)目D．與0℃時相比，100℃時氧氣分子速率出現(xiàn)在0～400m/s區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比較大4．(多選)氣閘艙是載人航天器中供航天員進入太空或由太空返回時用的氣密性裝置；其原理圖如圖所示。座艙A與氣閘艙B之間裝有閥門K，座艙A中充滿空氣，氣閘艙B內(nèi)為真空。航天員由太空返回氣閘艙時，打開閥門K，A中的氣體進入B中，最終達到平衡。假設(shè)此過程中系統(tǒng)與外界沒有熱交換，艙內(nèi)氣體可視為理想氣體，下列說法正確的是()A．氣體并沒有對外做功，氣體內(nèi)能不變B．B中氣體可自發(fā)地全部退回到A中C．氣體體積膨脹，對外做功，內(nèi)能減小D．氣體溫度不變，體積增大，壓強減小5．一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)a等壓膨脹到狀態(tài)b，再等容增壓到狀態(tài)c，然后等溫膨脹到狀態(tài)d，最后經(jīng)過一個復雜的過程回到狀態(tài)a，其壓強p與體積V的關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是()A．從a到b，每個氣體分子的動能都增大B．從b到c，氣體溫度升高C．從c到d，氣體內(nèi)能不變D．從a經(jīng)過b、c、d，再回到a的過程，外界向氣體傳遞的熱量與氣體對外界所做的功相等6．如圖所示，圓柱形密閉氣缸內(nèi)有一個很薄且質(zhì)量不計的活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，活塞可在氣缸內(nèi)做無摩擦滑動。開始時活塞在E處，氣缸內(nèi)氣體溫度為27℃，氣體體積為6.0×10－3m3，在從狀態(tài)E變化到狀態(tài)F的過程中，氣缸內(nèi)氣體吸收的熱量Q＝6.0×102J，溫度升高到127℃，外界大氣壓強p0＝1.0×105Pa保持不變，求：(1)氣缸內(nèi)氣體在狀態(tài)F的體積；(2)在從狀態(tài)E變化到狀態(tài)F的過程中，氣缸內(nèi)氣體內(nèi)能的增量。7．為做好新型冠狀病毒肺炎(COVID－19)疫情的常態(tài)化防控工作，學校組織工作人員每天對校園進行嚴格的消毒，如圖是噴霧消毒桶的原理圖。消毒桶高為H＝60cm，橫截面積S＝0.1m2，打氣筒每次可以向消毒桶內(nèi)充入壓強為p0體積為0.015m3的空氣。環(huán)境溫度為7°C時，向桶內(nèi)倒入消毒液，關(guān)閉加水口后，液面上方有壓強為p0、高為h＝22.5cm的空氣；已知消毒液的密度ρ＝1000kg/m3，大氣壓強p0恒為1.0×105Pa，噴霧管的噴霧口與噴霧消毒桶頂部等高，忽略噴霧管的體積，將空氣看作理想氣體，當?shù)氐闹亓铀俣葹間＝10m/s2。(1)當環(huán)境溫度升高至T1時，恰好有消毒液從噴霧口溢出，求環(huán)境溫度T1；(2)環(huán)境溫度為7°C時關(guān)閉K，用打氣筒向噴霧消毒桶內(nèi)連續(xù)充人空氣，然后打開K，進行消毒。消毒完成時，噴霧口剛好不再噴出藥液，此時桶內(nèi)剩余消毒液深度h'＝10cm；求打氣筒的打氣次數(shù)n(假設(shè)整個過程中氣體溫度保持不變)。8．我們在吹氣球時，開始感覺特別困難，但當把氣球吹到一定體積后，反而比較輕松。一個探究小組對此進行了研究，通過充入不同量的某種理想氣體，測量了氣球內(nèi)氣體的體積V與對應(yīng)的壓強p，得到了如圖（a）所示的p－V圖象，其中p0為標準大氣壓。把不同量的上述理想氣體分別充入甲、乙兩個相同的氣球，此時，甲、乙氣球內(nèi)氣體的體積分別為V甲和V乙，且V乙＞V甲＞V0，甲、乙氣球內(nèi)氣體的壓強分別為p甲和p乙?，F(xiàn)把甲、乙兩氣球以及一個容積為VG的鋼瓶用帶閥門的三通細管（容積可忽略）連接，如圖（b）所示。初始時，鋼瓶內(nèi)為真空，閥門K1和K2均為關(guān)閉狀態(tài)。所有過程，氣體溫度始終保持不變。(1)打開閥門K1，甲氣球體積將___________（填“變大”“變小”或“不變”）；(2)打開閥門K1和K2，把甲、乙兩氣球內(nèi)的所有氣體壓入鋼瓶，求壓入后鋼瓶內(nèi)氣體的壓強。9．某民航客機在一萬米左右高空飛行時，需利用空氣壓縮機來保持機艙內(nèi)外氣體壓之比為4∶1。機艙內(nèi)有一導熱氣缸，活塞質(zhì)量m＝2kg、橫截面積S＝10cm2，活塞與氣缸壁之間密封良好且無摩擦。客機在地面靜止時，氣缸如圖（a）所示豎直放置，平衡時活塞與缸底相距l(xiāng)1＝8cm；客機在高度h處勻速飛行時，氣缸如圖（b）所示水平放置，平衡時活塞與缸底相距l(xiāng)2＝10cm。氣缸內(nèi)氣體可視為理想氣體，機艙內(nèi)溫度可認為不變。已知大氣壓強隨高度的變化規(guī)律如圖（c）所示地面大氣壓強p0＝1.0×105Pa，地面重力加速度g＝10m/s2。(1)判斷氣缸內(nèi)氣體由圖（a）狀態(tài)到圖（b）狀態(tài)的過程是吸熱還是放熱，并說明原因；(2)求高度h處的大氣壓強，并根據(jù)圖（c）估測出此時客機的飛行高度。10．水銀氣壓計上有細且均勻的玻璃管，玻璃管外標識有壓強刻度（1mm刻度對應(yīng)壓強值為1mmHg）。測量時氣壓計豎直放置，管內(nèi)水銀柱液面對應(yīng)刻度即為所測環(huán)境大氣壓強。氣壓計底部有水銀槽，槽內(nèi)水銀體積遠大于管內(nèi)水銀柱體積。若氣壓計不慎混入氣體，壓強測量值將與實際環(huán)境大氣壓強值不符。如圖所示，混入的氣體被水銀密封在玻璃管頂端。當玻璃管豎直放置時，氣柱長度為l1＝100mm。如果將玻璃管傾斜，水銀柱液面降低的高度為h＝20mm，氣柱長度為l2＝50mm，傾斜過程中水銀槽液面高度變化忽略不計。整個過程中溫度保持恒定，氣體可近似為理想氣體。(1)已知環(huán)境大氣壓強為p0＝760mmHg，求此時豎直放置氣壓計的壓強測量值p1（以mmHg為單位）；(2)此后由于環(huán)境大氣壓強變化，豎直放置氣壓計的壓強測量值為p2＝730mmHg，求此時氣柱長度l3和環(huán)境大氣壓強p3（以mmg為單位，保留3位有效數(shù)字）。

參考答案經(jīng)典訓練題經(jīng)典訓練題1．【答案】低于大于【解析】容器與活塞絕熱性能良好，容器中空氣與外界不發(fā)生熱交換(Q＝0)，活塞移動的過程中，容器中空氣壓強減小，則容器中空氣正在膨脹，體積增大，對外界做功，即W＜0。根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝Q＋W可知：容器中空氣內(nèi)能減小，溫度降低，容器中空氣的溫度低于外界溫度。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有eq\f(pV,T)＝C，又ρ＝eq\f(m,V)，聯(lián)立解得ρ＝eq\f(mp,CT)。對容器外與容器內(nèi)質(zhì)量均為m的氣體，因容器中空氣壓強和容器外空氣壓強相同，容器內(nèi)溫度低于外界溫度，則容器中空氣的密度大于外界空氣的密度。2．【解析】設(shè)火罐內(nèi)氣體初始狀態(tài)參量分別為p1、T1、V1，溫度降低后狀態(tài)參量分別為p2、T2、V2，罐的容積為V0，由題意知：p1＝p0、T1＝450K、V1＝V0、T2＝300K、V2＝eq\f(20V0,21) ①由理想氣體狀態(tài)方程得eq\f(p0V0,T1)＝eq\f(p2·\f(20,21)V0,T2) ②代入數(shù)據(jù)得p2＝0.7p0 ③對于抽氣罐，設(shè)初態(tài)氣體狀態(tài)參量分別為p3、V3，末態(tài)氣體狀態(tài)參量分別為p4、V4，罐的容積為V′0，由題意知：p3＝p0、V3＝V′0、p4＝p2 ④由玻意耳定律得p0V′0＝p2V4 ⑤聯(lián)立③⑤式，代入數(shù)據(jù)得V4＝eq\f(10,7)V′0 ⑥設(shè)抽出的氣體的體積為ΔV，由題意知ΔV＝V4－eq\f(20,21)V′0 ⑦故應(yīng)抽出氣體的質(zhì)量與抽氣前罐內(nèi)氣體質(zhì)量的比值為eq\f(Δm,m)＝eq\f(ΔV,V4) ⑧聯(lián)立⑥⑦⑧式，代入數(shù)據(jù)得eq\f(Δm,m)＝eq\f(1,3)。 高頻易錯題高頻易錯題1．【答案】減小減小小于【解析】從距O點很遠處向O點運動，兩分子間距減小到r2的過程中，分子間體現(xiàn)引力，引力做正功，分子勢能減?。辉趓2→r1的過程中，分子間仍然體現(xiàn)引力，引力做正功，分子勢能減小；在間距等于r1之前，分子勢能一直減小，取無窮遠處分子間勢能為零，則在r1處分子勢能小于零。2．【答案】C【解析】根據(jù)氣體做功的表達式W＝Fx＝pSx＝p·ΔV可知p－V圖線和體積橫軸圍成的面積即為做功大小，所以氣體在a→b過程中對外界做的功等于b→c過程中對外界做的功，A錯誤；氣體從a→b，滿足玻意耳定律pV＝C，所以Ta＝Tb，所以ΔUab＝0，根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝Q＋W可知0＝Qab＋Wab，氣體從b→c，溫度升高，所以ΔUbc＞0，根據(jù)熱力學第一定律可知ΔUbc＝Qbc＋Wbc，結(jié)合A選項可知Wab＝Wbc＜0，所以Qbc＞Qab，b→c過程氣體吸收的熱量大于a→b過程吸收的熱量，B錯誤；氣體從c→a，溫度降低，所以ΔUca＜0，氣體體積減小，外界對氣體做功，所以Wca＞0，根據(jù)熱力學第一定律可知Qca＜0，放出熱量，C正確；理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，根據(jù)Ta＝Tb可知eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(ΔTca))＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(ΔTbc))，所以氣體從c→a程中內(nèi)能的減少量等于b→c過程中內(nèi)能的增加量，D錯誤。精準預測題精準預測題1．【答案】C【解析】由于氣溶膠粒子是懸浮在大氣中的微小顆粒，根據(jù)布朗運動的規(guī)律可知，氣溶膠粒子會受到空氣分子的不斷碰撞而做無規(guī)則運動，不會緩慢下沉到地面，也不會緩慢上升到空中，由于氣體分子對它撞擊的不平衡性，氣溶膠粒子受到的空氣分子作用力的合力不一定始終等于其所受到的重力，只有選項C正確。2．【答案】BD【解析】破碎的玻璃不能拼接在一起，是因為分子間距達不到分子作用力的范圍，A錯誤；玻璃是非晶體，熔化時無固定溫度，B正確；玻璃是非晶體，玻璃內(nèi)部的原子是無序排列的，具有各向同性的特點，C錯誤；溫度繼續(xù)升高，氣泡內(nèi)氣體升溫，膨脹，氣體的密度變小，上浮，從玻璃液中排出，D正確。3．【答案】AB【解析】由圖可知，在0℃和100℃兩種不同情況下各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比與分子速率間的關(guān)系圖線與橫軸所圍面積都應(yīng)該等于1，即相等，故A正確；實線對應(yīng)的最大比例的速率區(qū)間內(nèi)分子速率較大，說明實線對應(yīng)的溫度大，故為100℃時的情形，B正確；圖中曲線給出了任意速率區(qū)間的氧氣分子占總分子數(shù)的百分比，但無法確定分子具體數(shù)目，C錯誤；由題圖可知，0～400m/s段內(nèi)，100℃對應(yīng)的氧氣分子占總分子數(shù)的百分比小于0℃時的，因此100℃時氧氣分子速率出現(xiàn)在0～400m/s區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比較小，D錯誤。4．【答案】AD【解析】氣體自由擴散，沒有對外做功，又因為整個系統(tǒng)與外界沒有熱交換，根據(jù)ΔU＝W＋Q可知內(nèi)能不變，故A正確，C錯誤；根據(jù)熵增加原理可知一切宏觀熱現(xiàn)象均具有方向性，故B中氣體不可能自發(fā)地全部退回到A中，故B錯誤；因為內(nèi)能不變，故溫度不變，平均動能不變，氣閘艙B內(nèi)為真空，根據(jù)玻意耳定律可知：pV＝C(定值)，可知擴散后體積V增大，壓強p減小，故D正確。5．【答案】BCD【解析】從a到b，根據(jù)eq\f(pV,T)＝C可知，壓強不變，體積變大，則溫度升高，分子平均動能變大，但是并非每個氣體分子的動能都增大，A錯誤；根據(jù)eq\f(pV,T)＝C可知，從b到c，體積不變，壓強變大，則氣體溫度升高，B正確；從c到d，氣體的溫度不變，則氣體內(nèi)能不變，C正確；從a經(jīng)過b、c、d，再回到a的過程，其中從a到d過程氣體對外做功的值等于圖線與V軸圍成的面積，從d回到a時外界對氣體做功也等于圖像與V軸圍成的面積大小，則整個過程中氣體對外界做功，而整個過程中內(nèi)能不變，則由熱力學第一定律可知，外界向氣體傳遞的熱量與氣體對外界所做的功相等，D正確。6．【解析】(1)氣體做等壓變化，則對于封閉氣體，初狀態(tài)：p1＝p0、T1＝300K、V1＝6.0×10－3m3末狀態(tài)：p2＝p0、T2＝400