專題36分子動理論和熱力學(xué)定律 三年（2022-2024）高考物理真題分類匯編（全國）

專題36分子動理論和熱力學(xué)定律考點三年考情（2022-2024）命題趨勢考點1分子動理論和內(nèi)能（5年3考）2024高考河北卷：水平放置的密閉絕熱汽缸被導(dǎo)熱活塞分成左右兩部分，考查內(nèi)能。2023高考海南卷：給出兩分子靠近過程中的示意圖，r0為分子之間平均距離，考查對分子力和分子勢能的理解。2023全國高考新課程卷：一封閉著理想氣體的絕熱汽缸置于水平地面上，考查內(nèi)能和內(nèi)能的變化。2022年新高考江蘇卷：自主學(xué)習(xí)活動中，同學(xué)們對密閉容器中的氫氣性質(zhì)進行討論1.分子動理論和內(nèi)能考查重點主要有：分子力和分子勢能；阿伏伽德羅常數(shù)，布朗運動，分子動能。溫度和內(nèi)能等；2.熱學(xué)第一定律可以與氣體綜合，考查頻率高；可以以實際情景命題，也可以以氣體圖像作為解題信息命題，難度中等。3.熱力學(xué)第二定律一般作為定性分析，題目變化不多，考查頻率不高，難度不大?？键c2熱力學(xué)定律（5年4考）2024年高考海南卷：一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)變化V——T圖像，考查熱力學(xué)第一定律。2024年高考山東卷：一定質(zhì)量理想氣體經(jīng)歷如p——V圖所示的循環(huán)過程。2024年1月浙江選考·19：一個固定在水平面上的絕熱容器被隔板A分成體積相等的兩部分；2023年高考福建卷：一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷了A→B→C→D→A的循環(huán)過程后回到狀態(tài)A。2023年高考天津卷）如圖是爬山所帶氧氣瓶；2023年高考廣東卷）在駐波聲場作用下，水中小氣泡周圍液體的壓強會發(fā)生周期性變化。2023年6月高考浙江選考科目：導(dǎo)熱良好的固定直立圓筒內(nèi)用活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體。考點01分子動理論和內(nèi)能1.（2024高考河北卷）如圖，水平放置的密閉絕熱汽缸被導(dǎo)熱活塞分成左右兩部分，左側(cè)封閉一定質(zhì)量的理想氣體，右側(cè)為真空，活塞與汽缸右壁中央用一根輕質(zhì)彈簧水平連接。汽缸內(nèi)壁光滑且水平長度大于彈簧自然長度，彈簧的形變始終在彈性限度內(nèi)且體積忽略不計?；钊跏紩r靜止在汽缸正中間，后因活塞密封不嚴(yán)發(fā)生緩慢移動，活塞重新靜止后（）A.彈簧恢復(fù)至自然長度B.活塞兩側(cè)氣體質(zhì)量相等C.與初始時相比，汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能增加D.與初始時相比，活塞左側(cè)單位體積內(nèi)氣體分子數(shù)減少【答案】ACD【解析】初始狀態(tài)活塞受到左側(cè)氣體向右的壓力和彈簧向左的彈力處于平衡狀態(tài)，彈簧處于壓縮狀態(tài)。因活塞密封不產(chǎn)，可知左側(cè)氣體向右側(cè)真空漏出。左側(cè)氣體壓強變小，右側(cè)出現(xiàn)氣體，對活塞有向左的壓力，最終左、右兩側(cè)氣體壓強相等，且彈簧恢復(fù)原長，故A正確；由題知活塞初始時靜止在汽缸正中間，但由于活塞向左移動，左側(cè)氣體體積小于右側(cè)氣體體積，則左側(cè)氣體質(zhì)量小于右側(cè)氣體質(zhì)量，故B錯誤；密閉的氣缸絕熱，與外界沒有能量交換，但彈簧彈性勢能減少了，可知氣體內(nèi)能增加，故C正確；初始時氣體在左側(cè)，最終氣體充滿整個氣缸，則初始左側(cè)單位體積內(nèi)氣體分子數(shù)應(yīng)該是最終左側(cè)的兩倍，故D正確。2.（2023高考海南卷）如圖為兩分子靠近過程中的示意圖，r0為分子之間平均距離，下列關(guān)于分子力和分子勢能的說法正確的是（）A.分子間距離大于r0時，分子間表現(xiàn)為斥力B.分子從無限遠靠近到距離r0處過程中分子勢能變大C.分子勢能在r0處最小D.分子間距離小于r0且減小時，分子勢能在減小【參考答案】C【名師解析】分子間距離大于r0，分子間表現(xiàn)為引力，分子從無限遠靠近到距離r0處過程中，引力做正功，分子勢能減小，則在r0處分子勢能最??；繼續(xù)減小距離，分子間表現(xiàn)為斥力，分子力做負(fù)功，分子勢能增大。C正確。4．（2023全國高考新課程卷）如圖，一封閉著理想氣體的絕熱汽缸置于水平地面上，用輕彈簧連接的兩絕熱活塞將汽缸分為f、g、h三部分，活塞與汽缸壁間沒有摩擦。初始時彈簧處于原長，三部分中氣體的溫度、體積、壓強均相等?，F(xiàn)通過電阻絲對f中的氣體緩慢加熱，停止加熱并達到穩(wěn)定后（）A．h中的氣體內(nèi)能增加B．f與g中的氣體溫度相等C．f與h中的氣體溫度相等D．f與h中的氣體壓強相等【參考答案】AD【名師解析】通過電阻絲對f中的氣體緩慢加熱，f中氣體壓強增大，壓縮活塞使h中體積減小，溫度升高，壓強增大，停止加熱并達到穩(wěn)定后，h中的氣體內(nèi)能增加，A正確；由于f、g之間活塞為絕熱活塞，所以f與g中的氣體溫度不相等，f與h中的氣體溫度不相等，BC錯誤；由于活塞與汽缸壁間沒有摩擦，f與h中的氣體壓強相等，D正確。5（2023學(xué)業(yè)水平等級考試上海卷）一個絕熱密閉容器，裝有一定質(zhì)量的氣體。容器以一定速度平移時，突然施加外力使其停止，容器中的氣體溫度，氣體分子碰撞容器壁的劇烈程度（選填：“變大”、“變小”或“不變”）【參考答案】不變不變【名師解析】由于氣體溫度只與分子平均動能有關(guān)，與機械運動無關(guān)，所以容器以一定速度平移時，突然施加外力使其停止，容器中的氣體溫度不變。由于氣體的壓強不變，根據(jù)壓強的微觀含義可知。氣體分子碰撞容器壁的劇烈程度不變。6.（2022年新高考江蘇卷）自主學(xué)習(xí)活動中，同學(xué)們對密閉容器中的氫氣性質(zhì)進行討論，下列說法中正確的是（）A.體積增大時，氫氣分子的密集程度保持不變B.壓強增大是因為氫氣分子之間斥力增大C.因為氫氣分子很小，所以氫氣在任何情況下均可看成理想氣體D.溫度變化時，氫氣分子速率分布中各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比會變化【參考答案】D【命題意圖】本題考查氣體及其相關(guān)知識點?！窘忸}思路】密閉容器中的氫氣質(zhì)量不變，分子個數(shù)N不變，根據(jù)，可知當(dāng)體積V增大時，單位體積的個數(shù)n變小，分子的密集程度變小，選項A錯誤；氣體壓強產(chǎn)生的原因是大量氣體分子對容器壁的持續(xù)的、無規(guī)則撞擊產(chǎn)生的；壓強增大并不是因為分子間斥力增大，選項B錯誤；普通氣體在溫度不太低，壓強不太大的情況下才能看作理想氣體，對于氫氣，雖然氫氣分子很小，但是在壓強很大、溫度很低的情況下，也不能看成理想氣體，選項C錯誤；溫度是氣體分子平均動能的標(biāo)志，大量氣體分子的速率呈現(xiàn)“中間多，兩邊少”的規(guī)律，溫度變化時，大量分子的平均速率會變化，即分子速率分布中各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比會變化，選項D正確?？键c02熱力學(xué)定律1..（2024年高考海南卷）一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始經(jīng)ab、bc、ca三個過程回到原狀態(tài)，已知ab垂直于T軸，bc延長線過O點，下列說法正確的是（）A.be過程外界對氣體做功 B.ca過程氣體壓強不變C.ab過程氣體放出熱量 D.ca過程氣體內(nèi)能減小【答案】AC【解析】由理想氣體狀態(tài)方程化簡可得由圖像可知，圖像的斜率越大，壓強越小，故bc過程為等壓變化，體積減小，外界對氣體做功，故A正確；由A選項可知，ca過程壓強減小，故B錯誤；ab過程為等溫變化，內(nèi)能不變，故根據(jù)玻意耳定律可知，體積減小，壓強增大，外界對氣體做功，故根據(jù)熱力學(xué)第一定律解得故ab過程氣體放出熱量，故C正確；ca過程，溫度升高，內(nèi)能增大，故D錯誤。。2.（2024年高考山東卷）一定質(zhì)量理想氣體經(jīng)歷如圖所示的循環(huán)過程，a→b過程是等壓過程，b→c過程中氣體與外界無熱量交換，c→a過程是等溫過程。下列說法正確的是（）A.a→b過程，氣體從外界吸收的熱量全部用于對外做功B.b→c過程，氣體對外做功，內(nèi)能增加C.a→b→c過程，氣體從外界吸收熱量全部用于對外做功D.a→b過程，氣體從外界吸收的熱量等于c→a過程放出的熱量【答案】C【解析】．a(chǎn)→b過程壓強不變，是等壓變化且體積增大，氣體對外做功W<0，由蓋-呂薩克定律可知即內(nèi)能增大，，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知過程，氣體從外界吸收的熱量一部分用于對外做功，另一部分用于增加內(nèi)能，A錯誤；B．方法一：過程中氣體與外界無熱量交換，即又由氣體體積增大可知，由熱力學(xué)第一定律可知氣體內(nèi)能減少。方法二：過程為等溫過程，所以結(jié)合分析可知所以b到c過程氣體的內(nèi)能減少。故B錯誤；C．過程為等溫過程，可知根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知過程，氣體從外界吸收的熱量全部用于對外做功，C正確；D．根據(jù)熱力學(xué)第一定律結(jié)合上述解析可知：一整個熱力學(xué)循環(huán)過程，整個過程氣體對外做功，因此熱力學(xué)第一定律可得故過程氣體從外界吸收的熱量不等于過程放出的熱量，D錯誤。3.（2024年1月浙江選考·19）如圖所示，一個固定在水平面上的絕熱容器被隔板A分成體積均為的左右兩部分。面積為的絕熱活塞B被鎖定，隔板A的左側(cè)為真空，右側(cè)中一定質(zhì)量的理想氣體處于溫度、壓強的狀態(tài)1。抽取隔板A，右側(cè)中的氣體就會擴散到左側(cè)中，最終達到狀態(tài)2。然后解鎖活塞B，同時施加水平恒力F，仍使其保持靜止，當(dāng)電阻絲C加熱時，活塞B能緩慢滑動（無摩擦），使氣體達到溫度的狀態(tài)3，氣體內(nèi)能增加。已知大氣壓強，隔板厚度不計。（1）氣體從狀態(tài)1到狀態(tài)2是___（選填“可逆”或“不可逆”）過程，分子平均動能____（選填“增大”、“減小”或“不變”）；（2）求水平恒力F的大小；（3）求電阻絲C放出的熱量Q。【答案】（1）氣體從狀態(tài)1到狀態(tài)2是不可逆過程，分子平均動能不變；（2）；（3）【解析】（1）根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，氣體從狀態(tài)1到狀態(tài)2是不可逆過程，由于隔板A的左側(cè)為真空，可知氣體從狀態(tài)1到狀態(tài)2，氣體不做功，又沒有發(fā)生熱傳遞，所以氣體的內(nèi)能不變，氣體的溫度不變，分子平均動能不變。（2）氣體從狀態(tài)1到狀態(tài)2發(fā)生等溫變化，則有解得狀態(tài)2氣體的壓強為解鎖活塞B，同時施加水平恒力F，仍使其保持靜止，以活塞B為對象，根據(jù)受力平衡可得解得（3）當(dāng)電阻絲C加熱時，活塞B能緩慢滑動（無摩擦），使氣體達到溫度的狀態(tài)3，可知氣體做等壓變化，則有可得狀態(tài)3氣體的體積為該過程氣體對外做功為根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得解得氣體吸收的熱量為可知電阻絲C放出的熱量為4.（2023年高考福建卷）一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷了A→B→C→D→A的循環(huán)過程后回到狀態(tài)A，其圖如圖所示。完成一次循環(huán)，氣體內(nèi)能_________（填“增加”“減少”或“不變”），氣體對外界_________（填“做正功”“做負(fù)功”或“不做功”），氣體______（填“吸熱”“放熱”“不吸熱”或“不放熱”）?！緟⒖即鸢浮竣?不變②.做正功③.吸熱【名師解析】完成一次循環(huán)，回到初始狀態(tài)，理想氣體溫度不變，而一定質(zhì)量的氣體的內(nèi)能僅由溫度決定，所以整個過程氣體的內(nèi)能不變；對p-V圖像來說，圖像與坐標(biāo)軸所圍圖形的面積表示氣體做功情況，其中從A→B→C的過程氣體的體積減小是外界對氣體做功的過程，從C→D→A的過程氣體的體積增大，是氣體對外做功的過程，且從C→D→A的過程圖像與坐標(biāo)軸所圍的面積大于從A→B→C的過程圖像與坐標(biāo)軸所圍的面積，即氣體對外做的功大于外界對氣體做的功，則整個過程中表現(xiàn)為氣體對外界做正功；根據(jù)熱力學(xué)第一定律因為，可知因W＜0，則Q＞0，所以氣體從外界吸收熱量。6.（2023年高考天津卷）如圖是爬山所帶氧氣瓶，氧氣瓶里的氣體容積質(zhì)量不變，爬高過程中，溫度減小，則氣體（）A.對外做功 B.內(nèi)能減小 C.吸收熱量 D.壓強不變【參考答案】B【名師解析】由于爬山過程中氣體體積不變，故氣體不對外做功，故A錯誤；爬山過程中溫度降低，則氣體內(nèi)能減小，故B正確；根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知爬山過程中氣體不做功，但內(nèi)能見效，故可知氣體放出熱量，故C錯誤；爬山過程中氧氣瓶里的氣體容積質(zhì)量均不變，溫度減小，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有可知氣體壓強減小，故D錯誤；7.（2023高考江蘇學(xué)業(yè)水平選擇性考試）如圖所示，密閉容器內(nèi)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B。該過程中（）A.氣體分子的數(shù)密度增大B.氣體分子的平均動能增大C.單位時間內(nèi)氣體分子對單位面積器壁的作用力減小D.單位時間內(nèi)與單位面積器壁碰撞的氣體分子數(shù)減小【參考答案】B【名師解析】．根據(jù)，可得則從A到B為等容線，即從A到B氣體體積不變，則氣體分子的數(shù)密度不變，選項A錯誤；從A到B氣體的溫度升高，則氣體分子的平均動能變大，則選項B正確；從A到B氣體的壓強變大，氣體分子的平均速率變大，則單位時間內(nèi)氣體分子對單位面積的器壁的碰撞力變大，選項C錯誤；氣體的分子密度不變，從A到B氣體分子的平均速率變大，則單位時間內(nèi)與單位面積器壁碰撞的氣體分子數(shù)變大，選項D錯誤。8．（9分）（2023年高考廣東卷）在駐波聲場作用下，水中小氣泡周圍液體的壓強會發(fā)生周期性變化，使小氣泡周期性膨脹和收縮，氣泡內(nèi)氣體可視為質(zhì)量不變的理想氣體，其膨脹和收縮過程可簡化為如圖所示的圖像，氣泡內(nèi)氣體先從壓強為、體積為、溫度為的狀態(tài)等溫膨脹到體積為、壓強為的狀態(tài)，然后從狀態(tài)絕熱收縮到體積為、壓強為、溫度為的狀態(tài)到過程中外界對氣體做功為．已知和．求：（1）的表達式；（2）的表達式；（3）到過程，氣泡內(nèi)氣體的內(nèi)能變化了多少？【名師解析】（1）氣體從壓強為、體積為的狀態(tài)等溫膨脹到體積為、壓強為的狀態(tài)，由玻意耳定律，p0V0=pB·5V0，解得：pB=0.2p0。（2）從狀態(tài)B到狀態(tài)C，由理想氣體狀態(tài)方程，=解得：TC=1.9T0。（3）由熱力學(xué)第一定律，△U=W。9.（2023高考山東高中學(xué)業(yè)水平等級考試）一定質(zhì)量的理想氣體，初始溫度為，壓強為。經(jīng)等容過程，該氣體吸收的熱量后溫度上升；若經(jīng)等壓過程，需要吸收的熱量才能使氣體溫度上升。下列說法正確的是（）A.初始狀態(tài)下，氣體的體積為 B.等壓過程中，氣體對外做功 C.等壓過程中，氣體體積增加了原體積的 D.兩個過程中，氣體的內(nèi)能增加量都為【參考答案】AD【名師解析】令理想氣體的初始狀態(tài)的壓強，體積和溫度分別為，等容過程后為狀態(tài)二，等壓過程后為狀態(tài)三，由理想氣體狀態(tài)方程可得解得體積增加了原來的，C錯誤；等容過程中氣體做功為零，由熱力學(xué)第一定律兩個過程的初末溫度相同即內(nèi)能變化相同，因此內(nèi)能增加都為，D正確；等壓過程內(nèi)能增加了，吸收熱量為，由熱力學(xué)第一定律可知氣體對外做功為，即做功的大小為解得，A正確B錯誤。10．（8分）（2023年6月高考浙江選考科目）如圖所示，導(dǎo)熱良好的固定直立圓筒內(nèi)用面積，質(zhì)量的活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，活塞能無摩擦滑動。圓筒與溫度300K的熱源接觸，平衡時圓筒內(nèi)氣體處于狀態(tài)A，其體積。緩慢推動活塞使氣體達到狀態(tài)B，此時體積。固定活塞，升高熱源溫度，氣體達到狀態(tài)C，此時壓強。已知從狀態(tài)A到狀態(tài)C，氣體從外界吸收熱量；從狀態(tài)B到狀態(tài)C，氣體內(nèi)能增加；大氣壓。（1）氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B，其分子平均動能________（選填“增大”、“減小”或“不變”），圓筒內(nèi)壁單位面積受到的壓力________（選填“增大”、“減小”或“不變”）；（2）求氣體在狀態(tài)C的溫度Tc；（3）求氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B過程中外界對系統(tǒng)做的功W。【參考答案】（1）不變增大（2）Tc=346.5K（3）W=11J【名師解析】（1）氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B，做等溫壓縮變化，其氣體內(nèi)能不變，分子平均動能不變。體積減小，壓強增大，圓筒內(nèi)壁單位面積受到的壓力增大。（2）氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B，做等溫壓縮變化，由玻意耳定律，p0VA=pBVB，解得：pB=1.2p0=1.212×105Pa氣體從狀態(tài)B到狀態(tài)C，做等容變化，由查理定律=,TB=300K解得：TC=346.5K（3）由熱力學(xué)第一定律，△U=W+Q，解得W=11J。11.（2022天津?qū)W業(yè)水平選擇性考試）采用渦輪增壓技術(shù)可提高汽車發(fā)動機效率。將渦輪增壓簡化為以下兩個過程，一定質(zhì)量的理想氣體首先經(jīng)過絕熱過程被壓縮，然后經(jīng)過等壓過程回到初始溫度，則（）A.絕熱過程中，氣體分子平均動能增加 B.絕熱過程中，外界對氣體做負(fù)功C.等壓過程中，外界對氣體做正功 D.等壓過程中，氣體內(nèi)能不變【參考答案】AC【命題意圖】本題考查氣體實驗定律、熱力學(xué)第一定律及其相關(guān)知識點?！久麕熃馕觥恳欢ㄙ|(zhì)量的理想氣體經(jīng)過絕熱過程被壓縮，可知氣體體積減小，外界對氣體做正功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體內(nèi)能增加，則氣