备战高考物理高频考点解密专题16热学教学案Word下载.docx
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F斥，分子力表现为斥力。
③r>
r0时，F引>
F斥，分子力表现为引力
3．分子力与物体三态不同的宏观特征
（1）宏观现象的特征是大量分子间分子合力的表现，分子与分子间的相互作用力较小，但大量分子力的宏观表现合力却很大。
（2）当物体被拉伸时，物体要反抗被拉伸，表现出分子引力，而当物体被压缩时，物体又要反抗被压缩而表现出分子斥力。
（3）物体状态不同，分子力的宏观特征也不同，如固体、液体很难压缩是分子间斥力的表现；
气体分子间距比较大，除碰撞外，认为分子间引力和斥力均为零，气体难压缩是压强的表现。
二、热平衡与温度
1．温度
（1）宏观上
①温度的物理意义：
表示物体冷热程度的物理量。
②与热平衡的关系：
各自处于热平衡状态的两个系统，相互接触时，它们相互之间发生了热量的传递，热量从高温系统传递给低温系统，经过一段时间后两系统温度相同，达到一个新的平衡状态。
（2）微观上
①反映物体内分子热运动的剧烈程度，是大量分子热运动平均动能的标志。
②温度是大量分子热运动的集体表现，是含有统计意义的，对个别分子来说温度是没有意义的。
2．热平衡
（1）一切达到热平衡的物体都具有相同的温度。
（2）若物体与A处于热平衡，它同时也与B达到热平衡，则A的温度等于B的温度，这就是温度计用来测量温度的基本原理。
3．热平衡定律的意义
热平衡定律又叫热力学第零定律，为温度的测量提供了理论依据。
因为互为热平衡的物体具有相同的温度，所以比较各物体温度时，不需要将各个物体直接接触，只需将作为标准物体的温度计分别与各物体接触，即可比较温度的高低。
4．温度计和温标
（1）温度计
名称
原 理
水银温度计
根据水银的热膨胀的性质来测量温度
金属电阻温度计
根据金属铂的电阻随温度的变化来测量温度
气体温度计
根据气体压强随温度的变化来测量温度
热电偶温度计
根据不同导体因温差产生电动势的大小来测量温度
（2）温标：
定量描述温度的方法。
（3）摄氏温标：
一种常用的表示温度的方法，规定标准大气压下冰的熔点为0℃，水的沸点为100℃。
在0℃刻度与100℃刻度之间均匀分成100等份，每份算做1℃。
（4）热力学温标：
现代科学中常用的表示温度的方法，热力学温标也叫“绝对温标”。
（5）摄氏温度与热力学温度：
摄氏温度
摄氏温标表示的温度，用符号t表示，单位是摄氏度，符号为℃
热力学温度
热力学温标表示的温度，用符号T表示，单位是开尔文，符号为K
换算关系
T=t+273.15K
三、物体的内能
1．分子势能
分子势能是由分子间相对位置而决定的势能，它随着物体体积的变化而变化，与分子间距离的关系为：
（1）当r>
r0时，分子力表现为引力，随着r的增大，分子引力做负功，分子势能增大；
（2）当r<
r0时，分子力表现为斥力，随着r的减小，分子斥力做负功，分子势能增大；
（3）当r=r0时，分子势能最小，但不一定为零，可为负值，因为可选两分子相距无穷远时分子势能为零；
（4）分子势能曲线如图所示
要记住分子间作用力和分子势能的特点和规律，理解高中物理课本中分子间作用力与分子距离的关系.图为分子势能跟分子间距离的关系图，抓住关键点：
分子间距等于r0时分子势能最小。
2．内能的决定因素
（1）微观决定因素：
分子势能、分子的平均动能和分子个数。
（2）宏观决定因素：
物体的体积、物体的温度、物体所含物质的多少（即物质的量）。
3．解有关“内能”的题目，应把握以下几点：
（1）温度是分子平均动能的标志，而不是分子平均速率的标志，它与单个分子的动能及物体的动能无任何关系；
（2）内能是一种与分子热运动及分子间相互作用相关的能量形式，与物体宏观有序的运动状态无关，它取决于物质的量、温度、体积及物态。
判断分子势能变化的两种方法
方法一：
根据分子力做功判断：
分子力做正功，分子势能减小；
分子力做负功，分子势能增加。
方法二：
利用分子势能与分子间距离的关系图线判断。
如图所示
4．分析物体的内能问题应当明确以下几点
（1）内能是对物体的大量分子而言的，不存在某个分子内能的说法。
（2）决定内能大小的因素为温度、体积、分子数，还与物态有关系。
（3）通过做功或热传递可以改变物体的内能。
（4）温度是分子平均动能的标志，相同温度的任何物体，分子的平均动能相同。
（2018·
陕西省西安中学）如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲、乙两分子间作用力与距离关系的函数图象如图，现把乙分子从r3处由静止释放，则
A．乙分子从r3到r1一直加速
B．乙分子从r3到r2加速，从r2到r1减速
C．乙分子从r3到r1过程中，其加速度先变大后变小。
D．乙分子从r3到r1过程中，两分子间的分子势能一直减小
【参考答案】ACD
1．下列说法正确的是
A．物体温度降低，其分子热运动的平均动能增大
B．物体温度升高，其分子热运动的平均动能增大
C．物体温度降低，其内能一定增大
D．物体温度不变，其内能一定不变
【答案】B
考点2理想气体状态方程
1．理想气体状态方程：
（C为常量）。
2．利用气态方程解决问题的基本思路：
福建省漳州市）如图，U形管两端等高，左端封闭，右端与大气相通。
左管中A部分为真空，B部分封有理想气体。
图中L1=10cm，L2=40cm，L3=15cm，大气压强P0=75cmHg。
B气体的温度为T1=300K。
求：
（1）B气柱下方水银柱的高度L4；
（2）当气体B温度升高到T2=750K，则B部分气体的长度
？
【参考答案】
（1）35cm
（2）30cm
解得：
1．对一定质量的理想气体，以下状态变化中可以实现的是
A．降低温度时，压强不变，体积增大B．升高温度时，压强增大，体积减小
C．温度不变时，压强体积都增大
D．升高温度时，体积不变，压强减小
考点3气体实验定律的图象问题
1．等温变化图象：
过程
类别图线
特点
示例
等温过程
P–V
pV=CT（其中C为恒量），即pV之积越大的等温线温度越高，线离原点越远
P–
p=CT
，斜率k=CT，即斜率越大，温度越高
2．等容变化图象：
类别图线
等容过程
P–T
p=
T，斜率k=
，即斜率越大，体积越小
3．等圧変化图象：
等压过程
V－T
V=
，即斜率越大，压强越小
山东省枣庄市第八中学东校区）一定质量的理想气体从A状态变化到B状态再变化到C状态，其状态变化过程的p–V图象如图所示。
己知该气体在状态A时的温度为27℃，求：
（1）该气体在状态B和C时的温度；
（2）该气体从状态A经B再到C的全过程中是吸热还是放热?
传递的热量是多少。
（1）327º
C27º
C
（2）Q=–8×
102J，气体向外界放出热量
1．如图所示，一定质量的理想气体，经过图线A→B→C→A的状态变化过程，AB的延长线过O点，CA与纵轴平行。
由图线可知
A．A→B过程压强不变，气体对外做功
B．B→C过程压强增大，外界对气体做功
C．C→A过程压强不变，气体对外做功
D．C→A过程压强减小，外界对气体做功
考点4计算气体压强的常用方法
气体压强的计算问题，可以转化为力学问题进行处理。
具体如下：
参考液面法
（1）主要依据是液体静力学知识：
①静止（或匀速）液面下深h处的压强为
。
注意h是液体的竖直深度。
②若静止（或匀速）液面与外界大气接触，则液面下深h处的压强为，
为外界大气压强。
③帕斯卡定律：
加在密闭静止液体（或气体）上的压强能够大小不变地由液体（或气体）向各个方向传递。
④连通器原理：
在连通器中，同一种液体（中间液体不间断）的同一平面上时压强是相等的。
（2）计算压强的步骤：
①选取假想的一个液体薄片（不计自身重力）为研究对象；
②分析液片两侧受力情况，建立平衡方程，消去横截面积，得到薄片两侧的压强平衡方程；
③解方程，求得气体压强。
平衡条件法
对于用固体（或活塞）封闭静止容器内的气体，要求气体的压强，可对固体（或活塞）进行受力分析，然后根据平衡条件列式求解。
动力学法
当与气体相连的系统加速运动时，要求气体的压强，可以选择与气体相连的合适的研究对象（如活塞、气缸等），对其进行受力分析，然后根据牛顿第二定律列动力学方程进行求解。
在对系统进行分析时，可针对具体情况选用整体法或隔离法。
河南省驻马店市）如图所示，上细下粗的玻璃圆管，上端开口且足够长，下端封闭，细管部分的横载面积S1=lcm²
，粗管部分的横截面积S2=2cm²
用适量的水银在管内密封一定质量的理想气体，初始状态封闭气体的温度为
=57℃，封闭气柱的长度L=22cm，细管和粗管中水银柱的高度均为
=2cm。
大气压强恒为p0=76cmHg。
（绝对零度取–273℃）
（1）求t=57℃时管内气体压强（单位用cmHg表示）；
（2）对封闭气体缓慢加热，当租管中的水银刚好全部压入细管时管内气体压强（单位用cmHg表示）；
（3）当粗管中的水银刚好全部压入细管时，气体的温度开高到
为多少。
（1）
（2）（3）
【试题解析】
（1）由题意知
所以气体压强为
（2）设水银全部进入细管后，高度为
水银总体积不变，所以
1．如图所示，玻璃管A上端封闭，B上端开口且足够长，两管下端用橡皮管连接起来，A管上端被一段水银柱封闭了一段长为6cm的气体，外界大气压为75cmHg，左右两水银面高度差为5cm，温度为t1=27℃。
（1）保持温度不变，上下移动B管，使A管中气体长度变为5cm，稳定后的压强为多少？
（2）稳定后保持B不动，为了让A管中气体体积回复到6cm，则温度应变为多少？
【答案】
（1）96cmHg
（2）94.5º
C
【解析】
（1）设玻璃管的横截面积为S，气体做等温变化pA1=p0+ρghA=（75+5）cmHg=80cmHg
VA1=6SVA2=5S
pA1VA1=pA2VA2
pA2=96cmHg
（2）pA3=pA2+ρgh3=（96+2）cmHg=98cmHg
T3=367.5K
故t3=94.5º
考点5气缸类问题的解题技巧
气缸类问题是热学部分典型的综合问题，它需要考查气体、气缸或活塞等多个研究对象，涉及热学、力学乃至电学等物理知识，需要灵活地运用相关知识来解决问题。
1．解决气缸类问题的一般步骤
（1）弄清题意，确定研究对象。
一般地说，研究对象分为两类：
热烈学研究对象（一定质量的理想气体）；
力学研究对象（气缸、活塞或某系统）。
（2）分析清楚题目所述的物理过程，对热学研究对象分析清楚初、末状态及状态变化过程，依据气体定律列出方程；
对力学研究对象要正确地进行受力分析，依据力学规律列出方程。
（3）注意挖掘题目的隐含条件，如几何关系等，列出辅助方程。
（4）多个方程联立求解，对求解的结果注意检验它们的合理性。
2．气缸类问题的几种常见类型
（1）气体系统处于平衡状态。
需要综合应用气体定律和物体的平衡条件解题。
（2）气体系统处于非平衡状态。
需综合应用气体定律和牛顿第二定律解题。
（3）封闭气体的容器（如气缸、活塞、玻璃管等）与气体发生相互作用的过程中，如果满足守恒定律的适用条件，可根据相应的守恒定律解题。
（4）两个或多个气缸封闭着几部分气体，并且气缸之间相互关联的问题，解答时应分别研究各部分气体，找出它们各自遵循的规律，并写出相应的方程，还要写出各部分气体之间压强或体积的关系式，最后联立求解。
东北三省四市）用销钉固定的导热活塞将竖直放置的导热气缸分隔成A、B两部分，每部分都封闭有气体，此时A、B两部分气体压强之比为5︰3，上下两部分气体体积相等。
（外界温度保持不变，不计活塞和气缸间的摩擦，整个过程不漏气）。
（1）如图甲，若活塞为轻质活塞，拔去销钉后，待其重新稳定时B部分气体的体积与原来体积之比；
（2）如图乙，若活塞的质量为M，横截面积为S，拔去销钉并把气缸倒置，稳定后A、B两部分气体体积之比为1︰2，重力加速度为g，求后来B气体的压强。
（1）3:
4
（2）
1．如图所示，竖直放置的气缸内壁光滑，横截面积为S=10-3m2，活塞的质量为m=2kg，厚度不计。
在A、B两处设有限制装置，使活塞只能在A、B之间运动，B下方气缸的容积为1.0×
10-3m3，A、B之间的容积为2.0×
10-4m3，外界大气压强p0=1.0×
105Pa。
开始时活塞停在B处，缸内气体的压强为0.9p0，温度为27℃，现缓慢加热缸内气体，直至327℃。
（1）活塞刚离开B处时气体的温度t2；
（2）
缸内气体最后的压强；
（3）在图（乙）中画出整个过程中的p–V图线。
（1）127℃
（2）1.5×
105Pa（3）图线见解析图
1．（2018·
新课标全国II卷）对于实际的气体，下列说法正确的是
A．气体的内能包括气体分子的重力势能
B．气体的内能包括分子之间相互作用的势能
C．气体的内能包括气体整体运动的动能
D．气体体积变化时，其内能可能不变
E．气体的内能包括气体分子热运动的动能
【答案】BDE
【解析】气体的内能等于所有分子热运动动能和分子之间势能的总和，故AC错，BE对；
根据热力学第一定律知道，改变内能的方式有做功和热传递，所以体积发生变化时，内能可能不变，故D正确。
2．（2018·
新课标全国III卷）如图，一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p–V图中从a到b的直线所示。
在此过程中
A．气体温度一直降低
B．气体内能一直增加
C．气体一直对外做功
D．气体一直从外界吸热
E．气体吸收的热量一直全部用于对外做功
【答案】BCD
3．（2018·
新课标全国I卷）如图，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
4．（2017·
新课标全国Ⅱ卷）如图，用隔板将一绝热气缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。
现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个气缸。
待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。
假设整个系统不漏气。
下列说法正确的是
A．气体自发扩散前后内能相同
B．气体在被压缩的过程中内能增大
C．在自发扩散过程中，气体对外界做功
D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功
E．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变
【答案】ABD
【解析】气体向真空扩散过程中不对外做功，且又因为气缸绝热，可知气体自发扩散前后内能相同，A正确，C错误；
气体在被压缩的过程中活塞对气体做功，因气缸绝热，则气体内能增大，BD正确；
气体在被压缩的过程中，因气体内能增加，温度升高，气体分子的平均动能增加，E错误。
④
式中
V1=SH⑤
V2=S（H+h）⑥
联立③④⑤⑥式解得
⑦
从开始加热到活塞到达b处的过程中，汽缸中的气体对外做的功为
⑧
10．（2018·
新课标全国III卷）在两端封闭、粗细均匀的U形细玻璃管内有一股水银柱，水银柱的两端各封闭有一段空气。
当U形管两端竖直朝上时，左、右两边空气柱的长度分别为l1=18.0cm和l2=12.0cm，左边气体的压强为12.0cmHg。
现将U形管缓慢平放在水平桌面上，没有气体从管的一边通过水银逸入另一边。
求U形管平放时两边空气柱的长度。
在整个过程中，气体温度不变。
【答案】7.5cm
p1l1=pl1′②
p2l2=pl2′③
l1′–l1=l2–l2′④
由①②③④式和题给条件得
l1′=22.5cm⑤
l2′=7.5cm⑥
11．（2018·
新课标全国I卷）如图，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
时，将K关闭，活塞平衡时其下方气体的体积减小了
，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。
12．（2017·
新课标全国Ⅰ卷）如图，容积均为V的气缸A、B下端有细管（容积可忽略）连通，阀门K2位于细管的中部，A、B的顶部各有一阀门K1、K3；
B中有一可自由滑动的活塞（质量、体积均可忽略）。
初始时，三个阀门均打开，活塞在B的底部；
关闭K2、K3，通过K1给气缸充气，使A中气体的压强达到大气压p0的3倍后关闭K1。
已知室温为27℃，气缸导热。
（1）打开K2，求稳定时活塞上方气体的体积和压强；
（2）接着打开K3，求稳定时活塞的位置；
（3）再缓慢加热气缸内气体使其温度升高20℃，求此时活塞下方气体的压强。
（1）
2p0
（2）气缸B顶部（3）1.6p0
13．（2017·
新课标全国Ⅱ卷）一热气球体积为V，内部充有温度为Ta的热空气，气球外冷空气的温度为Tb。
已知空气在1个大气压、温度T0时的密度为ρ0，该气球内、外的气压始终都为1个大气压，重力加速度大小为g。
（1）求该热气球所受浮力的大小。
（2）求该热气球内空气所受的重力。
（3）设充气前热气球的质量为m0，求充气后它还能托起的最大质量。
（2）
（3）
14．（2017·
新课标全国Ⅲ卷）一种测量稀薄气体压强的仪器如图（a）所示，玻璃泡M的上端和下端分别连通两竖直玻璃细管K1和K2。
K1长为l，顶端封闭，K2上端与待测气体连通；
M下端经橡皮软管与充有水银的容器R连通。
开始测量时，M与K2相通；
逐渐提升R，直到K2中水银面与K1顶端等高，此时水银已进入K1，且K1中水银面比顶端低h，如图（b）所示。
设测量过程中温度、与K2相通的待测气体的压强均保持不变。
已知K1和K2的内径均为d，M的容积为V0，水银的密度为ρ，重力加速度大小为g。
（1）待测气体的压强；
（2）该仪器能够测量的最大压强。
（1）
（2）
15．（2016·
新课标全国Ⅰ卷）在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强，两压强差Δp与气泡半径r之间的关系为Δp=
，其中σ=0.070N/m。
现让水下10m处一半径为0.50cm的气泡缓慢上升。
已知大气压强p0=1.0×
105Pa，水的密度ρ=1.0×
103kg/m3，重力加速度大小g=10m/s2。
（1）求在水下10m处气泡内外的压强差。
（2）忽略水温随水深的变化，在气泡上升到十分接近水面时，求气泡的半径与其原来半径之比的近似值。
（1）28Pa
（2）1.26
（1）当气泡在水下h=10m处时，气泡内外压强差∆p1=
=28Pa
（2）气泡在水下10m处时，气泡内空气的压强p1=p0+ρgh+∆p1，气泡体积V1=
气泡到达水面附近时，气泡内空气的压强p2=p0+∆p2，气泡体积V2=
，且∆p2=
气泡上升过程中温度不变，根据玻意耳定律有p1V1=p2V2
联立可得
故r2>
r1，有∆p2<
∆p1=28Pa，∆p1和∆p2均远小于p0
则
16．（2016·
新课标全国Ⅱ卷）一氧气瓶的容积为0.08m3，开始时瓶中氧气的压强为20个大气压。
某实验室每天消耗1个大气压的氧气0.36m3。
当氧气瓶中的压强降低到2个大气压时，需重新充气。
若氧气的温度保持不变，求这瓶氧气重新充气前可供该实验室使用多少天。
【答案】4
升级会员 