届高考物理二轮复习板块一专题突破复习专题七热学学案.docx
《届高考物理二轮复习板块一专题突破复习专题七热学学案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《届高考物理二轮复习板块一专题突破复习专题七热学学案.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
届高考物理二轮复习板块一专题突破复习专题七热学学案
专题七热学
[知识建构]
[高考调研]
1.考查方向：
高考对本部分内容考查的重点和热点：
①分子大小的估算．②对分子动理论内容的理解．③气体实验定律的理解和计算．④固、液、气三态的特点和理解．⑤热力学定律的理解和简单计算．⑥用油膜法估测分子大小等内容．
2.常用的思想方法：
①测分子直径的方法．②估算微观量的方法．③理想模型法．
[答案]
（1）布朗运动与热运动异同点对比
（2）对物体内能的理解
①物体的体积越大，分子势能不一定越大，如0℃的水结成0℃的冰后体积变大，但分子势能却减小了．
②理想气体分子间相互作用力为零，故分子势能忽略不计，一定质量的理想气体的内能只与温度有关．
③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．
（3）热力学第一定律应用思路与技巧
应注意符号法则：
“＋”表示外界对物体或流向物体；“－”表示物体对外界或流向外界．
ΔU＝Q＋W的三种特殊情况：
①若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加．
②若过程是等容的，即W＝0，Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加．
③若过程是等温的，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量．
（4）①一定质量的理想气体，p、T、V三者的关系是：
＝C，C是一个定值．
②气体实验定律可看成理想气体状态方程的特例．
当m不变，T1＝T2时，p1V1＝p2V2——玻意耳定律．
当m不变，V1＝V2时，
＝
——查理定律．
当m不变，p1＝p2时，
＝
——盖—吕萨克定律．
考向一 分子动理论、固体和液体
[归纳提炼]
1．分子热运动的实验基础：
扩散现象和布朗运动．
（1）扩散现象特点：
温度越高，扩散越快．
（2）布朗运动特点：
液体内固体小颗粒永不停息、无规则的运动，颗粒越小、温度越高，运动越剧烈．
（3）分子间的相互作用力和分子势能
①分子力：
分子间引力与斥力的合力．分子间距离增大，引力和斥力均减小；分子间距离减小，引力和斥力均增大，但斥力总比引力变化得快．
②分子势能：
分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增大；当分子间距为r0（分子间的距离为r0时，分子间作用的合力为0）时，分子势能最小．
2．固体和液体
（1）晶体和非晶体的分子结构不同，表现出的物理性质不同．晶体具有确定的熔点．单晶体表现出各向异性，多晶体和非晶体表现出各向同性．晶体和非晶体在适当的条件下可以相互转化．
（2）液晶是一种特殊的物质状态，所处的状态介于固态和液态之间．液晶具有流动性，在光学、电学物理性质上表现出各向异性．
（3）液体的表面张力使液体表面具有收缩到最小的趋势，表面张力的方向跟液面相切．
[熟练强化]
1．（2017·北京卷）以下关于热运动的说法正确的是（ ）
A．水流速度越大，水分子的热运动越剧烈
B．水凝结成冰后，水分子的热运动停止
C．水的温度越高，水分子的热运动越剧烈
D．水的温度升高，每一个水分子的运动速率都会增大
[解析] 本题考查分子动理论．温度是分子热运动平均动能的标志，故温度越高，分子热运动越剧烈．分子热运动的剧烈程度与机械运动速度大小无关，故选项A错C对；水凝结成冰后，分子热运动依然存在，B项错误；温度升高，分子运动的平均速率增大，但不是每个分子的运动速率都会增大，D项错误．
[答案] C
2．（多选）（2017·山西五校四联）下列说法正确的是（ ）
A．具有各向异性的固体一定是晶体
B．悬浮在液体中的小颗粒越大，布朗运动越剧烈
C．露珠呈球状是由于液体表面张力的作用
D．两个分子间的引力和斥力均随分子间距的增大而减小，但斥力比引力减小得更快
E．把两块纯净的铅压紧，它们会“粘”在一起，说明分子间只存在分子引力
[解析] 小颗粒越大，在某一瞬间液体分子对它的撞击次数越多，各个方向的撞击作用更接近平衡，布朗运动越不明显，B项错误．把两块纯净的铅压紧，它们会“粘”在一起，说明分子间存在引力，不能说明“只”存在引力，E项错误．
[答案] ACD
3．（多选）对于分子动理论和物体内能的理解，下列说法正确的是（ ）
A．温度高的物体内能不一定大，但分子平均动能一定大
B．外界对物体做功，物体内能一定增加
C．温度越高，布朗运动越显著
D．当分子间的距离增大时，分子间作用力就一直减小
E．当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的减小而增大
[解析] 温度高的物体分子平均动能一定大，但是内能不一定大，选项A正确；外界对物体做功，若物体同时向外散热，物体内能不一定增加，选项B错误；温度越高，液体分子运动越剧烈，布朗运动越显著，选项C正确；当分子间的距离增大时，分子间作用力可能先增大后减小，选项D错误；当分子间作用力表现为斥力时，分子间距离减小，分子力做负功，分子势能增大，选项E正确．
[答案] ACE
4．（多选）（2016·河南六校联考）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
[解析] 由分子动理论的知识，当两个
分子相互靠近，直至不能靠近的过程中，分子力先是表现为引力且先增大后减小，之后表现为分子斥力，一直增大，所以选项A错误；分子引力先做正功，然后分子斥力做负功，分子势能先减小再增大，分子动能先增大后减小，所以选项B、C正确，D错误；因为只有分子力做功，所以分子势能和分子动能的总和保持不变，选项E正确．
[答案] BCE
判断分子势能变化的两种方法
方法一：
利用分子力做功判断．
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Ep与分子间距离r的关系图线判断．如右图所示．
但要注意此图线和分子力与分子间距离的关系图线形状虽然相似，但意义不同，不要混淆．
考向二 对热力学定律的理解
[归纳提炼]
1．热力学第一定律反映功、热量与内能改变量之间的定量关系：
ΔU＝W＋Q，使用时注意符号法则（简记为：
外界对系统取正，系统对外取负）．对理想气体，ΔU仅由温度决定，W仅由体积决定，绝热情况下，Q＝0.
2．热力学第二定律指明了哪些过程可能发生，哪些过程不可能发生，如：
第二类永动机不可能实现、热现象中的能量耗散是不可避免的，揭示了自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性，一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行的．
[熟练强化]
1．（2015·北京卷）下列说法正确的是（ ）
A．物体放出热量，其内能一定减小
B．物体对外做功，其内能一定减小
C．物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加
D．物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变
[解析] 本题考查热力学第一定律，意在考查学生的理解能力．由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，若物体放出热量，但外界对物体做正功，则ΔU不一定为负值，即内能不一定减少，故A项错误；同理可分析出，B项和D项错误，C项正确．
[答案] C
2．如图所示，一定质量的理想气体由状态a沿abc变化到状态c，吸收了340J的热量，并对外做功120J．若该气体由状态a沿adc变化到状态c时，对外做功40J，则这一过程中气体________（填“吸收”或“放出”）________J热量．
[解析] 由热力学第一定律可得，该气体由状态a沿abc变化到状态c的过程中内能的变化量ΔU＝W＋Q＝－120J＋340J＝220J，因此该气体由状态a沿adc变化到状态c时，Q1＝ΔU－W1＝220J－（－40J）＝260J，显然此过程中气体从外界吸收热量．
[答案] 吸收 260
3．（2015·重庆卷）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
[解析] 本题主要考查热力学第一定律和分子动理论，意在考查学生对物理规律的理解能力和联系实际的能力．以胎内气体作为研究对象，由于气体温度升高，内能增大，体积增大，胎内气体对外做功，所以D项正确．
[答案] D
4．（2017·河北名校联盟）关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是（ ）
A．第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律
B．第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律
C．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能
D．由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的
[解析] 第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机违反热力学第二定律，A、B错误；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于0，C错误；由热力学第二定律可知D中现象是可能的，但会引起其他变化，D正确．
[答案] D
1有关热力学第一定律的几种特殊情况.
①若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加；
②若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加；
③若过程的始、末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量.
2理想气体内能变化参考温度变化，做功情况参考体积变化气体做功W＝pΔV.
考向三 气体实验定律和理想气体状态方程
[归纳提炼]
1．理想气体是指严格遵守气体实验定律的气体
（1）理想气体是一种经科学地抽象而建立的理想化模型，实际上不存在．理想气体分子之间不存在相互作用力，分子间没有分子势能，气体的内能只与温度有关．
（2）实际气体特别是那些不易液化的气体在压强不太大、温度不太低时都可当作理想气体来处理．
2．气体的三个实验定律都是理想气体状态方程的特例
理想气体状态方程
＝
（1）当T1＝T2时，p1V1＝p2V2（玻意耳定律）
（2）当V1＝V2时，
＝
（查理定律）
（3）当p1＝p2时，
＝
（盖—吕萨克定律）
（2017·全国卷Ⅰ）如图，容积均为V的汽缸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给汽缸充气，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℃，汽缸导热.
（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）再缓慢加热汽缸内气体使其温度升高20℃，求此时活塞下方气体的压强．
[思路点拨] 此题有两个研究对象、多个过程，求解时要注意两方面的问题：
①要把两部分气体分开看待，分别对每一部分气体分析出初、末状态的（p、V、T）情况，分别应用相应的定律列出相应的方程，切不可盲目地将两部分气体视为两种状态；②要找出两部分气体之间的联系，如总体积不变，借助活塞（或液柱）平衡分析压强，容器壁绝热还是导热等，利用这些关系，寻找联系的桥梁．可列表如下
[解析]
（1）设打开K2后，稳定时活塞上方气体的压强为p1，体积为V1.依题意，被活塞分开的两部分气体都经历等温过程．由玻意耳定律得
p0V＝p1V1①
（3p0）V＝p1（2V－V1）②
联立①②式得
V1＝
③
p1＝2p0④
（2）打开K3后，由④式知，活塞必定上升．设在活塞下方气体与A中气体的体积之和为V2（V2≤2V）时，活塞下气体压强为p2.由玻意耳定律得
（3p0）V＝p2V2⑤
由⑤式得
p2＝
p0⑥
由⑥式知，打开K3后活塞上升直到B的顶部为止；此时p2为p2′＝
p0.
（3）设加热后活塞下方气体的压强为p3，气体温度从T1＝300K升高到T2＝320K的等容过程中，由查理定律得
＝
⑦
将有关数据代入⑦式得
p3＝1.6p0⑧
[答案]
（1）
2p0
（2）B的顶部 （3）1.6p0
图表法是解决多对象、多过程问题最直观的方法，能有效避免用规律代公式时张冠李戴，有两个优势：
1不同研究对象通过桥梁可以找到状态参量之间的联系；2同一研究对象质量不变时，它的状态变化才能用气体实验定律列方程.做题时不一定列这么规范的表格，但一定要有表格中呈现的完整的思维活动.
应用气体实验定律和理想气体状态方程解决问题时应注意的问题：
1分析确定所选研究对象状态变化前后的状态参量.
2分析液柱或活塞受力，利用平衡条件或牛顿第二定律确定压强关系.
3气体体积变化与气体压强变化的关系.
4构建物理模型：
对于理想气体，可以直接根据温度的变化来确定内能的变化.吸、放热不能直接确定时，则要放在最后，根据热力学第一定律来确定.必须指出的是，一般来说系统对外界做功，系统体积膨胀；外界对系统做功，系统体积则被压缩.但在某些特定条件下，例如气体自由膨胀外界为真空时，气体就没有克服外力做功.另外，在判断内能变化时，还必须结合物态变化以及能的转化与守恒来进行.
[熟练强化]
1．（2017·全国卷Ⅲ）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.求：
（1）待测气体的压强；
（2）该仪器能够测量的最大压强．
[解析]
（1）水银面上升至M的下端使玻璃泡中气体恰好被封住，设此时被封闭的气体的体积为V，压强等于待测气体的压强p.提升R，直到K2中水银面与K1顶端等高时，K1中水银面比顶端低h；设此时封闭气体的压强为p1，体积为V1，则
V＝V0＋
πd2l①
V1＝
πd2h②
由力学平衡条件得
p1＝p＋ρgh③
整个过程为等温过程，由玻意耳定律得
pV＝p1V1④
联立①②③④式得
p＝
⑤
（2）由题意知
h≤l⑥
联立⑤⑥式有
p≤
⑦
该仪器能够测量的最大压强为
pmax＝
⑧
[答案]
（1）
（2）
2．（2017·全国卷Ⅱ）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．
[解析]
（1）设1个大气压下质量为m的空气在温度为T0时的体积为V0，密度为
ρ0＝
①
在温度为T时的体积为VT，密度为
ρ（T）＝
②
由盖－吕萨克定律得
＝
③
联立①②③式得
ρ（T）＝ρ0
④
气球所受到的浮力为
f＝ρ（Tb）gV⑤
联立④⑤式得
f＝Vgρ0
⑥
（2）气球内热空气所受的重力为
G＝ρ（Ta）Vg⑦
联立④⑦式得
G＝Vgρ0
⑧
（3）设该气球还能托起的最大质量为m，由力的平衡条件得
mg＝f－G－m0g⑨
联立⑥⑧⑨式得
m＝Vρ0T0
－m0⑩
[答案]
（1）Vgρ0
（2）Vgρ0
（3）Vρ0T0
－m0
高考题型预测——气体实验定律与热力学第一定律的组合
[考点归纳]
1．气体实验定律
2．热力学第一定律公式ΔU＝Q＋W符号的规定
[典题示例]
（2017·江西六校联考）我国“蛟龙”号深海探测船载人下潜超过七千米，再创载人深潜新纪录．在某次深潜实验中，“蛟龙”号探测到990m深处的海水温度为280K．某同学利用该数据来研究气体状态随海水深度的变化．如图所示，导热良好的汽缸内封闭一定质量的气体，不计活塞的质量和摩擦，汽缸所处海平面的温度T0＝300K，压强p0＝1atm，封闭气体的体积V0＝3m3.如果将该汽缸下潜至990m深处，此过程中封闭气体可视为理想气体．
（1）求990m深处封闭气体的体积（1atm相当于10m深的海水产生的压强）．
（2）下潜过程中封闭气体________（填“吸热”或“放热”），传递的热量________（填“大于”或“小于”）外界对气体所做的功．
[审题指导]
第一步 读题干—提信息
题干
信息
1）导热良好
说明气体温度与海水温度一致
2）封闭一定质量的气体
说明不漏气，质量不变
3）可视为理想气体
说明可用状态方程求解
第二步 审程序—顺思路
[解析]
（1）当汽缸下潜至990m时，设封闭气体的压强为p，温度为T，体积为V，由题意可知
p＝100atm①
根据理想气体状态方程得
＝
②
代入数据得
V＝2.8×10－2m3
（2）下潜过程中，封闭理想气体温度降低，内能减少，体积减少，外界对气体做功，由热力学第一定律可知下潜过程中封闭气体放热，由能量守恒定律可知传递的热量大于外界对气体所做的功．
[答案]
（1）2.8×10－2m3
（2）放热 大于
气体实验定律的解题方法
（1）选对象
根据题意，选出所研究的那一部分气体，这部分气体在状态变化过程中，其质量必须保持一定．
（2）找参量
找出作为研究对象的这部分气体发生状态变化前后的一组p、V、T数值或表达式．压强的确定往往是个关键，常需结合力学知识（如力的平衡条件或牛顿运动定律）才能写出表达式．
（3）认过程
过程表示两个状态之间的一种变化方式，除题中条件已直接指明外，在许多情况下，往往需要通过对研究对象跟周围环境的相互关系的分析才能确定.认清变化过程是正确选用物理规律的前提.
4列方程,根据研究对象状态变化的具体方式，选用气体状态方程或某一实验定律，代入具体数值，求出结果，最后分析讨论所得结果的合理性及其物理意义.
[预测题组]
如图，一质量和厚度均可忽略的活塞将气体密封在足够高的导热气缸内，系统静止时缸内的气体温度、压强分别与外界温度T0、外界压强p0相等，活塞与气缸底部高度差为h.现对气缸底部缓慢加热，活塞缓慢上升．已知气体吸收的热量Q与温度差ΔT的关系为Q＝kΔT（其中k为常量，且k>0），活塞的面积为S，不计一切摩擦，求：
（1）当活塞在缸内上升到离缸底高度为3h时缸内气体的温度T；
（2）在活塞从离缸底高度为h上升到高度为3h的过程中，缸内气体增加的内能ΔU.
[解析]
（1）活塞在缸内上升的过程，缸内气体的压强恒为p0，发生等压变化，则由盖—吕萨克定律得
＝
得T＝3T0
（2）在活塞上升过程中，气体对活塞做的功W＝p0S（3h－h）
在这一过程中，气体吸收的热量Q＝k（T－T0）
由热力学第一定律得，缸内气体增加的内能ΔU＝Q－W
由以上各式得ΔU＝2kT0－2p0Sh
[答案]
（1）3T0
（2）2kT0－2p0Sh
升级会员 