2024屆高考物理二輪復(fù)習(xí)第13講熱學(xué)學(xué)案

這是一份2024屆高考物理二輪復(fù)習(xí)第13講熱學(xué)學(xué)案，共20頁。

命題分類剖析
命題點一 分子動理論 、 固體與液體的性質(zhì)
熱學(xué)基礎(chǔ)知識考查模型
[提醒] (1)球模型(適用于固體、液體)，立方體模型(適用于氣體)．
(2)晶體、非晶體的關(guān)鍵性區(qū)別為是否具有固定的熔點，只有單晶體才可能具有各向異性．

例 1 (多選)關(guān)于固體、液體和氣體，下列說法正確的是( )
A．高原地區(qū)煮飯會夾生，水的沸點較低，是因為高原地區(qū)溫度較低的緣故
B．晶體一定具有固定的熔點，但不一定具有規(guī)則的幾何外形
C．降低溫度能夠使氣體的飽和氣壓降低，從而使氣體液化
D．在一定溫度下，當人們感到潮濕時，水汽蒸發(fā)慢，空氣的相對濕度一定較小
例 2 [2023·浙江6月](多選)下列說法正確的是( )
A．熱量能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體
B．液體的表面張力方向總是跟液面相切
C．在不同的慣性參考系中，物理規(guī)律的形式是不同的
D．當波源與觀察者相互接近時，觀察者觀測到波的頻率大于波源振動的頻率
例 3 [2024·河南洛陽開學(xué)考試](多選)如圖所示的甲、乙兩幅圖像分別表示兩分子間的作用力、分子勢能與兩分子間距離的關(guān)系．假定兩個分子的距離為無窮遠時它們的分子勢能為0，下列說法正確的是( )
A．分子間距r＝r0表示平衡位置，此位置分子間的引力、斥力都等于0
B．當分子間距r＝r0時，分子力、分子勢能都達到最小值
C．當分子間距無限大時，分子勢能最小
D．當分子間距r>r0，隨著r的增大，F(xiàn)先增大后減小，Ep增大
提升訓(xùn)練
1. [2023·海南卷]如圖為兩分子靠近過程中的示意圖，r0為分子間平衡距離，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處的過程中分子勢能變大
C．分子勢能在r0處最小
D．分子間距離在小于r0且減小時，分子勢能在減小
2．[2023·北京卷]夜間由于氣溫降低，汽車輪胎內(nèi)的氣體壓強變低．與白天相比，夜間輪胎內(nèi)的氣體( )
A．分子的平均動能更小
B．單位體積內(nèi)分子的個數(shù)更少
C．所有分子的運動速率都更小
D．分子對輪胎內(nèi)壁單位面積的平均作用力更大
3．[2023·廣西統(tǒng)考二模](多選)圖甲是三顆微粒做布朗運動的位置連線圖，圖乙是氧氣分子速率分布圖，圖丙是靜止在水面上的硬幣，圖丁是農(nóng)田耕種前鋤松土壤，下列說法正確的是( )
A．甲圖中，微粒越小，布朗運動越明顯
B．乙圖中，溫度升高，所有氧分子的速率都增大
C．丙圖中，硬幣能浮在水面上，主要是因為水的浮力
D．丁圖中，鋤松土壤會破壞土層表面的毛細管，保持土壤水分
命題點二 氣體實驗定律的應(yīng)用
1．壓強的計算
(1)被活塞或汽缸封閉的氣體，通常分析活塞或汽缸的受力，應(yīng)用平衡條件或牛頓第二定律求解，壓強單位為Pa.
(2)水銀柱密封的氣體，應(yīng)用p＝p0＋ph或p＝p0－ph計算壓強，壓強p的單位為cmHg或mmHg.
2．合理選取氣體變化所遵循的規(guī)律列方程
(1)若氣體質(zhì)量一定，p、V、T中有一個量不發(fā)生變化，則選用對應(yīng)的氣體實驗定律列方程求解．
(2)若氣體質(zhì)量一定，p、V、T均發(fā)生變化，則選用理想氣體狀態(tài)方程列式求解．
3．關(guān)聯(lián)氣體問題
解決由活塞、液柱相聯(lián)系的兩部分氣體問題時，根據(jù)兩部分氣體壓強、體積的關(guān)系，列出關(guān)聯(lián)關(guān)系式，再結(jié)合氣體實驗定律或理想氣體狀態(tài)方程求解．
考向1 “汽缸活塞”類問題
例 1 [2023·新課標卷](多選)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．現(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
考向2 “液柱”類問題
例 2 [2023·全國乙卷]
如圖，豎直放置的封閉玻璃管由管徑不同、長度均為20 cm的A、B兩段細管組成，A管的內(nèi)徑是B管的2倍，B管在上方．管內(nèi)空氣被一段水銀柱隔開，水銀柱在兩管中的長度均為10 cm.現(xiàn)將玻璃管倒置使A管在上方，平衡后，A管內(nèi)的空氣柱長度改變1 cm.求B管在上方時，玻璃管內(nèi)兩部分氣體的壓強．(氣體溫度保持不變，以cmHg為壓強單位)
考向3 變質(zhì)量問題
例 3 [2023·湖南卷]汽車剎車助力裝置能有效為駕駛員踩剎車省力．如圖，剎車助力裝置可簡化為助力氣室和抽氣氣室等部分構(gòu)成，連桿AB與助力活塞固定為一體，駕駛員踩剎車時，在連桿AB上施加水平力推動液壓泵實現(xiàn)剎車．助力氣室與抽氣氣室用細管連接，通過抽氣降低助力氣室壓強，利用大氣壓與助力氣室的壓強差實現(xiàn)剎車助力．每次抽氣時，K1打開，K2閉合，抽氣活塞在外力作用下從抽氣氣室最下端向上運動，助力氣室中的氣體充滿抽氣氣室，達到兩氣室壓強相等；然后，K1閉合，K2打開，抽氣活塞向下運動，抽氣氣室中的全部氣體從K2排出，完成一次抽氣過程．已知助力氣室容積為V0，初始壓強等于外部大氣壓強p0，助力活塞橫截面積為S，抽氣氣室的容積為V1.假設(shè)抽氣過程中，助力活塞保持不動，氣體可視為理想氣體，溫度保持不變．
(1)求第1次抽氣之后助力氣室內(nèi)的壓強p1；
(2)第n次抽氣后，求該剎車助力裝置為駕駛員省力的大小ΔF.
考向4 氣體狀態(tài)圖像問題
例 4 [2023·上海卷]
一定質(zhì)量的理想氣體，經(jīng)歷如圖過程，其中ab、cd分別為雙曲線的一部分．下列對a、b、c、d四點溫度大小比較正確的是( )
A．Ta>Tb B．Tb>Tc
C．Tc>Td D．Td>Ta
提升訓(xùn)練
1.[2023·海南卷]
如圖所示，某飲料瓶內(nèi)密封一定質(zhì)量的理想氣體，t＝27 ℃時，壓強p＝1.050×105 Pa，則
(1)t′＝37 ℃時，氣壓是多大？
(2)保持溫度不變，擠壓氣體，使之壓強與(1)相同時，氣體體積變?yōu)樵瓉淼亩嗌俦叮?br>2．[2023·山東省齊魯名校三模]汽車胎壓是指汽車輪胎內(nèi)部的氣壓，是汽車行車安全及動力性能的一個重要指標．如圖所示，是一輛家用轎車在一次出行過程中儀表盤上顯示的兩次胎壓值，其中圖(a)表示剛出發(fā)時的顯示值，圖(b)表示到達目的地時的顯示值，出發(fā)前胎內(nèi)溫度與環(huán)境溫度相同．(1 bar可近似等于1個標準大氣壓，車胎內(nèi)氣體可視為理想氣體且忽略體積變化)轎車儀表盤胎壓實時監(jiān)測．
(1)此次出行過程中轎車的左前輪胎內(nèi)氣體溫度升高了多少攝氏度；
(2)如果出發(fā)時就使輪胎氣壓恢復(fù)到正常胎壓2.5 bar，需要充入一定量的同種氣體，求左前輪胎內(nèi)充入氣體質(zhì)量和該車胎內(nèi)原有氣體質(zhì)量之比(忽略充氣過程中輪胎體積和溫度的變化)．
3．[2023·湖北卷]如圖所示，豎直放置在水平桌面上的左右兩汽缸粗細均勻，內(nèi)壁光滑，橫截面積分別為S、2S，由體積可忽略的細管在底部連通．兩汽缸中各有一輕質(zhì)活塞將一定質(zhì)量的理想氣體封閉，左側(cè)汽缸底部與活塞用輕質(zhì)細彈簧相連．初始時，兩汽缸內(nèi)封閉氣柱的高度均為H，彈簧長度恰好為原長．現(xiàn)往右側(cè)活塞上表面緩慢添加一定質(zhì)量的沙子，直至右側(cè)活塞下降13H，左側(cè)活塞上升12H.已知大氣壓強為 p0，重力加速度大小為g，汽缸足夠長，汽缸內(nèi)氣體溫度始終不變，彈簧始終在彈性限度內(nèi)．求
(1)最終汽缸內(nèi)氣體的壓強．
(2)彈簧的勁度系數(shù)和添加的沙子質(zhì)量．
命題點三 熱力學(xué)定律的理解及應(yīng)用
1．理想氣體相關(guān)三量ΔU、W、Q的分析思路
(1)內(nèi)能變化量ΔU
①由氣體溫度變化分析ΔU：溫度升高，內(nèi)能增加，ΔU>0；溫度降低，內(nèi)能減少，ΔU0，吸熱；Qr0，隨著分子間距離r的增大，F(xiàn)先增大后減小，分子力做負功，分子勢能Ep一直增大，故D正確．
答案：BD
[提升訓(xùn)練]
1．解析：分子間距離大于r0時，分子間表現(xiàn)為引力，A錯；分子從無限遠靠近到距離為r0的過程，分子力表現(xiàn)為引力，分子力做正功，分子勢能變小，B錯；分子間距離從r0減小的過程，分子力表現(xiàn)為斥力，分子力做負功，分子勢能變大，結(jié)合B項分析可知，分子勢能在r0處最小，C對，D錯．
答案：C
2．解析：夜間氣溫低，分子的平均動能更小，但不是所有分子的運動速率都更小，故A正確、C錯誤；由于汽車輪胎內(nèi)的氣體壓強變低，輪胎會略微被壓癟，則單位體積內(nèi)分子的個數(shù)更多，分子對輪胎內(nèi)壁單位面積的平均作用力更小，BD錯誤．故選A.
答案：A
3．解析：甲圖中，微粒越小，布朗運動越明顯，故A正確；乙圖中，溫度升高，氧分子的平均速率增大，但不是每一個分子速率都增大，故B錯誤；丙圖中，硬幣浮在水面上，主要是因為水的表面張力，故C錯誤；丁圖中，耕種前鋤松土壤，會破壞土層表面的毛細管，消除土層表面的毛細現(xiàn)象，保持土壤水分，故D正確．
答案：AD
命題點二
[例1] 解析：當電阻絲對f中的氣體緩慢加熱時，f中的氣體內(nèi)能增大，溫度升高，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可知f中的氣體壓強增大，會緩慢推動左邊活塞，則彈簧被壓縮．與此同時彈簧對右邊活塞有彈力作用，緩慢向右推動右邊活塞，故活塞對h中的氣體做正功，且是絕熱過程，由熱力學(xué)第一定律可知，h中的氣體內(nèi)能增加，A正確；未加熱前，三部分中氣體的溫度、體積、壓強均相等，當系統(tǒng)穩(wěn)定時，活塞受力平衡，可知彈簧處于壓縮狀態(tài)，對左邊活塞分析pfS＝F彈＋pgS，則pf>pg，分別對f、g內(nèi)的氣體分析，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有p0V0T0＝pfVfTf，p0V0T0＝pgVgTg，由題意可知，因彈簧被壓縮，則Vf>Vg，聯(lián)立可得Tf>Tg，B錯誤；對彈簧、活塞及g中的氣體組成的系統(tǒng)分析，根據(jù)平衡條件可知，f與h中的氣體壓強相等，D正確．在達到穩(wěn)定過程中h中的氣體體積變小，f中的氣體體積變大，即Vf＞Vh.根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程對h氣體分析可知p0V0T0＝phVhTh聯(lián)立可得Tf>Th，C錯誤；故選AD.
答案：AD
[例2] 解析：B管在上方，設(shè)B管中氣體的壓強為pB，長度lB＝10 cm
則A管中氣體的壓強為pA＝pB＋20 cmHg，長度lA＝10 cm
倒置后，A管在上方，設(shè)A管中氣體的壓強為p′A，A管內(nèi)空氣柱長度l′A＝11 cm
已知A管的內(nèi)徑是B管的2倍，則水銀柱長度為h＝9 cm＋14 cm＝23 cm
則B管中氣體壓強為p′B＝p′A＋23 cmHg
B管內(nèi)空氣柱長度l′B＝40 cm－11 cm－23 cm＝6 cm
對A管中氣體，由玻意耳定律有pAlA＝p′Al′A
對B管中氣體，由玻意耳定律有pBlB＝p′Bl′B
聯(lián)立解得pB＝54.36 cmHg
pA＝pB＋20 cmHg＝74.36 cmHg
答案：54.36 cmHg 74.36 cmHg
[例3] 解析：(1)以助力氣室內(nèi)的氣體為研究對象，則初態(tài)壓強p0，體積V0，第一次抽氣后，氣體體積V＝V0＋V1
根據(jù)玻意耳定律p0V0＝p1V
解得p1＝p0V0V0+V1
(2)同理第二次抽氣p1V0＝p2V
解得p2＝p1V0V0+V1＝(V0V0+V1)2p0
以此類推……
則當n次抽氣后助力氣室內(nèi)的氣體壓強pn＝(V0V0+V1)np0
則剎車助力系統(tǒng)為駕駛員省力大小為ΔF＝(p0－pn)S＝[1－(V0V0+V1)n]p0S
答案：(1)p0V0V0+V1 (2)[1－(V0V0+V1)n]p0S
[例4] 解析：p-V圖像中，由pVT＝C得：p＝TC·1V， ab、cd分別為雙曲線的一部分，是等溫線，故Ta＝Tb，A錯誤；
b－c，等容變化，由pbTb＝pcTc可知，壓強減小，溫度降低， Tb>Tc，B正確；
dc為等溫線，故Tc＝Td，C錯誤；
d－a，等容變化，等容升溫增壓，Td