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2019届高考物理二轮复习专题10热学学案

10 热学

本专题全国卷的命题形式都是一大一小组成的,小题是以选择题的形式,分值为5分(或6分),主要考查分子动理论、内能、热力学定律、固体、液体、气体等方面的基本知识;大题以计算题的形式,分值为10分(或9分),主要考查对气体实验定律和理想气体状态方程的理解。

高频考点:分子大小的估算;对分子动理论内容的理解;物态变化中的能量问题;气体实验定律的理解和简单计算;固、液、气三态的微观解释和理解;热力学定律的理解和简单计算;用油膜法估测分子大小。

一.物质是由大量分子组成 *计算分子质量:A

mol A mol N V N M m ρ

=

=

计算分子的体积:A mol A mol N M N V v ρ== 分子(或其所占空间)直径:球体模型 36π

V

d =,立方体模型 3V d =

分子直径数量级10

-10

m 。

二.分子永不停息地做无规则热运动 布朗运动是分子无规则热运动的反映。 三.分子间存在着相互作用力 分子间引力和斥力都随距离的增大而减小。 四.物体的内能

1.分子动能:温度是分子平均动能大小的标志.

分子势能 :与体积有关 r=r 0时分子势能最小 分子力做正功分子势能减小。

物体的内能:所有分子的动能和势能的总和。(理想气体不计分子势能)

2.改变物体的内能 做功和热传递在改变内能上是等效的,但本质有区别。 Q W E ±±=?

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1.(2018年普通高等学校招生全国统一考试)如图,一定量的理想气体,由状态a 等压变化到状态b ,再从b 等容变化到状态c 。a 、c 两状态温度相等。下列说法正确的是。_______。(填入正确答案标号。选对1个得2分,选对2个得4分:有选错的得0分)

A .从状态b 到状态c 的过程中气体吸热

B .气体在状态a 的内能等于在状态c 的内能

C .气体在状态b 的温度小于在状态a 的温度

D .从状态a 到状态b 的过程中气体对外做正功

活塞,A中气体体积为2.5×10-4m3,温度为27℃,压强为6.0×104Pa;B中气体体积为4.0×10-4m3,温度为-17℃,压强为2.0×104Pa。现将A中气体的温度降至-17℃,然后拔掉销钉,并保持A、B中气体温度不变,求稳定后A和B中气体的压强。

1.(全国II卷)如图,一竖直放置的气缸上端开口,气缸壁内有卡口a和b,a、b间距为h,a距缸底的高度为H;活塞只能在a、b间移动,其下方密封有一定质量的理想气体。已知活塞质量为m,面积为S,厚度可忽略;活塞和汽缸壁均绝热,不计他们之间的摩擦。开始时活塞处于静止状态,上、下方气体压强均为p0,温度均为T0。现用电热丝缓慢加热气缸中的气体,直至活塞刚好到达b处。求此时气缸内气体的温度以及在此过程中气体对外所做的功。重力加速度大小为g。

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1.如图所示,开口向上、放在地面上的气缸内用活塞封闭一定质量的气体,活塞的质量为m,横截面的面积为S。一质量为2m的物块放在缸底,用细线(不可伸长)与活塞相连接且细线刚好拉直,这时缸内气体的温度为T0,大气压强为P0,不计活塞与缸壁间的摩擦,现对缸内气体缓慢加热,重力加速度为g。

(i)当缸底物块对缸底的压力刚好为零时,缸内气体温度T1为多大?

(ⅱ)当缸内气体体积为原来的1.2倍时,缸内气体温度是多少?若此时细线断了,细线断开的一瞬问,活塞的加速度多大?

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端口的距离为h2=20cm,水银柱下端封闭了一段长度为L=30m的理想气体。此时管中气体温度为t=27℃,当地大气压强p0为75cmHg,水银密度为p=13.6×103kg/m3,整个气缸均是绝热的。水银柱的下端粘有一薄层轻质绝热材料。在气体中有一段金属丝(图中未画出)和外界组成电路,可以通过给金属丝通电来加热气体,重力加速度g=10m/s2

(i)若给管中封闭的气体缓缓加热,气体吸收热量Q=188J后温度为127℃,求此过程中气体内能的变化?

(ⅱ)若管中封闭的气体缓缓加热到477℃稳定下来,求系统静止后封闭气体的体积?

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3.如图所示,水平地面上放置一个内壁光滑的绝热汽缸,气缸开口朝上,缸内通过轻质活塞封闭一部分气体。初态时气体压强为一个大气压、温度为27℃,活塞到汽缸底部距离为30cm。现对缸内气体缓慢加热到427℃,缸内气体膨胀而使活塞缓慢上移,这一过程气体内能增加了100J。已知汽缸横截面积为50cm2,总长为50cm,大气压强为1.0×105Pa。气缸上端开口小于活塞面积,不计活塞厚度,封闭气体可视为理想气体。

(1)末态时(427℃)缸内封闭气体的压强

(2)封闭气体共吸收了多少热量。

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4.如图所示,可在竖直平面内转动的平台上固定着一个内壁光滑的气缸,气缸内有一导热活塞,活塞底面与气缸底面平行,一定量的气体做密封在气缸内。当平台倾角为37°时,气缸内气体体积为V,然后将平台顺时针缓慢转动直至水平,该过程中,可以认为气缸中气体温度与环境温度相同,始终为T0,平台转至水平时,气缸内气体压强为大气压强p0的2倍。已知sin37°=0.6,cs37°=0.8。

(1)当平合处于水平位置时,求气缸内气体的体积;

(2)若平台转至水平后,经过一段时间,坏境温度缓慢降至0.9T0(大气压强p0保持不变),该过程中气缸内气体放出0.38p0V的热量,求该过程中气体内能的变化量△U。

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5.如图所示,导热性能良好的气缸内封有一定质量的理想气体。气缸的内部深度h=48cm,活塞质量m=1kg,活塞面积S=10cm2。活塞与气缸壁无摩擦、不漏气且不计活塞的厚度。室内的温度为27℃,当气缸放在地面上静止时,活塞刚好位于气缸的正中间,现在把气缸放在加速上升的电梯中且a=10m/s2。待封闭气体再次稳定后,求:(已知大气压恒为P=1.0×105Pa,重力加速度为g=10m/s2)

(1)缸内气体的压强P1

(2)缸中活塞到缸底的高度h0

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6.如图所示,有一圆柱形绝热气缸,气缸内壁的高度是2L,一个很薄且质量不计的绝热活塞封闭一定质量的理想气体,开始时活塞处在气缸顶部,外界大气压为10105Pa,温度为27℃现在活塞上放重物,当活塞向下运动到离底部L高处,活塞静止,气体的温度57℃.

1求活塞向下运动到离底部L高处时的气体压强;

2若活塞横截面积012,重力加速度102,求活塞上所放重物的质量.

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参考答案

1.【解题思路】内能(internalenergy)是组成物体分子的无规则热运动动能和分子间相互作用势能的总和,由于理想气体的不考虑分子势能内能,故理想气体的内能等于分子平均动能的总和,而温度是分子平均动能的宏观表现,由理想气体状态方程pbVb/Tb=pcVc/Tc可知,当Vb=Vc,pb>pc时,Tb>TC,故 c 0,根据热力学第一定律 c ,体积V不变,故W=0,所以0,从状态b到状态c的过程中气体放热,选项A错误;同理,气体在状态a的温度等于在状态c的温度,故气体在状态a的内能等于在状态c的内能,,选项B正确;由理想气体状态方程paVa/Ta=pbVb/Tb可知,当pa=pb,Va

【答案】1.BD

2.【解题思路】A气体的温度由27℃降至-17℃,由查理定律得

P P,

拔掉销钉后,A、B中气体的压强相同,根据玻意耳定律,对A气体有

P,P ,②

对B气体有

P P ,③

由已知条件得 ,,2510-434010-43④

联立以上各式得p327104Pa

【答案】p=3.2×104Pa

1.【解析】开始时活塞位于a处,加热后,汽缸中的气体先经历等容过程,直至活塞开始运动。设此时汽缸中气体的温度为T1,压强为p1,根据查理定律有

0 01

1①

根据力的平衡条件有10

11

此后,汽缸中的气体经历等压过程,直至活塞刚好到达b处,设此时汽缸中气体的温度为T2;活塞位于a 处和b处时气体的体积分别为V1和V2。根据盖—吕萨克定律有

1 12

2④

式中

V1=SH⑤

V2=S(H+h)⑥

联立③④⑤⑥式解得

211

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0

故本题答案是:0

1.【解析】(i)缸内气体的温度为T0时,缸内气体的压强p=p0+

当缸底物块对缸底的压力刚好为零时,缸内气体压强p1=p0+3

气体发生等容变化,则根据查理定律有

01 1

解得:T1=03

(ii)当缸内气体体积为原来的1.2倍时,设气体的温度为T2,从温度T1变到温度T2,此过程气体发生的

是等压变化,根据盖-吕萨克定律有

112 2

解得:T2=12003

此时细线断了,当细线断开的一瞬间,根据牛顿第二定律有(p2-p)S=ma

解得a=2g

2.【解析】(1)假设封闭气体做等压变化,h0=75cm=0.75m,温度T1=(273+27)K,压强p1=(h0+h1)cmHg;末态:体积V2=L1S,温度T2=(273+127)K;

根据等压变化规律:1

12 2

解得L1=40cm;

L1

解得?U=106.4J;

(2)假设水银都到细管中,则封闭气体压强p3=(h0+3h1)cmHg;体积V3=(L+h1+h2)S1+hS2;T3=(273+477)K;

根据气态方程:11

133 3

解得h=35cm,说明水银都到了细管,则 3=5×10-3m3

为S,活塞未移动时封闭气体的温度为T1,塞愉好移动到汽缸口时,封闭气体的温度为T2,则由盖吕萨克定

律可知:1

12

2

,又T1=300 K

解得:T2=500 K.即227℃

因为227℃<427℃,所以气体接着发生等容变化,设当气体温度达到427℃时,封闭气体的压强为p,由

查理定律可以得到:1010

5

2427273

代人数据整理可以得到:p=l.4×l05 Pa。

(2)由题意可知,气体膨胀过程中活塞移动的距离050302,故大气压力

对封闭气体所做的功为0

代人数据解得:w=-100 J

由热力学第一定律

得到:200

4.【解析】(1)设活塞质量为m,活塞面积为S,当平台倾角为370时气缸内气体的压强为10c s37

0气体的体积V1=V

当平台水平时,气缸内气体的压强220=0

解得p1=1.8p0

平台从倾斜转至水平过程中,由玻意耳定律:p1V1= p2V2

解得V2=0.9V

(2)降温过程,气缸内气体压强不变,由盖吕萨克定律:2

3 00

解得V3=0.81V

活塞下降过程,外界对气体做W=p2(V2-V3)

已知气缸内气体吸收的热量Q=-0.38p0V

由热力学第一定律得气缸内气体内能变化量?U=W+Q

解得?U=-0.2p0V,即气体的内能减小了0.2p0V.

5.【解析】 (1)根据牛顿第二定律可得:10

解得:1012105

(2)当气缸放在地面上静止时,根据平衡有:0

解得:011105

根据玻意耳定律可得:

210

解得:0

21

22

6.【解析】:1设气缸横截面积为S,开始时活塞处在气缸顶部,气体体积12,压强110105,温度为1300

活塞向下运动到离底部L高处时,气体体积2,温度为2330,2?

根据理想气体状态方程:11

122 2

代入数据得:222105;

30001 1012

若活塞横截面积00012,由压强公式可得活塞上所放重物的质量1210

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