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1、专题十五 热学,高考物理 (新课标专用),A组 统一命题课标卷题组 考点一 分子动理论、内能,五年高考,1.2018课标,33(1),5分(多选)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.气体的内能包括气体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.气体的体积变化时,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 本题考查气体的内能。 气体的内能是指所有气体分子的动能和分子间的势能之和,故A、C项错误。,知识归纳 气体的内能 对于质量一定的气体,所有分子的势能和动能之和等于气体的内能。对于理想气体,分子的势 能可
2、忽略不计。,2.2015课标,33(1),5分,0.425(多选)关于扩散现象,下列说法正确的是 。 A.温度越高,扩散进行得越快 B.扩散现象是不同物质间的一种化学反应 C.扩散现象是由物质分子无规则运动产生的 D.扩散现象在气体、液体和固体中都能发生 E.液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的,答案 ACD 扩散现象是分子无规则热运动的反映,C正确,E错误;温度越高,分子热运动越激 烈,扩散越快,A正确;气体、液体、固体的分子都在不停地进行着热运动,扩散现象在气体、液 体和固体中都能发生,D正确;在扩散现象中,分子本身结构没有发生变化,不属于化学变化,B错 误。,解题关键 扩散现象:不同物
3、质能够彼此进入对方的现象。扩散现象是由物质分子的无规则 运动产生的。固体、液体和气体中都能发生扩散现象。扩散现象的快慢与温度有关。,考点二 固体、液体、气体,3.2018课标,33(2),10分如图,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。,答案,解
4、析 本题考查气体实验定律、气体压强计算等知识。 设活塞再次平衡后,活塞上方气体的体积为V1,压强为p1;下方气体的体积为V2,压强为p2。在活 塞下移的过程中,活塞上、下方气体的温度均保持不变,由玻意耳定律得 p0 =p1V1 p0 =p2V2 由已知条件得 V1= + - = V V2= - = 设活塞上方液体的质量为m,由力的平衡条件得 p2S=p1S+mg 联立以上各式得 m= ,审题指导 关键词理解,隐含条件显性化 关键词“导热”说明气体上下两部分温度相等,且与环境温度相同。 外界温度保持不变,说明气体做等温变化。 流入液体产生的压强p= 。 K关闭,说明外部液体对气体压强不产生影响。
5、,4.2018课标,33(2),10分如图,一竖直放置的汽缸上端开口,汽缸壁内有卡口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,不计它们之间的摩擦。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汽缸中的气体,直至 活塞刚好到达b处。求此时汽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。,答案 T0 (p0S+mg)h,解析 本题考查气体实验定律等知识。 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
6、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 = 根据力的平衡条件有 p1S=p0S+mg 联立式可得 T1= T0 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 = 式中 V1=SH ,V2=S(H+h) 联立式解得 T2= T0 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 W=(p0S+mg)h ,审题指导 抓住关键词,挖掘隐含条件。 “缓慢加热”表示活塞始终处于平衡状态,因此才有p1S=p0S+mg。“活塞刚好到达b处”,表示 气体的末状态压
7、强为p1,活塞与b卡口处无弹力作用。“绝热”时气体温度才能逐渐升高,若 “导热良好”,“缓慢加热”时汽缸内、外的气体就始终处于热平衡状态。,5.(2018课标,33,15分)(1)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 (2)在两端封闭、粗细均匀的U形细玻璃管内有一段水银柱,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=18.0 cm和l2=12.0 cm,左边
8、气体的压强为12.0 cmHg。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 (1)BCD (2)见解析,解析 (1)本题考查热力学第一定律、理想气体状态方程。对于一定量的理想气体有 =恒 量。从a到b,p逐渐增大,V逐渐增大,所以p与V的乘积pV增大,可知T增大,则气体的内能一直增 加,故A错误、B正确。由于V逐渐增大,可知气体一直对外做功,故C正确。由热力学第一定律 U=Q+W,因U0,W0,即气体一直从外界吸热,且吸收的热量大于对外做的功,故D 正确、E错误。,知识归纳 热力学常见用语的含义 理
9、想气体温度升高:内能增大。 气体体积增大:气体对外做功。气体体积减小:外界对气体做功。 绝热:没有热交换。 导热性能良好:表示与外界温度相同。 (2)本题考查气体实验定律。 设U形管两端竖直朝上时,左、右两边气体的压强分别为p1和p2。U形管水平放置时,两边气体 压强相等,设为p,此时原左、右两边气柱长度分别变为l1和l2。 由力的平衡条件有,p1=p2+g(l1-l2) 式中为水银密度,g为重力加速度大小。 由玻意耳定律有 p1l1=pl1 p2l2=pl2 两边气柱长度的变化量大小相等 l1-l1=l2-l2 由式和题给条件得 l1=22.5 cm l2=7.5 cm,6.(2017课标,
10、33,15分)(1)氧气分子在0 和100 温度下单位速率间隔的分子数占总分子数 的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示。下列说法正确的是 。 A.图中两条曲线下面积相等 B.图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形 C.图中实线对应于氧气分子在100 时的情形,D.图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目 E.与0 时相比,100 时氧气分子速率出现在0400 m/s区间内的分子数占总分子数的百分 比较大 (2)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
11、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。 ()打开K2,求稳定时活塞上方气体的体积和压强; ()接着打开K3,求稳定时活塞的位置; ()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。,答案 (1)ABC (2)() 2p0 ()B的顶部 ()1.6p0,解析 (1)本题考查气体分子速率及分布率。 每条曲线下面积的意义是各种速率的分子数总和占总分子数的百分比,故面积为1,A正确、D 错误。气体温度越高,分子无规则运动越剧烈,分子平均动能越大,大速率的分子数所占总分子
12、 数的百分比越大,故虚线对应的温度较低,B、C皆正确。由图中0400 m/s区间图线下的面积 可知0 时出现在0400 m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大,E错误。 (2)本题考查气体实验定律。 ()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=p1V1 (3p0)V=p1(2V-V1) 联立式得 V1= p1=2p0 ,()打开K3后,由式知,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(V22 V)时,活塞下气体压强为p2。由玻意耳定律得 (3p0)V=p2V2 由式得 p2= p0 由
13、式知,打开K3后活塞上升直到B的顶部为止;此时p2为p2= p0。 ()设加热后活塞下方气体的压强为p3,气体温度从T1=300 K升高到T2=320 K的等容过程中,由 查理定律得 = 将有关数据代入式得 p3=1.6p0 ,思路点拨 活塞封闭的气体 通过分析活塞的受力,利用平衡条件可获得活塞两侧气体压强之间的关系。注意轻质物体在 任意状态下所受合外力均为0。,7.2017课标,33(2),10分一热气球体积为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0,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。 ()求该热气球所受
14、浮力的大小; ()求该热气球内空气所受的重力; ()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。,答案 ()Vg0 ()Vg0 ()V0T0( - )-m0,解析 ()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 0= 在温度为T时的体积为VT,密度为 (T)= 由盖吕萨克定律得 = 联立式得 (T)=0 气球所受到的浮力为 f=(Tb)gV 联立式得 f=Vg0 ,()气球内热空气所受的重力为 G=(Ta)Vg 联立式得G=Vg0 ()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-m0g 联立式得m=V0T0( - )-m0 ,8.2017课
15、标,33(2),10分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,重力 加速度大小为g。求: ()待测气体的压强; ()该仪器能够测量的最大压强。,答案 () (),解析 ()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+ d2l V1= d2h 由力学平衡条件得 p1=p+gh 整个过程为等温过程,由玻意耳定律得 pV=p1V1 联立式得 p= ()由题意知 hl ,联立式有 p 该仪器能够测量的最大压强为 pmax= ,9.2016课标,33(2),10分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p 与气泡半径r之间的
