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第16講熱學 考情分析 備考定向 知識脈絡梳理 規(guī)律方法導引 知識脈絡梳理 規(guī)律方法導引 1 知識規(guī)律 1 分子動理論 分子直徑的數(shù)量級是10 10m 分子永不停息地做無規(guī)則運動 分子間存在相互的引力和斥力 2 氣體實驗定律 3 熱力學定律 熱力學第一定律 U W Q 熱力學第二定律 自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性 2 思想方法 1 物理思想 模型思想 控制變量 2 物理方法 假設法 控制變量法 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 分子動理論內(nèi)能常以選擇題形式考查分子動理論 物體內(nèi)能的內(nèi)容 例1 多選 有關分子的熱運動和內(nèi)能 下列說法正確的是 A 一定質量的氣體 溫度不變 分子的平均動能不變B 物體的溫度越高 分子熱運動越劇烈C 物體的內(nèi)能是物體中所有分子熱運動動能和分子勢能的總和D 布朗運動是由懸浮在液體中的微粒之間的相互碰撞引起的E 外界對物體做功 物體的內(nèi)能必定增加 ABC 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 解析溫度是分子平均動能的標志 溫度不變 分子的平均動能一定不變 選項A正確 同樣當物體溫度升高時 分子的平均動能增加 也就是分子運動變劇烈 選項B正確 物體的內(nèi)能包括物體中所有分子動能與分子勢能的總和 選項C正確 布朗運動是由懸浮在液體中的微粒受到液體分子無規(guī)則碰撞引起的 選項D錯誤 根據(jù)熱力學第一定律可知 外界對物體做功的同時 若物體放出熱量 內(nèi)能有可能減小或不變 選項E錯誤 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 思維導引 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 例2 多選 兩個相距較遠的分子僅在分子力作用下由靜止開始運動 直至不再靠近 在此過程中 下列說法正確的是 A 分子力先增大 后一直減小B 分子力先做正功 后做負功C 分子動能先增大 后減小D 分子勢能先增大 后減小E 分子勢能和動能之和不變 BCE 解析分子力F與分子間距r的關系是當rr0時F為引力 綜上可知 當兩分子由相距較遠逐漸達到最近過程中分子力是先變大再變小后又變大 選項A錯誤 分子力為引力時做正功 分子勢能減小 分子力為斥力時做負功 分子勢能增大 故選項B正確 選項D錯誤 因僅有分子力作用 故只有分子動能與分子勢能之間發(fā)生轉化 分子勢能減小時分子動能增大 分子勢能增大時分子動能減小 其總和不變 選項C E均正確 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 思維導引 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 規(guī)律方法分子動理論的三個核心規(guī)律 1 分子模型 分子數(shù) 2 分子運動 分子做永不停息的無規(guī)則運動 溫度越高 分子的無規(guī)則運動越劇烈 3 分子勢能 分子力與分子間距離的關系 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 拓展訓練1 多選 2018 全國卷 對于實際的氣體 下列說法正確的是 A 氣體的內(nèi)能包括氣體分子的重力勢能B 氣體的內(nèi)能包括氣體分子之間相互作用的勢能C 氣體的內(nèi)能包括氣體整體運動的動能D 氣體的體積變化時 其內(nèi)能可能不變E 氣體的內(nèi)能包括氣體分子熱運動的動能 BDE 解析 氣體的內(nèi)能是指所有氣體分子熱運動的動能和相互作用的勢能之和 不包括分子的重力勢能和氣體整體運動的動能 選項A C錯誤 B E正確 氣體體積變化時 其分子勢能可能增加 可能減小 而分子的動能可能增加 可能減小 其內(nèi)能可能不變 選項D正確 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 熱力學定律固體 液體的性質常以選擇題的形式考查氣體 固體 液體的性質 例3 多選 下列說法正確的是 A 只要知道水的摩爾質量和水分子的質量 就可以計算出阿伏加德羅常數(shù)B 空氣相對濕度越大時 空氣中水蒸氣壓強越接近飽和汽壓 水蒸發(fā)越快C 液體表面張力的方向與液面垂直并指向液體內(nèi)部D 利用淺層海水和深層海水之間的溫度差制造一種熱機 將海水的一部分內(nèi)能轉化為機械能是可能的 AD 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 解析阿伏加德羅常數(shù) 因此選項A正確 空氣相對濕度越大時 空氣中水蒸氣壓強越接近該溫度下的飽和汽壓 水蒸發(fā)越慢 選項B錯誤 液體表面張力的方向與液面平行 選項C錯誤 根據(jù)熱力學第一定律和第二定律 內(nèi)能的一部分轉化為機械能是可行的 選項D正確 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 思維導引 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 規(guī)律方法理想氣體相關三量 U W Q的分析思路 1 對內(nèi)能變化量 U的分析思路 由理想氣體溫度變化分析理想氣體內(nèi)能變化 溫度升高 內(nèi)能增加 溫度降低 內(nèi)能減少 由公式 U W Q分析內(nèi)能變化 2 對做功W的分析思路 由體積變化分析氣體做功情況 氣體膨脹 氣體對外界做功 氣體被壓縮 外界對氣體做功 由公式W U Q分析氣體做功情況 3 對氣體吸 放熱Q的分析思路 一般由公式Q U W分析氣體的吸 放熱情況 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 拓展訓練2 多選 2017 全國卷 如圖所示 用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分 隔板左側充有理想氣體 隔板右側與絕熱活塞之間是真空 現(xiàn)將隔板抽開 氣體會自發(fā)擴散至整個汽缸 待氣體達到穩(wěn)定后 緩慢推壓活塞 將氣體壓回到原來的體積 假設整個系統(tǒng)不漏氣 下列說法正確的是 A 氣體自發(fā)擴散前后內(nèi)能相同B 氣體在被壓縮的過程中內(nèi)能增大C 在自發(fā)擴散過程中 氣體對外界做功D 氣體在被壓縮的過程中 外界對氣體做功E 氣體在被壓縮的過程中 氣體分子的平均動能不變 ABD 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 氣體實驗定律和理想氣體狀態(tài)方程常以計算題形式考查氣體狀態(tài)參量的變化 例4如圖所示 豎直放置 粗細均勻且足夠長的U形玻璃管與容積為V0 12cm3的金屬球形容器連通 用U形玻璃管中的水銀柱封閉一定質量的理想氣體 開始時 U形玻璃管右側水銀面比左側水銀面高出h1 15cm 水銀柱上方空氣柱長h0 6cm 現(xiàn)在左管中加入水銀 保持溫度不變 使兩邊水銀柱在同一高度 已知大氣壓p0 1 0 105Pa 水銀 13 6 103kg m3 U形玻璃管的橫截面積為S 0 5cm2 求 1 需要加入的水銀柱長度 2 此過程中被封氣體是吸熱還是放熱 答案 1 27cm 2 放熱 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 解析 1 p1 p0 ph1V1 V0 h0S 15cm3p2 p0p1V1 p2V2得V2 12cm3即水銀剛好到球的底部 加入的水銀為 h h1 2h0 27cm 2 氣體溫度不變 內(nèi)能不變 外界對氣體做功 根據(jù)熱力學第一定律 U W Q可知氣體放熱 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 思維導引 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 規(guī)律方法應用氣體實驗定律的解題思路 1 選擇對象 即某一定質量的理想氣體 2 找出參量 氣體在始末狀態(tài)的參量p1 V1 T1及p2 V2 T2 3 認識過程 認清變化過程是正確選用物理規(guī)律的前提 4 列出方程 選用某一實驗定律或氣態(tài)方程 代入具體數(shù)值求解 并討論結果的合理性 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 拓展訓練3右圖為一上粗下細且下端開口的薄壁玻璃管 管內(nèi)有一段被水銀密閉的氣體 下管足夠長 圖中管的截面積分別為S1 2cm2 S2 1cm2 管內(nèi)水銀長度為h1 h2 2cm 封閉氣體長度l 10cm 大氣壓強p0相當于76cm高水銀柱產(chǎn)生的壓強 氣體初始溫度為300K 若緩慢升高氣體溫度 g取10m s2 試求 1 當粗管內(nèi)的水銀剛被全部擠出時氣體的溫度 2 當氣體溫度為525K時 水銀柱上端距玻璃管最上端的距離 答案 1 350K 2 24cm 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 1 2 3 4 1 多選 下列說法正確的是 A 在較暗的房間里 看到透過窗戶的 陽光柱 里粉塵的運動不是布朗運動B 隨著分子間距離增大 分子間作用力減小 分子勢能也減小C 第一類永動機 不可能制成 是因為它違反了能量守恒定律D 一定量理想氣體發(fā)生絕熱膨脹時 其內(nèi)能不變 AC 解析 粉塵的運動不是布朗運動 所以選項A正確 當分子間距離等于平衡距離時 分子勢能隨分子間距離的增大而增大 所以選項B錯誤 第一類永動機違反了能量守恒定律 所以不能制成 故選項C正確 根據(jù)熱力學第一定律可知 一定量理想氣體發(fā)生絕熱膨脹時 其內(nèi)能減少 所以選項D錯誤 1 2 3 4 2 多選 關于熱現(xiàn)象和熱學規(guī)律 下列說法正確的是 A 布朗運動就是液體分子的無規(guī)則運動B 晶體有確定的熔點 非晶體沒有確定的熔點C 熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體D 物體的體積增大 分子勢能不一定增加E 一定質量的理想氣體 如果壓強不變 體積增大 那么它一定從外界吸熱 BDE 1 2 3 4 解析 布朗運動是懸浮在液體中的小顆粒 因受到分子的無規(guī)則碰撞而做的無規(guī)則運動 選項A錯誤 晶體有確定的熔點 非晶體沒有確定的熔點 選項B正確 根據(jù)熱力學第二定律 熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體 而不引起其他變化 選項C錯誤 物體的體積增大 分子力可能做正功 分子勢能可能減小 選項D正確 一定質量的理想氣體 如果壓強不變 體積增大 對外做功 同時溫度升高 內(nèi)能增大 根據(jù)熱力學第一定律 那么它一定從外界吸熱 選項E正確 1 2 3 4 3 一定質量理想氣體的壓強p與體積V的關系圖象如圖所示 它由狀態(tài)A經(jīng)等容過程到狀態(tài)B 再經(jīng)等壓過程到狀態(tài)C 設A B C狀態(tài)對應的溫度分別為TA TB TC 則TA TC 從狀態(tài)B到狀態(tài)C過程氣體 選填 吸 或 放 熱 1 2 3 4 4 2018 全國卷 1 多選 如圖所示 一定量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b 其過程如p V圖中從a到b的直線所示 在此過程中 A 氣體溫度一直降低B 氣體內(nèi)能一直增加C 氣體一直對外做功D 氣體一直從外界吸熱E 氣體吸收的熱量一直全部用于對外做功 2 在兩端封閉 粗細均勻的U形細玻璃管內(nèi)有一段水銀柱 水銀柱的兩端各封閉有一段空氣 當U形管兩端豎直朝上時 左 右兩邊空氣柱的長度分別為l1 18 0cm和l2 12 0cm 左邊氣體的壓強相當于12 0cm高的水銀柱產(chǎn)生的壓強 現(xiàn)將U形管緩慢平放在水平桌面上 沒有氣體從管的一邊通過水銀逸入另一邊 求U形管平放時兩邊空氣柱的長度 在整個過程中 氣體溫度不變 1 2 3 4 答案 1 BCD 2 22 5cm7 5cm 以氣體溫度升高 內(nèi)能增加 A錯 B對 氣體的體積增大 氣體對外做功 C對 根據(jù)熱力學第一定律 U W Q 其中 U 0 W0 從外界吸收熱量 D對 氣體吸收的熱量 一部分對外做功 另一部分增加了氣體的內(nèi)能 E錯 1 2 3 4 2 設U形管兩端豎直朝上時 左 右兩邊氣體的壓強分別為p1和p2 U形管水平放置時 兩邊氣體壓強相等 設為p 此時原左 右兩邊氣柱長度分別變?yōu)閘1 和l2 由力的平衡條件有p1 p2 g l1 l2 式中 為水銀密度 g為重力加速度大小 由玻意耳定律有p1l1 pl1 p2l2 pl2 兩邊氣柱長度的變化量大小相等l1 l1 l2 l2 由 式和題給條件得l1 22 5cm l2 7 5cm 汽缸 活塞類問題分析 典例示范 如圖所示 一直立的汽缸用質量為m的活塞封閉一定質量的理想氣體 活塞橫截面積為S 氣體最初的體積為V0 最初的壓強為 汽缸內(nèi)壁光滑且缸壁導熱性能良好 開始活塞被固定在A處 打開固定螺栓K 活塞下落 經(jīng)過足夠長時間后 活塞停在B處 設周圍環(huán)境溫度保持不變 已知大氣壓強為p0 重力加速度為g 若一定質量理想氣體的內(nèi)能僅由溫度決定 求 1 活塞停在B處時缸內(nèi)封閉氣體的體積V 2 整個過程中通過缸壁傳遞的熱量Q 分析推理 1 汽缸內(nèi)氣體溫度與周圍環(huán)境溫度相同 2 活塞停在B處說明活塞此時受力平衡 3 汽缸內(nèi)氣體內(nèi)能不變 思維流程 以題說法解決此類問題的關鍵是合理選取研究氣體 找出研究氣體的初 末狀態(tài)參量 特別是壓強 然后選擇氣體實驗定律及狀態(tài)方程求解 求氣體的壓強時常常把研究對象轉換為活塞 對活塞進行受力分析 然后根據(jù)平衡條件或牛頓第二定律求解 針對訓練 2017 全國卷 如圖所示 容積均為V的汽缸A B下端有細管 容積可忽略 連通 閥門K2位于細管的中部 A B的頂部各有一閥門K1 K3 B中有一可自由滑動的活塞 質量 體積均可忽略 初始時 三個閥門均打開 活塞在B的底部 關閉K2 K3 通過K1給汽缸充氣 使A中氣體的壓強達到大氣壓p0的3倍后關閉K1 已知室溫為27 汽缸導熱 1 打開K2 求穩(wěn)定時活塞上方氣體的體積和壓強 2 接著打開K3 求穩(wěn)定時活塞的位置 3 再緩慢加熱汽缸內(nèi)氣體使其溫度升高20 求此時活塞下方氣體的壓強 解析 1 設打開K2后 穩(wěn)定時活塞上方氣體的壓強為p1 體積為V1 依題意 被活塞分開的兩部分氣體都經(jīng)歷等溫過程 由玻意耳定律得p0V p1V1 3p0 V p1 2V V1 聯(lián)立 式得 p1 2p0 2 打開K3后 由 式知 活塞必定上升 設在活塞下方氣體與A中氣體的體積之和為V2 V2 2V 時 活塞下方氣體壓強為p2 由玻意耳定律得 3p0 V p2V2 由 式得 3 設加熱后活塞下方氣體的壓強為p3 氣體溫度從T1 300K升高到T2 320K的等容過程中 由查理定律得 將有關數(shù)據(jù)代入 式得p3 1 6p0