第13講

熱學(xué)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建命題分類剖析知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建命題分類剖析命題點(diǎn)一分子動(dòng)理論

、

固體與液體的性質(zhì)熱學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)考查模型項(xiàng)目圖解分析微觀量的兩種模型布朗運(yùn)動(dòng)①影響因素：溫度、微粒大?、谝饬x：反映了分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)分子間作用力與分子勢(shì)能的變化分析①分子間作用力：若r<r0，表現(xiàn)為斥力；若r>r0，表現(xiàn)為引力②分子勢(shì)能：若r＝r0，分子勢(shì)能最小晶體和非晶體模型①單晶體形狀規(guī)則，多晶體、非晶體形狀不規(guī)則②晶體熔點(diǎn)固定，非晶體熔點(diǎn)不固定③單晶體的部分性質(zhì)表現(xiàn)出各向異性，多晶體、非晶體表現(xiàn)為各向同性[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(diǎn)，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(shuō)法正確的是(

)A．高原地區(qū)煮飯會(huì)夾生，水的沸點(diǎn)較低，是因?yàn)楦咴貐^(qū)溫度較低的緣故B．晶體一定具有固定的熔點(diǎn)，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(dāng)人們感到潮濕時(shí)，水汽蒸發(fā)慢，空氣的相對(duì)濕度一定較小答案：BC解析：高原地區(qū)煮飯會(huì)夾生，水的沸點(diǎn)較低，是因?yàn)楦咴貐^(qū)大氣壓強(qiáng)較小，故A錯(cuò)誤；晶體一定具有固定的熔點(diǎn)，單晶體有固定的幾何形狀，但是多晶體沒(méi)有規(guī)則的幾何外形，故B正確；降低溫度能夠使氣體的飽和氣壓降低，從而使氣體液化，故C正確；在一定溫度下，當(dāng)人們感到潮濕時(shí)，水汽蒸發(fā)慢，空氣的相對(duì)濕度一定較大，故D錯(cuò)誤．例2[2023·浙江6月](多選)下列說(shuō)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(dāng)波源與觀察者相互接近時(shí)，觀察者觀測(cè)到波的頻率大于波源振動(dòng)的頻率答案：BD解析：根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，故A錯(cuò)誤；液體的表面張力方向總是跟液面相切，故B正確；由狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)可知，在不同的慣性參考系中，一切物理規(guī)律都是相同的，故C錯(cuò)誤；根據(jù)多普勒效應(yīng)可知，當(dāng)波源與觀察者相互接近時(shí)，觀察者觀測(cè)到波的頻率大于波源振動(dòng)的頻率，故D正確．故選BD.例3[2024·河南洛陽(yáng)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(shì)能與兩分子間距離的關(guān)系．假定兩個(gè)分子的距離為無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)它們的分子勢(shì)能為0，下列說(shuō)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0B．當(dāng)分子間距r＝r0時(shí)，分子力、分子勢(shì)能都達(dá)到最小值C．當(dāng)分子間距無(wú)限大時(shí)，分子勢(shì)能最小D．當(dāng)分子間距r>r0，隨著r的增大，F(xiàn)先增大后減小，Ep增大答案：BD解析：分子間距r＝r0表示平衡位置，此位置分子間的引力、斥力大小相等，方向相反，引力、斥力的合力等于0，但引力、斥力并不等于0，故A錯(cuò)誤；由圖像可知，當(dāng)分子間距r＝r0時(shí)，分子力為0，分子力達(dá)到最小值，分子勢(shì)能為最小值，故B正確；當(dāng)分子間距無(wú)限大時(shí)，分子勢(shì)能為0，但不是最小值，當(dāng)分子間距r＝r0時(shí)，分子勢(shì)能最小，故C錯(cuò)誤；當(dāng)分子間距r>r0，隨著分子間距離r的增大，F(xiàn)先增大后減小，分子力做負(fù)功，分子勢(shì)能Ep一直增大，故D正確．提升訓(xùn)練1.[2023·海南卷]如圖為兩分子靠近過(guò)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(shì)能的說(shuō)法正確的是(

)A．分子間距離大于r0時(shí)，分子間表現(xiàn)為斥力B．分子從無(wú)限遠(yuǎn)靠近到距離r0處的過(guò)程中分子勢(shì)能變大C．分子勢(shì)能在r0處最小D．分子間距離在小于r0且減小時(shí)，分子勢(shì)能在減小答案：C解析：分子間距離大于r0時(shí)，分子間表現(xiàn)為引力，A錯(cuò)；分子從無(wú)限遠(yuǎn)靠近到距離為r0的過(guò)程，分子力表現(xiàn)為引力，分子力做正功，分子勢(shì)能變小，B錯(cuò)；分子間距離從r0減小的過(guò)程，分子力表現(xiàn)為斥力，分子力做負(fù)功，分子勢(shì)能變大，結(jié)合B項(xiàng)分析可知，分子勢(shì)能在r0處最小，C對(duì)，D錯(cuò)．2．[2023·北京卷]夜間由于氣溫降低，汽車輪胎內(nèi)的氣體壓強(qiáng)變低．與白天相比，夜間輪胎內(nèi)的氣體(

)A．分子的平均動(dòng)能更小B．單位體積內(nèi)分子的個(gè)數(shù)更少C．所有分子的運(yùn)動(dòng)速率都更小D．分子對(duì)輪胎內(nèi)壁單位面積的平均作用力更大答案：A解析：夜間氣溫低，分子的平均動(dòng)能更小，但不是所有分子的運(yùn)動(dòng)速率都更小，故A正確、C錯(cuò)誤；由于汽車輪胎內(nèi)的氣體壓強(qiáng)變低，輪胎會(huì)略微被壓癟，則單位體積內(nèi)分子的個(gè)數(shù)更多，分子對(duì)輪胎內(nèi)壁單位面積的平均作用力更小，BD錯(cuò)誤．故選A.3．[2023·廣西統(tǒng)考二模](多選)圖甲是三顆微粒做布朗運(yùn)動(dòng)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(shuō)法正確的是(

)

A．甲圖中，微粒越小，布朗運(yùn)動(dòng)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?yàn)樗母×．丁圖中，鋤松土壤會(huì)破壞土層表面的毛細(xì)管，保持土壤水分答案：AD解析：甲圖中，微粒越小，布朗運(yùn)動(dòng)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(gè)分子速率都增大，故B錯(cuò)誤；丙圖中，硬幣浮在水面上，主要是因?yàn)樗谋砻鎻埩?，故C錯(cuò)誤；丁圖中，耕種前鋤松土壤，會(huì)破壞土層表面的毛細(xì)管，消除土層表面的毛細(xì)現(xiàn)象，保持土壤水分，故D正確．命題點(diǎn)二氣體實(shí)驗(yàn)定律的應(yīng)用1．壓強(qiáng)的計(jì)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(qiáng)單位為Pa.(2)水銀柱密封的氣體，應(yīng)用p＝p0＋ph或p＝p0－ph計(jì)算壓強(qiáng)，壓強(qiáng)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(gè)量不發(fā)生變化，則選用對(duì)應(yīng)的氣體實(shí)驗(yàn)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(wèn)題解決由活塞、液柱相聯(lián)系的兩部分氣體問(wèn)題時(shí)，根據(jù)兩部分氣體壓強(qiáng)、體積的關(guān)系，列出關(guān)聯(lián)關(guān)系式，再結(jié)合氣體實(shí)驗(yàn)定律或理想氣體狀態(tài)方程求解．考向1

“汽缸活塞”類問(wèn)題例1[2023·新課標(biāo)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(méi)有摩擦．初始時(shí)彈簧處于原長(zhǎng)，三部分中氣體的溫度、體積、壓強(qiáng)均相等．現(xiàn)通過(guò)電阻絲對(duì)f中的氣體緩慢加熱，停止加熱并達(dá)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(qiáng)相等答案：AD

考向2

“液柱”類問(wèn)題例2[2023·全國(guó)乙卷]如圖，豎直放置的封閉玻璃管由管徑不同、長(zhǎng)度均為20cm的A、B兩段細(xì)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(zhǎng)度均為10cm.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(zhǎng)度改變1cm.求B管在上方時(shí)，玻璃管內(nèi)兩部分氣體的壓強(qiáng)．(氣體溫度保持不變，以cmHg為壓強(qiáng)單位)解析：B管在上方，設(shè)B管中氣體的壓強(qiáng)為pB，長(zhǎng)度lB＝10cm則A管中氣體的壓強(qiáng)為pA＝pB＋20cmHg，長(zhǎng)度lA＝10cm倒置后，A管在上方，設(shè)A管中氣體的壓強(qiáng)為p′A，A管內(nèi)空氣柱長(zhǎng)度l′A＝11cm已知A管的內(nèi)徑是B管的2倍，則水銀柱長(zhǎng)度為h＝9cm＋14cm＝23cm則B管中氣體壓強(qiáng)為p′B＝p′A＋23cmHgB管內(nèi)空氣柱長(zhǎng)度l′B＝40cm－11cm－23cm＝6cm對(duì)A管中氣體，由玻意耳定律有pAlA＝p′Al′A對(duì)B管中氣體，由玻意耳定律有pBlB＝p′Bl′B聯(lián)立解得pB＝54.36cmHgpA＝pB＋20cmHg＝74.36cmHg答案：54.36cmHg

74.36cmHg考向3

變質(zhì)量問(wèn)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(jiǎn)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(shí)，在連桿AB上施加水平力推動(dòng)液壓泵實(shí)現(xiàn)剎車．助力氣室與抽氣氣室用細(xì)管連接，通過(guò)抽氣降低助力氣室壓強(qiáng)，利用大氣壓與助力氣室的壓強(qiáng)差實(shí)現(xiàn)剎車助力．每次抽氣時(shí)，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(yùn)動(dòng)，助力氣室中的氣體充滿抽氣氣室，達(dá)到兩氣室壓強(qiáng)相等；然后，K1閉合，K2打開，抽氣活塞向下運(yùn)動(dòng)，抽氣氣室中的全部氣體從K2排出，完成一次抽氣過(guò)程．已知助力氣室容積為V0，初始?jí)簭?qiáng)等于外部大氣壓強(qiáng)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(guò)程中，助力活塞保持不動(dòng)，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(qiáng)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(wèn)題例4[2023·上海卷]一定質(zhì)量的理想氣體，經(jīng)歷如圖過(guò)程，其中ab、cd分別為雙曲線的一部分．下列對(duì)a、b、c、d四點(diǎn)溫度大小比較正確的是(

)A．Ta>TbB．Tb>TcC．Tc>TdD．Td>Ta答案：B

提升訓(xùn)練1.[2023·海南卷]如圖所示，某飲料瓶?jī)?nèi)密封一定質(zhì)量的理想氣體，t＝27℃時(shí)，壓強(qiáng)p＝1.050×105Pa，則(1)t′＝37℃時(shí)，氣壓是多大？(2)保持溫度不變，擠壓氣體，使之壓強(qiáng)與(1)相同時(shí)，氣體體積變?yōu)樵瓉?lái)的多少倍？

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(dòng)力性能的一個(gè)重要指標(biāo)．如圖所示，是一輛家用轎車在一次出行過(guò)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(shí)的顯示值，圖(b)表示到達(dá)目的地時(shí)的顯示值，出發(fā)前胎內(nèi)溫度與環(huán)境溫度相同．(1bar可近似等于1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)．(1)此次出行過(guò)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(shí)就使輪胎氣壓恢復(fù)到正常胎壓2.5bar，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(guò)程中輪胎體積和溫度的變化)．

命題點(diǎn)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ΔU①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，ΔU<0.②由公式ΔU＝W＋Q分析內(nèi)能變化．(2)做功情況W由體積變化分析氣體做功情況：體積膨脹、氣體對(duì)外界做功，W<0；體積被壓縮，外界對(duì)氣體做功，W>0.(3)氣體吸、放熱Q一般由公式Q＝ΔU－W分析氣體的吸、放熱情況：Q>0，吸熱；Q<0，放熱．2．對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解：熱量可以由低溫物體傳遞到高溫物體，也可以從單一熱源吸收熱量全部轉(zhuǎn)化為功，但會(huì)產(chǎn)生其他影響．考向1

熱力學(xué)定律的應(yīng)用例1[2023·天津卷]如圖是爬山所帶的氧氣瓶，爬高過(guò)程中，氧氣瓶里的氣體體積和質(zhì)量均不變，溫度降低，則氣體(

)A．對(duì)外做功B．內(nèi)能減少C．吸收熱量D．壓強(qiáng)不變答案：B解析：爬高過(guò)程中，氣體的體積保持不變，則氣體對(duì)外不做功，A錯(cuò)誤；爬高過(guò)程中，氣體溫度降低，則氣體的內(nèi)能減少，B正確；根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知ΔU＝W＋Q，又W＝0，ΔU<0，則Q<0，即氣體放出熱量，C錯(cuò)誤；爬高過(guò)程中，氣體的體積不變，溫度降低，根據(jù)查理定律p＝CT可知?dú)怏w的壓強(qiáng)減小，D錯(cuò)誤．考向2

熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用例2[2023·浙江1月]某探究小組設(shè)計(jì)了一個(gè)報(bào)警裝置，其原理如圖所示．在豎直放置的圓柱形容器內(nèi)用面積S＝100cm2、質(zhì)量m＝1kg的活塞密封一定質(zhì)量的理想氣體，活塞能無(wú)摩擦滑動(dòng)．開始時(shí)氣體處于溫度TA＝300K、活塞與容器底的距離h0＝30cm的狀態(tài)A.環(huán)境溫度升高時(shí)容器內(nèi)氣體被加熱，活塞緩慢上升d＝3cm恰好到達(dá)容器內(nèi)的卡口處，此時(shí)氣體達(dá)到狀態(tài)B.活塞保持不動(dòng)，氣體被繼續(xù)加熱至溫度TC＝363K的狀態(tài)C時(shí)觸動(dòng)報(bào)警器．從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過(guò)程中氣體內(nèi)能增加了ΔU＝158J．取大氣壓p0＝0.99×105Pa，求氣體(1)在狀態(tài)B的溫度；(2)在狀態(tài)C的壓強(qiáng)；(3)由狀態(tài)A到狀態(tài)C過(guò)程中從外界吸收的熱量Q.

考向3

熱學(xué)圖像與熱力學(xué)定律的綜合應(yīng)用例3[2023·廣東惠州三模]

(多選)如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，其過(guò)程如p-V圖中從a到b的直線所示．在此過(guò)程中(

)A．氣體溫度先上升后下降B．氣體內(nèi)能一直增加C．氣體一直對(duì)外做功D．氣體吸收的熱量一直全部用于對(duì)外做功答案：BC

提升訓(xùn)練1.[2024·廣東江門一模]內(nèi)壁光滑的“U”型導(dǎo)熱汽缸用不計(jì)質(zhì)量的輕活塞封閉一定體積的空氣(可視為理想氣體)，浸在盛有大量冰水混合物的水槽中，活塞在水面下，如圖所示．現(xiàn)在輕活塞上方緩慢倒入沙子，下列說(shuō)法中正確的是(

)A．封閉空氣分子的平均動(dòng)能增大B．活塞壓縮封閉空氣做功，封閉空氣內(nèi)能增大C．封閉空氣的壓強(qiáng)變大D．封閉空氣從外界吸收了熱量答案：C解析：當(dāng)將沙子緩慢倒在汽缸活塞上時(shí)，氣體被壓縮，外界對(duì)氣體做功，但由于汽缸導(dǎo)熱，且浸在盛有大量冰水混合物的水槽中，因此缸內(nèi)氣體的溫度不變，則可知?dú)怏w的內(nèi)能不變，而溫度是衡量分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度不變則分子平均動(dòng)能不變，故