第14講熱學(xué)貫通?知識(shí)脈絡(luò)研學(xué)?核心考點(diǎn)目錄索引

微專題5貫通?知識(shí)脈絡(luò)研學(xué)?核心考點(diǎn)考點(diǎn)一分子動(dòng)理論、內(nèi)能及熱力學(xué)定律

2.物體的內(nèi)能

D

例2

(多選)(2025河北承德二模)如圖甲、乙所示,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。分子a固定在坐標(biāo)原點(diǎn)O處,分子b從r=r4處以某一速度向分子a運(yùn)動(dòng)(運(yùn)動(dòng)過程中僅考慮分子間作用力),假定兩個(gè)分子的距離為無窮遠(yuǎn)時(shí)它們的分子勢(shì)能為0,則(

)A.圖甲中分子間距從r2到r3,分子間的作用力表現(xiàn)為斥力B.分子b運(yùn)動(dòng)至r3和r1位置時(shí)動(dòng)能可能相等C.圖乙中r5一定大于圖甲中r2D.若圖甲中陰影面積S1=S2,則兩分子間最小距離小于r1BD

解析

題圖甲中分子間距從r2到r3,分子間的作用力表現(xiàn)為引力,故A錯(cuò)誤;分子b從r3到r2和從r2到r1兩過程,若圖像與橫軸所圍面積相等,則分子力做功為0,動(dòng)能變化量為0,分子b在r3和r1兩位置時(shí)動(dòng)能可能相等,故B正確;題圖甲中r2處分子力合力為0,分子b在此處分子勢(shì)能最小,應(yīng)對(duì)應(yīng)圖乙中r6處,即題圖乙中r5一定小于題圖甲中r2,故C錯(cuò)誤;若題圖甲中陰影面積S1=S2,則分子b從r4到r1過程分子力做功為0,分子b在r4處速度不為0,則分子b在r1處速度不為0,將繼續(xù)運(yùn)動(dòng),靠近分子a,故D正確。命題角度2熱力學(xué)定律(1)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W。第一類永動(dòng)機(jī)違背能量守恒定律。(2)對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解:熱量可以由低溫物體傳到高溫物體,也可以從單一熱源吸收熱量全部轉(zhuǎn)化為功,但這些過程不可能自發(fā)進(jìn)行而不產(chǎn)生其他影響。第二類永動(dòng)機(jī)違背熱力學(xué)第二定律。例3

(2025山東齊魯名校大聯(lián)考模擬)如圖所示,開口向上的豎直玻璃管內(nèi)用一段水銀柱封閉著一定質(zhì)量的理想氣體?，F(xiàn)將玻璃管保持開口豎直向上拿到室外,并停留較長(zhǎng)一段時(shí)間,此為過程一;然后再把玻璃管緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)至水平,此為過程二;接著再將玻璃管保持水平拿回室內(nèi),并停留較長(zhǎng)一段時(shí)間,此為過程三;最后把玻璃管緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)至豎直開口向上,水銀柱回到初始位置,此為過程四。已知室外溫度高于室內(nèi)溫度,室外大氣壓強(qiáng)等于室內(nèi)大氣壓強(qiáng),水銀無漏出。關(guān)于此次操作,下列說法正確的是(

)A.過程四氣體從外界吸熱B.過程二氣體分子密集程度減小C.過程二氣體從外界吸收熱量,使之完全變成功,而沒產(chǎn)生其他影響D.氣體經(jīng)歷上述四個(gè)過程回到原狀態(tài),氣體對(duì)外界做的功為0B解析

過程四氣體溫度不變,壓強(qiáng)增大,體積減小,氣體內(nèi)能不變,外界對(duì)氣體做功,由熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W,可知?dú)怏w對(duì)外放熱,故A錯(cuò)誤;過程二氣體溫度不變,壓強(qiáng)減小,體積增大,分子密集程度減小,故B正確;根據(jù)熱力學(xué)第二定律內(nèi)容可知,過程二氣體從外界吸收熱量,使之完全變成功,而沒產(chǎn)生其他影響是不可能發(fā)生的,故C錯(cuò)誤;氣體經(jīng)歷題中所述的四個(gè)過程回到原狀態(tài),氣體對(duì)外界做功不為0,故D錯(cuò)誤?？键c(diǎn)二固體、液體和氣體的性質(zhì)命題角度1固體、液體的性質(zhì)

溫馨提示晶體與非晶體在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。

例4

(2025山東菏澤一模)生活中處處充滿了物理知識(shí)。下列表述正確的是(

)A.布朗運(yùn)動(dòng)是液體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)B.只有液體浸潤(rùn)細(xì)管壁才會(huì)形成毛細(xì)現(xiàn)象C.液晶顯示器是利用了液晶對(duì)光具有各向異性的特點(diǎn)D.蔗糖受潮后粘在一起形成的糖塊沒有確定的形狀,因此蔗糖糖塊是非晶體C解析

布朗運(yùn)動(dòng)是固體顆粒的運(yùn)動(dòng),間接反映了液體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng),故A錯(cuò)誤;在玻璃試管中,不論液體是否浸潤(rùn)細(xì)管壁都能形成毛細(xì)現(xiàn)象,故B錯(cuò)誤;液晶顯示器是利用了液晶對(duì)光具有各向異性的特點(diǎn),故C正確;蔗糖是多晶體,沒有固定的形狀,故D錯(cuò)誤。例5

(2025河南信陽(yáng)一模)在透明吸管內(nèi),手指和液體之間密封一定質(zhì)量的氣體,如圖所示,由于手的接觸,密封氣體溫度高于外界氣體。則(

)A.密封氣體壓強(qiáng)高于外界氣體壓強(qiáng)B.圖中液體與吸管內(nèi)壁之間是不浸潤(rùn)的C.密封氣體分子數(shù)密度等于外界氣體分子數(shù)密度D.密封氣體分子平均動(dòng)能高于外界氣體分子平均動(dòng)能D

命題角度2氣體分子的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)1.氣體分子的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)

2.氣體壓強(qiáng)的微觀解釋

例6

(2025江西宜春二模)如圖為高壓鍋簡(jiǎn)化圖,加熱前蓋上限壓閥,當(dāng)內(nèi)部氣體壓強(qiáng)達(dá)到一定值時(shí)將通過排氣孔和限壓閥向外放氣,從而保證內(nèi)部氣壓不再增大。以下說法正確的是(

)A.為加快食物加熱效率,可用重物壓住限壓閥從而限制氣體的外放B.工作過程中,鍋內(nèi)氣體分子數(shù)一直不變C.在日常生活中要定期檢查高壓鍋的氣密性及限壓閥和排氣孔是否暢通D.加熱結(jié)束后應(yīng)盡快打開鍋蓋將食物取出C解析

壓住限壓閥可能會(huì)使高壓鍋內(nèi)部氣壓超過閾值從而導(dǎo)致爆炸,故A錯(cuò)誤;加熱過程中首先是水蒸發(fā)成蒸汽,從而氣體分子數(shù)增加,達(dá)到氣壓閾值后向外排氣出現(xiàn)氣體分子數(shù)減少,故B錯(cuò)誤;要保證高壓鍋效率同時(shí)要保證安全,故C正確;加熱結(jié)束后,鍋內(nèi)仍有高溫高壓蒸汽,立即開蓋可能導(dǎo)致蒸汽噴出,造成燙傷或其他危險(xiǎn),故D錯(cuò)誤。考點(diǎn)三氣體實(shí)驗(yàn)定律和理想氣體狀態(tài)方程命題角度1活塞—汽缸類問題1.壓強(qiáng)的計(jì)算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.關(guān)聯(lián)氣體問題對(duì)由活塞相聯(lián)系的兩部分氣體,注意找兩部分氣體的壓強(qiáng)、體積等關(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。例7

(2024廣東卷)差壓閥可控制氣體進(jìn)行單向流動(dòng),廣泛應(yīng)用于減震系統(tǒng)。如圖所示,A、B兩個(gè)導(dǎo)熱良好的汽缸通過差壓閥連接,A內(nèi)輕質(zhì)活塞的上方與大氣連通,B的體積不變。當(dāng)A內(nèi)氣體壓強(qiáng)減去B內(nèi)氣體壓強(qiáng)大于Δp時(shí)差壓閥打開,A內(nèi)氣體緩慢進(jìn)入B中;當(dāng)該差值小于或等于Δp時(shí)差壓閥關(guān)閉。當(dāng)環(huán)境溫度T1=300K時(shí),A內(nèi)氣體體積VA1=4.0×10-2m3,B內(nèi)氣體壓強(qiáng)pB1等于大氣壓強(qiáng)p0。已知活塞的橫截面積S=0.10m2,Δp=0.11p0,p0=1.0×105Pa,重力加速度大小g取10m/s2,A、B內(nèi)的氣體可視為理想氣體,忽略活塞與汽缸間的摩擦,差壓閥與連接管道內(nèi)的氣體體積不計(jì)。當(dāng)環(huán)境溫度降低到T2=270K時(shí):(1)求B內(nèi)氣體壓強(qiáng)pB2;(2)求A內(nèi)氣體體積VA2;(3)在活塞上緩慢倒入鐵砂,若B內(nèi)氣體壓強(qiáng)回到p0并保持不變,求已倒入鐵砂的質(zhì)量m。

解題思維鏈

命題角度2液柱—試管類問題求解液柱—試管類問題的三點(diǎn)提醒(1)液體因重力產(chǎn)生的壓強(qiáng)大小為p=ρgh。(2)在與大氣相通的情境中,應(yīng)用p=p0+ph或p=p0-ph計(jì)算壓強(qiáng)。(3)有時(shí)直接應(yīng)用連通器原理——連通器內(nèi)靜止的液體,同種液體在同一水平面上各處壓強(qiáng)相等。h為氣、液接觸面至液面的豎直高度

例8

(2025湖南卷)用熱力學(xué)方法可測(cè)量重力加速度。如圖所示,粗細(xì)均勻的細(xì)管開口向上豎直放置。管內(nèi)用液柱封閉了一段長(zhǎng)度為L(zhǎng)1的空氣柱。液柱長(zhǎng)為h,密度為ρ。緩慢旋轉(zhuǎn)細(xì)管至水平,封閉空氣柱長(zhǎng)度為L(zhǎng)2,大氣壓強(qiáng)為p0。(1)若整個(gè)過程中溫度不變,求重力加速度g的大小。(2)考慮到實(shí)驗(yàn)測(cè)量中存在各類誤差,需要在不同實(shí)驗(yàn)參數(shù)下進(jìn)行多次測(cè)量,如不同的液柱長(zhǎng)度、空氣柱長(zhǎng)度、溫度等。某次實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)如下,液柱長(zhǎng)h=0.2000m,細(xì)管開口向上豎直放置時(shí)空氣柱溫度T1=305.7K。水平放置時(shí)調(diào)控空氣柱溫度,當(dāng)空氣柱溫度T2=300.0K時(shí),空氣柱長(zhǎng)度與豎直放置時(shí)相同。已知ρ=1.0×103kg/m3,p0=1.0×105Pa。根據(jù)該組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),求重力加速度g的值。

命題角度3與熱力學(xué)第一定律綜合問題

溫馨提示氣體等壓膨脹(壓縮)時(shí),氣體對(duì)外界(外界對(duì)氣體)做功W=pΔV。

命題角度4氣體狀態(tài)變化的圖像問題

例10

(2024山東卷)一定質(zhì)量理想氣體經(jīng)歷如圖所示的循環(huán)過程,a→b過程是等壓過程,b→c過程中氣體與外界無熱量交換,c→a過程是等溫過程。下列說法正確的是(

)A.a→b過程,氣體從外界吸收的熱量全部用于對(duì)外做功B.b→c過程,氣體對(duì)外做功,內(nèi)能增加C.a→b→c過程,氣體從外界吸收的熱量全部用于對(duì)外做功D.a→b過程,氣體從外界吸收的熱量等于c→a過程放出的熱量C解析

a→b過程,等壓膨脹,溫度升高,對(duì)外做功,內(nèi)能增加,A錯(cuò)誤。b→c過程絕熱膨脹,由熱力學(xué)第一定律知,內(nèi)能減少,B錯(cuò)誤。a→b→c過程,a、c溫度相同,內(nèi)能相同,整個(gè)過程吸收的熱量全部用于對(duì)外做功,C正確。a→b過程與a→b→c過程吸收的熱量相等,等于a→b→c過程中氣體對(duì)外做的功,即Qab=Wab+Wbc;c→a過程中,Qac=Wac,由于Wab+Wbc>Wac,因此Qab>Qac,D錯(cuò)誤。例11

(多選)(2024海南卷)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始經(jīng)ab、bc、ca三個(gè)過程回到原狀態(tài),已知ab垂直于T軸,bc延長(zhǎng)線過O點(diǎn),下列說法正確的是(

)A.bc過程外界對(duì)氣體做功B.ca過程氣體壓強(qiáng)不變C.ab過程氣體放出熱量D.ca過程氣體內(nèi)能減小AC

多題歸一

氣體圖像與熱力學(xué)定律的綜合問題

項(xiàng)目圖像特點(diǎn)等溫變化p-V圖像pV=CT(其中C為恒量),即pV之積越大的等溫線溫度越高,圖線離原點(diǎn)越遠(yuǎn)項(xiàng)目圖像特點(diǎn)等容變化p-T圖像等壓變化V-T圖像微專題5模型構(gòu)建微專題5

充氣、抽氣、漏氣、灌氣模型

1.充氣問題設(shè)想將充進(jìn)容器內(nèi)的氣體用一個(gè)無形的彈性口袋收集起來,那么當(dāng)我們?nèi)∪萜鲀?nèi)原有的氣體和口袋內(nèi)的全部氣體作為研究對(duì)象時(shí),這些氣體狀態(tài)不管怎樣變化,其質(zhì)量總是不變的。這樣,就將變質(zhì)量問題轉(zhuǎn)化成等質(zhì)量問題了。2.抽氣問題用抽氣筒對(duì)容器抽氣的過程中,對(duì)每一次抽氣而言,氣體質(zhì)量發(fā)生變化,其解決方法和充氣問題類似,取剩余氣體和抽出的全部氣體作為研究對(duì)象,這些氣體狀態(tài)不管怎樣變化,其質(zhì)量總是不變的。3.灌氣分裝問題將一個(gè)大容器里的氣體分裝到多個(gè)小容器中的問題,可以把大容器中的氣體和多個(gè)小容器中的氣體整體作為研究對(duì)象,將變質(zhì)量問題轉(zhuǎn)化為等質(zhì)量問題。4.漏氣問題容器漏氣過程中氣體的質(zhì)量不斷發(fā)生變化,不能用理想氣體狀態(tài)方程求解。如果選容器內(nèi)剩余氣體為研究對(duì)象,便可使變質(zhì)量問題變成等質(zhì)量問題,可用理想氣體狀態(tài)方程求解。方法技巧利用克拉伯龍方程解決氣體變質(zhì)量的問題克拉伯龍方程為pV=nRT,其中n表示氣體物質(zhì)的量,R為理想氣體常數(shù),此方程描述了理想氣體的壓強(qiáng)、體積、溫度和物質(zhì)的量的關(guān)系,故可以對(duì)理想氣體列式分析問題,處理理想氣體變質(zhì)量的問題尤其方便。典例探究

例2

(2024山東卷)圖甲為戰(zhàn)國(guó)時(shí)期青銅汲酒器,根據(jù)其原理制作了由中空?qǐng)A柱形長(zhǎng)柄和儲(chǔ)液罐組成的汲液器,如圖乙所示。長(zhǎng)柄頂部封閉,橫截面積S1=1.0cm2,長(zhǎng)度H=100.0cm,側(cè)壁有一小孔A。儲(chǔ)液罐的橫截面積S2=90.0cm2、高度h=20.0cm,罐底有一小孔B。汲液時(shí),將汲液器豎直浸入液體,液體從孔B