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2020年高考物理考点题型归纳与训练专题十五 热学(含解析).pdf

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】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。:..2020高考物理考点题型归纳与训练专题十五热学题型一、分子动理论、内能及热力学定律【典例1】(多选)(2019·广东深圳高三第一次调研)关于分子动理论,下列说法正确的有(),,体积越小,压强越大,,气体的压强与气体分子的平均动能和分子的密集程度有关【解析】:扩散现象是物质分子永不停息地做无规则运动的证明,,不是分子的运动,但间接地反映了液体分子运动的无规则性,,体积越小压强越大,这是因为体积越小时气体分子的密度越大,单位时间内气体分子对器壁的碰撞次数越多,压强越大,这与气体分子间的斥力无关,,气体的压强与气体分子的平均动能和分子的密集程度有关,气体动能越大,气体分子对器壁的碰撞力越大;分子密集程度越大,单位时间内气体分子对器壁的碰撞次数越多,压强越大,选项D正确.【答案】:ABD【典例2】(多选)(2018·泰安模拟)甲分子固定在坐标原点O,只在两分子间的作用力作用下,乙分子沿x轴方向运动,两分子间的分子势能E与两分子间距离x的变化关系如图所p示,设乙分子在移动过程中所具有的总能量为0,则下列说法正确的是():..,分子间引力和斥力相等【解析】由题图可知,乙分子在P点时分子势能最小,此时乙分子受力平衡,甲、乙两分子间引力和斥力相等,乙分子所受合力为0,加速度为0,A、E正确。乙分子在Q点时分子势能为0,大于乙分子在P点时的分子势能,B错误。乙分子在Q点时与甲分子间的距离小于平衡距离,分子引力小于分子斥力,合力表现为斥力,所以乙分子在Q点合力不为0,故不处于平衡状态,C错误。乙分子在P点时,其分子势能最小,由能量守恒可知此时乙分子动能最大,D正确。【答案】ADE【规律方法】(1)分子势能在平衡位置有最小值,无论分子间距离如何变化,靠近平衡位置,分子势能减小,反之增大。(2)判断分子势能变化的两种方法方法一:利用分子力做功判断。分子力做正功,分子势能减小;分子力做负功,分子势能增加。方法二:利用分子势能E与分子间距离r的关系图线判断,如图所示。p要注意此图线和分子力与分子间距离的关系图线形状虽然相似,但意义不同,不要混淆。题型二、固体、液体和气体【典例3】.(多选)下列图象的描述和判断正确的是():..,一定质量的某种气体,若不计分子势能,气体在状态①,在实际问题中,饱和汽压包括水蒸气的气压和空气中其他各种气体的气压,且水的饱和汽压随温度的变化而变化,温度升高,,由A经B到C的过程,,通过观察蜂蜡在玻璃片和云母片上熔化区域形状的不同,可以得出晶体的物理性质是各向异性的或晶体在不同方向上的物理性质是不同的【解析】:温度高时速率大的分子数占总分子数的比例较大,由题图1可知,气体在状态②时的温度较高,内能较大,选项A错误;在实际问题中,水面上方含有水分子,空气中还有其他分子,但我们所研究的饱和汽压只是水蒸气的分气压,且水的饱和汽压随温度的变化而变化,温度升高,饱和汽压增大,选项B错误;对题图3,由A经B到C的过程,气体对外做功为W=p·ΔV,由A经D到C的过程,气体对外做功为W=p·ΔV,由于p>p,A故W>W,选项C正确;晶体有固定的熔点,非晶体没有固定的熔点,在晶体中只有单晶21体具有各向异性,而非晶体具有各向同性,因此根据题图4中蜂蜡熔化区域形状的不同,可以得出晶体的物理性质是各向异性的或晶体在不同方向上的物理性质是不同的,选项D正确.【答案】:CD题型三、气体实验定律和理想气体状态方程【规律方法】(1)明确研究对象(即选取一定质量的气体)及过程变化特点;(2)确定气体在始、末状态的参量,列出相关联的两部分气体的压强、体积的关系式。:..(3)结合气体定律或状态方程列式求解。(4)讨论结果的合理性。“两团气”问题的技巧(1)分析“两团气”初状态和末状态的压强关系。(2)分析“两团气”的体积及其变化关系。(3)分析“两团气”状态参量的变化特点,选取合适的实验定律列方程。【典例3】.(2019·安徽芜湖高三上学期期末)如图所示,横截面积为10cm2的圆柱形汽缸内有a、b两个质量忽略不计的活塞,两个活塞把汽缸内的气体分为A、B两部分,,、B两部分气体的温度均为27℃,活塞a刚好与汽缸口平齐,,(图中未画出)对B部分气体进行缓慢加热,使活塞a上升到与汽缸口再次平齐的位置,则此时B部分气体的温度为多少?(已知外界大气压强为p=1×105Pa,重0力加速度大小g=10m/s2,不计活塞与汽缸间的摩擦,不计弹簧及电热丝的体积)【答案】:347℃【解析】:对于A部分气体,初态p=1×105Pa,V=lSAA1mg末态p′=p+=×105Pa,V′=l′SA0SA1根据玻意耳定律有pV=p′V′AAAA解得l′=10cm1若使活塞A返回原处,B部分气体末状态时气柱长为l′=20cm,此时弹簧要伸长5cm2对活塞B有p′S+k·Δl=p′SAB解得p′=×105Pa,V′=l′SBB2对B部分气体,初态p=1×105Pa,B:..V=lS,T=300KB1BpVp′V′根据理想气体状态方程有BB=BBTT′BB解得T′=620KB则t=(620-273)℃=347℃题型四气体的状态变化图象与热力学定律的综合问题【典例5】如图所示为一定质量的理想气体从状态A经状态B变化到状态C过程的p-V图象,且AB∥V轴,BC∥p轴,已知气体在状态C时的热力学温度为300K,在状态C时的内能比在状态A时的内能多1200J.(1)求气体在状态A、B时的热力学温度.(2)请通过计算判断气体从状态A变化到状态C的过程是吸热还是放热,【解析】(1)气体从状态B变化到状态C的过程做等容变化,有C=B,其中T=300K,TTCCBp=3pBC解得T=900KBVV1气体从状态A变化到状态B的过程做等压变化,有A=B,其中V=V,T=900KTTA4BBAB解得T=225KA(2)从状态A变化到状态C的过程,外界对气体做的功为W=-pΔV=-3×105×(4×10-3-1×10-3)J=-900JA由热力学第一定律有ΔU=Q+W,其中ΔU=1200J解得Q=2100J,Q为正值,说明气体在该过程中吸热.:..【答案】(1)225K900K(2)吸热,计算过程见解析2100J【强化训练】1.(多选)(2019·河北保定高三3月理科综合)下列说法中正确的是()A.—定质量的理想气体体积增大时,,,.(多选)关于固体、液体和气体,下列说法正确的是(),液体、.(2020·广东省肇庆市高中毕业班统考)(多选)如图所示,在一定质量的理想气体的压强随体积变化的p-V图象中,气体先后经历了ab、bc、cd、da四个过程,其中ab垂直于cd,ab垂直于V轴且与p轴平行,bc、da是两条等温线。下列判断正确的是()→b的过程,气体分子密集程度不变,→b→c的过程,气体密度不断减小,→d的过程,气体放出的热量大于外界对气体做的功:..→b→c→d的过程,设气体对外做功为W,外界对气体做功为W,气体吸热为Q,121放热为Q,则W-W<Q-Q212124.(多选)下列说法正确的是(),,外界对物体做了正功,,热机的效率不可能达到100%,因为它不仅违反热力学第一定律,也违反热力学第二定律5.(多选)如图所示,一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、,A→B和C→D为等温过程,B→C为等压过程,D→A为等容过程,则在该循环过程中,下列说法正确的是()→B过程中,→C过程中,→D过程中,→A过程中,气体分子的速率分布曲线不发生变化6.(多选)(2019·湖北武汉部分学校高三调研)如图所示,活塞和固定隔板把汽缸内的气体分成甲、,隔板由导热材料制成,,下列做法正确的是():...(多选)下列说法中正确的是(),,,,每个分子的体积为V,则阿伏加德罗常数可表示为N=0AV08.(多选)(2019·河北衡水高三调研)下列说法正确的是(),,,,容积均为V的汽缸A、B下端有细管(容积可忽略)连通,阀门K位于细管的中部,2A、B的顶部各有一阀门K、K;B中有一可自由滑动的活塞(质量、体积均可忽略).初始13时,三个阀门均打开,活塞在B的底部;关闭K、K,通过K给汽缸充气,℃,(1)打开K,求稳定时活塞上方气体的体积和压强;2(2)接着打开K,求稳定时活塞的位置;3(3)再缓慢加热汽缸内气体使其温度升高20℃,.(2019·河南省八市三模)如图所示,粗细均匀的U形管中,封闭了两段水银柱和两部分空气柱,水银柱A的长度h=25cm,位于左侧封闭端的顶部。水银柱B与A之间的空气柱长1度L=,右侧被活塞C封闭的空气柱长度L=,已知玻璃管周围环境温度t12:..=27℃时,右侧封闭空气柱的压强恰为p=75cmHg,水银柱B左右两部分液面的高度差0h=45cm。保持环境温度t=27℃不变,缓慢拉动活塞C,求:2(1)当水银柱A恰好对U形管的顶部没有压力时,右侧封闭气体的压强为多少?(2)当U形管内B部分的水银面相平时,活塞C共向上移动多少?,总体积为V的圆柱形汽缸中,有一个厚度不计的轻质活塞,活塞横截面积为S,、大气压强为p的环境中,用活塞密封00一定质量的空气,并在活塞上放一个质量为m的重物(mg=pS),系统达到平衡状态后,系0V统的体积为,,现用一个打气筒对汽缸充气,2V打气筒一次可以把一个标准大气压下体积为的空气充入汽缸.(空气看作理想气体,2=)(1)在缓慢充气的情况下,缸内气体温度不变,求至少充气多少次才能使活塞升至汽缸顶部?T(2)在快速充气的情况下,缸内气体来不及散热,且每次充气可以使缸内气体温度升高0,100求至少充气多少次才能使活塞升至汽缸顶部?12.(2019·东北三省六市高三联考)如图所示,两个截面积都为S的圆柱形容器,右边容器高为H,上端封闭,,容器、,左边容器中装有理想气体,平衡时活塞到容器底的距离为H,,活塞便缓慢下降,直到系统达到新的平衡,,已知:..,求此过程中气体内能的增加量.:...(多选)(2019·河北保定高三3月理科综合)下列说法中正确的是(),,,【解析】:根据公式=C可得体积增大,有可能压强减小,温度不变,其内能不变,A错T误;温度是分子的平均动能的标志,是大量分子运动的统计规律,物体温度降低,不是每个分子热运动的动能均降低,个别分子动能有可能增加,B正确;水蒸气达到饱和状态时,蒸发和液化达到动态平衡,仍旧会有蒸发现象,仍旧会有水分子飞出水面,C错误;压强就是因为大量气体分子不断碰撞容器器壁而产生的,D正确.【答案】:BD2.(多选)关于固体、液体和气体,下列说法正确的是(),液体、【解析】:无论固体、液体还是气体,其内部分子都在永不停息地做无规则运动,A错误;当分子间距离为r时,分子间的引力和斥力相等,液体表面层的分子比较稀疏,分子间距0离大于r,所以分子间作用力表现为引力,B正确;蒸发只发生在液体表面,在任何温度下0都能发生,C正确;汽化是物质从液态变成气态的过程,汽化分为蒸发和沸腾两种情况,不是分子间的相互排斥产生的,D错误.【答案】:BC3.(2020·广东省肇庆市高中毕业班统考)(多选)如图所示,在一定质量的理想气体的压强随体:..V图象中,气体先后经历了ab、bc、cd、da四个过程,其中ab垂直于cd,ab垂直于V轴且与p轴平行,bc、da是两条等温线。下列判断正确的是(),气体分子密集程度不变,→b→c的过程,气体密度不断减小,→d的过程,→b→c→d的过程,设气体对外做功为W,外界对气体做功为W,气体吸热为Q,121放热为Q,则W-W<Q-Q21212【答案】ABDpVpVT1【解析】根据理想气体状态方程可得:,所以有a=,即气体在状态a时的温TTT2acc度低于在状态c时的温度,所以A正确;从a→b的过程,体积不变,压强升高,故温度升高,所以气体分子密集程度不变,分子平均动能增加,所以B正确;从a→b→c的过程,从a→b阶段的体积不变,温度升高,从b→c的阶段体积再增大,温度不变,所以C错误;从c→d的过程,压强不变,体积减小,温度降低,故内能减小,外界对气体做功,根据热力学第一定律可得气体放出的热量大于外界对气体做的功,所以D正确;从a→b→c→d的过程,始末温度不变,内能没有变化,根据热力学第一定律有ΔU=W-W+Q-Q=0,2112即W-W=Q-Q,所以E错误。12124.(多选)下列说法正确的是(),,外界对物体做了正功,,热机的效率不可能达到100%,因为它不仅违反热力学第一定律,也违反热力学第二定律【解析】:一个热力学系统的内能增量等于气体从外界吸收的热量与外界对它所做的功的和,:..正确,B错误;根据热力学第二定律不可能从单一热源吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响”,可以判断C正确;第二类永动机不违反热力学第一定律,但违反热力学第二定律,D错误.【答案】:AC5.(多选)如图所示,一定质量的理想气体从状态依次经过状态B、,A→B和C→D为等温过程,B→C为等压过程,D→A为等容过程,则在该循环过程中,下列说法正确的是()→B过程中,→C过程中,→D过程中,→A过程中,气体分子的速率分布曲线不发生变化【解析】:A→B为等温过程,压强变大,体积变小,故外界对气体做功,根据热力学第一定律有ΔU=W+Q,温度不变,则内能不变,故气体一定放出热量,故A正确;B→C为等压pV过程,体积增大,由理想气体状态方程=C可知,气体温度升高,内能增加,故气体分子T的平均动能增大,故B正确;C→D为等温过程,压强变小,体积增大,因为温度不变,故气体分子的平均动能不变,压强变小说明单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少,故CpV错误;D→A为等容过程,体积不变,压强变小,由=C可知,温度降低,气体分子的平T均动能减小,故气体分子的速率分布曲线会发生变化,故D错误.【答案】:)(2019·湖北武汉部分学校高三调研)如图所示,活塞和固定隔板把汽缸内的气体分成甲、,隔板由导热材料制成,,下列做法正确的是():..【解析】:由于甲、乙系统和外界是绝热的,因此不能和外界进行热交换=0,甲、乙内能的变换只能通过外界做功引起,当活塞缓慢地向左移动一段距离时,乙气体体积减小,外界对乙做功,其内能增加,温度升高,然后通过隔板将热量传递给甲一部分,最终甲、乙内能都增加,故A、C正确,B、D错误.【答案】:AC7.(多选)下列说法中正确的是(),,,,每个分子的体积为V,则阿伏加德罗常数可表示为N=0AV0【解析】:若外界对气体做的功大于气体放出的热量,气体温度升高,其分子的平均动能增大,故A是正确的;布朗运动不是液体分子的运动,但它可以说明液体分子在永不停息地做无规则运动,故B是正确的;第二类永动机不违反能量守恒定律,但违反了热力学第二定律,故C错误;某固体或液体的摩尔体积为V,每个分子的体积为V,则阿伏加德罗常0V数可表示为N=,但对于气体此式不成立,【答案】:)(2019·河北衡水高三调研)下列说法正确的是(),得到的小颗粒是非晶体:..,,某些晶体可以转化为非晶体,某些非晶体也可以转化为晶体【解析】:晶体有固定的熔点,并不会因为颗粒的大小而改变,即使敲碎为小颗粒,仍旧是晶体,选项A错误;固体分为晶体和非晶体两类,有些晶体在不同方向上光学性质不同,表现为晶体具有各向异性,选项B正确;同种元素构成的固体可能由于原子的排列方式不同而形成不同的晶体,如金刚石和石墨,选项C正确;晶体的分子排列结构如果遭到破坏就可能形成非晶体,反之亦然,选项D正确.【答案】:,容积均为的汽缸A、B下端有细管(容积可忽略)连通,阀门K位于细管的中部,2A、B的顶部各有一阀门K、K;B中有一可自由滑动的活塞(质量、体积均可忽略).初始13时,三个阀门均打开,活塞在B的底部;关闭K、K,通过K给汽缸充气,℃,(1)打开K,求稳定时活塞上方气体的体积和压强;2(2)接着打开K,求稳定时活塞的位置;3(3)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.【解析】(1)设打开K后,稳定时活塞上方气体的压强为p,,=pV①011(3p)V=p(2V-V)②011联立①②式得VV=③12:..p=2p④10(2)打开K后,由④式知,(V≤2V)时,(3p)V=pV⑤022由⑤式得3Vp=p⑥2V023由⑥式知,打开K后活塞上升直到B的顶部为止;此时p为p′=(3)设加热后活塞下方气体的压强为p,气体温度从T=300K升高到T=320K的等容过程312中,由查理定律得p′p2=3⑦TT12将有关数据代入⑦式得p=⑧30V【答案】(1)2p(2)上升到B的顶部(3).(2019·河南省八市三模)如图所示,粗细均匀的U形管中,封闭了两段水银柱和两部分空气柱,水银柱A的长度h=25cm,位于左侧封闭端的顶部。水银柱B与A之间的空气柱长1度L=,右侧被活塞C封闭的空气柱长度L=,已知玻璃管周围环境温度t12=27℃时,右侧封闭空气柱的压强恰为p=75cmHg,水银柱B左右两部分液面的高度差0h=45cm。保持环境温度t=27℃不变,缓慢拉动活塞C,求:2(1)当水银柱A恰好对U形管的顶部没有压力时,右侧封闭气体的压强为多少?:..(2)当U形管内B部分的水银面相平时,活塞C共向上移动多少?【答案】(1)65cmHg(2)【解析】(1)左侧气体做等温变化,有:pSL=p′SL′1111p=p-ρgh=30cmHg,p′=25cmHg1021解得:L′=15cm1故水银柱B左右两部分液面的高度差变为h′=h-2(L′-L)=40cm2211右侧气体压强为p′=p′+ρgh′=65cmHg。212hh(2)B部分的水银面相平时,左侧液面下降2,右侧液面上升222水银柱A下降,左侧气体压强仍为p′=25cmHg1此时左右两侧气体压强相等,即右侧气体压强p″=25cmHg右侧气柱做等温变化,有:pSL=p″SL″022解得:L″=;2h则活塞上升的高度h=L″-L+2=。,总体积为V的圆柱形汽缸中,有一个厚度不计的轻质活塞,活塞横截面积为S,、大气压强为p的环境中,用活塞密封00一定质量的空气,并在活塞上放一个质量为m的重物(mg=pS),系统达到平衡状态后,系0V统的体积为,,现用一个打气筒对汽缸充气,2V打气筒一次可以把一个标准大气压下体积为的空气充入汽缸.(空气看作理想气体,2=):..(1)在缓慢充气的情况下,缸内气体温度不变,求至少充气多少次才能使活塞升至汽缸顶部?T(2)在快速充气的情况下,缸内气体来不及散热,且每次充气可以使缸内气体温度升高0,100求至少充气多少次才能使活塞升至汽缸顶部?【答案】:(1)100次(2)42次nV【解析】:(1)设至少充气n次,则n次充气的气体体积为,压强为p,充气后压强为2p,10000VnVV体积为,由玻意耳定律有p=2p2010002解得n=100次NV(2)设至少充气N次,则N次充气的气体体积为,压强为p,温度为T;汽缸原有气体10000VNT体积,压强为2p,温度为T;充气后体积为V,压强为2p,温度为T+0;由理想气20000100体状态方程,得NVVp+2p0100022pV=0TNT0T+00100N整理得到(1+)2=2100解得N=100(2-1)根据题意,取N=42次12.(2019·东北三省六市高三联考)如图所示,两个截面积都为S的圆柱形容器,右边容器高为H,上端封闭,,容器、,左边容器中装有理想气体,平衡时活塞到容器底的距离为H,,活塞便缓慢下降,直到系统达到新的平衡,,已知:..外界大气压强为p,【答案】:(Mg+pS)H50【解析】:设理想气体初状态时的压强为p活塞受力平衡,有pS=Mg+pS0设气体初状态的温度为T,系统达到新的平衡时活塞下降的高度为x,由盖—吕萨克定律有HS?H+H-x?S==H5又系统绝热,即Q=0外界对气体做功为W=pSx根据热力学第一定律有ΔU=Q+W3所以ΔU=(Mg+pS)