2021年高考复习高三物理选修3-3《热学》专题讲练17934.pdf

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1、 2021 年高三物理选修 3-3热学专题讲练 1.热学基本概念和规律(1)分子动理论与内能 分子动理论 a物体是由大量分子组成的：油膜法测分子直径dVS。b分子的热运动：分子永不停息的无规则运动。证据：扩散现象、布朗运动。c分子间存在相互作用力，如图 1 所示。温度和温标 a热平衡定律：如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡。一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。b摄氏温度t与热力学温度T的关系：Tt273.15 K 内能 a分子动能 温度是分子热运动平均动能的标志。b分子势能：如图 2 所示 c内能：是对于物体而言。物体中所有分子的热运动动能与分子势

2、能的总和，叫做物体的内能。(2)气体状态方程 玻意耳定律(等温)：p1V1p2V2。查理定律(等容)：p1T1p2T2。盖吕萨克定律(等压)：V1T1V2T2。理想气体状态方程：p1V1T1p2V2T2。(3)固体、液体、液晶 固体 a晶体 形状规则，有固定熔点。单晶体：各向异性的性质；多晶体：各向同性。有的物质在不同条件下能够生成不同的晶体。那是因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布。例如均由碳原子组成的石墨和金刚石。b非晶体 无确定几何形状，物理性质各向同性，无固定熔点。同种物质也可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现。物质是晶体还是非晶体，并不是绝对的，是能够相互转化的，例如天然水晶

3、和石英玻璃。液体 a表面张力：使液体表面积收缩到最小。b浸润和不浸润：是分子力作用的表现。一种液体是否浸润某种固体，与这两种物质的性质都有关系。如图 3 所示。水可以浸润玻璃，但水不能浸润蜂蜡和石蜡；水银不浸润玻璃，但水银浸润铅。c毛细现象：浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润液体在细管中下降的现象。d液晶：具有液体的流动性；具有晶体的光学各向异性。e饱和汽与饱和气压 饱和汽：与液体处于动态平衡的蒸汽。饱和气压：在一定温度下，饱和汽的压强。随温度而变。绝对湿度：用空气中所含水蒸气的压强p1来表示。相对湿度：空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和气压的比值。相对湿度水蒸气的实际压强同温度水的饱

4、和汽压(4)热力学定律 热力学第一定律：UQW。热力学第二定律 a不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化。b不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功，而不引起其他变化。2气体压强的几种求法(1)参考液片法：选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程，消去面积，得到液片两侧压强相等方程，求得气体的压强。(2)力平衡法：选与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得气体的压强。(3)等压面法：在连通器中，同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等。(4)牛顿第二定律法：求解加速运动系统中封闭气体

5、压强，通常选与气体接触的液柱或活塞研究对象，进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程求解。典型题一分子动理论【例 1】(2019河北唐山三模)(多选)下列说法正确的是()A悬浮在水中的花粉颗粒的布朗运动反映了水分子的热运动 B一定质量的理想气体对外做功时，它的内能一定减小 C热量不可能自发地从内能少的物体传到内能多的物体 D液体的表面张力是由于液体表面层分子间距离略大于平衡距离而产生的 E将两个分子由距离极近移动到相距无穷远的过程中，它们的分子势能先减小后增加【答案】ADE 【解析】悬浮在水中的花粉颗粒的布朗运动反映了水分子的热运动，故 A 正确；根据热力学第一定律，一定质量的理想气体对外做功时(

6、W0)，气体和外界热交换不明确，内能不一定减小，故 B 错误；根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，内能多的物体温度不一定高，故 C 错误；液体的表面张力是由于液体表面层分子间距离略大于平衡距离，分子力表现为引力而产生的，故 D 正确；将两个分子由距离极近移动到相距无穷远的过程中，它们的分子势能先减小后增加，故 E 正确。典型题二气体热现象的微观意义、固体和液体【例 2】(2019山西省三模)(多选)以下说法正确的是()A单晶体和多晶体都表现出各向异性 B叶面上的露珠呈球形是因为重力作用的结果 C当液体和固体的附着层内的分子距离比较小，分子力表现为斥力，从而形成浸润现象

7、D晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化 E晶体熔化时吸收的热量全部转化为分子势能【答案】CDE【解析】单晶体表现为各向异性，多晶体表现为各向同性，故 A 错误；叶面上的露珠呈球形是因为液体表面张力作用的结果，故 B 错误；当液体和固体的附着层内的分子距离比较小，分子力表现为斥力，从而形成浸润现象，故 C 正确；晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化，例如，天然水晶是晶体，而熔化以后再凝结的水晶(即石英玻璃)为非晶体，故D 正确；晶体有固定的熔点，在熔化过程中，温度不变，分子的平均动能不变，晶体熔化时吸收的热量全部转化为分子势能，故 E 正确。典型题三气体实验定律和理想气体状态方程【例 3】(20

8、19南昌二模)有一如图所示导热性良好的 U 形容器，右管顶端封闭，容器的左、右两部分横截面积之比为 12。容器内部密封一部分水银。现测得右端部分的水银液面与容器顶端的高度 h5 cm，左、右两部分容器的水银面的高度差 H15 cm，设大气压 p075 cmHg，外界环境温度 t27，求：(1)向左边的容器部分缓慢注入水银，直到两边容器的水银柱恰好相平齐时封闭气体的长度；(2)当左、右两部分的水银柱相平齐后，将整个容器置于一温控室内，然后使温控室的温度缓慢升高，直到右端容器内被密封的气体的长度为 5 cm 时，此时温控室的温度。【答案】(1)4 cm(2)390 K【解析】(1)以右边容器内封闭

9、的气体为研究对象，封闭气体等温变化，设当两管的水银液面相平齐时，右端被封闭的气体长度为 h。初、末状态的压强和体积分别为：p1p0gH，p2p0，根据等温变化可得：p1hSp2hS，解得：hhp0gHp04 cm。(2)空气柱的长度变为开始时的长度 h 时，右管水银面下降 1 cm，则左管水银面会上升 2 cm，此时两侧水银面高度差为 h03 cm，此时空气柱的压强：p3p0gh0 根据等容变化得到：p1Tp3T 其中 T(27273)K300 K 解得：T390 K。类型四气体实验定律与图象、热力学第一定律等的综合问题【例 4】(2019河南濮阳三模)(多选)封闭在汽缸内一定质量的理想气体由

10、状态 A 变到状态 D，其体积 V 与热力学温度 T 关系如图所示，O、A、D 三点在同一直线上。则()A由状态 A 变到状态 B 的过程中，气体吸收热量 B由状态 B 变到状态 C 的过程中，气体从外界吸收热量，内能增加 CC 状态气体的压强小于 D 状态气体的压强 DD 状态时单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数比 A 状态少 ED 状态与 A 状态，相等时间内气体分子对器壁单位面积的冲量相等【答案】ADE【解析】气体从状态 A 变到状态 B 的过程中，体积不变，发生的是等容变化，气体不做功，W0，温度升高，内能增加，U0，根据热力学第一定律 UWQ，知 Q0，气体吸收热量，故 A 正确；

11、由状态 B 变到状态 C 的过程中，温度不变，内能不变，U0，体积变大，气体对外界做功 W0，根据热力学第一定律知 Q0，气体从外界吸收热量，故 B 错误；气体从状态 C 到状态 D 发生等容变化，根据查理定律知 pT，TCTD，所以pCpD，即 C 状态气体的压强大于 D 状态气体的压强，故 C 错误；A 点和 D 点在过原点的同一直线上，说明气体由状态 A 到状态 D，压强不变，体积增大，分子的密集程度减小，状态 D 温度高，分子的平均动能大，状态 A 和状态 D 压强相等，所以 D 状态时单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数比 A 状态少，故 D 正确；根据动量定理知，FIt，压强 pF

12、S，所以 pISt，因为状态 D 和状态 A 压强相等，所以相等时间内气体分子对器壁单位面积的冲量相等，故 E 正确。过关练习：1(2019宁夏石嘴山三中一模)下列说法中正确的是()A“油膜法估测分子大小”的实验中，估算油酸分子直径用的是油酸酒精溶液的体积除以油膜的面积 B非晶体呈各向同性，晶体也有可能呈各向同性 C雨后叶子表面上的小水珠接近球形主要是液体表面张力作用的结果 D不浸润现象说明固体分子对液体分子的吸引力大于液体分子之间的吸引力 E物体温度升高时，速率小的分子数目减少，速率大的分子数目增多 2.(2019河南郑州二模)一定质量的理想气体由状态 a 经状态 b、c 到状态 d，其体积

13、 V 与热力学温度 T 关系如图所示，O、a、d 三点在同一直线上，ab 和 cd 平行于横轴，bc 平行于纵轴，则下列说法正确的是()A由状态 a 变到状态 b 的过程中，气体吸收热量 B由状态 a 变到状态 b 的过程中，每个气体分子的动能都会增大 C从状态 b 到状态 c，气体对外做功，内能减小 D从状态 c 到状态 d，气体密度不变 E从状态 a 到状态 d，气体内能增加 3.(2019济南三模)在“用油膜法估测分子的大小”实验中，下列做法正确的是()A用注射器吸取配置好的油酸酒精溶液，一滴一滴地滴入小量筒中，若 100 滴溶液的体积是 1 mL，则 1 滴溶液中含有油酸 102 mL

14、 B用浅盘装入适量的水，然后将痱子粉均匀地撒在水面上 C用注射器往水面上滴 1 滴油酸酒精溶液，等油膜的形状稳定之后再描绘其形状 D将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，再用刻度尺去量油膜的面积 E根据 1 滴油酸溶液中油酸的体积 V 和油膜面积 S 就可以算出油膜厚度 dVS，即油酸分子的直径 4(2019湖南衡阳二模)下列说法正确的是()A气体放出热量，其分子的平均动能可能增大 B当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大 C饱和汽压与温度和体积有关 D第一类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律 E某气体的摩尔体积为 V，每个分子的体积为 V0，则阿伏加德罗常

15、数可表示为 NAVV0 5(2019安徽安庆高三二模)下列有关自然现象的描述或判断，正确的是()A露珠通常呈现球状，是由于水的表面具有张力作用的结果 B气体可以被压缩，但又不能无限地被压缩，说明气体分子间存在相互作用的斥力 C在阳光的照射下，经常看见空气中尘埃所做的无规则运动是布朗运动 D水和酒精混合后的总体积小于两者体积之和，说明分子间存在间隙 E冰块打碎后，具有各种不同的形状，说明冰不是晶体 6.(2019湖北八校联合二模)下列说法正确的是()A已知铜的密度和摩尔质量，可以估算铜分子的直径 B晶体均具有规则的几何形状，但不一定具有各向异性的特征 C绝对湿度相同，温度较低时相对湿度较大，感觉

16、越潮湿 D当液体与固体之间表现为浸润时，附着层内分子间的作用表现为引力 E密闭在汽缸里的一定质量理想气体发生等压膨胀时，单位时间碰撞器壁单位面积的气体分子数一定减少 7(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()A气体在状态 a 时的温度低于在状态 c 时的温度 B从 ab 的过程，气体分子密集程度不变，分子平均动能增加 C从 abc 的过程，气体密度不断减小，温度先升

17、高后不变 D从 cd 的过程，气体放出的热量大于外界对气体做的功 E从 abcd 的过程，设气体对外做功为 W1，外界对气体做功为 W2，气体吸热为 Q1，放热为 Q2，则 W1W20，根据 UWQ 可知气体吸收热量，A 正确；由状态 a 变到状态 b 的过程中，气体的温度升高，则气体分子的平均动能增大，但不是每个气体分子的动能都会增大，B 错误；从状态b 到状态 c，气体温度不变，内能不变，体积变大，则气体对外做功，C 错误；从状态 c 到状态 d，气体体积不变，则气体的密度不变，D 正确；从状态 a 到状态 d，气体温度升高，则内能增加，E 正确。3.【答案】BCE【解析】用注射器吸取配置

18、好的油酸酒精溶液，一滴一滴地滴入小量筒中，若 100 滴溶液的体积是 1 mL，则 1 滴溶液的体积是 102 mL，其中含有的油酸体积小于 102 mL，A 错误；用浅盘装入适量的水，然后将痱子粉均匀地撒在水面上，B 正确；用注射器往水面上滴 1 滴油酸酒精溶液，等油膜的形状稳定之后再描绘其形状，C 正确；将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，通过数取格子数的方法去计算油膜的面积，D 错误；根据 1 滴油酸溶液中油酸的体积 V 和油膜面积 S 就可以算出油膜厚度 dVS，即油酸分子的直径，E 正确。4.【答案】ABD 【解析】气体放出热量的同时外界可能对气体做功，气体的内能可能增大，则气体分

19、子的平均动能可能增大，故 A 正确；当分子力表现为斥力时，分子力随分子间距离的减小而增大，需要克服分子斥力做功，所以分子势能增大，故 B 正确；饱和汽压只与温度有关，故 C错误；第一类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律，故 D 正确；某固体或液体的摩尔体积为 V，每个分子的体积为 V0，则阿伏加德罗常数可表示为 NAVV0，此式对气体不成立，故 E 错误。5.【答案】ABD【解析】液体表面层里的分子比内部稀疏，分子间的距离比液体内部大一些，分子间的相互作用表现为引力，露珠呈球状是由于液体表面张力的作用，故 A 正确；气体能被压缩，说明分子之间存在间隙，而又不能无限地被压缩，说明气体分子

20、间存在相互作用的斥力，故B 正确；飞舞的尘埃是由于空气的对流而形成的，不是布朗运动，故 C 错误；酒精和水都是由分子构成的物质，由于分子之间存在一定的间隙，当二者混合时分子之间相互渗透，因此总体积减小，说明分子间有间隙，故 D 正确；区分是不是晶体要看是否具有确定的熔点，冰具有确定的熔点，是晶体，故 E 错误。6.【答案】ACE【解析】已知铜的密度和摩尔质量，可求铜的摩尔体积，铜分子可以看做一个个紧密排列的圆球，摩尔体积除以阿伏加德罗常数可求铜分子体积，根据圆球的体积公式可以估算铜分子的直径，故 A 正确；多晶体不具有规则的几何形状，也不具有各向异性的特征，故 B 错误；温度越低，饱和汽压越低

21、，所以绝对湿度相同，温度较低时相对湿度较大，感觉越潮湿，故 C 正确；当液体与固体之间表现为浸润时，附着层内分子间的距离小于平衡距离，作用力表现为斥力，故 D 错误；一定质量理想气体发生等压膨胀时，温度一定升高，分子平均动能增大，分子撞击器壁时的平均作用力增大，压强不变，单位时间单位面积器壁受到的撞击力相同，单位时间碰撞器壁单位面积的气体分子数一定减少，故 E 正确。7.【答案】ABD【解析】根据理想气体状态方程可得：paVaTapcVcTc，所以有TaTc12，即气体在状态 a 时的温度低于在状态 c 时的温度，所以 A 正确；从 ab 的过程，体积不变，压强升高，故温度升高，所以气体分子密

22、集程度不变，分子平均动能增加，所以 B 正确；从 abc 的过程，从 ab 阶段的体积不变，温度升高，从 bc 的阶段体积再增大，温度不变，所以 C 错误；从 cd 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 abcd 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 UW2W1Q1Q20，即 W1W2Q1Q2，所以 E 错误。8.【答案】(1)65 cmHg(2)47.5 cm【解析】(1)左侧气体做等温变化，有：p1SL1p1SL1 p1p0gh230 cmHg，p125 cmHg

23、解得：L115 cm 故水银柱 B 左右两部分液面的高度差变为 h2h22(L1L1)40 cm 右侧气体压强为 p2p1gh265 cmHg。(2)B 部分的水银面相平时，左侧液面下降h22，右侧液面上升h22 水银柱 A 下降，左侧气体压强仍为 p125 cmHg 此时左右两侧气体压强相等，即右侧气体压强 p25 cmHg 右侧气柱做等温变化，有：p0SL2pSL2 解得：L237.5 cm；则活塞上升的高度 hL2L2h2247.5 cm。9.【答案】(1)40 次(2)4 瓶【解析】(1)设需要打气 n 次，以容器内原有的气体和 n 次打入的气体为研究对象，则气体的初状态：p11.01

24、05 Pa，V1V0nV 末状态：p25.0105 Pa，V2V0，其中：V02 dm3，V0.2 dm3 由玻意耳定律：p1V1p2V2 代入数据解得：n40 次。(2)设气体膨胀到气压为 p32.0105 Pa 时气体的体积为 V3，由玻意耳定律有：p2V2p3V3 代入数据解得：V35 dm3 真空瓶的容积为 V瓶0.7 dm3 因：V3V2V瓶427 故可充 4 瓶。10.【答案】：(1)90 cmHg(2)27 cm【解析】：(1)对右管中的气体，初态 p175 cmHg，V130S；末态体积：V2(305)S25S 由玻意耳定律得 p1V1p2V2 解得：p290 cmHg(2)对水平管中的气体，初态压强：pp015 cmHg90 cmHg，V11S；末态压强：pp220 cmHg110 cmHg 根据玻意耳定律得 pVpV 解得 V9S，水平管中的长度变为 9 cm，此时原来左侧 19 cm 水银柱已有 11 cm 进入到水平管中，所以左侧管中倒入水银柱的长度应该是 pp08 cm27 cm