1、专题六 选考模块二十六、热 学思维脑图 学前串一串，平时翻一翻，考前忆一忆 学前先做高考题点击此处研透常考题根对热学基本知识的考查1分子动理论(1)分子大小阿伏加德罗常数：NA6.021023mol1。分子体积：V0VmolNA(占有空间的体积)。分子质量：m0MmolNA。油膜法估测分子的直径：dVS。(2)分子热运动的实验基础：扩散现象和布朗运动。扩散现象特点：温度越高，扩散越快。布朗运动特点：液体内固体小颗粒做永不停息、无规则的运动，颗粒越小、温度越高，运动越剧烈。(3)分子间的相互作用力和分子势能分子力：分子间引力与斥力的合力。分子间距离增大，引力和斥力均减小；分子间距离减小，引力和斥
2、力均增大，但斥力总比引力变化得快。分子势能：分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增大；当分子间距为 r0(分子间的距离为 r0 时，分子间作用的合力为 0)时，分子势能最小。2固体和液体(1)晶体和非晶体的分子结构不同，表现出的物理性质不同。晶体具有确定的熔点。单晶体表现出各向异性，多晶体和非晶体表现出各向同性。晶体和非晶体在适当的条件下可以相互转化。(2)液晶是一种特殊的物质状态，所处的状态介于固态和液态之间。液晶具有流动性，在光学、电学物理性质上表现出各向异性。(3)液体的表面张力使液体表面具有收缩到最小的趋势，表面张力的方向跟液面相切。即时训练1判断正误(1)布朗运动并不是
3、液体分子的运动，但它说明分子永不停息地做无规则运动。()(2)液体温度越高，布朗运动会越激烈。()(3)显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这反映了液体分子运动的无规则性。()(4)悬浮在空气中做布朗运动的 PM2.5 微粒，气温越高，运动越剧烈。()(5)扩散现象不仅能发生在气体和液体中，固体中也可以。()(6)“酒香不怕巷子深”与分子热运动有关。()(7)水不容易被压缩说明分子间存在分子力。()(8)用力拉铁棒的两端，铁棒没有断，说明此时分子间只存在引力而不存在斥力。()(9)将一个分子从无穷远处无限靠近另一个分子，则这两个分子间的分子力先增大后减小最后再增大。()(10)当
4、分子间距离增大时，分子间的引力减少，斥力增大。()(11)若两分子间距离减小，分子间斥力增大，引力减小，合力为斥力。()(12)当两分子间距离大于平衡位置的间距 r0时，分子间的距离越大，分子势能越小。()(13)同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现。()(14)大颗粒的盐磨成了细盐，就变成了非晶体。()(15)单晶体的某些物理性质具有各向异性，而多晶体和非晶体是各向同性的。()(16)单晶体和多晶体都有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点。()(17)晶体在各个方向上的导热性能相同时，表现为各向同性。()(18)单晶体的物理性质具有各向异性。()(19)太空中水滴成球形，是液体表面张力作
5、用的结果。()(20)液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部。()(21)液体表面的分子距离大于分子间的平衡距离，使得液面有表面张力。()(22)叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用。()(23)液晶具有液体的流动性，同时具有晶体的各向异性特征。()(24)液晶显示器是利用了液晶对光具有各向异性的特点。()(25)当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大。()(26)空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近饱和汽压，水蒸发越快。()(27)只要知道水的摩尔质量和水分子的质量，就可以计算出阿伏加德罗常数。()(28)用阿伏加德罗常数和某种气体的密度，就可以求出该种气体的分子质量。(
6、)(29)只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，就可以算出该气体分子的体积。()(30)一定质量的 100 的水吸收热量后变成 100 的水蒸气，则吸收的热量大于增加的内能。()(31)给自行车打气时气筒压下后反弹，是由分子斥力造成的。()(32)如果气体分子总数不变，而气体温度升高，气体的平均动能一定增大，因此压强也必然增大。()(33)把很多小的单晶体放在一起，就变成了非晶体。()(34)用热针尖接触金属表面的石蜡，熔化区域呈圆形，这是晶体各向异性的表现。()(35)漂浮在热菜汤表面上的油滴，从上面观察是圆形的，是因为油滴液体呈各向同性的缘故。()(36)雨水没有透过布雨伞是因为液体分子
7、表面张力的原因。()(37)在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零。()(38)压强变大时，分子间的平均距离必然变小。()(39)当人们感到干燥时，空气的相对湿度一定较小。()(40)影响蒸发快慢以及影响人们对干爽与潮湿感受的因素是空气中水蒸气的实际压强与同一温度下水的饱和汽压的差距。()2已知 50 时饱和水汽压是 92.5 mmHg，则在以下两种变化中：如果温度不变，汽的体积缩小到原来一半；体积不变，汽的温度升高到 100。其饱和水汽压变化是()A不变，不变 B变大，不变C不变，变大D变大，变大解析：根据饱和水汽压与温度有关，随温度的升高而增大，与体积无关可知，如果温度不变，汽的体积缩
8、小到原来一半，其饱和水汽压不变；如果保持体积不变，当汽的温度升高时，其饱和水汽压会变大。故 C 正确。答案：C 热力学定律的理解1物体内能变化的判定温度变化引起分子平均动能的变化；体积变化，分子间的分子力做功，引起分子势能的变化。2热力学第一定律(1)公式：UWQ。(2)符号规定：外界对系统做功，W0；系统对外界做功，W0；系统向外界放出热量，Q0；系统内能减少，U0。3热力学第二定律的表述(1)热量不能自发地从低温物体传到高温物体(按热传递的方向性表述)。(2)不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响(按机械能和内能转化的方向性表述)。(3)第二类永动机是不可能制成的。即时
9、训练1判断正误(1)外界对系统做功，其内能一定增加。()(2)系统从外界吸收热量，其内能一定增加。()(3)一定质量的理想气体发生绝热膨胀时，其内能不变。()(4)一定质量的理想气体，在等压膨胀过程中，气体分子的平均动能增大。()(5)在轮胎爆裂这一短暂过程中，气体膨胀，温度下降。()(6)密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程外界对其做功，瓶内空气内能增加。()(7)压缩处于绝热容器中的一定质量的理想气体，其内能一定增加。()(8)“钻木取火”和“捂热水袋”都是做功改变物体内能的。()(9)热量能够自发地从高温物体传导到低温物体，但不能自发地从低温物体传导到高温物体。()(10)利用浅层海
10、水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能是可能的。()(11)自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的。()(12)功转变为热的实际宏观过程一定是可逆过程。()(13)空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性。()(14)不断改进工艺，热机的效率可能达到 100%。()(15)热量不可以自发地从低温物体传递到高温物体，是因为违背了热力学第一定律。()(16)“第一类永动机”不可能制成，是因为它违背了能量守恒定律。()(17)“第二类永动机”不可能制成，是因为它违背了能量守恒定律。()2关于热力学定律，下列说法正确的是()A气体吸热后温度一定升高B
11、对气体做功可以改变其内能C理想气体等压膨胀过程一定放热D热量不可能自发地从低温物体传到高温物体解析：根据热力学定律，气体吸热后如果对外做功，则温度不一定升高，说法 A 错误；改变物体内能的方式有做功和传热，对气体做功可以改变其内能，说法 B 正确；理想气体等压膨胀对外做功，根据pVT 恒量知，膨胀过程一定吸热，说法 C 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，说法 D 正确。答案：BD 气体实验定律的应用1气体实验定律(1)等温变化：pVC 或 p1V1p2V2。(2)等容变化：pTC 或p1T1p2T2。(3)等压变化：VTC 或V1T1V2T2。(4)理想气体状态
12、方程：pVT C 或p1V1T1 p2V2T2。2应用气体实验定律的三个重要环节(1)正确选择研究对象：对于变质量问题要保证研究质量不变的部分；对于多部分气体问题，要各部分独立研究，各部分之间一般通过压强找联系。(2)列出各状态的参量：气体在初、末状态，往往会有两个(或三个)参量发生变化，把这些状态参量罗列出来会比较准确、快速地找到规律。(3)认清变化过程：准确分析变化过程以便正确选用气体实验定律。例 1 一定质量的理想气体被质量 m30 kg、横截面积 S100 cm2的活塞封闭在光滑圆筒形的金属汽缸内，活塞与汽缸底之间用一轻弹簧连接。开始时汽缸水平放置，弹簧恰好处于原长 L050 cm，如
13、图(a)所示。将汽缸从水平位置缓慢地竖直立起，稳定后活塞下降 L110 cm，如图(b)所示。再对汽缸内的气体逐渐加热，活塞上升 L230 cm，如图(c)所示。已知重力加速度 g10 m/s2，外界气温 t27，大气压强 p01.0105Pa，不计一切摩擦，求：(1)弹簧的劲度系数 k；(2)加热后，汽缸内气体的温度 T。解析(1)设汽缸竖直稳定后，汽缸内气体压强为 p1，活塞受力平衡 p1SkL1p0Smg由玻意耳定律得 p0L0Sp1(L0L1)S解得 k500 N/m。(2)设加热后汽缸内气体压强为 p2，活塞受力平衡 p2Sp0Smgk(L2L1)初始温度：Tt273 K由理想气体状
14、态方程p0L0STp2L0L2L1ST解得 T588 K。答案(1)500 N/m(2)588 K即时训练1(2016全国卷)一氧气瓶的容积为 0.08 m3，开始时瓶中氧气的压强为 20 个大气压。某实验室每天消耗 1 个大气压的氧气0.36 m3。当氧气瓶中的压强降低到 2 个大气压时，需重新充气。若氧气的温度保持不变，求这瓶氧气重新充气前可供该实验室使用多少天。解析：设氧气开始时的压强为 p1，体积为 V1，压强变为 p2(2个大气压)时，体积为 V2。根据玻意耳定律得p1V1p2V2重新充气前，用去的氧气在 p2压强下的体积为V3V2V1设用去的氧气在 p0(1 个大气压)压强下的体积
15、为 V0，则有p2V3p0V0设实验室每天用去的氧气在 p0压强下的体积为 V，则氧气可用的天数为N V0V 联立式，并代入数据得N4(天)。答案：4 天2(2017江苏四模)在水平面上有一个导热汽缸，如图甲所示，活塞与汽缸之间密封了一定质量的理想气体。最初密封气体的温度为 27，气柱长 10 cm；给气体加热后，气柱长变为12 cm。已知汽缸内横截面积为 0.001 m2，大气压强 p01.0105 Pa，重力加速度 g 取 10 m/s2，不计活塞与汽缸之间的摩擦。(1)求加热后汽缸内气体的温度；(2)若保持汽缸内气体温度不变，将汽缸直立后(如图乙所示)，气柱长度又恢复为 10 cm，求活
16、塞质量。解析：(1)汽缸内的密封气体温度升高后，压强不变，是等压变化，汽缸内横截面积用 S 表示，则 V10.1S m3，V20.12S m3，T1(27327)K根据盖吕萨克定律，有V1T1V2T2代入数据解得：T2360 K(或 87)。(2)将汽缸直立后，气体发生等温变化，根据玻意耳定律有 p2V2p3V3已知 V20.12S m3，V30.1S m3，p2p01.0105 Pa代入数据解得 p31.2105 Pa因为 pp3p0mgS代入数据解得 m2 kg。答案：(1)360 K(或 87)(2)2 kg热学综合问题例 2(2017南京一模)一定质量的理想气体从状态 A 经绝热过程到
17、达状态 B，再经等容过程到达状态 C，此过程的 p-V 图像如图所示，图中虚线为等温线。在 BC 的过程中，气体吸收热量为 12 J。(1)比较气体在 A 和 B 状态的内能 EA、EB 的大小；(2)求气体从 AB 过程中气体对外界做的功。解析(1)AB 过程绝热，Q0，气体体积 V 增大，对外做功，内能减小，EAEB。(2)ABC 过程中有：UWABWBCQABQBCA、C 温度相等，内能不变，U0AB 过程绝热，QAB0BC 等容变化不做功，WBC0在 BC 的过程中，气体吸收热量 QBC12 J解得 WAB12 J即 AB 过程气体对外做功 12 J。答案(1)EAEB(2)12 J即
18、时训练1(2017许昌二模)如图所示，一定质量的理想气体从状态 A 依次经过状态 B、C 和 D 后再回到状态 A。其中，AB 和 CD 为等温过程，BC 和 DA 为绝热过程。该循环过程中，下列说法正确的是()AAB 过程中，气体对外界做功，吸热BBC 过程中，气体分子的平均动能增加CCD 过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少DDA 过程中，气体吸热解析：AB 过程中，体积增大，气体对外界做功，W0，AB为等温过程，内能不变，U0，根据热力学第一定律知气体吸热，Q0，故 A 正确；BC 过程中，绝热膨胀，气体对外做功，内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，故 B 错误；CD过
19、程中，等温压缩，体积变小，分子数密度变大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，故 C 错误；DA 过程中，绝热压缩，Q0，故 D 错误。答案：A 2.(2017南通一模)如图所示，在开口向上、竖直放置的薄壁圆柱形容器内，用质量 m2.0 kg 的活塞密封一部分气体，活塞在容器内能自由滑动且保持水平，容器的底面积 S100 cm2，开始时气体的温度 T1280 K，活塞到容器底的距离 h120.0 cm。在气体从外界吸收 Q40 J 热量的过程中，活塞缓慢上升的距离 h1.0 cm。已知大气压强 p01.0105 Pa，重力加速度 g10 m/s2。求：(1)活塞停止上升时容器内气体的温度 T2；(2)密封气体内能的增加量 U。解析：(1)活塞上升过程中，由盖吕萨克定律有：V1V2T1T2则有：T2V2V1T1h1hh1T1代入数据解得 T2294 K。(2)活塞上升的过程，外界对系统做的功为：W(mgp0S)h由热力学第一定律有：UQW解得：U29.8 J。答案：(1)294 K(2)29.8 J “专题跟踪检测”见“专题跟踪检测（二十四）”(单击进入电子文档)