2020届二轮复习专题五第12讲　热学课件（70张）（山东专用） 70页

第 12 讲 热学 总纲目录 考点一 分子动理论 内能 热力学定律 考点二 固体、液体、气体的性质 考点四 热力学定律与气体变化的综合应用 素养引领 · 情境命题 考点三 气体实验定律和理想气体状态方程 考点一　分子动理论　内能　热力学定律 1.(2019北京理综,15,6分)下列说法正确的是   (　 A 　) A.温度标志着物体内大量分子热运动的剧烈程度 B.内能是物体中所有分子热运动所具有的动能的总和 C.气体压强仅与气体分子的平均动能有关 D.气体膨胀对外做功且温度降低,分子的平均动能可能不变 答案     A　本题为热学中的基本概念的辨析问题,主要考查考生对物理观念 的理解能力,体现了能量观念、模型建构等核心素养。 温度是分子平均动能的标志,故A项正确;内能是所有分子的分子动能与分子 势能的总和,B错误;气体压强与气体分子的平均动能和分子密集程度有关,故 C错误;气体温度降低,则气体分子的平均动能减小,故D错误。 2.(多选)[2019江苏单科,13A(1)]在没有外界影响的情况下,密闭容器内的理想 气体静置足够长时间后,该气体(　 CD 　) A.分子的无规则运动停息下来 B.每个分子的速度大小均相等 C.分子的平均动能保持不变 D.分子的密集程度保持不变 答案     CD　本题考查了分子动理论与学生对分子动理论基本内容的理解能 力,体现了运动与相互作用观念的素养要素。 由分子动理论的基本内容可知,分子永不停息地做无规则运动,选项A错误;在 无外界影响下,静置的理想气体温度不变,因此分子的平均动能不变,但每个 分子的速度大小无法确定,选项B错误,C正确;因静置足够长时间,分子无规则 运动在各个位置的概率相等,故分子的密集程度保持不变,选项D正确。 3.(多选)[2015山东理综,37(1)]墨滴入水,扩而散之,徐徐混匀。关于该现象的 分析正确的是 　　　     。 a.混合均匀主要是由于碳粒受重力作用 b.混合均匀的过程中,水分子和碳粒都做无规则运动 c.使用碳粒更小的墨汁,混合均匀的过程进行得更迅速 d.墨汁的扩散运动是由于碳粒和水分子发生化学反应引起的 答案     bc 解析　 墨汁与水混合均匀的过程,是水分子和碳粒做无规则运动的过程,这种 运动与重力无关,也不是化学反应引起的。微粒越小、温度越高,无规则运动 越剧烈,可见,b、c正确,a、d均错。 4.[2019课标Ⅰ,33(1),5分]某容器中的空气被光滑活塞封住,容器和活塞绝热 性能良好,空气可视为理想气体。初始时容器中空气的温度与外界相同,压强 大于外界。现使活塞缓慢移动,直至容器中的空气压强与外界相同。此时,容 器中空气的温度 　　　     (填“高于”“低于”或“等于”)外界温度,容器 中空气的密度 　　　     (填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度。 答案 　低于　大于 解析 　本题通过理想气体状态变化过程考查了热力学定律与能量守恒定律 , 以及学生的综合分析与计算能力 , 体现了科学推理的核心素养要素。 由题意可知 , 封闭气体经历了绝热膨胀的过程 , 此过程中气体对外界做功 , W < 0, 与外界的热交换为零 , 即 Q =0, 则由热力学第一定律可知气体内能降低 , 而一 定质量理想气体的内能只与温度有关 , 故其温度降低 , 即容器中空气的温度低 于外界温度。由于此时容器中空气压强与外界相同 , 而温度低于外界温度 , 若 假设容器中空气经历等压升温过程而达到与外界相同状态 , 由   = C 可知其 体积必然膨胀 , 则升温后的容器中空气密度必然比假设的等压升温过程前密 度小 , 而假设的等压升温过程后容器中空气的密度等于外界空气密度 , 故此时 容器中空气的密度大于外界空气的密度。 1.估算问题 (1)油膜法估算分子直径: d =   V 为纯油酸体积, S 为单分子油膜面积。 (2)分子总数: N = nN A =   · N A =   N A 。 M 为摩尔质量。 V mol 为摩尔体积。 [注意]　对气体而言, N ≠   。 V 个 为一个分子的体积。 (3)两种模型: 球模型: V =   π R 3 (适用于估算液体、固体分子直径) 立方体模型: V = a 3 (适用于估算气体分子间距) 2.对热力学定律的理解 (1)改变物体内能的方式有两种,只明确一种改变方式是无法确定内能变化的。 (2)热量可以由低温物体传递到高温物体,也可以从单一热源吸收热量全部用 来做功,但不引起其他变化是不可能的。 1.关于分子动理论,下列说法正确的是       (　 C 　) A.气体扩散的快慢与温度无关　     B.布朗运动是液体分子的无规则运动　     C.分子间同时存在着引力和斥力　     D.分子间的引力总是随分子间距增大而增大 答案     C　本题考查分子动理论。温度是分子热运动平均动能的标志,温度 越高,分子运动越剧烈,气体扩散越快,A错;布朗运动是悬浮在液体中的固体 小颗粒的运动,不是液体分子的运动,B错;分子间同时存在着引力和斥力,且 随着分子间距的增大,引力和斥力均减小,故C对、D错。 2.已知地球大气层的厚度 h 远小于地球半径 R ,空气平均摩尔质量为 M ,阿伏加 德罗常数为 N A ,地面大气压强为 p 0 ,重力加速度大小为 g 。由此可估算得,地球 大气层空气分子总数为 　　　     ,空气分子之间的平均距离为 　　　     。 答案               解析 　可认为地球大气对地球表面的压力是由其重力引起的,即 mg = p 0 S = p 0 × 4π R 2 ,故大气层的空气总质量 m =   ,空气分子总数 N =   N A =   。由 于 h ≪ R ,则大气层的总体积 V =4π R 2 h ,每个分子所占空间设为一个棱长为 a 的 正方体,则有 Na 3 = V ,可得分子间的平均距离 a =   。 考点二　固体、液体、气体的性质 1.(多选)[2017课标Ⅰ,33(1),5分]氧气分子在0 ℃和100 ℃温度下单位速率间 隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲 线所示。下列说法正确的是 　　　     。 A.图中两条曲线下面积相等 B.图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形 C.图中实线对应于氧气分子在100 ℃时的情形 D.图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目 E.与0 ℃时相比,100 ℃时氧气分子速率出现在0~400 m/s区间内的分子数占 总分子数的百分比较大 答案     ABC　本题考查气体分子速率及分布率。 每条曲线下面积的意义是各种速率的分子数总和占总分子数的百分比,故面 积为1,A正确、D错误。气体温度越高,分子无规则运动越剧烈,分子平均动 能越大,大速率的分子数所占总分子数的百分比越大,故虚线对应的温度较 低,B、C皆正确。由图中0~400 m/s区间图线下的面积可知0 ℃时出现在0~ 400 m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大,E错误。 2.[2019江苏单科,13A(2)]由于水的表面张力,荷叶上的小水滴总是球形的。 在小水滴表面层中,水分子之间的相互作用总体上表现为 　　　     (选填“引 力”或“斥力”)。分子势能 E p 和分子间距离 r 的关系图像如图所示,能总体 上反映小水滴表面层中水分子 E p 的是图中 　　　     (选填“ A ”“ B ”或 “ C ”)的位置。   答案 　 引力     C 解析 　本题考查了液体的表面张力,体现了运动和相互作用观念的素养要素。 液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离,则液体表面层分子间作用 力表现为分子间引力。当分子间引力和斥力相等时分子势能最小,而此时分 子力表现为引力,分子间距离应大于最小分子势能对应的距离,故应是图像中 C 位置。 3.[2019课标Ⅱ,33(1),5分]如 p - V 图所示,1、2、3三个点代表某容器中一定量 理想气体的三个不同状态,对应的温度分别是 T 1 、 T 2 、 T 3 。用 N 1 、 N 2 、 N 3 分别 表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次 数,则 N 1 　　　     N 2 , T 1 　　　     T 3 , N 2 　　　     N 3 。(填“大于”“小于”或 “等于”)   答案 　大于　等于　大于 解析 　本题考查气体的状态参量及理想气体状态方程的内容,考查学生对三 个气体状态参量及气体实验定律的理解能力,培养学生物理观念素养的形成, 提高学生对实验的认识。 由理想气体状态方程可得   =   =   ,可知 T 1 = T 3 > T 2 。由状态1到状态 2,气体压强减小,气体体积相同,温度降低,则气体分子在单位时间内撞击容器 壁上单位面积的平均次数减少, N 1 > N 2 。对状态2和状态3,压强相同,温度大的 次数少,则 N 3 < N 2 。 1. 晶体具有固定的熔点 , 而非晶体没有固定的熔点 ; 晶体中的单晶体物理性质 为各向异性 , 晶体中的多晶体和非晶体物理性质为各向同性。单晶体有确定 的几何外形 , 而多晶体和非晶体没有确定的几何外形。 2. 液晶是一种特殊物质 , 它既具有液体的流动性 , 又像某些晶体那样具有光学 各向异性。不是所有物质都具有液晶态。 3.表面张力属于分子力,受力物体是液体分子,不是液面上的物体。 4. 正确理解温度的物理意义 (1) 温度是分子平均动能的标志 , 温度越高 , 分子的平均动能越大。 (2) 温度越高 , 一定质量的某种物质分子动能总和越大 , 但物体的内能不一定 越大。 5.对气体压强的理解 (1)气体对容器壁的压强是气体分子频繁碰撞的结果,温度越高,气体分子密 度越大,气体的压强就越大。 (2)地球表面大气压强可认为是大气重力产生的。 1.(多选)下列说法正确的是   (　  BC 　) A.液晶分子有序排列显示各向异性,故从各个方向看都比较整齐 B.升高水的温度,它的饱和汽压随之增大 C.水和酒精混合后的体积小于混合前体积之和,说明分子间存在一定的间隙 D.用打气筒给篮球充气时需用力,说明气体分子间有斥力 答案     BC　液晶的排列从某个方向看比较整齐,而从另外一个方向看则是杂 乱无章的,A错误;液体的饱和汽压与温度有关,温度越高,饱和汽压越大,B正 确;水和酒精混合后的体积小于混合前体积之和,说明分子间存在一定的间 隙,C正确;用打气筒给篮球充气时需用力是因为篮球内部气体的压强太大,故 D错误。 2.(多选)(2019湖北武汉模拟)关于液晶,下列说法中正确的是   (　 AB 　) A.液晶不是液体和晶体的混合物 B.液晶的光学性质与某些晶体相似,具有各向异性 C.电子手表中的液晶在外加电压的影响下,能够发光 D.所有物质都具有液晶态 答案     AB　液晶并不是指液体和晶体的混合物,而是一种特殊的物质,液晶 像液体一样具有流动性,液晶的光学性质与某些晶体相似,具有各向异性, 故A、B正确;当液晶通电时导通,排列变得有秩序,使光线容易通过,不通电时 排列混乱,阻止光线通过,所以液晶的光学性质随外加电压的变化而变化,液 晶并不发光,故C错误;不是所有的物质都有液晶态,故D错误。 3.在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上石蜡,用烧热的针接触其上一点,石蜡熔 化的范围分别如图(a)、(b)、(c)所示,而甲、乙、丙三种固体在熔化过程中 温度随加热时间变化的关系如图(d)所示。则由此可判断出甲为 　　　     ,乙 为 　　　     ,丙为 　　　     。(填“单晶体”“多晶体”或“非晶体”)   答案 　多晶体　非晶体　单晶体 解析　 晶体具有确定的熔点,非晶体没有确定的熔点。单晶体的物理性质具 有各向异性,多晶体和非晶体的物理性质具有各向同性。 考点三　气体实验定律和理想气体状态方程 1.[2019课标Ⅰ,33(2),10分]热等静压设备广泛应用于材料加工中。该设备工 作时,先在室温下把惰性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中,然后炉 腔升温,利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理,改善其性能。一 台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为0.13 m 3 ,炉腔抽 真空后,在室温下用压缩机将10瓶氩气压入到炉腔中。已知每瓶氩气的容积 为3.2 × 10 -2 m 3 ,使用前瓶中气体压强为1.5 × 10 7 Pa,使用后瓶中剩余气体压强为 2.0 × 10 6 Pa;室温温度为27 ℃。氩气可视为理想气体。 (ⅰ)求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强; (ⅱ)将压入氩气后的炉腔加热到1 227 ℃,求此时炉腔中气体的压强。 答案 　(ⅰ)3.2 × 10 7 Pa　(ⅱ)1.6 × 10 8 Pa 解析 　(ⅰ)设初始时每瓶气体的体积为 V 0 ,压强为 p 0 ;使用后气瓶中剩余气体 的压强为 p 1 。假设体积为 V 0 、压强为 p 0 的气体压强变为 p 1 时,其体积膨胀为 V 1 。由玻意耳定律 p 0 V 0 = p 1 V 1   ① 被压入到炉腔的气体在室温和 p 1 条件下的体积为 V 1 '= V 1 - V 0   ② 设10瓶气体压入完成后炉腔中气体的压强为 p 2 ,体积为 V 2 。由玻意耳定律 p 2 V 2 =10 p 1 V 1 '   ③ 联立①②③式并代入题给数据得 p 2 =3.2 × 10 7 Pa④ (ⅱ)设加热前炉腔的温度为 T 0 ,加热后炉腔温度为 T 1 ,气体压强为 p 3 。由查理定 律   =     ⑤ 联立④⑤式并代入题给数据得 p 3 =1.6 × 10 8 Pa⑥ 2.[2019课标Ⅱ,33(2),10分]如图,一容器由横截面积分别为2 S 和 S 的两个汽缸 连通而成,容器平放在水平地面上,汽缸内壁光滑。整个容器被通过刚性杆连 接的两活塞分隔成三部分,分别充有氢气、空气和氮气。平衡时,氮气的压强 和体积分别为 p 0 和 V 0 ,氢气的体积为2 V 0 ,空气的压强为 p 。现缓慢地将中部的 空气全部抽出,抽气过程中氢气和氮气的温度保持不变,活塞没有到达两汽缸 的连接处,求 (ⅰ)抽气前氢气的压强; (ⅱ)抽气后氢气的压强和体积。 答案 　(ⅰ)   ( p 0 + p )　(ⅱ)   p 0 +   p        解析 　本题考查气体的性质,是对学生综合分析能力要求较高的题目,也是对 学生科学推理素养的考查。 (ⅰ)设抽气前氢气的压强为 p 10 ,根据力的平衡条件得 ( p 10 - p )·2 S =( p 0 - p )· S   ① 得 p 10 =   ( p 0 + p )   ② (ⅱ)设抽气后氢气的压强和体积分别为 p 1 和 V 1 ,氮气的压强和体积分别为 p 2 和 V 2 。 根据力的平衡条件有 p 2 · S = p 1 ·2 S   ③ 由玻意耳定律得 p 1 V 1 = p 10 ·2 V 0   ④ p 2 V 2 = p 0 V 0   ⑤ 由于两活塞用刚性杆连接,故 V 1 -2 V 0 =2( V 0 - V 2 )   ⑥ 联立②③④⑤⑥式解得 p 1 =   p 0 +   p   ⑦ V 1 =     ⑧ 1.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)加速运动系统中封闭气体压强的求法:选与气体接触的液柱或活塞为研究 对象,进行受力分析,利用牛顿第二定律列方程求解。 2.应用气体实验定律的三个重点环节 (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或把变质 量问题转化为定质量问题处理;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。 1.(2019齐鲁名校模拟)如图所示,开口向上的汽缸 C 静置于水平桌面上,用一横 截面积 S =50 cm 2 的轻质活塞封闭了一定质量的理想气体,一轻绳一端系在活 塞上,另一端跨过两个定滑轮连着一劲度系数 k =2 800 N/m的竖直轻弹簧 A , A 下端系有一质量 m =14 kg的物块 B 。开始时,缸内气体的温度 t 1 =27 ℃,活塞到 缸底的距离 L 1 =120 cm,弹簧恰好处于原长状态。已知外界大气压强恒为 p 0 = 1.0 × 10 5 Pa,取重力加速度 g =10 m/s 2 ,不计一切摩擦。现使缸内气体缓慢冷却, 求:   (1)当 B 刚要离开桌面时汽缸内封闭气体的温度(用摄氏温度表示); (2)气体的温度冷却到-93 ℃时, B 离桌面的高度 H 。 答案 　(1)-66 ℃　(2)15 cm 解析 　(1) B 刚要离开桌面时弹簧拉力为 kx 1 = mg 由活塞受力平衡得 p 2 S = p 0 S - kx 1 根据理想气体状态方程有   =   代入数据解得 T 2 =207 K 当 B 刚要离开桌面时缸内气体的温度 t 2 =-66 ℃ (2)由(1)得 x 1 =5 cm,当温度降至-66 ℃之后,若继续降温,则缸内气体的压强不变 根据盖—吕萨克定律,有   =   代入数据解得 H =15 cm 2.(2019河北石家庄模拟)如图所示,内径相同的两U形玻璃管竖直放置在空气 中,中间用细软管相连,左侧U形管顶端封闭,右侧U形管开口,用水银将部分气 体 A 封闭在左侧U形管内,细软管内还有一部分气体。已知环境温度恒为27 ℃, 大气压强为76 cmHg,稳定时, A 部分气体长度为20 cm,管内各液面高度差 分别为 h 1 =10 cm、 h 2 =12 cm。 (1)求 A 部分气体的压强; (2)现仅给 A 部分气体加热,当管内气体温度升高了50 ℃时, A 部分气体长度为 21 cm,求此时右侧U形管液面高度差 h 2 '。 答案 　(1)54 cmHg　(2)8 cm 解析 　(1)设左侧 A 部分气体压强为 p 1 ,软管内气体压强为 p 2 ,由图中液面的高 度关系可知 p 0 = p 2 + h 2 , p 2 = p 1 + h 1 解得 p 1 = p 0 -( h 1 + h 2 )=54 cmHg (2)由理想气体状态方程有   =   解得 p 1 '=60 cmHg 由于空气柱长度增加1 cm,则水银柱向右侧移动1 cm,因此液面高度差 h 1 '=8 cm 由 p 1 '= p 0 -( h 1 '+ h 2 '),解得 h 2 '=8 cm 3.一粗细均匀的J形玻璃管竖直放置,短臂端封闭,长臂端(足够长)开口向上,短 臂内封有一定质量的理想气体,初始状态时管内各段长度如图甲所示,密闭气 体的温度为27 ℃,大气压强为75 cmHg。求: (1)若沿长臂的管壁缓慢加入5 cm长的水银柱并与下方的水银合为一体,为使 密闭气体保持原来的长度,应使气体的温度变为多少; (2)在第(1)问的情况下,再使玻璃管沿绕过 O 点的水平轴在竖直平面内逆时针 转过180 ° ,稳定后密闭气体的长度为多少; (3)在图乙所给的 p - T 坐标系中画出以上两个过程中密闭气体的状态变化过程。   答案 　(1)320 K　(2)30 cm　(3)见解析 解析 　(1)已知 p 1 = p 0 =75 cmHg, T 1 =(273+27)K=300 K, p 2 = p 0 +5 cmHg=80 cmHg 由查理定律有   =   解得 T 2 =320 K (2)假设玻璃管旋转180 ° 后短臂内无水银,水平管内水银柱长为 x ,则有 p 2 =80 cmHg, p 3 = p 0 -(10+10+10+5- x ) cmHg=(40+ x ) cmHg V 3 = S (18+10+10- x )= S (38- x ) 由玻意耳定律有 p 2 V 2 = p 3 V 3 解得 x =8 cm 与假设相符,故假设成立。则密闭气体的长度为(18+10+10- x )=30 cm (3) p 3 =48 cmHg,变化过程如图所示。   考点四　热力学定律与气体变化的综合应用 1.( 多选 )[2018 课标 Ⅲ,33(1),5 分 ] 如图 , 一定量的理想气体从状态 a 变化到状 态 b , 其过程如 p - V 图中从 a 到 b 的直线所示。在此过程中   ( 　  BCD 　 ) A. 气体温度一直降低 B. 气体内能一直增加 C. 气体一直对外做功 D. 气体一直从外界吸热 E.气体吸收的热量一直全部用于对外做功 答案     BCD　本题考查热力学第一定律、理想气体状态方程。对于一定量 的理想气体有   =恒量。从 a 到 b , p 逐渐增大, V 逐渐增大,所以 p 与 V 的乘积 pV 增大,可知 T 增大,则气体的内能一直增加,故A错误、B正确。由于 V 逐渐增大, 可知气体一直对外做功,故C正确。由热力学第一定律Δ U = Q + W ,因Δ U >0, W < 0,可知 Q >0,即气体一直从外界吸热,且吸收的热量大于对外做的功,故D正 确、E错误。 2.(多选)[2018课标Ⅰ,33(1),5分]如图,一定质量的理想气体从状态 a 开始,经历 过程①、②、③、④到达状态 e 。对此气体,下列说法正确的是   (　 BDE 　) A.过程①中气体的压强逐渐减小 B.过程②中气体对外界做正功 C.过程④中气体从外界吸收了热量 D.状态 c 、 d 的内能相等 E.状态 d 的压强比状态 b 的压强小 答案     BDE　过程①是等容升温过程,由   =   ,可知压强逐渐增大,A项错 误。过程②中气体膨胀,故气体对外界做正功,B项正确。过程④为等容降温 过程,气体向外放出热量,C项错误。一定质量的理想气体的内能只与温度有 关,而 T c = T d ,所以状态 c 、 d 的内能相等,D项正确。由理想气体状态方程   = C 得 p = C   ,由题图可知   >   ,则 p b > p d ,E项正确。 3.(多选)[2017课标Ⅱ,33(1),5分]如图,用隔板将一绝热汽缸分成两部分,隔板 左侧充有理想气体,隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开,气体会 自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后,缓慢推压活塞,将气体压回到原来 的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是   (　 ABD 　) A.气体自发扩散前后内能相同 B.气体在被压缩的过程中内能增大 C.在自发扩散过程中,气体对外界做功 D.气体在被压缩的过程中,外界对气体做功 E.气体在被压缩的过程中,气体分子的平均动能不变 答案     ABD　本题考查理想气体内能的改变途径、热力学第一定律。气体 自发扩散时不对外做功, W =0,汽缸绝热, Q =0,由热力学第一定律得Δ U = W + Q = 0,故气体内能不变,选项A正确,C错误;气体被压缩的过程中体积缩小,外界对 气体做功, W >0, Q =0,故Δ U >0,气体内能增大,故理想气体的温度升高,则分子 平均动能增大,选项B、D正确,选项E错误。 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.牢记以下几个结论 (1)热量不能自发地由低温物体传递给高温物体。 (2)气体压强是由气体分子频繁地碰撞器壁产生的,压强大小与分子热运动的 剧烈程度和分子密集程度有关。 (3)做功和热传递都可以改变物体的内能,一定质量的某种理想气体的内能只 与温度有关。 (4)温度变化时,意味着物体内分子的平均动能随之变化,并非物体内每个分 子的动能都随之发生同样的变化。 1.气闸舱是载人航天器中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置, 其原理图如图所示。座舱 A 与气闸舱 B 之间装有阀门 K ,座舱 A 中充满空气,气 闸舱 B 内为真空。航天员从太空返回时,打开阀门 K , A 中的气体进入 B 中,最终 达到平衡。假设此过程中系统与外界没有热交换,舱内气体可视为理想气体, 下列说法正确的是       (　　) A.气体并没有对外做功,气体内能不变 B.气体温度不变,体积增大,压强减小 C.气体体积膨胀,对外做功,内能减小 D.气体体积变大,气体分子单位时间对容器壁单位面积碰撞的次数将变少 答案     ABD　由于气闸舱 B 内为真空,所以气体在扩张过程中不会对外做功, 系统与外界没有热交换,所以气体内能不变,故A正确,C错误;气体温度不变, 由 pV = C 可知,体积增大,压强减小,故B正确;气体体积变大,压强减小,由压强微 观解释可知,气体分子单位时间对容器壁单位面积碰撞的次数将变少,故D正 确。 2. 如图是一定质量的理想气体的 p - T 图像 , 气体从 a → b → c → a 完成一次循环 , 关 于气体的变化过程 , 下列说法正确的是       ( 　  ACD 　 ) A. 气体在 a 态的体积 V a 小于在 c 态的体积 V c B. b → c 过程外界对气体做的功等于气体放出的热量 C. c → a 过程气体压强增大 , 从微观讲是由于气体分子与 器壁碰撞的频繁程度增大引起的 D.若 a → b 过程气体吸热300 J, c → a 过程放热400 J,则 c → a 过程外界对气体做 功100 J 答案     ACD     c → a 过程气体压强增大,温度降低,根据   = C 可知体积减小,故 气体在 a 态的体积 V a 小于在 c 态的体积 V c ,故A正确; b → c 过程是等温变化,气体 内能不变,Δ U =0,气体体积增大,气体对外界做功, W <0,由热力学第一定律得 Q =Δ U - W =- W >0,气体吸收热量,由以上分析可知, b → c 过程气体对外界做的功等 于气体吸收的热量,故B错误; c → a 过程温度降低,气体分子的平均动能减小, 气体压强增大,体积减小,气体的分子数密度增大,所以从微观上讲是由于气 体分子与器壁碰撞的频繁程度增大引起的,故C正确;由热力学第一定律可知, 若 a → b 过程气体吸热300 J, c → a 过程放热400 J,则 c → a 过程外界对气体做功 100 J,故D正确。 3.(多选)一定质量的理想气体分别在 T 1 、 T 2 温度下发生等温变化,相应的两条等温线如图所示, T 2 对应的图线上 A 、 B 两点表示气体的两个状态,则   (　 ACD 　) A.温度为 T 1 时气体分子的平均动能比 T 2 时大 B. A 到 B 的过程中,气体内能增加 C. A 到 B 的过程中,气体从外界吸收热量 D. A 到 B 的过程中,气体分子单位时间内对器壁单位 面积上的碰撞次数减少 答案     ACD　由题图可知,当体积相同时,有 p 1 > p 2 ,根据   =   得, T 1 > T 2 ,故A正 确;对理想气体,其内能仅由温度决定, A 到 B 的过程是等温变化的过程,所以气 体的温度不变,内能不变,故B错误; A 到 B 的过程中,气体的体积增大,对外做功 而内能不变,由热力学第一定律:Δ U = W + Q 可得,气体一定从外界吸收热量,故 C正确; A 到 B 的过程中,气体温度不变,则分子运动的剧烈程度不变,而气体的 体积增大,分子密度减小,气体分子单位时间内对器壁单位面积上的碰撞次数 减少,故D正确。 素养引领·情境命题 　　与现实生产生活相联系的热学问题是高考中经常考查的,此类问题情景 新颖,较好考查考生阅读分析能力,具有较好的诊断功能。 一个空的小容积易拉罐中插入一根粗细均匀的透明玻璃管,接口用蜡密封,在 玻璃管内有一段长度为4 cm的水银柱,构成一个简易的“温度计”,已知铝罐 的容积是148 cm 3 ,玻璃管内部的横截面积为0.2 cm 2 ,罐外玻璃管的长度 L 为 24 cm。如图甲所示,将“温度计”水平放置,当温度为27 ℃时,水银柱右端离管 口的距离为10 cm,已知当地大气压强为76 cmHg,若“温度计”能重复使用, 其内气体可视为理想气体,且使用过程中水银不溢出。求:   (ⅰ)将“温度计”如图甲放置,能测量的最高温度; (ⅱ)将“温度计”如图乙竖直放置后(水银不会流入易拉罐中),能测量的最高 温度。 答案　 (ⅰ)304 K或31 ℃　(ⅱ)320 K或47 ℃ 解析 　(ⅰ)对封闭气体: V 1 = V 0 +( L -4 cm-10 cm) S =150 cm 3 T 1 = t 1 +273 K=300 K V 2 = V 0 +( L -4 cm) S =152 cm 3 等压变化:   =   解得: T 2 =304 K或 t 2 =31 ℃ (ⅱ)对封闭气体,“温度计”水平放置时有: p 1 = p 0 =76 cmHg “温度计”竖直放置后,测量最高温度时有 p 3 = p 0 + p 水银 =80 cmHg, V 3 = V 2 =152 cm 3 由理想气体状态方程有:   =   解得: T 3 =320 K或 t 3 =47 ℃