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(共58张PPT)
专题六　热学
试做真题
1.(2025·黑吉辽内蒙古卷,2)某同学冬季乘火车旅行,在寒冷的站台上从气密性良好的糖果瓶中取出糖果后拧紧瓶盖,将糖果瓶带入温暖的车厢内一段时间后,与刚进入车厢时相比,瓶内气体(　　)
[A] 内能变小
[B] 压强变大
[C] 分子的数密度变大
[D] 每个分子动能都变大
B
2.(2025·江苏卷,8)一定质量的理想气体,体积保持不变。在甲、乙两个状态下,该气体分子速率分布图像如图所示。与状态甲相比,该气体在状态乙时
(　　)
[A] 分子的数密度较大
[B] 分子间平均距离较小
[C] 分子的平均动能较大
[D] 单位时间内分子碰撞单位面积器壁的次数较少
C
【解析】 根据题意,甲、乙两个状态下气体的体积与质量相同,所以分子的数密度相同,分子间平均距离相同,A、B错误;根据题图可知,乙状态下速率大的分子占比较多,则乙状态下气体温度较高,分子平均动能较大,C正确;乙状态下气体分子平均速率大,分子的数密度相等,则单位时间内碰撞单位面积器壁次数较多,D错误。
3.(多选)(2025·全国卷,6)如图,一定量的理想气体先后处于V-T图上a、b、c三个状态,三个状态下气体的压强分别为pa、pb、pc,则(　 　)
[A] pa=pb [B] pa=pc
[C] pa>pb [D] paAD
4.(2025·安徽卷,3)在恒温容器内的水中,让一个导热良好的气球缓慢上升。若气球无漏气,球内气体(可视为理想气体)温度不变,则气球上升过程中,球内气体(　　)
[A] 对外做功,内能不变
[B] 向外放热,内能减少
[C] 分子的平均动能变小
[D] 吸收的热量等于内能的增加量
A
【解析】 根据题意可知,气球缓慢上升的过程中,球内气体温度不变,则气体的内能不变,分子的平均动能不变,气体压强变小,气体的体积变大,气体对外做功,由热力学第一定律可知,由于气体的内能不变,则吸收的热量与气体对外做的功相等。故A正确。
5.(2025·重庆卷,13)如图为小明设计的电容式压力传感器原理示意图,平行板电容器与绝缘侧壁构成密闭气腔。电容器上下极板水平,上极板固定,下极板质量为m、面积为S,可无摩擦上下滑动。初始时腔内气体(视为理想气体)压强为p,极板间距为d。当上下极板均不带电时,外界气体压强改变后,极板间距变为2d,腔内气体温度与初始时相同,重力加速度为g,不计相对介电常数的变化,求此时:
(1)腔内气体的压强;
(2)外界气体的压强;
(3)电容器的电容与初始时的比值。
6.(2024·贵州卷,13)制作水火箭是青少年科技活动的常见项目之一。某研究小组为了探究水火箭在充气与喷水过程中气体的热学规律,把水火箭的塑料容器竖直固定,其中A、C分别是塑料容器的充气口、喷水口,B是气压计,如图甲所示。在室温环境下,容器内装入一定质量的水,此时容器内的气体体积为V0,压强为p0,现缓慢充气后压强变为4p0,不计容器的容积变化。
(1)设充气过程中气体温度不变,求充入的气体在该室温环境下压强为p0时的体积;
【答案】 (1)3V0
【解析】 (1)充气后气体的压强为4p0,体积为V0,充气过程中温度不变,设其在室温状态下气体压强为p0时的体积为V,
由玻意耳定律有4p0V0=p0V,
解得V=4V0。
则充入的气体在室温状态下压强为p0时的体积为4V0-V0=3V0。
(2)打开喷水口阀门,喷出一部分水后关闭阀门,容器内气体从状态M变化到状态N,其压强p与体积V的变化关系如图乙中实线所示,已知气体在状态N时的体积为V1,压强为p1。求气体在状态N与状态M时的热力学温度之比;
(3)图乙中虚线MN′是容器内气体在绝热(既不吸热也不放热)条件下压强p与体积V的变化关系图线,试判断气体在图乙中沿实线从M到N的过程是吸热还是放热。(不需要说明理由)
【答案】 (3)吸热
【解析】(3)由理想气体状态变化中p-V图像可知,气体对外做功WMN>WMN′,
且TN>TN′,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,可知MN′情形中不吸热且内能降低多,MN情形中内能降低少,可知该过程吸热。
第13讲　热　学
考情统计
考点考题统计 命题热点
分子动理论 固体与液体的性质 2025·山东卷·T2、2025·江苏卷·T8 1.气体状态变化及其图像
2.气体实验定律和热力学
定律
2023·海南卷·T5、2023·江苏卷·T3、2023·北京卷·T1
2022·山东卷·T5、2022·江苏卷·T6
气体实验定律 理想气体状态方程 2025·云南卷·T9、2025·湖南卷·T13、2025·河南卷·T10、2025·陕晋青宁卷·T13、2025·福建卷· T9、2025·广东卷·T13、2025·江苏卷·T6、2025·全国卷·T6
2024·广西卷·T14、2024·安徽卷·T13、2024·广东卷·T13、2024·湖南卷·T13、2024·江西卷·T13、2024·甘肃卷·T13、2024·全国甲卷·T33、2024·山东卷·T16
热力学定律与气体 状态变化的综合应用 2025·安徽卷·T3、2025·北京卷·T1、2025·甘肃卷·T9、2025·河北卷·T2、2025·黑吉辽内蒙古卷·T2、2025·湖北卷·T3、2025·山东卷·T16、2025·四川卷·T4
2024·黑吉辽卷·T13、2024·湖北卷·T13、2024·河北卷·T9、2024·山东卷·T6、2024·新课标 卷·T21
核心考点一　分子动理论　固体与液体的性质
1.估算问题
2.分子力和分子势能
分子间同时存在着引力和斥力,分子力和分子势能随分子间距离变化的规律如图所示。注意当r=r0时,分子力为零,分子势能最小,却不为零。
3.固体与液体的性质
(1)区分晶体和非晶体的标准是看是否有确定的熔点,区分单晶体和多晶体的标准是看形状是否规则、是否具有各向异性。
(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的趋势,表面张力的方向跟液面
相切。
(2025·山东卷,2)分子间作用力F与分子间距离r的关系如图所示,若规定两个分子间距离r等于r0时分子势能Ep为零,则(　　)
[A] 只有r大于r0时,Ep为正
[B] 只有r小于r0时,Ep为正
[C] 当r不等于r0时,Ep为正
[D] `当r不等于r0时,Ep为负
C
▼
典例1
【解析】 两个分子间距离r等于r0时分子势能为零,从r0处开始随着距离的增大,分子间作用力表现为引力,分子间作用力做负功,故分子势能增大;从r0处开始随着距离的减小,分子间作用力表现为斥力,分子间作用力也做负功,分子势能也增大;故可知当r不等于r0时,Ep为正。C正确。
下列说法正确的是(　　)
[A] 太空飞船中的小水珠呈球形,是液体表面张力作用的结果
[B] 天然水晶在熔化过程中分子平均动能变大
[C] 液体跟固体相比具有很强的流动性,是因为液体分子间存在相互作用的斥力
[D] 液晶材料像液体一样具有流动性,但不具备晶体各向异性的特征
A
▼
典例2
【解析】 太空飞船中的小水珠呈球形,是液体表面张力作用的结果,A正确;天然水晶在熔化过程中温度不变,分子平均动能不变,B错误;液体与固体相比具有流动性,是因为液体分子间的距离较大,分子间引力较小,C错误;液晶材料像液体一样具有流动性,具备晶体各向异性的特征,D错误。
某潜水员在岸上和海底吸入空气的密度分别为1.3 kg/m3和2.1 kg/m3,空气的摩尔质量为0.029 kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023 mol-1。若潜水员呼吸一次吸入 2 L 空气,试估算潜水员在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空气的分子个数为(　　)
[A] 3×1021 [B] 3×1022
[C] 3×1023 [D] 3×1024
▼
典例3
B
核心考点二　气体实验定律　理想气体状态方程
1.气体的压强及计算
(1)影响气体压强的因素。
①气体分子平均动能——温度。
②单位时间单位面积上的撞击次数——单位体积内分子数。
(2)压强的计算。
①被活塞、汽缸封闭的气体,通常分析活塞或汽缸的受力,应用平衡条件或牛顿第二定律求解。
②应用平衡条件或牛顿第二定律求解,注意压强单位为Pa。若应用p=p0+h或p=p0-h来表示压强,则压强p的单位为 cmHg或mmHg。
2.由气体变化类型选取规律
(1)气体质量一定时,若p、V、T均发生变化,则选用理想气体状态方程列式
求解。
(2)气体质量一定时,若p、V、T中有一个量不发生变化,则选用对应的气体实验定律列式求解。
3.两类典型问题
(1)关联气体问题。
解决由活塞、液柱相联系的两部分气体时,注意找两部分气体的压强、体积等关系,列出关联关系式,再结合气体实验定律或理想气体状态方程求解。
(2)变质量气体问题。
在充气、抽气等“变质量”问题中可以把充进或抽出的气体包含在气体变化的始、末状态中,即把变质量问题转化为恒定质量的问题。
4.气体状态变化的图像问题
气体 状态 变化 图像 的分 析方法 点 表示一定质量的理想气体的一个平衡状态,它对应着三个状态
参量
线 某一条直线段或曲线段表示一定质量的理想气体状态变化的一个过程
截距 在V-T图像(或p-图像)中,比较两个状态的压强(或体积)大小,可以比较这两个状态到原点连线的斜率的大小,其规律是:斜率越
大,压强(或体积)越小;斜率越小,压强(或体积)越大
面积 在p-V图像中,图线与V轴所围面积表示气体对外界或外界对气体所做的功
(2025·贵州贵阳二模)如图所示是一定质量的理想气体缓慢地由状态A经过状态B变为状态C再到状态D的V-T图像。已知气体在状态A时的压强是1.5×105 Pa。则对应的气体的p-T变化图像正确的是(　　)
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典例 4
C
[A] 　　　 [B] [C] 　　　　 [D]
(多选)(2025·河南卷,10)如图,一圆柱形汽缸水平固定,其内部被活塞M、P、N密封成两部分,活塞P与汽缸壁均绝热且两者间无摩擦。平衡时,P左、右两侧理想气体的温度分别为T1和T2,体积分别为V1和V2,T1(　 　)
[A] 固定M、N,若两侧气体同时缓慢升高相同温度,P将右移
[B] 固定M、N,若两侧气体同时缓慢升高相同温度,P将左移
[C] 保持T1、T2不变,若M、N同时缓慢向中间移动相同距离,P将右移
[D] 保持T1、T2不变,若M、N同时缓慢向中间移动相同距离,P将左移
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典例 5
AC
(2025·广东卷,13)如图,是某铸造原理示意图,往气室注入空气增加压强,使金属液沿升液管进入已预热的铸型室,待铸型室内金属液冷却凝固后获得铸件。柱状铸型室通过排气孔与大气相通,大气压强p0=1.0×105 Pa,铸型室底面积S1=0.2 m2,高度h1=0.2 m,底面与注气前气室内金属液面高度差H=0.15 m,柱状气室底面积S2=0.8 m2,注气前气室内气体压强为p0,金属液的密度ρ=5.0×
103 kg/m3,重力加速度g取10 m/s2,空气可视为理想气体,不计升液管的体积。
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典例 6
(1)求金属液刚好充满铸型室时,气室内金属液面下降的高度h2和气室内气体压强p1。
【答案】 (1)0.05 m　1.2×105 Pa
【解析】 (1)根据体积关系S1h1=S2h2,
可得气室内金属液面下降高度h2=0.05 m,
此时气室内气体的压强p1=p0+ρg(h1+H+h2),
代入数据可得p1=1.2×105 Pa。
(2)若在注气前关闭排气孔使铸型室密封,且注气过程中铸型室内温度不变,求注气后铸型室内的金属液高度为h3=0.04 m时,气室内气体压强p2。
【答案】 (2)1.35×105 Pa
【解析】(2)初始时,上方铸型室气体的压强为p0,体积V=S1h1,
当上方铸型室液面高为h3=0.04 m时体积为V′=S1(h1-h3),
根据玻意耳定律p0V=p′V′,
可得此时上方铸型室液面高为h3=0.04 m时气体的压强为p′=1.25×105 Pa,
同理根据体积关系S1h3=S2h4,可得h4=0.01 m,
此时下方气室内气体压强p2=p′+ρg(H+h3+h4),
代入数据可得p2=1.35×105 Pa。
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典例 7
(1)抽气之后A、B的压强pA、pB。
规范答题·
(2)弹簧的劲度系数k。
规范答题·
核心考点三　热力学定律与气体状态变化的综合应用
1.热力学定律
2.解答问题的一般思路
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典例 8
(1)T2=440 K时,气柱高度h2;
(2)从T1状态到T4状态的过程中,封闭气体吸收的净热量Q(扣除放热后净吸收的热量)。
(2025·安徽芜湖二模)某型号汽油发动机结构如图甲所示。其工作过程可看成燃烧室内气体经历反复膨胀和压缩。某次膨胀和压缩过程可简化为如图乙所示的p-V图像,其中B→C和D→A为两个绝热过程。状态A气体的温度t1=27 ℃,压强p1=80 kPa,火花塞点火瞬间,燃烧室内气体的压强迅速增大到p2=400 kPa的状态B,然后活塞被推动向下移动对外做功。在经历B→C的绝热膨胀过程中,气体对外做功400 J,温度降低了400 ℃,压强降低到120 kPa,其整个过程中燃烧室内的气体可视为理想气体且质量保持不变。
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典例 9
(1)求气体在状态B的温度T2;
【答案】 (1)1 500 K
(2)求B→C过程燃烧室内气体的内能变化量ΔU;
【答案】 (2)-400 J
【解析】(2)B→C过程为绝热过程,即Q=0,
根据热力学第一定律ΔU=W+Q,
其中W=-400 J,
解得ΔU=-400 J,
即内能减少400 J。
(3)燃烧室内气体的最大体积V2与最小体积V1之比被称为压缩比k,它是发动机动力大小的一个标志。请计算该发动机的压缩比k。
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