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第一讲热学-2-考情分析备考定向纵览考题,洞悉命题规律分讲考点及题型考题统计2020考情预测第一讲热学考点一分子动理论、内能及热力学定律(H)2014卷Ⅰ33(1);2015卷Ⅱ33(1);2016卷Ⅰ33(1)2016卷Ⅱ33(1);2016卷Ⅲ33(1);2017卷Ⅰ33(1)2017卷Ⅱ33(1);2017卷Ⅲ33(1);2018卷Ⅰ33(1)2018卷Ⅱ33(1);2018卷Ⅲ33(1);2019卷Ⅰ33(1)考点二固体、液体和气体(M)2014卷Ⅱ33(1);2015卷Ⅰ33(1)考点三气体实验定律和理想气体状态方程(H)2014卷Ⅰ33(2);2014卷Ⅱ33(2);2015卷Ⅰ33(2)2015卷Ⅱ33(2);2016卷Ⅰ33(2);2016卷Ⅱ33(2)2016卷Ⅲ33(2);2017卷Ⅰ33(2);2017卷Ⅱ33(2)2017卷Ⅲ33(2);2018卷Ⅰ33(2);2018卷Ⅱ142018卷Ⅲ33(2);2019卷Ⅰ33(2);2019卷Ⅱ33(1)2019卷Ⅱ33(2)-3-专题复习研究本讲内容在考试标准中有1个Ⅱ级考点为气体实验定律,有14个Ⅰ级考点,其中出现频率较高的Ⅰ级考点有分子动理论的基本观点和实验依据,气体分子运动速率的统计分布,温度、内能,热力学第一定律,热力学第二定律,能量守恒定律。1个实验:用油膜法估测分子的大小(要求会正确使用温度计)。通过考题和考试标准的对照来看,Ⅱ级考点中气体实验定律是每年必考的内容,Ⅰ级考点中热力学定律是考查的重点,考查形式为一个选择题和一个计算题-4-网络构建策略指导近几年内考查的知识点有:阿伏加德罗常数、液晶的微观结构、液体的表面张力现象、饱和蒸汽、未饱和蒸汽、饱和蒸汽压;题型为一个多项选择题和一个计算题。在2020年的备考过程中要重视气体实验定律、热力学第一定律的复习。-5-高考真题1.(2019全国Ⅱ卷)(1)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T1、T2、T3。用N1、N2、N3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N1N2,T1T3,N2N3。(选填“大于”“小于”或“等于”)-6-(2)如图,一容器由横截面积分别为2S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p0和V0,氢气的体积为2V0,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①抽气前氢气的压强;②抽气后氢气的压强和体积。-7-考点定位:压强的微观解释、气体实验定律解题思路与方法:(2)对两活塞进行受力分析,列平衡方程。对氢气和氮气分别依据玻意耳定律列方程。答案:(1)大于等于大于(2)①12(p0+p)②4(𝑝0+𝑝)𝑉02𝑝0+𝑝解析:(1)从“1”到“2”是等容变化,根据查理定理可知“2”状态温度低,分子平均动能小,所以单位时间内撞击器壁上单位面积的平均次数少,即N1大于N2;从“1”到“3”,因为1点状态压强与体积的积与2点状态压强与体积的积相等,说明T1等于T3;从“2”到“3”是等压膨胀,气体分子在单位时间内撞击四壁单位面积的个数减少,即N2大于N3。(2)①设抽气前氢气的压强为p10,根据力的平衡条件得(p10-p)·2S=(p0-p)·S①得p10=12(p0+p)②-8-②设抽气后氢气的压强和体积分别为p1和V1,氮气的压强和体积分别为p2和V2。根据力的平衡条件有p2·S=p1·2S③由玻意耳定律得p1V1=p10·2V0④p2V2=p0V0⑤由于两活塞用刚性杆连接,故V1-2V0=2(V0-V2)⑥联立②③④⑤⑥式解得p1=12p0+14p⑦V1=4(𝑝0+𝑝)𝑉02𝑝0+𝑝⑧-9-2.(2018全国Ⅰ卷)(1)(多选)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()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-10-(2)如图,容积为V的汽缸由导热材料制成,面积为S的活塞将汽缸分成容积相等的上下两部分,汽缸上部通过细管与装有某种液体的容器相连,细管上有一阀门K。开始时,K关闭,汽缸内上下两部分气体的压强均为p0。现将K打开,容器内的液体缓慢地流入汽缸,当流入的液体体积为𝑉8时,将K关闭,活塞平衡时其下方气体的体积减小了𝑉6。不计活塞的质量和体积,外界温度保持不变,重力加速度大小为g。求流入汽缸内液体的质量。-11-考点定位:气体实验定律、内能、热力学第一定律解题思路与方法:(2)先对气体进行状态分析,再对活塞进行受力分析。答案:(1)BDE(2)15𝑝0𝑆26𝑔解析:(1)过程①是等容变化,温度升高,由查理定理可知压强增大,故A项错误。过程②中,体积增大,气体对外做功,故B项正确。过程④是等容变化,温度降低,放出热量,故C项错误。过程③是等温变化,温度不变,故状态c、d的内能相等,故D项正确;连接Ob,并延长,交cd所在直线于f点,则由盖—吕萨克定律可知,由b到f,压强不变;由f到d是等温变化,体积增大,由玻意耳定律可知压强减小,故E项正确。(2)设活塞再次平衡后,活塞上方气体的体积为V1,压强为p1;下方气体的体积为V2,压强为p2。在活塞下移的过程中,活塞上下方气体的温度保持不变。由玻意耳定律得-12-p0𝑉2=p1V1①p0𝑉2=p2V2②由已知条件得V1=𝑉2+𝑉6−𝑉8=1324VV2=𝑉2−𝑉6=𝑉3设活塞上方液体的质量为m,由平衡条件得p2S=p1S+mg⑤联立以上各式得m=15𝑝0𝑆26𝑔⑥-13-3.(2017全国Ⅰ卷)(1)(多选)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0~400m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大-14-(2)如图,容积均为V的汽缸A、B下端有细管(容积可忽略)连通,阀门K2位于细管的中部,A、B的顶部各有一阀门K1、K3;B中有一可自由滑动的活塞(质量、体积均可忽略)。初始时,三个阀门均打开,活塞在B的底部;关闭K2、K3,通过K1给汽缸充气,使A中气体的压强达到大气压p0的3倍后关闭K1。已知室温为27℃,汽缸导热。①打开K2,求稳定时活塞上方气体的体积和压强;②接着打开K3,求稳定时活塞的位置;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。-15-考点定位:分子运动速率的统计分布、气体实验定律解题思路与方法:(2)打开K2后,被活塞分开的两部分气体都经历等温过程。打开K3后,活塞必定上升。答案:(1)ABC(2)①𝑉22p0②上升到B的顶部③1.6p0解析:(1)由归一化知图中两条曲线下的面积相等均为1,A正确。虚线对应的氧气分子速率较小的占的比例大,故平均动能较小,B正确。实线对应的氧气分子速率较大的占的比例大,故热运动剧烈,为100℃的情形,C项正确。曲线只给出了各速率区间分子数占总分子数的百分比,没有给出分子数目,故D项错误。100℃时分子速率出现在0~400m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较小,E项错误。-16-(2)①设打开K2后,稳定时活塞上方气体的压强为p1,体积为V1。依题意,被活塞分开的两部分气体都经历等温过程。由玻意耳定律得p0V=p1V1①(3p0)V=p1(2V-V1)②联立①②式得V1=𝑉2③p1=2p0。④②打开K3后,由④式知,活塞必定上升。设在活塞下方气体与A中气体的体积之和为V2(V2≤2V)时,活塞下方气体压强为p2。由玻意耳定律得(3p0)V=p2V2⑤由⑤式得p2=3𝑉𝑉2p0⑥-17-由⑥式知,打开K3后活塞上升直到B的顶部为止,此时p2为p2'=32p0。③设加热后活塞下方气体的压强为p3,气体温度从T1=300K升高到T2=320K的等容过程中,由查理定律得𝑝2'𝑇1=𝑝3𝑇2⑦将有关数据代入⑦式得p3=1.6p0。⑧-18-4.(2016全国Ⅱ卷)(1)(多选)一定量的理想气体从状态a开始,经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态,其p-T图象如图所示,其中对角线ac的延长线过原点O。下列判断正确的是()A.气体在a、c两状态的体积相等B.气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能C.在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功D.在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功E.在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功-19-(2)一氧气瓶的容积为0.08m3,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0.36m3。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。考点定位:热力学定律、气体实验定律解题思路与方法:(2)开始时瓶中压强为20个大气压的氧气分成了两部分,一部分是1个大气压的氧气,另一部分是瓶中2个大气压的氧气。-20-答案:(1)ABE(2)4天解析:(1)ac延长后过原点,所以ac是等容线,A选项正确;根据图象,TaTc,一定量的理想气体的内能只与温度有关,温度越高,内能越大,B选项正确;cd过程中,温度不变,内能不变,根据热力学第一定律ΔU=Q+W,向外界放出的热量等于外界对气体做的功,C选项错误;在过程da中,ΔU0即W+Q0,吸收的热量应大于气体对外界做的功,D选项错误;在过程da中,外界对气体做的功为W1=pd(Va-Vd)=pdVa-pdVd,d和a压强相等,所以W1=paVa-pdVd,bc过程中气体对外界做功W2=pc(Vb-Vc),b、c压强相同,所以W2=pbVb-pcVc,c和d,a和b温度相同,所以paVa=pbVb,pdVd=pcVc,W1=W2,E选项正确。-21-(2)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p1V1=p2V2①重新充气前,用去的氧气在p2压强下的体积为V3=V2-V1②设用去的氧气在p0(1个大气压)压强下的体积为V0,则有p2V3=p0V0③设实验室每天用去的氧气在p0下的体积为ΔV,则氧气可用的天数为N=𝑉0Δ𝑉④联立①②③④式,并代入数据得N=4天⑤-22-考点一考点二考点三分子动理论、内能及热力学定律(H)归纳总结1.必须掌握的三个问题(1)必须掌握微观量估算的两个模型球模型:V=πR3(适用于估算液体、固体分子直径)。立方体模型:V=a3(适用于估算气体分子间距)。(2)必须明确反映分子运动规律的两个实例①布朗运动研究对象:悬浮在液体或气体中的固体小颗粒。运动特点:无规则、永不停息。相关因素:颗粒大小、温度。②扩散现象产生原因:分子永不停息地无规则运动。相关因素:温度。43-23-考点一考点二考点三(3)必须弄清的分子力和分子势能①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,引力和斥力均增大,但斥力总比引力变化得快。②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。-24-考点一考点二考点三2.物体的内能与热力学定律(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