2020高考物理新课标专用版冲刺大二轮讲义:专题五 选修 第11课时 Word版含答案.pdf
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1、第 1 页 共 21 页 复习备考建议 1热学主要考查基本概念、气体实验定律、热力学定律等知识 2在考查机械波的形成和传播时,往往以考查振动图象和波动图象为主,主要涉及的知识为 波速、波长和频率(周期)的关系,光学部分主要考查光的折射定律、全反射、光的波动性和 电磁波等知识 3 光电效应、 氢原子能级跃迁、 核反应方程与核能的计算等是高考重点, 一般以选择题为主, 难度不大,以考查对基础知识的掌握为主,多看教材,加强记忆 第第 11 课时 热学课时 热学 考点考点 热学基础知识 热学基础知识 1两种微观模型 (1)球体模型(适用于固体、液体):一个分子的体积 V0 d3,d 为分子的直径 1
2、6 (2)立方体模型(适用于气体):一个分子占据的平均空间 V0d3,d 为分子间的距离 2掌握两个关系 (1)分子力与分子间距的关系、分子势能与分子间距的关系 (2)分子力做功与分子势能变化的关系 阿伏加德罗常数是联系宏观与微观的桥梁 3熟记并理解三个问题 第 2 页 共 21 页 (1)对晶体、非晶体特性的理解 只有单晶体,才可能具有各向异性 所有晶体都具有固定熔点,晶体熔化时,温度不变,吸收的热量全部用于增加分子势能; 非晶体没有固定熔点 晶体与非晶体之间可以相互转化 有些晶体属于同素异形体,如金刚石和石墨 (2)正确理解温度的微观含义 温度是分子平均动能的标志,温度越高,分子的平均动能
3、越大 温度升高,物体的内能不一定增大 (3)对气体压强的理解 气体对容器的压强是大量气体分子对容器的碰撞引起的,从微观角度看,气体压强的大小 与气体分子的平均动能及气体分子的密集程度有关 地球表面大气压强可认为是大气重力产生的 例 1 (2019全国卷33(1)如图 1pV 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 N1_N2, T1_T3, N2_N3.(填“大于”“小于”或“等于”) 图 1 答案 大于 等于 大于 第 3 页
4、共 21 页 解析 对一定质量的理想气体,为定值, 由pV图象可知, 2p1V1p12V1p1V1, 所以T1 pV T T3T2.状态 1 与状态 2 时气体体积相同,单位体积内分子数相同,但状态 1 下的气体分子平 均动能更大,在单位时间内撞击器壁单位面积的平均次数更多,所以 N1N2; 状态 2 与状态 3 时气体压强相同,状态 3 下的气体分子平均动能更大,在单位时间内撞击器壁单位面积的平 均次数较少,所以 N2N3. 变式训练 1(多选)(2019吉林长春市质量监测)下列有关热学现象和规律的描述正确的是( ) A空气中尘埃的运动是布朗运动,反映了空气分子在做无规则的热运动 B在围绕地
5、球飞行的宇宙飞船中,自由飘浮的水滴呈球形,这是表面张力作用的结果 C晶体都有固定的熔点,物理性质都表现为各向异性 D一定质量的理想气体经历等压膨胀过程,气体密度将减小,分子平均动能将增大 答案 BD 解析 空气中尘埃的运动不是布朗运动,故 A 错;在完全失重状况下,液滴由于表面张力使 其表面积收缩至最小,呈球形,故 B 对;体积增大,温度升高,则多晶体物理性质表现为各 向同性,故 C 错;一定质量的理想气体经历等压膨胀过程,气体密度将减小,分子平均动能 将增大,故 D 对 2(多选)(2019贵州贵阳市一模)下列关于固体、液体和气体的说法正确的是( ) A液体表面层中分子间的相互作用力表现为引
6、力 B固体、液体和气体中都会有扩散现象发生 C在完全失重的情况下,气体对容器壁的压强为零 D某些固体在熔化过程中,虽然吸收热量但温度却保持不变 答案 ABD 第 4 页 共 21 页 解析 当分子间距离为 r0时,分子引力和斥力相等,液体表面层的分子比较稀疏,分子间距 大于 r0,所以分子间作用力表现为引力,故 A 正确;扩散现象与物体的状态无关,固体、液 体和气体中都会有扩散现象发生,故 B 正确;在完全失重的情况下,分子运动不停息,气体 对容器壁的压强不为零,故 C 错误;晶体在熔化过程中,虽然吸收热量但温度却保持不变, 故 D 正确 3(多选)(2019山东临沂市 2 月质检)下列说法正
7、确的是( ) A气体分子的速率分布规律遵从统计规律,在一定温度下,某种气体的分子速率分布是确 定的 B随着科技的发展,绝对零度是可能达到的 C不论温度多高,速率很大和很小的分子总是少数 D气体分子的运动速率可由牛顿运动定律求得 答案 AC 解析 气体分子的速率分布规律遵从统计规律,在一定温度下,某种气体的分子速率分布呈 现“两头小,中间大”的规律,并且是确定的,不论温度多高,速率很大和很小的分子总是 少数,选项 A、C 正确;绝对零度是低温的极限,即使随着科技的发展,绝对零度也是不可 能达到的,选项 B 错误;牛顿运动定律只适用于宏观低速物体,对微观高速粒子不适用,选 项 D 错误 考点考点
8、气体实验定律和理想气体状态方程 气体实验定律和理想气体状态方程 1气体压强的计算 (1)力平衡法 : 选取与气体接触的液柱(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 (2)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液体内深 h 处的 总压强 pp0gh,p0为液面上方的压强 说明:固体密封的气体一般用力平衡法,液柱密封的气体一般用等压面法 第 5 页 共 21 页 2气体实验定律 玻意耳定律:p1V1p2V2 查理定律:或 p1 T1 p2 T2 p1 p2 T1 T2 盖吕萨克定律:或 V1 T1 V2 T2 V1 V2 T1
9、T2 3理想气体的状态方程 (1)理想气体是指在任何条件下始终遵守气体实验定律的气体,一定质量的理想气体的内能只 和温度有关 (2)状态方程:或C. p1V1 T1 p2V2 T2 pV T 4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(液柱或活塞的受力)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 态参量罗列出来能够比较准确、快速的找到规律 (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 2 (多选)(2019全国
10、卷33(2)改编)如图 2,一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,则( ) 图 2 第 6 页 共 21 页 A抽气前氢气的压强为 (p0p) 1 2 B抽气前氢气的压强为 (p0p) 1 4 C抽气后氢气的压强为 p0 p 1 2 1 4 D抽气后氢气的体积为4p 0pV0 2p0p 答案
11、 ACD 解析 设抽气前氢气的压强为 p10,根据力的平衡条件得(p10p)2S(p0p)S 得 p10 (p0p),故 A 正确,B 错误 1 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 p2Sp12S,由玻意耳定律得 p1V1p102V0, p2V2p0V0, 由于两活塞用刚性杆连接,故 V12V02(V0V2), 联立以上式子,解得 p1 p0 p, 1 2 1 4 V1,故 C、D 项正确 4p0pV0 2p0p 变式训练 4(多选)如图 3,一带有活塞的汽缸通过底部的水平细管与一个上端封闭的竖直管相连,汽 缸和竖直管均
12、导热,汽缸与竖直管的横截面积之比为 31.初始时,该装置底部盛有水银 ; 左 右两边均封闭有一定质量的理想气体,左边气柱高 24 cm,右边气柱高 22 cm; 两边液面的高 度差为 4 cm.竖直管内气体压强为 76 cmHg, 现使活塞缓慢向下移动, 使汽缸和竖直管内的水 第 7 页 共 21 页 银面高度相差 8 cm,活塞与汽缸间摩擦不计则( ) 图 3 A此时竖直管内气体的压强为 88 cmHg B此时竖直管内气体的压强为 80 cmHg C活塞向下移动的距离为 5 cm D活塞向下移动的距离为 20 cm 答案 AC 解析 若左侧液面下降 h1,右侧液面升高 h2 则有 h1h24
13、 cm, h13Sh2S, 解得 h11 cm,h23 cm, 设活塞向下移动前,竖直管内气体的压强为 p1,体积为 V1,活塞向下移动后,竖直管内气体 的压强为 p2,体积为 V2,则有: V2(22 cmh2)S19 cmS 根据玻意耳定律有:p1V1p2V2 解得:p288 cmHg,故 A 项正确,B 项错误 以左边气体为研究对象:p1p1gh80 cmHg,V124 cm3S p2p2gh96 cmHg,V2x3S 根据玻意耳定律有:p1V1p2V2 第 8 页 共 21 页 解得:x20 cm, 活塞下降的高度 h24 cmh1x5 cm, 故 C 项正确,D 项错误 5 (201
14、9吉林长春市质量监测)如图 4 所示, 竖直固定的大圆筒由上面的细圆筒和下面的粗圆 筒两部分组成,粗筒的内径是细筒内径的 3 倍,细筒足够长粗筒中放有 A、B 两个活塞, 活塞 A 的重力及与筒壁间的摩擦不计活塞 A 的上方装有水银,活塞 A、B 间封有一定质量 的空气(可视为理想气体)初始时,用外力向上托住活塞 B 使之处于平衡状态,水银上表面 与粗筒上端相平,空气柱长 L15 cm,水银深 H10 cm.现使活塞 B 缓慢上移,直至有一半 质量的水银被推入细筒中, 活塞B上移的距离为(设在整个过程中气柱的温度不变, 大气压强p0 相当于 75 cm 的水银柱产生的压强)( ) 图 4 A4
15、5 cm B5 cm C9.8 cm D10.2 cm 答案 C 解析 设粗筒横截面积为 S,水银的密度为 ,初态封闭气体的压强 p1p0gH85 cmHg, 体积为 V1LS 有一半质量的水银被推入细筒中,设细筒和粗筒中的水银高度分别为 h1和 h2, 根据题意 h2 5 cm, H 2 由于水银体积不变,则 HS,解得:h145 cm 1 2 h1S 9 此时封闭气体压强为 p2p0gh1gh2125 cmHg 第 9 页 共 21 页 体积 V2LS 由玻意耳定律得:p1V1p2V2 解得:L10.2 cm 活塞B上移的距离为 dHLh2L9.8 cm.故 C 项正确 考点考点 气体状态
16、变化的能量问题 气体状态变化的能量问题 1气体做功特点 (1)一般计算等压变化过程的功,即 WpV,然后结合其他条件,利用 UWQ 进行相 关计算 (2)注意符号正负的规定若研究对象为气体,对气体做功的正负由气体体积的变化决定气 体体积增大,气体对外界做功,W0. 2两点注意 (1)一定质量的理想气体的内能只与温度有关 (2)理想气体状态变化与内能变化的关系: 从外界吸热,Q0;向外界放热,Q0 T 升高,内能增大; T 降低,内能减小 例 3 (多选)(2019四川宜宾市第二次诊断)(1)密闭的固定容器内可视为理想气体的氢气温度 与外界空气的温度相同, 现对该容器缓慢加热, 当容器内的氢气温
17、度高于外界空气的温度时, 则( ) A氢气分子的平均动能增大 B氢气分子的势能增大 第 10 页 共 21 页 C氢气的内能增大 D氢气的压强增大 答案 ACD 例 4 (多选)如图 5 所示,在绝热汽缸内有一绝热活塞封闭一定质量的理想气体,开始时缸 内气体温度为 27 ,封闭气柱长为 9 cm,活塞横截面积 S50 cm2.现通过汽缸底部电阻丝 给气体加热一段时间,此过程中气体吸热 22 J,稳定后气体温度变为 127 .已知大气压强等 于 105 Pa,活塞与汽缸间无摩擦,不计活塞重力则( ) 图 5 A加热后活塞到汽缸底部的距离为 12 cm B加热后活塞到汽缸底部的距离为 10 cm
18、C此过程中气体内能增加了 7 J D此过程中气体内能增加了 15 J 答案 AC 解析 取封闭的气体为研究对象,开始时气体的体积为 L1S 温度为:T1(27327) K300 K 末状态的体积为 L2S,温度为:T2(273127) K400 K 气体做等压变化,则有: L1S T1 L2S T2 解得:L212 cm,故 A 正确,B 错误 此过程中,气体对外做的功大小为 Wp0S(L2L1)15 J 第 11 页 共 21 页 由热力学第一定律得 UQW7 J 故 C 正确,D 错误 变式训练 6(多选)(2019河南九师联盟质检)如图 6 所示是一定质量的理想气体的 pV 图象,理想气
19、 体经历从 ABCDA 的变化过程,其中 DA 为等温线已知理想气体在状态 D 时温 度为 T400 K,下列说法正确的是( ) 图 6 A理想气体在状态 B 时的温度为 1 000 K B理想气体在状态 C 时的温度为 1 000 K CC 到 D 过程气体对外做功为 100 J D若理想气体在 CD 过程中内能减少 300 J,则在 CD 过程中理想气体放热 答案 AD 解析 DA 为等温线,则 TAT400 K AB 过程压强不变,由盖吕萨克定律有 VA TA VB TB 解得 TB1 000 K,故 A 正确; 由 BC 为等容变化,则由查理定律有,得 TC500 K,故 B 错误 p
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