2019届高三物理二轮复习第二部分热点训练： 十三　选修3－3 Word版含解析.pdf

热点十三 选修热点十三 选修 33 本部分的命题多集中在对分子动理论、估算分子数目和大小、热力学第一 定律和热力学第二定律的理解和应用、气体状态参量的微观意义及其与热力学 第一定律的综合应用，还有气体实验定律和理想气体状态方程的应用及表示气 体状态变化过程的图像等知识点的考查上。对热学概念部分的考查往往在一题 中容纳多个知识点；对热力学第一定律和理想气体状态方程的考查大多以计算 题的形式出现。 本部分的命题多集中在对分子动理论、估算分子数目和大小、热力学第一 定律和热力学第二定律的理解和应用、气体状态参量的微观意义及其与热力学 第一定律的综合应用，还有气体实验定律和理想气体状态方程的应用及表示气 体状态变化过程的图像等知识点的考查上。对热学概念部分的考查往往在一题 中容纳多个知识点；对热力学第一定律和理想气体状态方程的考查大多以计算 题的形式出现。 考向一 对热现象及热运动的考查考向一 对热现象及热运动的考查 (多选多选)下列关于热现象及热运动的说法正确的是下列关于热现象及热运动的说法正确的是 A体积相等的物体内部分子的势能相等体积相等的物体内部分子的势能相等 B酒精和水混合后体积变小，说明分子间有空隙酒精和水混合后体积变小，说明分子间有空隙 C布朗运动是由悬浮在液体中的微粒之间的相互碰撞引起的布朗运动是由悬浮在液体中的微粒之间的相互碰撞引起的 D只要能增加气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以升高只要能增加气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以升高 E物体向外放出热量，其内能也可能增加物体向外放出热量，其内能也可能增加 解析解析 体积相等的物体，若由不同种类的物质组成，则物体内部分子的势 能不一定相等，选项 体积相等的物体，若由不同种类的物质组成，则物体内部分子的势 能不一定相等，选项 A 错误；分子间有空隙，故酒精和水混合后体积变小，选 项 错误；分子间有空隙，故酒精和水混合后体积变小，选 项 B 正确；布朗运动是液体分子对悬浮在液体中的微粒的频繁碰撞引起的，选 项 正确；布朗运动是液体分子对悬浮在液体中的微粒的频繁碰撞引起的，选 项 C 错误；温度升高，气体分子平均动能增加，气体分子热运动剧烈程度加快， 选项 错误；温度升高，气体分子平均动能增加，气体分子热运动剧烈程度加快， 选项 D 正确；根据热力学第一定律，物体放热的同时，有可能外界还对其做功， 所以其内能有可能增大，选项 正确；根据热力学第一定律，物体放热的同时，有可能外界还对其做功， 所以其内能有可能增大，选项 E 正确。正确。 答案答案 BDE 考向二 对热力学定律的综合考查考向二 对热力学定律的综合考查 (多选多选)对于热力学第一定律和热力学第二定律的理解， 下列说法正确 的是 对于热力学第一定律和热力学第二定律的理解， 下列说法正确 的是 A一定质量的气体膨胀对外做功一定质量的气体膨胀对外做功 100 J，同时从外界吸收，同时从外界吸收 120 J 的热量，则 它的内能增大 的热量，则 它的内能增大 20 J B物体从外界吸收热量，其内能一定增加；物体对外界做功，其内能一定 减少 物体从外界吸收热量，其内能一定增加；物体对外界做功，其内能一定 减少 C凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能从高 温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体 凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能从高 温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体 D第二类永动机违反了热力学第二定律，没有违反热力学第一定律第二类永动机违反了热力学第二定律，没有违反热力学第一定律 E热现象过程中不可避免地出现能量耗散现象，能量耗散符合热力学第二 定律 热现象过程中不可避免地出现能量耗散现象，能量耗散符合热力学第二 定律 解析解析 根据热力学第一定律知根据热力学第一定律知 UWQ100 J120 J20 J，故，故 A 正确；根据热力学第一定律正确；根据热力学第一定律 UWQ，可知物体从外界吸收热量，其内能不 一定增加，物体对外界做功，其内能不一定减少， ，可知物体从外界吸收热量，其内能不 一定增加，物体对外界做功，其内能不一定减少，B 项错误 ； 通过做功的方式可 以让热量从低温物体传递给高温物体，如电冰箱， 项错误 ； 通过做功的方式可 以让热量从低温物体传递给高温物体，如电冰箱，C 选项错误 ； 第二类永动机没 有违反能量守恒定律，热力学第一定律是能量转化和守恒定律在热学中的反映， 因此第二类永动机没有违反热力学第一定律，不能制成是因为它违反了热力学 第二定律，故 选项错误 ； 第二类永动机没 有违反能量守恒定律，热力学第一定律是能量转化和守恒定律在热学中的反映， 因此第二类永动机没有违反热力学第一定律，不能制成是因为它违反了热力学 第二定律，故 D 项正确；能量耗散过程体现了宏观自然过程的方向性，符合热 力学第二定律， 项正确；能量耗散过程体现了宏观自然过程的方向性，符合热 力学第二定律，E 项正确。项正确。 答案答案 ADE 考向三 气体实验定律及应用考向三 气体实验定律及应用 如图 如图 1 所示，右端开口的绝缘，绝热圆柱形汽缸放置在水平地面上， 容积为 所示，右端开口的绝缘，绝热圆柱形汽缸放置在水平地面上， 容积为 V，汽缸内部被绝热活塞，汽缸内部被绝热活塞 M 和导热性能良好的活塞和导热性能良好的活塞 N 分成三个相等的部 分， 左边两部分分别封闭气体 分成三个相等的部 分， 左边两部分分别封闭气体 A 和和 B， 两活塞均与汽缸接触良好， 忽略一切摩擦 ； 汽缸左边有加热装置， 可对气体 ， 两活塞均与汽缸接触良好， 忽略一切摩擦 ； 汽缸左边有加热装置， 可对气体 A 缓慢加热 ； 初始状态温度为缓慢加热 ； 初始状态温度为 T0， 大气压强为， 大气压强为 p0。 图图 1 (1)给气体给气体 A 加热，当活塞加热，当活塞 N 恰好到达汽缸右端时，求气体恰好到达汽缸右端时，求气体 A 的温度；的温度； (2)继续给气体继续给气体 A 加热，当气体加热，当气体 B 的长度变为原来的 时，求气体的长度变为原来的 时，求气体 B 的压强的压强 3 4 和气体和气体 A 的温度。的温度。 解析解析 (1)活塞活塞 N 移动至恰好到达汽缸右端的过程中气体移动至恰好到达汽缸右端的过程中气体 A 做等压变化做等压变化 V 3 T0 2V 3 T1 解得解得 T12T0。 (2)继续加热过程，气体继续加热过程，气体 B 体积减小，做等温变化体积减小，做等温变化 p0· p1· V 3 V 4 解得解得 p1 p0 4 3 因不计摩擦，气体因不计摩擦，气体 A 的压强等于气体的压强等于气体 B 的压强，的压强， 对气体对气体 A 有有 p0·2V 3 T1 p1·3V 4 T2 解得解得 T23T0。 答案答案 见解析见解析 1(1)(多选多选)下列说法中正确的是下列说法中正确的是_。 A分子间的距离增大时，分子势能一定增大分子间的距离增大时，分子势能一定增大 B晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点 C根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体 D物体吸热时，它的内能可能不增加物体吸热时，它的内能可能不增加 E一定质量的理想气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸 热 一定质量的理想气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸 热 (2)如图如图 2 甲所示，一玻璃管两端封闭，管内有一甲所示，一玻璃管两端封闭，管内有一 10 cm 长的水银柱将玻璃 管中理想气体分割成两部分，上部分气柱长 长的水银柱将玻璃 管中理想气体分割成两部分，上部分气柱长 20 cm，下部分气柱长，下部分气柱长 5 cm，现将 玻璃管下部分浸入高温液体中，如图乙所示，发现水银柱向上移动了 ，现将 玻璃管下部分浸入高温液体中，如图乙所示，发现水银柱向上移动了 2 cm。已 知上部分气柱初始时压强为 。已 知上部分气柱初始时压强为 50 cmHg，且上部分气体温度始终与外界温度相同， 上、下两部分气体可以认为没有热交换，外界温度是 ，且上部分气体温度始终与外界温度相同， 上、下两部分气体可以认为没有热交换，外界温度是 20 ，试求高温液体的温 度。 ，试求高温液体的温 度。 图图 2 解析 解析 (1)分子间的距离有一个特殊值分子间的距离有一个特殊值 r0，此时分子间引力与斥力平衡，分 子势能最小。当分子间的距离小于 ，此时分子间引力与斥力平衡，分 子势能最小。当分子间的距离小于 r0时，分子势能随距离的增大而减小，当分 子间的距离大于 时，分子势能随距离的增大而减小，当分 子间的距离大于 r0时，分子势能随距离的增大而增大，选项时，分子势能随距离的增大而增大，选项 A 错误；根据热力 学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体而不引起其他变化，在 有外力做功的情况下热量可以从低温物体传到高温物体，选项 错误；根据热力 学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体而不引起其他变化，在 有外力做功的情况下热量可以从低温物体传到高温物体，选项 C 错误；故正确 答案为 错误；故正确 答案为 B、D、E。 (2)上部分气体做等温变化，根据玻意耳定律有上部分气体做等温变化，根据玻意耳定律有 p11V11p12V12 其中其中 p1150 cmHg，V1120 cm·S，V1218 cm·S 下部分气体，由理想气体状态方程得下部分气体，由理想气体状态方程得 p21V11 T21 p22V22 T22 其中其中 p2160 cmHg，V215 cm·S，T21293 K p22p1210 cmHg，V227 cm·S 联立并代入数值解得联立并代入数值解得 T22448.2 K。 答案 答案 (1)BDE (2)448.2 K 2(2018·大连二模大连二模) (1)(多选多选)下列说法中正确的是下列说法中正确的是_。 A无论技术怎样改进，热机的效率都不能达到无论技术怎样改进，热机的效率都不能达到 100% B空气中所含水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压之比为空气的相对 湿度 空气中所含水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压之比为空气的相对 湿度 C蔗糖受潮后粘在一起形成的糖块看起来没有确定的几何形状，是多晶体蔗糖受潮后粘在一起形成的糖块看起来没有确定的几何形状，是多晶体 D已知阿伏加德常数、某种气体的摩尔质量和密度，可以估算该种气体分 子体积的大小 已知阿伏加德常数、某种气体的摩尔质量和密度，可以估算该种气体分 子体积的大小 E“油膜法估测分子的大小”实验中，用一滴油酸溶液的体积与浅盘中油 膜面积的比值可估测油酸分子直径 “油膜法估测分子的大小”实验中，用一滴油酸溶液的体积与浅盘中油 膜面积的比值可估测油酸分子直径 (2)一定质量的理想气体从状态一定质量的理想气体从状态 A 变化到状态变化到状态 B 再变化到状态再变化到状态 C，其状态变 化过程的 ，其状态变 化过程的 pV 图像如图图像如图 3 所示。已知该气体在状态所示。已知该气体在状态 A 时的温度为时的温度为 27 。求：。求： 图图 3 该气体在状态该气体在状态 B、C 时的温度分别为多少？时的温度分别为多少？ 该气体从状态该气体从状态 A 经经 B 再到再到 C 的全过程中是吸热还是放热？传递的热量是 多少？ 的全过程中是吸热还是放热？传递的热量是 多少？ 解析 解析 (2)对一定质量的理想气体，由对一定质量的理想气体，由 AB 是等容变化是等容变化 由查理定律得：由查理定律得： pA TA pB TB 解得解得 TB450 K，即，即 tB177 由理想气体状态方程得由理想气体状态方程得 pAVA TA pCVC TC 解得解得 TC300 K，即，即 tC27 。 由于由于 TATC，一定质量理想气体在状态，一定质量理想气体在状态 A 和状态和状态 C 内能相等，内能相等，U0 从从 A 到到 B 气体体积不变，外界对气体做功为气体体积不变，外界对气体做功为 0 从从 B 到到 C 气体体积减小，外界对气体做正功，由气体体积减小，外界对气体做正功，由 pV 图线与横轴所围成 的面积可得： 图线与横轴所围成 的面积可得： W1 200 J (pBpC)(VBVC) 2 由热力学第一定律由热力学第一定律 UWQ 可得可得 Q1 200 J，即气体向外界放出热量，即气体向外界放出热量 传递的热量为传递的热量为 1 200 J。 答案 答案 (1)ABC (2)177 27 放热 放热 1 200 J 3(1)(多选多选)下列说法正确的是下列说法正确的是_。 A液体中悬浮的微粒越大，布朗运动越显著液体中悬浮的微粒越大，布朗运动越显著 B当分子力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的增大而减小当分子力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的增大而减小 C同种物质要么是晶体，要么是非晶体，不可能以晶体和非晶体两种不同 的形态出现 同种物质要么是晶体，要么是非晶体，不可能以晶体和非晶体两种不同 的形态出现 D一定质量气体压强不变温度升高时，吸收的热量一定大于内能的增加量一定质量气体压强不变温度升高时，吸收的热量一定大于内能的增加量 E在温度不变的情况下，减小液面上方饱和汽的体积时，饱和汽的压强不 变 在温度不变的情况下，减小液面上方饱和汽的体积时，饱和汽的压强不 变 (2)如图如图 4 所示， 厚度和质量不计、 横截面积为所示， 厚度和质量不计、 横截面积为 S10 cm2的绝热汽缸倒扣在 水平桌面上，汽缸内有一绝热并带有电热丝的 的绝热汽缸倒扣在 水平桌面上，汽缸内有一绝热并带有电热丝的 T 形轻活塞固定在桌面上，汽缸 内封闭一定质量的理想气体，开始时，气体的温度为 形轻活塞固定在桌面上，汽缸 内封闭一定质量的理想气体，开始时，气体的温度为 T0300 K，压强为，压强为 p 0.5××105 Pa，活塞与汽缸底的距离为，活塞与汽缸底的距离为 h10 cm，活塞可在汽缸内无摩擦滑动且 使汽缸不漏气，大气压强为 ，活塞可在汽缸内无摩擦滑动且 使汽缸不漏气，大气压强为 p01.0××105 Pa。求：。求： 图图 4 此时桌面对汽缸的作用力此时桌面对汽缸的作用力 FN的大小；的大小； 现通过电热丝给气体缓慢加热到温度现通过电热丝给气体缓慢加热到温度T， 此过程中气体吸收的热量为， 此过程中气体吸收的热量为Q7 J，内能增加了，内能增加了 U5 J，整个过程中活塞都在汽缸内，求，整个过程中活塞都在汽缸内，求 T 的值。的值。 解析 解析 (1)液体中悬浮微粒越大，受到液体分子撞击个数越多，越易保持平 衡，布朗运动越不明显，选项 液体中悬浮微粒越大，受到液体分子撞击个数越多，越易保持平 衡，布朗运动越不明显，选项 A 错误；当分子力表现为斥力时，分子间距变大， 分子力做正功，分子势能减小，选项 错误；当分子力表现为斥力时，分子间距变大， 分子力做正功，分子势能减小，选项 B 正确；同种物质可以是晶体也可以是非 晶体，如水晶是晶体，加热熔化后再凝固就变成了石英玻璃，就是非晶体了， 原因是空间结构被破坏了，形成了新的结构，选项 正确；同种物质可以是晶体也可以是非 晶体，如水晶是晶体，加热熔化后再凝固就变成了石英玻璃，就是非晶体了， 原因是空间结构被破坏了，形成了新的结构，选项 C 错误；一定质量的气体压 强不变， 温度升高， 其体积变大， 对外做功， 但内能增加， 根据热力学第一定律， 吸收的热量等于内能的增加量与气体对外做的功，选项 错误；一定质量的气体压 强不变， 温度升高， 其体积变大， 对外做功， 但内能增加， 根据热力学第一定律， 吸收的热量等于内能的增加量与气体对外做的功，选项 D 正确；饱和汽的压强 仅与温度有关，与饱和汽的体积无关，选项 正确；饱和汽的压强 仅与温度有关，与饱和汽的体积无关，选项 E 正确。正确。 (2)对汽缸受力分析，由平衡条件有对汽缸受力分析，由平衡条件有 FNpSp0S 得得 FN(p0p)S50 N 设温度升高至设温度升高至 T 时，活塞与汽缸底的距离为时，活塞与汽缸底的距离为 H，则气体对外界做功，则气体对外界做功 W p0Vp0S(Hh) 由热力学第一定律得：由热力学第一定律得：UQW 解得解得 H12 cm 气体温度从气体温度从 T0升高到升高到 T 的过程中，气体先做等容变化，压强达到的过程中，气体先做等容变化，压强达到 p0后，汽 缸离开地面，气体发生等压变化，由理想气体状态方程得， 后，汽 缸离开地面，气体发生等压变化，由理想气体状态方程得， ， pSh T0 p0SH T 解得解得 TT0720 K。 p0H ph 答案 答案 (1)BDE (2)50 N 720 K 4(1)(多选多选)下列有关热现象的说法正确的是下列有关热现象的说法正确的是_。 A分子力随分子间距离增大而增大分子力随分子间距离增大而增大 B没有摩擦的理想热机也不可能把吸收的能量全部转化为机械能没有摩擦的理想热机也不可能把吸收的能量全部转化为机械能 C已知某物质的摩尔质量和密度，可求出阿伏加德罗常数已知某物质的摩尔质量和密度，可求出阿伏加德罗常数 D内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能可能相同内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能可能相同 E瓶中充满某理想气体，且瓶内压强高于外界压强，在缓慢漏气过程中内 外气体的温度均不发生改变，则瓶内气体在吸收热量且分子平均动能不变 瓶中充满某理想气体，且瓶内压强高于外界压强，在缓慢漏气过程中内 外气体的温度均不发生改变，则瓶内气体在吸收热量且分子平均动能不变 (2)如图如图 5 所示，一定质量的理想气体从状态所示，一定质量的理想气体从状态 A 变化到状态变化到状态 B，再由状态，再由状态 B 变化到状态变化到状态C。 已知状态。 已知状态A的压强的压强p0.5××105 Pa， 从， 从A到到B气体吸收的热量气体吸收的热量Q 9.0××102 J。 图图 5 求气体从状态求气体从状态 A 到状态到状态 B 的过程中，气体内能的增量；的过程中，气体内能的增量； 由状态由状态 B 变化到状态变化到状态 C 的过程中， 气体是吸热还是放热？简要说明理由。的过程中， 气体是吸热还是放热？简要说明理由。 解析 解析 (1)当分子间距小于平衡距离时，分子力随分子间距的减小而增大，当分子间距小于平衡距离时，分子力随分子间距的减小而增大， 当分子间距大于平衡距离时， 分子力随分子间距离的增大先增大后减小， 选项当分子间距大于平衡距离时， 分子力随分子间距离的增大先增大后减小， 选项 A 错误；由热力学第二定律知，没有摩擦的理想热机也不可能把吸收的能量全部 转化为机械能，选项 错误；由热力学第二定律知，没有摩擦的理想热机也不可能把吸收的能量全部 转化为机械能，选项 B 正确；已知某物质的摩尔质量和密度，可求出摩尔体积， 选项 正确；已知某物质的摩尔质量和密度，可求出摩尔体积， 选项 C 错误 ； 内能不同的物体， 只要温度相同， 它们分子热运动的平均动能相同， 选项 错误 ； 内能不同的物体， 只要温度相同， 它们分子热运动的平均动能相同， 选项 D 正确；温度是分子热运动的平均动能的标志，温度不变则平均动能不变， 由 正确；温度是分子热运动的平均动能的标志，温度不变则平均动能不变， 由C 知，瓶内气体在漏气过程中气体对外做功，又知，瓶内气体在漏气过程中气体对外做功，又 UQW，则气体必，则气体必 pV T 会吸收热量，选项会吸收热量，选项 E 正确。正确。 (2)气体从状态气体从状态 A 到状态到状态 B，由盖吕萨克定律有，由盖吕萨克定律有 VA TA VB TB 气体在状态气体在状态 B 的体积为的体积为 VB12××10 3 m3 气体对外做的功为气体对外做的功为 WpV0.5××105××(128)××10 3 J 2××102 J 由热力学第一定律有由热力学第一定律有 UQW 解得解得 U7××102 J 气体由状态气体由状态 B 到状态到状态 C 为等温变化，内能不变，又体积减小，外界对气 体做功，由热力学第一定律 为等温变化，内能不变，又体积减小，外界对气 体做功，由热力学第一定律 UWQ，Q0，故气体对外放热。，故气体对外放热。 答案 答案 (1)BDE (2)7××102 J 见解析 见解析