2021高中物理备考 热学

1 固体、液体和气体 性质介绍 要点一 固体、液体的性质 1晶体和非晶体 2液体表面张力 多角练通 1(上海高考)液体与固体具有的相同特点是( ) A都具有确定的形状 B体积都不易被压缩 C物质分子的位置都确定 D物质分子都在固定位置附近振动 2021高中物理备考高中物理备考 刘杰物理 刘杰物理 2 2(多选)(山东高考)人类对物质属性的认识是从宏观到微观不断深入的过程，以下说法 正确的是( ) A液晶的分子势能与体积有关 B晶体的物理性质都是各向异性的 C温度升高，每个分子的动能都增大 D露珠呈球状是由于液体表面张力的作用 解析：选 AD 液体和固体的体积与分子间相对位置有关，分子间距接近平衡位置 r0时， 分子间距变化，分子力做功显著，导致分子势能变化显著，A 正确。多晶体的物理性质表现 为各向同性，因此 B 错误。温度升高，分子的平均动能增大，由于分子速率遵循统计规律， 故并不是每个分子的动能都增大，C 错误。液体表面张力的作用是使其表面绷紧，表面积收 缩到最小，呈球状，D 正确。 刘杰物理 3 要点二 气体压强的产生与计算 1产生的原因： 2决定因素 3平衡状态下气体压强的求法 (1)液片法： (2)力平衡法： (3)等压面法： 4加速运动系统中封闭气体压强的求法 典例 如图 11- 2- 1 所示，一气缸水平固定在静止的小车上，一质量为 m，面积为 S 的 活塞将一定量的气体封闭在气缸内，平衡时活塞与气缸底相距 L。现让小车以一较小的水平 恒定加速度向右运动，稳定时发现活塞相对于气缸移动了距离 d。已知大气压强为 p0，不计 气缸和活塞间的摩擦；且小车运动时，大气对活塞的压强仍可视为 p0；整个过程温度保持不 变。求小车加速度的大小。 图 11- 2- 1 刘杰物理 4 针对训练 1如图 11- 2- 2 所示，光滑水平面上放有一质量为 M 的气缸，气缸内放有一质量为 m 的 可在气缸内无摩擦滑动的活塞，活塞面积为 S。现用水平恒力 F 向右推气缸，最后气缸和活 塞达到相对静止状态，求此时缸内封闭气体的压强 p。(已知外界大气压为 p0) 图 11- 2- 2 2若已知大气压强为 p0，在图 11- 2- 3 中各装置均处于静止状态，图中液体密度均为 ， 求被封闭气体的压强。 图 11- 2- 3 刘杰物理 5 要点三 气体实验定律的应用 1三大气体实验定律 (1)玻意耳定律(等温变化)：p1V1p2V2或 pVC(常数)。 (2)查理定律(等容变化)：p1 T1 p2 T2或 p TC(常数)。 (3)盖- 吕萨克定律(等压变化)：V1 T1 V2 T2或 V TC(常数)。 2利用气体实验定律及气态方程解决问题的基本思路 典例 1 (2014 新课标)如图 11- 2- 4，两气缸 A、B 粗细均匀、等高且内壁光滑，其下 部由体积可忽略的细管连通；A 的直径是 B 的 2 倍，A 上端封闭，B 上端与大气连通；两气 缸除 A 顶部导热外，其余部分均绝热。两气缸中各有一厚度可忽略的绝热轻活塞 a、b，活塞 下方充有氮气，活塞 a 上方充有氧气。当大气压为 p0、外界和气缸内气体温度均为 7 且平 衡时，活塞 a 离气缸顶的距离是气缸高度的1 4，活塞 b 在气缸正中间。 图 11- 2- 4 (1)现通过电阻丝缓慢加热氮气，当活塞 b 恰好升至顶部时，求氮气的温度； (2)继续缓慢加热，使活塞 a 上升。当活塞 a 上升的距离是气缸高度的 1 16时，求氧气的压 强。 刘杰物理 6 典例 2 (2014 新课标)一定质量的理想气体被活塞封闭在竖直放置的圆柱形气缸内。 气缸壁导热良好，活塞可沿气缸壁无摩擦地滑动。开始时气体压强为 p，活塞下表面相对于 气缸底部的高度为 h，外界的温度为 T0。现取质量为 m 的沙子缓慢地倒在活塞的上表面，沙 子倒完时，活塞下降了 h/4。若此后外界的温度变为 T，求重新达到平衡后气体的体积。已知 外界大气的压强始终保持不变，重力加速度大小为 g。 分析气体状态变化的问题要抓住三点 (1)阶段性： (2)联系性： (3)规律性： 针对训练 1(2014 山东高考)一种水下重物打捞方法的工作原理如图 11- 2- 5 所示。将一质量 M 3103 kg、体积 V00.5 m3的重物捆绑在开口朝下的浮筒上。向浮筒内充入一定量的气体， 开始时筒内液面到水面的距离 h140 m，筒内气体体积 V11 m3。在拉力作用下浮筒缓慢上 升。当筒内液面到水面的距离为 h2时，拉力减为零，此时气体体积为 V2，随后浮筒和重物自 动上浮。求 V2和 h2。 图 11- 2- 5 已知大气压强 p01105Pa， 水的密度 1103 kg/m3， 重力加速度的大小 g10 m/s2。 不计水温变化，筒内气体质量不变且可视为理想气体，浮筒质量和筒壁厚度可忽略。 刘杰物理 7 2(2014 重庆高考)如图 11- 2- 6 为一种减震垫，上面布满了圆柱状薄膜气泡，每个气泡 内充满体积为 V0，压强为 p0的气体，当平板状物品平放在气泡上时，气泡被压缩。若气泡内 气体可视为理想气体，其温度保持不变，当体积压缩到 V 时气泡与物品接触面的面积为 S， 求此时每个气泡内气体对接触面处薄膜的压力。 刘杰物理 8 要点四 理想气体状态方程的应用 1理想气体 (1)宏观上: (2)微观上: 2状态方程：p1V1 T1 p2V2 T2 或pV T C。 3应用状态方程解题的一般步骤 (1) (2) (3) (4) 典例 如图 11- 2- 7 所示，有两个不计质量的活塞 M、N 将两部分理想气体封闭在绝热 气缸内，温度均是 27 。M 活塞是导热的，N 活塞是绝热的，均可沿气缸无摩擦地滑动，已 知活塞的横截面积均为 S2 cm2，初始时 M 活塞相对于底部的高度为 H27 cm，N 活塞相 对于底部的高度为 h18 cm。现将一质量为 m400 g 的小物体放在 M 活塞的上表面上，活 塞下降。已知大气压强为 p01.0105Pa， 图 11- 2- 7 (1)求下部分气体的压强多大； (2)现通过加热丝对下部分气体进行缓慢加热，使下部分气体的温度变为 127 ，求稳定 后活塞 M、N 距离底部的高度。 刘杰物理 9 1.如图 11- 2- 8 所示，透热的气缸内封有一定质量的理想气体，缸体质量 M200 kg，活 塞质量 m10 kg，活塞面积 S100 cm2。活塞与气缸壁无摩擦且不漏气。此时，缸内气体的 温度为 27 ，活塞位于气缸正中，整个装置都静止。已知大气压恒为 p01.0105Pa，重力 加速度为 g10 m/s2。求： 图 11- 2- 8 (1)缸内气体的压强 p1； (2)缸内气体的温度升高到多少时，活塞恰好会静止在气缸缸口 AB 处？ 2.如图 11- 2- 9 所示，在一端封闭的 U 形管中用水银柱封闭一段空气柱 L，当空气柱的温 度为 27 时， 左管水银柱的长度 h110 cm， 右管水银柱长度 h27 cm， 气柱长度 L13 cm； 当空气柱的温度变为 127 时，h1变为 7 cm。求：当时的大气压强和末状态空气柱的压强(单 位用 cmHg)。 图 11- 2- 9 刘杰物理 10 要点五 气体状态变化的图像问题 一定质量的气体不同图像的比较 过程 类别 图线 特点 示例 等温过程 p- V pVCT(其中 C 为恒量)， 即 pV 之积越大的等温 线温度越高，线离原点越远 p- 1 V pCT1 V，斜率 kCT，即斜率越大，温度越高 等容过程 p- T pC VT，斜率 k C V，即斜率越大，体积越小 等压过程 V- T VC pT，斜率 k C p，即斜率越大，压强越小 典例 (多选)一定质量理想气体的状态经历了如图 11- 2- 10 所示的 ab、bc、cd、da 四 个过程，其中 bc 的延长线通过原点，cd 垂直于 ab 且与水平轴平行，da 与 bc 平行，则气体 体积在( ) 图 11- 2- 10 Aab 过程中不断增加 Bbc 过程中保持不变 Ccd 过程中不断增加 Dda 过程中保持不变 刘杰物理 11 气体状态变化图像问题的分析技巧 (1)图像上的一个点表示一定质量气体的一个平衡状态， 它对应着三个状态参量； 图像上 的某一条直线或曲线表示一定质量气体状态变化的一个过程。 (2)在VT或pT图像中， 比较两个状态的压强或体积大小， 可以用这两个状态到原点连 线的斜率大小来判断。斜率越大，压强或体积越小；斜率越小，压强或体积越大。 1图 11- 2- 11 为一定质量理想气体的压强 p 与体积 V 关系图像，它由状态 A 经等容过程 到状态 B，再经等压过程到状态 C，设 A、B、C 状态对应的温度分别为 TA、TB、TC，则下列 关系式中正确的是_。(填选项前的字母) 图 11- 2- 11 ATATB，TBTC B. TATB，TBTC C. TATB，TBTC D. TATB，TBTC 2.某同学利用 DIS 实验系统研究一定质量理想气体的状态变化，实验后计算机屏幕显示 如图 11- 2- 12 所示的 p- t 图像。已知在状态 B 时气体的体积 VB3 L，求： 图 11- 2- 12 (1)气体在状态 A 的压强； (2)气体在状态 C 的体积。 刘杰物理 12 对点训练：固体、液体的性质 1(多选)下列说法中正确的有( ) A悬浮在液体中的固体分子所做的无规则运动叫做布朗运动 B金属铁有固定的熔点 C液晶的光学性质具有各向异性 D由于液体表面分子间距离小于液体内部分子间的距离，故液体表面存在表面张力 E随着高度的增加，大气压和温度都在减小，一个正在上升的氢气球内的氢气内能减 小 2液体的饱和汽压随温度的升高而增大( ) A其规律遵循查理定律 B是因为饱和汽的质量随温度的升高而增大 C是因为饱和汽的体积随温度的升高而增大 D是因为饱和汽密度和蒸汽分子的平均速率都随温度的升高而增大 对点训练：气体压强及实验定律 3.(2015 山东德州模拟)如图 1 所示，导热良好的薄壁气缸放在光滑水平面上，用横截面 积为 S1.010 2m2 的光滑活塞将一定质量的理想气体封闭在气缸内，活塞杆的另一端固定 在墙上。外界大气压强 p01.0105Pa。当环境温度为 27 时，密闭气体的体积为 2.010 3m3。 图 1 (1)当环境温度缓慢升高到 87 时，气缸移动的距离是多少？ (2)在上述过程中封闭气体_(填“吸热”或“放热”)，传递的热量_(填 “大于”或“小于”)气体对外界所做的功。 刘