熱學(xué)高考真題歸類例析與熱學(xué)應(yīng)考必備知識(shí)點(diǎn)(熱學(xué)高考真題歸類例析與熱學(xué)應(yīng)考必備知識(shí))

熱科學(xué)高考真題分類解析及參加熱科學(xué)考試必備知識(shí)

楊宗利湖南省湘陰縣湘陰第一中學(xué)

熱科學(xué)高考以選題的形式出現(xiàn)。試題的特點(diǎn)是試題由一大一小組成。小題采用選擇題或填空題的形式。小題一般考察分子動(dòng)力學(xué)理論、熱力學(xué)定律或晶體的知識(shí)。一個(gè)小問(wèn)題往往包含多個(gè)知識(shí)點(diǎn)。主要問(wèn)題采用計(jì)算問(wèn)題的形式，測(cè)試氣體的性質(zhì)和氣體實(shí)驗(yàn)定律。熱科學(xué)題比較簡(jiǎn)單，選擇該題目的考生得分率較高。下面對(duì)高考真題的分類進(jìn)行分析，以饗讀者。

一。分子動(dòng)力學(xué)理論、內(nèi)能和熱力學(xué)定律

【實(shí)施例1】（2019·國(guó)家卷三）在利用油膜法估算分子大小的實(shí)驗(yàn)中，首先需要將純油酸稀釋成一定濃度的油酸醇溶液。稀釋的目的是____________________。實(shí)驗(yàn)中為了測(cè)量一滴已知濃度的油酸醇溶液中純油酸的體積，我們可以_______________。為了得到油酸分子的直徑，需要測(cè)量的物理量為

____________________。【分析】油膜法需要形成單分子油膜來(lái)測(cè)量分子大小，因此需要降低油酸濃度；一滴油酸的體積很小，很難精確測(cè)量，所以采用累加法測(cè)量N滴油酸溶液的體積V，用V的比值計(jì)算一滴油酸的體積與N；由于形成的是單分子油膜，油膜的厚度h可以認(rèn)為是分子直徑，因此需要測(cè)量油膜的面積S來(lái)計(jì)算厚度。

【答案】(1)使油酸很容易在淺盤（2）水面形成單層油膜。將油酸醇溶液一滴滴入小量筒中，量取1mL油酸醇溶液。數(shù)，即獲得一滴溶液中純油酸的體積(3)。待油膜穩(wěn)定后，即可求得表面積S。

【必備知識(shí)】

估計(jì)問(wèn)題

(1)油膜法估算分子直徑：d

V為純油酸的體積，S為單分子油膜面積

(2)分子總數(shù)：N=nNA=·NA=NA[注]對(duì)于氣體，N。

(3)兩種型號(hào)：

球形模型：V=R3（適合估計(jì)液體和固體分子的直徑）

立方模型：V=a3（適合估計(jì)氣體分子之間的距離）

【例2】（2018.北京卷）關(guān)于分子動(dòng)力學(xué)理論，下列說(shuō)法正確的是（）

A。氣體擴(kuò)散的速度與溫度無(wú)關(guān)

B布朗運(yùn)動(dòng)是液體分子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)

C。分子間同時(shí)存在吸引力和排斥力

D分子間的吸引力總是隨著分子間距離的增加而增加

【分析】氣體擴(kuò)散的速度與溫度有關(guān)。溫度越高，擴(kuò)散速度越快，故A錯(cuò)誤；布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮運(yùn)動(dòng)

漂浮在液體中的固體小顆粒的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)不是液體分子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。固體小顆粒的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)是液體分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)的間接反映，故B錯(cuò)誤；既有引力，也有分子間的引力。排斥力和分子力是吸引力和排斥力的合力。分子間的吸引力和排斥力隨著分子間距離的增加而減小。當(dāng)分子之間的距離小于平衡位置之間的距離時(shí)，力是排斥力，即吸引力小于排斥力。當(dāng)分子之間的距離大于平衡位置之間的距離時(shí)，力就是吸引力，即吸引力大于斥力，所以C是正確的，D是錯(cuò)誤的。

【答案】C

【必備知識(shí)】

反映分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的兩個(gè)例子

(1)布朗運(yùn)動(dòng)

研究對(duì)象：懸浮在液體或氣體中的微小固體顆粒。

運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：無(wú)規(guī)律、永無(wú)止境。

相關(guān)因素：粒徑、溫度。

(2)擴(kuò)散現(xiàn)象

原因：分子無(wú)休止的、無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。

相關(guān)因素：溫度。

分子力與分子間距離的關(guān)系：吸引力和斥力都隨著分子間距離的增大而減小，但斥力減小得更快；兩者都隨著分子間距離的減小而增加，但排斥力增加得更快。

【例3】（2016·全國(guó)第一卷）關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說(shuō)法正確的是（）

A。氣體吸熱后溫度升高

B對(duì)氣體做功會(huì)改變其內(nèi)能

C。理想氣體的等壓膨脹過(guò)程必須產(chǎn)生熱量

D熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體

E.如果兩個(gè)系統(tǒng)均與狀態(tài)已確定的第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡，則這兩個(gè)系統(tǒng)也必須彼此處于熱平衡。

【分析】根據(jù)熱力學(xué)定律，如果氣體吸熱后向外做功，溫度不一定會(huì)升高。說(shuō)法A是錯(cuò)誤的。改變物體內(nèi)能的方法包括功和熱傳遞。對(duì)氣體做功可以改變其內(nèi)能。陳述B是正確的。理想氣體的等壓膨脹在外部做功。根據(jù)=常數(shù)，膨脹過(guò)程必須吸收熱量。說(shuō)法C是錯(cuò)誤的。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體。陳述D是正確的。當(dāng)兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時(shí)，溫度相等。如果兩個(gè)系統(tǒng)與狀態(tài)確定的第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個(gè)系統(tǒng)也必須彼此達(dá)到熱平衡。陳述E是正確的。

【答】二溴二苯醚

【必備知識(shí)】

了解熱力學(xué)定律

(1)改變物體內(nèi)能的方法有兩種。僅通過(guò)描述一種變化方式是不可能確定內(nèi)能的變化的。

（2）熱力學(xué)第一定律中W和Q的符號(hào)U=Q+W可以確定為：只要這種變化對(duì)內(nèi)能的增加有正的貢獻(xiàn)，就是正的。

（3）熱力學(xué)第二定律的理解：熱量可以從低溫物體傳遞到高溫物體，也可以從單一熱源吸收熱量并全部轉(zhuǎn)化為函數(shù)，但不可能不引起其他變化。

二。固體、液體和氣體

【例4】（2015·全國(guó)第一卷）下列說(shuō)法正確的是（）

A。晶體破碎后，得到的小顆粒是無(wú)定形的

B固體可分為兩類：晶體和非晶態(tài)。有些晶體在不同方向上具有不同的光學(xué)特性。

C。由相同元素組成的固體，由于原子排列不同，可能會(huì)變成不同的晶體。

D在適當(dāng)?shù)臈l件下，有些晶體可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)晶體，有些非晶態(tài)晶體可以轉(zhuǎn)變?yōu)榫w。

E、熔化過(guò)程中，晶體吸熱，但溫度不變，內(nèi)能不變。

【分析】晶體破碎后，得到的小顆粒仍是晶體，故選項(xiàng)A不正確。單晶具有各向異性，有些單晶在不同方向上具有不同的光學(xué)性質(zhì)，因此選項(xiàng)B是正確的。例如，金剛石和石墨由相同的元素組成，但由于原子排列不同而形成不同的晶體，因此選項(xiàng)C是正確的。晶體和非晶體在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。例如，天然水晶是晶體，而熔融水晶（即石英玻璃）是非晶態(tài)的。有些非晶態(tài)晶體在一定條件下可以轉(zhuǎn)變?yōu)榫w，故選項(xiàng)D正確。熔化過(guò)程中晶體的溫度不變，但內(nèi)能發(fā)生變化，故選項(xiàng)E不正確。

【答案】BCD

【必備知識(shí)】

了解晶體和非晶體特性

(1)只有單晶才能具有各向異性。

(2)各種晶體都有固定的熔點(diǎn)。當(dāng)晶體熔化時(shí)，溫度不變，吸收的熱量全部用于增加分子的勢(shì)能。

(3)晶體和非晶體可以相互轉(zhuǎn)化。

(4)有些晶體是同素異形體，如金剛石、石墨

【實(shí)施例5】（江蘇卷2018）溫度計(jì)的玻璃球體用紗布包裹，紗布下端浸入水中。紗布中的水蒸發(fā)時(shí)帶走熱量，導(dǎo)致溫度計(jì)讀數(shù)低于周圍空氣溫度。當(dāng)氣溫保持不變時(shí)，若發(fā)現(xiàn)溫度計(jì)示數(shù)在一段時(shí)間后下降，則（）

A?？諝庀鄬?duì)濕度降低

B空氣中水蒸氣的壓力增大

C。空氣中水的飽和壓力降低

D空氣中水的飽和壓力增大

【分析】溫度計(jì)指示的減小表明蒸發(fā)正在加速，空氣中水蒸氣的壓力正在降低。選項(xiàng)B不正確。因?yàn)榭諝獾娘柡蛪毫χ慌c溫度有關(guān)，空氣溫度不變，則飽和空氣壓力也不變。選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤；根據(jù)相對(duì)濕度的定義，空氣的相對(duì)濕度減小，選項(xiàng)A正確。

【答案】A

【必備知識(shí)】

1.飽和蒸氣壓特性

液體的飽和蒸氣壓與溫度有關(guān)。溫度越高，飽和蒸氣壓越大，而飽和蒸氣壓與飽和蒸氣的體積無(wú)關(guān)。

2、相對(duì)濕度

某溫度下空氣中水蒸氣的實(shí)際壓力與同溫度下水的飽和蒸氣壓的百分比，即：B100%【例6】【2019.[北京卷]下列哪項(xiàng)說(shuō)法是正確的？

A.溫度標(biāo)志著物體內(nèi)大量分子熱運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度

B、內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的總和。

C.氣體壓力只與氣體分子的平均動(dòng)能有關(guān)

D.隨著氣體膨脹和溫度降低，分子的平均動(dòng)能可能保持不變。

【分析】

溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，因此溫度標(biāo)志著物體內(nèi)大量分子熱運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度，故A正確；內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子因熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和，故B錯(cuò)誤；根據(jù)壓力公式可以看出，氣體壓力不僅與分子的平均動(dòng)能（溫度）有關(guān)，還與體積有關(guān)，所以C是錯(cuò)誤的；

溫度是分子平均動(dòng)能的象征，所以當(dāng)溫度降低時(shí)，分子平均動(dòng)能必然變小，所以D是錯(cuò)誤的。

【答案】A

【必備知識(shí)】

1.正確理解溫度的微觀意義

溫度是分子平均動(dòng)能的象征。溫度越高，分子的平均動(dòng)能越大。

2、物體的內(nèi)能：物體中進(jìn)行熱運(yùn)動(dòng)的所有分子的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和稱為物體的內(nèi)能。

決定內(nèi)能的因素

微觀上：分子動(dòng)能、分子勢(shì)能、分子數(shù)量。宏觀上：溫度、體積、物質(zhì)的量。

3、氣體壓力

原因：大量氣體分子的不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)與容器壁碰撞。氣體對(duì)壁面單位面積所施加的壓力稱為壓力。

決定因素：宏觀上取決于氣體的體積和溫度；微觀上，取決于單位體積的分子數(shù)（分子數(shù)密度）和分子的平均動(dòng)能。

單位：國(guó)際單位為帕斯卡（Pa）。常用的單位有：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atm）、厘米汞柱（cmHg）和毫米汞柱（mmHg）。換算關(guān)系為：1atm=76cmHg=1.Pa，1mmHg=133Pa。

三。氣體實(shí)驗(yàn)定律和理想氣體狀態(tài)方程

【實(shí)施例7】（2019·國(guó)家卷一）熱等靜壓設(shè)備在材料加工中應(yīng)用廣泛。設(shè)備工作時(shí)，首先通過(guò)壓縮機(jī)將惰性氣體壓入室溫下預(yù)先抽真空的爐腔內(nèi)，然后對(duì)爐腔進(jìn)行加熱。利用高溫高壓環(huán)境對(duì)放置在爐腔內(nèi)的物料進(jìn)行加工，以提高其性能。表現(xiàn)。熱等靜壓設(shè)備爐腔內(nèi)放入固體物料后剩余體積為0.13立方米。爐腔抽真空后，在室溫下用壓縮機(jī)將10瓶氬氣壓入爐腔。已知每瓶氬氣的體積為3.210-2m3，使用前瓶?jī)?nèi)氣體壓力為1.5107Pa，使用后瓶?jī)?nèi)剩余氣體壓力為2.0106Pa；室溫為27。氬氣可以被認(rèn)為是一種理想氣體。

(i)求氬氣加壓后室溫下?tīng)t腔內(nèi)氣體的壓力；

(ii)將已壓入氬氣的爐腔加熱至1227C。求此時(shí)爐腔內(nèi)氣體的壓力。

【分析】（i）設(shè)每瓶氣體的初始體積為V0，壓力為p0；使用后瓶?jī)?nèi)剩余氣體的壓力為p1。假設(shè)當(dāng)體積為V0、壓力為p0的氣體的壓力變?yōu)閜1時(shí)，其體積膨脹為V1。波義耳定律

p0V0=p1V1

室溫下壓入爐腔的氣體體積p1為

假設(shè)壓完10瓶氣體后爐腔內(nèi)的氣體壓力為p2，體積為V2。波義耳定律

p2V2=10p1

將方程代入題中數(shù)據(jù)可得

p2=帕

(ii)假設(shè)加熱前爐腔溫度為T0，加熱后爐腔溫度為T1，氣體壓力為p3。根據(jù)查理定律

將式與式5聯(lián)立，代入題中數(shù)據(jù)可得

p3=1.6108Pa

【答案】(i)Pa(ii)1.6108Pa

【必備知識(shí)】

1.壓力計(jì)算

(1)對(duì)于活塞或氣缸內(nèi)封閉的氣體，通常采用平衡條件或牛頓第二定律來(lái)分析計(jì)算活塞或氣缸所受的力。

(2)液柱所包圍的氣體的壓力通常通過(guò)分析液層或液柱所受的力并應(yīng)用平衡條件或牛頓第二定律來(lái)求解。

理想氣體狀態(tài)方程=

(1)當(dāng)T1=T2時(shí)，p1V1=p2V2（波義耳定律）

(2)當(dāng)V1=V2時(shí)，=（查理定律）

(3)當(dāng)p1=p2時(shí)，=（蓋呂薩克定律）

氣體的三個(gè)實(shí)驗(yàn)定律都是理想氣體狀態(tài)方程的特例。

2、合理選擇氣體變化所遵循的正則方程

(1)若氣體質(zhì)量不變，p、V、T均變化，則采用理想氣體狀態(tài)方程求解。

(2)如果氣體的質(zhì)量恒定，并且量p、V和T之一不變，則使用相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)定律計(jì)算方程。

【實(shí)施例8】（2019·國(guó)家卷三）如圖所示，將一根厚度均勻的細(xì)管垂直放置，開(kāi)口朝上。管內(nèi)有一個(gè)高2.0cm的水銀柱。水銀柱下封有一定量的理想氣體。水銀柱上表面到噴嘴的距離為2.0cm。如果把細(xì)管倒過(guò)來(lái)，水銀柱的下表面正好在管口處，沒(méi)有水銀滴落。管內(nèi)氣體的溫度與環(huán)境溫度相同。已知大氣壓為76cmHg，環(huán)境溫度為296K。

(1)求細(xì)管的長(zhǎng)度；

(2)若倒置前將管內(nèi)密封氣體緩慢加熱，直至水銀柱上表面與管口正好平齊，則求此時(shí)密封氣體的溫度。

【分析】

【分析】

以“液柱”為模型，通過(guò)分析氣體壓力，利用波義耳定律和居呂薩克定律得到細(xì)管的長(zhǎng)度和溫度，是識(shí)別初始狀態(tài)和最終狀態(tài)并分析所經(jīng)歷的變化的關(guān)鍵通過(guò)封閉的氣體。常見(jiàn)錯(cuò)誤：將氣體的長(zhǎng)度誤認(rèn)為是細(xì)管的長(zhǎng)度。

【詳細(xì)說(shuō)明】（1）設(shè)細(xì)管的長(zhǎng)度為l，橫截面積為S，水銀柱的高度為h；設(shè)水銀柱上表面到管口的距離為h，密封氣體的體積為V，壓力為p；當(dāng)細(xì)管倒置時(shí)，氣體體積為V1，壓力為p1。根據(jù)波義耳定律，我們有

pV=p1V1

力的平衡條件是

p=p0gh

式中，p和g分別為汞的密度和重力加速度的大小，p0為大氣壓強(qiáng)。從標(biāo)題的意思來(lái)看

V=S(Lh1h)

V1=S（Lh）

由公式和題中給出的條件可得

長(zhǎng)=41cm

(2)假設(shè)氣體加熱前后的溫度分別為T0和T。根據(jù)蓋-呂薩克定律，

由公式和題中給出的數(shù)據(jù)可得

T=312K

【答案】（1）41cm；(2)312K

【必備知識(shí)】

求解“液柱”模型的關(guān)鍵是求出液柱所包圍的氣體的壓力和體積。體積一般通過(guò)幾何關(guān)系來(lái)求解。在求液柱所包圍氣體的壓力時(shí)，一般以液柱為研究對(duì)象來(lái)分析受力和柱平衡。等式請(qǐng)注意：

(1)液體因重力而產(chǎn)生的壓力為p=gh（其中h為距液面的垂直高度）。

(2)不要漏掉大氣壓，同時(shí)盡可能平衡掉一些大氣壓。

(3)有時(shí)將連接器原理直接應(yīng)用于——連接器中的靜態(tài)液體。同一種液體在同一水平面上各處的壓力相等。

(4)當(dāng)液體為汞時(shí)，可靈活使用壓力單位“cmHg”，使計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單。

【例9】（2019·國(guó)家卷二）如圖所示，一個(gè)容器由兩個(gè)截面積分別為2S和S的圓柱體連接而成。將容器平放在地面上，圓筒內(nèi)壁光滑。整個(gè)容器被剛性桿連接的兩個(gè)活塞分成三部分，分別充滿氫氣、空氣和氮?dú)?。平衡時(shí)，氮?dú)獾膲毫腕w積分別為p0和V0，氫氣的體積為2V0，空氣的壓力為p。現(xiàn)在慢慢抽出中間的所有空氣。在萃取過(guò)程中，氫氣和氮?dú)獾臏囟缺３植蛔??；钊吹竭_(dá)兩個(gè)氣缸之間的連接處。尋找：

(i)泵送前氫氣的壓力；

(ii)泵送后氫氣的壓力和體積。

[分析](i)假設(shè)泵送前氫氣壓力為p10。根據(jù)力平衡條件，我們得到

(p10p)·2S=(p0p)·S

得到p10=(p0+p)

(ii)假設(shè)抽氣后氫氣的壓力和體積分別為p1和V1，氮?dú)獾膲毫腕w積分別為p2和V2。根據(jù)力平衡條件，p2·S=p1·2S

根據(jù)波義耳定律，p1V1=p10·2V0

p2V2=p0·V0

由于兩個(gè)活塞通過(guò)剛性桿連接，

V12V0=2(V0V2)

由聯(lián)立方程組求解

【答案】(i)(p0+p)(ii)

【必備知識(shí)】

兩個(gè)或多個(gè)氣瓶密封幾部分氣體，氣瓶之間的問(wèn)題是相互關(guān)聯(lián)的。求解問(wèn)題時(shí)，應(yīng)分別研究氣體的每一部分，找出它們所遵循的規(guī)律，并寫(xiě)出相應(yīng)的方程，以及每一部分。最終同時(shí)解決了一些氣體的壓力或體積之間的關(guān)系。