熱學高考真題歸類例析與熱學應考必備知識點(熱學高考真題歸類例析與熱學應考必備知識)

熱科學高考真題分類解析及參加熱科學考試必備知識

楊宗利湖南省湘陰縣湘陰第一中學

熱科學高考以選題的形式出現(xiàn)。試題的特點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力學理論、熱力學定律或晶體的知識。一個小問題往往包含多個知識點。主要問題采用計算問題的形式，測試氣體的性質(zhì)和氣體實驗定律。熱科學題比較簡單，選擇該題目的考生得分率較高。下面對高考真題的分類進行分析，以饗讀者。

一。分子動力學理論、內(nèi)能和熱力學定律

【實施例1】（2019·國家卷三）在利用油膜法估算分子大小的實驗中，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____________________。實驗中為了測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，需要測量的物理量為

____________________。【分析】油膜法需要形成單分子油膜來測量分子大小，因此需要降低油酸濃度；一滴油酸的體積很小，很難精確測量，所以采用累加法測量N滴油酸溶液的體積V，用V的比值計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可以認為是分子直徑，因此需要測量油膜的面積S來計算厚度。

【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】

估計問題

(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]對于氣體，N。

(3)兩種型號：

球形模型：V=R3（適合估計液體和固體分子的直徑）

立方模型：V=a3（適合估計氣體分子之間的距離）

【例2】（2018.北京卷）關于分子動力學理論，下列說法正確的是（）

A。氣體擴散的速度與溫度無關

B布朗運動是液體分子的不規(guī)則運動

C。分子間同時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】氣體擴散的速度與溫度有關。溫度越高，擴散速度越快，故A錯誤；布朗運動是懸浮運動

漂浮在液體中的固體小顆粒的不規(guī)則運動不是液體分子的不規(guī)則運動。固體小顆粒的不規(guī)則運動是液體分子不規(guī)則運動的間接反映，故B錯誤；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。當分子之間的距離小于平衡位置之間的距離時，力是排斥力，即吸引力小于排斥力。當分子之間的距離大于平衡位置之間的距離時，力就是吸引力，即吸引力大于斥力，所以C是正確的，D是錯誤的。

【答案】C

【必備知識】

反映分子運動規(guī)律的兩個例子

(1)布朗運動

研究對象：懸浮在液體或氣體中的微小固體顆粒。

運動特點：無規(guī)律、永無止境。

相關因素：粒徑、溫度。

(2)擴散現(xiàn)象

原因：分子無休止的、無規(guī)則的運動。

相關因素：溫度。

分子力與分子間距離的關系：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·全國第一卷）關于熱力學定律，下列說法正確的是（）

A。氣體吸熱后溫度升高

B對氣體做功會改變其內(nèi)能

C。理想氣體的等壓膨脹過程必須產(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.如果兩個系統(tǒng)均與狀態(tài)已確定的第三個系統(tǒng)處于熱平衡，則這兩個系統(tǒng)也必須彼此處于熱平衡。

【分析】根據(jù)熱力學定律，如果氣體吸熱后向外做功，溫度不一定會升高。說法A是錯誤的。改變物體內(nèi)能的方法包括功和熱傳遞。對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)，膨脹過程必須吸收熱量。說法C是錯誤的。根據(jù)熱力學第二定律，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。當兩個系統(tǒng)達到熱平衡時，溫度相等。如果兩個系統(tǒng)與狀態(tài)確定的第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)也必須彼此達到熱平衡。陳述E是正確的。

【答】二溴二苯醚

【必備知識】

了解熱力學定律

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

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

（3）熱力學第二定律的理解：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·全國第一卷）下列說法正確的是（）

A。晶體破碎后，得到的小顆粒是無定形的

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特性。

C。由相同元素組成的固體，由于原子排列不同，可能會變成不同的晶體。

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

E、熔化過程中，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性質(zhì)，因此選項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C是正確的。晶體和非晶體在一定條件下可以相互轉化。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變?yōu)榫w，故選項D正確。熔化過程中晶體的溫度不變，但內(nèi)能發(fā)生變化，故選項E不正確。

【答案】BCD

【必備知識】

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。當晶體熔化時，溫度不變，吸收的熱量全部用于增加分子的勢能。

(3)晶體和非晶體可以相互轉化。

(4)有些晶體是同素異形體，如金剛石、石墨

【實施例5】（江蘇卷2018）溫度計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)時帶走熱量，導致溫度計讀數(shù)低于周圍空氣溫度。當氣溫保持不變時，若發(fā)現(xiàn)溫度計示數(shù)在一段時間后下降，則（）

A?？諝庀鄬穸冉档?/p>

B空氣中水蒸氣的壓力增大

C?？諝庵兴娘柡蛪毫档?/p>

D空氣中水的飽和壓力增大

【分析】溫度計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B不正確。因為空氣的飽和壓力只與溫度有關，空氣溫度不變，則飽和空氣壓力也不變。選項C、D錯誤；根據(jù)相對濕度的定義，空氣的相對濕度減小，選項A正確。

【答案】A

【必備知識】

1.飽和蒸氣壓特性

液體的飽和蒸氣壓與溫度有關。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關。

2、相對濕度

某溫度下空氣中水蒸氣的實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]下列哪項說法是正確的？

A.溫度標志著物體內(nèi)大量分子熱運動的強度

B、內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子熱運動動能的總和。

C.氣體壓力只與氣體分子的平均動能有關

D.隨著氣體膨脹和溫度降低，分子的平均動能可能保持不變。

【分析】

溫度是分子平均動能的標志，因此溫度標志著物體內(nèi)大量分子熱運動的強度，故A正確；內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子因熱運動而產(chǎn)生的動能和分子勢能的總和，故B錯誤；根據(jù)壓力公式可以看出，氣體壓力不僅與分子的平均動能（溫度）有關，還與體積有關，所以C是錯誤的；

溫度是分子平均動能的象征，所以當溫度降低時，分子平均動能必然變小，所以D是錯誤的。

【答案】A

【必備知識】

1.正確理解溫度的微觀意義

溫度是分子平均動能的象征。溫度越高，分子的平均動能越大。

2、物體的內(nèi)能：物體中進行熱運動的所有分子的動能和分子勢能的總和稱為物體的內(nèi)能。

決定內(nèi)能的因素

微觀上：分子動能、分子勢能、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)則熱運動與容器壁碰撞。氣體對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）和分子的平均動能。

單位：國際單位為帕斯卡（Pa）。常用的單位有：標準大氣壓（atm）、厘米汞柱（cmHg）和毫米汞柱（mmHg）。換算關系為：1atm=76cmHg=1.Pa，1mmHg=133Pa。

三。氣體實驗定律和理想氣體狀態(tài)方程

【實施例7】（2019·國家卷一）熱等靜壓設備在材料加工中應用廣泛。設備工作時，首先通過壓縮機將惰性氣體壓入室溫下預先抽真空的爐腔內(nèi)，然后對爐腔進行加熱。利用高溫高壓環(huán)境對放置在爐腔內(nèi)的物料進行加工，以提高其性能。表現(xiàn)。熱等靜壓設備爐腔內(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，使用前瓶內(nèi)氣體壓力為1.5107Pa，使用后瓶內(nèi)剩余氣體壓力為2.0106Pa；室溫為27。氬氣可以被認為是一種理想氣體。

(i)求氬氣加壓后室溫下爐腔內(nèi)氣體的壓力；

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

【分析】（i）設每瓶氣體的初始體積為V0，壓力為p0；使用后瓶內(nèi)剩余氣體的壓力為p1。假設當體積為V0、壓力為p0的氣體的壓力變?yōu)閜1時，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】

1.壓力計算

(1)對于活塞或氣缸內(nèi)封閉的氣體，通常采用平衡條件或牛頓第二定律來分析計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分析液層或液柱所受的力并應用平衡條件或牛頓第二定律來求解。

理想氣體狀態(tài)方程=

(1)當T1=T2時，p1V1=p2V2（波義耳定律）

(2)當V1=V2時，=（查理定律）

(3)當p1=p2時，=（蓋呂薩克定律）

氣體的三個實驗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，則使用相應的實驗定律計算方程。

【實施例8】（2019·國家卷三）如圖所示，將一根厚度均勻的細管垂直放置，開口朝上。管內(nèi)有一個高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。如果把細管倒過來，水銀柱的下表面正好在管口處，沒有水銀滴落。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)求細管的長度；

(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，則求此時密封氣體的溫度。

【分析】

【分析】

以“液柱”為模型，通過分析氣體壓力，利用波義耳定律和居呂薩克定律得到細管的長度和溫度，是識別初始狀態(tài)和最終狀態(tài)并分析所經(jīng)歷的變化的關鍵通過封閉的氣體。常見錯誤：將氣體的長度誤認為是細管的長度。

【詳細說明】（1）設細管的長度為l，橫截面積為S，水銀柱的高度為h；設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；當細管倒置時，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。從標題的意思來看

V=S(Lh1h)

V1=S（Lh）

由公式和題中給出的條件可得

長=41cm

(2)假設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】

求解“液柱”模型的關鍵是求出液柱所包圍的氣體的壓力和體積。體積一般通過幾何關系來求解。在求液柱所包圍氣體的壓力時，一般以液柱為研究對象來分析受力和柱平衡。等式請注意：

(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，同時盡可能平衡掉一些大氣壓。

(3)有時將連接器原理直接應用于——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)當液體為汞時，可靈活使用壓力單位“cmHg”，使計算過程簡單。

【例9】（2019·國家卷二）如圖所示，一個容器由兩個截面積分別為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。整個容器被剛性桿連接的兩個活塞分成三部分，分別充滿氫氣、空氣和氮氣。平衡時，氮氣的壓力和體積分別為p0和V0，氫氣的體積為2V0，空氣的壓力為p?，F(xiàn)在慢慢抽出中間的所有空氣。在萃取過程中，氫氣和氮氣的溫度保持不變?；钊吹竭_兩個氣缸之間的連接處。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)假設抽氣后氫氣的壓力和體積分別為p1和V1，氮氣的壓力和體積分別為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

由于兩個活塞通過剛性桿連接，

V12V0=2(V0V2)

由聯(lián)立方程組求解

【答案】(i)(p0+p)(ii)

【必備知識】

兩個或多個氣瓶密封幾部分氣體，氣瓶之間的問題是相互關聯(lián)的。求解問題時，應分別研究氣體的每一部分，找出它們所遵循的規(guī)律，并寫出相應的方程，以及每一部分。最終同時解決了一些氣體的壓力或體積之間的關系。