高考物理二輪復(fù)習(xí)導(dǎo)學(xué)案熱學(xué)

熱學(xué)專題復(fù)習(xí)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】能通過(guò)受力分析熟練書(shū)寫(xiě)氣體壓強(qiáng)，解決氣體狀態(tài)變化問(wèn)題掌握關(guān)聯(lián)氣體模型的解題方法會(huì)分析氣體變質(zhì)量問(wèn)題能解決熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律相結(jié)合【重、難點(diǎn)】關(guān)聯(lián)氣體、變質(zhì)量問(wèn)題【導(dǎo)入環(huán)節(jié)】思考：氧氣瓶的容積是40L，其中氧氣的壓強(qiáng)是130atm，規(guī)定瓶?jī)?nèi)氧氣壓強(qiáng)降到10atm時(shí)就要重新充氧．有一個(gè)車間，每天需要用1atm的氧氣400L，一瓶氧氣能用幾天？假定溫度不變．（用兩種方法解決）（提示：法一：玻意耳定律；法二：克拉伯龍方程）【思考環(huán)節(jié)】一．壓強(qiáng)的計(jì)算與關(guān)聯(lián)氣體問(wèn)題例1.如圖甲所示，兩端開(kāi)口的導(dǎo)熱氣缸水平固定，A、B是厚度不計(jì)的兩輕活塞，可在氣缸內(nèi)無(wú)摩擦滑動(dòng)，兩輕活塞用一輕桿相連，缸內(nèi)封閉有理想氣體。A、B靜止時(shí)，缸內(nèi)兩部分氣柱的長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)和；現(xiàn)用輕質(zhì)細(xì)線將活塞B與重物C栓接，如圖乙所示。已知活塞A、B面積S1、S2的關(guān)系為，大氣壓強(qiáng)為p0，重力加速度為g，重物C質(zhì)量為，環(huán)境溫度保持不變。當(dāng)兩活塞再次靜止時(shí)，求：（1）氣缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)；（2）活塞移動(dòng)的距離x。例2．如圖所示，粗細(xì)均勻、兩端開(kāi)口的直角形玻璃管ABC在豎直面內(nèi)豎直放置，AB=60cm，BC=100cm，AB段水平，BC段豎直，AB管內(nèi)有一10cm的水銀柱。在環(huán)境溫度為300K時(shí)，保持AB段水平，將玻璃管C端豎直向下插入水銀槽中，使C端在水銀面下10cm，此時(shí)，AB管內(nèi)水銀柱左端距B點(diǎn)10cm。已知大氣壓強(qiáng)。求（1）溫度升高到多少K時(shí)，水銀柱剛好全部溢出；（2）控制溫度變化，使水銀柱緩慢移動(dòng)，水銀柱恰好全部進(jìn)入豎直玻璃管時(shí)溫度為多少K？例3.豎直放置的粗細(xì)均勻的U形細(xì)玻璃管兩臂分別灌有水銀，水平管部分有一空氣柱，各部分長(zhǎng)度如圖所示，單位為厘米.現(xiàn)將管的右端封閉，從左管口緩慢倒入水銀，恰好使右側(cè)的水銀全部進(jìn)入豎直右管中，已知大氣壓強(qiáng)p0＝75cmHg，環(huán)境溫度不變，左管足夠長(zhǎng).求：(1)此時(shí)右管封閉氣體的壓強(qiáng)；(2)左側(cè)管中需要倒入水銀柱的長(zhǎng)度.二．變質(zhì)量問(wèn)題例4.楚天都市報(bào)2018年1月31日訊，一居民忘記關(guān)火致高壓鍋持續(xù)干燒，民警冒險(xiǎn)排除隱患！為此，某團(tuán)隊(duì)在安全設(shè)施保障下對(duì)高壓鍋空鍋加熱的多種可能進(jìn)行了測(cè)試。高壓鍋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖所示，密封好鍋蓋，將壓力閥套在出氣孔上，加熱前高壓鍋內(nèi)氣體溫度為，內(nèi)部氣體壓強(qiáng)為。對(duì)高壓鍋加熱，當(dāng)鍋內(nèi)氣體壓強(qiáng)達(dá)到時(shí)，鍋內(nèi)氣體將壓力閥頂起，開(kāi)始向外排氣，在排氣過(guò)程中繼續(xù)加熱至溫度為時(shí)，停止加熱，壓力閥很快落下，再次封閉氣體。假定排氣過(guò)程鍋內(nèi)氣體壓強(qiáng)不變，鍋內(nèi)氣體視為理想氣體。求：（1）鍋內(nèi)氣體壓強(qiáng)為時(shí)溫度；（2）鍋內(nèi)排出的氣體與原有氣體的質(zhì)量比。例5.某醫(yī)用氧氣瓶容積為40L，瓶?jī)?nèi)貯有壓強(qiáng)為的氧氣，可視為理想氣體。廣泛用于野外急救的氧氣袋容積為5L。將氧氣瓶?jī)?nèi)的氧氣分裝到氧氣袋，充氣前袋內(nèi)為真空，充氣后袋內(nèi)壓強(qiáng)為。分裝過(guò)程不漏氣，環(huán)境溫度不變。（1）最多可分裝多少個(gè)氧氣袋；（2）若將醫(yī)用氧氣瓶?jī)?nèi)的氧氣依次分裝到原為真空、容積為5L的若干個(gè)便攜式鋼瓶?jī)?nèi)，每次分裝后，鋼瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)與氧氣瓶?jī)?nèi)剩余氣體壓強(qiáng)相等，求分裝30次后醫(yī)用氧氣瓶?jī)?nèi)剩余氧氣的壓強(qiáng)與分裝前氧氣瓶?jī)?nèi)氧氣壓強(qiáng)之比。例6.中國(guó)航天科技發(fā)展迅猛，并且搭載神舟十三號(hào)的女性航天員王亞平首次出艙，進(jìn)入浩瀚的太空。天和核心艙的構(gòu)造如圖所示，主要包括大柱段、小柱段和節(jié)點(diǎn)艙三部分。宇航員們?cè)谂搩?nèi)的活動(dòng)空間主要是大柱段和小柱段部分，即大倉(cāng)，大約有110m3的容積,該空間通過(guò)氣體調(diào)整系統(tǒng)充有1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的空氣。宇航員出艙的必經(jīng)之路就是節(jié)點(diǎn)艙，其容積大約是4m3，出艙過(guò)程大致是：打開(kāi)節(jié)點(diǎn)艙內(nèi)倉(cāng)門(mén)進(jìn)入節(jié)點(diǎn)艙、關(guān)閉節(jié)點(diǎn)艙內(nèi)倉(cāng)門(mén)、節(jié)點(diǎn)艙泄壓（用抽氣泵把節(jié)點(diǎn)艙內(nèi)的空氣抽到大倉(cāng)），同時(shí)宇航員穿戴航空服并進(jìn)行吸氧排氮，做好準(zhǔn)備工作，當(dāng)節(jié)點(diǎn)艙壓強(qiáng)減小至接近真空時(shí)，即可打開(kāi)節(jié)點(diǎn)艙外艙門(mén)出艙。為了保證開(kāi)門(mén)時(shí)兩側(cè)壓力平衡，打開(kāi)內(nèi)倉(cāng)門(mén)之前節(jié)點(diǎn)艙已充有1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的空氣，全程艙內(nèi)溫度視為不變，當(dāng)其泄壓至10KPa時(shí)，分析以下問(wèn)題：（1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓等于1x105Pa）計(jì)算抽氣泵抽出的氣體占抽氣前節(jié)點(diǎn)艙內(nèi)氣體的質(zhì)量比。當(dāng)大艙內(nèi)氣體壓強(qiáng)變化2KPa時(shí)就會(huì)觸發(fā)氣體調(diào)整系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)，試通過(guò)計(jì)算判斷此時(shí)氣體調(diào)整系統(tǒng)是否進(jìn)入工作狀態(tài)。三．與浮力相關(guān)問(wèn)題例7.某興趣小組發(fā)明了一種可以通過(guò)調(diào)節(jié)溫度使氣球上升或下降的裝置。如圖，氣體被輕質(zhì)絕熱活塞封閉在絕熱汽缸下部a內(nèi)，汽缸頂端連接一氣球，汽缸底部接有電熱絲E.a缸內(nèi)被封閉氣體初始溫度為T(mén)0，汽缸的總體積為V?；钊挥谄字醒?，初始狀態(tài)氣球處于松弛狀態(tài)，(不考慮松弛狀態(tài)下氣球內(nèi)氣體的體積)b部分氣體為氫氣，與外界保持溫度不變。壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng)P0。整個(gè)裝置的質(zhì)量為M.空氣的密度為ρ活塞和汽缸間的摩擦不計(jì)．電熱絲通電一段時(shí)間，當(dāng)活塞上升到總高度的2/3時(shí)，裝置開(kāi)始上升。（1）裝置上升時(shí)，b部分氣體的壓強(qiáng)為多大？（2）氣球內(nèi)部氣體的質(zhì)量為原來(lái)b部分氣體總質(zhì)量的多少？（3）裝置開(kāi)始上升時(shí)，此時(shí)a部分氣體的溫度為多少？例8.某些魚(yú)類通過(guò)調(diào)節(jié)體內(nèi)魚(yú)鰾的體積實(shí)現(xiàn)浮沉。如圖所示，魚(yú)鰾結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)化為通過(guò)閥門(mén)相連的A、B兩個(gè)密閉氣室，A室壁厚、可認(rèn)為體積恒定，B室壁簿，體積可變；兩室內(nèi)氣體視為理想氣體，可通過(guò)閥門(mén)進(jìn)行交換。質(zhì)量為M的魚(yú)靜止在水面下H處。B室內(nèi)氣體體積為V，質(zhì)量為m；設(shè)B室內(nèi)氣體壓強(qiáng)與魚(yú)體外壓強(qiáng)相等、魚(yú)體積的變化與B室氣體體積的變化相等，魚(yú)的質(zhì)量不變，魚(yú)鰾內(nèi)氣體溫度不變。水的密度為ρ，重力加速度為g。大氣壓強(qiáng)為p0，求：（1）魚(yú)通過(guò)增加B室體積獲得大小為a的加速度、需從A室充入B室的氣體質(zhì)量m；（2）魚(yú)靜止于水面下H1處時(shí)，B室內(nèi)氣體質(zhì)量m1。四.熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律相結(jié)合1．理想氣體相關(guān)三量ΔU、W、Q的分析思路(1)內(nèi)能變化量ΔU由氣體溫度變化分析ΔU大于零或者小于零。(2)做功情況W由體積變化分析氣體做功正負(fù)。(3)氣體吸、放熱Q一般由公式Q＝ΔU－W分析氣體的吸、放熱情況。2．對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解：熱量可以由低溫物體傳遞到高溫物體，也可以從單一熱源吸收熱量全部轉(zhuǎn)化為功，但會(huì)產(chǎn)生其他影響．例9．（2021?山東）如圖所示，密封的礦泉水瓶中，距瓶口越近水的溫度越高。一開(kāi)口向下、導(dǎo)熱良好的小瓶置于礦泉水瓶中，小瓶中封閉一段空氣，小瓶?jī)?nèi)的空氣可視為理想氣體。擠壓礦泉水瓶，小瓶下沉到底部；松開(kāi)后，小瓶緩慢上浮。上浮過(guò)程中，小瓶?jī)?nèi)氣體（）A．內(nèi)能減少 B．對(duì)外界做正功 C．增加的內(nèi)能大于吸收的熱量 D．增加的內(nèi)能等于吸收的熱量例10．（2020?山東）一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開(kāi)始，經(jīng)a→b、b→c、c→a三個(gè)過(guò)程后回到初始狀態(tài)a，其p﹣V圖象如圖所示。已知三個(gè)狀態(tài)的坐標(biāo)分別為a（V0，2p0）、b（2V0，p0）、c（3V0，2p0）。以下判斷正確的是（）A．氣體在a→b過(guò)程中對(duì)外界做的功小于在b→c過(guò)程中對(duì)外界做的功 B．氣體在a→b過(guò)程中從外界吸收的熱量大于在b→c過(guò)程中從外界吸收的熱量C．在c→a過(guò)程中，外界對(duì)氣體做的功小于氣體向外界放出的熱量 D．氣體在c→a過(guò)程中內(nèi)能的減少量大于b→c過(guò)程中內(nèi)能的增加量例11.（2023?山東）一定質(zhì)量的理想氣體，初始溫度為，壓強(qiáng)為。經(jīng)等容過(guò)程，該氣體吸收的熱量后溫度上升；若經(jīng)等壓過(guò)程，需要吸收的熱量才能使氣體溫度上升。下列說(shuō)法正確的是（

）A．初始狀態(tài)下，氣體的體積為 B．等壓過(guò)程中，氣體對(duì)外做功C．等壓過(guò)程中，氣體體積增加了原體積的 D．兩個(gè)過(guò)程中，氣體的內(nèi)能增加量都為熱學(xué)專題復(fù)習(xí)參考答案例1【答案】（1）；（2）【解析】（1）兩活塞再次靜止時(shí)，對(duì)整體有解得（2）兩活塞開(kāi)始靜止時(shí)，對(duì)整體有開(kāi)始靜止時(shí)封閉氣體的體積為再次靜止時(shí)封閉氣體的體積由玻意耳定律得解得例2【答案】（1）450K；（2）306K【詳解】（1）開(kāi)始時(shí)氣柱的長(zhǎng)度為當(dāng)水銀柱剛好全部溢出時(shí)，氣柱的長(zhǎng)度為氣體經(jīng)歷等壓變化，設(shè)溫度升高至T2時(shí)水銀柱剛好全部溢出，根據(jù)蓋—呂薩克定律可得解得（2）開(kāi)始時(shí)氣柱的壓強(qiáng)為當(dāng)水銀柱全部進(jìn)入豎直玻璃管時(shí)，氣柱的壓強(qiáng)為易知此時(shí)在水銀槽中的豎直管中的水銀將全部被壓入水銀槽，則氣柱的長(zhǎng)度變?yōu)樵O(shè)銀柱恰好全部進(jìn)入豎直玻璃管時(shí)溫度為，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有解得例3.答案(1)100cmHg(2)49.2cm解析設(shè)管內(nèi)的橫截面積為S，(1)對(duì)右管中封閉氣體，水銀剛好全部進(jìn)入豎直右管后p0×40S＝p1×(40－10)S，解得：p1＝100cmHg(2)對(duì)水平部分氣體，末態(tài)壓強(qiáng)：p′＝(100＋15＋10)cmHg＝125cmHg，由玻意耳定律：(p0＋15)×15S＝p′LS解得：L＝10.8cm所以加入水銀柱的長(zhǎng)度為：125cm－75cm＋10cm－10.8cm＝49.2cm.例4（1）；（2）【詳解】（1）由等容變化可知，解得鍋內(nèi)氣體壓強(qiáng)為p1時(shí)的溫度（2）以鍋內(nèi)及排除的氣體作為研究對(duì)象，設(shè)排氣前高壓鍋內(nèi)氣體體積為，鍋內(nèi)排除的體積為，排除氣體質(zhì)量為，原有氣體質(zhì)量為。由于排氣過(guò)程氣體壓強(qiáng)始終不變，研究氣體做等壓變化。初態(tài)：溫度為

體積為末態(tài)：溫度為

體積為根據(jù)蓋呂薩克定律可得由，可知排出氣體體積與原有氣體質(zhì)量比為可得例5.【答案】（1）；（2）【解析】（1）選取鋼瓶?jī)?nèi)氧氣整體作為研究對(duì)象，初狀態(tài)氧氣壓強(qiáng)，設(shè)充滿n個(gè)氧氣袋后，氧氣瓶?jī)?nèi)的氧氣壓強(qiáng)也為時(shí)，無(wú)法再給氧氣袋充氣，分裝過(guò)程是等溫變化，根據(jù)玻意耳定律得代入V0=40L，V1=5L，解得（2）根據(jù)玻意耳定律，分裝一次有分裝二次分裝三次……依次類推，第n次分裝后可得代入數(shù)據(jù)解得例6.試題分析:題目情景:神舟十三號(hào)宇航員太空出艙過(guò)程必備知識(shí)：氣體實(shí)驗(yàn)定律、變質(zhì)量問(wèn)題能力素養(yǎng)：物理建模、科學(xué)推理、科學(xué)論證、數(shù)學(xué)計(jì)算解:(1)研究節(jié)點(diǎn)艙泄壓后的氣體：P1V1=P0V0V0=0.4m3抽出氣體在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下體積為V2=V1V0=3.6m3m2m（2）氣體被抽入大倉(cāng)后P0(V2+V3)=P2V3解得P2=1.03x105PaP2P0=3Kpa>2KPa故此時(shí)氣體調(diào)整系統(tǒng)已進(jìn)入工作狀態(tài)例7.解析：（1）當(dāng)氣球上升時(shí)，設(shè)氣球中氣體的體積為。b部分氣體的壓強(qiáng)為P。氣球受到的浮力等于整個(gè)裝置的重力 F浮=F浮=Mg此時(shí)，b部分氣體的體積為根據(jù)玻意耳定律得：聯(lián)立以上各式得：同溫同壓下，體積比和質(zhì)量比相等。整理數(shù)據(jù)得：設(shè)此時(shí)a部分氣體的溫度為T(mén)。壓強(qiáng)與b部分氣體的壓強(qiáng)相等。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程得：整理數(shù)據(jù)得：例8.（1）；（2）【詳解】（1）由題知開(kāi)始時(shí)魚(yú)靜止在H處，設(shè)此時(shí)魚(yú)的體積為，有且此時(shí)B室內(nèi)氣體體積為V，質(zhì)量為m，則魚(yú)通過(guò)增加B室體積獲得大小為a的加速度，則有聯(lián)立解得需從A室充入B室的氣體質(zhì)量（2）B室內(nèi)氣體壓強(qiáng)與魚(yú)體外壓強(qiáng)相等，則魚(yú)靜止在H處和水面下H1處時(shí)，B室內(nèi)的壓強(qiáng)分別為，由于魚(yú)靜止時(shí)，浮力等于重力，則魚(yú)的體積不變，由于題可知，魚(yú)體積的變化與B室氣體體積的變化相等，則魚(yú)在水下靜止時(shí)，B室內(nèi)氣體體積不變，由題知開(kāi)始時(shí)魚(yú)靜止在H處時(shí)，B室內(nèi)氣體體積為V，質(zhì)量為m，由于魚(yú)鰾內(nèi)氣體溫度不變，若，則在H處時(shí)，B室內(nèi)氣體需要增加，設(shè)吸入的氣體體積為ΔV，根據(jù)玻意耳定律有則此時(shí)B室內(nèi)氣體質(zhì)量若，則在H處時(shí)，B室內(nèi)氣體需要減少，設(shè)釋放的氣體體積為ΔV，根據(jù)玻意耳定律有則此時(shí)B室內(nèi)氣體質(zhì)量例9．選：B?！窘獯稹拷猓篈、由題，越靠近瓶口水的溫度越高，則小瓶上升靠近瓶口的過(guò)程中溫度也升高，則氣體的溫度升高，由于一定量的理想氣體的內(nèi)能僅僅與溫度有關(guān)，可知小瓶?jī)?nèi)氣體的內(nèi)能增大，故A錯(cuò)誤；B、設(shè)大氣壓強(qiáng)為p0，瓶?jī)?nèi)氣體的壓強(qiáng)為p，瓶?jī)?nèi)氣體下側(cè)到水面的高度差為h，則瓶?jī)?nèi)氣體的壓強(qiáng)：p＝p0+ρgh，其中ρ為水的密度；小瓶上升的過(guò)程中瓶?jī)?nèi)氣體下側(cè)到水面的高度差減小，則瓶?jī)?nèi)氣體的壓強(qiáng)減?。挥衫硐霘怏w的狀態(tài)方程：，可知小瓶上升的過(guò)程中瓶?jī)?nèi)氣體的體積一定增大，則小瓶?jī)?nèi)氣體對(duì)外界做正功，故B正確；CD、氣體的內(nèi)能增大，則ΔU為正，氣體對(duì)外做功，則W為負(fù)，根據(jù)熱力學(xué)第一定律：ΔU＝Q+W，可知?dú)怏w增大的內(nèi)能小于氣體吸收的熱量，故CD錯(cuò)誤。例10.C【解答】解：A、根據(jù)p﹣V圖象的面積表示氣體做功，得氣體在a→b過(guò)程中對(duì)外界做的功為：Wab＝＝，b→c過(guò)程中氣體對(duì)外界做的功為：Wbc＝?（3V0﹣2V0）＝，所以氣體在a→b過(guò)程中對(duì)外界做的功等于在b→c過(guò)程中對(duì)外界做的功，故A錯(cuò)誤；B、氣體在a→b過(guò)程中，因?yàn)閍、b兩個(gè)狀態(tài)的pV相等，所以Ta＝Tb，即△Uab＝0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律△U＝Q+W可知，從外界吸收的熱量為Qab＝；氣體在b→c過(guò)程中，因?yàn)閏狀態(tài)的pV大于b狀態(tài)的pV，所以Tb＜Tc，即△Ubc＞0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律△U＝Q+W可知，在b→c過(guò)程中從外界吸收的熱量為：Qbc＝△Ubc+，則有：Qab＜Qbc，故B錯(cuò)誤；C、在c→a過(guò)程中，氣體等壓壓縮，溫度降低，即△Uca＜0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律△U＝Q+W