热学高考真题归类例析与热学应考必备知识点(热学高考真题归类例析与热学应考必备知识)
热科学高考真题分类解析及参加热科学考试必备知识
杨宗利湖南省湘阴县湘阴第一中学
热科学高考以选题的形式出现。试题的特点是试题由一大一小组成。小题采用选择题或填空题的形式。小题一般考察分子动力学理论、热力学定律或晶体的知识。一个小问题往往包含多个知识点。主要问题采用计算问题的形式，测试气体的性质和气体实验定律。热科学题比较简单，选择该题目的考生得分率较高。下面对高考真题的分类进行分析，以飨读者。
一。分子动力学理论、内能和热力学定律
【实施例1】（2019·国家卷三）在利用油膜法估算分子大小的实验中，首先需要将纯油酸稀释成一定浓度的油酸醇溶液。稀释的目的是____________________。实验中为了测量一滴已知浓度的油酸醇溶液中纯油酸的体积，我们可以_______________。为了得到油酸分子的直径，需要测量的物理量为
____________________。【分析】油膜法需要形成单分子油膜来测量分子大小，因此需要降低油酸浓度；一滴油酸的体积很小，很难精确测量，所以采用累加法测量N滴油酸溶液的体积V，用V的比值计算一滴油酸的体积与N；由于形成的是单分子油膜，油膜的厚度h可以认为是分子直径，因此需要测量油膜的面积S来计算厚度。
【答案】(1)使油酸很容易在浅盘（2）水面形成单层油膜。将油酸醇溶液一滴滴入小量筒中，量取1mL油酸醇溶液。数，即获得一滴溶液中纯油酸的体积(3)。待油膜稳定后，即可求得表面积S。
【必备知识】
估计问题
(1)油膜法估算分子直径：d
V为纯油酸的体积，S为单分子油膜面积
(2)分子总数：N=nNA=·NA=NA[注]对于气体，N。
(3)两种型号：
球形模型：V=R3（适合估计液体和固体分子的直径）
立方模型：V=a3（适合估计气体分子之间的距离）
【例2】（2018.北京卷）关于分子动力学理论，下列说法正确的是（）
A。气体扩散的速度与温度无关
B布朗运动是液体分子的不规则运动
C。分子间同时存在吸引力和排斥力
D分子间的吸引力总是随着分子间距离的增加而增加
【分析】气体扩散的速度与温度有关。温度越高，扩散速度越快，故A错误；布朗运动是悬浮运动
漂浮在液体中的固体小颗粒的不规则运动不是液体分子的不规则运动。固体小颗粒的不规则运动是液体分子不规则运动的间接反映，故B错误；既有引力，也有分子间的引力。排斥力和分子力是吸引力和排斥力的合力。分子间的吸引力和排斥力随着分子间距离的增加而减小。当分子之间的距离小于平衡位置之间的距离时，力是排斥力，即吸引力小于排斥力。当分子之间的距离大于平衡位置之间的距离时，力就是吸引力，即吸引力大于斥力，所以C是正确的，D是错误的。
【答案】C
【必备知识】
反映分子运动规律的两个例子
(1)布朗运动
研究对象：悬浮在液体或气体中的微小固体颗粒。
运动特点：无规律、永无止境。
相关因素：粒径、温度。
(2)扩散现象
原因：分子无休止的、无规则的运动。
相关因素：温度。
分子力与分子间距离的关系：吸引力和斥力都随着分子间距离的增大而减小，但斥力减小得更快；两者都随着分子间距离的减小而增加，但排斥力增加得更快。
【例3】（2016·全国第一卷）关于热力学定律，下列说法正确的是（）
A。气体吸热后温度升高
B对气体做功会改变其内能
C。理想气体的等压膨胀过程必须产生热量
D热量不能自发地从低温物体传递到高温物体
E.如果两个系统均与状态已确定的第三个系统处于热平衡，则这两个系统也必须彼此处于热平衡。
【分析】根据热力学定律，如果气体吸热后向外做功，温度不一定会升高。说法A是错误的。改变物体内能的方法包括功和热传递。对气体做功可以改变其内能。陈述B是正确的。理想气体的等压膨胀在外部做功。根据=常数，膨胀过程必须吸收热量。说法C是错误的。根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。陈述D是正确的。当两个系统达到热平衡时，温度相等。如果两个系统与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统也必须彼此达到热平衡。陈述E是正确的。
【答】二溴二苯醚
【必备知识】
了解热力学定律
(1)改变物体内能的方法有两种。仅通过描述一种变化方式是不可能确定内能的变化的。
（2）热力学第一定律中W和Q的符号U=Q+W可以确定为：只要这种变化对内能的增加有正的贡献，就是正的。
（3）热力学第二定律的理解：热量可以从低温物体传递到高温物体，也可以从单一热源吸收热量并全部转化为函数，但不可能不引起其他变化。
二。固体、液体和气体
【例4】（2015·全国第一卷）下列说法正确的是（）
A。晶体破碎后，得到的小颗粒是无定形的
B固体可分为两类：晶体和非晶态。有些晶体在不同方向上具有不同的光学特性。
C。由相同元素组成的固体，由于原子排列不同，可能会变成不同的晶体。
D在适当的条件下，有些晶体可以转变为非晶态晶体，有些非晶态晶体可以转变为晶体。
E、熔化过程中，晶体吸热，但温度不变，内能不变。
【分析】晶体破碎后，得到的小颗粒仍是晶体，故选项A不正确。单晶具有各向异性，有些单晶在不同方向上具有不同的光学性质，因此选项B是正确的。例如，金刚石和石墨由相同的元素组成，但由于原子排列不同而形成不同的晶体，因此选项C是正确的。晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。例如，天然水晶是晶体，而熔融水晶（即石英玻璃）是非晶态的。有些非晶态晶体在一定条件下可以转变为晶体，故选项D正确。熔化过程中晶体的温度不变，但内能发生变化，故选项E不正确。
【答案】BCD
【必备知识】
了解晶体和非晶体特性
(1)只有单晶才能具有各向异性。
(2)各种晶体都有固定的熔点。当晶体熔化时，温度不变，吸收的热量全部用于增加分子的势能。
(3)晶体和非晶体可以相互转化。
(4)有些晶体是同素异形体，如金刚石、石墨
【实施例5】（江苏卷2018）温度计的玻璃球体用纱布包裹，纱布下端浸入水中。纱布中的水蒸发时带走热量，导致温度计读数低于周围空气温度。当气温保持不变时，若发现温度计示数在一段时间后下降，则（）
A。空气相对湿度降低
B空气中水蒸气的压力增大
C。空气中水的饱和压力降低
D空气中水的饱和压力增大
【分析】温度计指示的减小表明蒸发正在加速，空气中水蒸气的压力正在降低。选项B不正确。因为空气的饱和压力只与温度有关，空气温度不变，则饱和空气压力也不变。选项C、D错误；根据相对湿度的定义，空气的相对湿度减小，选项A正确。
【答案】A
【必备知识】
1.饱和蒸气压特性
液体的饱和蒸气压与温度有关。温度越高，饱和蒸气压越大，而饱和蒸气压与饱和蒸气的体积无关。
2、相对湿度
某温度下空气中水蒸气的实际压力与同温度下水的饱和蒸气压的百分比，即：B100%【例6】【2019.[北京卷]下列哪项说法是正确的？
A.温度标志着物体内大量分子热运动的强度
B、内能是物体内所有分子热运动动能的总和。
C.气体压力只与气体分子的平均动能有关
D.随着气体膨胀和温度降低，分子的平均动能可能保持不变。
【分析】
温度是分子平均动能的标志，因此温度标志着物体内大量分子热运动的强度，故A正确；内能是物体内所有分子因热运动而产生的动能和分子势能的总和，故B错误；根据压力公式可以看出，气体压力不仅与分子的平均动能（温度）有关，还与体积有关，所以C是错误的；
温度是分子平均动能的象征，所以当温度降低时，分子平均动能必然变小，所以D是错误的。
【答案】A
【必备知识】
1.正确理解温度的微观意义
温度是分子平均动能的象征。温度越高，分子的平均动能越大。
2、物体的内能：物体中进行热运动的所有分子的动能和分子势能的总和称为物体的内能。
决定内能的因素
微观上：分子动能、分子势能、分子数量。宏观上：温度、体积、物质的量。
3、气体压力
原因：大量气体分子的不规则热运动与容器壁碰撞。气体对壁面单位面积所施加的压力称为压力。
决定因素：宏观上取决于气体的体积和温度；微观上，取决于单位体积的分子数（分子数密度）和分子的平均动能。
单位：国际单位为帕斯卡（Pa）。常用的单位有：标准大气压（atm）、厘米汞柱（cmHg）和毫米汞柱（mmHg）。换算关系为：1atm=76cmHg=1.Pa，1mmHg=133Pa。
三。气体实验定律和理想气体状态方程
【实施例7】（2019·国家卷一）热等静压设备在材料加工中应用广泛。设备工作时，首先通过压缩机将惰性气体压入室温下预先抽真空的炉腔内，然后对炉腔进行加热。利用高温高压环境对放置在炉腔内的物料进行加工，以提高其性能。表现。热等静压设备炉腔内放入固体物料后剩余体积为0.13立方米。炉腔抽真空后，在室温下用压缩机将10瓶氩气压入炉腔。已知每瓶氩气的体积为3.210-2m3，使用前瓶内气体压力为1.5107Pa，使用后瓶内剩余气体压力为2.0106Pa；室温为27。氩气可以被认为是一种理想气体。
(i)求氩气加压后室温下炉腔内气体的压力；
(ii)将已压入氩气的炉腔加热至1227C。求此时炉腔内气体的压力。
【分析】（i）设每瓶气体的初始体积为V0，压力为p0；使用后瓶内剩余气体的压力为p1。假设当体积为V0、压力为p0的气体的压力变为p1时，其体积膨胀为V1。波义耳定律
p0V0=p1V1
室温下压入炉腔的气体体积p1为
假设压完10瓶气体后炉腔内的气体压力为p2，体积为V2。波义耳定律
p2V2=10p1
将方程代入题中数据可得
p2=帕
(ii)假设加热前炉腔温度为T0，加热后炉腔温度为T1，气体压力为p3。根据查理定律
将式与式5联立，代入题中数据可得
p3=1.6108Pa
【答案】(i)Pa(ii)1.6108Pa
【必备知识】
1.压力计算
(1)对于活塞或气缸内封闭的气体，通常采用平衡条件或牛顿第二定律来分析计算活塞或气缸所受的力。
(2)液柱所包围的气体的压力通常通过分析液层或液柱所受的力并应用平衡条件或牛顿第二定律来求解。
理想气体状态方程=
(1)当T1=T2时，p1V1=p2V2（波义耳定律）
(2)当V1=V2时，=（查理定律）
(3)当p1=p2时，=（盖吕萨克定律）
气体的三个实验定律都是理想气体状态方程的特例。
2、合理选择气体变化所遵循的正则方程
(1)若气体质量不变，p、V、T均变化，则采用理想气体状态方程求解。
(2)如果气体的质量恒定，并且量p、V和T之一不变，则使用相应的实验定律计算方程。
【实施例8】（2019·国家卷三）如图所示，将一根厚度均匀的细管垂直放置，开口朝上。管内有一个高2.0cm的水银柱。水银柱下封有一定量的理想气体。水银柱上表面到喷嘴的距离为2.0cm。如果把细管倒过来，水银柱的下表面正好在管口处，没有水银滴落。管内气体的温度与环境温度相同。已知大气压为76cmHg，环境温度为296K。
(1)求细管的长度；
(2)若倒置前将管内密封气体缓慢加热，直至水银柱上表面与管口正好平齐，则求此时密封气体的温度。
【分析】
【分析】
以“液柱”为模型，通过分析气体压力，利用波义耳定律和居吕萨克定律得到细管的长度和温度，是识别初始状态和最终状态并分析所经历的变化的关键通过封闭的气体。常见错误：将气体的长度误认为是细管的长度。
【详细说明】（1）设细管的长度为l，横截面积为S，水银柱的高度为h；设水银柱上表面到管口的距离为h，密封气体的体积为V，压力为p；当细管倒置时，气体体积为V1，压力为p1。根据波义耳定律，我们有
pV=p1V1
力的平衡条件是
p=p0gh
式中，p和g分别为汞的密度和重力加速度的大小，p0为大气压强。从标题的意思来看
V=S(Lh1h)
V1=S（Lh）
由公式和题中给出的条件可得
长=41cm
(2)假设气体加热前后的温度分别为T0和T。根据盖-吕萨克定律，
由公式和题中给出的数据可得
T=312K
【答案】（1）41cm；(2)312K
【必备知识】
求解“液柱”模型的关键是求出液柱所包围的气体的压力和体积。体积一般通过几何关系来求解。在求液柱所包围气体的压力时，一般以液柱为研究对象来分析受力和柱平衡。等式请注意：
(1)液体因重力而产生的压力为p=gh（其中h为距液面的垂直高度）。
(2)不要漏掉大气压，同时尽可能平衡掉一些大气压。
(3)有时将连接器原理直接应用于——连接器中的静态液体。同一种液体在同一水平面上各处的压力相等。
(4)当液体为汞时，可灵活使用压力单位“cmHg”，使计算过程简单。
【例9】（2019·国家卷二）如图所示，一个容器由两个截面积分别为2S和S的圆柱体连接而成。将容器平放在地面上，圆筒内壁光滑。整个容器被刚性杆连接的两个活塞分成三部分，分别充满氢气、空气和氮气。平衡时，氮气的压力和体积分别为p0和V0，氢气的体积为2V0，空气的压力为p。现在慢慢抽出中间的所有空气。在萃取过程中，氢气和氮气的温度保持不变。活塞未到达两个气缸之间的连接处。寻找：
(i)泵送前氢气的压力；
(ii)泵送后氢气的压力和体积。
[分析](i)假设泵送前氢气压力为p10。根据力平衡条件，我们得到
(p10p)·2S=(p0p)·S
得到p10=(p0+p)
(ii)假设抽气后氢气的压力和体积分别为p1和V1，氮气的压力和体积分别为p2和V2。根据力平衡条件，p2·S=p1·2S
根据波义耳定律，p1V1=p10·2V0
p2V2=p0·V0
由于两个活塞通过刚性杆连接，
V12V0=2(V0V2)
由联立方程组求解
【答案】(i)(p0+p)(ii)
【必备知识】
两个或多个气瓶密封几部分气体，气瓶之间的问题是相互关联的。求解问题时，应分别研究气体的每一部分，找出它们所遵循的规律，并写出相应的方程，以及每一部分。最终同时解决了一些气体的压力或体积之间的关系。