2022版高考物理一轮复习第十三章热学章末提升核心素养培养课件新人教版

8．第一类永动机违背能量守恒，第二类永动机不违背能量守恒但违背 热力学第二定律。 9．热力学第二定律的每一种表述，都揭示了自然界中进行的涉及热现 象的宏观过程都具有方向性。
[典例1] (多选)下列说法正确的是( AD ) A．氢气和氮气的温度相同时，它们分子的平均速率不同 B．两个分子在相互靠近的过程中其分子力逐渐增大，而分子势能一定 先减小后增大 C．在等温度变化中一定质量理想气体的体积变小时，单位体积的分子 数增多，单位时间内打到器壁单位面积上的分子数一定增多，气体的压 强不一定增大 D．如果用Q表示物体吸收的能量，用W表示物体对外界所做的功，ΔU 表示物体内能的增加，那么热力学第一定律可以表达为Q＝ΔU＋W
[解析] (1)开始时，A、B 中气体的压强 p1＝p0＋mSg 对 A 气体研究，当气体的体积增大为原来 2 倍，气体发生等压变化，则 TV0＝2TV 得 T＝2T0 对 B 气体研究，气体发生等容变化，则Tp10＝pT2 得 p2＝2p1＝2(p0＋mSg)。
(2)活塞向上移动过程对外做功为 W＝p1ΔV＝(p0＋mSg)V 根据热力学第一定律，两部分气体增加的内能 ΔU＝Q－W＝Q－(p0＋mSg)V [答案] (1)2(p0＋mSg) (2)Q－(p0＋mSg)V
4．内能是对物体的大量分子而言的，不存在某个分子内能的说法，决 定内能大小的因素除温度、体积、分子数外，还与物态有关系。 5．区别晶体和非晶体看有无固定熔点，而区分单晶体和多晶体看是否 能表现出各向异性。 6．液体的表面张力有使液体的表面积收缩到最小的趋势。 7．做功和热传递是改变物体内能的两个途径，但物体吸收热量，内能 不一定增大。
[解析] 铁的摩尔体积为Mρ ；每个铁原子的体积为ρMNA，把每个铁原子看
作
是
球
体
，
则
1 6
πd3
＝
M ρNA
，
解
得
d＝
3
6M πρNA
，
代
入
数
据
得
d＝
3 3.14×67×.85×.61×031×0－62×1023≈3×10－10 m。
[答案]
3 6M πρNA
3×10－10
2．活塞汽缸模型 活塞汽缸模型是以活塞和汽缸封闭一定质量的理想气体为背景的热力学 综合问题，常见类型： (1)气体系统处于平衡状态，需综合应用气体实验定律和物体的平衡条 件解题。 (2)气体系统处于力学非平衡状态，需要综合应用气体实验定律和牛顿 运动定律解题。
[解析] (1)用气体压强传感器探究气体等温变化的规律，移动活塞时应 缓慢一些，以保持气体温度不变，封闭气体的注射器应密封良好，以保 持气体质量不变，选项A、B正确；不需要测出注射器活塞的直径，由 于气体的压强和体积成反比关系，所以只要单位相同即可，选项C、D 错误。 [答案] (1)AB
(2)为了能最直观地判断气体压强 p 与气体体积 V 的函数关系，应作出
[解析] 温度相同，分子的平均动能相同，但氢分子与氮分子质量不 同，所以平均速率不同，故A正确；两个分子在相互靠近的过程中，其 分子力的合力可能增加，也可能先减小后增加，要看初始距离大小，故 B错误；单位时间内打到器壁单位面积上的分子数增多，温度不变，分 子平均动能不变，则压强一定增大，故C错误；根据热力学第一定律可 知，如果用Q表示物体吸收的能量，用W表示物体对外界所做的功，ΔU 表示物体内能的增加，那么热力学第一定律可以表达为Q＝ΔU＋W，故 D正确。
素养4 科学态度与责任——与气体状态变化规律相关的 STSE 问题 新课程理念要求：“重视对考生科学素养的考查，要关注科学技术和社 会经济的发展，以利于激发学生的兴趣，形成科学的价值观和实事求是 的科学态度”。热学中的气体的压强、气体状态变化规律的应用是高中 物理很重要的内容，该部分内容是与生活实际、生产应用结合紧密的知 识点。
(3)封闭气体的容器(如汽缸、活塞)与气体发生相互作用的过程中，如果 满足守恒定律的适用条件，可根据相应的守恒定律解题。 (4) 两 个 或 多 个 汽 缸 封 闭 着 几 部 分 气 体 ， 并 且 汽 缸 之 间 相 互 关 联 的 问 题，解答时应分别研究各部分气体，找出它们各自遵循的规律，并写出 相应的方程，还要写出各部分气体之间压强或体积的关系式，最后联立 求解。
[典例3] (2021·重庆育才中学高三检测)如图所示，汽缸开口 向上放在水平地面上，缸内有一固定的导热板和一个可自由 移动的活塞，开始时导热板上、下封闭气体A、B的压强相等、 温度均为T0，A气柱气体的体积为V、B气柱气体体积为2V， 已知大气压强为p0，活塞的质量为m，活塞的横截面积为S， 汽缸足够长，汽缸和活塞都是绝热材料制成，给B气体缓慢加热，当 A、B气体体积相等时，电热丝发出的热量为Q，重力加速度为g。求： (1)当A、B气体体积相等时，B中气体的压强； (2)当A、B气体体积相等时，A、B两段气体增加的总内能。
素养2 科学思维——“分子模型”“理想气体模型”“活塞汽缸模 型”等模型的构建 1．分子的两种模型 (1)球体模型直径 d＝ 3 6πV0。(常用于固体和液体) (2)立方体模型边长 d＝3 V0。(常用于气体)
[典例2] 通过扫描隧道显微镜拍下的照片如图所示：48个铁原子在铜的 表面排列成圆圈，构成了“量子围栏”。为了估算铁原子直径，查到以 下数据：铁的密度ρ＝7.8×103 kg/m3，摩尔质量M＝5.6×10－2 kg/mol， 阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 mol－1。若将铁原子简化为球体模型，铁 原子直径的表达式d＝________，铁原子直径约为________m(结果保留1 位有效数字)。
定质量的气体在温度不变时，其压强与体积成反比。
[答案]
1 (2)p-V
过原点的斜直
(3)在不同温度环境下，另一位同学重复了上述实验，实验操作和数据 处理均正确。环境温度分别为T1、T2，且T1>T2。在如图所示的四幅图 中，可能正确反映相关物理量之间关系的是_____(选填选项的字母)。
[解析] (3)环境温度分别为 T1、T2，且 T1>T2，可能正确反映相关物理 量之间关系的 p-V 图象是 A；由pTV＝C，可知“p-V1”图象的斜率与热力 学温度 T 成正比，所以可能正确反映相关物理量之间关系的 p-V1图象是 C。 [答案] (3)AC
[典例5] 北京海关使用的FU-221生物安全型负 压隔离单元如图所示，内部尺寸为2 000 mm× 900 mm×1 800 mm(长、宽、高)，它不工作时 为密闭状态，工作时通过顶部循环过滤的进、 排气高效净化系统保证隔离单元内为微负压环 境及内部空气流通，为疑似病人提供新鲜空气，同时保护周围人员及周 围环境不受病原体污染。已知大气压强p0＝1.0×105 Pa，环境温度t0＝7 ℃，负压隔离单元停止工作且温度t＝27 ℃时，内部压强比外界低20 Pa，空气视为理想气体，热力学温度与摄氏温度之间的关系为T＝t＋ 273 K，求：(计算结果均保留2位有效数字)
(1)负压隔离单元停止工作且内部温度与外界相同时的内部气体的压强； (2)已知温度为0 ℃、大气压强为1.0×105 Pa时，空气的密度为1.29 kg/m3， 计算负压隔离单元停止工作且温度t＝27 ℃时内部空气的质量。
[解析] (1)以负压隔离单元内部气体为研究对象，初状态 T1＝300 K，p1 ＝99 980 Pa；末状态 T2＝280 K，根据查理定律得Tp11＝Tp22 代入数据得 p2≈0.93×105 Pa。 (2)负压隔离单元内部气体初状态 V1＝2 000 mm×900 mm×1 800 mm ＝3.24 m3，T1＝300 K，p1＝99 980 Pa。设其在 T3＝273 K，p3＝1.0×105 Pa，没有束缚条件下的体积为 V3，则pT1V1 1＝pT3V3 3 代入数据解得 V3≈2.95 m3 所以其质量为 m＝V3ρ≈3.8 kg。 [答案] (1)0.93×105 Pa (2)3.8 kg
核心素养培养
素养1 物理观念——物理概念和规律的辨析 1．扩散现象、布朗运动都反映了分子的无规则运动，都随温度的升高 而更加激烈，都是肉眼所不能看见的。 2．温度是分子平均动能的标志，相同温度的任何物体，分子的平均动 能相同，但分子的平均速率不一定相同。 3．分子间同时存在相互作用的引力和斥力，实际表现出的分子力是引 力和斥力的合力。引力和斥力都随分子间距离变化而变化，斥力比引力 变化快。
素养3 科学探究——气体实验定律 新高考注重核心素养的落实，对实验的考查由一般简单的常规实验题拓 展为源于教材习题或演示实验的小型创新实验，本章中以气体实验定律 的验证为基础的拓展实验，因为实验器材不同，设计方案不同，会有很 多的方向，高考备考中应予以重视。
[典例Байду номын сангаас] (2021·北京海淀二模)如图所示，用气体压强传感器探究气体 等温变化的规律，操作步骤如下：
________选填“p-V”或“p
V1 ”图象。对图线进行分析，如果在误差
允许范围内该图线是一条________线，就说明一定质量的气体在温度不
变时，其压强与体积成反比。
[解析] (2)由于气体的压强和体积成反比关系，为了能最直观地判断气
体压强 p 与气体体积 V 的函数关系，应作出 “p-V1”图象。对图线进行 分析，如果在误差允许范围内该图线是一条过原点的斜直线，就说明一
①在注射器内用活塞封闭一定质量的气体，将注射器、压强传感器、数 据采集器和计算机逐一连接起来； ②移动活塞至某一位置，记录此时注射器内封闭气体的体积V1和由计算 机显示的气体压强值p1； ③重复上述步骤②，多次测量并记录； ④根据记录的数据，作出相应图象，分析得出结论。
(1)关于本实验的基本要求，下列说法中正确的是______(选填选项前的 字母)。 A．移动活塞时应缓慢一些 B．封闭气体的注射器应密封良好 C．必须测出注射器活塞的直径 D．气体的压强和体积必须用国际单位