2021届高考物理大二轮复习讲义 专题七第16讲热学

专题七 选考部分
第16讲　热学
构建网络
命题特点：1.以选择题形式的命题有时单纯考查一个知识点，有时涉及的内容会比较琐碎。
2．以计算题形式的命题多是一个情景下多个设问，综合考查多个知识点。例如，对气体实验定律与热力学第一定律的综合考查。
思想方法：模型法、类比法、假设法、转换法、控制变量法。
高考考向1　分子动理论、内能
例1　(2018·北京高考)关于分子动理论，下列说法正确的是(　　)
A．气体扩散的快慢与温度无关
B．布朗运动是液体分子的无规则运动
C．分子间同时存在着引力和斥力
D．分子间的引力总是随分子间距增大而增大
1. (2020·海南海口市高三6月模拟)如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲、乙两分子间的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示，F>0为斥力，F<0为引力。a、b、c、d为x轴上四个特定的位置，现将乙分子从a处由静止释放，那么在乙分子从a运动到d的过程中，乙分子加速度增大和两分子间势能也增大的阶段是(　　)
A．从a到b B．从b到c
C．从b到d D．从c到d
高考考向2　实验：用油膜法估测分子的大小
例2　(2020·北京人大附中高三月考)在“用油膜法估测分子直径”的实验中，某同学配置好油酸酒精溶液，并测出一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积为V，之后又进行了下列操作，其中错误的是(　　)
A．向浅水盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上
B．将一滴纯油酸滴到水面上，让它在水面上自由地扩展为油酸膜
C．将玻璃板盖到浅水盘上，用彩笔将油酸膜的轮廓画在玻璃板上
D．将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算出油酸膜的面积S，再根据d＝估算出油酸分子的直径
2．(2020·福建省三明市永安市第三中学高三月考)用单分子油膜测分子的直径时，对其所用实验方法的认识正确的是(　　)
A．用量筒测得油酸酒精溶液的体积V，计算油酸分子直径时要用到d＝
B．用透明方格纸，是为了便于估算一滴油酸酒精溶液形成的油膜面积
C．在水面上撒些痱子粉，是为了让油膜尽量散开并呈现圆形
D．在水面上撒些痱子粉，是为了围住油膜形成规则形状
3．(2020·天津市实验中学高三月考)利用单分子油膜法可以粗测分子的大小和阿伏加德罗常数，如果已知体积为V的一滴油在水面上散开形成的单分子油膜的面积为S，这种油的摩尔质量为M，密度为ρ，则阿伏加德罗常数约可表示为(　　)
A．NA＝ B．NA＝
C．NA＝ D．NA＝
高考考向3　气体热现象的微观意义、固体和液体
例3　(2020·北京市十一学校高三三模)关于下列实验现象的说法，正确的是(　　)
A．图甲说明薄板一定是晶体
B．图乙说明气体分子速率分布随温度变化，且T1>T2
C．图丙说明气体压强的大小既与分子动能有关，也与分子的密集程度有关
D．图丁说明水黾受到了浮力作用
4．(2019·江苏高考改编)在没有外界影响的情况下，密闭容器内的理想气体静置足够长时间后，该气体(　　)
A．分子的无规则运动停息下来
B．每个分子的速度大小均相等
C．分子的平均动能减小
D．分子的密集程度保持不变
5．(2020·江苏高考改编)玻璃的出现和使用在人类生活里已有四千多年的历史，它是一种非晶体。下列关于玻璃的说法正确的有(　　)
A．有固定的熔点
B．天然具有规则的几何形状
C．沿不同方向的导热性能相同
D．分子在空间上周期性排列
6．(2020·北京市通州区第二中学高三三模改编)关于固体、液体，下列说法正确的是(　　)
A．晶体是各向异性的，非晶体是各向同性的
B．液晶既具有液体的流动性，又像某些晶体那样具有光学各向异性
C．表面张力使液体表面具有扩张趋势，使液体表面积趋于最大
D．发生毛细现象时，细管中的液体只能上升不会下降
7．(2020·河南省洛阳市高三(下)第三次统一考试改编)下列说法正确的是(　　)
A．空气相对湿度越大，空气中水蒸气的压强越接近饱和汽压，水蒸发越快
B．分子间同时存在着引力和斥力，当引力和斥力相等时，分子势能最大
C．悬浮在液体中的固体微粒越小，布朗运动越明显
D．液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部
高考考向4　气体实验定律和理想气体状态方程
例4　(2018·全国卷Ⅲ)在两端封闭、粗细均匀的U形细玻璃管内有一段水银柱，水银柱的两端各封闭有一段空气。当U形管两端竖直朝上时，左、右两边空气柱的长度分别为l1＝18.0 cm和l2＝12.0 cm，左边气体的压强为12.0 cmHg。现将U形管缓慢平放在水平桌面上，没有气体从管的一边通过水银逸入另一边。求U形管平放时两边空气柱的长度。在整个过程中，气体温度不变。
8. (2020·山西省临汾市高三模拟)如图所示，绝热性能良好的汽缸开口向上，缸中用绝热性能良好的活塞封闭一段气体，气柱的长度为h，活塞与汽缸内壁无摩擦且气密性良好，活塞的质量为m，横截面积为S，大气压强为p0，开始时缸中气体的温度为T0，重力加速度为g。
(1)若在汽缸上放一个质量为m的物块，再给缸中气体加热，使气柱的长度仍为h，则加热后气体的温度为多少？
(2)若只给缸中气体缓慢加热，当气体温度为2T0时，电热丝产生的热量为Q，则气体的内能增加多少？
9. (2020·湖北省武汉市高三(下)六月模拟)如图所示，在一圆形管道内封闭有理想气体，用一固定绝热活塞K和质量为m的可自由移动的绝热活塞A将管内气体分割成体积相等的M、N两部分，温度都为T0＝300 K，上部分气体M压强为p0＝1.0×105 Pa，活塞A产生的压强为＝2×104 Pa(S为活塞横截面积)。现保持下部分气体N温度不变，只对上部分气体M缓慢加热，当活塞A移动到最低点B时(不计摩擦)，求：
(1)上部分气体的温度；
(2)保持上下部分M、N气体温度不变，释放一部分M气体，稳定后活塞A又回到了原来的位置，求释放气体质量与M气体原有质量之比。
高考考向5　热力学定律及其与气体实验定律等的综合问题
例5　(2020·海南省海口市高三6月模拟改编) 如图，一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p?V图中从a到b的直线所示。在此过程中(　　)
A．气体温度一直降低 B．气体内能先增加后减小
C．气体一直对外做功 D．气体一直向外放热
10. (2020·山东省泰安市高三下三模)如图所示，开口竖直向上的薄壁绝热汽缸内壁光滑，缸内下部装有电热丝，一定质量的理想气体被一绝热活塞封闭在汽缸内，活塞与汽缸壁紧密接触。现通过电热丝对缸内气体缓慢加热，则该过程中(　　)
A．气体的压强增大
B．气体的内能增大
C．气体分子热运动的平均动能可能减小
D．气体对外界做的功等于气体吸收的热量
11. (2020·江苏省泰州市高三(下)5月第二次模拟考试)一定质量的理想气体，其内能跟热力学温度成正比。在初始状态A时，体积为V0，压强为p0，温度为T0，此时其内能为U0。该理想气体从状态A经由一系列变化，最终返回到原来状态A，其变化过程的V?T图如图所示，其中CA延长线过坐标原点，B、A点在同一竖直线上。求：
(1)该理想气体在状态B时的压强；
(2)该理想气体从状态B经由状态C回到状态A的过程中，气体向外界放出的热量。
12．(2017·全国卷Ⅱ)一热气球体积为V，内部充有温度为Ta的热空气，气球外冷空气的温度为Tb。已知空气在1个大气压、温度为T0时的密度为ρ0，该气球内、外的气压始终都为1个大气压，重力加速度大小为g。
(1)求该热气球所受浮力的大小；
(2)求该热气球内空气所受的重力；
(3)设充气前热气球的质量为m0，求充气后它还能托起的最大质量。
易错警示 变质量问题
例　(2020·湖北省武汉市高三(下)五月质量检测)2019年12月以来，我国部分地区突发的新型冠状病毒肺炎威胁着人们的身体健康。勤消毒是防疫很关键的一个措施。如图乙是防疫消毒用的喷雾消毒桶的原理图，圆柱形喷雾器高为h，内有高度为的消毒液，上部封闭有压强为p0、温度为T0的空气。将喷雾器移到室内，一段时间后打开喷雾阀门K，恰好有消毒液流出。已知消毒液的密度为ρ，大气压强恒为p0，喷雾口与喷雾器等高，忽略喷雾管的体积，将空气看做理想气体。
(1)求室内温度；
(2)在室内用打气筒缓慢向喷雾器内充入空气，直到消毒液完全流出，求充入空气与原有空气的质量比。
专题作业
　　限时：50分钟　　　满分：100分
一、选择题(本题共8小题，每小题5分，共40分，均为单选题)
1．(2020·北京市海淀区高三下6月二模)下列说法中不正确的是(　　)
A．水和酒精混合后的总体积小于二者原来的体积之和，说明分子间有空隙
B．将香水瓶盖打开后能闻到香水的气味，这是扩散现象
C．在绕地球运行的“天宫二号”中飘浮的水滴几乎呈球形，这是表面张力作用使其表面具有收缩趋势而引起的结果
D．用气筒给自行车车胎打气时要用力才能压缩空气，这说明空气分子间存在斥力
2．(2020·山东省德州市高三二模) 戴一次性医用防护口罩是预防新冠肺炎的有效措施之一，合格的一次性医用防护口罩内侧所用材料对水都是不浸润的，如图为一滴水滴在某一次性防护口罩内侧的照片，对此以下说法正确的是(　　)
A．照片中的口罩一定为不合格产品
B．照片中水滴附着层内分子比水的内部稀疏
C．照片中水滴表面分子比水的内部密集
D．水对所有材料都是不浸润的
3. (2020·北京市海淀区中关村中学高三三模)由于分子间存在着分子力，而分子力做功与路径无关，因此分子间存在与其相对距离有关的分子势能。如图所示为分子势能Ep随分子间距离r变化的图象，取r趋近于无穷大时Ep为零。通过功能关系可以从Ep?r图象中得到有关分子力的信息，则下列说法正确的是(　　)
A．假设将两个分子从r＝r1处释放，当r＝r2时它们的速度最大
B．假设将两个分子从r＝r1处释放，它们的加速度先增大后减小
C．假设将两个分子从r＝r2处释放，它们将开始远离
D．假设将两个分子从r＝r2处释放，它们将相互靠近
4．氧气分子在0 ℃和100 ℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示。下列说法正确的是(　　)
A．图中两条曲线下面积不一定相等
B．图中实线对应于氧气分子在100 ℃时的情形
C．图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目
D．与0 ℃时相比，100 ℃时氧气分子速率出现在0～400 m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大
5．下列说法正确的是(　　)
A．可采用升温或加压的方法，让未饱和汽变成饱和汽
B．空调既能制热又能制冷，说明在非自发的条件下，热传递可以逆向
C．两个系统达到热平衡时，它们的分子平均动能不一定相等
D．在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算，会使分子直径的计算结果偏小
6．(2020·山东省滨州市高三下二模) 如图所示，一导热良好且足够长的汽缸，倒置悬挂于天花板下。汽缸内被活塞封闭一定质量的理想气体。活塞质量为m，横截面积为S，当地大气压为p且不随温度变化，重力加速度为g，忽略一切摩擦。当环境温度缓慢升高时，下列说法正确的是(　　)
A．悬线的拉力变大
B．被封闭理想气体的内能增大
C．被封闭理想气体的压强大小不变，且始终为p＋
D．外界对气体做功
7. (2020·北京市海淀区101中学高三三模)如图所示，一定量的理想气体由状态A经过过程①到达状态B，再由状态B经过过程②到达状态C，其中过程①图线与横轴平行，过程②图线与纵轴平行。对于这个变化过程，下列说法中正确的是(　　)
A．从状态A到状态B的过程，气体放出热量
B．从状态A到状态B的过程，气体分子热运动的平均动能在减小
C．从状态B到状态C的过程，气体分子对容器壁撞击的频繁程度增加
D．从状态B到状态C的过程，气体吸收热量
8. (2020·山东省普通高中学业水平等级考试模拟卷)如图所示，水平放置的封闭绝热汽缸，被一锁定的绝热活塞分为体积相等的a、b两部分。已知a部分气体为1 mol氧气，b部分气体为2 mol氧气，两部分气体温度相等，均可视为理想气体。解除锁定，活塞滑动一段距离后，两部分气体各自再次达到平衡态时，它们的体积分别为Va、Vb，温度分别为Ta、Tb。下列说法正确的是(　　)
A．Va＞Vb，Ta＞Tb B．Va＞Vb，Ta＜Tb
C．Va＜Vb，Ta＜Tb D．Va＜Vb，Ta＞Tb
二、计算题(本题共4小题，共60分，须写出规范的解题步骤)
9．(2020·辽宁省丹东市高三下总复习质量测试二) (15分)如图所示，蛟龙号潜水艇是我国自行设计、自主集成研制的载人潜水器，其外壳采用钛合金材料，完全可以阻挡巨大的海水压强，最大下潜深度已近万米。一次无载人潜水试验中，潜水艇密闭舱内氧气温度为26.06 ℃时，压强为97千帕，若试验中密闭舱体积不变，则：
(1)密闭舱内氧气温度为22.72 ℃时，舱内氧气的压强为多少千帕？(保留三位有效数字)
(2)当密闭舱内气压降到(1)的压强时，携带的高压氧气瓶开始向舱内充气加压，舱内压强达到正常的气压101千帕时，氧气瓶自动停止充气。高压氧气瓶内氧气温度与艇舱内的氧气温度相同且始终保持22.72 ℃不变，求充气前、后密闭舱内的氧气密度之比。(保留三位有效数字)
10．(2020·山西省晋中市高三(下)模拟)(15分)在全国千万“云监工”的注视下，2月2日，武汉火神山医院交付使用，建设工期仅为十天十夜。在“云监工”视线之外，先进的设计理念和科技元素充当着幕后英雄，火神山医院病房全部为负压病房，所谓负压病房，是通过特殊的通风抽气设备，使病房内的气压低于病房外的气压，保证污染空气不向外扩散。若已知某间负压隔离病房的空间体积V＝60 m3，启用前环境温度t1＝－3 ℃，外界大气压强为p0＝1.01×105 Pa，启用后，某时刻监测到负压病房的温度t2＝27 ℃，负压为－15 Pa(指与外界大气压p0的差值)。
(1)试估算启用后负压隔离病房内减少的气体质量与启用前房间内气体总质量的比值；
(2)判断在负压隔离病房启用过程中剩余气体是吸热还是放热，并简述原因。
11. (2020·河南省洛阳市高三(下)第三次统一考试)(15分)一粗细均匀的U形细玻璃管始终竖直放置，如图所示，管竖直部分长为L1＝60 cm，水平部分长d＝12 cm，大气压强p0＝76 cmHg。U形管左端封闭，初始时刻右端开口，左管内有一段h＝6 cm长的水银柱封住了长为L2＝40 cm的理想气体。现在把光滑活塞从右侧管口缓慢推入U形管(不漏气)，此过程左侧水银柱上升了h1＝5 cm，求：
(1)左侧管内上端封闭气体末状态的压强；
(2)活塞下降的距离。
12. (2020·贵州省贵阳市四校高三联合考试(五))(15分)如图，导热性能良好的汽缸高为L＝50 cm，开口向上置于水平地面上。汽缸中有横截面积为S＝10 cm2、质量为m＝2 kg的光滑活塞，开始时活塞正好位于汽缸顶部并将一定质量的理想气体封闭在汽缸内。外界温度为t0＝27 ℃、大气压为p0＝1×105 Pa，汽缸和活塞的厚度均可忽略不计，取g＝10 m/s2。
(1)将汽缸固定在地面上，如果气体温度保持不变，在活塞上轻轻放一个物体，活塞下降并稳定停在距离底部L处，求所放物体的质量；
(2)放上物体并稳定后，外界温度缓慢升高，使活塞重新上升4 cm，则此时外界温度t为多少摄氏度？若该过程中气体内能增加5 J，则该过程中气体吸收的热量是多少？
专题七 选考部分
第16讲　热学
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命题特点：1.以选择题形式的命题有时单纯考查一个知识点，有时涉及的内容会比较琐碎。
2．以计算题形式的命题多是一个情景下多个设问，综合考查多个知识点。例如，对气体实验定律与热力学第一定律的综合考查。
思想方法：模型法、类比法、假设法、转换法、控制变量法。
高考考向1　分子动理论、内能
例1　(2018·北京高考)关于分子动理论，下列说法正确的是(　　)
A．气体扩散的快慢与温度无关
B．布朗运动是液体分子的无规则运动
C．分子间同时存在着引力和斥力
D．分子间的引力总是随分子间距增大而增大
破题关键点
(1)布朗运动是什么？
提示：布朗运动是液体(或气体)中悬浮的小微粒的无规则运动，反映了液体(或气体)分子的无规则运动。
(2)分子间作用力的变化规律是什么？
提示：分子间同时存在着引力和斥力，引力和斥力都随分子间距的增大而减小，使分子间作用力在小于r0时表现为斥力，在大于r0时表现为引力。
[解析]　扩散的快慢与温度有关，温度越高，扩散越快，故A错误；布朗运动为悬浮在液体中固体小颗粒的运动，不是液体分子的热运动，固体小颗粒运动的无规则性，是液体分子运动的无规则性的间接反映，故B错误；分子间斥力与引力是同时存在，而分子力是斥力与引力的合力，分子间的引力和斥力都是随分子间距增大而减小；当分子间距小于平衡位置时，表现为斥力，即引力小于斥力，而分子间距大于平衡位置时，表现为引力，即斥力小于引力，但总是同时存在的，故C正确，D错误。
[答案]　C
分子动理论相关内容理解
(1)分子大小
①分子体积(或占有空间的体积)：V0＝。
②分子质量：m0＝。
③油膜法估测分子的直径：d＝。
④两种微观模型
a．球体模型(适用于固体、液体)：一个分子的体积V0＝π3＝πd3，d为分子的直径。
b．立方体模型(适用于气体)：一个分子占据的平均空间体积V0＝d3，d为分子间的距离。
(2)分子热运动的实验基础：扩散现象和布朗运动
①扩散现象特点：温度越高，扩散越快。
②布朗运动特点：液体内固体小颗粒永不停息、无规则地运动，颗粒越小、温度越高，运动越剧烈。(反映了液体分子的无规则运动，但并非液体分子的无规则运动)
(3)分子势能、分子力与分子间距离的关系
1. (2020·海南海口市高三6月模拟)如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲、乙两分子间的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示，F>0为斥力，F<0为引力。a、b、c、d为x轴上四个特定的位置，现将乙分子从a处由静止释放，那么在乙分子从a运动到d的过程中，乙分子加速度增大和两分子间势能也增大的阶段是(　　)
A．从a到b B．从b到c
C．从b到d D．从c到d
答案　D
解析　乙分子从a到b以及从b到c，分子力是引力，做正功，两分子间势能减小，A、B错误；乙分子从b到d，分子力先是引力后是斥力，先做正功后做负功，两分子间势能先减小后增大，故C错误；乙分子从c到d所受分子力增大，加速度增大，分子力是斥力，做负功，故两分子间势能增大，D正确。
高考考向2　实验：用油膜法估测分子的大小
例2　(2020·北京人大附中高三月考)在“用油膜法估测分子直径”的实验中，某同学配置好油酸酒精溶液，并测出一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积为V，之后又进行了下列操作，其中错误的是(　　)
A．向浅水盘中倒入约2 cm深的水，将痱子粉均匀地撒在水面上
B．将一滴纯油酸滴到水面上，让它在水面上自由地扩展为油酸膜
C．将玻璃板盖到浅水盘上，用彩笔将油酸膜的轮廓画在玻璃板上
D．将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算出油酸膜的面积S，再根据d＝估算出油酸分子的直径
破题关键点
(1)用油膜法估测分子直径的原理是什么？
提示：油酸分子的直径近似等于单分子油酸膜的体积除以其面积。
(2)为什么要配置油酸酒精溶液，而不用纯油酸？
提示：一滴纯油酸的体积太大，扩展为单分子油酸膜的面积过大。
[解析]　根据实验原理，先配制好油酸酒精溶液，并测出一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积V，然后将1滴此溶液滴在撒有痱子粉的浅盘里的水面上，等待油膜形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔描绘出油酸膜的轮廓，将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，计算出油酸薄膜的面积S，则油酸分子的直径d＝。B选项中，若将一滴纯油酸滴到水面上，则油酸由于体积太大，不能充分展开成单分子油膜，所以应将一滴油酸酒精溶液滴到水面上，让它在水面上自由充分地扩展为油酸膜，故B错误。A、C、D均正确。本题选错误的，故选B。
[答案]　B
单分子油膜法估测油酸分子直径实验的步骤要点
(1)配制油酸酒精溶液并计算油酸浓度；
(2)用注射器或滴管测算一滴溶液的体积；
(3)用盛水浅盘、痱子粉制备油酸薄膜，并用玻璃板、方格纸测绘其面积；
(4)根据d＝算出油酸分子的直径d。
2．(2020·福建省三明市永安市第三中学高三月考)用单分子油膜测分子的直径时，对其所用实验方法的认识正确的是(　　)
A．用量筒测得油酸酒精溶液的体积V，计算油酸分子直径时要用到d＝
B．用透明方格纸，是为了便于估算一滴油酸酒精溶液形成的油膜面积
C．在水面上撒些痱子粉，是为了让油膜尽量散开并呈现圆形
D．在水面上撒些痱子粉，是为了围住油膜形成规则形状
答案　B
解析　用量筒测得油酸酒精溶液的体积V，并计算一滴溶液中纯油酸的体积V0，计算油酸分子直径时要用到d＝，故A错误；用透明方格纸，是为了便于估算出油膜的面积，故B正确；在水面上撒些痱子粉，是为了让油膜轮廓清晰，C、D错误。
3．(2020·天津市实验中学高三月考)利用单分子油膜法可以粗测分子的大小和阿伏加德罗常数，如果已知体积为V的一滴油在水面上散开形成的单分子油膜的面积为S，这种油的摩尔质量为M，密度为ρ，则阿伏加德罗常数约可表示为(　　)
A．NA＝ B．NA＝
C．NA＝ D．NA＝
答案　A
解析　油的摩尔体积为Vmol＝，油分子的直径d＝，每个油分子的体积为V0＝πd3＝π3，阿伏加德罗常数为NA＝＝，故选A。
高考考向3　气体热现象的微观意义、固体和液体
例3　(2020·北京市十一学校高三三模)关于下列实验现象的说法，正确的是(　　)
A．图甲说明薄板一定是晶体
B．图乙说明气体分子速率分布随温度变化，且T1>T2
C．图丙说明气体压强的大小既与分子动能有关，也与分子的密集程度有关
D．图丁说明水黾受到了浮力作用
破题关键点
(1)图甲说明薄板一定是晶体吗？
提示：薄板在传热上表现为各向同性，不能说明薄板一定是晶体，也可能是非晶体。
(2)从微观上看，气体压强与什么有关？
提示：气体分子的平均速率和数密度。
[解析]　图甲说明薄板在传热上表现为各向同性，不能说明薄板一定是晶体，也可能是非晶体，故A错误；图乙中温度越高，各速率区间的分子数占总分子数的百分比的最大值向速度大的方向迁移，可知T2>T1，故B错误；图丙的模拟实验可以说明，气体压强的大小既与分子动能有关，也与分子的密集程度有关，故C正确；图丁中水黾是由于受到了水的表面张力才停留在水面上的，故D错误。
[答案]　C
1.气体温度和压强的微观意义
(1)温度
①气体分子的速率分布特点：气体分子数随速率的增大呈“中间多、两头少”的分布，温度升高，速率小的分子数减少，速率大的分子数增多，但某个分子的速率可能变小。
②温度是分子平均动能的标志，相同温度下不同物体的分子平均动能相同，但分子平均速率一般不同。
③温度越高，分子的平均动能越大，内能不一定越大。
(2)气体压强
①产生原因：大量气体分子由于做无规则热运动，频繁撞击容器壁而产生。
②气体压强的影响因素：
a．从气体压强产生的原理的角度看：单位时间撞击到容器壁单位面积上的分子数N，以及每个分子对容器壁的平均撞击力。
b．从气体微观状态量角度看：气体的分子数密度n，以及气体分子的平均动能k。注意N和n是不同的物理量。
2．固体和液体
(1)对晶体、非晶体特性的理解
①只有单晶体才具有各向异性。
②各种晶体都具有固定熔点，熔化时吸收的热量全部用于增加分子势能。
③晶体与非晶体在一定条件下可以相互转化。
④有些晶体属于同素异形体，比如金刚石和石墨。
(2)液晶
液晶是一种特殊的物质，既具有流动性，又在光学、电学物理性质上表现出各向异性。
(3)对液体表面张力的理解
①使液体表面有收缩到最小的趋势，表面张力的方向跟液面相切。
②一种液体是否浸润某种固体，与这两种物质的性质都有关系，浸润和不浸润也是分子力的表现。
③毛细现象是浸润液体在细管中上升、不浸润液体在细管中下降的现象。
(4)饱和汽压与相对湿度
①液体的饱和汽压与温度有关，温度越高，饱和汽压越大，且饱和汽压与饱和汽的体积无关。
②相对湿度是某温度时空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压的百分比。即：B＝×100%。
③影响蒸发快慢以及影响人们对干湿的感受的是相对湿度，不是绝对湿度。
4．(2019·江苏高考改编)在没有外界影响的情况下，密闭容器内的理想气体静置足够长时间后，该气体(　　)
A．分子的无规则运动停息下来
B．每个分子的速度大小均相等
C．分子的平均动能减小
D．分子的密集程度保持不变
答案　D
解析　分子永不停息地做无规则运动，A错误；气体分子之间的碰撞是弹性碰撞，气体分子在频繁的碰撞中速度变化，每个分子的速度不断变化，速度大小并不都相等，B错误；理想气体静置足够长的时间后达到热平衡，气体的温度不变，分子的平均动能不变，C错误；气体体积不变，则分子的密集程度保持不变，D正确。
5．(2020·江苏高考改编)玻璃的出现和使用在人类生活里已有四千多年的历史，它是一种非晶体。下列关于玻璃的说法正确的有(　　)
A．有固定的熔点
B．天然具有规则的几何形状
C．沿不同方向的导热性能相同
D．分子在空间上周期性排列
答案　C
解析　非晶体没有固定的熔点，A错误；根据非晶体的微观结构可知，组成非晶体的分子在空间上不是周期性排列的，所以非晶体没有天然规则的几何形状，且它的物理性质在各个方向上是相同的，故C正确，B、D错误。
6．(2020·北京市通州区第二中学高三三模改编)关于固体、液体，下列说法正确的是(　　)
A．晶体是各向异性的，非晶体是各向同性的
B．液晶既具有液体的流动性，又像某些晶体那样具有光学各向异性
C．表面张力使液体表面具有扩张趋势，使液体表面积趋于最大
D．发生毛细现象时，细管中的液体只能上升不会下降
答案　B
解析　单晶体是各向异性的，多晶体、非晶体是各向同性的，A错误；由液晶的性质知它既具有液体的流动性，又像某些晶体那样有光学各向异性，B正确；表面张力使液体表面具有收缩的趋势，使液体表面积趋于最小，C错误；毛细管插入浸润液体中，管内液面上升，高于管外；毛细管插入不浸润液体中，管内液面下降，低于管外，D错误。
7．(2020·河南省洛阳市高三(下)第三次统一考试改编)下列说法正确的是(　　)
A．空气相对湿度越大，空气中水蒸气的压强越接近饱和汽压，水蒸发越快
B．分子间同时存在着引力和斥力，当引力和斥力相等时，分子势能最大
C．悬浮在液体中的固体微粒越小，布朗运动越明显
D．液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部
答案　C
解析　空气相对湿度(空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比)越大，空气中水蒸气的压强越接近饱和汽压，水蒸发得越慢，A错误；分子间作用力与分子势能随分子间距离的变化如图，由图可知，当引力和斥力相等时，F＝0，r＝r0，分子势能最小，B错误；悬浮在液体中的固体微粒越小，周围液体分子对微粒撞击越不平衡，布朗运动越明显，C正确；液体表面张力的方向与液面相切，不指向液体内部，D错误。
高考考向4　气体实验定律和理想气体状态方程
例4　(2018·全国卷Ⅲ)在两端封闭、粗细均匀的U形细玻璃管内有一段水银柱，水银柱的两端各封闭有一段空气。当U形管两端竖直朝上时，左、右两边空气柱的长度分别为l1＝18.0 cm和l2＝12.0 cm，左边气体的压强为12.0 cmHg。现将U形管缓慢平放在水平桌面上，没有气体从管的一边通过水银逸入另一边。求U形管平放时两边空气柱的长度。在整个过程中，气体温度不变。
破题关键点
(1)气体温度不变的状态变化，用哪个定律？
提示：玻意耳定律。
(2)两段空气柱的长度之和有什么特点？
提示：不变。
[解析]　设U形管两端竖直朝上时，左、右两边气体的压强分别为p1和p2。U形管水平放置时，两边气体压强相等，设为p，此时原左、右两边气体长度分别变为l1′和l2′。由力的平衡条件有
p1＝p2＋ρg(l1－l2) ①
式中ρ为水银密度，g为重力加速度大小。
由玻意耳定律有p1l1＝pl1′ ②
p2l2＝pl2′ ③
l1′－l1＝l2－l2′ ④
由①②③④式和题给条件得
l1′＝22.5 cm，l2′＝7.5 cm。
[答案]　22.5 cm　7.5 cm
1.气体压强的计算
(1)被活塞、汽缸封闭的气体，通常分析活塞或汽缸的受力，应用平衡条件或牛顿第二定律列式计算。
(2)被液柱封闭的气体，一般利用液片法和液体压强公式、连通器原理求解，有时要借助液柱为研究对象，应用平衡条件或牛顿第二定律求解(这种情况下得出的压强单位为Pa)。
2．合理选取气体变化所遵循的规律列方程
(1)若气体质量一定，p、V、T均发生变化，则选用理想气体状态方程列方程求解。
(2)若气体质量一定，p、V、T中有一个量不发生变化，则选用对应的气体实验定律列方程求解。
3．多个研究对象的问题
由活塞、液柱相联系的“两团气”问题，要注意寻找“两团气”之间的压强、体积或长度关系，列出辅助方程，最后联立求解。
8. (2020·山西省临汾市高三模拟)如图所示，绝热性能良好的汽缸开口向上，缸中用绝热性能良好的活塞封闭一段气体，气柱的长度为h，活塞与汽缸内壁无摩擦且气密性良好，活塞的质量为m，横截面积为S，大气压强为p0，开始时缸中气体的温度为T0，重力加速度为g。
(1)若在汽缸上放一个质量为m的物块，再给缸中气体加热，使气柱的长度仍为h，则加热后气体的温度为多少？
(2)若只给缸中气体缓慢加热，当气体温度为2T0时，电热丝产生的热量为Q，则气体的内能增加多少？
答案　(1)T0　(2)Q－p0Sh－mgh
解析　(1)没有放物块时，缸内气体的压强为：
p1＝p0＋
放上物块后，缸内气体的压强为：p2＝p0＋
缸内气体做等容变化，根据查理定律，有：＝
联立解得：T2＝T0。
(2)若只给缸中气体缓慢加热，气体发生等压变化，当气体温度为2T0时，设活塞上升的高度为H，根据盖—吕萨克定律，有：＝
解得：H＝h
此过程中气体对外做的功为：
W＝p1SH＝Sh＝p0Sh＋mgh
根据热力学第一定律，气体内能的增加量为：
ΔU＝Q－W＝Q－p0Sh－mgh。
9. (2020·湖北省武汉市高三(下)六月模拟)如图所示，在一圆形管道内封闭有理想气体，用一固定绝热活塞K和质量为m的可自由移动的绝热活塞A将管内气体分割成体积相等的M、N两部分，温度都为T0＝300 K，上部分气体M压强为p0＝1.0×105 Pa，活塞A产生的压强为＝2×104 Pa(S为活塞横截面积)。现保持下部分气体N温度不变，只对上部分气体M缓慢加热，当活塞A移动到最低点B时(不计摩擦)，求：
(1)上部分气体的温度；
(2)保持上下部分M、N气体温度不变，释放一部分M气体，稳定后活塞A又回到了原来的位置，求释放气体质量与M气体原有质量之比。
答案　(1)1080 K　(2)13∶18
解析　(1)下部分气体N做等温变化，
初状态：压强为p1＝p0＋，体积为V1＝V0
末状态：压强为p2，体积为V2＝V0
根据玻意耳定律有：p1V1＝p2V2
对上部分气体M，初状态：压强为p0，温度为T0，体积为V0
末状态：压强为p2′＝p2，温度为T2′，体积为V2′＝V0
根据理想气体状态方程有：＝
联立并代入数据解得：T2′＝3.6T0＝1080 K。
(2)上部分气体M发生等温变化，活塞A回到原来位置时气体的压强为p0，设气体在压强p0下体积为V3，
根据玻意耳定律有：p0V3＝p2′V2′
代入数据解得：V3＝＝3.6V0
则释放气体在压强p0下的体积为：
ΔV＝V3－V0＝2.6V0
释放气体质量Δm与气体原有质量m0之比为：
＝＝＝。
高考考向5　热力学定律及其与气体实验定律等的综合问题
例5　(2020·海南省海口市高三6月模拟改编) 如图，一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p?V图中从a到b的直线所示。在此过程中(　　)
A．气体温度一直降低 B．气体内能先增加后减小
C．气体一直对外做功 D．气体一直向外放热
破题关键点
(1)a、b哪个状态温度较高？
提示：b状态。
(2)要判断做功情况，需要知道哪个量的变化情况？
提示：体积。
(3)知道做功情况，由哪个量判断吸放热情况？
提示：根据热力学第一定律，由内能(理想气体温度)变化情况判断。
[解析]　根据＝C可知，一定质量的理想气体在p?V图中的等温线是双曲线，且距原点O越远，温度越高，则一定质量的理想气体从a到b的过程中，气体的温度一直升高，故A错误；根据理想气体的内能只与温度有关，温度一直升高，可知气体的内能一直增加，故B错误；由于从a到b的过程中气体的体积一直增大，所以气体一直对外做功，故C正确；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知从a到b的过程中，气体一直从外界吸热，故D错误。
[答案]　C
1.热力学第一定律的灵活应用
(1)应用热力学第一定律时，要注意各符号正负的规定，并要充分考虑改变内能的两个因素：做功和热传递。不能认为物体吸热(或对物体做功)，物体的内能一定增加。
(2)若研究物体为气体，对气体做功的正负由气体的体积决定，气体体积增大，气体对外做功，W为负值；气体的体积减小，外界对气体做功，W为正值。
(3)三种特殊情况
①若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体(物体对外界)做的功等于物体内能的增加量(减少量)。
②若过程中不做功，即W＝0，Q＝ΔU，物体吸收(放出)的热量等于物体内能的增加量(减少量)。
③若过程的始、末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量(物体对外界做的功等于物体吸收的热量)。
2．热力学第一定律与气体实验定律、气体状态图象等的综合考查是个热点，也是难点。
(1)理想气体状态方程与热力学第一定律表达式是这类题目的解题关键，注意热力学第一定律表达式中各量的正负号的意义。
(2)如果题目涉及图象，要先弄清是p?V图象、p?T图象还是V?T图象等，并根据气体状态变化的图线结合理想气体状态方程分析第三个量的变化情况，然后结合热力学第一定律分析做功、吸放热、内能变化情况。
(3)外界对气体做的功用W＝∑pΔV分析计算(注意ΔV的正负号)，在p?V图象中图线与V轴所围的面积表示气体做的功。
特别提醒：高考中有时也会考查与气体温度、压强的微观意义的综合运用。对于这类偶尔考查、难度较大的题，也需要重视。
10. (2020·山东省泰安市高三下三模)如图所示，开口竖直向上的薄壁绝热汽缸内壁光滑，缸内下部装有电热丝，一定质量的理想气体被一绝热活塞封闭在汽缸内，活塞与汽缸壁紧密接触。现通过电热丝对缸内气体缓慢加热，则该过程中(　　)
A．气体的压强增大
B．气体的内能增大
C．气体分子热运动的平均动能可能减小
D．气体对外界做的功等于气体吸收的热量
答案　B
解析　通过电热丝对缸内气体缓慢加热的过程中，因外界的大气压和活塞重力不变，故汽缸内气体压强不变，A错误；气体吸热膨胀，体积V增大，而压强p不变，根据＝C，气体的温度升高，则内能增大，B正确；汽缸内气体温度升高，则气体分子热运动的平均动能增大，C错误；在缸内封闭的是一定质量的理想气体，温度升高，内能增大(ΔU>0)，体积增大，对外做功(W<0)，吸收热量(Q>0)，根据ΔU＝W＋Q，则气体对外界做的功小于气体吸收的热量，D错误。
11. (2020·江苏省泰州市高三(下)5月第二次模拟考试)一定质量的理想气体，其内能跟热力学温度成正比。在初始状态A时，体积为V0，压强为p0，温度为T0，此时其内能为U0。该理想气体从状态A经由一系列变化，最终返回到原来状态A，其变化过程的V?T图如图所示，其中CA延长线过坐标原点，B、A点在同一竖直线上。求：
(1)该理想气体在状态B时的压强；
(2)该理想气体从状态B经由状态C回到状态A的过程中，气体向外界放出的热量。
答案　(1)　(2)2p0V0
解析　(1)由图可知，从状态A到状态B为等温变化过程，在状态B时气体的体积为V1＝3V0，设压强为p1；在状态A时气体的体积为V0，压强为p0，
根据玻意耳定律有：p0V0＝3p1V0
解得：p1＝。
(2)由图线知，从状态B到状态C为等容变化过程，外界对气体不做功，即WBC＝0；
从状态C到状态A为等压变化过程，外界对气体做的功为：WCA＝p0(3V0－V0)＝2p0V0；
该理想气体从状态B经由状态C回到状态A的过程中，温度不变，则内能的增加量ΔU＝0，设气体对外界放出的热量为Q，由热力学第一定律有：ΔU＝－Q＋WCA，解得：Q＝WCA＝2p0V0。
12．(2017·全国卷Ⅱ)一热气球体积为V，内部充有温度为Ta的热空气，气球外冷空气的温度为Tb。已知空气在1个大气压、温度为T0时的密度为ρ0，该气球内、外的气压始终都为1个大气压，重力加速度大小为g。
(1)求该热气球所受浮力的大小；
(2)求该热气球内空气所受的重力；
(3)设充气前热气球的质量为m0，求充气后它还能托起的最大质量。
答案　(1)Vgρ0　(2)Vgρ0
(3)Vρ0T0－m0
解析　(1)设1个大气压下质量为m的空气在温度为T0时的体积为V0，密度为ρ0＝ ①
在温度为T时的体积为VT，密度为ρ(T)＝ ②
由盖—吕萨克定律得＝ ③
联立①②③式得ρ(T)＝ρ0 ④
气球所受的浮力为F＝ρ(Tb)gV ⑤
联立④⑤式得F＝Vgρ0 ⑥
(2)气球内热空气所受的重力为
G＝ρ(Ta)Vg ⑦
联立④⑦式得G＝Vgρ0 ⑧
(3)设该气球还能托起的最大质量为m，由力的平衡条件得
mg＝F－G－m0g ⑨
联立⑥⑧⑨式得m＝Vρ0T0－m0。
易错警示 变质量问题
例　(2020·湖北省武汉市高三(下)五月质量检测)2019年12月以来，我国部分地区突发的新型冠状病毒肺炎威胁着人们的身体健康。勤消毒是防疫很关键的一个措施。如图乙是防疫消毒用的喷雾消毒桶的原理图，圆柱形喷雾器高为h，内有高度为的消毒液，上部封闭有压强为p0、温度为T0的空气。将喷雾器移到室内，一段时间后打开喷雾阀门K，恰好有消毒液流出。已知消毒液的密度为ρ，大气压强恒为p0，喷雾口与喷雾器等高，忽略喷雾管的体积，将空气看做理想气体。
(1)求室内温度；
(2)在室内用打气筒缓慢向喷雾器内充入空气，直到消毒液完全流出，求充入空气与原有空气的质量比。
分析与解　(1)设喷雾器的截面积为S，室内温度为T1，室温下消毒桶内气体的压强为p1，根据平衡条件可得：p1＝p0＋ρg
气体的体积保持不变，气体做等容变化，根据查理定律有：＝
联立解得：T1＝T0。
(2)以充气结束后喷雾器内的空气作为研究对象，设消毒液完全喷出后气体的压强为p2，体积为V2，
根据平衡条件可得：p2＝p0＋ρgh
此气体发生等温变化，设压强为p1时，体积为V3，
根据玻意耳定律可得：p1V3＝p2V2，其中V2＝hS
设充入空气的质量为Δm，原有空气的质量为m，体积V0＝，
根据相同温度下同种气体的质量比等于体积比，有：
＝，
联立解得：＝。
答案　(1)T0　(2)
易错警示　(1)向球、轮胎等容器中打气是一个典型的变质量气体问题，只要选择容器内原有气体和即将打入的气体的整体作为研究对象，就可转化为气体总质量不变的状态变化问题。
(2)抽气问题也属于变质量问题，分析时，将抽出的气体和剩余气体的整体作为研究对象，其总质量不变，一般可视为等温膨胀过程，类似的问题还有将一个大容器里的气体分装到多个小容器、容器漏气等。
专题作业
　　限时：50分钟　　　满分：100分
一、选择题(本题共8小题，每小题5分，共40分，均为单选题)
1．(2020·北京市海淀区高三下6月二模)下列说法中不正确的是(　　)
A．水和酒精混合后的总体积小于二者原来的体积之和，说明分子间有空隙
B．将香水瓶盖打开后能闻到香水的气味，这是扩散现象
C．在绕地球运行的“天宫二号”中飘浮的水滴几乎呈球形，这是表面张力作用使其表面具有收缩趋势而引起的结果
D．用气筒给自行车车胎打气时要用力才能压缩空气，这说明空气分子间存在斥力
答案　D
解析　水和酒精混合后的总体积小于二者原来的体积之和，说明分子间有空隙，A正确；将香水瓶盖打开后能闻到香水的气味，这是扩散现象，B正确；在绕地球运行的“天宫二号”中飘浮的水滴几乎呈球形，这是表面张力作用使其表面具有收缩趋势而引起的结果，C正确；用气筒给自行车车胎打气时要用力才能压缩空气，这说明空气有压强，而不是说明空气分子间存在斥力，实际上气体的分子间距较大，分子间的作用力很小，几乎为零，故D错误。
2．(2020·山东省德州市高三二模) 戴一次性医用防护口罩是预防新冠肺炎的有效措施之一，合格的一次性医用防护口罩内侧所用材料对水都是不浸润的，如图为一滴水滴在某一次性防护口罩内侧的照片，对此以下说法正确的是(　　)
A．照片中的口罩一定为不合格产品
B．照片中水滴附着层内分子比水的内部稀疏
C．照片中水滴表面分子比水的内部密集
D．水对所有材料都是不浸润的
答案　B
解析　合格的一次性医用防护口罩内侧所用材料对水都是不浸润的，水在照片中的口罩内侧发生了不浸润现象，A错误；根据照片所示，水发生了不浸润现象，则水滴附着层内分子比水的内部稀疏，B正确；照片中水滴为球形，水滴表面分子比水的内部分子间距大，分子之间的作用力表现为引力，则照片中水滴表面分子应比水的内部稀疏，C错误；水对某些材料浸润，比如水可以浸润玻璃，D错误。
3. (2020·北京市海淀区中关村中学高三三模)由于分子间存在着分子力，而分子力做功与路径无关，因此分子间存在与其相对距离有关的分子势能。如图所示为分子势能Ep随分子间距离r变化的图象，取r趋近于无穷大时Ep为零。通过功能关系可以从Ep?r图象中得到有关分子力的信息，则下列说法正确的是(　　)
A．假设将两个分子从r＝r1处释放，当r＝r2时它们的速度最大
B．假设将两个分子从r＝r1处释放，它们的加速度先增大后减小
C．假设将两个分子从r＝r2处释放，它们将开始远离
D．假设将两个分子从r＝r2处释放，它们将相互靠近
答案　A
解析　由图可知，两个分子在r＝r2处的分子势能最小，此时分子之间的距离为平衡距离，分子之间的作用力恰好为0。由于r1＜r2，可知在r＝r1处分子之间的作用力表现为斥力，假设在此处将两分子释放，分子之间的距离将增大，斥力减小，加速度减小，分子力做正功，分子的速度增大；当分子之间的距离大于r2时，分子之间的作用力表现为引力，随距离的增大，分子力先增大后减小，加速度先增大后减小，分子力做负功，分子的速度减小，所以当r＝r2时它们的速度最大，故A正确，B错误。结合分子之间的作用力的特点可知，当分子间距离等于平衡距离时，分子力为零，分子势能最小，所以假设将两个分子从r＝r2处释放，它们既不会相互远离，也不会相互靠近，故C、D错误。
4．氧气分子在0 ℃和100 ℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示。下列说法正确的是(　　)
A．图中两条曲线下面积不一定相等
B．图中实线对应于氧气分子在100 ℃时的情形
C．图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目
D．与0 ℃时相比，100 ℃时氧气分子速率出现在0～400 m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大
答案　B
解析　面积表示1，二者一定相等，A错误。温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能越大，虚线为氧气分子在0 ℃时的情形，分子平均动能较小，实线为氧气分子在100 ℃时的情形，B正确。曲线给出的是分子数占总分子数的百分比，C错误。速率出现在0～400 m/s区间内，100 ℃时氧气分子数占总分子数的百分比较小，D错误。
5．下列说法正确的是(　　)
A．可采用升温或加压的方法，让未饱和汽变成饱和汽
B．空调既能制热又能制冷，说明在非自发的条件下，热传递可以逆向
C．两个系统达到热平衡时，它们的分子平均动能不一定相等
D．在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算，会使分子直径的计算结果偏小
答案　B
解析　温度越低饱和汽压越小，可以采取降低温度的方法，使未饱和汽变成饱和汽，故A错误；空调既能制热又能制冷，说明在非自发的条件下，热量可以逆向传递，故B正确；两个系统达到热平衡时，宏观上温度相同，微观上分子的平均动能相同，故C错误；纯油酸的体积等于油酸酒精溶液的体积乘以浓度，将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算，会使体积偏大，根据d＝可知，会导致分子直径的计算结果偏大，故D错误。
6．(2020·山东省滨州市高三下二模) 如图所示，一导热良好且足够长的汽缸，倒置悬挂于天花板下。汽缸内被活塞封闭一定质量的理想气体。活塞质量为m，横截面积为S，当地大气压为p且不随温度变化，重力加速度为g，忽略一切摩擦。当环境温度缓慢升高时，下列说法正确的是(　　)
A．悬线的拉力变大
B．被封闭理想气体的内能增大
C．被封闭理想气体的压强大小不变，且始终为p＋
D．外界对气体做功
答案　B
解析　以汽缸和活塞整体为研究对象，受到重力和悬线对其的拉力，根据平衡条件可知重力和悬线对其的拉力大小相等，方向相反，所以当环境温度缓慢升高时，悬线的拉力不变，故A错误；由于汽缸导热良好，故当环境温度缓慢升高时，被封闭理想气体的温度缓慢升高，所以被封闭理想气体的内能增大，故B正确；以活塞为研究对象，根据平衡条件可知p1S＋mg＝pS，解得被封闭理想气体的压强大小p1＝p－，故C错误；当环境温度缓慢升高时，被封闭理想气体的压强不变，根据盖—吕萨克定律可得被封闭理想气体的体积增大，气体对外界做功，故D错误。
7. (2020·北京市海淀区101中学高三三模)如图所示，一定量的理想气体由状态A经过过程①到达状态B，再由状态B经过过程②到达状态C，其中过程①图线与横轴平行，过程②图线与纵轴平行。对于这个变化过程，下列说法中正确的是(　　)
A．从状态A到状态B的过程，气体放出热量
B．从状态A到状态B的过程，气体分子热运动的平均动能在减小
C．从状态B到状态C的过程，气体分子对容器壁撞击的频繁程度增加
D．从状态B到状态C的过程，气体吸收热量
答案　C
解析　从状态A到状态B的过程，气体体积不变，W＝0，温度升高，ΔU>0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知Q>0，气体吸收热量，A错误；从状态A到状态B的过程，气体温度升高，气体分子热运动的平均动能在增大，B错误；从状态B到状态C的过程，温度不变，体积减小，单位体积内的分子个数增多，分子平均动能和平均速率不变，所以气体分子对容器壁撞击的频繁程度增加，C正确；从状态B到状态C的过程，温度不变，ΔU＝0，气体体积减小，W>0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知Q<0，气体放出热量，D错误。
8. (2020·山东省普通高中学业水平等级考试模拟卷)如图所示，水平放置的封闭绝热汽缸，被一锁定的绝热活塞分为体积相等的a、b两部分。已知a部分气体为1 mol氧气，b部分气体为2 mol氧气，两部分气体温度相等，均可视为理想气体。解除锁定，活塞滑动一段距离后，两部分气体各自再次达到平衡态时，它们的体积分别为Va、Vb，温度分别为Ta、Tb。下列说法正确的是(　　)
A．Va＞Vb，Ta＞Tb B．Va＞Vb，Ta＜Tb
C．Va＜Vb，Ta＜Tb D．Va＜Vb，Ta＞Tb
答案　D
解析　解除锁定前，两部分气体温度相同，即分子平均动能相同，体积相同，则气体分子数多的气体分子密集程度大，由气体压强的微观决定因素可知，分子数密集的气体压强大，即b部分气体压强大，故解除锁定后活塞向左移动，平衡时Va＜Vb，pa＝pb，故A、B错误；活塞向左移动的过程中，a部分气体被压缩，活塞对a部分气体做功，而汽缸和活塞绝热，由热力学第一定律可知，a部分气体内能增大，则温度升高，同理可知，b部分气体温度降低，故平衡时，Ta＞Tb，故C错误，D正确。
二、计算题(本题共4小题，共60分，须写出规范的解题步骤)
9．(2020·辽宁省丹东市高三下总复习质量测试二) (15分)如图所示，蛟龙号潜水艇是我国自行设计、自主集成研制的载人潜水器，其外壳采用钛合金材料，完全可以阻挡巨大的海水压强，最大下潜深度已近万米。一次无载人潜水试验中，潜水艇密闭舱内氧气温度为26.06 ℃时，压强为97千帕，若试验中密闭舱体积不变，则：
(1)密闭舱内氧气温度为22.72 ℃时，舱内氧气的压强为多少千帕？(保留三位有效数字)
(2)当密闭舱内气压降到(1)的压强时，携带的高压氧气瓶开始向舱内充气加压，舱内压强达到正常的气压101千帕时，氧气瓶自动停止充气。高压氧气瓶内氧气温度与艇舱内的氧气温度相同且始终保持22.72 ℃不变，求充气前、后密闭舱内的氧气密度之比。(保留三位有效数字)
答案　(1)95.9 kPa　(2)0.950
解析　(1)舱内氧气发生等容变化，根据查理定律有：
＝
其中p1＝97 kPa，T1＝(26.06＋273) K＝299.06 K，
T2＝(22.72＋273) K＝295.72 K，
代入数据解得：p2＝95.9 kPa。
(2)以充入的氧气与舱内原有氧气整体作为研究对象，设充气前气体在压强p2下的总体积为V2；
密闭舱的体积为V，舱内气体达到的正常压强p正常＝101 kPa，
根据玻意耳定律有：p2V2＝p正常V
则充气前、后密闭舱内氧气的密度之比为：
＝＝＝＝0.950。
10．(2020·山西省晋中市高三(下)模拟)(15分)在全国千万“云监工”的注视下，2月2日，武汉火神山医院交付使用，建设工期仅为十天十夜。在“云监工”视线之外，先进的设计理念和科技元素充当着幕后英雄，火神山医院病房全部为负压病房，所谓负压病房，是通过特殊的通风抽气设备，使病房内的气压低于病房外的气压，保证污染空气不向外扩散。若已知某间负压隔离病房的空间体积V＝60 m3，启用前环境温度t1＝－3 ℃，外界大气压强为p0＝1.01×105 Pa，启用后，某时刻监测到负压病房的温度t2＝27 ℃，负压为－15 Pa(指与外界大气压p0的差值)。
(1)试估算启用后负压隔离病房内减少的气体质量与启用前房间内气体总质量的比值；
(2)判断在负压隔离病房启用过程中剩余气体是吸热还是放热，并简述原因。
答案　(1)　(2)吸热　原因见解析
解析　(1)根据题意有：T1＝t1＋273 K＝270 K，T2＝t2＋273 K＝300 K，p2＝1.01×105 Pa－15 Pa
设减少的气体在压强p0下体积为ΔV，以启用后负压病房内剩余的气体为研究对象，由理想气体状态方程得：＝
解得：ΔV≈6 m3
则＝＝。
(2)因为抽气过程中剩余气体的温度升高，故内能增加，即ΔU>0
而剩余气体的体积膨胀，对外做功，即W<0
由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q>0，即气体从外界吸收热量。
11. (2020·河南省洛阳市高三(下)第三次统一考试)(15分)一粗细均匀的U形细玻璃管始终竖直放置，如图所示，管竖直部分长为L1＝60 cm，水平部分长d＝12 cm，大气压强p0＝76 cmHg。U形管左端封闭，初始时刻右端开口，左管内有一段h＝6 cm长的水银柱封住了长为L2＝40 cm的理想气体。现在把光滑活塞从右侧管口缓慢推入U形管(不漏气)，此过程左侧水银柱上升了h1＝5 cm，求：
(1)左侧管内上端封闭气体末状态的压强；
(2)活塞下降的距离。
答案　(1)80 cmHg　(2)15 cm
解析　(1)以左侧管内上端封闭气体为研究对象，设管的截面积为S，则
初状态：p1＝p0－ρ水银gh＝70 cmHg，V1＝L2S＝40S，
末状态：V2＝(L2－h1)S＝35S，
由玻意耳定律得：p1V1＝p2V2
解得气体末状态压强为：p2＝80 cmHg。
(2)以右管内气体为研究对象，
初状态：p3＝p0＝76 cmHg，V3＝(2L1＋d－h－L2)S＝86S
末状态：p4＝p2＋ρ水银gh＝86 cmHg
由玻意耳定律得：p3V3＝p4V4
解得：V4＝76S，即右侧管中气柱的总长度为76 cm，活塞下降的距离h2＝86 cm－76 cm＋5 cm＝15 cm。
12. (2020·贵州省贵阳市四校高三联合考试(五))(15分)如图，导热性能良好的汽缸高为L＝50 cm，开口向上置于水平地面上。汽缸中有横截面积为S＝10 cm2、质量为m＝2 kg的光滑活塞，开始时活塞正好位于汽缸顶部并将一定质量的理想气体封闭在汽缸内。外界温度为t0＝27 ℃、大气压为p0＝1×105 Pa，汽缸和活塞的厚度均可忽略不计，取g＝10 m/s2。
(1)将汽缸固定在地面上，如果气体温度保持不变，在活塞上轻轻放一个物体，活塞下降并稳定停在距离底部L处，求所放物体的质量；
(2)放上物体并稳定后，外界温度缓慢升高，使活塞重新上升4 cm，则此时外界温度t为多少摄氏度？若该过程中气体内能增加5 J，则该过程中气体吸收的热量是多少？
答案　(1)3 kg　(2)57 ℃　11 J
解析　(1)对所封闭的气体，开始时，
V1＝LS，p1＝p0＋＝1.2×105 Pa
活塞下移到距离底部处时，V2＝S，设此时气体的压强为p2，此过程气体发生等温变化，根据玻意耳定律有：p1V1＝p2V2
解得：p2＝1.5×105 Pa
设所放物体的质量为M，则有：p2S＝p0S＋mg＋Mg
解得：M＝3 kg。
(2)对所封闭的气体，开始时，V2＝S＝40S，T2＝t0＋273 K＝300 K
温度升高后，V3＝(40＋4)S＝44S，设此时的温度为T3，此过程气体发生等压变化，根据盖—吕萨克定律有：＝
解得：T3＝330 K，则t＝T3－273 K＝57 ℃；
该过程中气体对活塞做的功为：W＝p2SΔL＝6 J
由题意知气体内能的增加量ΔU＝5 J，根据热力学第一定律有ΔU＝－W＋Q
解得该过程中气体吸收的热量Q＝11 J。