高考物理二轮复习 第1部分 专题整合突破 专题15 分子动理论 气体及热力学定律教案

专题十五分子动理论气体及热力学定律储知识核心归纳1分子动理论(1)分子大小阿伏加德罗常数：NA6.021023 mol1.分子体积：V0(占有空间的体积)分子质量：m0.油膜法估测分子的直径：d.(2)分子热运动的实验基础：扩散现象和布朗运动扩散现象特点：温度越高，扩散越快布朗运动特点：液体内固体小颗粒永不停息、无规则的运动，颗粒越小、温度越高，运动越剧烈(3)分子间的相互作用力和分子势能分子力：分子间引力与斥力的合力分子间距离增大，引力和斥力均减小；分子间距离减小，引力和斥力均增大，但斥力总比引力变化得快分子势能：分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增大；当分子间距为r0(分子间的距离为r0时，分子间作用的合力为0)时，分子势能最小2固体和液体(1)晶体和非晶体的分子结构不同，表现出的物理性质不同晶体具有确定的熔点单晶体表现出各向异性，多晶体和非晶体表现出各向同性晶体和非晶体在适当的条件下可以相互转化(2)液晶是一种特殊的物质状态，所处的状态介于固态和液态之间液晶具有流动性，在光学、电学物理性质上表现出各向异性(3)液体的表面张力使液体表面具有收缩到最小的趋势，表面张力的方向跟液面相切(4)饱和汽压的特点液体的饱和汽压与温度有关，温度越高，饱和汽压越大，且饱和汽压和汽的体积无关(5)相对湿度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：B100%.3气体状态参量4热力学定律(1)热力学第一定律公式：UWQ；符号规定：外界对系统做功，W0；系统对外界做功，W0.系统从外界吸收热量，Q0；系统向外界放出热量，Q0.系统内能增加，U0；系统内能减少，U0.(2)热力学第二定律的表述热量不能自发地从低温物体传到高温物体(按热传递的方向性表述)不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响(按机械能和内能转化的方向性表述)第二类永动机是不可能制成的品真题感悟高考1(2017卷T33(1)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151中两条曲线所示下列说法正确的是()图151A图中两条曲线下面积相等B图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形C图中实线对应于氧气分子在100 时的情形D图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目E与0 时相比，100 时氧气分子速率出现在0400 m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大ABC面积表示总的氧气分子数，二者相等，A正确；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，B正确；实线为氧气分子在100 时的情形，C正确；曲线给出的是分子数占总分子数的百分比，D错误；速率出现在0400 m/s区间内，100 时氧气分子数占总分子数的百分比较小，E错误2(2017卷T33(1)如图152所示，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积假设整个系统不漏气下列说法正确的是()图152A气体自发扩散前后内能相同B气体在被压缩的过程中内能增大C在自发扩散过程中，气体对外界做功D气体在被压缩的过程中，外界对气体做功E气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变ABD气体向真空膨胀时不受阻碍，气体不对外做功，由于汽缸是绝热的，没有热交换，所以气体扩散后内能不变，选项A正确；气体被压缩的过程中，外界对气体做功，且没有热交换，根据热力学第一定律，气体的内能增大，选项B、D正确；气体在真空中自发扩散的过程中气体不对外做功，选项C错误；气体在压缩过程中，内能增大，由于一定质量的理想气体的内能完全由温度决定，温度越高，内能越大，气体分子的平均动能越大，选项E错误3(2017卷T33(1)如图153所示，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到状态a.下列说法正确的是()图153A在过程ab中气体的内能增加B在过程ca中外界对气体做功C在过程ab中气体对外界做功D在过程bc中气体从外界吸收热量E在过程ca中气体从外界吸收热量ABDab过程是等容变化，ab过程压强增大，温度升高，气体内能增大，选项A正确；而由于体积不变，气体对外界不做功，选项C错误；ca过程是等压变化，体积减小，外界对气体做功，选项B正确；体积减小过程中，温度降低，内能减小，气体要放出热量，选项E错误；bc过程是等温变化，内能不变，体积增大，气体对外界做功，则需要吸收热量，选项D正确4(2016卷T33(1)一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其pT图象如图154所示，其中对角线ac的延长线过原点O.下列判断正确的是()图154A气体在a、c两状态的体积相等B气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能C在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功D在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功E在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功ABE由ac的延长线过原点O知，直线Oca为一条等容线，气体在a、c两状态的体积相等，选项A正确；理想气体的内能由其温度决定，故在状态a时的内能大于在状态c时的内能，选项B正确；过程cd是等温变化，气体内能不变，由热力学第一定律知，气体对外放出的热量等于外界对气体做的功，选项C错误；过程da气体内能增大，从外界吸收的热量大于气体对外界做的功，选项D错误；由理想气体状态方程知：C，即paVaCTa，pbVbCTb，pcVcCTc，pdVdCTd.设过程bc中压强为p0pbpc，过程da中压强为p0pdpa.由外界对气体做功WpV知，过程bc中外界对气体做的功Wbcp0(VbVc)C(TbTc)，过程da中气体对外界做的功Wdap0(VaVd)C(TaTd)，TaTb，TcTd，故WbcWda，选项E正确(此选项也可用排除法直接判断更快捷)5(2016卷T33(1)关于热力学定律，下列说法正确的是() 【导学号：19624172】A气体吸热后温度一定升高B对气体做功可以改变其内能C理想气体等压膨胀过程一定放热D热量不可能自发地从低温物体传到高温物体E如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡BDE根据热力学定律，气体吸热后如果对外做功，则温度不一定升高，说法A错误改变物体内能的方式有做功和热传递，对气体做功可以改变其内能，说法B正确理想气体等压膨胀对外做功，根据恒量知，膨胀过程一定吸热，说法C错误根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，说法D正确两个系统达到热平衡时，温度相等，如果这两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡，说法E正确故选B、D、E.练模拟沙场点兵1(2017清远市田家炳实验中学一模)关于气体的内能，下列说法正确的是()A质量和温度都相同的气体，内能一定相同B气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大C气体被压缩时，内能可能不变D一定量的某种理想气体的内能只与温度有关E一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加CDE质量和温度都相同的气体，内能不一定相同，还和气体的种类有关，故A错误；物体的内能与温度、体积有关，与物体宏观整体运动的机械能无关，所以整体运动速度越大，其内能不一定越大，故B错误；气体被压缩时，外界对气体做功W0，如果向外界放热Q0，根据热力学第一定律，UWQ，可能U0内能不变，所以C正确；理想气体分子间无分子势能，理想气体的内能只与温度有关，故D正确；一定量的某种理想气体等压膨胀过程中，体积与热力学温度成正比，温度升高，内能增加，故E正确2(2017厦门一中检测)一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其pT图象如图155所示，下列说法正确的是()图155A过程bc中气体既不吸热也不放热B过程ab中气体一定吸热C过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热Da、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小Eb和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同BDE由图示图象可知，bc过程气体发生等温变化，气体内能不变，压强减小，由玻意耳定律可知，体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律UQW可知，气体吸热，故A错误；由图象可知，ab过程，气体压强与热力学温度成正比，则气体发生等容变化，气体体积不变，外界对气体不做功，气体温度升高，内能增大，由热力学第一定律可知，气体吸收热量，故B正确；由图象可知，ca过程气体压强不变，温度降低，由盖吕萨克定律可知，其体积减小，外界对气体做功，W0，气体温度降低，内能减少，U0，由热力学第一定律可知，气体要放出热量，过程ca中外界对气体所做的功小于气体所放热量，故C错误；由图象可知，a、b和c三个状态中a状态温度最低，分子平均动能最小，故D正确；由图象可知，bc过程气体发生等温变化，气体内能不变，压强减小，由玻意耳定律可知，体积增大，b、c状态气体的分子数密度不同，b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同，故E正确3(2017商丘一中押题卷)下列关于分子运动和热现象的说法正确的是()A外界对物体做功时，物体的内能一定增加B在太空大课堂中处于完全失重状态的水滴呈现球形，是由液体表面张力引起的C随着科技的发展，热机的效率可以达到100%D在合适的条件下，某些晶体可以转化为非晶体，某些非晶体也可以转化为晶体E一定量100 的水变成100 的水蒸气，其分子之间的势能增加BDE根据热力学第一定律UWQ，可知，外界对物体做功时，若物体对外放热，且多于做的功，则物体的内能减小，故A错误；太空中处于失重状态的水滴由于液体的表面张力的作用而呈球形，故B正确；热机在工作时不可避免地要克服机械部件间的摩擦做额外功，机械效率不可能达到100%，故C错误；在合适的条件下，某些晶体可以转化为非晶体，某些非晶体也可以转化为晶体，故D正确；一定质量的100 的水吸收热量后变成100 的水蒸气，吸收热量，但温度不变，所以分子势能增加，故E正确4(2017马鞍山市一模)下列说法正确的是()A单晶体和多晶体都有确定的熔点B气体绝热膨胀对外做功，内能一定增大C温度低的物体分子运动的平均速率小D液体的饱和汽压随温度的升高而增大E液体表面存在张力是因为液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离ADE单晶体和多晶体都是晶体，都有确定的熔点，故A正确；气体绝热膨胀的过程中与外界没有热量交换，对外做功，根据热力学第一定律可知，内能一定减小，故B错误；温度是分子的平均动能的标志，温度低的物体分子运动的平均动能一定小，而平均速率不一定小，还与分子的质量有关，故C错误；液体的饱和汽压与温度有关，液体的饱和汽压随温度的升高而增大，故D正确；液体表面存在张力是因为液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，分子之间表现为引力，故E正确5(2017东北三省四市教研联合体一模)下列说法中正确的是() 【导学号：19624173】A运送沙子的卡车停于水平地面，在缓慢卸沙过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体从外界吸热B民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病，方法是将点燃的纸片放入一个小罐内，当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地被“吸”在皮肤上其原因是，当火罐内的气体体积不变时，温度降低，压强减小C晶体的物理性质都是各向异性的D一定量的理想气体从外界吸收热量，其内能一定增加E分子间的相互作用力由引力与斥力共同产生，并随着分子间距的变化而变化，分子间引力和斥力都随分子间距的减小而增大ABE在缓慢卸沙过程中，若车胎不漏气，胎内气体的压强减小，温度不变，根据气态方程C分析知气体的体积增大，对外做功，由热力学第一定律可知，胎内气体从外界吸热，故A正确；当火罐内的气体体积不变时，温度降低，根据气态方程C分析知，气体的压强减小，这样外界大气压大于火罐内气体的压强，从而使火罐紧紧地被“吸”在皮肤上，故B正确；单晶体的物理性质是各向异性的，而多晶体的物理性质是各向同性的，故C错误；一定量的理想气体从外界吸收热量，其内能不一定增加，还与吸放热情况有关，故D错误；分子间的引力与斥力同时存在，分子间的相互作用力由引力与斥力共同产生，并随着分子间距的变化而变化，分子间引力和斥力都随分子间距的减小而增大，故E正确储知识核心归纳1气体实验定律(1)等温变化：pVC或p1V1p2V2.(2)等容变化：C或.(3)等压变化：C或.(4)理想气体状态方程：C或.2利用气体实验定律及状态方程解决问题的基本思路品真题感悟高考1(2017卷T33(2)如图156所示，容积均为V的汽缸A、B下端有细管(容积可忽略)连通，阀门K2位于细管的中部，A、B的顶部各有一阀门K1、K3；B中有一可自由滑动的活塞(质量、体积均可忽略)初始时，三个阀门均打开，活塞在B的底部；关闭K2、K3，通过K1给汽缸充气，使A中气体的压强达到大气压p0的3倍后关闭K1.已知室温为27 ，汽缸导热图156(1)打开K2，求稳定时活塞上方气体的体积和压强；(2)接着打开K3，求稳定时活塞的位置；(3)再缓慢加热汽缸内气体使其温度升高20 ，求此时活塞下方气体的压强【解析】(1)设打开K2后，稳定时活塞上方气体的压强为p1，体积为V1.依题意，被活塞分开的两部分气体都经历等温过程由玻意耳定律得p0Vp1V1(3p0)Vp1(2VV1)联立式得V1p12p0.(2)打开K3后，由式知，活塞必定上升设在活塞下方气体与A中气体的体积之和为V2(V22V)时，活塞下气体压强为p2.由玻意耳定律得(3po)Vp2V2由式得p2p0 由式知，打开K3后活塞上升直到B的顶部为止；此时p2为p2p0.(3)设加热后活塞下方气体的压强为p3，气体温度从T1300 K升高到T2320 K的等容过程中，由查理定律得将有关数据代入式得p31.6p0.【答案】(1)2p0(2)上升直到B的顶部 (3)1.6 p02(2017卷T33(2)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0，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【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0在温度为T时的体积为VT，密度为T由盖吕萨克定律得联立式得T0气球所受的浮力为FTbgV联立式得FVg0.(2)气球内热空气所受的重力为GTaVg联立式得GVg0.(3)设该气球还能托起的最大质量为m，由力的平衡条件得mgFGm0g联立式得mV0T0m0.【答案】(1)Vg0(2)Vg0(3)V0T0m03(2017卷T33(2)一种测量稀薄气体压强的仪器如图157(a)所示，玻璃泡M的上端和下端分别连通两竖直玻璃细管K1和K2.K1长为l，顶端封闭，K2上端与待测气体连通；M下端经橡皮软管与充有水银的容器R连通开始测量时，M与K2相通；逐渐提升R，直到K2中水银面与K1顶端等高，此时水银已进入K1，且K1中水银面比顶端低h，如图(b)所示设测量过程中温度、与K2相通的待测气体的压强均保持不变已知K1和K2的内径均为d，M的容积为V0，水银的密度为，重力加速度大小为g.求：图157(1)待测气体的压强；(2)该仪器能够测量的最大压强【解析】(1)水银面上升至M的下端使玻璃泡中气体恰好被封住，设此时被封闭的气体的体积为V，压强等于待测气体的压强p，提升R，直到K2中水银面与K1顶端等高时，K1中水银面比顶端低h；设此时封闭气体的压强为p1，体积为V1，则VV0d2lV1d2h由力学平衡条件得p1pgh整个过程为等温过程，由玻意耳定律得pVp1V1联立式得p.(2)由题意知hl联立式有p该仪器能够测量的最大压强为pmax.【答案】(1)(2)4(2016卷T33(2)在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强，两压强差p与气泡半径r之间的关系为p，其中0.070 N/m.现让水下10 m处一半径为0.50 cm的气泡缓慢上升已知大气压强p01.0105 Pa，水的密度1.0103 kg/m3，重力加速度大小g10 m/s2.(1)求在水下10 m处气泡内外的压强差；(2)忽略水温随水深的变化，在气泡上升到十分接近水面时，求气泡的半径与其原来半径之比的近似值【解析】(1)当气泡在水下h10 m处时，设其半径为r1，气泡内外压强差为p1，则p1代入题给数据得p128 Pa.(2)设气泡在水下10 m处时，气泡内空气的压强为p1，气泡体积为V1；气泡到达水面附近时，气泡内空气的压强为p2，内外压强差为p2，其体积为V2，半径为r2.气泡上升过程中温度不变，根据玻意耳定律有p1V1p2V2由力学平衡条件有p1p0ghp1p2p0p2气泡体积V1和V2分别为V1rV2r联立式得3由式知，pip0，i1,2，故可略去式中的pi项代入题给数据得1.3.【答案】(1)28 Pa(2)或1.3熟技巧类题通法1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)被液柱封闭的气体的压强，若应用平衡条件或牛顿第二定律求解，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、体积或位移关系，列出辅助方程，最后联立求解练模拟沙场点兵12017高三第二次全国大联考(新课标卷)通电后汽缸内的电热丝缓慢加热，由于汽缸绝热使得汽缸内密封的气体吸收热量Q后温度由T1升高到T2，由于汽缸内壁光滑，敞口端通过一个质量m、横截面积为S的活塞密闭气体加热前活塞到汽缸底部距离为h.大气压用p0表示图158(1)活塞上升的高度；(2)加热过程中气体的内能增加量【解析】(1)气体发生等压变化，有解得hh.(2)加热过程中气体对外做功为WpSh(p0Smg)h由热力学第一定律知内能的增加量为UQWQ(p0Smg)h.【答案】(1)hh(2)Q(p0Smg)h2(2016卷T33(2)一U形玻璃管竖直放置，左端开口，右端封闭，左端上部有一光滑的轻活塞初始时，管内汞柱及空气柱长度如图159所示用力向下缓慢推活塞，直至管内两边汞柱高度相等时为止求此时右侧管内气体的压强和活塞向下移动的距离已知玻璃管的横截面积处处相同；在活塞向下移动的过程中，没有发生气体泄漏；大气压强p075.0 cmHg.环境温度不变图159【解析】设初始时，右管中空气柱的压强为p1，长度为l1；左管中空气柱的压强为p2p0，长度为l2.活塞被下推h后，右管中空气柱的压强为p1，长度为l1；左管中空气柱的压强为p2，长度为l2.以cmHg为压强单位由题给条件得p1p0(20.05.00)cmHgl1cm由玻意耳定律得p1l1p1l1联立式和题给条件得p1144 cmHg依题意p2p1l24.00 cm cmh由玻意耳定律得p2l2p2l2联立式和题给条件得h9.42 cm.【答案】144 cmHg9.42 cm3