福建省长泰县第一中学高考物理二轮复习 专题八 分子动理论 气体及热力学定律课件.ppt

选考部分专题八分子动理论气体及热力学定律 体系构建 核心自查 一 分子动理论1 分子的大小 1 是联系宏观世界和微观世界的桥梁 表示1mol任何物质中含有相同的微粒个数 用na表示 na 阿伏伽德罗常数 6 02 1023mol 1 2 油膜法估测分子的大小 分子很小 其直径的数量级为 m 3 估算微观量的两种模型 球体模型 直径为d 立方体模型 边长为 10 10 2 说明分子永不停息地做无规则热运动的两个实例 1 扩散现象 相互接触的物体互相进入对方的现象 温度越高 扩散 2 布朗运动 永不停息 的运动 颗粒越小 运动越 温度越高 运动越 运动轨迹不确定 越快 无规则 剧烈 剧烈 3 分子间的相互作用力和分子势能 1 分子力分子间的相互作用力是分子间引力与斥力的 分子间同时存在引力和斥力 分子间距增大 引力和斥力均 且 比引力变化更快 合力 减小 斥力 2 分子势能分子势能的改变与 有关 分子力做正功 分子势能 分子力做负功 分子势能 当分子间距为r0时 分子势能 但不一定是零 分子力做功 减小 增大 最小 二 固体 液体和气体1 晶体 非晶体分子结构不同 表现出的物理性质不同 其中单晶体表现出各向 多晶体和非晶体表现出各向 2 液晶是一种特殊的物质 既可以流动 又可以表现出单晶体的分子排列特点 在光学 电学物理性质上表现出各向 3 液体的表面张力使液体表面有收缩到 的趋势 表面张力的方向跟液面 异性 同性 异性 最小 相切 4 气体实验定律 气体的状态由热力学温度 体积和压强三个物理量决定 1 等温变化 pv c或p1v1 p2v2 2 等容变化 或 3 等压变化 或 4 理想气体状态方程 或 三 热力学定律1 物体的内能及内能变化温度变化引起物体分子 的变化 体积变化 分子间的分子力做功 引起 的变化 从而判定物体内能的变化 平均动能 分子势能 2 热力学第一定律 1 公式 u 2 符号规定 w q 3 热力学第二定律 1 表述一 热量不能 地从低温物体传到高温物体 2 表述二 不可能从 吸收热量 使之完全变成功 而不产生其他影响 3 揭示了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有 说明了 不能制造成功 自发 单一热源 方 向性 第二类永动机 热点考向1 微观量的估算 典题训练1 2013 厦门二模 已知某池塘水中气泡内气体的密度为1 29kg m3 平均摩尔质量为0 029kg mol 阿伏伽德罗常数na 6 02 1023mol 1 取气体分子的平均直径为2 10 10m 若气泡内的气体能完全变为液体 则液体体积与原来气体体积的比值约为 a 1 10 6b 1 10 5c 1 10 4d 1 10 3 解题探究 1 气体体积的计算 气体体积包括 是气体分子所能达到的空间 往往通过宏观量来计算 即 来计算 2 液体体积的计算 液体分子间的间隙很小 可以忽略不计 液体的体积就是 液体分子可以看成 气体分子本身的体积和 分子间隙 用质量比密度 液体分子的体积之和 球体或立方体 解析 选c 设气体体积为v0 变为液体后体积为v1 气体分子数n na v1 或v1 nd3 则 或 将 1 29kg m3 m 0 029kg mol d 2 10 10m na 6 02 1023mol 1代入 解得 1 10 4 典题训练2 某气体的摩尔质量为m 摩尔体积为v 密度为 每个分子的质量和体积分别为m和v0 则阿伏伽德罗常数na可表示为 a b c d 解题指导 解答本题应注意以下两点 1 由气体摩尔体积和阿伏伽德罗常数计算得到气体分子占有的空间 2 气体的密度 不是气体分子的密度 解析 选b 由于气体分子体积小于分子占有空间 因此大于na a错误 由于气体密度小于分子的密度 v是气体的摩尔质量而不是 v0 b对 c错 v0不是分子的质量 d错 故选b 拓展提升 考题透视 微观量的估算在高考中要求较低 主要以选择题形式出现 微观量的估算大体分两类 1 固体 液体分子微观量的估算 分子直径d的估算 进行分子直径的估算首先要构建分子模型 分子模型有球体模型 立方体模型 分子体积 分子所占空间 的估算 分子质量的估算 2 气体微观量的估算主要集中在分子占有空间的估算上 另外要加强对单分子油膜实验的复习 该实验对物理建模能力 实验操作能力 计算能力的考查较为全面 借题发挥 解决估算类问题的三点注意 1 固体 液体分子可认为紧靠在一起 可看成球体或立方体 气体分子只能按立方体模型计算所占的空间 2 状态变化时分子数不变 3 阿伏伽德罗常数是宏观与微观的联系桥梁 计算时要注意抓住与其有关的三个量 摩尔质量 摩尔体积和物质的量 通关题组 1 若以 表示水的摩尔质量 v表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积 为在标准状态下水蒸气的密度 na为阿伏伽德罗常数 m 分别表示每个水分子的质量和体积 下面是四个关系式 其中 a 和 都是正确的b 和 都是正确的c 和 都是正确的d 和 都是正确的 解析 选b 此题考查阿伏伽德罗常数的意义及其在宏观量和微观量之间所起的桥梁作用 由故 对 因水蒸气为气体 水分子间的空隙体积远大于分子本身体积 即 不对 而 也不对 故b项正确 2 假如全世界60亿人同时数质量为1mg水的分子个数 每人每小时可以数5000个 不间断地数 阿伏伽德罗常数na取6 1023mol 1 则完成任务所需时间最接近 a 1年b 100年c 1万年d 1百万年 解析 选b 1mg水的分子个数则完成任务所需时间即 热点考向2 热力学定律 固体 液体的性质 典题训练3 如图是密闭的气缸 外力推动活塞p压缩气体 对缸内气体做功800j 同时气体向外界放热200j 缸内气体的 a 温度升高 内能增加600jb 温度升高 内能减少200jc 温度降低 内能增加600jd 温度降低 内能减少200j 解题指导 解答本题时应注意以下两点 1 用热力学第一定律求解内能变化时 要注意热量q和功w的正负 2 解答本题时可按以下思路分析 热力学第一定律 决定内能的因素 解析 选a 由热力学第一定律 u w q得 u 800j 200j 600j 一定质量的理想气体的内能大小只与温度有关 u 600j 0 故温度一定升高 选项a正确 典题训练4 关于晶体和非晶体 下列说法中正确的是 a 可以根据各向同性或各向异性来鉴别晶体和非晶体b 一块均匀薄片 沿各个方向对它施加拉力 发现其强度一样 则此薄片一定是非晶体c 一个固体球 如果沿其各条直径方向的导电性不同 则该球一定是单晶体d 一块晶体 若其各个方向的导热性相同 则一定是多晶体 解题指导 解答本题时应知道以下知识 1 多晶体和非晶体显示各向同性 只有单晶体才显示各向异性 2 单晶体在某些物理性质上显示各向异性 并非所有的物理性质均显示各向异性 解析 选c 多晶体和非晶体都显示各向同性 只有单晶体显示各向异性 所以a b错 c对 单晶体具有各向异性的特性 仅是指某些物理性质 并不是所有的物理性质都是各向异性的 换言之 某一物理性质显示各向同性 并不意味着该物质一定不是单晶体 所以d错 拓展提升 考题透视 热力学定律部分对热力学第一定律考查较频繁 考查方式一种是以选择题的形式单独考查内能变化与做功 热传递的关系 另一种是与气体性质结合进行考查 对固体 液体性质的考查比较简单 但不能遗漏 备考中熟记基础知识即可 借题发挥 热力学第一定律的应用技巧 1 应用热力学第一定律时 一要注意各符号正负的规定 二要注意改变内能的两种方式 做功和热传递 不能认为物体吸热 或对物体做功 物体的内能就一定增加 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 w0 通关题组 1 给旱区送水的消防车停于水平地面上 在缓慢放水过程中 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 a 从外界吸热b 对外界做负功c 分子平均动能减小d 内能增加 解析 选a 该题考查了热力学定律 由于车胎内温度保持不变 故分子的平均动能不变 内能不变 放水过程中体积增大 对外做功 由热力学第一定律可知 胎内气体吸热 a选项正确 2 根据热力学定律和分子动理论 可知下列说法中正确的是 a 可以将流散到周围环境中的内能重新全部收集起来加以利用而不引起其他变化b 只要对内燃机不断改进 就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能c 当分子力表现为斥力时 随着分子间距离减小 分子势能变大d 当分子力表现为引力时 随着分子间距离变大 分子势能减小 解析 选c 由热力学第二定律可知从单一热源吸收热量使其完全转化为机械能而不引起其他变化是不可能的 即热机效率总小于1 a b错 当分子力表现为斥力时 随着分子间距离减小 分子力做负功 分子势能变大 c正确 当分子力表现为引力时 随着分子间距离变大 分子力做负功 分子势能增大 d错 故选c 热点考向3 气体实验定律的应用 典题训练5 2013 莆田二模 如图所示 某种自动洗衣机进水时 与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气 通过压力传感器感知细管中的空气压力 从而控制进水量 设温度不变 洗衣缸内水位升高 则细管中被封闭的空气 a 体积不变 压强变小b 体积变小 压强变大c 体积不变 压强变大d 体积变小 压强变小 解题探究 1 细管中被封闭的空气的哪些量是不变的 提示 气体被封闭 质量不变 根据题意 其温度不变 2 洗衣缸内水位升高时 细管中被封闭的空气压强如何变化 如何讨论空气的体积变化 提示 水位升高 气体的压强变大 其体积变化可由玻意耳定律得出 解析 选b 由题图可知空气被封闭在细管内 水位升高时 温度不变 气体压强增大 根据玻意耳定律 气体体积减小 选项b正确 典题训练6 一定质量的理想气体 从图示a状态开始 经历了b c 最后到d状态 下列说法中正确的是 a a b温度升高 体积不变b b c压强不变 体积变大c c d压强变小 体积变小d b点的温度最高 c点的体积最大 解题指导 解答本题的关键是要明确p t图像的斜率的物理意义 解析 选a 据气体实验定律可得c为恒量 据此可知a b温度升高 体积不变 a对 b c压强不变 体积变小 b错 c d压强变小 体积增大 c错 综上所述 可知b点温度最高 c点的体积最小 d错 故正确的是a选项 拓展提升 考题透视 气体实验定律可结合气体压强的微观解释 热力学第一定律 气体图像进行命题 压强是联系力学参量与热学参量的桥梁 作好水银柱和活塞的受力分析 对气体图像要联系气态方程理解斜率 面积 交点等的含义 借题发挥 应用气体实验定律的解题思路 1 选择对象 即某一定质量的理想气体 2 找出参量 气体在始末状态的参量p1 v1 t1及p2 v2 t2 3 认识过程 认清变化过程是正确选用物理规律的前提 4 列出方程 选用某一实验定律或气态方程 代入具体数值求解 并讨论结果的合理性 通关题组 1 在冬季 剩有半瓶热水的暖水瓶经过一个夜晚后 第二天拔瓶口的软木塞时觉得很紧 不易拔出来 其中主要原因是 a 软木塞受热膨胀b 瓶口因温度降低而收缩变小c 白天气温升高 大气压强变大d 瓶内气体因温度降低而压强减小 解析 选d 暖水瓶内密闭气体体积不变 经过一个夜晚后气体温度降低 由为恒量可知密闭气体压强减小 内外压强差变大 软木塞受到的压力变大 c错d对 软木塞和瓶口的体积不变 因此a b错 故选d 2 下列反映一定质量理想气体状态变化的图像中 能正确反映物理规律的是 a 图甲反映了气体的等容变化规律b 图乙反映了气体的等容变化规律c 图丙反映了气体的等压变化规律d 图丁反映了气体的等温变化规律 解析 选b 图甲反映的是等温过程 a错 图乙 图丙反映了气体的等容过程 b对c错 图丁中各点与两坐标轴围成的面积不等 不能反映气体的等温变化过程 d错 故选b 1 只要知道下列哪一组物理量 就可以估算出固体分子的直径 a 阿伏伽德罗常数 该固体的摩尔质量和质量b 阿伏伽德罗常数 该固体的摩尔质量和密度c 阿伏伽德罗常数 该固体的质量和体积d 该固体的质量 摩尔质量和体积 解析 选b 固体分子可看成紧密结合 要估算固体分子的直径 需要估算出分子的体积 a选项中不能估算出分子体积 a错 b选项中由摩尔质量和密度可得摩尔体积 利用阿伏伽德罗常数 可估算出分子体积 b对 c d选项中都无法估算出分子体积 c d错 故选b 2 2013 福建高考 下列四幅图中 能正确反映分子间作用力f和分子势能ep随分子间距离r变化关系的图线是 解析 选b 当r r0时引力与斥力的合力为零 即分子力为零 a d错 当分子间的距离大于或小于r0时 分子力做负功 分子势能增加 r r0时分子势能最小 b对 c错 3 2013 福建高考 某自行车轮胎的容积为v 里面已有压强为p0的空气 现在要使轮胎内的气压增大到p 设充气过程为等温过程 空气可看作理想气体 轮胎容积保持不变 则还要向轮胎内充入温度相同 压强也是p0 体积为 的空气 解析 选c 设将要充入的气体的体积为v 据玻意耳定律有p0 v v pv 解得v 1 v 故选c 4 关于热力学定律和分子动理论 下列说法正确的是 a 一定量气体吸收热量 其内能一定增大b 不可能使热量由低温物体传递到高温物体c 若两分子间距离增大 分子势能一定增大d 若两分子间距离减小 分子间引力和斥力都增大 解析 选d 据热力学第一定律 u w q可知气体吸收热量对外做功 内能不一定增大 a错 热量可以由低温物体传递到高温物体但要引起其他变化 b错 两分子间距离减小 分子间引力和斥力都增大 d对 当分子间作用力表现为斥力时 距离增大 分子势能减小 c错 5 2013 漳州二模 r f ep分别表示分子间距 分子力和分子势能 而当r r0时 f 0 于是有 a 当r r0时 f越大 ep越大b 当r r0时 f越大 ep越小c 当r r0时 f越大 ep越大d 当r r0时 f越大 ep越小 解析 选c 当r r0时 f随r的变化呈非单调变化 而ep随r的增大则单调增大 这表明 在r r0的区域内 ep随f的变化呈非单调变化 所以选项a b均错误 当r r0时 f随r增大呈单调减小的变化 ep随r增大呈单调减小的变化 这表明 在r r0的区域内 ep随f的增大呈单调增大的变化 所以选项c正确 d错误 6 下列说法正确的是 a 某种液体的饱和蒸汽压与温度有关b 物体内所有分子热运动动能的总和就是物体的内能c 气体的温度升高 每个分子的动能都增大d 所有晶体都具有各向异性的特点 解析 选a 某种液体的饱和蒸汽压与温度有关 选项a正确 物体内所有分子热运动动能和分子势能的总和就是物体的内能 选项b错误 气体的温度升高 分子平均动能增大 不是每个分子的动能都增大 选项c错误 不是所有晶体都具有各向异性的特点 如多晶体具有各向同性的特点 选项d错误 7 2013 漳州二模 为了将空气装入气瓶内 现将一定质量的空气等温压缩 空气可视为理想气体 下列图像能正确表示该过程中空气的压强p和体积v关系的是 解析 选b 等温变化时 根据pv c p与成正比 所以p 图像是一条通过原点的直线 故正确选项为b 8 如图所示 两端开口 粗细均匀的u型玻璃管开口向上竖直放置 两段水银柱中间封有一定质量的理想气体 其液面高度差如图所示 如果向右管缓慢倒入少量水银后 图中的h1 h2将如何变化 a h1不变 h2不变b h1不变 h2变小c h1变大 h2不变d h1变大 h2变小 解析 选d 设右管密闭气体上方水银柱高度为h 则密闭气体的压强p p0 h p0 h1 当向右管缓慢倒入少量水银后 h增大 p变大 h1变大 a b错 由于缓慢倒入水银过程可看做等温过程 据pv为恒量可知密闭气体体积变小 h2变小 c错 d对 9 2013 山东高考 下列关于热现象的描述正确的一项是 a 根据热力学定律 热机的效率可以达到100 b 做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的c 温度是描述热运动的物理量 一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统