（全国通用）高三物理一轮复习 第十一章 热学（选修33）.doc

第十一章 热学备考指南考 点内 容要求考 点内 容要求一、分子动理论内能分子动理论的基本观点和实验依据二、固体、液体和气体固体的微观结构、晶体和非晶体液晶的微观结构阿伏加德罗常数液体的表面张力现象气体分子运动速率的统计分布气体实验定律理想气体温度是分子平均动能的标志、内能饱和蒸气、未饱和蒸气、饱和蒸气压相对湿度中学物理中涉及的国际单位制的基本单位和其他物理量的单位三、热力学定律与能量守恒定律热力学第一定律能量守恒定律热力学第二定律实验十二用油膜法估测分子的大小把握考情找规律：在新课标省区的高考中，对该部分内容的考查只在选考题部分出现，考查的知识不会面面俱到，重点考查分子动理论、阿伏加德罗常数的应用、气体实验定律及热力学第一定律等知识。明热点：预计在2017年高考中，对本部分内容的考查仍将以分子动理论、热力学定律及气体状态方程的应用为主。第1节 分子动理论 内能(1)布朗运动是液体分子的无规则运动。()(2)温度越高，布朗运动越剧烈。()(3)分子间的引力和斥力都随分子间距的增大而增大。()(4)33 c240 k。()(5)分子动能指的是由于分子定向移动具有的能。 ()(6)当分子力表现为引力时，分子势能随分子间距离的增大而增大。()(7)内能相同的物体，它们的分子平均动能一定相同。()要点一微观量的估算1两种分子模型物质有固态、液态和气态三种情况，不同物态下应将分子看成不同的模型。(1)固体、液体分子一个一个紧密排列，可将分子看成球形或立方体形，如图1111所示，分子间距等于小球的直径或立方体的棱长，所以d (球体模型)或d(立方体模型)。图1111(2)气体分子不是一个一个紧密排列的，它们之间的距离很大，所以气体分子的大小不等于分子所占有的平均空间。如图1112所示，此时每个分子占有的空间视为棱长为d的立方体，所以d。图11122宏观量与微观量的转换桥梁作为宏观量的摩尔质量mmol 、摩尔体积vmol 、密度与作为微观量的分子直径d、分子质量m、每个分子的体积v0都可通过阿伏加德罗常数联系起来。如下所示。(1)一个分子的质量：m。(2)一个分子所占的体积：v0(估算固体、液体分子的体积或气体分子平均占有的空间)。(3)1 mol 物质的体积：vmol。(4)质量为m的物体中所含的分子数：nna。(5)体积为v的物体中所含的分子数：nna。多角练通1(2016盐城二模)某教室的空间体积约为 120 m3。试计算在标准状况下，教室里空气分子数。已知：阿伏加德罗常数na6.01023mol1，标准状况下摩尔体积v022.4103 m3。(计算结果保留一位有效数字)解析：设空气摩尔数为n，则n，设气体分子数为n，则nnna，代入数据联立求解得：n31027个。答案：31027个2冬天到了，很多人用热水袋取暖。现有一中号热水袋，容积为1 000 cm3，正常使用时，装水量为80%，请估算该热水袋中水分子的数目约为多少个？(计算结果保留1位有效数字，已知1 mol水的质量为18 g，水的密度取1.0103 kg/m3，阿伏加德罗常数取61023 mol1)解析：热水袋内水的物质的量为n热水袋内水分子数为nnna代入数值得n31025个。答案：31025个3(2015海南高考)已知地球大气层的厚度h远小于地球半径r，空气平均摩尔质量为m，阿伏加德罗常数为na，地面大气压强为p0，重力加速度大小为g。由此可以估算得，地球大气层空气分子总数为_，空气分子之间的平均距离为_。解析：设大气层中气体的质量为m，由大气压强产生的原因可知mgp0s，即：m，分子数n，假设每个分子占据一个小立方体，各小立方体紧密排列，则小立方体边长即为空气分子平均间距，设为a，大气层中气体总体积为v，a，而v4r2h，所以a。答案：要点二布朗运动与分子热运动布朗运动与分子热运动的比较如下布朗运动分子热运动共同点都是无规则运动，都随温度的升高而变得更加剧烈不同点小颗粒的运动分子的运动使用光学显微镜观察使用电子显微镜观察联系布朗运动是由于小颗粒受到周围分子热运动的撞击力而引起的，反映了分子做无规则运动多角练通1(多选)下列关于布朗运动的说法，正确的是()a布朗运动是液体分子的无规则运动b液体温度越高，悬浮粒子越小，布朗运动越剧烈c布朗运动是由于液体各个部分的温度不同而引起的d布朗运动是由液体分子从各个方向对悬浮粒子撞击作用的不平衡引起的解析：选bd布朗运动是悬浮颗粒的无规则运动，a错误；温度越高，颗粒越小，布朗运动越剧烈，b正确；布朗运动是液体分子撞击的不平衡引起的，间接反映了液体分子的无规则运动，c错误，d正确。2(多选)(2015全国卷)关于扩散现象，下列说法正确的是()a温度越高，扩散进行得越快b扩散现象是不同物质间的一种化学反应c扩散现象是由物质分子无规则运动产生的d扩散现象在气体、液体和固体中都能发生e液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的解析：选acd根据分子动理论，温度越高，扩散进行得越快，故a正确；扩散现象是由物质分子无规则运动产生的，不是化学反应，故c正确、b错误；扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，故d正确；液体中的扩散现象不是由于液体的对流形成的，是液体分子无规则运动产生的，故e错误。3(2016台州模拟)小张在显微镜下观察水中悬浮的细微粉笔末的运动。他把小颗粒每隔一定时间的位置记录在坐标纸上，如图1113所示，下列判断正确的是()图1113a图中的折线就是粉笔末的运动轨迹b图中的折线就是水分子的运动轨迹c从整体上看粉笔末的运动是无规则的d图中折线表明水分子在短时间内运动是有规则的解析：选c粉笔末在水分子的无规则碰撞作用下做布朗运动，图中是每隔一定时间记录粉笔末的位置，而不是记录其运动轨迹，粉笔末的运动轨迹是不可能通过这类实验记录下来的，正确的答案只有c项。要点三分子力、分子势能与分子间距离的关系分子力f、分子势能ep与分子间距离r的关系图线如图1114所示(取无穷远处分子势能ep0)。图1114(1)当rr0时，分子力为引力，当r增大时，分子力做负功，分子势能增加。(2)当rr0时，分子力为斥力，当r减小时，分子力做负功，分子势能增加。(3)当rr0时，分子势能最小。典例(2016济南三模)如图1115所示，甲分子固定于坐标原点o，乙分子从无穷远a处由静止释放，在分子力的作用下靠近甲。图中b点合外力表现为引力，且为数值最大处，d点是分子靠得最近处。则下列说法正确的是()图1115a乙分子在a点势能最小b乙分子在b点动能最大c乙分子在c点动能最大d乙分子在d点加速度为零解析乙分子由a运动到c，分子力表现为引力，分子力做正功，动能增大，分子势能减小，所以乙分子在c处分子势能最小，在c处动能最大，故a、b错误，c正确；由题图可知，乙在d点时受到的分子力最大，所以乙分子在d处的加速度最大，故d错误。答案c方法规律(1)分子势能在平衡位置有最小值，无论分子间距离如何变化，靠近平衡位置，分子势能减小，反之增大。(2)判断分子势能的变化有两种方法看分子力的做功情况。直接由分子势能与分子间距离的关系图线判断，但要注意其和分子力与分子间距离的关系图线的区别。针对训练1(2016岳阳二模)两个分子相距r1时，分子力表现为引力，相距r2时，分子力表现为斥力，则()a相距r1时，分子间没有斥力存在b相距r2时的斥力大于相距r1时的斥力c相距r2时，分子间没有引力存在d相距r1时的引力大于相距r2时的引力解析：选b分子间的相互作用力由引力f引和斥力f斥两部分组成，这两种力同时存在，实际的分子力是引力和斥力的合力，故a、c错误；两个分子相距为r1，分子间的相互作用力表现为引力，相距为r2时，表现为斥力，故r1r2；分子间的引力和斥力都随着分子间距的增加而减小，故相距为r2时，分子间的斥力大于相距为r1时的斥力，相距r2时分子间的引力大于相距r1时的引力，故b正确，d错误。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rr0时，分子间作用力f0，分子势能ep最小，排除a、c、d，选b。3(多选)(2016宝鸡联考)如图1116，甲分子固定在坐标原点o，乙分子位于x轴上，两分子之间的相互作用力f与两分子间距离x的关系如图中曲线所示，f0为斥力，f0为引力，a、b、c、d为x轴上四个特定的位置，现把乙分子从a处由静止释放，则()图1116a乙分子从a到b做加速运动，由b到c做减速运动b乙分子从a到c做加速运动，经过c点时速度最大c乙分子由a到c的过程中，两分子的势能一直减少d乙分子由a到d的过程中，两分子的势能一直减少解析：选bc根据图像可以看出分子力的大小变化，在横轴下方的为引力，上方的为斥力，把乙分子沿x轴负方向从a处移动到d处过程中，在c位置分子间作用力最小。乙分子由a到c一直受引力，随距离减小，分子力做正功，分子势能减小；从c到d分子力是斥力且不断增大，随距离减小分子力做负功，分子势能增大，故在c位置分子势能最小，动能最大。故b、c正确，a、d错误。要点四物体的内能1物体的内能与机械能的比较内能机械能定义物体中所有分子热运动动能与分子势能的总和物体的动能、重力势能和弹性势能的统称决定因素与物体的温度、体积、物态和分子数有关跟宏观运动状态、参考系和零势能点的选取有关量值任何物体都有内能可以为零测量无法测量可测量本质微观分子的运动和相互作用的结果宏观物体的运动和相互作用的结果运动形式热运动机械运动联系在一定条件下可以相互转化，能的总量守恒2内能和热量的比较内能热量区别是状态量，状态确定系统的内能随之确定。一个物体在不同的状态下有不同的内能是过程量，它表示由于热传递而引起的内能变化过程中转移的能量联系在只有热传递改变物体内能的情况下，物体内能的改变量在数值上等于物体吸收或放出的热量典例(多选)(2016天水模拟)关于物体的内能、温度和分子的平均动能，下列说法正确的是()a温度低的物体内能一定小b温度低的物体分子平均动能一定小c外界对物体做功时，物体的内能不一定增加d物体自由下落时速度增大，所以物体分子的平均动能也增大解析物体的内能与温度、体积、物质的量均有关，物体的温度低，其分子平均动能一定小，但其内能不一定小，a错误，b正确；外界对物体做功，物体同时向外界散热，其内能不一定增加，c正确；物体的运动速度大，其运动的动能增大，但物体内部分子的平均热运动动能不一定增大，d错误。答案bc方法规律分析物体的内能问题的技巧分析物体的内能问题应当明确以下四点：(1)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。(2)决定内能大小的因素为温度、体积、分子数，还与物态有关系。(3)通过做功或热传递可以改变物体的内能。(4)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。针对训练1(2014北京高考)下列说法中正确的是()a物体温度降低，其分子热运动的平均动能增大b物体温度升高，其分子热运动的平均动能增大c物体温度降低，其内能一定增大d物体温度不变，其内能一定不变解析：选b根据温度是分子平均动能的标志知，温度升高，分子热运动的平均动能增大；温度降低，分子热运动的平均动能减小，选项a错误，b正确。理想气体的温度升高，内能增大；温度降低，内能减小，选项c错误。晶体熔化或凝固时温度不变，但是内能变化，熔化时吸收热量，内能增大；凝固时放出热量，内能减小，选项d错误。2(多选)(2016唐山摸底)对于分子动理论和物体内能的理解，下列说法正确的是()a温度高的物体内能不一定大，但分子平均动能一定大b外界对物体做功，物体内能一定增加c温度越高，布朗运动越显著d当分子间的距离增大时，分子间作用力就一直减小e当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的减小而增大解析：选ace温度高的物体分子平均动能一定大，但是内能不一定大，选项a正确；外界对物体做功，若物体散热，物体内能不一定增加，选项b错误；温度越高，布朗运动越显著，选项c正确；当分子间的距离增大时，分子间作用力可能先增大后减小，选项d错误；当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的减小而增大，选项e正确。对点训练：微观量的估算1(多选)(2016大连模拟)某气体的摩尔质量为mmol，摩尔体积为vmol，密度为，每个分子的质量和体积分别为m和v0，则阿伏加德罗常数na不可表示为()anabnacna dna解析：选cd阿伏加德罗常数na，其中v应为每个气体分子所占有的体积，而v0是气体分子的体积，故c错误。d中v0不是气体分子的质量，因而也是错误的。2(2015郑州模拟)很多轿车为了改善夜间行驶时的照明问题，在车灯的设计上选择了氙气灯，因为氙气灯灯光的亮度是普通灯灯光亮度的3倍，但是耗电量仅是普通灯的一半，氙气灯使用寿命则是普通灯的5倍，很多车主会选择含有氙气灯的汽车，若氙气充入灯头后的容积v1.6 l，氙气密度6.0 kg/m3。已知氙气摩尔质量m0.131 kg/mol，阿伏加德罗常数na61023mol1。试估算：(结果保留一位有效数字)(1)灯头中氙气分子的总个数n；(2)灯头中氙气分子间的平均距离。解析：(1)设氙气的物质的量为n，则n，氙气分子的总数nna41022个。(2)每个分子所占的空间为v0设分子间平均距离为a，则有v0a3，即a 3109 m。答案：(1)41022(个)(2)3109 m对点训练：布朗运动与扩散现象3(多选)(2015山东高考)墨滴入水，扩而散之，徐徐混匀。关于该现象的分析正确的是()a混合均匀主要是由于碳粒受重力作用b混合均匀的过程中，水分子和碳粒都做无规则运动c使用碳粒更小的墨汁，混合均匀的过程进行得更迅速d墨汁的扩散运动是由于碳粒和水分子发生化学反应引起的解析：选bc墨滴入水，最后混合均匀，这是扩散现象，碳粒做布朗运动，水分子做无规则的热运动；碳粒越小，布朗运动越明显，混合均匀的过程进行得越迅速，选项b、c正确。4(多选)(2015保定期末)我国已开展空气中pm2.5浓度的监测工作。pm2.5是指空气中直径等于或小于2.5 m的悬浮颗粒物，其飘浮在空中做无规则运动，很难自然沉降到地面，吸入后对人体形成危害。矿物燃料燃烧的排放物是形成pm2.5的主要原因。下列关于pm2.5的说法中正确的是()apm2.5的尺寸与空气中氧分子的尺寸的数量级相当bpm2.5在空气中的运动属于分子热运动cpm2.5的运动轨迹只是由大量空气分子对pm2.5无规则碰撞的不平衡决定的d倡导低碳生活，减少煤和石油等燃料的使用，能有效减小pm2.5在空气中的浓度epm2.5必然有内能解析：选depm2.5的尺寸比空气中氧分子的尺寸大得多，a错误；pm2.5在空气中的运动不属于分子热运动，b错误；pm2.5的运动轨迹是由大量空气分子对pm2.5无规则碰撞的不平衡和气流的运动决定的，c错误；倡导低碳生活，减少煤和石油等燃料的使用，能有效减小pm2.5在空气中的浓度，pm2.5必然有内能，d、e正确。对点训练：分子力、分子势能与分子间距离的关系5(2016石家庄质检)如图1所示，用细线将一块玻璃板水平地悬挂在弹簧测力计下端，并使玻璃板贴在水面上，然后缓慢提起弹簧测力计，在玻璃板脱离水面的一瞬间，弹簧测力计读数会突然增大，主要原因是()图1a水分子做无规则热运动b玻璃板受到大气压力作用c水与玻璃间存在万有引力作用d水与玻璃间存在分子引力作用解析：选d在玻璃板脱离水面的一瞬间，弹簧测力计读数会突然增大的主要原因是：水与玻璃间存在分子引力作用，选项d正确。6(2015广州二模)气体温度升高，则该气体()a每个分子的体积都增大b每个分子的动能都增大c速率大的分子数量增多d分子间引力和斥力都增大解析：选c温度是分子平均动能的标志，气体温度升高，平均动能增大，但不是每个分子的动能都增大；速率大的分子数量增多；温度升高，气体的体积不一定大，更不会影响单个分子的体积，分子间的作用力大小不能判断。故选c。7(多选)关于分子间作用力，下列说法中正确的是(r0为分子间的平衡位置)()a当分子间距离为r0时，它们之间既没有引力，也没有斥力b分子间的平衡距离r0可以近似看成分子直径的大小，其数量级为1010mc两个分子间的距离由较大逐渐减小到rr0的过程中，分子力先增大后减小，分子力表现为引力d两个分子间的距离由极小逐渐增大到rr0的过程中，引力和斥力都同时减小，分子力表现为斥力解析：选bcd分子之间的引力和斥力是同时存在的，rr0时合力等于零，但引力和斥力仍存在，a错；r0可看成是分子直径的大小，数量级为1010 m，b对；rr0时分子力表现为引力，在无穷远处分子力趋于零，分子间距由较大逐渐减小到rr0的过程中，分子力先增大后减小，c对；rr0时分子力表现为斥力，分子间距由极小增大到rr0的过程中，分子间的引力和斥力都同时减小，d对。8(2015焦作二模)甲和乙两个分子，设甲固定不动，乙从无穷远处(此时分子间的分子力可忽略，取无穷远时它们的分子势能为0)逐渐向甲靠近直到不能再靠近的过程中()a分子间的引力和斥力都在减小b分子间作用力的合力一直增大c分子间的力先做负功后做正功d分子势能先减小后增大解析：选d分子间的引力和斥力都随分子之间距离的减小而增大，故a错误；开始时由于两分子之间的距离大于r0，分子力表现为引力，并且随距离的减小，先增大后减小；当分子间距小于r0，分子力为斥力，随分子距离的减小而增大，故b错误；开始时由于两分子之间的距离大于r0，因此分子力为引力，当相互靠近时分子力做正功，分子势能减少；当分子间距小于r0，分子力为斥力，相互靠近时，分子力做负功，分子势能增加，故c错误，d正确。9(2013全国卷)两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动，直至不再靠近。在此过程中，下列说法正确的是()a分子力先增大，后一直减小b分子力先做正功，后做负功c分子动能先增大，后减小d分子势能先增大，后减小e分子势能和动能之和不变解析：选bce分子力应先增大，后减小，再增大，所以a选项错误；分子力先为引力，做正功，再为斥力，做负功，b选项正确；根据动能定理可知分子动能先增大后减小，分子势能先减小后增大，分子动能和分子势能之和保持不变，所以c、e选项正确，d错误。10分子势能与分子力随分子间距离r变化的情况如图2甲所示。现将甲分子固定在坐标原点o，乙分子只受两分子间的作用力沿x轴正方向运动，两分子间的分子势能ep与两分子间距离x的变化关系如图乙所示。设在移动过程中两分子所具有的总能量为0，则()图2a乙分子在p点时加速度最大b乙分子在q点时分子势能最小c乙分子在q点时处于平衡状态d乙分子在p点时分子动能最大解析：选d根据题意，乙分子的分子动能和两分子间的分子势能之和为零，所以当分子势能最小时，乙分子的分子动能最大；当分子势能为零时，乙分子的分子动能也为零。再观察题图乙可知，乙分子在p点时分子势能最小，乙分子的分子动能最大，此处分子力为零，加速度为零，选项a错误，d正确。乙分子在q点时分子势能为零，乙分子的分子动能也为零，分子动能最小，分子势能最大，此处，分子力不为零，加速度不为零，选项b、c错误。对点训练：物体的内能11(2015潍坊一模)下列说法正确的是()a0 c的冰与0 c的水分子的平均动能相同b温度高的物体内能一定大c分子间作用力总是随分子间距离的增大而减小d随着制冷技术的不断提高，绝对零度一定能在实验室中达到解析：选a温度是分子平均动能的标志，a正确；物体的内能与温度、体积、物质的量相联系，b错误；当rr0时，分子间作用力随分子间距离的增大而减小，当rr0时，分子间作用力随分子间距离的增大先增大后减小，c错误；绝对零度不可能达到，d错误。12(2015广州二模)子弹射入静止于光滑水平地面上的木块，则()a做功使木块的内能增大b热传递使木块的动能增大c子弹损失的机械能等于木块增加的内能d子弹损失的机械能等于木块增加的动能解析：选a子弹与木块之间的摩擦力做功，使子弹和木块的内能都增大，a项正确、b项错；子弹损失的能量转化为木块的动能以及系统的内能，故c、d项错。13下列关于温度及内能的说法中正确的是()a温度是分子平均动能的标志，所以两个动能不同的分子相比，动能大的温度高b两个不同的物体，只要温度和体积相同，内能就相同c质量和温度相同的冰和水，内能是相同的d一定质量的某种物质，即使温度不变，内能也可能发生变化解析：选d温度是大量分子热运动的客观体现，单个分子不能比较温度大小，a错误；物质的内能由温度、体积、物质的量共同决定，故b、c均错误；一定质量的某种物质，温度不变而体积发生变化时，内能也可能发生变化，d正确。14(多选)气态的n2可视为理想的气体，对于一定质量的n2在不同物态下的内能，下列说法中正确的是()a固态的n2熔化为同温度的液态n2时内能增大b固态的n2熔化为同温度的液态n2时，由于分子力做负功将分子动能转化为分子势能，即其内能保持不变c液态n2汽化为同温度的气体时内能增大d气态的n2温度升高时内能因所有分子动能增大而增大解析：选ac固态的n2熔化为同温度的液态n2时因需要吸收热量其内能增大，a正确，b错误；液态n2汽化为同温度的气体时，因为分子的平均动能只与物体的温度有关，所以n2的分子平均动能不变，而分子势能增大，即内能增大，c正确；气态的n2温度升高时，分子的平均动能增大，但并不是所有分子的动能都增大，d错误。考点综合训练15以下说法正确的是()a无论什么物质，只要它们的摩尔数相同就含有相同的分子数b分子引力不等于分子斥力时，违背了牛顿第三定律c1 g氢气和1 g氧气含有的分子数相同，都是6.021023个d阳光从缝隙射入教室，从阳光中看到的尘埃的运动就是布朗运动解析：选a一摩尔任何物质都含有阿伏加德罗常数个分子，a正确；分子引力与分子斥力不是一对作用力和反作用力，它们的大小不一定相等，b错误；氢气分子和氧气分子的质量不同，所以1 g氢气和1 g氧气含有的分子数不同，c错误；布朗运动只有在显微镜下才能看到，人的肉眼是看不到的，从阳光中看到的尘埃的运动是物体的机械运动，d错误。16已知气泡内气体的密度为1.29 kg/m3，平均摩尔质量为0.029 kg/mol。阿伏加德罗常数na6.021023 mol1，取气体分子的平均直径为21010 m。若气泡内的气体能完全变为液体，请估算液体体积与原来气体体积的比值。(结果保留1位有效数字)解析：设气体体积为v0，变为液体后体积为v1，气体分子数nna，v1n(或v1nd3)则d3na(或d3na)解得1104(91052104都对)。答案：1104(91052104皆可)第2节 固体、液体和气体,(1)大块塑料粉碎成形状相同的颗粒，每个颗粒即为一个单晶体。()(2)单晶体的所有物理性质都是各向异性的。()(3)晶体有天然规则的几何形状，是因为物质微粒是规则排列的。()(4)液晶是液体和晶体的混合物。()(5)船浮于水面上不是由于液体的表面张力。()(6)水蒸气达到饱和时，水蒸气的压强不再变化，这时，水不再蒸发和凝结。()(7)压强极大的气体不遵从气体实验定律。()要点一固体、液体的性质1晶体和非晶体(1)单晶体具有各向异性，但不是在各种物理性质上都表现出各向异性。(2)只要是具有各向异性的物体必定是晶体，且是单晶体。(3)只要是具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体。(4)晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。2液体表面张力形成原因表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大，分子间的相互作用力表现为引力表面特性表面层分子间的引力使液面产生了表面张力，使液体表面好像一层绷紧的弹性薄膜表面张力的方向和液面相切，垂直于液面上的各条分界线表面张力的效果表面张力使液体表面具有收缩趋势，使液体表面积趋于最小，而在体积相同的条件下，球形的表面积最小多角练通1(2016广东第二次大联考)下列说法正确的是()a气体的内能是分子热运动的平均动能与分子间势能之和b气体的温度变化时，气体分子的平均动能一定改变c晶体有固定的熔点且物理性质各向异性d在完全失重的环境中，空中的水滴是个标准的球体e金属在各个方向具有相同的物理性质，但它是晶体解析：选bde由热力学知识知：气体的内能是分子热运动的动能与分子间势能之和，a错误；气体的温度变化时，气体分子的平均动能变化，b正确；晶体分为单晶体和多晶体，单晶体具有各向异性，多晶体是各向同性的，c错误；完全失重情况下，液体各方向的力都一样，所以会成为一个标准的球形，d正确；通常金属在各个方向具有相同的物理性质，它为多晶体，e正确。2(多选)(2015全国卷)下列说法正确的是()a将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是非晶体b固体可以分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上有不同的光学性质c由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体d在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体e在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，内能也保持不变解析：选bcd将一晶体敲碎后，得到的小颗粒仍是晶体，故选项a错误。单晶体具有各向异性，有些单晶体沿不同方向上的光学性质不同，故选项b正确。金刚石和石墨由同种元素构成，但由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体，故选项c正确。晶体与非晶体在一定条件下可以相互转化，如天然水晶是晶体，熔融过的水晶(即石英玻璃)是非晶体，也有些非晶体在一定条件下可转化为晶体，故选项d正确。熔化过程中，晶体的温度不变，但内能改变，故选项e错误。要点二气体压强的产生与计算1产生的原因由于大量分子无规则运动而碰撞器壁，形成对器壁各处均匀、持续的压力，作用在器壁单位面积上的压力叫做气体的压强。2决定因素(1)宏观上：决定于气体的温度和体积。(2)微观上：决定于分子的平均动能和分子的密集程度。3平衡状态下气体压强的求法液片法选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程，消去面积，得到液片两侧压强相等方程，求得气体的压强力平衡法选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得气体的压强等压面法在连通器中，同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等。液体内深h处的总压强pp0gh，p0为液面上方的压强4加速运动系统中封闭气体压强的求法选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象，进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程求解。典例如图1121所示，一气缸水平固定在静止的小车上，一质量为m，面积为s的活塞将一定量的气体封闭在气缸内，平衡时活塞与气缸底相距l。现让小车以一较小的水平恒定加速度向右运动，稳定时发现活塞相对于气缸移动了距离d。已知大气压强为p0，不计气缸和活塞间的摩擦；且小车运动时，大气对活塞的压强仍可视为p0；整个过程温度保持不变。求小车加速度的大小。图1121解析设小车加速度大小为a，稳定时气缸内气体的压强为p1，则活塞受到气缸内外气体的压力分别为：f1p1s，f0p0s由牛顿第二定律得：f1f0ma小车静止时，在平衡情况下，气缸内气体的压强应为p0。由玻意耳定律得：p1v1p0v0式中v0sl，v1s(ld)联立以上各式得：a答案方法规律封闭气体压强的求解方法封闭气体的压强，不仅与气体的状态变化有关，还与相关的水银柱、活塞、气缸等物体的受力情况和运动状态有关。解决这类问题的关键是要明确研究对象，然后分析研究对象的受力情况，再根据运动情况，列研究对象的力学方程，然后解方程，就可求得封闭气体的压强。针对训练1(多选)(2016聊城模拟)对于一定质量的理想气体，下列论述中正确的是()a若单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，压强一定变大b若单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，压强可能不变c若气体的压强不变而温度降低时，则单位体积内分子个数一定增加d若气体的压强不变而温度降低时，则单位体积内分子个数可能不变e气体的压强由温度和单位体积内的分子个数共同决定解析：选ace单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，单位面积上的碰撞次数和碰撞的平均力都增大，因此这时气体压强一定增大，故a正确，b错误；若气体的压强不变而温度降低时，气体分子热运动的平均动能减小，则单位体积内分子个数一定增加，故c正确，d错误；气体的压强与气体的温度和单位体积内的分子个数共同决定，e正确。2(2016廊坊期末)如图1122所示，一圆筒形气缸静止于地面上，气缸的质量为m，活塞(连同手柄)的质量为m，气缸内部的横截面积为s，大气压强为p0，平衡时气缸内的容积为v。现用手握住活塞手柄缓慢向上提。设气缸足够长，不计气缸内气体的重力和活塞与气缸壁间的摩擦，求开始气缸内封闭气体的压强和刚提离地面时封闭气体的压强。图1122解析：开始时由于活塞处于静止，由平衡条件可得p0smgp1s，则p1p0当气缸刚提离地面时气缸处于静止，气缸与地面间无作用力，因此由平衡条件可得p2smgp0s则p2p0。答案：p0p03若已知大气压强为p0，在图1123中各装置均处于静止状态，图中液体密度均为，求被封闭气体的压强。图1123解析：在甲图中，以高为h的液柱为研究对象，由二力平衡知p气sghsp0s所以p气p0gh在图乙中，以b液面为研究对象，由平衡方程f上f下有：p气spghsp0sp气p0gh在图丙中，仍以b液面为研究对象，有p气ghsin 60pbp0所以p气p0gh在图丁中，以液面a为研究对象，由二力平衡得p气s(p0gh1)s所以p气p0gh1。答案：甲：p0gh乙：p0gh丙：p0gh丁：p0gh1要点三气体实验定律的应用1三大气体实验定律(1)玻意耳定律(等温变化)：p1v1p2v2或pvc(常数)。(2)查理定律(等容变化)：或c(常数)。(3)盖吕萨克定律(等压变化)：或c(常数)。2利用气体实验定律解决问题的基本思路典例(2015全国卷)如图1124所示，一固定的竖直气缸由一大一小两个同轴圆筒组成，两圆筒中各有一个活塞。已知大活塞的质量为m12.50 kg，横截面积为s180.0 cm2；小活塞的质量为m21.50 kg，横截面积为s240.0 cm2；两活塞用刚性轻杆连接，间距保持为l40.0 cm；气缸外大气的压强为p1.00105 pa，温度为t303 k。初始时大活塞与大圆筒底部相距，两活塞间封闭气体的温度为t1495 k。现气缸内气体温度缓慢下降，活塞缓慢下移。忽略两活塞与气缸壁之间的摩擦，重力加速度大小g取10 m/s2。求：图1124(1)在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间，气缸内封闭气体的温度；(2)缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时，缸内封闭气体的压强。解析(1)设初始时气体体积为v1，在大活塞与大圆筒底部刚接触时，缸内封闭气体的体积为v2，温度为t2。由题给条件得v1s1s2v2s2l在活塞缓慢下移的过程中，用p1表示缸内气体的压强，由力的平衡条件得s1(p1p)m1gm2gs2(p1p)故缸内气体的压强不变。由盖吕萨克定律有联立式并代入题给数据得t2330 k(2)在大活塞与大圆筒底部刚接触时，被封闭气体的压强为p1。在此后与气缸外大气达到热平衡的过程中，被封闭气体的体积不变。设达到热平衡时被封闭气体的压强为p，由查理定律，有联立式并代入题给数据得p1.01105 pa。答案(1)330 k(2)1.01105 pa易错提醒(1)大活塞与筒底接触之前，两活塞处于动态平衡， 受力不变，气体的压强也不变。(2)大活塞与筒底接触之后，气体的体积不再变化，随着温度的继续降低，气体压强减小。针对训练1(2015山东高考)扣在水平桌面上的热杯盖有时会发生被顶起的现象。如图1125所示，截面积为s的热杯盖扣在水平桌面上，开始时内部封闭气体的温度为300 k，压强为大气压强p0。当封闭气体温度上升到303 k时，杯盖恰好被整体顶起，放出少许气体后又落回桌面，其内部气体压强立刻减为p0，温度仍为303 k。再经过一段时间，内部气体温度恢复到300 k。整个过程中封闭气体均可视为理想气体。求：图1125(1)当温度上升到303 k且尚未放气时，封闭气体的压强；(2)当温度恢复到300 k时，竖直向上提起杯盖所需的最小力。解析：(1)以开始封闭的气体为研究对象，由题意可知，初状态温度t0300 k，压强为p0，末状态温度t1303 k，压强设为p1，由查理定律得代入数据得p1p0。(2)设杯盖的质量为m，刚好被顶起时，由平衡条件得p1sp0smg放出少许气体后，以杯盖内的剩余气体为研究对象，由题意可知，初状态温度t2303 k，压强p2p0，末状态温度t3300 k，压强设为p3，由查理定律得设提起杯盖所需的最小力为f，由平衡条件得fp3sp0smg联立式，代入数据得fp0s。答案：(1)p0(2)p0s2(2015海南高考)如图1126所示，一底面积为s，内壁光滑的圆柱形容器竖直放置在水平地面上，开口向上，内有两个质量均为m的相同活塞a和b；在a和b之间、b与容器底面之间分别封有一定量的同样的理想气体，平衡时体积均为v。已知容器内气体温度始终不变，重力加速度大小为g，外界大气压强为p0。现假设活塞b发生缓慢漏气，致使b最终与容器底面接触。求活塞a移动的距离。图1126解析：设平衡时，a与b之间、b与容器底面之间的气体压强分别为p1、p2，在漏气前，对a分析有p1p0，对b有p2p1b最终与容器底面接触后，ab间的压强为p，气体体积为v，则有pp0因为温度始终不变，对于混合气体有(p1p2)vpv 设活塞b厚度为d，漏气前a距离底面的高度为hd漏气后a距离底面的高度为hd联立可得hhh以上各式联立化简得h。答案：要点四理想气体状态方程的应用1理想气体(1)宏观上讲，理想气体是指在任何条件下始终遵守气体实验定律的气体，实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下，可视为理想气体。(2)微观上讲，理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力，分子本身没有体积，即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间。2状态方程：或c。3应用状态方程解题的一般步骤(1)明确研究对象，即某一定质量的理想气体；(2)确定气体在始末状态的参量p1、v1、t1及p2、v2、t2；(3)由状态方程列式求解；(4)讨论结果的合理性。典例(2016北京朝阳区二模)如图1127所示，有两个不计质量不计厚度的活塞m、n将两部分理想气体a、b封闭在绝热气缸内，温度均是27 。m活塞是导热的，n活塞是绝热的，均可沿气缸无摩擦地滑动，已知活塞的横截面积均为s2 cm2，初始时m活塞相对于底部的高度为h127 cm，n活塞相对于底部的高度为h218 cm。现将一质量为m1 kg的小物体放在m活塞的上表面上，活塞下降。已知大气压强为p01.0105 pa。(g10 m/s2)图1127(1)求下部分气体的压强多大；(2)现通过加热丝对下部分气体进行缓慢加热，使下部分气体的温度变为127 ，求稳定后活塞m、n距离底部的高度。审题指导(1)m活塞是导热的，n活塞是绝热的，保证上部气体温度不变。(2)在放上小物体m，又对下部气体加热的过程中，下部分气体温度、压强、体积均变化，应用理想气体状态方程求解。解析(1)对两个活塞和重物作为整体进行受力分析得：psmgp0s得pp01.0105 pa pa1.5105 pa。(2)对下部分气体进行分析，初状态压强为p0，体积为h2s，温度为t1，末状态压强为p，体积设为h3s，温度为t2由理想气体状态方程可得：得：h3h218 cm16 cm对上部分气体进行分析，根据玻意耳定律可得：p0(h1h2)spls得：l6 cm故此时活塞m距离底端的距离为h416 cm6 cm22 cm。答案(1)1.5105 pa(2)22 cm16 cm针对训练1(2016贵州七校高三联考)如图1128所示，水平放置一个长方体的封闭气缸，用无摩擦活塞将内部封闭气体分为完全相同的a、b两部分。初始时两部分气体压强均为p、热力学温度均为t。使a的温度升高t而保持b部分气体温度不变。则a部分气体的压强增加量为多少？图1128解析：设温度升高后，ab压强增加量都为p，a部分气体升高温度后体积为va，由理想气体状态方程得：对b部分气体，升高温度后体积vb，由玻意耳定律得：pv(pp)vb两部分气体总体积不变：2vvavb解得：p。答案：2(2016佳木斯重点中学一模)如图1129所示，在两端封闭粗细均匀的竖直长管道内，用一可自由移动的活塞a封闭体积相等的两部分气体。开始时管道内气体温度都为t0500 k，下部分气体的压强p01.25105 pa，活塞质量m0.25kg，管道的内径横截面积s1cm2。现保持管道下部分气体温度不变，上部分气体温度缓慢降至t，最终管道内上部分气体体积变为原来的，若不计活塞与管道壁间的摩擦，g10 m/s2，求此时上部分气体的温度t。图1129解析：设初状态时两部分气体体积均为v0，对下部分气体，等温变化，根据玻意耳定律知：p0v0pv，其中：vv0解得：p1.25105 pa1105 pa对上部分气体，初态：p1p01105 pa末态：p2p0.75105 pa根据理想气体状态方程，有：解得：t281.25 k。答案：281.25 k要点五气体状态变化的图像问题一定质量的气体不同图像的比较过程类别图线特点示例等温过程p vpvct(其中c为恒量)，即pv之积越大的等温线温度越高，线离原点越远p pct，斜率kct，即斜率越大，温度越高等容过程p tpt，斜率k，即斜率越大，体积越小等压过程v tvt，斜率k，即斜率越大，压强越小典例(2016兰州一模)一定质量的理想气体体积v与热力学温度t的关系图像如图11210所示，气体在状态a时的压强pap0，温度tat0，线段ab与v轴平行，bc的延长线过原点。求：图11210(1)气体在状态b时的压强pb；(2)气体在状态c时的压强pc和温度tc。解析(1)a到b是等温变化，压强和体积成反比，根据玻意耳定律有：pavapbvb解得：pb。(2)由b到c是等压变化，根据盖吕萨克定律得：解得：tct0a到c是等容变化，根据查理定律得：解得：pc。答案(1)(2)方法规律气体状态变化的图像的应用技巧(1)明确点、线的物理意义：求解气体状态变化的图像问题，应当明确图像上的点表示一定质量的理想气体的一个平衡状态，它对应着三个状态参量；图像上的某一条直线段或曲线段表示一定质量的理想气体状态变化的一个过程。(2)明确斜率的物理意义：在vt图像(pt图像)中，比较两个状态的压强