热学高考复习PP.ppt

表 一 热学 知识点 考试要求 及近年来考查情况 热学 在全卷所占百分比 本单元内容在高考中所占比例较少 但考查形式多是独立命题 以选择题为主 在复习时必须注意这一特点 十二个考试知识点均为I级要求 没有突出的重点 在复习策略上应强化基础及简单应用为宜 2004年考纲中 规定 热学 在全卷所占百分比约6 江苏卷 在计算上要求较高的主要是物质微观结构与宏观结构的关系的计算 往往是由阿伏加德罗常数建立微观与宏观的关系 要求学生能正确建立空间物理模型和方程 本单元大多数内容属定性研究 应注意强化概念与规律的记忆和理解 注重使用物理概念和规律揭示现象 如布朗运动的解释 影响气体压强的因素 永动机不可能实现等 对近年来新增的知识点 如气体分子动理论 气体压强的微观意义 热力学第二定律 2004年考纲中又增加的 气体的体积 温度 压强之间的关系 必须予以足够的重视 尤其是热力学第二定律 学生在理解时有不少偏差 复习时应注意纠正 热力学第一定律是跟热现象有关的能量守恒定律 作为一种思想方法 较多地应用于力学与热学的综合题中 如机械能与气体内能的转化问题等 应注意培养学生的综合分析能力 三 复习要点 一 分子动理论1 分子动理论与其实验基础 1 分子动理论三个基本观点 物质是由大量分子组成的 分子永不停息地做无规则运动 分子之间存在着相互作用力 斥力和引力 三个观点中 分子的热运动是重点 它是认识热现象本质的基础 2 分子永不停息地做无规则热运动的实验事实有两个 扩散现象和布朗运动 扩散现象不仅说明物质分子在不停地运动着 同时还说明分子与分子之间有空隙 扩散现象是分子永停息地做无规则运动的直接表现 布朗运动说明分子在不停地做无规则运动 布朗运动是液体分子无规则运动的间接反映 例1 在较暗的房间里 从射进来的阳光中 可以看到悬浮在空气里的微粒在飞舞 这些微粒所做的运动 A 是布朗运动 B 不是布朗运动 C 自由落体运动 D 是由气流和重力所引起的运动答案 B D 例2 下列说法正确的是 A 分子的运动就是布朗运动 B 液体中悬浮的微粒越大 所受的冲力越大 布朗运动越明显 C 布朗运动是指液体中悬浮的固体微粒的无规则运动 D 物体运动的速度越大 内部分子的热运动就越激烈答案 C 2 摩尔质量 摩尔体积 分子质量 分子体积和阿伏加德罗常数的关系 1 阿伏加德罗常数 NA 是联系宏观量 摩尔质量MA 摩尔体积VA 和微观量 分子质量m0 分子体积Vo 的桥梁 2 一个分子质量m0与该物质的摩尔质量MA和阿伏加德罗常数的关系 m0 MA NA 适用于固 液 气三态 3 一个分子的体积Vo与该物质的摩尔体积VA和阿伏加德罗常数的关系 Vo VA NA 只适用于固体 液体分子的体积 对于气体则表示一个气体分子所占空间的大小 3 对微观量的估算 1 首先要建立微观模型 对液体 固体来说 微观模型是分子紧密排列的 将物质的摩尔体积分成NA个等份 每一等份就是一个分子的体积 若把分子看作小立方体 则每一等份就是一个小立方体 若把分子看作小球 则每一等份就是一个小球 由此可以估算出分子的体积和分子的直径 2 由于气体分子不是紧密排列的 所以上述微观模型对气体不适用 但上述微观模型可用来求气体分子间的距离 例如1mol的气体 在标准状态下的体积是22 4 10 3m3 将其分成NA个小立方体 每个小立方体中装一个气体分子 则小立方体的边长就是分子间的距离 注意 同质量的同一气体 在不同状态下的体积有很大的差别 不像液体 固定体积差别不大 所以求气体分子间的距离应说明实际状态 例3 阿伏加德罗常数为NA 铁的摩尔质量为MA 铁的密度为 下列说法中正确的是 A 1m3铁所含的原子数目是 NA MA B 1个铁原子的质量是MA NA C 1个铁原子占有的体积是MA NA D 1kg铁所含的原子数目是 NA答案 A B C 解后反思 分子的质量m0 分子的体积Vo和分子的直径d称为微观物理量 物体的质量M 体积V 密度 摩尔质量MA和摩尔体积VA称为宏观物理量 阿伏加德罗常数是联系宏观物理量与微观物理量的桥梁 应让学生熟悉常用的微观量与宏观量间的关系式 4 分子力 1 分子间的相互作用的引力和斥力是同时存在的 分子力是分子间引力和斥力的合力 2 引力和斥力的大小都跟分子间距离有关 分子力的大小也跟分子间距离有关 当分子间距离r r0时 分子间引力和斥力相平衡 此时分子力F 0 3 分子间引力 斥力和分子力随分子间距离r变化的规律如图 1 所示 注意 应该强调引力和斥力的 同时性 和变化特征 例4 关于分子间的相互作用力 下列说法正确的是 A 分子间的相互作用力和组成分子的原子内部的带电粒子间的相互作用力是一致的 B 分子间的相互作用力是引力还是斥力 跟分子间的距离有关 当分子间距离较大时 分子间就只有相互吸引的作用 当分子间距离较小时就只有相互推斥的作用 C 分子间的引力和斥力总是同时存在的 也总是同时变化的 D 温度越高 分子间的相互作用力就越大答案 C 二 内能 能的转化和守恒定律1 正确区分温度 热量 内能的概念要以分子动理论为依据 正确区分温度 热量 内能三个不同的物理概念 1 从分子动理论的观点看 温度是物体分子热运动的平均动能的标志 这是温度的微观含义 2 热量是由热传递使物体内能发生改变时 内能变化的量度 热量与物体的内能多少 温度高低无关 3 物体的内能是物体中所有分子做热运动的平均动能和分子势能的总和 内能跟物质的量 温度 体积有关 特别注意 一定量的理想气体的内能只考虑与温度有关 2 分子的平均动能和分子势能 1 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 注意 温度是大量分子的平均动能的标志 对个别分子来讲是无意义的 不同种物质的物体 如果温度相同 则它们的分子平均动能相同 但它们的分子的平均速率不同 分子的平均动能与物体运动的速度无关 2 分子的势能是由分子间相对位置所决定的 分子势能的改变是通过分子力做功来实现的 分子力做负功时 分子势能增大 分子力做正功时 分子势能减小 当分子间的距离小于r0时 随着分子间距离的减小 分子力做负功 分子势能增大 当分子间距离大于r0时 随着分子间距离的增大 分子力做负功 分子势能也增大 当分子间距离等于r0时 分子势能最小 当物体的体积改变时 分子间的距离随着改变 分子势能也会改变 所以分子势能的大小与物体的体积有关 分子势能与分子间距的关系 分子势能EP跟分子间距离r有关 若规定两个分子相距无限远时分子势能为零 则分子势能EP随分子间距离r变化的规律如图 2 所示 注意 图 1 和图 2 形状相似 但表述的意义不同 图 2 中 也可以将r轴下移 规定r r0时分子势能EP 0 例5 用r表示两个分子间的距离 Ep表示两个分子间相互作用的势能 当r r0时两分子间斥力等于引力 设两分子相距很远时EP 0 A 当r r0时 Ep随r的增大而增加 B 当r r0时 Ep随r的减小而增加 C 当r r0时 Ep不随r改变 D 当r r0时 Ep 0答案 A B 例6 1998年高考科研试题 x y两容器中装有相同质量的氦气 已知x中氦气的温度高于y中氦气的温度 但压强却低于y中氦气的压强 由此可知 A x中氦气分子的平均动能一定大于y中氦气分子的平均动能 B x中每个氦分子的动能一定都大于y中每个氦分子的动能 C x中动能大的氦气分子数一定大于y中动能大的氦气分子数 D x中氦分子的热运动一定比y中氦分子的热运动激烈答案 A C D 解后反思 热学研究的是大量分子的无规则热运动 当我们从微观的角度去考察单个分子的个别行为时 发现各个分子的运动情况完全是偶然的 无规则的 各不相同的 但当我们用统计的方法去考察大量分子所组成的群体的集体行为时 却发现存在着必然的规律性 这种反映大量个别偶然事件整体性质的规律叫做统计规律 对大量分子的运动情况进行记录 整理 计算和分析 用统计平均值来反映分子集体中所有分子的共性 统计规律 再由此建立跟宏观量的联系 这就是热学研究中的主要方法 统计方法 统计方法的研究对象是大量分子 3 改变物体内能的两种物理过程和热平衡 1 做功和热传递都可以改变物体的内能 但它们的本质不一样 做功是其他形式的能和内能之间的转化 热传递是物体间内能的转移 2 内能和机械能是两种形式的能 内能是由微观分子的动能和势能确定的能量 而机械能是宏观物体的运动决定的能量 两种能量之间没有必然的联系 3 热传递是物体间内能的转移过程 内能转移的数量习惯上用传递的热量来量度 热传递的方式有三种 传导 对流 辐射 热传递的条件是物体之间温度不同 内能从高温物体向低温物体传递 转移 温度相等时达到动态平衡 即热平衡 4 能的转化和守恒定律 1 某一种形式的能是否守恒是有条件的 例如机械能守恒定律具有适用条件 而总能量守恒定律是无条件的 是一切自然现象都遵守的基本规律 2 能量守恒定律的发现 使人们进一步认识到 任何一部机器 只能使能量从一种形式转化为另一种形式 或者从一个物体转移到别的物体 而不能无中生有地创造能量 不消耗任何能量 却可以源源不断地对外做功的机器 第一类永动机 是不可能制成的 例7 横截面积为3dm2的圆筒内装有0 6kg的水 太阳光垂直照射了2min 水温升高了1 设大气顶层的太阳能只有45 到达地面 试估算出太阳的全部辐射功率为多少 保留1位有效数字 设太阳与地球之间平均距离为1 5 1011m 答案 4 1026W 解后反思 利用能量守恒定律解题的基本思路 建立适当的物理模型 例如 研究太阳辐射问题时 一般采用球形模型 分析能量转移或转化的效率 弄清各类能量的来龙去脉 根据总能量守恒的规律列式求解 例8 请阅读下列材料 而后解答材料后的各个问题 太阳向空间辐射的总功率为3 8 1026W 太阳光从太阳射到地球需要8min20s 辐射到地球上的太阳能以下列形式被利用和储存 使大地变热 转为内能 使空气变热形成风 转为空气流动的动能 可风力发电 使水汽化 又以雨 雪形式返回地面 转为水流的动能 可水力发电 被植物 微生物吸收 古代生物以煤 石油等形式储存起来 直接作为燃料 作为人和动物的食物 1 已知地球半径为6 4 106m 求辐射到地球的太阳能的总功率 2 地球上许多能源来源于太阳 在合理开发和节约使用常规能源的同时 还要大力开发新能源 下列能源中 哪些属于新能源 A 核能 B 天然气 C 海洋能 D 太阳能 3 某同学为测量地表植物吸收太阳能的本领 做了如下实验 用一面积为0 1m2的面盆 盛6kg的水 经太阳垂直照射15min 温度升高5 若地表植物接受太阳光的能力与水相等 试计算每平方米绿色植物每秒接受的太阳能为多少焦耳 若绿色植物在光合作用中每吸收1kJ的太阳能可以放出0 05L的氧气 则每公顷绿地每秒可放出多少升氧气 1公顷 104m2 解后反思 这类题型信息量多 且复杂 有利于培养学生信息处理和应用的能力 这也是学生综合分析和解决问题的能力 例9 用铁锤打击铁钉时大约有80 的机械能转化为内能 并且其中的50 使铁钉的温度升高 打击20次后 铁钉的温度升高多少 已知铁锤的质量为1 2kg 铁锤打击铁钉时的速度为10m s 铁钉的质量为40g 铁的比热容为5 0 102J kg 答案 24 解题思路 解答本题的关键是弄清铁锤打击钉子过程中能量转化关系 铁锤损失的机械能的80 转化为内能 这80 中又有50 转化为铁钉的内能 使铁钉温度升高 此处易错将这50 理解为铁锤所损失机械能的50 这类题型中 是以能量守恒为思维主线 常见的还有子弹打木块问题 是力学和热学的综合题 如例10 例19等 例10 质量400g的木块M静止在光滑的水平面上 一质量为20g的子弹m以500m s的速度水平击穿木块 子弹穿出后的动能是原来的1 25 求 1 子弹穿过木块的过程中 子弹和木块组成的系统共损失多少机械能 2 若在击穿过程中 子弹获得60 的热量 子弹温度升高多少 已知C铜 4 6 102J kg C 3 若击穿后的木块沿倾角为37 斜面能向上滑行的最大位移是20m 求斜面的动摩擦因数 答案 1 2320J 2 151 3 3 0 5 5 热力学第一定律及符号法则 U Q W应用热力学第一定律时 必须掌握好它的符号法则 1 功W 0 表示外界对系统做功 W 0 表示系统对外界做功 2 热量Q 0 表示物体吸热 Q 0 表示物体放热 3 内能 U 0 表示内能增加 U 0 表示内能减少 例11 如图 3 A B两球完全相同 分别浸没在水和水银的同一深度 两容器相同 A B两球用同一种特殊的材料制成 当温度稍微升高时 球的体积会明显地变大 如果开始水和水银的温度相同 且两液体温度同时缓慢地升高同一值 两球膨胀后 体积相等 则 A A球吸收的热量较多 B B球吸收的热量较多 C 两球吸收的热量一样多 D 无法确定 例12 如图4所示 直立容器内部有被隔板隔开的A B两部分气体 A的密度较小 B的密度较大 抽去隔板 加热气体 使两部分气体均匀混合 设在此过程中气体吸热Q 气体内能增量为 U 则 A U Q B U Q C U Q D 无法比较答案 B 例13 如图 5 所示的绝热容器 中间用隔板分成两部分 左侧有理想气体 右侧是真空 现将隔板抽掉 让左侧的气体自由膨胀到右侧直到平衡 在此过程中 A 气体对外做功 温度降低 内能减少 B 气体对外做功 温度不变 内能不变 C 气体不做功 温度不变 内能不变 D 气体不做功 温度不变 内能减少答案 C 例14 2004年全国物理综合参考试卷 如图 6 所示 固定容器及可动活塞P都是绝热的 中间有一导热的固定隔板B B的两边分别盛有气体甲和乙 现将活塞P缓缓地向B移动一段距离 已知气体的温度随其内能的增加而升高 则在移动P的过程中 A 外力对乙做功 甲的内能不变 B 外力对乙做功 乙的内能不变 C 乙传递热量给甲 乙的内能增加 D 乙的内能增加 甲的内能不变答案 C 解题思路 外力对乙做功 W 0 会使乙内能增加 温度升高 但是乙又要向甲传热 会使乙的内能减少 故无法判断乙的内能变化 利用反证思维 假设乙的内能不变 则乙的温度应该不变 故乙对甲将无热传递 但是外力对乙做功会使乙的内能增加 因此假设不成立 解后反思 利用热力学第一定律研究内能的变化问题 必须同时考虑做功和热传递 6 热力学第二定律的两种常见表述 1 按热传导的方向性表述 不可能使热量由低温物体传递到高温物体 而不引起其他变化 2 按机械能与内能变化过程的方向性表述 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功 而不引起其他变化 即第二类永动机是不可能制成的 7 热力学第一定律与热力学第二定律的区别与联系热力学第一定律 是跟热现象有关的物理过程中能量守恒定律的特殊表达形式 它说明功 热量与内能改变之间的定量关系 热力学第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条件和过程进行的方向 它说明一切与热现象有关的实际宏观过程是不可逆的 热力学第二定律的两种表述方式 都说明了与热现象有关的物理过程进行的方向 两种表述是一致的 可以证明若违反了其中一种表述 必然违反另一种表述 热力学第一定律和热力学第二定律从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律 二者相互独立 又相互补充 都是热力学的理论基础 例15 关于空调机 下列说法正确的是 A 致冷空调机工作时 热量从低温物体传到高温物体 B 致暖空调机工作时 热量从高温物体传到低温物体 C 冷暖空调机工作时 热量既可以从低温物体传到高温物体 也可以从高温物体传到低温物体 D 冷暖空调机工作时 热量只能从低温物体传到高温物体答案 A D 例16 关于 永动机 下列说法正确的是 A 不消耗任何能量和燃料 却能源源不断地对外做功的机器是绝对不可能制造成功的 因为它违背了能的转化和守恒定律 B 只要不违背能的转化和守恒定律的机器是一定能够制造成功的 C 只从单一热源取热 使之完全变为有用功而不产生其它影响的机器是可以制造成功的 D 热效率百分之百的热机是绝对不可能制造成功的答案 A D 例17 下列说法中正确的有 A 热量能够从高温物体传到低温物体 但不能从低温物体传到高温物体 B 热量能够从高温物体传到低温物体 也可能从低温物体传到高温物体 C 机械功可以全部转化为热量 但热量不可能全部转化为机械功 D 机械功可以全部转化为热量 热量也可能全部转化为机械功答案 B D 解后反思 热力学第二定律指出能量转化与守恒在与热现象有关的物理过程中 能否实现的条件和过程进行的方向 正确理解热力学第二定律的两种表述方式是解答该题的关键 热力学第二定律是教材新增加的内容 应重视该定律在实际中的应用 例18 用两种不同的金属丝组成一个回路 接触点1插在热水中 接触2点插在冷水中 如图 7 所示 电流计指针会发生偏转 这就是温差发电现象 这一实验是否违反热力学第二定律 热水和冷水的温度是否会发生变化 简述这个过程中能的转化情况 答案 不违反 热水降温 冷水升温 热水部分内能转化成电能 部分电能又转化成冷水的内能 8 能量耗散 1 若其他形式的能转化成内能 这些内能最终流散到周围的环境中 没有办法把这些流散的内能重新收集起来加以利用 这种现象叫做能量的耗散 2 能量耗散现象从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有的方向性 9 能源和环境 1 能够提供可利用能量的物质叫做能源 2 常规能源 煤 石油 天然气等 3 新能源 风能 水流能 太阳能 核能 地热能 海洋能等 4 能源的利用过程实际上是能量转化的过程 利用常规能源不可避免地带来粉尘和废气污染 合理利用常规能源 不断开发新能源 有利于保护自然环境 有利于可持续发展战略的实施 例19 2001年全国卷 和平号 空间站已于2001年3月23日成功地坠落在南太平洋海域 坠落过程可简化为从一个近圆轨道 可近似看作圆轨道 开始 经过与大气摩擦 空间站的绝大部分经过升温 熔化 最后汽化而销毁 剩下的残片坠入大海 此过程中 空间站原来的机械能除一部分用于销毁和一部分被残片带走外 还有一部分能量E 通过其他方式散失 不考虑坠落过程中化学反应的能量 1 试导出以下列各物理量的符号表示散失能量E 的公式 2 算出E 的数值 结果保留两位有效数字 坠落开始时空间站的质量M 1 17 105kg 轨道离地面的高度为h 146km 地球半径R 6 4 106m 坠落空间范围内重力加速度可看作g 10m s2 入海残片质量m 1 2 104kg 入海残片的温度升高 T 3000K 入海残片的入海速度为声速v 340m s 空间站材料每一千克升温1K平均所需能量c 1 1 103J 每销毁1千克材料平均所需能量 1 0 107J 例20 如图 8 中 容器A B各有一个可自由移动的轻活塞 活塞下面是水 上面是A空气 大气压恒定 A B的底部由带有阀门K的管道相连 整个装置与外界绝热 原先 A中水面比B中高 打开阀门 使A中水逐渐向B中流 最后达到平衡 在这个过程中 A 大气压力对水做功 水的内能增加 B 水克服大气压力做功 水的内能减少 C 大气压力对水不做功 水的内能不变 D 大气压力对水不做功 水的内能增加答案 DA 三 气体1 气体分子运动的特点 1 分子间的距离较大 使得分子间的相互作用力十分微弱 可认为分子间除碰撞外不存在相互作用力 分子在两次碰撞之间做匀速直线运动 2 分子间的碰撞十分频繁 频繁的碰撞使每个分子速度的大小和方向频繁地发生改变 造成气体分子做杂乱无章的热运动 3 气体分子向各个方向运动的机会相同 沿各个方向运动的分子数目相等 分子速率按 中间多 两头少 的规律分布 即分子运动速率很小和很大的都很少 而在某一速率区间内的分子数目最多 在一定的温度下 某种气体的分子速率分布是确定的 所以 在此温度下这种气体分子的平均速率是一定的 温度越高 分子的平均速率越大 例21 在一定温度下 某种气体的速率分布应该是 A 每个分子速率都相等 沿各个方向运动的分子数目相等 B 每个分子速率一般都不相等 速率很大和速率很小的分子数目都很少 C 每个分子速率一般都不相等 但在不同速率范围内 分子数的分布是均匀的 D 每个分子速率一般都不相等 速度很大和速率很少的分子数目很多答案 B 2 气体压强的产生及微观解释 1 气体压强产生的原因 气体的压强是大量分子频繁地碰撞器壁产生的 单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的 但大量分子频繁地碰撞器壁 对器壁就产生了持续 均匀的压力 气体的压强数值上等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力 2 决定气体压强大小的因素 单位体积内的气体分子数越多 分子在单位时间内对单位面积器壁碰撞的次数就越多 压强就越大 温度越高 气体分子运动的平均动能越大 每个分子对器壁碰撞的作用力就会越大 气体的压强也就越大 由此可知 气体的压强由 气体分子的密度 和 平均动能 决定 注意 必须强调 气体分子密度 和 气体密度 的区别 气体分子密度 反映了气体中分子的密集程度 数值上等于气体分子数与气体体积的比值 即单位体积的气体分子的个数 而 气体密度 则是单位体积的气体质量 例22 2000年全国高考试题 对于一定量的气体 下列四个论述中正确的是 A 当分子热运动变剧烈时 压强必变大 B 当分子热运动变剧烈时 压强可以不变 C 当分子间的平均距离变大时 压强必变小 D 当分子间的平均距离变大时 压强必变大答案 B 解后反思 根据决定气体压强的两个因素 分析判断气体压强的变化情况是本单元的重点 也是高考的热点 解答此类问题一定要同时分析温度和分子密度这两个因素对气体压强的影响 如果只根据其中的一个因素进行分析 就会得出错误的判断 例23 有关气体压强 下列说法正确的是 A 气体分子的平均速率增大 则气体的压强一定增大 B 气体分子密度增大 则气体的压强一定增大 C 气体分子的平均动能增大 则气体的压强可能增大 D 气体分子的平均动能增大 气体的压强可能减小答案 C D 例24 2004年江苏高考试题 甲 乙两个相同的密闭容器中分别装有等质量的同种气体 已知甲 乙容器中气体的压强分别为P甲 P乙 且P甲 P乙 则 A 甲容器中气体的温度高于乙容器中气体的温度 B 甲容器中气体的温度低于乙容器中气体的温度 C 甲容器中气体分子的平均动能小于乙容器中气体分子的平均动能 D 甲容器中气体分子的平均动能大于乙容器中气体分子的平均动能答案 B C 3 气体的状态参量 1 气体的温度 温度宏观上表示物体的冷热程度 微观上是标志物体内分子的平均动能大小的物理量 温度越高 物体内部分子的热运动越剧烈 分子的平均动能就越大 温度的数值与使用的温标有关 常用的温标有两种 热力学温度的单位 开尔文 是国际单位制中七个基本单位之一 热力学温度的零度叫做绝对零度 它是低温的极限 可以无限接近但不能达到 例25 关于热力学温度与摄氏温度 下列说法中正确的是 A 33 就是240K B 温度变化1 也就是温度变化1K C 摄氏温度与热力学温度都可能取负值 D 温度由t 升到2t 对应的热力学温度由TK升至2TK答案 A B 2 气体的体积 气体的体积V是指大量气体分子所能达到的整个空间的体积 封闭在容器内的气体 其体积等于容器的容积 处在容器内的气体 在不考虑重力对气体分子分布的影响时 气体的密度处处相等 在标准状况下 1mol任何气体的体积均为22 4L 国际单位制中 体积的单位为m3 气体的体积不是气体分子自身体积的总和 因为气体分子间的相互作用力十分微弱 气体分子间距较大 所以气体分子自身的体积与气体体积相比 可以忽略不计 3 气体的压强 气体压强的大小容器中大量气体分子对器壁的频繁碰撞 就对器壁产生一个持续的均匀的压力 而器壁单位面积上受到的压力就是气体的压强 在数值上等于垂直作用于器壁单位面积上的平均作用力 气体分子在单位时间内作用于器壁单位面积的总冲量等于气体压强大小 气体的压强与大气压强因密闭容器中的气体密度一般很小 由气体自身重力产生的压强极小 可以忽略不计 故气体压强由气体分子碰撞器壁产生 与地球引力无关 气体对上下左右器壁的压强大小都是相等的 测量气体压强用压强计 如金属压强计 测较大的压强 和液体压强计 测较小的压强 从宏观上看 大气压是由于空气受到重力作用紧紧包围地球而对 浸 在它里面的物体产生的压强 从微观上看 大气压是由于大量空气分子频繁地碰撞物体表面而产生的 由于地球引力作用的原因 大气层的分子密度上方小下方大 从而使得大气压的值随高度增大而减小 测量大气压强用气压计 它根据托里拆利管的原理制成 借助于一端封闭 别一端插入槽内的玻璃管中的水银柱高度来测量大气压强 其静止时的读数等于外界大气压的值 例26 2002年文理综合 将H2 N2 O2三种气体分别放入不同容器中 使它们的温度 密度相同 则其压强 P 大小的关系 符合 原子量 H1N14016 A P H2 P O2 P N2 B P O2 P N2 P H2 C P H2 P N2 P O2 D P N2 P O2 P H2 答案 C 例27 关于大气压强 下列说法中正确的是 A 是由于大气有重力而产生的 B 是由于大量空气分子频繁地碰撞物体表面而产生的 C 一定高度的大气压强随海拔高度的增加而有规律地减小 D 大气压强的大小与大气温度无关答案 A B C 例28 关于密闭容器中气体的压强 下列说法中正确的是 A 是由气体受到的重力所产生的 B 是大量气体分子频繁地碰撞器壁所产生的 C 压强的大小只决定于气体质量的大小 D 容器运动的速度越大 气体的压强也就越大答案 B 例29 1996年高考科研试题 如图 9 所示 用导热的固定隔板把一容器隔成容积相等的甲 乙两部分 甲 乙中分别有质量相等的氮气和氧气 在达到平衡时 它们的温度必相等 若分子势能可忽略 则甲 乙中 A 气体的压强相等 B 气体的内能相等 C 气体分子的平均动能相等 D 气体分子的平均速率相等答案 C 图9 4 气体的体积 温度 压强之间的关系一定质量气体的状态变化遵循下述规律 1 温度不变时 体积减小 压强增大 体积膨胀 压强减少 2 体积不变时 温度升高 压强增大 温度降低 压强减小 3 压强不变时 温度升高 体积增大 温度降低 体积减小 注意 必须使学生能够用气体分子热运动的理论解释上述规律 可以根据学生的实情运用气态方程作定性判断 例30 对一定质量的气体 下列叙述中正确的是 A 如果体积减小 气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大 B 如果温度不变压强增大 气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大 C 如果温度升高体积减小 气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大 D 如果分子密度增大 气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大答案 B C 例31 对于一定质量的气体 下列说法中正确的是 A 如果体积V减小 气体分子在单位时间内作用于器壁单位面积的总冲量一定增大 B 如果压强P增大 气体分子在单位时间内作用于器壁单位面积的总冲量一定增大 C 如果温度T不变 气体分子在单位时间内作用于器壁单位面积的总冲量一定不变 D 如果气体密度 不变 气体在单位时间内作用于器壁单位面积的总冲量一定不变 答案 B 5 几种常见情况的压强计算方法 1 在气体流通的区域 各处压强相等 如容器与外界相通 容器内外压强相等 用细管相连的容器 平衡时两边气体压强相等 2 液体内深为h处的总压强为 0 gh 式中 0为液面上方大气压强 在水银内 用cmHg作单位时可表示为 H h 3 连通器内静止的液体 连续同种液体同一水面上各处压强相等 4 参考液片法的一般思路 选取假想的一个液体薄片 其自重不计 为研究对象 分析液片两侧受力情况 建立力的方程 消去横截面积 得到液片两侧的压强平衡方程 解方程 求得压强 5 平衡条件法欲求用固体 如活塞等 封闭在静止容器内的气体压强 应对固体进行受力分析 然后根据平衡条件求解 另外 当封闭气体所在的系统处于非力学平衡的状态时 欲求封闭气体的压强 首先选择恰当的对象 如与气体相关联的液柱 活塞等 并对其进行正确的受力分析 特别注意内 外气体的压力 然后根据牛顿第二定律列方程求解 例32 2002年广东 如图 10 所示 一气缸竖直倒放 气缸内有一质量不可忽略的活塞 将一定质量的理想气体封在气缸内 活塞与气缸壁无摩擦 气体处于平衡状态 现保持温度不变把气缸稍微倾斜一点 在达到平衡后与原来相比 则 A 气体的压强变大 B 气体的压强变小 C 气体的体积变大 D 气体的体积变小答案 A D 图10 例33 如图 11 所示 有a b c三根完全相同的玻璃管 一端封闭 管内各用相同长度的一段水银柱封闭了质量相等的空气 a管竖直向下做自由落体运动 b管竖直向上做加速度为g的匀加速运动 c管沿倾角为30 的光滑斜面下滑 若空气温度始终不变 当水银柱相对管壁静止时 a b c三管内的空气柱长度La Lb Lc间的关系为 A La Lc Lb B Lb Lc La C Lb Lc La D Lb Lc La答案 D 图11 6 理想气体与实际气体从宏观上讲 理想气体就是严格遵守气体三个实验定律的气体 从微观上讲 气体分子的大小与气体分子间的距离比较可以忽略不计 气体分子看成弹性小球 它们相撞或与器壁相撞时 遵守能量守恒和动量守恒 分子间除碰撞的瞬间外 分子间相互作用不考虑 分子所受重力也忽略不计 理想气体的内能只考虑分子平均动能 分子势能不考虑 一定质量的理想气体内能U只是温度的函数 实际气体温度跟室温相比不太低 压强跟大气压相比不太大的情况下可视为理想气体 7 气体内能变化与气体状态变化的关系由于理想气体分子间距离较大 分子间相互作用力不考虑 分子间势能也不考虑 理想气体的内能是所有分子平均动能之和 则一定质量的理想气体的内能只决定于温度 对一定质量的理想气体 温度升高 内能增大 温度降低 内能减少 气体温度不变 内能也不变 1 一定质量的理想气体作等温变化 气体的内能U保持不变 根据热力学第一定律有 U Q W 0此时Q与W的代数和为零 若气体吸热 Q 0 则W 0 气体膨胀对外做功 气体所吸收的热量完全用来克服阻力对外做功 若气体放热 Q 0 则外界压缩气体做功 W 0 此时外界对气体所做的功完全变为热释放出去 2 一定质量的理想气体作等容变化 则 V 0 外界对气体不做功 气体对外也不做功 即W 0 根据热力学第一定律 U Q 根据体积不变时 压强与温度的关系 当气体压强增大时 气体温度升高 内能增加 气体吸热 当气体压强减小时 气体温度降低 气体放热 3 一定质量的理想气体作等压变化 当气体作等压膨胀 V 0 此时气体对外做功 W 0 当气体作等压压缩时 V 0 此时外界对气体做功 W 0 根据热力学第一定律 U Q W则有 U Q P V气体所吸收的热量 Q U P V 4 绝热过程 气体与外界没有热交换 则有Q 0 根据热力学第一定律 则有 U W 例34 一定质量的理想气体 从某一状态开始 经过温度升高 体积减小的变化过程后 下列说法正确的是 A 气体分子的平均动能增大 内能增大 B 气体单位体积内分子数增大 C 气体一定从外界吸热 D 气体有可能向外界放热答案 A B D 例35 2000年全国高考试题 图 12 中活塞将气缸分成甲乙两气室 气缸 活塞 连同拉杆 是绝热的 且不漏气 以E甲 E乙分别表示甲 乙两气室中气体的内能 则在将拉杆缓慢向外拉的过程中 A E甲不变 E乙减小 B E甲增大 E乙不变 C E甲增大 E乙减小 D E甲不变 E乙不变答案 C 图12 例36 一个密闭的绝热容器内 有一个绝热的活塞将它隔成A B两部分空间 在A B两部分空间内封有相同质量的空气 开始时活塞被销钉固定 A部分气体的体积大于B部分气体体积 温度相同 如图 13 所示 若拔出销钉后 达到平衡时A B两部分气体的体积分别为VA VB 则 A VA VB B VA VB C VA VB D 条件不足 不能确定答案 A 解后反思 因为密闭容器是绝热容器 Q 0 且拔出销钉后活塞对A气体做功 W 0 所以根据 U Q W可知A气体的内能增大 因气体的内能是由温度决定的 故A气体温度升高 同理 可知B气体温度降低 正确分析拔出销钉后的物理变化过程是解答该题的难点和关键 图13 例37 2004年广东高考试题 如图 14 所示 密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量的活塞 活塞的上部封闭着气体 下部为真空 活塞与器壁的摩擦忽略不计 置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的底部 另一端固定在活塞上 弹簧被压缩后用绳扎紧 此时弹簧的弹性势能为Ep 弹簧处在自然长度时的弹性势能为零 现绳突然断开 弹簧推动活塞向上运动 经过多次往复运动后活塞静止 气体达到平衡态 经过此过程 A Ep全部转换为气体的内能 B Ep一部分转换成活塞的重力势能 其余部分仍为弹簧的弹性势能 C Ep全部转换成活塞的重力势能和气体的内能 D Ep一部分转换成活塞的重力势能 一部分转换为气体的内能 其余部分仍为弹簧的的弹性势能答案 D 图14 例38 放置在光滑水平面上的气缸内 用活塞封闭着某种气体 气缸和活塞的质量均为m 如图 15 所示 现给活塞施一向