高考物理月刊专版 专题12 热学2课件.ppt

热学 本专题属于 b模块 在浙江省高考中属于自选综合科目 主要讲述分子动理论 气体和热力学定律的相关基础知识 近年来 命题的热点集中在分子热运动 估算分子大小和数目 内能及其变化 有关气体实验定律和理想气体状态方程的应用等 高考题型有选择题 填空题 实验和计算题形式 难度中等 本专题复习中要熟练掌握以下几点 1 分子动理论的基础知识 2 用油膜法估测分子的大小 3 物体的内能 热与功的相关概念及热力学第一定律 4 气体实验定律和热力学定律的综合性问题 复习时要加深对气体参量与力学部分关系的理解与应用 特别是求气体的压强 2010湖北武汉模拟 已知地球的半径为6 4 103km 水的摩尔质量为1 8 10 2kg mol 阿伏加德罗常数为6 02 1023mol 设想将1kg水均匀地分布在地球表面 估算1cm2的地球表面上分布的水分子数目约为 a 7 103个b 7 103个c 7 1010个d 7 1012个 分子动理论问题 本题考查阿伏加德罗常数的应用 解答时先要算出1kg水总的分子数 再计算 1kg水的分子n 1cm2的分子数n n 7 106 其中s0 4 r2 故选b 本题通过计算1kg水的分子个数 体现固体 液体分子可看成紧密排列 忽略分子间空隙 而气体不行 分子间距较大 对于固体 液体分子大小时常采用球模型 而气体采用立方体模型 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 r表示在标准状态下水蒸气的密度 na为阿伏加德罗常数 m d分别表示每个水分子的质量和体积 下面是四个关系式 其中正确的是 a 和 b 和 c 和 d 和 气体分子间距离远大于分子大小 所以气体的体积远大于所有气体分子体积之和 所以 和 两式错误 和 正确 选b 2010 全国 图14 1 1为两分子系统的势能ep与两分子间距离r的关系曲线 下列说法正确的是 a 当r大于r1时 分子间的作用力表现为引力b 当r小于r1时 分子间的作用力表现为斥力c 当r等于r2时 分子间的作用力为零d 在r由r1变到r2的过程中 分子间的作用力做负功 图14 1 1 分子间距等于r0时分子势能最小 即r1 r2 当r小于r1时分子力表现为斥力 当r大于r1小于r2时分子力表现为斥力 当r大于r2时分子力表现为引力 a错bc对 在r由r1变到r2的过程中 分子斥力做正功分子势能减小 d错误 气体状态与内能的变化 用隔板将一绝热容器隔成a和b两部分 a中盛有一定质量的理想气体 b为真空 如图14 2 1 现把隔板抽去 a中的气体自动充满整个容器 如图14 2 1 这个过程称为气体的自由膨胀 下列说法正确的是 图14 1 2 a 自由膨胀过程中 气体分子只做定向运动b 自由膨胀前后 气体的压强不变c 自由膨胀前后 气体的温度不变d 容器中的气体在足够长的时间内 能全部自动回到a部分 本题的难点是什么是自由膨胀 它是一个特殊的过程 气体自由膨胀时不受任何阻力 也没和别的物质接触 所以对外界不做功 气体分子永不停息做无规则运动 故a错 自由膨胀后 气体对外做功w 0 容器绝热 其热传递能量q 0 由热力学第一定律可知 其内能不变 但由于膨胀 压强减小 所以b错 c正确 涉及热现象的宏观过程都具有方向性 故d错 答案为c 本题涉及分子动理论 热力学第一定律等知识 考查了考生对基础知识的理解与掌握程度 2010 广东 图14 2 2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 图14 2 2 由能量守恒 e q w 200j 800j 600j 内能增加600j 则温度一定升高 2009 江苏 若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变 则在此过程中关于气泡中的气体 下列说法正确的是 a 气体分子间的作用力增大b 气体分子的平均速率增大c 气体分子的平均动能减小d 气体组成的系统的熵增加 气泡从湖底上升到湖面的过程中 温度保持不变 内能不变 气体分子的平均动能不变 b c错误 上升时压强减小 气体分子间的作用力减小 故a错误 体积增大无序性增加 d对 气体压强的理解与计算 图14 3 1 如图14 3 1所示 在光滑的水平面上放一质量为m 内外壁均光滑的气缸 活塞质量为m 横截面积为s 外界大气压为p0 求 1 现对活塞施以水平向左的推力f 活塞与气缸无相对滑动时 气缸内气体的压强为多大 2 若气缸固定不动 其他条件不变 则活塞的速度最大时 气缸内气体的压强为多大 我们应以活塞为受力分析的研究对象 气缸内气体对活塞的压力是其中之一 然后运用牛顿运动定律与压强的定义进行求解 1 设稳定时气体与活塞具有共同的加速度a向左匀速运动 此时气缸内气体的压强为p 对气缸和活塞分别受力分析 如下图所示 由牛顿第二定律列式得 气缸 ps p0s ma 活塞 f p0s ps ma 由 两式求解得 p p0 2 活塞的速度最大时 加速度为零 设此时气缸内气体的压强为p1 则 活塞 p1s f p0s 求得 p1 p0 求解封闭的一定质量气体压强时 有两种方法 1 当系统平衡时 可用平衡法求解 2 当系统处于匀变速运动时 可用牛顿第二定律列式求解 2009 浙江自选模块 一位质量为60kg的同学为了表演 轻功 他用打气筒给4只相同的气球充以相等质量的空气 可视为理想气体 然后将这4只气球以相同的方式放在水平放置的木板上 在气球的上方放置一轻质塑料板 如图14 3 2所示 图14 3 2 1 关于气球内气体的压强 下列说法正确的是 a 大于大气压强b 是由于气体重力而产生的c 是由于气体分子之间的斥力而产生的d 是由于大量气体分子的碰撞而产生的 2 在这位同学慢慢站上轻质塑料板中间位置的过程中 球内气体温度可视为不变 下列说法正确的是 a 球内气体体积变大b 球内气体体积变小c 球内气体内能变大d 球内气体内能不变 3 为了估算气球内气体的压强 这位同学在气球的外表面涂上颜料 在轻质塑料板面和气球一侧表面贴上间距为2 0cm的方格纸 表演结束后 留下气球与方格纸接触部分的 印迹 如图14 3 4所示 若表演时大气压强为1 013 105pa 取g 10m s2 则气球内气体的压强为多大 取4位有效数字 图14 3 4 1 根据题意与气体压强的微观解释可知应选ad 2 这位同学慢慢站上轻质塑料板中间位置的过程中 气球体积一定变小 又由于球内气体温度可视为不变 则内能不变 选bd 3 气球内气体的压强p p0 1 013 105pa 0 040 105pa 1 053105pa 气体实验定律的图象问题 图14 4 1 一定质量的理想气体经过一系列过程 如图14 4 1所示 下列说法中正确的是 a a b过程中 气体体积增大 压强减小b b c过程中 气体压强不变 体积增大c c a过程中 气体压强增大 体积变小d c a过程中 气体内能增大 体积不变 本题考查了一定质量的理想气体的p t图象 要明确在p t图象中过原点的射线 是等容变化 且倾斜程度越大 体积越小 a b过程中 属于等温变化 从图象中可得压强减小 由 可知 k t不变 气体体积增大 a正确 b c过程中 气体压强不变 体积减小 b错误 c a过程中 气体压强增大 体积不变 温度升高 内能增大 所以c错 d正确 答案 ad 图象能直观形象地体现物理量的变化情况 在p t p v和v t图象中 不仅要熟悉基本知识 还要能掌握 应用图象分析气体三个状态参量的变化情况 尤其是第三者隐藏物理量的变化 同时结合理想气体状态方程 热力学定律进行求解 2010 金华模拟 一定质量的理想气体其状态变化过程的p与v的关系如图14 4 2所示 则该过程的p t图象应选 图14 4 2 p v图象 a b过程中 压强增大 体积增大 温度升高 在p t图象 a图表示体积不变 a错 b图表示温度不变 则b错误 由理想气体状态方程得 c 结合p与v的关系 v k1p 代入上式得 t kp2所以选c 气体实验定律与理想气体状态方程的应用 如图14 5 1所示 一定量理想气体放在体积为v0的容器中 室温为t0 300k 有一光滑导热活塞c 不占体积 将容器分成a b两室 b室的体积是a室的两倍 a室容器上连接有一u形管 u形管内气体的体积忽略不计 两边水银柱高度差为76cm 右室容器中连接有一阀门k 可与大气相通 外界大气压等于76cm汞柱 求 1 将阀门k打开后 a室的体积变成多少 2 打开阀门k后将容器内的气体从300k分别加热到400k和540k u形管内两边水银面的高度差各为多少 图14 5 1 一定量的理想气体满足状态方程 一定要分析初末状态下的压强 体积和温度 变化中是否存在不变量 同时是否会出现临界状态或极限点 1 开始时 pa0 2大气压 va0 v0 3打开阀门 a室气体等温变化 pa 1大气压 体积为va t2 540k时 水银高度差为15 2cm 2 从t0 300k升到t 体积为v0 压强为pa 等压过程 t 450k t1 400k 450k pa1 pa p0 水银柱的高度差为0从t 450k升高到t2 540k为等容过程 1 2大气压 pa2 540k时 水银高度差为15 2cm 解答本题的关键是找准气体状态参量变化中的不变量 更难的是判定何时出现临界状态 然后正确使用相应的气体实验定律 2009 上海 如图14 5 2所示 粗细均匀的弯曲玻璃管a b两端开口 管内有一段水银柱 右管内气体柱长为39cm 中管内水银面与管口a之间气体柱长为40cm 先将口b封闭 再将左管竖直插入水银槽中 设整个过