高三物理二轮课件专题七热学部分（33）新人教版.ppt

选考部分专题七热学部分 选修3 3 基础回扣1 分子动理论 1 分子动理论的基本观点是 物体是由大量分子组成的 分子在做运动 分子间存在着和 扩散现象与是分子永不停息地无规则运动的实验基础 每个分子的运动都不是规则的 带有偶然性 大量分子的集体行为受统计 永不停息的无规则 引力 斥力 布朗运动 规律支配 表现为 的规律 布朗运动既不是固体分子的运动 也不是液体分子的运动 它是由于频繁地撞击固体小颗粒而引起的小颗粒的运动 2 温度是分子的标志 物体的内能是物体内所有分子的动能和之和 3 阿伏加德罗常数 分子的大小 直径数量级为m 分子的质量 质量数量级为10 26kg 阿伏加德罗常数na 6 02 1023mol 1 na 适用于情况 中间多两头少 液体分子 平均动能 势能 10 10 任何 na 适用于 油膜法测分子的直径 d 2 晶体和液晶 1 晶体的主要特点表现为 具有规则的几何形状 具有性 有一定的熔点 晶体和非晶体并不是绝对的 它们在适当的条件下可以相互转化 2 液晶 或者称为液态晶体 是一种特殊的物质状态 所处的状态介于态和态之间 液晶的物理性质表现为 液晶具有液体的性 液晶具有晶体的光学性 它的应用主要表现在显示技术 电子工业 航空工业 生物医学等多方面 固体 液体 各向异 固 液 流动 各向异 3 理想气体和气体的实验定律 1 理想气体的分子模型 理想气体是为了研究问题的方便而建立的一种理想化模型 其微观模型是 分子本身无大小 分子间除碰撞外不计分子之间的相互作用力 无分子势能 内能只与温度有关 分子间的碰撞看成碰撞 2 玻意耳定律内容 一定质量理想气体 在温度保持不变时 它的压强和体积成反比 或者说 压强和体积的保持不变 此即玻意耳定律 数学表达式 pv c 常量 或p1v1 p2v2 弹性 乘积 3 查理定律内容 一定质量的理想气体 在体积不变的情况下 它的压强跟成正比 这个规律叫做查理定律 数学表达式 c 对于一定质量的理想气体 在两个确定的状态 p1 v0 t1 和 p2 v0 t2 下有 4 盖 吕萨克定律内容 一定质量的理想气体在压强不变的情况下 它的体积跟成正比 数学表达式 当一定质量的气体三个状态参量均变化时 三个参量的关系是 热力学温度 热力学温度 4 热力学定律 1 热力学第一定律做功和热传递都可以改变物体的内能 功 热量和内能之间的关系可根据热力学第一定律 其表达式为 u q w u q w的符号规定为 外界对系统做功 w 0 即w为正值 系统对外界做功 也就是外界对系统做负功 w0 即q为正值 外界对系统吸收热量 也就是系统对外界放出热量 q 0 即q为负值 从外界吸收 系统内能增加 u 0 即 u为正值 系统内能减少 u 0 即 u为负值 2 对于理想气体来说 只要不变 则内能不变 3 热力学第二定律热力学第二定律的表述 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 按热传导的性表述 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 按机械能和转化过程的方向性表述 第二类永动机是的 思路方法两种微观模型 温度 方 向 内能 不可能制 成 1 球体模型 适用于固 液体 一个分子的体积v分 d为分子的 2 立方体模型 适用于气体 一个分子平均占据空间 v分 d3 d为分子间的 直径 距离 题型1热学基本内容的理解例1 2009 淮安市第四次调研 1 如图7 1所示 一导热性能良好的金属气缸静放在水平面上 活塞与气缸壁间的摩擦不计 气缸内封闭了一定质量的理想气体 现缓慢地向活塞上倒一定质量的沙土 忽略环境温度的变化 在此过程中 图7 1 a 气体的内能增大b 气缸内分子平均动能增大c 气缸内气体分子数密度增大d 单位时间内撞击气缸壁单位面积上的分子数增多 2 下列说法中正确的是 a 布朗运动是分子无规则运动的反映b 气体分子间距离减小时 分子间斥力增大 引力增大 c 导热性能各向同性的固体 一定不是单晶体d 机械能不可能全部转化为内能 3 地面上放一开口向上的气缸 用一质量为m 0 8kg的活塞封闭一定质量的气体 不计一切摩擦 外界大气压为p0 1 0 105pa 活塞截面积为s 4cm2 重力加速度g取10m s2 则活塞静止时 气体的压强为pa 若用力向下推活塞而压缩气体 对气体做功为6 105j 同时气体通过气缸向外传热4 2 105j 则气体内能变化为j 解析 1 由于缓慢倒沙土 活塞缓慢下移 封闭气体的温度不变 理想气体内能只与温度有关 温度与分 子平均动能有关 故a b错 由于是等温变化 由pv k和v减小 气体分子数密度增大 c d正确 2 布朗运动是微粒的无规则运动 它是分子对微粒碰撞的不平衡引起的 是分子无规则运动的间接反映 a对 气体分子间距离减小时 引力和斥力都增大 但斥力增大快 b对 3 取活塞为研究对象 受力分析如右图所示 ps p0s mgp p0 1 0 105pa 1 2 105pa 由热力学第一定律知 u q w 6 105j 4 2 105j 1 8 105j 内能增加1 8 105j 答案 1 cd 2 ab 3 1 2 10 51 8 105 1 由于热学知识比较琐碎 而且要求都为 级 因此像例题一样 知识点以选择题的形式进行拼盘考查多个知识点的可能性很大 因此 在考前复习中同学们要看好教材 熟记一些概念和规律 2 针对每一部分内容 梳理出主干知识框架 记住重要的推论或结论 预测演练1 2009 珠海市第二次调研 1 以下说法正确的有 a 温度越高 分子的平均动能越大b 分子间距离增大时 分子间的相互作用力减小c 布朗运动反映了悬浮小颗粒内部分子的热运动d 热量可以从低温物体传向高温物体 而对外界不产生影响 2 如图7 2所示 一定质量的理想气体由状态a变到状态b的p t图线 则在由a到b的过程中 气体热量 填 吸收 或 放出 3 一瓶纯净水的体积是600ml 它所包含的水分子数 图7 2 目约为个 结果保留1位有效数字 已知水的摩尔质量为18g mol 阿伏加德罗常数取6 0 1023mol 1 答案 1 a 2 吸收 3 2 1025 预测演练2 2009 徐州市第三次调研 1 以下说法正确的是 a 达到热平衡的系统内部各处都具有相同的温度b 分子间距增大 分子势能就一定增大c 浸润与不浸润均是分子力作用的表现d 液体的表面层分子分布比液体内部密集 分子间的作用力体现为相互吸引 2 某热机在工作中从高温热库吸收了8 106kj的热量 同时有2 106kj的热量排放给了低温热库 冷凝器或大气 则在工作中该热机对外做了kj的功 热机的效率 3 实验室内 某同学用导热性能良好的气缸和活塞将一定质量的理想气体密封在气缸内 活塞与气缸壁之间无摩擦 活塞的质量为m 气缸内部的横截面积为s 用滴管将水缓慢滴注在活塞上 最终水层的高度为h 如图7 3所示 在此过程中 若大气压强恒为p0 室内的温度不变 水的密度为 重力加速度为g 则 图7 3 图示状态气缸内气体的压强为 以下图象中能反映密闭气体状态变化过程的是 答案 1 ac 2 6 10675 3 a 题型2热力学定律的理解及应用 例2 2009 江苏 12 1 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 气体分子的平均速度增大c 气体分子的平均动能减小d 气体组成的系统的熵增加 2 若将气泡内的气体视为理想气体 气泡从湖底上升到湖面的过程中 对外界做了0 6j的功 则此过程中的气泡 填 吸收 或 放出 的热量是j 气泡到达湖面后 温度上升的过程中 又对外界做了0 1j的功 同时吸收了0 3j的热量 则此过程中 气泡内气体内能增加了j 3 已知气泡内气体的密度为1 29kg m3 平均摩尔质量为0 029kg mol 阿伏加德罗常数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 请估算液体体积与原来气体体积的比值 结果保留一位有效数字 解析 1 气泡上升过程气泡内的压强减小 温度不变 由玻意耳定律知 上升过程体积增大 微观上体现为分子间距增大 分子间引力减小 温度不变 所以分子的平均动能 平均速度不变 此过程为自发过程 故熵增大 d正确 2 理想气体等温过程中内能不变 由热力学第一定律 u q w 物体对外做功0 6j 则一定同时从外界吸收热量0 6j 才能保证内能不变 而温度上升的过程 内能增加了0 2j 3 设气体体积为v0 液体体积为v1气体分子数n 或v1 nd3 则 或 解得 1 10 4 9 10 5 2 10 4都算对 答案 1 d 2 吸收0 60 2 3 1 10 4 1 应用热力学第一定律的关键是熟记符号法则 q 0 吸热 q0 外界对物体做功 w0 内能增加 u 0 内能减少 2 理想气体的内能只与温度有关 预测演练3 2009 福建 28 1 现代科学技术的发展与材料科学 能源的开发密切相关 下列关于材料 能源的说法正确的是 填选项前的编号 化石能源为清洁能源 纳米材料的粒度在1 100 m之间 半导体材料的导电性能介于金属导体和绝缘体之间 液晶既有液体的流动性 又有光学性质的各向同性 2 一定质量的理想气体在某一过程中 外界对气体做功7 0 104j 气体内能减少1 3 105j 则此过程 填选项前的编号 气体从外界吸收热量6 0 105j 气体向外界放出热量2 0 105j 气体从外界吸收热量6 0 104j 气体向外界放出热量6 0 104j 解析 1 化石能源为石油 煤 天然气等 在燃烧过程中能产生二氧化碳 二氧化硫等 能污染环境 不是清洁能源 纳米材料的范围是1 100nm之间 半导体的导电性能介于金属导体和绝缘体之间 液晶是一种特殊的物质 既具有液体的流动性 又像某些晶体那样具有光学的各向异性 故选 2 由热力学第一定律w q uw 7 0 104j u 1 3 105j q 2 0 105j 放热2 0 105j 故选 答案 1 2 题型3气体实验定律的应用 例3 2009 烟台市5月模拟 8分 汽车在高速公路上行驶时 由于轮胎与地面 空气等之间的摩擦而温度升高 气压增大 会出现 爆胎 现象 有可能导致交通事故的发生 已知某汽车轮胎所承受的最大压强为3atm 如果轮胎在常温25 时充气气压为2 5atm 求 1 汽车在行驶的过程中 轮胎的温度不能超过多少 不考虑温度升高时 轮胎容积发生变化 2 从微观角度解释轮胎内部气体压强变化的原因 3 若气体吸收的热量为3j 则气体内能变化了多少 解析 1 设气体常温时的压强为p1 温度为t1 达最高温度时的压强为p2 温度为t2由查理定律 2分 代入数值可得t2 357 6k 1分 所以t t2 273 84 6 1分 2 体积不变 单位体积内分子数不变 温度升高 分子的平均动能增加 所以压强增加 2分 3 气体对外做功为零 据热力学第一定律可知 内能增加3j 2分 答案 1 84 6 2 见解析 3 3j 1 在应用理想气体状态方程解决问题时 首先要搞清气体能否看成理想气体模型 并且要注意热学变化过程中的条件 等温 等压和等容 基本思路是 确定研究对象求压强 列气态方程求未知量 2 理想气体 忽略了分子间的势能 热量传递情况的分析思路 1 由体积变化分析气体做功情况 体积膨胀 气体对外做功 气体被压缩 外界对气体做功 2 由温度变化判断气体内能变化 温度升高 气体内能增加 温度降低 气体内能减小 3 由热力学第一定律 u w q判断气体是吸热还是放热 预测演练4 2009 潍坊市第二次模拟 如图7 4所示为一简易火灾报警装置 其原理是 竖直放置的试管中装有水银 当温度升高时 水银柱上升 使电路导通 蜂鸣器发出报警的响声 27 时 被封闭的理想气体气柱长l1为20cm 水银上表面与导线下端的距离l2为5cm 图7 4 1 当温度达到多少摄氏度时 报警器会报警 解析 1 温度升高时 下端气体等压变化解得t2 375k 即t2 102 2 由玻意耳定律 同样温度下 大气压降低则下端气柱变长 即v1变大 而刚好报警时v2不变 由可知 t2变小 即报警温度降低 答案 1 102 2 报警温度降低 2 如果大气压降低 试分析说明该报警器的报警温度会受到怎样的影响 题型4阿伏加德罗常数及微观量的计算 例4 2009 长春 哈尔滨 沈阳 大连第三次联考 若以m表示氧气的摩尔质量 表示标准状况下氧气的密度 na表示阿伏加德罗常数 则 a 每个氧气分子的质量为b 在标准状况下每个氧气分子的体积为c 单位质量的氧气所含氧气分子个数为d 在标准状况下单位体积的氧气所含氧气分子个数为 解析由于气体分子间距较大 每个氧气分子的质量为 但是表示的是一个氧气分子所占空间的体积 a对b错 同理可知c正确 而d应该是 d错 答案ac 1 对液体 固体来说 微观模型是 分子紧密排列 将物质的摩尔体积分成na等份 每一等份就是一个分子 在估算分子直径时 设想分子是一个一个紧挨的小球 在估算分子间距离时 设想每一个分子是一个正立方体 正立方体的边长即为分子间距离 2 气体分子不是紧密排列的 所以上述模型对气体不适用 但上述模型可以用来估算分子间平均距离 预测演练5 2009 聊城市高考模拟二 1 要估算气体分子间的平均距离 需选用组物理量 a 阿伏加德罗常数 气体的摩尔质量和质量b 阿伏加德罗常数 气体的摩尔质量和密度c 阿伏加德罗常数 气体的质量和体积d 气体的密度 体积和摩尔质量 2 如图7 5所示 一定质量的理想气体从状态a变化到状态b 再由b变化到c 已知状态a的温度为300k 求气体在状态b的温度 由状态b变化到状态c的过程中 气体是吸热还是放热 简要说明理由 图7 5 解析 2 由理想气体的状态方程得气体在状态b的温度tb 1200k 由状态b c 气体做等容变化 由查理定律得 600k故气体由b到c为等容变化 不做功 但温度降低 内能减小 根据热力学第一定律 u w q 可知气体要放热 答案 1 b 2 1200k 放热理由见解析 1 2009 四川 16 关于热力学定律 下列说法正确的是 a 在一定条件下物体的温度可以降到0kb 物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功c 吸收了热量的物体 其内能一定增加d 压缩气体总能使气体的温度升高 解析绝对零度只能无限趋近 永远无法达到 a错误 物体从单一热源吸收的热量可以全部用来对外做功 只不过会引起其他变化 b正确 能的变化决定于做功和热传递两个方面 单纯吸收热量或者对物体做功 物体的内能都不一定增加 c d错 b 2 2009 福建省第二次质检 1 小草 树叶上的小露珠常呈球形 其主要原因是 a 受到重力的作用b 因为表面张力的作用c 重力和大气压力的同时作用d 重力和表面张力互相平衡 2 科学考察队到某一地区进行考察时携带一种测量仪器 该仪器导热性能良好 且内部密闭有一定质量的气体 可视为理想气体 仪器的部分参数为 环境温度为27 时 内部的气体压强为1 0 105pa 若该地区的气温为 23 不考虑密闭气体的体积变化 则该仪器的内部气体压强为 a 8 3 104pab 8 5 104pac 9 9 104pad 1 2 105pa 答案 1 b 2 a 3 2009 南平市适应性考试 1 根据下面哪组数据可算出阿伏加德罗常数 a 水的密度和水的摩尔质量b 水分子的质量和水的摩尔质量c 水分子的体积和水分子的质量d 水的摩尔质量和水分子的体积 2 在温度均匀且恒定的水池中 有一小气泡正在缓慢向上浮起 体积逐渐膨胀 在气泡上浮的过程中 气泡内的气体 a 向外界放出热量b 与外界不发生热传递 其内能不变c 对外界做功 其内能减少d 对外界做功 同时从水中吸收热量 其内能不变 答案 1 b 2 d 4 2009 杭州市模拟一 如图7 6所示 一个质量不变的活塞 将一定量的气体封闭在上端开口的直立圆筒形金属气缸内 活塞以上部分注满机油 最初活塞静止 现设法使周围环境的温度缓慢升高 t 活塞因此缓慢上升 随后到达新的位置静止 在温度升高 t的过程中 以下说法正确的是 图7 6 a 缸内气体压强增大b 缸内气体对外做功c 缸内气体分子平均动能增大d 缸内气体从外界吸热 解析因为温度升高时 活塞上移 机油溢出 p p0 机油质量减小 p减小 a错 c对 气体膨胀对外做功 b对 理想气体内能只与温度有关 内能增大 而气体又对外做功 由热力学第一定律可知气体从外界吸热 d对 答案bcd 5 2009 江西省名校模拟高考信息卷 在一个温度均匀的纯净水杯中 一个可视作理想气体的小气泡在水中缓慢上升 若气泡内的气体质量保持不变 气泡在上升过程中 a 气体分子运动的平均速率减少b 气体向外界放热c 气体对外做功d 气体和水总的重力势能将减少 解析气泡缓慢上升的过程中 温度保持不变 压强减小 体积增大 根据热力学定律可知气体对外做功 故c正确 吸热 温度保持不变 故b错误 气体分子热 运动的平均速率不变 故a错误 气体上升 同体积的水在下降 总重力势能将减小 故d正确 答案cd 6 2009 武汉市5月模拟 如图7 7所示 固定在水平面上的气缸内封闭一定质量的气体 气缸壁和活塞绝热性能良好 气缸内气体分子间相互作用的势能忽略不计 则以下说法正确的是 a 使活塞向左移动 气缸内气体分子的平均动能增大b 使活塞向左移动 气缸内气体的内能不变 图7 7 c 使活塞向右移动 气缸内每个气体分子的动能都减小d 使活塞向右移动 气缸内所有气体分子撞击气缸壁的作用力都减小 解析活塞左移 对气体做功 内能增大 温度升高 a对 b错 活塞右移 气体对外界做功 温度降低 平均动能减小 对气缸壁撞击的分子的平均作用力减小 c d错 答案a 7 2009 大连市第二次模拟 1 水的摩尔质量为18g 密度为1 103kg m3 阿伏加德罗常数约取6 1023mol 1 则估算每个水分子的质量为kg 单位体积内水分子的个数有个 结果均保留1位有效数字 2 如图7 8所示 在一根一端封闭且粗细均匀的长玻璃管中用水银柱将管内一部分空气密封 当管口向上竖直放置时 管内空气柱的长度l1为0 30m 压强为1 40 105pa 温度为27 当管内空气柱的温度下降到 3 时 若将玻璃管开口向下竖直放置 水银没有溢出 求 图7 8 待水银柱稳定后 空气柱的长度l2是多少米 大气压强p0 1 00 105pa 整个状态变化过程中气体对外做功还是外界对气体做功 说明理由 解析 1 3 10 263 1028 2 p1 1 40 105pa v1 l1s t1 273 27 k 300k设水银柱的压强为p3p3 p1 p0 1 40 105 1 00 105 pa 0 40 105pap2 p0 p3 1 00 105 0 40 105 pa 0 60 105pav2 l2s t2 270k代入 解得l2 0 63m 初 末状态对气体的体积增大了 所以气体对外做功 答案 1 3 10 263 1028 2 0 63m 初 末状态气体的体积增大了 所以气体对外做功 8 2009 曲阜师大附中高三高考模拟 为适应太空环境 去太空旅行的航天员都要穿航天服 航天服有一套生命保障系统 为航天员提供合适的温度 氧气和气压 让航天员在太空中如同在地面上一样 假如在地面上航天服内气压为1atm 气体体积为2l 到达太空后由于外部气压低 航天服急剧膨胀 内部气体体积变为 4l 使航天服达到最大体积 若航天服内气体的温度不变 将航天服视为封闭系统 1 求此时航天服内的气体压强 并从微观角度解释压强变化的原因 2 由地面到太空过程中航天服内气体吸热还是放热 为什么 3 若开启航天服封闭系统向航天服内充气 使航天服内的气压恢复到0 9atm 则需补充1atm的等温气体多少升 解析 1 对航天服内气体 开始时压强为p1 1atm 体积为v1 2l 到达太空后压强为p2 气体体积为v2 4l 由等温变化的玻意耳定律 p1v1 p2v2 解得p2 0 5atm航天服内 温度不变 气体分子平均动能不变 体积膨胀 单位体积内的分子数减少 单位时间撞击到单位面积上的分子数减少 故压强减小 2 航天服内气体吸热 因为体积膨胀对外做功 而航天服内气体温度不变 即气体内能不变 由热力学第一定律可得气体吸热 3 设需补充1atm体积为v 的气体 达到的压强为p3 0 9atm 取总气体为研究对象p1 v1 v p3v2解得v 1 6l 答案 1 0 5atm原因见解析 2 吸热原因见解析 3 1 6l 9 2009 鞍山市第二次质量调查 一定质量的理想气体状态变化过程如图7 9所示 第1种变化是从a到b 第2种变化是从a到c 比较两种变化过程 则 a a到c过程气体吸收热量较多b a到b过程气体吸收热量较多c 两个过程气体吸收热量一样d 两个过程气体内能增加相同 图7 9 2 如图7 10所示 粗细均匀的长为h2 30cm的直玻璃管一端开口一端封闭 现让开口端向下竖直插入一水银槽中 封住一段空气柱 使管顶高出槽中水银面h1 25cm 管内水银面比槽内水银面高h 5cm 当时的温度为7 要使管中空气柱占满整个玻璃管 需要把管内空气柱加热到多少摄氏度 槽内水银面位置可视为不变 大气压强为p0 75cmhg 图7 10 解析 1 由理想气体方程可知p 再从图中可知oa为等容变化 ab过程体积变小 外界对气体做功 ac过程体积变大