2011届高考物理二轮复习 专题八 分子动理论 气体及热力学定律学案新人教版

专题八 选修专题八 选修 3 33 3 分子动理论分子动理论 气体及热力学定律气体及热力学定律 核心要点突破核心要点突破 知识链接知识链接 一 分子动理论 1 微观物理量的估算问题 m M N m N A 分 摩 V N V V N M N mVd Vd AA 分 摩摩分分 分 固 液 球形 气体 立方体 1 6 3 3 NnNn A 摩尔数 n m M V V molmol 2 分子力与分子势能 1 分子间存在着相互作用的分子力 分子力有如下几个特点 分子间同时存在引力和斥力 分子间的引力和斥力都随分子间的距离增大而 减小 随分子距离的减小而增大 但斥力比引力变化更快 实际表现出来的是引力和斥力的合力 2 分子势能 1 分子间由于存在相互作用而具有的 大小由分子间相对位置决定的能叫做分子势能 2 分子 势能改变与分子力做功的关系 分子力做功 分子势能减少 克服分子力做功 分子势能增加 且分子 力做多少功 分子势能就改变多少 分子势能与分子间距的关系 如右图示 二 热力学定律 1 热力学第一定律 E Q W 2 热力学第二定律 表述 1 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 按热传导的方向性表述 2 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 按机械能和内能转化过程的 方向性表述 或第二类永动机是不可能制成的 3 热力学第三定律 热力学零度不可达到 宇宙温度下限 273 15 摄氏度 热力学零度 三 气体实验定律 1 等温过程 p1V1 p2V2 k 玻 马定律 2 等容过程 2 2 1 1 00t T p T p 273 p t pp 查理定律 3 等压过程 盖 吕萨克定律 4 理想气体状态方程 pV T 恒量或 1 11 T Vp 2 22 T Vp 深化整合深化整合 典例训练 1 一滴油酸酒精溶液含质量为 m 的纯油酸 滴在液面上扩散后形成的最大面积为 S 已知纯 油酸的摩尔质量为 M 密度为 阿伏加德罗常数为 NA 下列表达式正确的有 二 温度 内能 热量 功的理解 典例训练 2 2010 海南理综海南理综 T17 1 下列说法正确的是 填入正确选项前的字母 每选错一个扣 2 分 最低得分为 0 分 A 当一定质量的气体吸热时 其内能可能减小 B 玻璃 石墨和金刚石都是晶体 木炭是非晶体 C 单晶体有固定的熔点 多晶体和非晶体没有固定的熔点 D 当液体与大气相接触时 液体表面层内的分子所受其它分子作用力的合力总是指向液体内部 E 气体 分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数 与单位体积内气体的分子数和气体温度有关 命题立意命题立意 考查内能 晶体 表面张力气体的压强等 规范解答规范解答 选选 ADE 一定质量的气体吸热时 如果同时对外做功 且做的功大于吸收的热量 则内能 减小 A 正确 玻璃是非晶体 B 错 多晶体也有固定的熔点 C 错 液体表面层内的分子液体内部 分子间距离的密度都大于大气 因此分子力的合力指向液体内部 D 正确 气体分子单位时间内与单位 面积器壁碰撞的次数 决定气体的压强 因此与单位体积内分子数和气体的温度有关 E 对 典例训练 3 2010 2010 全国全国 理综理综 T16 T16 如图 一绝热容器被隔板 K K 隔开 a b 两部分 已知 a 内有 一定量的稀薄气体 b 内为真空 抽开隔板 K K 后 a 内气体进入 b 最终达到平衡状态 在此过程中 A 气体对外界做功 内能减少 B 气体不做功 内能不变 C 气体压强变小 温度降低 D 气体压强变小 温度不变 命题立意命题立意 本题以气体为研究对象 考查了气体的三个状态参量变化 涉及到内能 气体的自由膨胀 热力学第一定律 理想气体状态方程等 思路点拨思路点拨 解答本题时可按以下思路分析 规范解答规范解答 选 B D a 内的稀薄气体抽开隔板 K K 后 进入真空 b 内 a 内的稀薄气体 做功0 W 绝热容器不与外界发生热传递 则0 Q 根据热力学第一定律 QWU 可得0 U 则内能不变 故 A 错误 B 正确 稀薄气体可看作理想 气体 内能仅由温度决定 由于 0 则气体温度不变 又根据理想气体状态方程 C T PV 气体 体积变大 而温度不变 则压强变小 故 C 错误 D 正确 高考真题探究高考真题探究 1 2010 2010 福建理综福建理综 T28 T28 1 1859 年麦克斯韦从理论上推导出了气体分子速率的分布规律 后来有许多实验验证了这一规律 若 以横坐标 表示分子速率 纵坐标 f 表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比 下面四幅图中能 正确表示某一温度下气体分子速率分布规律的是 填选项前的字母 命题立意命题立意 本题以物理学史为背景 考查知识性的内容 这是 3 3 每年高考中常考的题型 思路点拨思路点拨 知道气体分子速率分布规律 规范解答规范解答 选 D 气体分子速率分布规律是中间多两边少 且一切分子都在不停地做无规则运动 故选 D 2 2 2010 2010 福建理综福建理综 T28 T28 2 如图所示 一定质量的理想气体密封在绝热 即与外界不发生热交换 容器中 容器内装有一可以活动的绝热活塞 今对活塞施以一竖直向下的压力F 使活塞缓慢向下移动一 段距离后 气体的体积减小 若忽略活塞与容器壁间的摩擦力 则被密封的气体 填选项前的字 母 A 温度升高 压强增大 内能减少 B 温度降低 压强增大 内能减少 C 温度升高 压强增大 内能增加 D 温度降低 压强减小 内能增加 命题立意命题立意 本题以压缩活塞为背景 考查热力学第一定律和理想气体状态方程 a 内气体进入真空 b 内W 0 绝热容器没有热传递Q 0 0 U 温度不变 压强变小 思路点拨思路点拨 明确研究对象是密闭的气体 由热力学第一定律得出密闭的气体的温度 T 再利用理想气体 状态方程求解 规范解答规范解答 选 C 由 F 对密闭的气体做正功 W 0 绝热活塞 则 Q 0 由热力学第一定律知理想气体内 能增大 T 升高 再根据 PV T C V 减小 P 增大 故选 C 3 3 2010 2010 广东理综广东理综 T14 T14 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 600J B 温度升高 内能减少 200J C 温度降低 内能增加 600J D 温度降低 内能减少 200J 命题立意命题立意 本题主要考查热力学第一定律 理想气体及内能的决定因素 思路点拨思路点拨 解答本题时可按以下思路分析 规范解答规范解答 选 A 由热力学第一定律知 由UQW 得 JJJU600 200 800 一定质量的理想气体的内能大小只与温 度有关 0600 JU 故温度一定升高 选 A 选项正确 4 4 2010 2010 广东理综广东理综 T15 T15 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 命题立意命题立意 本题主要考查理想气体状态方程及玻马定律 思路点拨思路点拨 解答本题时可按以下思路分析 规范解答规范解答 选 B 由图可知空气被封闭在细管内 水面升高时 根据玻马定律 气体压强增大 气体体 积减小 B 选项正确 5 5 2010 2010 江苏物理卷江苏物理卷 T12 T12 A A 选修模块 3 3 12 分 1 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 下列图象能正确表 热力学第一定律决定内能的因素 理想气体状态方程 T 不变玻马定律 示该过程中空气的压强 p 和体积 V 关系的是 2 在将空气压缩装入气瓶的过程中 温度保持不变 外界做了 24KJ 的功 现潜水员背着该气瓶缓慢 地潜入海底 若在此过程中 瓶中空气的质量保持不变 且放出了 5KJ 的热量 在上述两个过程中 空 气的内能 共减小 KJ 空气 选填 吸收 或 放出 3 已知潜水员在岸上和海底吸入空气的密度分别为 1 3kg 3 m和 2 1kg 3 m 空气的摩尔质量为 0 029kg mol 阿伏伽德罗常数 A N 6 02 231 10 mol 若潜水员呼吸一次吸入 2L 空气 试估算潜水员在 海底比在岸上每呼吸一次多吸入空气的分子数 结果保留一位有效数字 规范解答规范解答 1 选 B 由 PV C P 与 V 1 成正比 本题考查 P V 1 图象 2 根据热力学第一定律UQW 第一阶段JW24 1 0 1 U 所以JQ24 1 放热 第 二阶段0 2 W JU5 2 所以JQ5 2 两过程 共放热JQQQ29 21 内能变化 JU5 即减少 5J 3 设空气的摩尔质量为 M 在海底和岸上的密度分别为 海 和 岸 一次吸入空气的体积为 V 则有 AA N M V N M m n 岸海陆空 代入数据得 22 103 n 答案 1 B 2 5J 放出 3 22 103 n 6 6 2010 2010 山东理综山东理综 T36 T36 8 分 一太阳能空气集热器 底面及侧面为隔热材料 顶面为透明玻 璃板 集热器容积为 V0 开始时内部封闭气体的压强为 P0 经过太 阳暴晒 气体温度由 T0 300K 升至 T1 350K 1 求此时气体的压强 2 保持 T1 350K 不变 缓慢抽出部分气体 使气体压强再变回到 P0 求集热器内剩余气体的质量 与原来总质量的比值 判断在抽气过程中剩余气体是吸热还是放热 并简述原因 命题立意命题立意 本题以封闭气体为研究对象 结合变质量问题 突出了高考对理解能力 推理能力的要求 主要考查查理定律 玻意耳定律 热力学第一定律等知识点 思路点拨思路点拨 解答本题时可按以下思路分析 规范解答规范解答 1 设升温后气体的压强为 P1 由查理定律得 1 1 0 0 T P T P 代入数据得 01 6 7 PP 2 抽气过程可视为等温膨胀过程 设膨胀后的总体积为 V 由玻意耳定律得VPVP 001 联立 式解得 0 6 7 VV 设剩余气体的质量与原来气体的总质量之比为 K 由题意得 V V K 0 联立 式解得 7 6 K 吸热 因为抽气过程中剩余气体温度不变 故内能不变 而剩余气体膨胀对外做功 所以根据热力学 第一定律可知剩余气体要吸热 答案答案 1 0 6 7 p 2 7 6 吸热 备课资源备课资源 1 对一定量的气体 下列说法正确的是 A 气体的体积是所有气体分子的体积之和 B 气体分子的热运动越剧烈 气体温度就越高 C 气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的 D 当气体膨胀时 气体分子之间的势能减小 因而气体的内能减小 解析 选 B C 气体分子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 A 项错 温度是物体分子平均动能的标志 是表示分子热运动剧烈程度的物理量 B 项正确 气体压强的微观解释 是大量气体分子频繁撞击产生的 C 项正确 气体膨胀 说明气体对外做功 但不能确定吸 放热情况 故不能确定内能变化情况 D 项错 2 1 以下说法正确的是 A 用手捏面包 面包体积会缩小 说明分子之间有间隙 B 温度相同的氢气和氧气 氢气分子和氧气分子的平均速率相同 C 夏天荷叶上小水珠呈球状 是由于液体表面张力使其表面积具有收缩到最小趋势的缘故 对象的选取 初末状态的确定将变质量问题转化为定质量问题求解 D 自然界中进行的一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性 2 如图所示是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置 开始时封闭的空气柱长度为 22 cm 现用竖 直向下的外力 F 以适当的速度压缩气体 使封闭的空气柱长度变为 2 cm 已知人对活塞做功 50 J 压缩 过程中气体向外散失的热量为 15 J 求气体的内能增加多少 大气压强为 p0 1 105 Pa 活塞的横截 面积 S 1 cm2不计活塞重力 解析 1 C D 2 大气压力对活塞做功 W1 p0S l0 l 2 J 人做功 W2 50 J 由热力学第一定律 U W1 W2 Q 将 Q 15 J 等代入 解出 U 37 J 答案 1 C D 2 37 J 3 2010 江西理综江西理综 T19 右图 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 命题立意命题立意 本题以两分子系统势能与距离的关系曲线图象为题意 要考生根据图象判断两分子距离为哪 个值时 它们之间的作用力表现为引力还是斥力 本题的图象很容易与教材中分子作用力与它们之间距离关 系的曲线图混淆 是道中等难度的试题 主要考查分子间距与分子力 分子势能的关系 思路点拨思路点拨 解答本题时可按以下思路分析 规范解答规范解答 选 分子间距等于 r0时分子势能最小 即 r0 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 所以 A 错 BC 正确 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 4 2010 四川理综四川理综 T14 下列现象中不能说明分子间存在分子力的是 曲线中势能的 最低点对应的 距离 r2就是 r0 分子间距等 于 r0分子势 能最小 由 r 与 r0的比 较从而可确定 分子力是何种 力及做功情况 图 3 A 两铅块能被压合在一起 B 钢绳不易被拉断 C 水不容易被压缩 D 空气容易被压缩 命题立意命题立意 考察分子间力的特点及宏观表现 思路点拨思路点拨 解答本题时可按以下思路分析 规范解答规范解答 选 D 两铅块能被压合在一起 钢绳不易被拉断说明分子之间存在引力 而水不容易压 缩是因为分子间距小轻微压缩都使分子力表现为斥力 因此 ABC 正确 空气容易被压缩是因为分子间距 大的原因 而不是因为分子间存在分子力的原因 因此 D 错误 5 2010 重庆理综重庆理综 T15 给旱区送水的消防车停于水平面 在缓缓放水的过程中 若车胎不漏气 胎内 气体温度不变 不计分子势能 则胎内气体 A 从外界吸热 B 对外界做负功 B 分子平均动能减少 D 内能增加 命题立意命题立意 考查热力学第一定律 思路点拨思路点拨 在缓缓放水的过程中 压强减小 体积膨胀 对外做功 规范解答规范解答 选选 A 胎内气体经历了一个温度不变 压强减小 体积增大的过程 温度不变 分子平均动 能和内能不变 体积增大气体对外界做正功 根据热力学第一定律气体一定从外界吸热 A 正确 6 2010 上海物理卷上海物理卷 T10 如图 玻璃管内封闭了一段气体 气柱长度为l 管内外 水银面高度差为h 若温度保守不变 把玻璃管稍向上提起一段距离 则 A h l均变大 B h l均变小 C h变大l变小 D h变小l变大 命题立意命题立意 本题考查气体状态方程 思路点拨思路点拨 首先以气体为研究对象 判断气体压强的变化情况 然后再以水银柱为研究对象 判断液 柱高度的变化 规范解答规范解答 选 D