2011届高考物理第一轮复习 热学 固体、液体与气体课件 新人教版

一 气体1 三个实验定律 p1V1 p2V2 第2课时气体 热力学第一定律和能量守恒 考点自清 特别提醒在应用气体图象分析问题时 一定要看清纵 横坐标所代表的物理量 同时要注意横坐标表示的是摄氏温度还是热力学温度 2 理想气体状态方程 1 理想气体 气体实验定律都是在压强不太大 相对大气压强 温度不太低 相对室温 的条件下总结出来的 当压强很大 温度很低时 计算结果与实际测量结果有很大的差别 我们把在任何温度 任何压强下都遵从气体实验定律的气体叫做理想气体 2 理想气体的状态方程一定质量的理想气体状态方程 或 气体实验定律可看做一定质量理想气体状态方程的特例 二 饱和汽 湿度1 饱和汽与未饱和汽 1 饱和汽 与液体处于 平衡的蒸汽 2 未饱和汽 没有达到饱和状态的蒸汽 动态 2 饱和汽压 1 定义 饱和汽所具有的压强 2 特点 液体的饱和汽压与温度有关 温度越高 饱和汽压越 且饱和汽压与饱和汽的体积 3 湿度 1 定义 空气的干湿程度 2 描述湿度的物理量 绝对湿度 空气中所含水蒸汽的压强 相对湿度 空气的 与同一温度下水的饱和汽压的百分比 大 无关 绝对湿度 三 改变内能的两种方式1 改变内能的两种方式是 和 2 做功和热传递改变内能是 的 但做功是能量的 而热传递是 四 能量转化与守恒1 热力学第一定律 1 内容 一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做功的和 做功 热传递 等效 转化 转移 2 公式 U W Q2 热力学第二定律表述一 热传导的方向性 表述二 机械能和内能转化过程的方向性 热量不能自发地从低温物体传到高温物体 不可能从单一热库吸收热量 使之完全变成功 而不产生其他影响 3 能量守恒定律能量既不会凭空产生 也不会凭空消失 它只能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 在转化或转移的过程中其总量不变 4 永动机由能量守恒定律知 永动机不可能制成 由热力学第二定律知 永动机不可能制成 5 能源与环境 1 常规能源 常规能源带来环境污染问题 如温室效应 酸雨 光化学烟雾等 2 新能源的开发 风能 水能 太阳能 沼气 核能等 第一类 第二类 煤 石油 天然气 热点一有关图象的处理方法1 利用垂直于坐标轴的线作辅助线去分析同质量 不同温度的两条等温线 不同体积的两条等容线 不同压强的两条等压线的关系 例如 如图1中 V1对应虚线为等容线 A B是与T2 T1两线的交点 可以认为从B状态通过等容升压到A状态 温度必然升高 所以T2 T1 又如图2所示 A B为等温线 从B状态到A状态压强增大 体积一定减小 所以V2 V1 图1图2 热点聚焦 2 一定质量的气体不同图象的比较 类别图线 热点二饱和汽与未饱和汽的几个问题的辨析1 正确理解饱和汽与未饱和汽与实验定律的关系认为饱和汽也遵循气体实验定律是读者常见的误区 实际上 只有不饱和汽遵循气体实验定律 而饱和汽不遵循气体实验的定律 2 注意相对湿度与相对误差的区别把相对湿度计算与相对误差的计算混淆 认为相对湿度 100 这是常见的误区 正确计算相对湿度的方法是 相对湿度 3 湿度 饱和汽压与温度 体积的关系空气的绝对湿度是指空气中所含水蒸气的压强 它与温度 体积无关 水的饱和汽压与温度有关 与体积无关 空气的绝对湿度要小于水的饱和汽压 因为相对湿度 而空气的绝对湿度与水的饱和汽压都与体积无关 故相对湿度与体积无关 因饱和汽压与温度有关 故相对湿度与温度有关 在绝对湿度P1不变而降低温度时 由于水的饱和汽压减小会使空气的相对湿度增大 居室的相对湿度以40 60 较适宜 热点三改变物体内能的两种方式的比较 特别提示1 要使物体改变同样的内能 通过做功或者热传递都可以实现 若不知道过程 我们无法分辨出是做功还是热传递实现的这种改变 2 做功是宏观的机械运动向物体的微观分子热运动的转化 热传递则是通过分子之间的相互作用 使不同物体间分子热运动变化 是内能的转移 前者能的性质发生了变化 后者能的性质不变 3 物体的内能增加与否 不能单纯地只看做功或热传递 两个过程需要全面考虑 热点四对热力学第一定律的理解1 热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的 而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系 此定律是标量式 应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳 2 对公式 U Q W符号的规定 3 几种特殊情况 1 若过程是绝热的 则Q 0 W U 外界对物体做的功等于物体内能的增加 2 若过程中不做功 即W 0 则Q U 物体吸收的热量等于物体内能的增加 3 若过程的始末状态物体的内能不变 即 U 0 则W Q 0或W Q 外界对物体做的功等于物体放出的热量 特别提示1 应用热力学第一定律时要明确研究的对象是哪个物体或者是哪个热力学系统 2 应用热力学第一定律计算时 要依照符号法则代入数据 对结果的正 负也同样依照规则来解释其意义 题型1饱和汽 饱和汽压和相对湿度的考查 例1 由饱和汽和饱和汽压的概念 选出下列结论中哪些是正确的 A 饱和汽和液体之间的动态平衡 是指汽化和液化同时进行的过程 且进行的速率相等B 一定温度下饱和汽的密度为一定值 温度升高 饱和汽的密度增大C 一定温度下的饱和汽压 随饱和汽的体积增大而增大D 饱和汽压与饱和汽的温度成正比 题型探究 解析由动态平衡概念可知A正确 在一定温度下 饱和汽的密度是一定的 它随着温度升高而增大 B正确 一定温度下的饱和汽压与体积无关 C错 饱和汽压随温度升高而增大 原因是 温度升高时 饱和汽的密度增大 温度升高时 气体分子平均速率增大 理想气体状态方程不适用于饱和汽 饱和汽压和绝对温度的关系不成正比 饱和汽压随温度的升高而增大 增大的比线性关系更快 D错 答案AB 变式练习1关于饱和汽压和相对湿度 下列说法正确的是 A 温度相同的不同饱和汽 饱和汽压都相同B 温度升高时 饱和汽压增大C 在相对湿度相同的情况下 夏天比冬天的绝对湿度大D 饱和汽压和相对湿度都与体积无关 解析在一定温度下 饱和汽压是一定的 饱和汽压随温度的升高而增大 饱和汽压与液体的种类有关 与体积无关 空气中所含水蒸气的压强 叫做空气的绝对湿度 相对湿度 夏天的饱和汽压大 在相对湿度相同时 夏天的绝对湿度大 答案BCD 题型2气体压强的分析与计算 例2 如图3所示 一个横截面积为S的圆管形容器竖直放置 金属圆板A的上表面是水平的 下表面是倾斜的 下表面与水平面的夹角为 圆板的质量为图3M 不计圆板与容器内壁之间的摩擦 若大气压强为p0 求被圆板封闭在容器中的气体的压强p 思维导图 列平衡方程 可能是牛顿第二定律方程 选取研究对象 分析受力 重点求出气体压强产生的力 求压强 解析对圆板进行受力分析 重力Mg 大气压的作用力p0S 封闭气体对它的作用力容器侧壁的作用力F1和F2 如右图所示 由于不需要求出侧壁的作用力 所以只考虑竖直方向合外力为零 就可以求被封闭的气体压强 圆板在竖直方向上合外力为零 有p0S Mg pS cos cos 由此可得p p0 Mg S 答案p0 Mg S 方法提炼1 封闭气体有两种情况 一是平衡状态系统中的封闭气体 二是变速运动系统中的封闭气体 2 封闭气体压强的计算方法 选与气体接触的液柱 或活塞 汽缸 为研究对象 进行受力分析 再根据运动状态列出相应的平衡方程或牛顿第二定律方程 从而求出压强 变式练习2若已知大气压强为p 在图4中各装置均处于静止状态 求被封闭气体的压强 图4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S ghS p0S所以p气 p0 gh由图乙中 以B液面为研究对象 由平衡方程F上 F下有 pAS phS p0Sp气 pA p0 gh在图丙中 仍以B液面为研究对象 有pA ghsin60 pB p0所以p气 pA 在图丁中 以液面A为研究对象 由二力平衡得pAS p0 gh1 S所以p气 pA p0 gh1答案甲 p0 gh乙 p0 gh丙 丁 p0 gh1 若t3 p3分别为90 3 5atm根据查理定律得 胎压范围为2 01atm p 2 83atm答案2 01atm p 2 83atm 题型3热力学第一定律的应用 例3 一定质量的气体 在从一个状态变化到另一个状态的过程中 吸收热量280J 并对外做功120J 试问 1 这些气体的内能发生了怎样的变化 2 如果这些气体又返回原来的状态 并放出了240J热量 那么在返回的过程中是气体对外界做功 还是外界对气体做功 做功多少 思路点拨求解此题应把握以下两点 1 用热力学第一定律求解内能变化 注意热量Q 功W的正负 2 气体从末态到初态与从初态到末态的 U的大小相同 结合热力学第一定律计算 并做出判断 解析 1 由热力学第一定律可得 U W Q 120J 280J 160J内能增加了160J 2 由于气体的内能仅与状态有关 所以气体从 状态回到 状态过程中内能的变化应等于从 状态到 状态过程中内能的变化 则从 状态到 状态的内能应减少160J 即 U 160J 又Q 240J根据热力学第一定律得 U W Q 所以W U Q 160J 240J 80J即外界对气体做功80J答案 1 增加了160J 2 外界对气体做功80J1 当做功和热传递两种过程同时发生时 内能的变化就是要用热力学第一定律进行综合分析 2 做功情况看气体的体积 体积增大 气体对外做功 W为负 体积缩小 外界对气体做功 W为正 若与外界绝热 则不发生热传递 此时Q 0 规律总结 变式练习3一定质量的气体从外界吸收了4 2 105J的热量 同时气体对外做了6 105J的功 问 1 物体的内能增加还是减少 变化量是多少 2 分子势能是增加还是减少 3 分子的平均动能是增加还是减少 解析 1 因为气体从外界吸热 所以Q 4 2 105J 又因气体对外做功 所以W 6 105J由热力学第一定律 U W Q有 U W Q 6 105 J 4 2 105 J 1 8 105J U为负 说明气体的内能减少了1 8 105J 2 因为气体对外做功 所以气体的体积膨胀 分子间的距离增大了 分子力做负功 气体分子势能增加 3 因为气体内能减少 同时气体分子势能增加 说明气体分子的平均动能一定减少了 答案 1 减少1 8 105J 2 增加 3 减少 1 如图5所示 某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中 设水温均匀且恒定 筒内空气无泄漏 不计气体分子间相互作用 则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中 筒内空气图5体积减小 同时 A 从外界吸热B 内能增大C 向外界放热D 内能减小 素能提升 解析缓慢下降的过程中 筒内空气的温度与水温始终相同 即空气温度不变 由于不计气体分子间的相互作用 分子势能始终不变 筒内空气分子的平均动能不变 所以筒内空气的内能不变 筒内空气的体积减小 外界对气体做功 根据热力学第一定律 U W Q 可知筒内空气向外放热 答案C 2 下列关于热力学一定律的表述中正确的是 A 热力学零度不可达到B 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C 其数学表达式是 U Q WD 能量在转化或转移的过程中总量保持不变解析热力学零度只可接近不能达到 A正确 B是热力学第二定律的内容 C是热力学第一定律的表达式 D是能量守恒定律内容 A 3 如图6所示 绝热隔板K把绝热的汽缸分隔成体积相等的两部分 K与汽缸壁的接触是光滑的 两部分中分别盛有相同图6质量 相同温度的同种气体a和b 气体分子之间相互作用势能可忽略 现通过电热丝对气体a加热一段时间后 a b各自达到新的平衡 A a的体积增大了 压强变小了B b的温度升高了C 加热后a的分子热运动比b分子热运动更激烈D a增加的内能大于b增加的内能 解析a气体受热膨胀 通过活塞压缩气体b 对b做功 气体b体积减小 由热力学第一定律 b内能增加 温度升高 则b气体压强增大 最终达到平衡时 a气体和b气体压强相等 而a气体体积变大 所以a气体的温度大于b气体的温度 所以B C D选项正确 答案BCD 4 下列关于分子运动和热现象的说法正确的是 A 气体如果失去了容器的约束就会散开 这是因为气体分子之间存在势能的缘故B 一定量100 的水变成100 的水蒸气 其分子之间的势能增加C 对于一定量的气体 如果压强不变 体积增大 那么它一定从外界吸热D 如果气体分子总数不变 而气体温度升高 气体分子的平均动能增大 因此压强必然增大E 一定量气体的内能等于其所有分子热运动动能和分子之间势能的总和F 如果气体温度升高 那么所有分子的速率都增加 解析气体分子是做无规则运动的 故失去容器后就会散开 A错误 B分子平均动能不变 但要吸热来增加分子势能 B正确 根据气体状态方程 C选项温度一定要升高 又对外做功 故一定吸热 C正确 D选项中没考虑气体的体积对压强的影响 根据内能定义知E正确 F选项中气温升高 分子平均动能增大 平均速率增大 但不是每个分子速率都增大 对单个分子的研究是毫无意义的 答案BCE 5 如图7所示 p V图中 一定质量的理想气体由状态A经过程 变至状态B时 从外界