高中物理选修3-3分子动理论、分子力、分子势能和内能、液体固体、气缸模型

分子动理论必备知能1分子大小(1)阿伏加德罗常数：NA6.021023 mol1。(2)分子体积：V0(占有空间的体积)。(3)分子质量：m0。(4)油膜法估测分子的直径：d。2分子热运动的实验基础：扩散现象和布朗运动(1)扩散现象特点：温度越高，扩散越快。(2)布朗运动特点：液体内固体微粒做永不停息、无规则的运动，微粒越小、温度越高，运动越剧烈。演练冲关1易错辨析(正确的打“”号，错误的打“”号)(1)布朗运动是液体分子的无规则运动()(2)布朗运动并不是液体分子的运动，但它说明分子永不停息地做无规则运动()(3)液体温度越高，固体微粒越小，布朗运动会越激烈()(4)布朗运动反映了悬浮颗粒中分子运动的无规则性()(5)悬浮在液体中的固体微粒越小，布朗运动就越明显()(6)悬浮在液体中的微粒越小，受到液体分子的撞击就越容易平衡()(7)布朗运动是由于液体各部分温度不同引起的()(8)在较暗的房间里，看到透过窗户的“阳光柱”里粉尘的运动不是布朗运动()(9)布朗运动是指在显微镜下观察到的液体分子的无规则运动()(10)显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这反映了液体分子运动的无规则性()(11)悬浮在空气中做布朗运动的PM2.5微粒，气温越高，运动越剧烈()(12)扩散现象就是布朗运动()(13)扩散现象与布朗运动都与温度有关()(14)扩散现象不仅能发生在气体和液体中，固体中也可以发生()(15)“酒香不怕巷子深”与分子热运动有关()(16)只要知道水的摩尔质量和水分子的质量，就可以计算出阿伏加德罗常数()(17)用阿伏加德罗常数和某种气体的密度，就可以求出该种气体的分子质量()(18)已知某气体的摩尔体积V，再知道阿伏加德罗常数NA，就可以求出一个气体分子的体积()(19)只要知道气体的摩尔质量和阿伏加德罗常数，就可以算出气体分子的质量()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(19)分子力、分子势能和内能必备知能1分子力分子间引力与斥力的合力。分子间距离增大，引力和斥力均减小；分子间距离减小，引力和斥力均增大，但斥力总比引力变化得快。2分子势能分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增大；当分子间距为r0(分子间的距离为r0时，分子间作用力的合力为0)时，分子势能最小。3内能物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和。组成任何物体的分子都在做无规则的热运动，所以任何物体都具有内能。演练冲关2易错辨析(正确的打“”号，错误的打“”号)(1)水不易被压缩说明分子间存在分子力()(2)用力拉铁棒的两端，铁棒没有断，说明此时分子间只存在引力而不存在斥力()(3)分子间引力总是随着分子间的距离减小而减小()(4)将一个分子从无穷远处无限靠近另一个分子，则这两个分子间的分子力先增大后减小最后再增大()(5)当分子间距离增大时，分子间的引力减小，斥力增大()(6)若两分子间距离减小，分子间斥力增大，引力减小，合力表现为斥力()(7)当两分子间距离大于平衡位置的间距r0时，分子间的距离越大，分子势能越小()(8)分子间同时存在着引力和斥力，当分子间距增加时，分子间的引力增大，斥力减小()(9)分子间的相互作用力随着分子间距离的增大，先减小后增大()(10)分子间距离增大时，分子间的引力、斥力都减小()(11)随着分子间距离增大，分子间作用力减小，分子势能也减小()(12)分子间的距离为平衡位置的间距r0时，分子间作用力的合力为零，分子势能最小()(13)达到热平衡的两个物体具有相同的热量()(14)物体的温度越高，分子热运动越剧烈，分子的平均动能越大()(15)温度升高时，物体内的每个分子的运动速率一定增大()(16)物体中所有分子的热运动动能的总和叫做物体的内能()(17)物体的内能是物体内所有分子动能和分子势能的总和()(18)温度升高，物体内每个分子的动能一定增大()(19)相同质量0 的水的分子势能比0 的冰的分子势能大()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(19)固体、液体必备知能1晶体和非晶体比较晶体非晶体单晶体多晶体形状规则不规则不规则熔点固定固定不固定特性各向异性各向同性各向同性2.液晶的性质液晶是一种特殊的物质，既可以流动，又可以表现出单晶体的分子排列特点，在光学性质上表现出各向异性。3液体的表面张力使液体表面有收缩到球形的趋势，表面张力的方向跟液面相切。4饱和汽压的特点液体的饱和汽压与温度有关，温度越高，饱和汽压越大，且饱和汽压与饱和汽的体积无关。5相对湿度某温度时空气中水蒸气的实际压强与同温度水的饱和汽压的百分比。即：B100%。演练冲关3易错辨析(正确的打“”号，错误的打“”号)(1)同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现()(2)大颗粒的食盐磨成了细盐，就变成了非晶体()(3)单晶体的某些物理性质具有各向异性，而多晶体和非晶体是各向同性的()(4)单晶体和多晶体都有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点()(5)晶体在各个方向上的导热性能相同，表现为各向同性()(6)晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化()(7)太空中水滴成球形，是液体表面张力作用的结果()(8)漂浮在热菜汤表面上的油滴，可以观察到是圆形的，是油滴液体呈各向同性的缘故()(9)液体与大气相接触，表面层内分子所受其他分子的作用表现为相互吸引()(10)由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，液面分子间只有引力，没有斥力，所以液体表面具有收缩的趋势()(11)液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部()(12)液体表面的分子距离大于分子间的平衡距离，使得液面有表面张力()(13)叶面上的小露珠呈球形，是由于液体表面张力的作用()(14)肥皂水的水面能托住小的硬币，主要与液体的表面张力有关()(15)雨水没有透过布雨伞，是因为液体表面存在张力()(16)液晶具有液体的流动性，同时具有晶体的各向异性特征()(17)液晶显示器是利用了液晶对光具有各向异性的特点()(18)当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大()(19)空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近饱和汽压，水蒸发越快()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(19)气体分子的运动特点必备知能1气体压强是由气体分子频繁地碰撞器壁产生的，压强大小与分子热运动的剧烈程度和分子密集程度有关。2做功和热传递都可以改变物体的内能，理想气体的内能只与温度有关。 3温度变化时，物体内分子的平均动能随之变化，并非物体内每个分子的动能都发生同样的变化。 演练冲关4易错辨析(正确的打“”号，错误的打“”号)(1)气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力()(2)单位体积的气体分子数增加，气体的压强一定增大()(3)气体的压强是由于大量分子所受的重力产生的()(4)若气体的温度不变，压强增大，说明每秒撞击单位面积器壁的分子数增多()(5)一定质量的理想气体压强不变时，气体分子单位时间内对器壁单位面积的平均碰撞次数随着温度升高而减少()(6)从微观角度看，气体压强只与分子平均动能有关()(7)气体分子单位时间内与单位面积器壁发生碰撞的次数，与单位体积内气体的分子数和气体温度都有关()(8)单位时间内气体分子对容器壁单位面积上碰撞次数减少，气体的压强一定减小()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)热力学定律的理解与应用必备知能1热力学第一定律：UQW2热力学第二定律(1)热量不能自发地从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化。(2)不可能从单一热库吸收热量，并使之完全变为功，而不产生其他影响。演练冲关5易错辨析(正确的打“”号，错误的打“”号)(1)外界对系统做功，系统内能一定增加()(2)系统从外界吸收热量，系统内能一定增加()(3)一定质量的理想气体发生绝热膨胀时，其内能不变()(4)一定质量的理想气体，在等压膨胀过程中，气体分子的平均动能增大()(5)在轮胎爆裂这一短暂过程中，气体膨胀，温度下降()(6)密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程外界对其做功，瓶内空气内能增加()(7)热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高温物体()(8)利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能是可能的()(9)自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的()(10)功转变为热的实际宏观过程一定是可逆过程()(11)空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性()(12)不断改进工艺，热机的效率可能达到100%()(13)热量不可以自发地从低温物体传递到高温物体，是因为违背了热力学第一定律()(14)“第一类永动机”不可能制成，是因为它违背了能量守恒定律()(15)“第二类永动机”不可能制成，是因为它违背了能量守恒定律()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)“汽缸”类问题必备知能典例示法例1(2017东北三省四市模拟)如图所示，两竖直且正对放置的导热汽缸底部由细管道(体积忽略不计)连通，两活塞a、b用刚性轻杆相连，可在两汽缸内无摩擦地移动。上下两活塞(厚度不计)的横截面积分别为S110 cm2、S220 cm2，两活塞总质量为M5 kg，两汽缸高度均为H10 cm。汽缸内封闭有一定质量的理想气体，系统平衡时，活塞a、b到汽缸底部距离均为l5 cm(图中未标出)。已知大气压强为p01.0105 Pa，环境温度为T0300 K，重力加速度g取 10 m/s2。(1)若缓慢升高环境温度，使活塞缓慢移到一侧汽缸的底部，求此时的环境温度；(2)若保持温度不变，用竖直向下的力缓慢推活塞b，在活塞b由开始运动到汽缸底部过程中，求向下推力的最大值。解析(1)汽缸内气体压强不变，温度升高，气体体积变大，故活塞向上移动，由盖吕萨克定律得：代入数据得：T400 K。(2)设初始气体压强为p1，由平衡条件有：p0S1p1S2Mgp0S2p1S1代入数据得：p11.5105 Pa由题意知，活塞b刚要到达汽缸底部时，向下的推力最大，此时气体的体积为HS1，设压强为p2由玻意耳定律得：p1(lS1lS2)p2HS1代入数据得：p22.25105 Pa由平衡条件有：p0S1p2S2Mgp0S2p2S1F代入数据得：F75 N。答案(1)400 K(2)75 N应用气体实验定律的三个重点环节演练冲关6(2018届高三焦作四校联考)如图1所示，开口向上、内壁光滑的圆柱形汽缸竖直放置，在汽缸P、Q两处设有卡口，使厚度不计的活塞只能在P、Q之间运动。开始时活塞停在Q处，气体温度为300 K，现缓慢加热缸内气体，直至活塞运动到P处，整个过程中的pV图线如图2所示。设外界大气压强p01.0105 Pa。(1)写出图2中气体状态的变化过程，求卡口Q下方气体的体积以及两卡口之间的体积；(2)求活塞刚离开Q处时气体的温度以及缸内气体的最高温度。解析：(1)从题图2可以看出，气体先做等容变化，然后做等压变化，最后做等容变化。由题图2可知，卡口Q下方气体的体积V01.0103 m3两卡口之间的体积V(1.21031.0103)m30.2103 m3。(2)从题图2可以看出，开始时缸内气体的压强为p10.9105 Pa活塞刚离开Q处时，气体压强p21.2105 Pa由查理定律有：解得：T2400 K活塞最终运动到P处，由题图2可知，此时气体压强p31.5105 Pa，体积V31.2103 m3由理想气体状态方程有：解得：T3600 K。答案：(1)变化过程见解析1.0103 m30.2103 m3(2)400 K600 K“液柱”类问题典例示法例2(2017南昌重点中学模拟)如图所示，两端开口、粗细均匀的足够长玻璃管插在大水银槽中，管的上部有一定长度的水银柱，两段空气柱被封闭在左右两侧的竖直管中。开启上部连通左右水银的阀门A，当温度为300 K，平衡时水银柱的位置如图(h1h25 cm，L150 cm)，大气压强为75 cmHg。求：(1)右管内空气柱的长度L2；(2)关闭阀门A，当温度升至405 K时，左侧竖直管内空气柱的长度L3。(大气压强保持不变)解析(1)左管内气体压强：p1p0gh280 cmHg，右管内气体压强：p2p1gh185 cmHg，设右管内外液面高度差为h3，则p2p0gh3，解得h310 cm，右管内空气柱长度L2L1h1h2h350 cm。(2)设玻璃管横截面积为S，由理想气体状态方程，解得：L360 cm。答案(1)50 cm(2)60 cm 演练冲关7.(2017晋城模拟)如图甲所示，一上端开口、下端封闭的细长玻璃管