-专题复习篇 专题7 分子动理论 气体及热力学定律-2021届高三物理二轮新高考复习讲义

word高中物理word高中物理PAGEPAGE13/14[建体系·知关联]析

[析考情·明策略]纵览2020年部分省市等级考物理试题，恰当选取背景素材，将“立德树人”的要求融入到物理解题过程中。相关知识由选考变为必考，考查题型可能为选择题或计算题。分子动理论、理想化模型素养呈2.固体、液体、气体的性质、热力学定律现 3.理想气体状态方程、气体实验定4.汽缸模型、液柱模型分子动理论素养落2.从微观角度分析固体、液体和气体的性质实 3.气体实验三定律及理想气体状态方4.热力学定律新储备·等级考提能考点1|分子动理论内能新储备·等级考提能一、突破三个重点V油膜法估算分子直径：d＝SV为纯油酸体积，S为单分子油膜面积。m V分子总数：N＝nNA＝·N＝N。MmA VmAV[注意] 对气体而言，N≠ 。V个两种模型：4球模型：＝R3适用于估算液体、固体分子直径3现象体扩散现象布朗运动热运动分子微小固体颗粒分子分子的运动，比分子大得多的微粒的运动，只能在液体、现象体扩散现象布朗运动热运动分子微小固体颗粒分子分子的运动，比分子大得多的微粒的运动，只能在液体、分子的运动，区别发生在固体、液体、气体之间气体中发生不能通过光学显微镜直接观察到共同点①都是无规则运动；②都随温度的升高而更加激烈联系扩散现象、布朗运动都反映无规则的热运动3.物体的内能(1)(2)对于给定的物体，其内能大小由物体的温度和体积决定。(3)物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关。二、掌握两个关系(2)分子力做功与分子势能变化的关系。新案例·等级考评价阿伏加德罗常数是联系宏观与微观的桥梁，掌握宏观与微观的联系。新案例·等级考评价[案例1]物体的体积变化时，分子间距离会随之变化，分子势能也会发生变化。已知两分子间的斥力和引力的合力与分子间距离A[案例1]0B两个分子，分子固定在点，r为其平衡位置，现使分子由静止释放，00并在分子力的作用下由距分子0.5r处开始沿轴正方向运动到无穷远处 ，0则分子的加速度如何变化： 分子势能如何变化： 。

。分子力对做功情况如何： 。[题眼点拨] ①B分子由“静止释放”说明v0＝0。②BA分子“0.5r0”BAr0的关系，进一步可以确定分子力是斥力还是引力。[解析] 由图象可知，曲线与r轴交点的横坐标为分子受到的分子力先变小，位于平衡位置时，分子力为零过平衡位置后，分子力先变大再变小，故B分子的加速度先变小再反向变大再变小当r小于r0时分子间的作用力表现为斥力做正功分子动能增大，分子势能减小；当r等于r0时，分子动能最大，分子势能最小；当r大于r0时，分子间的作用力表现为引力，分子力做负功，分子动能减小，分子势能增大，故分子力先做正功再做负功，分子势能先减小后增大。反思感悟：分子力与分子势能的图象比较FEp图象随分子间r<r0F反思感悟：分子力与分子势能的图象比较FEp图象随分子间r<r0Fr增大而减小，表现为斥力r增大，F做正功，Ep减小距离r增大，F先增大后减小，r>r0的变表现为引力r增大，F做负功，Ep增大化情r＝r0F ＝F引斥，F＝0E最小，但不为零p况况r>10r0引力和斥力都很微弱，F＝0E＝0p[跟进训练][跟进训练]滨州市重点中学高考模拟光的反射、散射等。关于封闭环境中的气溶胶粒子，下列说法正确的是()A．在空气中会缓慢下沉到地面B．在空气中会缓慢上升到空中C．在空气中做无规则运动D[C正确。]2．(2020·北京学业水平等级性考试·T2)对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是( )若体积不变、温度升高，则每个气体分子热运动的速率都增大C．若体积不变、温度降低，则气体分子密集程度不变，压强可能不变D．若体积减小、温度不变，则气体分子密集程度增大，压强一定增大[错B正确；如果体积不变，那么分子密集程度不变，由于温度降低，分子热运动的气体的压强一定减小，C错误。]新储备·等级考提能考点2|固体液体气体分子的运动特点新储备·等级考提能比较晶体非晶体固体和液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在光学、电学物理性质上表现出各向异性。液体的表面张力使液体表面具有收缩到最小的趋势 表面张力的方向跟液面相切。气体分子运动特点对气体压强的理解气体对容器壁的压强是气体分子频繁碰撞的结果 ， 温度越高 气体分子数密度越大，气体对容器壁因碰撞而产生的压强就越大。新案例·等级考评价地球表面大气压强可认为是由于大气重力产生的。新案例·等级考评价[ 案例2](2019· 全国卷Ⅱ·T33(1))如图所示，1 、2 、3三个点代表某容器中一定量理想气体的三个不同状态，对应的温度分别是T1T3用、 N[ 案例2]N3分别表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数则N1 N2，T1 T3，N2 N3。填“大于”“小于”或“等于”)[题眼点拨] ①“理想气体”暗示满足三个气体实验定律。②“撞击器壁单位面积的平均次数”明确考查影响气体压强的微观因素。p′1V′1p′2V′2p′3V′3[解析] 根据理想气体状态方

T1 ＝

＝

，可知T1>T2，T1>T21率大，分子密度相等，故单位面积的平均碰撞次数多，即N1>N2、3，由V′3>V′2n3<n2，T3>T23分子热运动的平均动能大，热运动的p′2＝p′32N2>N3。[答案] 大于等于大于反思感悟：气体压强的理解宏观：气体作用在器壁单位面积上的压力，大小取决于体积V和温度T。子数分子数密度)和分子平均速度。[跟进训练]1 ． (多选)(2020· 山 东 名 校 联 考 信 反思感悟：气体压强的理解宏观：气体作用在器壁单位面积上的压力，大小取决于体积V和温度T。子数分子数密度)和分子平均速度。[跟进训练]大量的气泡分布在玻璃液中

， 经过一系列工艺后获得澄清的玻璃液 ，，然后选择合适大小的玻璃液进行吹泡(即往玻璃液中吹气)制造玻璃器皿 下列与玻璃有关的物理学问题的说法正确的是( )因为分子间存在着斥力，所以破碎的玻璃不能简单地拼接在一起玻璃从开始熔化到形成玻璃液的过程中，温度不固定C．玻璃内部的原子是无序分布的，具有各向异性的特点D．使1200BD[A正确；玻璃是非晶体，玻璃内部的原子是无序排列的，具有各向同性的特点，C气体的密度变小，上浮，从玻璃液中排出，D正确。]2．(多选氧气分子在0℃和100℃温度下各速率区间的分子数占总分子数的百分随气体分子的速率的变化分别如图中两条曲线所示。下列说法正确的是( )A．图中两条曲线下面积相等B．图中实线对应氧气分子在100℃时的情形C．D ． 与0 ℃时相比 ， 100 ℃时氧气分子速率出现在m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大AB [0℃100℃两种不同情况下各速率区间的分子数占总分子数1A100℃正确；图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子占总分子数的百分比，但无法确定分子具体数目，C错误；由题图可知，0～400m/s段内，100℃对应的氧气分0℃100℃0～400m/sD错误。]新储备·等级考提能考点3|热力学定律新储备·等级考提能对热力学定律的理解对热力学第一定律ΔU＝Q＋W的理解①ΔU仅由温度决定，升温时为正，降温时为负；②W仅由体积决定，压缩时为正，膨胀时为负；③Q由ΔU和W共同决定。对热力学第二定律的理解但不引起其他变化是不可能的。(1)定性判断(1)定性判断利用题中的条件和符号法则对W、Q、ΔU中的其中两个量做出准确的符号判断，然后利用ΔU＝W＋Q对第三个量做出判断。(2)定量计算一般计算等压变化过程的功利用ΔU＝W＋Q进行相关计算。能量守恒定律

， 即W＝p·ΔV ， 然后结合其他条件 ，， 也不会凭空消失 ，它只能从一种形式转化为另一种形式 ， 或者是从一个物体转移到别的物体 ，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。条件性：能量守恒定律是自然界的普遍规律 某一种形式的能量是否守恒是有条件的。新案例·等级考评价第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律。新案例·等级考评价[ 案例 3](2019· 全国卷Ⅰ·33()某容器中的空气被光滑活塞封住[ 案例 3]容器中空气的温度 填“高于”“低于”或“等于”)外界温度 容器中空气的密度 填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度。[解析] 容器与活塞绝热性能良好，容器中空气与外界不发生热交换(Q＝0)，活塞移动的过程中容器中空气压强减小则容器中空气正在膨胀体积增大对外界做功即W<0。根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知：容器中空气内能减小，温度降低，容pV mVT＝Cρ＝Vmmpmρ＝。对容器外与容器内质量均为的气体，因容器中空气压强和容器外空气压强相CT同，容器内温度低于外界温度，则容器中空气的密度大于外界空气的密度。反思感悟：热力学第一定律的三种特殊情况[答案] 低于反思感悟：热力学第一定律的三种特殊情况或物体对外界做的功等于物体内能的减少量。若过程中不做功，则W＝0，Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加量，或物体放出的热量等于物体内能的减少量。(3)①若过程的始、末状态物体的内能不变，则W＋Q＝0，即物体吸收的热量全部用来对外做功，或外界对物体做的功等于物体放出的热量。②做功和热传递都可以改变物体的内能，如果两个过程同时发生，则内能的改变可由热力学第一定律ΔU＝W＋Q确定。[跟进训练]多选气闸舱是载人航天器中供航天员进入太空或由太空返回时用的气密性装置；其原理图如图所示。座舱与气闸舱B之间装有阀门K，座舱A中充满空气，气闸舱K中的气体进入中，下列说法正确的是()AB．B中气体可自发地全部退回到中CDAD[ΔU＝W＋Q可知内能不变，故ABAB错误；因为内能不变，故B内为真空，根据玻意耳定律可知：pV＝C(定值VpD正确。](2020··T5)关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出。若在水不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体()压强变大C

对外界做功DB 耳定律可知，罐内气体的压强减小，选项A正确；由于罐内气体温度不变，不C错误；根据温度是分子平均动能的标志可知，温度不变，分子平均D错误。]新储备·等级考提能考点4|气体实验定律和理想气体的状态方程新储备·等级考提能气体压强的计算力平衡法：选取与气体接触的液柱(或活塞为研究对象进行受力分析 得到液柱(或活塞的受力平衡方程，求得气体的压强。等压面法：在连通器中，同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等，液体内深处的总压强＝＋ρg，为液面上方的大气压强。说明：固体密封的气体一般用力平衡法，液柱密封的气体一般用等压面法。气体实验定律玻意耳定律：p1V1＝p2V2p1p2p1查理定律：＝或＝T1T2p2T2V1V2V1T1T1盖吕萨克定律：＝或＝T1T2V2T2理想气体的状态方程理想气体是指在任何条件下始终遵守气体实验定律的气体 一定质量的理想气体的内能只和温度有关。p1V1p2V2pV

T1＝

T＝C。应用气体实验定律的三个重点环节问题，要对各部分独立研究，各部分之间一般通过压强(液柱或活塞的受力)找联系。列出各状态的参量：气体在初、末状态，往往会有两个(或三个把这些状态参量罗列出来能够比较准确、快速的找到规律。新案例·等级考评价认清变化过程：准确分析变化过程以便正确选用气体实验定律。新案例·等级考评价[案例[案例4]试 ·T15)中医拔罐的物理原理是利用玻璃罐内外的气压差使罐吸附在人体穴位上 ，进而治疗某些疾病 。 常见拔罐有两种 ， 如图所示 ， 左侧为火罐 ，下端开口；右侧为抽气拔罐，下端开口，上端留有抽气阀门。使用火罐时，20温度为450 K，最终降到300 K，因皮肤凸起，内部气体体积变为罐容积的21。若换用抽气拔罐 ， 抽气后罐内剩余气体体积变为抽气拔罐容积

2021 ，罐内气压与火罐降温后的内部气压相同 。 罐内气体均可视为理想气体 ，忽略抽气过程中气体温度的变化。求应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值。[解析] 设火罐内气体初始状态参量分别为、T1、V1，温度降低后状态参量分为p2、T2、V2，罐的容积为V0，由题意知20V0p1＝p0、T1＝450、V1＝V0、T2＝300、V2＝21 ①由理想气体状态方程得20p0V0

p2·V021T1＝ T2 ②代入数据得p2＝0.7p0 ③对于抽气罐，设初态气体状态参量分别为p3、V3，末态气体状态参量分别为p4、V4，罐的容积为V′0，由题意知p3＝p0、V3＝V′0、p4＝p2 ④由玻意耳定律得p0V′0＝p2V4 ⑤联立③⑤式，代入数据得10V4＝7V′0 ⑥设抽出的气体的体积为ΔV，由题意知20ΔV＝V4－21V′0 ⑦故应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值为ΔmΔVm＝V4 ⑧联立⑥⑦⑧式，代入数据得Δm1m＝。 ⑨m31[答案] 3[跟进训练][跟进训练]1．(2020·山东胶东示范校高三质量检测)如图所示，内有质量为m的活塞将容器分为AB两个气室，A、两个气室的体积均为V。活塞与容器内壁间气密性良好，且没有摩擦，活塞的截面积为S2mg mg已知重力加速度大小为g，大气压强大小为S，AS。拔去容器上端的塞子，求活塞稳定后气室的体积VB；拔去塞子待活塞稳定后 ，从活塞稳定到其恰好上升到容器顶端的过程求这个过程中气室中气体内能增量ΔU。

室温