物理一轮复习热学固体液体气体的性质热力学定律

第33讲PART33固体、液体、气体的性质热力学定律教材知识梳理│考点互动探究│教师备用习题教材知识梳理异性熔点表面积p1V1=p2V2教材知识梳理传递的热量Q+W低温高温绝对零度t+273.15教材知识梳理【辨别明理】(1)单晶体的所有物理性质都是各向异性的. (

)(2)液晶是液体和晶体的混合物. (

)(3)水蒸气达到饱和时,水蒸气的压强不再变化,这时水不再蒸发和凝结. (

)(4)压强极大的气体不遵从气体实验定律. (

)(5)做功和热传递的实质是相同的. (

)(6)绝热过程中,外界压缩气体做功20J,气体的内能一定减少. (

)(7)物体吸收热量,同时对外做功,内能可能不变. (

)(8)热机中,燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变化.(

)教材知识梳理[答案](1)(×)

(2)(×)

(3)(×)

(4)(√)

(5)(×)(6)(×)

(7)(√)

(8)(×)教材知识梳理教材知识梳理教材知识梳理考点一

固体和液体的性质考点互动探究例1(多选)[2015·全国卷Ⅰ]

下列说法正确的是 (

)A.将一块晶体敲碎后,得到的小颗粒是非晶体B.固体可以分为晶体和非晶体两类,有些晶体在不同方向上有不同的光学性质C.由同种元素构成的固体,可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体D.在合适的条件下,某些晶体可以转变为非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体E.在熔化过程中,晶体要吸收热量,但温度保持不变,内能也保持不变考向一

固体的性质考点互动探究[答案]BCD考点互动探究■要点总结考点互动探究考向二

液体的性质例2(多选)下列说法正确的是 (

)A.把一枚针轻放在水面上,它会浮在水面,这是因为水的表面存在表面张力B.水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠,而在干净的玻璃板上却不能,这是因为油脂使水的表面张力增大C.在围绕地球飞行的宇宙飞船中,自由飘浮的水滴呈球形,这是表面张力作用的结果D.在毛细现象中,毛细管中的液面有的升高,有的降低,这与液体的种类和毛细管的材质有关E.当两薄玻璃板间夹有一层水膜时,在垂直于玻璃板的方向很难将玻璃板拉开,这是由于水膜具有表面张力考点互动探究[答案]ACD考点互动探究■要点总结(1)表面张力的形成原因:表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大,分子间的相互作用力表现为引力.(2)表面张力的方向:和液面相切,垂直于这部分液面的分界线.(3)表面张力的效果:表面张力使液体表面具有收缩趋势,使液体表面积趋于最小,而在体积相同的条件下,球形的表面积最小.考点互动探究考向三

饱和汽压和湿度的理解例3(多选)关于饱和汽压和相对湿度,下列说法中正确的是 (

)A.温度相同的不同饱和汽的饱和汽压都相同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E.水蒸气的实际压强越大,人感觉越潮湿考点互动探究[答案]BCD考点互动探究■要点总结(1)饱和汽压跟液体的种类有关,在相同的温度下,不同液体的饱和汽压一般是不同的.(2)饱和汽压跟温度有关,饱和汽压随温度的升高而增大.(3)饱和汽压跟体积无关,在温度不变的情况下,饱和汽压不随体积的变化而变化.考点二

气体的性质及气体压强的计算考点互动探究1.平衡状态下气体压强的求法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,求得气体的压强考点互动探究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h处的总压强p=p0+ρgh,p0为液面上方的压强液片法选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象,分析液片两侧受力情况,建立平衡方程,消去面积,得到液片两侧压强相等方程,求得气体的压强2.加速运动系统中封闭气体压强的求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,利用牛顿第二定律列方程求解.考点互动探究例4[2018·临沂质检]

如图33-1所示,两个气缸质量均为M,内部横截面积均为S,两个活塞的质量均为m,左边的气缸静止在水平面上,右边的活塞和气缸竖直悬挂在天花板下.不计活塞与气缸壁间的摩擦,两个气缸内分别封闭有一定质量的气体A、B,大气压强为p0,重力加速度为g,则封闭气体A、B的压强各为多大?图33-1考点互动探究考点互动探究例5若已知大气压强为p0,如图33-2所示各装置均处于静止状态,图中液体密度均为ρ,求被封闭气体的压强.(重力加速度为g)图33-2考点互动探究考点互动探究考点互动探究变式题

如图33-3所示,光滑水平面上放有一质量为M的气缸,气缸内放有一质量为m的可在气缸内无摩擦滑动的活塞,活塞面积为S.现用水平恒力F向右推气缸,最后气缸和活塞达到相对静止状态,求此时缸内封闭气体的压强p.(已知外界大气压强为p0)图33-3考点互动探究考点三

气体实验定律的图像问题考点互动探究(1)利用垂直于坐标轴的线作辅助线去分析同质量条件下,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:在图33-4甲中,虚线为等容线,A、B分别是虚线与T2、T1两条等温线的交点,可以认为从B状态通过等容升压到A状态,温度一定升高,所以T2>T1.图33-4考点互动探究又如图乙所示,A、B两点的温度相等,从B状态通过等温增压到A状态,体积一定减小,所以V2<V1.(2)关于一定质量的气体的不同图像的比较过程图线类别特点示例等温过程p-VpV=CT(其中C为恒量),即p、V之积越大的等温线对应的温度越高,线离原点越远考点互动探究考点互动探究例6(V-T图像)(多选)如图33-5所示,一定质量的理想气体从图示A状态开始,经历了B、C状态,最后到D状态.下列判断中正确的是 (

)A.A→B过程,温度升高,压强不变B.B→C过程,体积不变,压强变大C.B→C过程,体积不变,压强不变D.C→D过程,体积变小,压强变大图33-5考点互动探究考点互动探究变式题1(p-T图像)(多选)一定质量的理想气体从状态a开始,经历ab、bc、ca三个过程后回到原状态,其p-T图像如图33-6所示,下列说法正确的是 (

)A.过程bc中气体既不吸热也不放热B.过程ab中气体一定吸热C.过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放出的热量D.a、b和c三个状态中,状态a分子的平均动能最小E.b和c两个状态中,容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同图33-6考点互动探究[答案]BDE[解析]由图像可知,过程bc中气体发生等温变化,理想气体内能不变,压强减小,由玻意耳定律可知,体积增大,气体对外做功,由热力学第一定律ΔU=Q+W可知,气体吸热,故A错误;由图像可知,过程ab中气体压强与热力学温度成正比,则气体发生等容变化,气体体积不变,外界对气体不做功,气体温度升高,内能增大,由热力学第一定律可知,气体吸收热量,故B正确;由图像可知,过程ca中气体压强不变,温度降低,由盖—吕萨克定律可知,其体积减小,外界对气体做功,W>0,气体温度降低,内能减少,ΔU<0,由热力学第一定律可知,气体要放出热量,过程ca考点互动探究中外界对气体所做的功小于气体所放热量,故C错误;由图像可知,a、b和c三个状态中,状态a温度最低,分子平均动能最小,故D正确;由图像可知,过程bc中气体发生等温变化,气体分子平均动能不变,压强减小,由玻意耳定律可知,体积增大,b、c状态气体的分子数密度不同,b和c两个状态中,容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同,故E正确.考点互动探究图33-7考点互动探究[答案]A考点互动探究考点互动探究■要点总结气体状态变化的图像的应用技巧(1)明确点、线的物理意义:求解气体状态变化的图像问题,应当明确图像上的点表示一定质量的理想气体的一个平衡状态,它对应着三个状态参量;图像上的某一条直线段或曲线段表示一定质量的理想气体状态变化的一个过程.(2)明确斜率的物理意义:在V-T图像(或p-T图像)中,比较两个状态的压强(或体积)大小,可以比较表示这两个状态的点与原点连线的斜率的大小,其规律是:斜率越大,压强(或体积)越小;斜率越小,压强(或体积)越大.考点四

热力学定律的理解与应用考点互动探究1.改变内能的两种方式的比较考向一

热力学第一定律的理解和应用考点互动探究做功热传递区别内能变化情况外界对物体做功,物体的内能增加;物体对外界做功,物体的内能减少

物体吸收热量,内能增加;物体放出热量,内能减少从运动形式上看

宏观的机械运动向物体的微观分子热运动的转化通过分子之间的相互作用,使同一物体的不同部分或不同物体间的分子热运动发生变化,是内能的转移从能量的角度看

其他形式的能与内能相互转化的过程

不同物体之间或同一物体不同部分之间内能的转移能的性质变化情况

能的性质发生了变化

能的性质不变联系

做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的考点互动探究2.温度、内能、热量、功的比较含义特点温度

温度表示物体的冷热程度,是物体分子平均动能大小的标志,它是大量分子热运动的集体表现,对个别分子来说,温度没有意义状态量内能

内能是物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和,它是由大量分子的热运动和分子的相对位置决定的热量

热量是热传递过程中内能的改变量,用来量度热传递过程中内能转移的多少过程量功

做功过程是机械能或其他形式的能和内能之间的转化过程考点互动探究3.对公式ΔU=Q+W符号的规定符号WQΔU+外界对物体做功物体吸收热量内能增加-物体对外界做功物体放出热量内能减少考点互动探究4.几种特殊情况(1)若过程是绝热的,则Q=0,W=ΔU,外界对物体做的功等于物体内能的增加量.(2)若过程中不做功,即W=0,则Q=ΔU,物体吸收的热量等于物体内能的增加量.(3)若过程的初、末状态物体的内能不变,即ΔU=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.考点互动探究例7(多选)[2017·全国卷Ⅱ]

如图33-8所示,用隔板将一绝热气缸分成两部分,隔板左侧充有理想气体,隔板右侧与绝热活塞之间是真空.现将隔板抽开,气体会自发扩散至整个气缸.待气体达到稳定后,缓慢推压活塞,将气体压回到原来的体积.假设整个系统不漏气.下列说法正确的是 (

)A.气体自发扩散前后内能相同B.气体在被压缩的过程中内能增大C.在自发扩散过程中,气体对外界做功D.气体在被压缩的过程中,外界对气体做功E.气体在被压缩的过程中,气体分子的平均动能不变图33-8考点互动探究考点互动探究变式题1(多选)[2018·全国卷Ⅰ]

如图33-9所示,一定质量的理想气体从状态a开始,经历过程①、②、③、④到达状态e.对此气体,下列说法正确的是 (

)A.过程①中气体的压强逐渐减小B.过程②中气体对外界做正功C.过程④中气体从外界吸收了热量D.状态c、d的内能相等E.状态d的压强比状态b的压强小图33-9考点互动探究[答案]BDE考点互动探究变式题2(多选)[2018·海南卷]

如图33-10所示,一定量的理想气体由状态a等压变化到状态b,再从状态b等容变化到状态c.a、c两状态温度相等.下列说法正确的是(

)A.从状态b到状态c的过程中气体吸热B.气体在状态a的内能等于在状态c的内能C.气体在状态b的温度小于在状态a的温度D.从状态a到状态b的过程中气体对外做正功图33-10考点互动探究[答案]BD考点互动探究■要点总结解决热力学定律与气体实验定律的综合问题的基本思路考点互动探究1.对热力学第二定律的理解(1)“自发地”说明了热传递等热力学宏观现象的方向性,不需要借助外界提供能量的帮助.(2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成,对周围环境不产生热力学方面的影响.如吸热、放热、做功等.考向二

热力学第二定律的理解和应用考点互动探究2.热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性,进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性.考点互动探究例8(多选)[2018·南昌模拟]

下列叙述和热力学定律相关,其中正确的是(

)A.第一类永动机不可能制成,是因为违背了能量守恒定律B.能量耗散过程中能量不守恒C.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界,违背了热力学第二定律D.能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性E.物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功考点互动探究[答案]ADE[解析]第一类永动机不消耗能量却源源不断对外做功,违背了能量守恒定律,所以不可能制成,A正确;能量耗散过程中能量仍守恒,B错误;电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界,是压缩机做功的结果,不违背热力学第二定律,C错误;能量耗散说明宏观热现象的发生具有方向性,D正确;物体从单一热源吸收的热量可以全部用于做功,但一定引起外界变化,E正确.考点互动探究■要点总结(1)热量不可能自发地从低温物体传到高温物体,但在有外界影响的条件下,热量可以从低温物体传到高温物体,例如电冰箱;在引起其他变化的条件下内能可以全部转化为机械能,例如气体的等温膨胀过程.(2)两类永动机的比较第一类永动机第二类永动机

不消耗能量却可以源源不断地对外做功的机器

从单一热源吸热,全部用来对外做功而不引起其他变化的机器

违背能量守恒定律,不可能实现

不违背能量守恒定律,但违背热力学第二定律,不可能实现教师备用习题1.[2018·江苏卷]

如图所示,一支温度计的玻璃泡外包着纱布,纱布的下端浸在水中.纱布中的水在蒸发时带走热量,使温度计示数低于周围空气温度.当空气温度不变,若一段时间后发现该温度计示数减小,则 (

)A.空气的相对湿度减小B.空气中水蒸气的压强增大C.空气中水的饱和汽压减小D.空气中水的饱和汽压增大教师备用习题[答案]A教师备用习题2.(多选)下列有关物体内能改变的判断正确的是 (

)A.外界对物体做功,物体的内能一定增加B.外界向物体传递热量,物体的内能可能增加C.物体对外界做功,物体的内能可能增加D.物体向外界放热,物体的内能可能增加E.绝热过程中,气体向外界膨胀则内能增加教师备用习题[答案]BCD[解析]做功和热传递都能改变物体的内能,根据热力学第一定律ΔU=Q+W知,外界对物体做功,物体的内能不一定增加,外界向物体传递热量,物体的内能可能增加,选项A错误,选项B正确;由ΔU=Q+W可知,若物体对外界做功,物体的内能可能增加,同理物体向外界放热,物体的内能可能增加,选项C、D正确;绝热过程不发生热传递,气体向外界膨胀过程对外做功,由ΔU=Q+W可知,气体内能减小,选项E错误.教师备用习题3.(多选)对于一定质量的理想气体,下列说法正确的是 (

)A.若气体的压强和体积都不变,其内能也一定不变B.若气体的内能不变,其状态也一定不变C.若气体的温度随时间不断升高,其压强也一定不断增大D.当气体温度升高时,气体的内能一定增大E.保持气体的体积不变,当温度升高时,每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多教师备用习题[答案]ADE教师备用习题4.(多选)关于永动机和热力学定律的讨论,下列叙述正确的是 (

)A.第二类永动机违反能量守恒定律B.机械能全部转化为内能的宏观过程是不可逆过程C.保持气体的质量和体积不变,当温度升高时,每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多D.做功和热传递都可以改变物体的内能,但从能量转化或转移的观点来看,这两种改变方式是有区别的E.不可能使热量由低温物体传递到高温物体教师备用习题[答案]BCD[解析]第二类永动机违反了热力学第二定律,选项A错误;根据热力学第二定律,所有与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的,选项B正确;保持气体的质量和体积不变,当温度升高时,分子平均速率增大,每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多,选项C正确;做功和热传递都可以改变物体的内能,但从能量转化或转移的观点来看,这两种改变方式是有区别的,选项D正确;由热力学第二定律可知,不可能使热量从低温物体传向高温物体而不产生其他影响,但在外力做功的情况下可以使热量由低温物体传递到高温物体,如空调制冷现象,选项E错误.教师备用习题5.(多选)下列说法正确的是 (

)A.晶体的导热性能一定是各向异性的B.封闭气体的压强仅与分子的密集程度有关C.夏季天旱时,给庄稼松土是为了破坏土壤中的毛细管,防止水分蒸发D.虽然大量分子做无规则运动,速率有大有小,但分子的速率却按一定的规律分布E.由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间距离,液面分子间的作用力表现为引力,所以液体表面具有收缩的趋势教师备用习题[答案]CDE[解析]单晶体的导热性能一定是各向异性的,多晶体的导热性能是各向同性的,选项A错误;封闭气体的压强与分子的密集程度和气体分子的平均速率有关,选项B错误.教师备用习题6.(多选)下列说法正确的是 (

)A.理想气体吸热后温度一定升高B.100℃、1g的氢气与100℃、1g的氧气相比,平均动能一定相等,内能一定不相等C.某理想气体的摩尔体积为V0,阿伏伽德罗常数为NA,则该理想气体的分子体积为v0/NAD.甲、乙两个分子在只受分子力的作用下由无穷远处逐渐靠近直到不能再靠近的过程中,分子引力与分子斥力都增大,分子势能先减小后增大E.扩散现象与布朗运动都能说明分子在永不停息地运动教师备用习题[答案]BDE教师备用习题教师备用习题7.(多选)根据热力学知识,下列说法正确的是 (

)A.当r>r0(平衡距离)时,随着分子间距离增大,分子间的引力增大,斥力减小,所以合力表现为引力B.热量可以从低温物体传到高温物体C.有些物质在适当的溶剂中溶解时,在一定浓度范围内具有液晶态D.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E.夏天中午时车胎内的气压比清晨时的高,且车胎体积增大,则胎内气体对外界做功,内能增大(胎内气体质量不变且可视为理想气体)教师备用习题[答案]BCE教师备用习题教师备用习题8.(多选)下列说法正确的是 (

)A.玻璃、石墨和金刚石都是晶体,木炭是非晶体