高考物理 热点预测 7分子动理论 气体及热力学定律课件.ppt

选考部分专题七分子动理论气体及热力学定律 三年考情 命题分析 综合分析近三年的各地高考题 高考命题在本专题主要涉及以下规律 1 本部分内容在高考中以选择 填空 实验和计算等各种形式出现 难度中下 是高考选考内容 2 高考命题主要围绕着以下考点进行 1 应用阿伏加德罗常数解决实际问题 2 分子间的作用力 3 热力学定律 4 固体 液体 气体的性质 5 气体实验定律以及理想气体状态方程 以定量计算为主 是高考考查的重点和热点 备考策略 根据近三年高考命题特点和规律 可以预测2013年的高考考查重点如下 1 考查分子动理论 2 考查气体状态方程与热力学定律的综合应用 在重点复习以上知识的同时 需注意以下几点 1 培养应用分子动理论的观点分析 解决热现象的能力 2 加强有关阿伏加德罗常数计算问题的训练 3 复习气体实验定律时要以实验过程为基础 多分析一些综合性的实例 注意力学参量与热学参量的关系 注意对气体状态的分析 4 注意全面复习 要有重点但不能心存侥幸心理猜题押宝 比如对固体 液体等识记性内容 也要复习到位 复习本专题时 同时要注意以下几种方法的培养 1 微观量的估算方法 2 气体压强的计算方法 3 气体实验定律的应用方法 考纲资讯 物体是由大量分子组成的阿伏加德罗常数 用油膜法估测分子的大小 实验 探究 分子热运动布朗运动 分子间的作用力 温度和内能 晶体和非晶体晶体的微观结构 液体的表面张力 液晶 气体实验定律 理想气体 热力学第一定律 能量守恒定律能源与环境能源的开发和应用 考情快报 1 考查分子动理论 估算分子数目和大小 热力学定律 内能等知识点时 题型一般为选择题和填空题 考查气体实验定律和气体状态方程的应用一般为计算题 2 预计2013年高考对该讲的考查主要是 1 考查分子动理论 分子力的特点 模型及宏观体现 内能概念的理解及估算 2 考查热力学第一 第二定律 能量守恒定律的理解及计算 气体状态方程的应用 3 本部分考点与生活 生产实际相联系考查热学知识在实际中的应用 体系构建 核心自查 1 分子的大小 1 是联系宏观世界和微观世界的桥梁 表示1mol任何物质中含有相同的微粒个数 用na表示 阿伏加德罗常数 na 6 02 1023mol 1 2 油膜法估测分子的大小 分子很小 其直径的数量级为 m 3 估算微观量的两种模型 球体模型 直径为 立方体模型 边长为2 说明分子永不停息地做无规则热运动的两个实例 1 扩散现象 相互接触的物体互相进入对方的现象 温度越高 扩散 2 布朗运动 永不停息 的运动 颗粒越小 运动越 温度越高 运动越 运动轨迹不确定 10 10 越快 无规则 剧烈 剧烈 3 分子间的相互作用力和分子势能 1 分子力分子间的相互作用力是分子间引力与斥力的 分子间同时存在引力和斥力 分子间距增大 引力和斥力均 且 比引力变化更快 合力 减小 斥力 2 分子势能分子势能的改变与 有关 分子力做正功 分子势能 分子力做负功 分子势能 当分子间距为r0时 分子势能 但不一定是零 分子力做功 减小 增大 最小 二 固体 液体和气体1 晶体 非晶体分子结构不同 表现出的物理性质不同 其中单晶体表现出各向 多晶体和非晶体表现出各向 2 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 电学物理性质上表现出各向 3 液体的表面张力使液体表面有收缩到 的趋势 表面张力的方向跟液面 异性 同性 异性 最小 相切 4 气体实验定律 气体的状态由热力学温度 体积和压强三个物理量决定 1 等温变化 pv c或p1v1 p2v2 2 等容变化 或 3 等压变化 或 4 理想气体状态方程 或 三 热力学定律1 物体的内能及内能变化温度变化引起物体分子 的变化 体积变化 分子间的分子力做功 引起 的变化 从而判定物体内能的变化 平均动能 分子势能 2 热力学第一定律 1 公式 u 2 符号规定 w q 热点考向1 微观量的估算 典题训练1 2011 江苏高考 某同学在进行 用油膜法估测分子的大小 的实验前 查阅数据手册得知 油酸的摩尔质量m 0 283kg mol 1 密度 0 895 103kg m 3 若100滴油酸的体积为1ml 则1滴油酸所能形成的单分子油膜的面积约是多少 取na 6 02 1023mol 1 球的体积v与直径d的关系为结果保留一位有效数字 解题指导 一滴油酸所能形成的单分子油膜面积等于一滴油酸体积除以直径 故应先求油酸分子直径和一滴油酸的体积 解析 一个油酸分子的体积分子直径最大面积代入数据得 s 1 101m2 答案 1 101m2 拓展提升 考题透视 微观量的估算问题是近几年高考的热点 分析近几年高考命题 命题规律主要有以下几点 1 以选择题的形式考查 一般考查固体 液体分子微观量的估算 2 气体微观量的估算主要集中在分子占有空间的估算上 借题发挥 解决估算类问题的三点注意 1 固体 液体分子可认为紧靠在一起 可看成球体或立方体 气体分子只能按立方体模型计算所占的空间 2 状态变化时分子数不变 3 阿伏加德罗常数是宏观与微观的联系桥梁 计算时要注意抓住与其有关的三个量 摩尔质量 摩尔体积和物质的量 创新预测 1 若以 表示水的摩尔质量 v表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积 为在标准状态下水蒸气的密度 na为阿伏加德罗常数 m 分别表示每个水分子的质量和体积 下面是四个关系式 其中 a 和 都是正确的b 和 都是正确的c 和 都是正确的d 和 都是正确的 解析 选b 此题考查阿伏加德罗常数的意义及其在宏观量和微观量之间所起的桥梁作用 由故 对 因水蒸气为气体 水分子间的空隙体积远大于分子本身体积 即v na 不对 而 也不对 故b项正确 2 假如全世界60亿人同时数质量为1mg水的分子个数 每人每小时可以数5000个 不间断地数 阿伏加德罗常数na取6 1023mol 1 则完成任务所需时间最接近 a 1年b 100年c 1万年d 1百万年 解析 选b 1mg水的分子个数则完成任务所需时间即 热点考向2 热力学定律 固液体的性质 典题训练2 2011 江苏高考 1 如图所示 一演示用的 永动机 转轮由5根轻杆和转轴构成 轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片 轻推转轮后 进入热水的叶片因伸展而 划水 推动转轮转动 离开热水后 叶片形状迅速恢复 转轮因此能较长时间转动 下列说法正确的是 a 转轮依靠自身惯性转动 不需要消耗外界能量b 转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身c 转动的叶片不断搅动热水 水温升高d 叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量 2 如图所示 内壁光滑的气缸水平放置 一定质量的理想气体被活塞密封在气缸内 外界大气压强为p0 现对气缸缓慢加热 气体吸收热量q后 体积由v1增大为v2 则在此过程中 气体分子平均动能 选填 增大 不变 或 减小 气体内能变化了 解题指导 解答本题应注意理解以下两点 1 永动机转动时能量的来源 2 影响理想气体内能大小的因素 解析 1 该永动机叶片进入水中 吸收热量而伸展划水 推动转轮转动 离开水面后向空气中放热 叶片形状迅速恢复 所以转动的能量来自热水 由于不断向空气释放热量 所以水温逐渐降低 a b c错 d对 2 气体做等压变化 体积变大 温度升高 平均动能增大 内能的变化为 u q p0 v2 v1 答案 1 d 2 增大q p0 v2 v1 典题训练3 2012 泰州一模 关于晶体和非晶体 下列说法中正确的是 a 可以根据各向同性或各向异性来鉴别晶体和非晶体b 一块均匀薄片 沿各个方向对它施加拉力 发现其强度一样 则此薄片一定是非晶体c 一个固体球 如果沿其各条直径方向的导电性不同 则该球一定是单晶体d 一块晶体 若其各个方向的导热性相同 则一定是多晶体 解题指导 解答本题时应知道以下知识 1 多晶体和非晶体显示各向同性 只有单晶体才显示各向异性 2 单晶体在某些物理性质上显示各向异性 并非所有的物理性质均显示各向异性 解析 选c 多晶体和非晶体都显示各向同性 只有单晶体显示各向异性 所以a b错 c对 单晶体具有各向异性的特性 仅是指某些物理性质 并不是所有的物理性质都是各向异性的 换言之 某一物理性质显示各向同性 并不意味着该物质一定不是单晶体 所以d错 拓展提升 考题透视 热力学定律部分对热力学第一定律考查较频繁 考查方式一种是以选择题的形式单独考查内能变化与做功 热传递的关系 另一种是以计算题形式与气体性质结合进行考查 对固体 液体性质的考查比较简单 但不能遗漏 备考中熟记基础知识即可 借题发挥 1 热力学第一定律的应用技巧 1 应用热力学第一定律时 一要注意各符号正负的规定 二要注意改变内能的两种方式 做功和热传递 不能认为物体吸热 或对物体做功 物体的内能就一定增加 2 若研究物体为气体 对气体做功的正负由气体的体积决定 气体体积增大 气体对外做功 w0 2 晶体与非晶体 创新预测 1 景颇族的祖先发明的点火器如图所示 用牛角做套筒 木制推杆前端粘着艾绒 猛推推杆 艾绒即可点燃 对筒内封闭的气体加压 在此压缩过程中 a 气体温度升高 压强不变b 气体温度升高 压强变大c 气体对外界做正功 气体内能增加d 外界对气体做正功 气体内能减少 解析 选b 猛推杆的过程可以看成是一个绝热过程 故q 0 而压缩气体 气体体积减小 外界对气体做功 故w 0 由热力学第一定律 u w q u 0 气体内能增加 温度升高 故c d项错误 由理想气体状态方程知 t增大v减小 则p增大 故a项错误b项正确 2 如图为一定质量的某种理想气体由状态a经过状态c变为状态b的图象 下列说法正确的是 a 该气体在状态a时的内能等于在状态b时的内能b 该气体在状态a时的内能等于在状态c时的内能c 该气体由状态a至状态b为吸热过程d 该气体由状态a至状态c对外界所做的功大于从状态c至状态b对外界所做的功 解析 选a c 由气体的状态方程 可求得ta tb tc 而理想气体的内能是由温度决定的 温度高内能大 温度低内能小 故气体在状态a时的内能等于在状态b时的内能大于在状态c时的内能 a项正确 b项错误 该气体由状态a至状态b 气体对外界做功 但温度不变 因此必须吸热 c项正确 在p v图象中 面积对应做功 因此d项错误 热点考向3 气体实验定律的应用 典题训练4 如图所示 粗细均匀 导热良好 装有适量水银的u型管竖直放置 右端与大气相通 左端封闭气柱长l1 20cm 可视为理想气体 两管中水银面等高 先将右端与一低压舱 未画出 接通 稳定后右管水银面高出左管水银面h 10cm 环境温度不变 大气压强p0 75cmhg 求稳定后低压舱内的压强 用 cmhg 做单位 解题指导 明确研究对象 写出气体的初态和末态的状态参量是非常重要的 也是必须的 据题意气体做等温变化 求解压强时取液面的液片为研究对象 根据平衡知识求解 对于u型管 压强 体积 高度差之间是有关系的 具体的关系通过图示能更好的表现 解析 设u型管横截面积为s 右端与大气相通时左管中封闭气体压强为p1 右端与一低压舱接通后左管中封闭气体压强为p2 气柱长度为l2 稳定后低压舱内的压强为p 左管中封闭气体发生等温变化 根据玻意耳定律得p1v1 p2v2 p1 p0 p2 p ph 其中ph 10cmhg v1 l1s v2 l2s 由几何关系得h 2 l2 l1 联立 式 代入数据得p 50cmhg 答案 50cmhg 拓展提升 考题透视 气体实验定律的应用几乎每年都考 形式多为计算题 题目综合 难度中上 分析近三年高考 命题规律有以下几点 1 气体实验定律结合气体压强的微观解释 热力学第一定律 气体图象进行命题 2 对水银柱和活塞封闭的气体的考查更是近几年新课标地区的考查热点 借题发挥 应用气体实验定律的解题思路 1 选择对象 即某一定质量的理想气体 2 找出参量 气体在始末状态的参量p1 v1 t1及p2 v2 t2 3 认识过程 认清变化过程是正确选用物理规律的前提 4 列出方程 选用某一实验定律或气态方程 代入具体数值求解 并讨论结果的合理性 创新预测 如图所示 一圆柱形绝热汽缸竖直放置 通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体 活塞的质量为m 活塞的横截面积为s 初始时 气体的温度为t0 活塞的下表面与容器底部相距h 现通过电热丝缓慢加热气体 当气体吸收热量q时活塞上升了h 已知大气压强为p0 重力加速度为g 不计活塞与汽缸的摩擦 求此时气体的温度和加热过程中气体内能的增加量 题中各物理量单位均为国际单位制单位 解析 封闭气体做等压变化 由盖 吕萨克定律得此时气体的温度为t1 2t0气体在等压变化过程中 活塞受力如图所示 由平衡条件得ps p0s mg气体对活塞做的功为w psh p0s mg h由热力学第一定律得 u q w气体内能的增加量为 u q p0s mg h答案 2t0q p0s mg h 1 2012 苏北三校二模 1 下列说法中正确的是 a 蔗糖受潮后会粘在一起 没有确定的几何形状 它是非晶体b 一定质量气体压强不变温度升高时 吸收的热量一定大于内能的增加量c 因为扩散现象和布朗运动的剧烈程度都与温度有关 所以扩散现象和布朗运动也叫做热运动d 液体的表面层就像张紧的橡皮膜而表现出表面张力 是因为表面层的分子分布比液体内部紧密 2 将1ml的纯油酸配成500ml的油酸酒精溶液 待均匀溶解后 用滴管取1ml油酸酒精溶液 让其自然滴出 共200滴 则每滴油酸酒精溶液的体积为 ml 现在让其中一滴落到盛水的浅盘内 待油膜充分展开后 测得油膜的面积为200cm2则估算油酸分子的直径是 m 保留一位有效数字 3 如图所示 一直立汽缸用一质量为m的活塞封闭一定量的理想气体 活塞横截面积为s 汽缸内壁光滑且缸壁导热良好 开始时活塞被螺栓k固定 现打开螺栓k 活塞下落 经过足够长时间后 活塞停在b点 已知ab h 大气压强为p0 重力加速度为g 求活塞停在b点时缸内封闭气体的压强p 设周围环境温度保持不变 求整个过程中通过缸壁传递的热量q 解析 1 蔗糖是非晶体 本来就没有固定的形状 不是因为受潮 a项错误 一定质量气体压强不变温度升高时 体积增大 即气体对外界做功 w 0 由 u w q可知 吸收的热量一定大于内能的增加量 b项正确 因为扩散现象和布朗运动的剧烈程度都与温度有关 所以扩散现象和布朗运动也叫做热运动 c项正确 液体的表面层就像张紧的橡皮膜而表现出表面张力 是因为表面层的分子分布比液体内部稀疏 d项错误 2 每滴油酸的体积为油酸分子的直径是 3 设封闭气体的压强为p 活塞受力平衡p0s mg ps解得 由于气体的温度不变 则内能的变化 e 0由能量守恒定律可得q p0s mg h答案 1 b c 2 0 0055 10 10 3 p0s mg h 2 2012 南京一模 1 以下说法正确的是 a 在完全失重的情况下 密闭容器内的气体对器壁的顶部没有作用力b 分子间同时存在着相互作用的斥力和引力 它们都随分子间距离的减小而增大c 悬浮在液体中的微粒足够小 来自各个方向的液体分子撞击的不平衡性使微粒的运动无规则d 在液体表面任意一条线的两侧 相互之间的作用力是斥力 它的作用是使液体表面绷紧 2 如图所示为 探究气体等温变化的规律 的实验装置 气体的压强可从仪表上读出 一段空气柱被橡胶塞和柱塞封闭在针筒内 从刻度尺上可读出空气柱的长度 实验过程中气体压缩太快会使气体温度 选填 升高 不变 或 降低 实验中气体向外漏气会使测得的气体的体积与压强的乘积 选填 变大 不变 或 变小 3 若以 表示水的摩尔质量 为在标准状态下水蒸气的密度 na为阿伏加德罗常数 求每个水分子的质量和标准状态下水蒸气的摩尔体积 解析 1 气体对器壁的作用力是由于分子的无规则运动 在完全失重的情况下 密闭容器内的气体对器壁的顶部有作用力 选项a错误 分子间同时存在着相互作用的斥力和引力 它们都随分子间距离的减小而增大 选项b正确 悬浮在液体中的微粒足够小 来自各个方向的液体分子撞击的不平衡性使微粒的运动无规则 选项c正确 在液体表面任意一条线的两侧 相互之间的作用力是引力 它的作用是使液体表面绷紧 选项d错误 2 实验过程中 气体压缩太快 外界对气体做功 会使气体温度升高 实验中气体向外漏气 质量减小 测得气体的体积与压强的乘积变小 3 由mna 解得由 v解得答案 1 b c 2 升高变小 3 3 2012 扬州二模 1 下列说法中正确的是 a 当分子间的距离增大时 分子间的引力变大而斥力变小b 质量 温度都相同的氢气和氧气 分子平均动能不相同c 液晶既具有液体的流动性 又具有晶体的光学各向异性特点d 理想气体状态变化时 温度升高 气体分子的平均动能增大 气体的压强也一定增大 2 一定质量的理想气体从状态a变化到状态b 其变化过程如图所示 则此过程中该气体 选填 吸收 或 放出 热量 对外界做 选填 正功 或 负功 3 为确保火箭的顺利发射 气象监测站释放探空气球进行相关气象探测活动 若某种气体充入后气球的容积v 280l 该气体的密度 0 5kg m3 摩尔质量m 2 8 10 2kg mol 阿伏加德罗常数na 6 02 1023mol 1 试估算气球中气体分子的总个数n 结果保留一位有效数字 解析 1 分子间的距离增大时 分子间的引力与斥力都在减小 a项错误 物质的温度是它的分子热运动的平均动能的标志 温度相同则平均动能相同 b项错误 由理想气体状态方程可知理想气体温度升高时 压强不一定增大 d项错误 液晶既具有液体的流动性 又具有晶体的光学各向异性特点是正确的 也是我们在技术上应用它的依据 c项正确 2 开始一段等压变化过程 温度升高 需要吸收热量 同时体积增大 对外做正功 后一个阶段为等温减压过程 体积增大 所以对外界做正功 3 由得答案 1 c 2 吸收正功 3 3 1024个 4 2012 苏北四市二模 1 下列四幅图分别对应四种说法 其中正确的是 a 微粒运动就是物质分子的无规则热运动 即布朗运动b 当两个相邻的分子间距离为r0时 它们间相互作用的引力和斥力大小相等c 食盐晶体的物理性质沿各个方向都是一样的d 小草上的露珠呈球形的主要原因是液体表面张力的作用 2 如图所示 一定质量的理想气体由状态a沿abc变化到状态c 吸收了340j的热量 并对外做功120j 若该气体由状态a沿adc变化到状态c时 对外做功40j 则这一过程中气体 选填 吸收 或 放出 j热量 3 已知水的摩尔质量为18g mol 密度为1 0 103kg m3 阿伏加德罗常数为6 0 1023mol 1 试估算1200ml水所含的水分子数目