高三物理二轮复习 第一篇 专题攻略 专题八 分子运动理论 气体及热力学定律课件

专题八分子动理论气体及热力学定律 主干回顾 1 分子动理论 分子直径的数量级是 分子永不停息地做 分子间同时存在相互作用的 2 气体实验定律和理想气体状态方程 10 10m 无规则运动 引力和斥力 p1V1 p2V2 核心速填 3 热力学定律 热力学第一定律 U 热力学第二定律 自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都 W Q 具有方向性 热点考向1分子动理论 固体 液体 典例1 多选 分子动理论较好地解释了物质的宏观热力学性质 据此可判断下列说法中正确的是 A 显微镜下观察到墨水中的微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B 分子间距增大时 分子间的引力和斥力均减小 C 分子间距增大时 分子势能一定先减小后增大D 磁铁可以吸引铁屑 这一事实说明分子间存在引力 思考 1 布朗运动的实质是什么 提示 大量水分子对固体小颗粒的撞击作用不平衡 导致固体小颗粒运动的无规则 这反映了液体分子运动的无规则性 2 请画出分子势能与分子间距的关系示意图 提示 如图所示 解析 选A B 墨水中的小炭粒的运动是由于大量水分子对它的撞击作用力不平衡导致的 无规则 这反映了液体分子运动的无规则性 故A正确 分子间距增大时 分子间的引力减小 斥力也减小 故B正确 当分子间距离等于r0时 分子间的势能最小 分子从距离小于r0处增大分子之间距离为r0时 此时分子势能一直减小 分子从距离r0处增大分子之间距离 此时分子势能一直 增大 故C错误 磁铁可以吸引铁屑 是由于磁场力的作用 这一事实不能说明分子间存在引力 故D错误 题组过关 1 多选 2015 江苏高考 对下列几种固体物质的认识 正确的有 A 食盐熔化过程中 温度保持不变 说明食盐是晶体B 烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面 熔化的蜂蜡呈椭圆形 说明蜂蜡是晶体 C 天然石英表现为各向异性 是由于该物质的微粒在空间的排列不规则D 石墨和金刚石的物理性质不同 是由于组成它们的物质微粒排列结构不同 解析 选A D 若物体是晶体 则熔化过程中 温度保持不变 A项正确 烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面 熔化的蜂蜡呈椭圆形是晶体各向异性的表现 说明云母片是晶体 B项错误 天然石英表现为各向异性 是由于该物质的微粒在空间的排列规则 C项错误 由于石墨和金刚石的物质微粒排列结构不同 导致了它们的物理性质不同 D项正确 2 2016 北京高考 雾霾天气是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述 是特定气候条件与人类活动相互作用的结果 雾霾中 各种悬浮颗粒物形状不规则 但可视为密度相同 直径不同的球体 并用PM10 PM2 5分别表示球体直径小于或等于10 m 2 5 m的颗粒物 PM是颗粒物的英文缩写 某科研机构对北京地区的检测结果表明 在静稳的雾霾天气中 近地面 高度百米的范围内 PM10的浓度随高度的增加略有减小 大于PM10的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小 且两种浓度分布基本不随时间变化 据此材料 以下叙述正确的是 A PM10表示直径小于或等于1 0 10 6m的悬浮颗粒物B PM10受到的空气分子作用力的合力始终大于其所受到的重力 C PM10和大悬浮颗粒物都在做布朗运动D PM2 5浓度随高度的增加逐渐增大 解析 选C PM10表示直径小于或等于1 0 10 5m的悬浮颗粒物 A错 由于PM10在空中静止不动 受到的空气分子作用力的合力始终等于其所受到的重力 B错 PM10的浓度随高度的增加略有减小 由此推知PM2 5的浓度随高度增加逐渐减小 D错 PM10和大悬浮颗粒物都在做布朗运动 C对 规律总结 分子动理论的三个核心规律 1 分子模型 分子数 分子模型 球模型 V R3 立方体模型 V a3 分子数 N nNA 2 分子运动 分子做永不停息的无规则运动 温度越高 分子的无规则运动越剧烈 3 分子势能 分子力与分子间距离的关系 加固训练 1 多选 下列说法正确的是 A 当一定质量的气体吸热时 其内能可能减小B 玻璃 石墨和金刚石都是晶体 木炭是非晶体C 单晶体有固定的熔点 多晶体和非晶体没有固定的熔点 D 当液体与大气相接触时 液体表面层内的分子所受其他分子作用力的合力总是指向液体内部E 气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数 与单位体积内气体的分子数和气体温度有关 解析 选A D E 一定质量的气体吸热时 如果同时对外做功 且做的功大于吸收的热量 则内能减小 故A正确 玻璃是非晶体 故B错误 多晶体也有固定的熔点 故C错误 液体表面层内的分子 液体内部分子的密度都大于大气 因此分子力的合力指向液体内部 故D正确 气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数 决定气体的压强 因此与单位体积内分子数和气体的温度有关 故E正确 2 多选 下列说法正确的是 A 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B 空气相对湿度越大时 空气中水蒸气压强越接近饱和气压 水蒸发越快C 液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部D 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 解析 选A D 物质微粒的大小不会因物态变化而发生变化 知道水的摩尔质量和水分子的质量 根据阿伏加德罗常数 就可以计算出阿伏加德罗常数 故A正确 空气中水蒸气压强越接近饱和汽压 水蒸发越慢 故B错误 表面张力产生在液体表面层 它的方向平行于液体表面 而非与液面垂直 故C错误 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 这在原理上是可行的 故D正确 热点考向2气体实验定律的应用 典例2 2015 全国卷 如图 一固定的竖直汽缸由一大一小两个同轴圆筒组成 两圆筒中各有一个活塞 已知大活塞的质量为m1 2 50kg 横截面积为S1 80 0cm2 小活塞的质量为m2 1 50kg 横截面积为S2 40 0cm2 两活塞用刚性轻杆连接 间距保持为l 40 0cm 汽缸外大气的压强为p 1 00 105Pa 温度为T 303K 初始时大 活塞与大圆筒底部相距 两活塞间封闭气体的温度为T1 495K 现汽缸内气体温度缓慢下降 活塞缓慢下移 忽略两活塞与汽缸壁之间的摩擦 重力加速度大小g取10m s2 求 1 在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间 缸内封闭气体的温度 2 缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时 缸内封闭气体的压强 思维流程 第一步 审题干 提取信息 1 气体温度缓慢下降 活塞缓慢下移 两活塞整体移动过程中竖直方向受力平衡 2 缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时 缸内气体温度降为303K 第二步 突破难点 1 明确活塞下移过程 封闭气体的压强不变 气体做等压变化 2 大活塞与大汽缸底部接触后 气体体积不变 气体做等容变化 解析 1 设初始时气体体积为V1 在大活塞与大圆筒底部刚接触时 缸内封闭气体的体积为V2 温度为T2 由题给条件得V1 V2 S2l 在活塞缓慢下移的过程中 用p1表示缸内气体的压强 由力的平衡条件得S1 p1 p m1g m2g S2 p1 p 故缸内气体的压强不变 由盖 吕萨克定律有 联立 式并代入题给数据得T2 330K 2 在大活塞与大圆筒底部刚接触时 被封闭气体的压强为p1 在此后与汽缸外大气达到热平衡的过程中 被封闭气体的体积不变 设达到热平衡时被封闭气体的压强为p 由查理定律 有 联立 式并代入题给数据得p 1 01 105Pa 答案 1 330K 2 1 01 105Pa 迁移训练 迁移1 把轻杆改为轻绳如图所示 一直立汽缸由两个横截面积不同的圆筒连接而成 活塞A B间封闭有一定质量的理想气体 A的上方和B的下方分别与大气相通 两活塞用长为L 30cm的不可伸长的细绳相连 可在缸内无摩擦地上下滑动 当缸内封闭气体的温度为T1 300K时 活塞A B的平衡位置如图所示 已知活塞A B的质量均为m 1 0kg 横截面积分别为SA 20cm2 SB 10cm2 大气压强为p0 1 0 105Pa 重力加速度g取10m s2 1 活塞A B在图示位置时 求缸内封闭气体的压强 2 现对缸内封闭气体缓慢加热 为使汽缸不漏气 求缸内封闭气体的最高温度 解析 1 活塞A B均静止 都处于平衡状态 由平衡条件得 对活塞A p0SA mAg FT p1SA对活塞B p0SB FT p1SB mBg代入数据解得 p1 1 2 105Pa 2 活塞B刚好移动到两圆筒的连接处时 设汽缸内气体的温度为T2 由 1 可知此过程气体做等压变化 由盖 呂萨克定律 代入数据解得T2 400K答案 1 1 2 105Pa 2 400K 迁移2 把竖直汽缸改为水平汽缸如图所示 两端开口的汽缸水平固定 A B是两个厚度不计的活塞 面积分别为S1 20cm2 S2 10cm2 它们之间用一根细杆连接 B通过水平细绳绕过光滑的定滑轮与质量为M的重物C连接 静止时汽缸中的空气压强p1 1 2atm 温度T1 600K 汽缸两部分的气柱长均为L 已知大气压强p0 1atm 1 0 105Pa g取10m s2 缸内空气可看作理想气体 不计摩擦 求 1 重物C的质量M 2 降低汽缸中气体的温度 活塞A将向右移动 在某温度下活塞A靠近D处时 未接触 处于平衡 此时缸内气体的温度 解析 1 活塞整体受力平衡 由平衡条件得 p1S1 p0S2 p0S1 p1S2 Mg 代入数据解得 M 2kg 2 A靠近D处时 力的平衡方程没变 气体压强不变 由盖 吕萨克定律得 代入数据得 T2 400K 答案 1 2kg 2 400K 迁移3 把一团封闭气体改为两团封闭气体上端开口的竖直汽缸由大 小两个同轴圆筒组成 两圆筒中各有一个活塞 两活塞用刚性轻杆连接 两活塞间充有氧气 小活塞下方充有氮气 已知大活塞的质量为2m 横截面积为2S 小活塞的质量为m 横截面积为S 两活塞间距为L 大活塞导热性能良好 汽缸及小活塞绝热 初始时氮气和汽缸外大气的压强均为p0 大活塞与大圆 筒底部相距 两活塞与汽缸壁之间的摩擦不计 重力加速度为g 现通过电阻丝缓慢加热氮气 求当小活塞缓慢上升至上表面与大圆筒底部平齐时 氮气的压强 解析 以两活塞整体为研究对象 设初始时氧气压强为p1 根据平衡条件有 p02S p1S 3mg p0S p12S初始时氧气体积 V1 当小活塞缓慢上升至上表面与大圆筒底部平齐时 氧气体积 V2 2SL设此时氧气压强为p2 氮气压强为p 根据平衡条件有 p02S p2S 3mg pS p22S由于大活塞导热 小活塞缓慢上升可认为氧气温度不变 由玻意耳定律 得 p2V2 p1V1解得 答案 规律总结 应用气体实验定律的解题思路 1 选择研究对象 一定质量的理想气体 2 分析状态参量 利用液体压强公式 连通器原理 被液体封闭的气体 或平衡条件 被活塞封闭的气体 分析被封闭气体的压强特点 注意容器的导热性能 分析被封闭气体的温度特点 根据题中条件分析被封闭气体的体积特点 3 认识过程 选定规律 认清变化过程 选用合适的气体实验定律或理想气体状态方程列式求解 加固训练 1 如图所示 体积为V0的导热性能良好的容器中充有一定质量的理想气体 室温为T0 300K 有一光滑导热活塞C 不占体积 将容器分成A B两室 B室的体积是A室的两倍 汽缸内气体压强为大气压的两倍 右室容器中连接有一阀门K 可与大气相通 外界大气压等于76cmHg 求 1 将阀门K打开后 A室的体积变成多少 2 打开阀门K后将容器内的气体从300K加热到540K A室中气体压强为多少 解析 1 气体的初状态 pA0 2 76cmHg VA0 打开阀门 A室气体做等温变化 pA 76cmHg 体积为VA 由玻意耳定律pA0VA0 pAVA 解得VA 2 温度从T0 300K升高到T A中的气体由VA变化到V0 压强为pA 气体做等压变化解得T 450K故温度从450K升高到T1 540K的过程中 气体做等容变化解得pA1 91 2cmHg答案 1 2 91 2cmHg 2 如图所示 截面均匀 长度足够的U形细玻璃管两端都开口 管内两段水银柱封闭着一段空气柱 开始时 空气柱被封闭在U形管左侧的A B两点之间 空气柱长为15cm 温度为27 A点上方水银柱长为25cm BC高为5cm 若U形管底边CD长10cm 此时的大气压强为75cmHg 现 保持气体的温度不变 从U形管左侧管口处缓慢地再注入25cm长的水银柱 试求稳定时管内的空气柱长度为多少 解析 空气柱初始压强p1 75cmHg 25cmHg 100 cmHg BE水银柱总长为45cm 左侧管口注入水银柱后 左侧管水银柱长为50cm 因而水银柱BE将全部在右侧管 末态压强 p2 75cmHg 45cmHg 120 cmHg 由等温变化规律得 100 15S 120 LS解得 L 12 5cm答案 12 5cm 热点考向3热力学第一定律的综合应用 典例3 多选 2016 全国卷 一定量的理想气体从状态a开始 经历等温或等压过程ab bc cd da回到原状态 其p T图象如图所示 其中对角线ac的延长线过原点O 下列判断正确的是 A 气体在a c两状态的体积相等B 气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能C 在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功D 在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功E 在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功 名师点拨 1 过程分析 气体从a到b等温变化 从b到c等压变化 从c到d等温变化 从d到a等压变化 2 求内能的变化 U W Q 解析 选A B E 一定量的理想气体 在体积不变时 压强和热力学温度成正比 即Va Vc 选项A正确 气体在状态a时的温度高于在状态c时的温度 而温度是分子平均动能的标志 理想气体忽略分子间的相互作用力 气体的分子势能不变 所以气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能 选项B正确 cd过程为恒温升压过程 压强增大体积减小 外界对系统做正功 但系统内能不变 故放热 放出热量Q W外 选项C错误 da 过程为恒压升温过程 内能增大 体积增大对外做功 故吸热 但吸收热量Q W外 E内 故Q W外 选项D错误 bc过程恒压降温 体积减小 外界对气体做功 因为ab和cd过程都是等温过程 paVa pbVb pcVc pdVd 则有paVa pdVd pbVb pcVc 又因pd pa pc pb pa Va Vd pb Vb Vc 所以Wbc Wad 故在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功 选项E正确 题组过关 1 如图所示 粗细均匀的弯曲玻璃管A B两端开口 管内有一段水银柱 管内左侧水银面与管口A之间气柱长为LA 40cm 现将左管竖直插入水银槽中 稳定后管中左侧的水银面相对玻璃管下降了2cm 设被封闭的气体为理想气体 整个过程温度不变 已知大气压强p0 76cmHg 则稳定后A端上方气柱的压强为 cmHg 气柱的长度为 cm 在这个过程中 管内气体 选填 吸收 或 放出 热量 解析 左侧的水银面相对玻璃管下降了2cm 则右端水银面上升2cm 故两液面的高度差为 h 4cmA端上方气柱的压强为 p 76 4 cmHg 80cmHg插入水银槽后右管内气体做等温变化 由玻意耳定律得 p0LAS pLS代入数据解得 L 38cm气体体积减小 外界对气体做功 W 0 气体温度不变 内能不变 U 0 由热力学第一定律 U W Q 可知 Q U W W 0 气体要放出热量 答案 8038放出 2 2016 黄山二模 如图 体积为V 内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞 汽缸内密封有温度为2 4T0 压强为1 2p0的理想气体 p0和T0分别为大气的压强和温度 已知 气体内能U与温度T的关系为U aT a为正的常量 容器内气体的所有变化过程都是缓慢的 求 1 汽缸内气体与大气达到平衡时的体积V1 2 在活塞下降过程中 汽缸内气体放出的热量Q 解析 1 在气体由压强p 1 2p0到p0时 V不变 温度由2 4T0变为T1 由查理定律得得 T1 2T0在气体温度由T1变为T0的过程中 体积由V减小到V1 气体压强不变 由盖 吕萨克定律得解得 V1 0 5V 2 活塞下降过程中 活塞对气体的功为W p0 V V1 在这一过程中 气体的内能减少了 U a T1 T0 由热力学第一定律得 汽缸内气体放出的热量为Q W U得 Q p0V aT0答案 1 0 5V 2 p0V aT0 规律总结 分析理想气体 U W Q的常用思路 1 由体积变化分析气体做功情况 体积膨胀 气体对外界做功W0 2 由温度变化判断气体内能变化情况 温度升高 气体内能增大 U 0 温度降低 气体内能减小 U 0 3 由热力学第一定律 U Q W判断物体是吸热还是放热 加固训练 1 2015 福建高考 如图 一定质量的理想气体 由状态a经过ab过程到达状态b或者经过ac过程到达状态c 设气体在状态b和状态c的温度分别为Tb和Tc 在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac 则 A Tb Tc Qab QacB Tb Tc QabQacD Tb Tc Qab Qac 解析 选C p V图象中状态c b所围的面积相等 Tb Tc 因此在过程ab和ac中 内能变化相等 过程ac不做功 过程ab气体对外做功 据热力学定律 U W Q可知 Qab Qac 故选C 2 如图所示 内壁光滑的导热汽缸里封闭了一定质量的理想气体 活塞的横截面积为S 质量不计 离