专题十三分子动理论气体热力学定律

专题十三分子动理论气体热力学定律高考考情分析年份题号题型分值考查点命题分析及备考策略2013Ⅰ卷33(1)选择6分子力、分子势能、分子动能1.纵观近几年的高考题,对选修3-3的考查在第33题呈现,本题设置两问,第一问是选择,第二问是计算,第一问知识点内容琐碎,考查点多,但第二问一直为气体实验定律、理想气体状态方程的应用.2.2017年高考中仍会从以下方面命题:(1)分子大小的估算;(2)对分子动理论内容的理解;(3)物体变化中的能量问题;(4)气体实验定律的应用;(5)固、液、气三态的微观解释;(6)热力学定律的理解和应用;(7)用油膜法估测分子大小.33(2)计算9气体实验定律(等温、等压变化)Ⅱ卷33(1)选择5热力学定律、气体的性质33(2)计算10气体实验定律(两部分气体等温变化)2014Ⅰ卷33(1)选择6热力学定律、p-T图像33(2)计算9气体实验定律(等温、等压变化)Ⅱ卷33(1)选择5分子动理论、液晶、液体的性质33(2)计算10气体实验定律(两部分气体等压、等温变化)2015Ⅰ卷33(1)选择5晶体的性质3.在复习本部分内容时应抓好四块知识:一是分子动理论;二是从微观角度分析固体、液体、气体的性质;三是气体实验三定律;四是热力学定律.以四块知识为主干,梳理出知识点,进行理解性记忆.33(2)计算10气体实验定律(等压、等温变化)Ⅱ卷33(1)选择5扩散现象的理解33(2)计算10气体实验定律(两次等温变化)2016Ⅰ卷33(1)选择5热力学定律、热平衡定律33(2)计算10气体实验定律(等温变化)Ⅱ卷33(1)选择5热力学定律、理想气体状态方程、p-T图像33(2)计算10气体实验定律(充气问题)Ⅲ卷33(1)选择5气体的内能33(2)计算10气体实验定律(两部分气体等温变化)1.(2016·全国Ⅰ卷,33)关于热力学定律,下列说法正确的是

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A.气体吸热后温度一定升高B.对气体做功可以改变其内能C.理想气体等压膨胀过程一定放热D.热量不可能自发地从低温物体传到高温物体E.如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡,那么这两个系统彼此之间也必达到热平衡基础真题热身解析:气体吸热后可能对外做功,温度不一定升高;做功和热传递都可改变内能;理想气体等压膨胀温度一定升高,且对外做功,内能增加,则一定吸热;热量不可能自发的从低温物体传到高温物体,选项B,D正确,由热平衡定律知选项E正确.答案:BDE〚核心技法〛解题时要记住热力学第一定律ΔU=W+Q、热力学第二定律有关结论以及气体的状态变化方程等重要知识点.2.(2014·全国Ⅰ卷,33)一定量的理想气体从状态a开始,经过三个过程ab,bc,ca回到原状态,其p-T图像如图所示,下列判断正确的是

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A.过程ab中气体一定吸热B.过程bc中气体既不吸热也不放热C.过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热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解析:因为=常数,从图中看,a→b过程不变,则体积V不变,因此a→b过程是温度升高、压强增大、体积不变,根据热力学第一定律可知,无外界对其做功,则一定是吸热过程,A正确;b→c过程温度不变,但是压强减小,体积膨胀对外做功,应该是吸收热量,B错误;c→a过程压强不变、温度降低、体积减小,外界对气体做功,但由于温度降低,说明对外放热大于外界对其做功,故C错误;状态a温度最低,而温度是分子平均动能的标志,D正确;b→c过程体积增大了,容器内分子数密度减小,温度不变,分子平均速率不变,因此c状态容器壁单位面积单位时间内受到分子碰撞的次数减少了,E正确.答案:ADE〚核心技法〛此题主要考查理想气体的状态变化方程以及热力学第一定律,掌握表达式ΔU=Q+W中各个物理量的含义及符号法则;分析图线的物理意义,并从图像中获取信息.3.(2015·全国Ⅰ卷,33)下列说法正确的是

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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,内能也保持不变解析:晶体被敲碎后,其空间点阵结构未变,仍是晶体,A错误;单晶体光学性质各向异性,B正确;同种元素由于空间的排列结构而形成不同物质的晶体,C正确;如果外界条件改变了分子或原子的空间排列结构,晶体和非晶体之间可以互相转化,D正确;在晶体熔化过程中,温度保持不变,只是分子平均动能保持不变,分子势能会发生改变,内能也会改变,E错误.答案:BCD〚核心技法〛掌握晶体和非晶体的物理结构特点以及晶体熔化过程的特点.4.(2014·全国Ⅱ卷,33)下列说法正确的是

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A.悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动B.空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果C.彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点D.高原地区水的沸点较低,这是高原地区温度较低的缘故E.干湿泡温度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度,这是湿泡外纱布中的水蒸发吸热的结果解析:悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了水分子的热运动,而不是反映花粉分子的热运动,选项A错误.由于表面张力的作用使液体表面的面积收缩,使小雨滴呈球形,选项B正确.液晶的光学性质具有各向异性,彩色液晶显示器就利用了这一性质,选项C正确.高原地区水的沸点较低是因为高原地区的大气压强较小,水的沸点随大气压强的降低而降低,选项D错误.由于液体蒸发时吸收热量,温度降低,所以湿泡显示的温度低于干泡显示的温度,选项E正确.〚核心技法〛根据布朗运动、表面张力、液晶的性质、液体的蒸发特点解题.答案:BCE【例1】

下列说法正确的是

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A.理想气体等温膨胀时,内能不变B.扩散现象表明分子在永不停息地运动C.分子热运动加剧,则物体内每个分子的动能都变大D.在绝热过程中,外界对物体做功,物体的内能一定增加E.布朗运动反映了悬浮颗粒内部的分子在不停地做无规则热运动考向1

分子动理论考点一分子动理论固体液体解析:理想气体等温膨胀时,理想气体的分子势能不计,则内能不变,A正确;扩散现象表明分子在永不停息地运动,B正确;分子热运动加剧,分子的平均动能增大,但并不是物体内每个分子的动能都变大,C错误;在绝热过程中,外界对物体做功,物体的内能一定增加,D正确;布朗运动反映的是液体分子的永不停息的无规则运动,并不是组成固体小颗粒的分子的无规则运动,E错误.答案:ABD/名师点评/处理分子热运动问题涉及的要点1.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.2.分子动理论的三个核心要点(1)分子模型、分子数①分子模型:球模型:V=πR3,立方体模型:V=a3.(2)分子运动:分子永不停息地做无规则运动,温度越高,分子的无规则运动越剧烈,即平均速率越大,但瞬时速度不一定大.(3)分子势能、分子力与分子间距离的关系.【例2】

(2016·山东淄博模拟)下列说法正确的是

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A.液晶既具有液体的流动性,又像某些晶体那样具有光学各向异性B.“油膜法估测分子的大小”实验中,用一滴油酸溶液的体积与浅盘中油膜面积的比值可估测油酸分子直径C.液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离,所以液体表面存在表面张力D.一切自发过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行E.蔗糖受潮后粘在一起形成的糖块看起来没有确定的几何形状,是非晶体考向2

固体液体解析:液晶像液体一样可以流动,其光学性质与某些晶体相似,具有各向异性,故选项A正确;“油膜法估测分子的大小”实验中,用一滴纯油酸的体积与浅盘中油膜面积的比值可估测油酸分子直径,而不是用油酸溶液与油膜面积的比值,故选项B错误;由于挥发,液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离,从而液体表面形成表面张力,故选项C正确;热力学第二定律的微观意义是“一切自发过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行”,故选项D正确;蔗糖受潮后粘在一起形成的糖块看起来没有确定的几何形状,但它是多晶体,故选项E错误.答案:ACD/名师点评/固体和液体的主要特点1.晶体和非晶体的分子结构不同,表现出的物理性质不同.晶体具有确定的熔点.单晶体表现出各向异性,多晶体和非晶体表现出各向同性.晶体和非晶体在适当的条件下可以相互转化.2.液晶是一种特殊的物质状态,所处的状态介于固态和液态之间.液晶具有流动性,在光学、电学物理性质上表现出各向异性.3.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.【考点过关】1.(2016·安徽合肥质检)下列说法中正确的是

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A.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B.气体分子速率呈现出“中间多,两头少”的分布规律C.随着分子间距离增大,分子间作用力减小,分子势能也减小D.一定量的理想气体发生绝热膨胀时,其内能不变E.一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行解析:在较暗的房间里看到透过窗子的“阳光柱”里的粉尘颗粒杂乱无章的运动,是空气的流动造成的,不是布朗运动,选项A正确;同一温度下,气体分子速率呈现出“中间多,两头少”的分布规律,故选项B正确;当分子间的距离大于r0时,随分子间距离增大,分子势能增大,故选项C错误;根据热力学第一定律,一定量的理想气体发生绝热膨胀时,其内能减小,故选项D错误;热力学第二定律的微观意义是“一切自发过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行”,故选项E正确.答案:ABE解析:布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的运动,是宏观现象,其造成的原因是液体分子的无规则运动,是微观现象,故选项A正确.液体与固体间的浸润现象与液体表面表现出的表面张力都是分子间作用力的体现,其本质是一样的,故选项B错误.C选项是热力学第二定律的综合表述,故选项C正确.夏天容易爆胎是温度升高,气体压强增大,而气体压强的本质是气体分子频繁碰撞容器壁造成的,与分子间斥力无关,故选项D错误.液晶对光具有各向异性的特点,用于制作液晶显示器,故选项E正确.2.下列说法正确的是

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A.布朗运动是微观分子的热运动造成的宏观现象B.液体与固体间的浸润现象与液体表面表现出的表面张力有着本质的不同,前者是固体分子间的间隙造成的,而后者则是液体分子间的作用力造成的C.一切与热现象有关的宏观自然过程都具有方向性,都是不可逆的D.打满气的轮胎在夏天容易爆胎,是因为温度升高,气体分子间的斥力增大造成的E.液晶显示器是利用了液晶对光具有各向异性的特点答案:ACE【例3】

(2016·全国Ⅰ卷,33)在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强,两压强差Δp与气泡半径r之间的关系为Δp=,其中σ=0.070N/m,现让水下10m处一半径为0.50cm的气泡缓慢上升,已知大气压强p0=1.0×105Pa,水的密度ρ=1.0×103kg/m3,重力加速度大小g=10m/s2.(1)求在水下10m处气泡内外的压强差;考点二气体状态变化过程分析〚思路探究〛

(1)怎样确定水下气泡内外的压强差及气泡内的压强?答案:用题干中给定的压强差Δp与气泡半径r之间的关系Δp=求得,气泡内的压强p=Δp+ρgh+p0.规范解答:(1)当气泡在水下h=10m处时,设其半径为r1,气泡内外压强差为Δp1,则Δp1=,①代入题给数据得Δp1=28Pa.②答案:(1)28Pa(2)忽略水温随水深的变化,在气泡上升到十分接近水面时.求气泡的半径与其原来半径之比的近似值.〚思路探究〛

(2)气泡在上升过程中,三个状态参量中哪一个不变,满足气体哪一个实验定律?答案:气泡在上升过程中的温度和水温一样,水温不变,故气泡温度不变,气体满足玻意耳定律.答案:(2)1.3/名师点评/应用气体实验定律的三个重点环节1.正确选择研究对象:对于变质量问题要通过恰当选取研究对象,变成质量不变的问题;对于多部分气体问题,要各部分独立研究,各部分之间一般通过压强找联系.2.列出各状态的参量:气体在初、末状态,往往会有两个(或三个)参量发生变化,把这些状态参量罗列出来会比较准确、快速地找到规律.3.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.【考点过关】1.[等容变化]如图所示是某研究性学习小组设计的一种测温装置,玻璃泡A内封有一定质量的气体,与玻璃泡A相连的细管B插在水银槽中,管口和槽内水银面高度差x即可反映出泡内气体的温度,即环境温度,并可由B管上的刻度直接读出.(B管的体积与A泡的体积相比可忽略)(1)在标准大气压下(p0=76cmHg),对B管进行温度刻线.已知温度t1=27℃,管内与槽中水银面的高度差x1=16cm,此高度即为27℃的刻度线.求当t=0℃时,刻度线与槽中水银面的高度差x0;答案:(1)21.4cm(2)若大气压变为p1=75cmHg,利用该装置测量温度时所得读数仍为27℃,则此时实际温度是多少?答案:(2)22℃2.[两部分气体等温变化]如图所示,内径粗细均匀的U形管,右侧B管上端封闭,左侧A管上端开口,管内注入水银,并在A管内装配有光滑的、质量可以不计的活塞,使两管中均封入L=25cm的空气柱,活塞上方的大气压强为p0=76cmHg,这时两管内水银面高度差h=6cm.今用外力竖直向上缓慢地拉活塞,直至使两管中水银面相平.设温度保持不变,则A管中活塞向上移动的距离是多少?答案:8.4cm【例4】

(2016·全国Ⅱ卷,33)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图像如图所示,其中对角线ac的延长线过原点O.下列判断正确的是

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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考点三气体状态变化与热力学定律的综合应用答案:ABE/名师点评/理想气体相关三量ΔU,W,Q的分析思路1.内能变化量ΔU的分析思路(1)由气体温度变化分析气体内能变化.温度升高,内能增加;温度降低,内能减少.(2)由公式ΔU=W+Q分析内能变化.2.做功情况W的分析思路(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;体积被压缩,外界对气体做功.(2)由公式W=ΔU-Q分析气体做功情况.3.气体吸、放热Q的分析思路:一般由公式Q=ΔU-W分析气体的吸、放热情况.【考点过关】1.[气体状态变化与热力学定律](2016·湖南岳阳二模)对于一定质量的理想气体,下列说法正确的是

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A.保持气体的压强不变,改变其体积,可以实现其内能不变B.保持气体的压强不变,改变其温度,可以实现其内能不变C.若气体的温度逐渐升高,则其压强可以保持不变D.气体温度每升高1K所吸收的热量与气体经历的过程有关E.当气体体积逐渐增大时,气体的内能一定减小答案:CD2.[气体状态变化图像与热力学定律]

(2016·福建龙岩质检)

如图所示,一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B,C和D后再回到状态A.其中,A→B和C→D为等温过程,B→C和D→A为绝热过程.该循环过程中,下列说法正确的是

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A.A→B过程中,气体对外界做功,吸热B.B→C过程中,气体分子的平均动能增加C.C→D过程中,单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多D.D→A过程中,气体分子的速率分布曲线发生变化E.该循环过程中,气体放热解析:A→B过程中,体积增大,气体对外界做功,吸热,选项A正确;B→C过程中,绝热膨胀,气体对外做功,温度降低,气体分子的平均动能减小,选项B错误;C→D过程中,等温压缩,单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多,选项C正确;D→A过程中,绝热压缩,外界对气体做功,温度升高,气体分子的速率分布曲线发生变化,选项D正确;该循环过程,气体在A→B过程中对外做功,吸热,在C→D过程中外界对气体做功放热,整个过程气体对外界做功比外界对气体做功多,内能变化为零,循环过程中气体吸热,故选项E错误.答案:ACD高考热点分析——气体实验定律的应用【热点训练】1.[汽缸中多部分气体状态变化的问题]如图所示,有两个不计厚度的活塞M,N将两部分理想气体A,B封闭在竖直放置的绝热汽缸内,温度均为27℃.M活塞是导热的,N活塞是绝热的,均可沿汽缸无摩擦地滑动.汽缸底部有加热丝.已知M活塞的质量m1=1kg,N活塞的质量不计.M,N活塞的横截面积均为S=2cm2,初始时M活塞相对于底部的高度为h1=24cm,N活塞相对于底部的高度为h2=12cm.现将一质量为m2=1kg的小物体放在M活塞的上表面上,活塞下降,稳定后B气体压强为p2.已知大气压强为p0=1.0×105Pa.取g=10m/s2.(1)求稳定后B气体的压强p2;解析:(1)将两个活塞和小物体作为整体,由平衡条件得p2S=m1g+m2g+p0S,代入数据得p2=2.0×105Pa.答案:(1)2.0×105Pa

(2)现通过加热丝对B气体进行缓慢加热,M,N活塞发生移动,当M活塞距离底部的高度为h3=21.6cm时,停止加热.求此时B气体的温度T2.答案:(2)420K2.[玻意耳定律的应用]如图(甲)所示,左端封闭、内径相同的U形细玻璃管竖直放置,左管中封闭