高考物理二轮复习【专题14】分子动理论、气体热力学定律(讲)(原卷版)

PAGE2015年高三二轮复习讲练测之讲案【新课标版物理】专题14分子动理论气体热力学定律考向01分子动理论内能1.讲高考（1）考纲要求掌握分子动理论的基本内容.2.知道内能的概念.3.会分析分子力、分子势能随分子间距离的变化．（2）命题规律高考热学命题的重点内容有：(1)分子动理论要点，分子力、分子大小、质量、数目估算；题型多为选择题和填空题，绝大多数选择题只要求定性分析，极少数填空题要求应用阿伏加德罗常数进行计算(或估算)。案例1．【2014·北京卷】下列说法正确的是()A.物体温度降低，其分子热运动的平均动能增大B.物体温度升高，其分子热运动的平均动能增大C.物体温度降低，其内能一定增大D.物体温度不变，其内能一定不变案例2．【2014·上海卷】分子间同时存在着引力和斥力，当分子间距增加时，分子间的（）（A）引力增加，斥力减小（B）引力增加，斥力增加（C）引力减小，斥力减小（D）引力减小，斥力增加案例3．（2013·福建卷）下列四幅图中，能正确反映分子间作用力f和分子势能Ep随分子间距离r变化关系的图线是。（填选图下方的字母）2.讲基础（1）物体是由大量分子组成的①多数分子大小的数量级为10－10m.②一般分子质量的数量级为10－26kg.（2）分子永不停息地做无规则热运动说明分子永不停息地做无规则运动的两个实例①扩散现象：由于分子的无规则运动而产生的物质迁移现象．温度越高，扩散越快．②布朗运动：在显微镜下看到的悬浮在液体中的固体颗粒的永不停息地无规则运动．布朗运动反映了液体内部的分子的无规则运动．颗粒越小，运动越明显；温度越高，运动越剧烈．（3）分子间存在着相互作用力①分子间同时存在引力和斥力，实际表现的分子力是它们的合力．②引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，但斥力比引力变化得快．(4)温度和内能①当分子力做正功时，分子势能减小；当分子力做负功时，分子势能增大．②从分子动理论观点来看，温度是物体分子热运动平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能就越大；反之亦然．注意同一温度下，不同物质分子的平均动能都相同，但由于不同物质的分子质量不尽相同，所以分子运动的平均速率不尽相同。③决定物体内能的是物体中所含分子的摩尔数、温度和体积三个因素。3.讲典例案例1．（多选）【2015•吉林省实验中学高三毕业班第三次适应性测试】下列说法中，正确的是（）A．晶体熔化时吸收热量，分子平均动能不一定增加B．布朗运动就是液体分子的无规则运动C．温度相同的氢气和氧气，它们分子的平均动能相同D．当两分子间距离的增大时，分子引力增大，分子斥力减小【趁热打铁】【2014•杨家坪中学高三上期入学考】如图所示为两分子系统的势能与两分子间距离的关系曲线．下列说法正确的是（）A．当大于时，分子间的作用力表现为引力B．当小于时，分子间的作用力表现为斥力C．当由∞到变化变化过程中，分子间的作用力先变大再变小]D．在由变到的过程中，分子间的作用力做负功案例2．【2014·浙江湖州新世纪外国语学校高三上期开学摸底】下列叙述中正确的是()A．布朗运动就是液体分子的无规则运动B．当分子力表现为引力时，分子势能随分子间距离的增加而增加C．对于一定质量的理想气体，温度升高时，压强必增大D．已知水的密度和水的摩尔质量，则可以计算出阿伏加德罗常数【趁热打铁】【2014•北京市海淀区高三二模】已知油酸的摩尔质量为M，密度为ρ，阿伏加德罗常数为NA。若用m表示一个油酸分子的质量，用V0表示一个油酸分子的体积，则下列表达式中正确的是（）A.B.C. D.4.讲方法（1）微观量的估算①微观量：分子体积V0、分子直径d、分子质量m0.②宏观量：物体的体积V、摩尔体积Vm、物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ.③关系(a)分子的质量：(b)分子的体积：(c)物体所含的分子数：或④）分子的两种模型：(a)对于固体、液体，分析分子的直径时，可建立球体模型，分子直径。(b)对于气体，分析分子间的平均距离时，可建立立方体模型，相邻分子间的平均距离为。⑤特别提醒(a)固体和液体分子都可看成是紧密堆积在一起的．分子的体积，仅适用于固体和液体，对气体不适用．(b)对于气体分子，的值并非气体分子的大小，而是两个相邻的气体分子之间的平均距离．(2)布朗运动与分子热运动布朗运动热运动活动主体固体小颗粒分子区别是固体小颗粒的运动，是比分子大得多的分子团的运动，较大的颗粒不做布朗运动，但它本身的以及周围的分子仍在做热运动是指分子的运动，分子无论大小都做热运动，热运动不能通过光学显微镜直接观察到共同点都是永不停息的无规则运动，都随温度的升高而变得更加激烈，都是肉眼所不能看见的联系布朗运动是由于小颗粒受到周围分子做热运动的撞击力而引起的，它是分子做无规则运动的反映①.扩散现象直接反映了分子的无规则运动，并且可以发生在固体、液体、气体任何两种物质之间．②布朗运动不是分子的运动，是液体分子无规则运动的反映．(3)分子间作用力分子间总是同时存在着相互作用的引力和斥力，“分子力”是引力与斥力的合力．分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小、随分子间距离的减小而增大，但总是斥力变化得较快．如图所示．(1)当r＝r0时，F引＝F斥，F＝0； (2)当r<r0时，F引和F斥都随距离的减小而增大，但F引<F斥，F表现为斥力；(3)当r>r0时，F引和F斥都随距离的增大而减小，但F引>F斥，F表现为引力；(4)当r>10r0(10－9m)时，F引和F斥都已经十分微弱，可以认为分子间没有相互作用力(F＝0)5.讲易错【题目】【2014•北京市石景山区高三一模】下列说法正确的是（）A．布朗运动是液体分子的无规则运动B．布朗运动是指液体中悬浮颗粒的无规则运动C．温度降低，物体内每个分子的动能一定减小D．温度低的物体内能一定小考向02固体、液体和气体1.讲高考（1）考纲要求知道晶体、非晶体的区别；理解表面张力，会解释有关现象；掌握气体实验三定律，会用三定律分析气体状态变化问题。（2）命题规律高考热学命题的重点内容有：理想气体状态方程和用图象表示气体状态的变化；气体实验定律的理解和简单计算；固、液、气三态的微观解释和理解。案例1．【2014·福建卷】图为一定质量理想气体的压强p与体积V关系图象，它由状态A经等容过程到状态B，再经等压过程到状态C，设A、B、C状态对应的温度分别为TA、TB、TC，则下列关系式中正确的是。（填选项前的字母）A.TA＜TB，TB＜TCB.TA＞TB，TB=TCC.TA＞TB，TB＜TCD.TA=TB，TB＞TC案例2．【2014·上海卷】（10分）如图，一端封闭、粗细均匀的U形玻璃管开口向上竖直放置，管内用水银将一段气体封闭在管中。当温度为280K时，被封闭的气柱长L=22cm，两边水银柱高度差h=16cm，大气压强=76cmHg。（1）为使左端水银面下降3cm，封闭气体温度应变为多少？（2）封闭气体的温度重新回到280K后，为使封闭气柱长度变为20cm，需向开口端注入的水银柱长度为多少？案例3．（2013·山东卷）我国“蛟龙”号深海探测船载人下潜超七千米，再创载人深潜新纪录。在某次深潜实验中，“蛟龙”号探测到990m深处的海水温度为280K。某同学利用该数据来研究气体状态随海水温度的变化，如图所示，导热性良好的气缸内封闭一定质量的气体，不计活塞的质量和摩擦，气缸所处海平面的温度To=300K，压强P0=1atm，封闭气体的体积Vo=3m2。如果将该气缸下潜至990m深处，此过程中封闭气体可视为理想气体。①求990m深处封闭气体的体积（1atm相当于10m深的海水产生的压强）。②下潜过程中封闭气体___________(填“吸热”或“放热”)，传递的热量__________（填“大于”或“小于”）外界对气体所做的功。2.讲基础（1）晶体与非晶体单晶体多晶体非晶体外形规则不规则不规则熔点确定确定不确定物理性质各向异性各向同性各向同性典型物质石英、云母、食盐、硫酸铜玻璃、蜂蜡、松香形成与转化有的物质在不同条件下能够形成不同的形态．同一物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体（2）液体的性质①液体的表面张力：(a)作用：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势．(b)方向：表面张力跟液面相切，跟这部分液面的分界线垂直．②液晶的物理性质:(a)具有液体的流动性;(b)具有晶体的光学各向异性．(c)从某个方向上看其分子排列比较整齐，但从另一方向看，分子的排列是杂乱无章的．(3)饱和汽湿度①饱和汽与未饱和汽②饱和汽压③湿度:绝对湿度；相对湿度（4）气体实验定律玻意耳定律查理定律盖—吕萨克定律内容一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积与热力学温度成正比表达式p1V1＝p2V2图象（5）理想气体的状态方程一定质量的理想气体状态方程：；气体实验定律可看做一定质量理想气体状态方程的特例．3.讲典例案例1．【2014•北京101中学2014届高三年级第三次月考】（9分）一活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，初始时气体体积为3.0×10-3m3，测得此时气体的温度和压强分别为300K和1.0×105Pa,加热气体缓慢推动活塞，测得气体的温度和压强分别为320K和1.0×105Pa。①求此时气体的体积。②保持温度为320K不变，缓慢改变作用在活塞上的力，使气体压强变为8.0×104Pa，求此时气体的体积。【趁热打铁】【2014•重庆市一诊】【选修3-3】如题10所示，固定在水平地面上的圆筒气缸内有一定质量的理想气体，气缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与气缸壁的接触是光滑的，且不漏气．已知外界大气压强为P0，活塞面积为S，活塞厚度不计，开始时活塞处于气缸中央位置，求：将活塞缓慢地向右移动至气缸右端口时的水平拉力F大小．案例2．【2014·河南洛阳高三三练】（6分）（多选）下列说法正确的是（填正确的答案标号。选对1个得3分，选对2个得4分，选对3个得6分。每错一个扣3分，最低得0分）A．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的缘故。B．把一枚针放在水面上，它会浮在水面，这是水表面存在表面张力的缘故C．在围绕地球飞行的宇宙飞船中，自由漂浮的水滴呈球形，这是表面张力作用的结果D．当两玻璃板间夹有一层水膜，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的缘故E．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【趁热打铁】（多选）【2014·大庆实验模拟】下列说法正确的是_______(填入正确选项前的字母)．A．当一定量气体吸热时，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4.讲方法（1）气体的压强①求用固体(如活塞)或液体(如液柱)封闭在静止的容器内的气体压强，应对固体或液体进行受力分析，然后根据平衡条件求解．②当封闭气体所在的系统处于力学非平衡的状态时，欲求封闭气体的压强，首先选择恰当的对象(如与气体关联的液柱、活塞等)，并对其进行正确的受力分析(特别注意内、外气体的压力)，然后根据牛顿第二定律列方程求解．③对于平衡状态下的水银柱，选取任意一个液片，其两侧面的压强应相等．（2）应用气体实验定律或气体状态方程解题的步骤①选对象——根据题意，选出所研究的某一部分气体，这部分气体在状态变化过程中，其质量必须保持一定。②找参量——找出作为研究对象的这部分气体发生状态变化前后的一组p、V、T数值或表达式，压强的确定往往是个关键，常需结合力学知识(如力的平衡条件或牛顿运动定律)才能写出表达式。③认过程——过程表示两个状态之间的一种变化方式，除题中条件已直接指明外，在许多情况下，往往需要通过对研究对象跟周围环境的相互关系的分析才能确定。认清变化过程是正确选用物理规律的前提。④列方程——根据研究对象状态变化的具体方式，选用气体方程或某一实验定律，代入具体数值，最后分析讨论所得结果的合理性及其物理意义。（3）解决多汽缸问题的方法两个或多个汽缸封闭着几部分气体，并且汽缸之间相互关联的问题，解答时应分别研究各部分气体，找出它们各自遵循的规律，并写出相应的方程，还要写出各部分气体之间压强或体积的关系式，最后联立求解。（4）用图象法分析气体的状态变化类别图线特点举例p—VpV＝CT(其中C为恒量)，即pV之积越大的等温线，温度越高，线离原点越远p—eq\f(1,V)斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高p—T，斜率，即斜率越大，体积越小V—T，斜率，即斜率越大，压强越小5.讲易错【题目】【2014·吉林白山市8月摸底考试】(9分)两端开口、内表面光滑的U形管处于竖直平面内，如图所示，质量均为m=10kg的活塞A、B在外力作用下静止于左右管中同一高度A处，将管内空气封闭，此时管内外空气的压强均为p0=1.0×105Pa左管和水平管横截面积S1=10cm2,右管横截面积S2=20cm水平管长为3h。现撤去外力让活塞在管中下降，求两活塞稳定后所处的高度。（活塞厚度均大于水平管直径，管内气体初末状态温度相同，g取10m/s2)考向03热力学定律1.讲高考（1）考纲要求知道改变内能的两种方式，理解热力学第一定律；知道与热现象有关的宏观物理过程的方向性，了解热力学第二定律；掌握能量守恒定律及其应用．（2）命题规律高考对本部分内容考查的重点和热点有以下几个方面：热力学定律的理解和简单计算，多以选择题的形式出现。案例1．（多选）【2014·广东卷】用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图10所示。充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体（）A.体积减小，内能增大B.体积减小，压强减小C.对外界做负功，内能增大D.对外界做正功，压强减小案例2．【2014·新课标全国卷Ⅰ】一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其图象如图所示，下列判断正确的是。（填正确答案标号，选对一个得3分，选对2个得4分，选对3个得6分。每选错1个扣3分，最低得0分）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案例3．（多选）（2013·大纲版卷）根据热力学第一定律，下列说法正确的是（）A．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递B．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量C．科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机D．对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成能源危机2.讲基础（1）热力学第一定律①内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和．②表达式：ΔU＝Q＋W.（2）能量守恒定律①内容：能量既不会凭空产生，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，能量的总量不变，这就是能量守恒定律．②任何违背能量守恒定律的过程都是不可能的，不消耗能量而对外做功的第一类永动机是不可能制成的．（3）热力学第二定律①两种表述(a)第一种表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体(克劳修斯表述)．(b)第二种表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响(开尔文表述)．②第二类永动机是指设想只从单一热库吸收热量，使之完全变为有用的功而不产生其他影响的热机．这类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律．3.讲典例案例1．【2014·吉林白山市8月摸底考试】（6分）下列说法正确的是()（选对1个给3分，选对2个给4分，选对3个给6分，每选错1个扣3分，最低得分为0分）A.气体的扩散运动总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行B.大颗粒的盐磨成了细盐,就变成了非晶体C.自行车打气越打越困难主要是因为胎内气体压强增大而非分子间相互排斥的原因D.气体分子单位时间内与单位面积器壁发生碰撞的次数,与单位体积内气体的分子数和气体温度都有关E．一定质量的气体经历等容过程，如果吸热，其内能不一定增加【趁热打铁】【2014•北京市朝阳区一模】给一定质量、温度为0℃的水加热，在水的温度由0℃上升到4℃的过程中，水的体积随着温度升高反而减小，我们称之为“反常膨胀”。某研究小组通过查阅资料知道：水分子之间存在一种结合力，这种结合力可以形成多分子结构，在这种结构中，水分子之间也存在相互作用的势能。在水反常膨胀的过程中，体积减小是由于水分子之间的结构发生了变化，但所有水分子间的总势能是增大的。关于这个问题的下列说法中正确的是（）A．水分子的平均动能减小，吸收的热量一部分用于分子间的结合力做正功B．水分子的平均动能减小，吸收的热量一部分用于克服分子间的结合力做功C．水分子的平均动能增大，吸收的热量一部分用于分子间的结合力做正功D．水分子的平均动能增大，吸收的热量一部分用于克服分子间的结