一轮复习教师用书选修3-3-热学

考点内容要求命题规律复习策略分子动理论的基本观点和实验依据Ⅰ(1)以选择题的形式考查分子动理论、气体压强的微观解释、晶体和非晶体的特点、液体的表面张力、饱和汽与饱和汽压、热力学第二定律的理解等；(2)以计算和问答题的形式结合气体考查内能、气体实验定律、理想气体状态方程、热力学第一定律等；(3)考查油膜法测分子直径的实验原理、操作步骤和数据处理(1)建立宏观量和微观量的对应关系，如分子动能与温度相对应，分子势能与体积相对应，物体的内能与温度、体积、物质的量相对应等；(2)强化基本概念与基本规律的理解和记忆；(3)建立统计的观点；(4)理解热力学第一定律和第二定律，会进行简单的计算和分析阿伏加德罗常数Ⅰ气体分子运动速率的统计分布Ⅰ温度是分子平均动能的标志、内能Ⅰ固体的微观结构、晶体和非晶体Ⅰ液晶的微观结构Ⅰ液体的表面张力现象Ⅰ气体实验定律Ⅰ理想气体Ⅰ饱和蒸汽、未饱和蒸汽和饱和蒸汽压Ⅰ相对湿度Ⅰ热力学第一定律Ⅰ能量守恒定律Ⅰ热力学第二定律Ⅰ知道中学物理中涉及到的国际单位制的基本单位和其他物理量的单位。包括摄氏度(℃)、标准大气压Ⅰ实验：用油膜法估测分子的大小第1课时分子动理论内能3．分子的动能(1)分子动能是分子热运动所具有的动能。(2)分子热运动的平均动能是所有分子热运动的动能的平均值，温度是分子热运动的平均动能的标志。(3)分子热运动的总动能是物体内所有分子热运动动能的总和。4．分子的势能(1)意义：由于分子间存在着引力和斥力，所以分子具有由它们的相对位置决定的能。(2)分子势能的决定因素：微观上——决定于分子间距离和分子排列情况；宏观上——决定于体积和状态。5．物体的内能(1)等于物体中所有分子的热运动的动能与分子势能的总和，是状态量。(2)对于给定的物体，其内能大小由物体的温度和体积决定。思维深化判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。(1)布朗运动是固体小颗粒中固体分子的运动。()(2)分子间同时存在引力与斥力，分子力是二者合力的表现。()(3)温度、分子动能、分子势能或内能只对大量分子才有意义。()(4)任何物体都有内能。()(5)当分子力表现为引力时，分子势能随分子间距离的增大而增大。()答案(1)×(2)√(3)√(4)√(5)√[题组自测])题组一分子动理论1．清晨，草叶上的露珠是由空气中的水汽凝结成的水珠。这一物理过程中，水分子间的()A．引力消失，斥力增大B．斥力消失，引力增大C．引力、斥力都减小D．引力、斥力都增大解析因为空气中水汽凝结成水珠时水分子间距离减小，再根据分子力与分子间距离的关系可知，当分子间距离减小时斥力、引力同时增大，所以只有D项正确。答案D2．关于布朗运动，以下说法正确的是()A．布朗运动就是液体分子的扩散现象B．布朗运动就是固体小颗粒中分子的无规则运动，它说明分子永不停息地做无规则运动C．布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，它是液体分子无规则运动的反映D．扫地时，在阳光照射下，看到尘埃飞舞，这是尘埃在做布朗运动解析布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的运动，而不是固体分子的运动，但它是液体分子无规则热运动的反映，B项错误，C项正确；扩散现象是一种物质的分子进入另一种物质的过程，不是布朗运动，A项错误；能做布朗运动的颗粒非常小，用肉眼看不到，空中飞舞的尘埃颗粒要大得多，所以不是布朗运动，D项错误。答案C3．(多选)以下关于分子动理论的说法中正确的是()A．物质是由大量分子组成的B．－2℃时水已经结为冰，部分水分子已经停止了热运动C．分子势能随分子间距离的增大，可能先减小后增大D．分子间的引力与斥力都随分子间距离的增大而减小解析物质是由大量分子组成的，A正确；分子是永不停息地做无规则运动的，B错误；在分子间距离增大时，如果先是分子斥力做正功，后是分子引力做负功，则分子势能是先减小后增大的，C正确；分子间的引力与斥力都随分子间距离的增大而减小，但斥力变化得快，D正确。答案ACD4．(多选)(2014·河南信阳联考)能证明分子间存在作用力的实验是()A．破镜不能重圆，说明分子间有斥力B．两铅块紧压后能连成一体，说明分子间有引力C．一般液体很难被压缩，说明分子间有斥力D．拉断一根绳子需要足够的拉力，说明分子间有引力解析破镜之间的距离远大于分子之间作用的距离，分子力近似为零，A错误；其他选项均正确。答案BCD题组二物体的内能5．(多选)关于对内能的理解，下列说法正确的是()A．系统的内能是由系统的状态决定的B．做功可以改变系统的内能，但是单纯地对系统传热不能改变系统的内能C．不计分子之间的分子势能，质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能D．1g100℃水的内能小于1g100℃水蒸气的内能解析系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理量，所以是由系统的状态决定的，A正确；做功和热传递都可以改变系统的内能，B错误；质量和温度相同的氢气和氧气的平均动能相同，但它们的物质的量不同，内能不同，C错误；在1g100℃的水变成100℃水蒸气的过程中，分子间距增大，要克服分子间的引力做功，分子势能增大，所以1g100℃水的内能小于1g100℃水蒸气的内能，D正确。答案AD6．相同质量的氧气和氦气，温度相同，下列说法正确的是()A．每个氧分子的动能都比氦分子的动能大B．每个氦分子的速率都比氧分子的速率大C．两种气体的分子平均动能一定相等D．两种气体的分子平均速率一定相等解析温度是分子平均动能的标志，氧气和氦气的温度相同，其分子的平均动能相同，但分子的运动速率有的大，有的小，各个分子的动能并不相同，A、B错误，C正确；两种气体的分子质量不同，则平均速率不同，D错误。答案C7．(多选)(2014·沈阳市质量监测)如图1所示，纵坐标表示两个分子间引力、斥力的大小，横坐标表示两个分子间的距离，图中两条曲线分别表示两分子间引力、斥力的大小随分子间距离的变化关系，e为两曲线的交点，则下列说法正确的是________。(填正确答案标号)图1A．ab为斥力曲线，cd为引力曲线，e点横坐标的数量级为10－10mB．ab为引力曲线，cd为斥力曲线，e点横坐标的数量级为10－10mC．若两个分子间距离增大，则分子势能也增大D．由分子动理论可知：温度相同的氢气和氧气，分子平均动能相同E．质量和温度都相同的氢气和氧气(视为理想气体)，氢气的内能大解析由分子间相互作用力关系可知，当分子间距离小于r0时，表现为斥力，分子间距离大于r0时，表现为引力，因此选项A错误，B正确；当分子间距离小于r0时，分子间距离增大，分子间作用力做正功，分子势能减小，当分子间距离大于r0时，分子间距离增大，分子间作用力做负功，分子势能增大，选项C错误；由分子动理论可知，选项D正确；由理想气体状态方程可知，选项E正确。答案BDE考点一微观量的估算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(1)分子的质量：m0＝eq\f(M,NA)＝eq\f(ρVm,NA)。(2)分子的体积：V0＝eq\f(Vm,NA)＝eq\f(M,ρNA)。(3)物体所含的分子数：N＝eq\f(V,Vm)·NA＝eq\f(m,ρVm)·NA或N＝eq\f(m,M)·NA＝eq\f(ρV,M)·NA。4．分子的两种模型(1)球体模型直径d＝eq\r(3,\f(6V0,π))。(常用于固体和液体)(2)立方体模型边长d＝eq\r(3,V0)。(常用于气体)对于气体分子，d＝eq\r(3,V0)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。【例1】空调在制冷过程中，室内空气中的水蒸气接触蒸发器(铜管)液化成水，经排水管排走，空气中水分越来越少，人会感觉干燥。某空调工作一段时间后，排出液化水的体积V＝1.0×103cm3。已知水的密度ρ＝1.0×103kg/m3、摩尔质量M＝1.8×10－2kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023mol－1。试求：(结果均保留一位有效数字)(1)该液化水中含有水分子的总数N；(2)一个水分子的直径d。解析(1)水的摩尔体积为V0＝eq\f(M,ρ)＝eq\f(1.8×10－2,1.0×103)m3/mol＝1.8×10－5m3/mol，水分子数：N＝eq\f(VNA,V0)＝eq\f(1.0×103×10－6×6.0×1023,1.8×10－5)个≈3×1025个。(2)建立水分子的球体模型有eq\f(V0,NA)＝eq\f(1,6)πd3，可得水分子直径：d＝eq\r(3,\f(6V0,πNA))＝eq\r(3,\f(6×1.8×10－5,3.14×6.0×1023))m＝4×10－10m。答案(1)3×1025个(2)4×10－10m【变式训练】1．(多选)若以μ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，ρ表示在标准状态下水蒸气的密度，NA表示阿伏加德罗常数，m0、V0分别表示每个水分子的质量和体积，下面关系正确的有()A．NA＝eq\f(ρV,m0)B．ρ＝eq\f(μ,NAV0)C．ρ<eq\f(μ,NAV0)D．m0＝eq\f(μ,NA)解析由于μ＝ρV，则NA＝eq\f(μ,m0)＝eq\f(ρV,m0)，变形得m0＝eq\f(μ,NA)，故A、D正确；由于分子之间有空隙，所以NAV0<V，水的密度为ρ＝eq\f(μ,V)<eq\f(μ,NAV0)，故B错误，C正确。答案ACD考点二分子力、分子势能与分子间距离的关系分子力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图2所示(取无穷远处分子势能Ep＝0)图2(1)当r>r0时，分子力为引力，若r增大，分子力做负功，分子势能增加。(2)当r<r0时，分子力为斥力，若r减小，分子力做负功，分子势能增加。(3)当r＝r0时，分子势能最小。【例2】(多选)[2013·新课标全国卷Ⅰ，33(1)]两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动，直至不再靠近。在此过程中，下列说法正确的是()A．分子力先增大，后一直减小B．分子力先做正功，后做负功C．分子动能先增大，后减小D．分子势能先增大，后减小E．分子势能和动能之和不变解析由分子动理论的知识，当两个分子相互靠近，直至不能靠近的过程中，分子力先是表现为引力且先增大后减小，之后表现为分子斥力，一直增大，所以A选项错误；分子引力先做正功，然后分子斥力做负功，分子势能先减小再增大，分子动能先增大后减小，所以B、C正确，D错误；因为只有分子力做功，所以分子势能和分子动能的总和保持不变，E选项正确。答案BCE【变式训练】2．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()解析分子间作用力f的特点是：r<r0时，f为斥力；r＝r0时，f＝0；r>r0时，f为引力。分子势能Ep的特点是：r＝r0时，Ep最小。因此只有B项正确。答案B考点三物体的内能改变内能的方式【例3】(2014·北京卷，13)下列说法中正确的是()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，其内能一定不变解析温度是物体分子平均动能的标志，故A错，B对；内能大小由物质的量、温度及体积共同决定，故C、D错。答案B【变式训练】3．(多选)下列说法正确的是()A．对于一定量的理想气体，若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变B．一定质量0℃水的分子势能比同质量0℃冰的分子势能小C．物体吸收热量后，内能一定增加D．把物体缓慢举高时，物体的机械能增加，内能不变解析一定质量的理想气体的内能仅决定于气体的温度，若气体的压强和体积都不变，则其温度也不变，故内能不变，选项A正确；一定质量0℃水放出热量凝固成0℃的冰，所以一定质量0℃水的分子势能比同质量0℃冰的分子势能大，选项B错误；物体吸收热量后，若对外做功，内能不一定增加，选项C错误；缓慢举高物体，物体的重力势能增加，机械能增加，物体的体积、温度、质量不变，内能不变，选项D正确。答案AD1．(多选)对于分子动理论和物体内能的理解，下列说法正确的是 ()A．温度高的物体内能不一定大，但分子平均动能一定大B．外界对物体做功，物体内能一定增加C．温度越高，布朗运动越显著D．当分子间的距离增大时，分子间作用力就一直减小E．当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的减小而增大解析温度高的物体分子平均动能一定大，但是内能不一定大，选项A正确；外界对物体做功，若物体同时向外散热，物体内能不一定增加，选项B错误；温度越高，布朗运动越显著，选项C正确；当分子间的距离增大时，分子间作用力可能先增大后减小，选项D错误；当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的减小而增大，选项E正确。答案ACE2．(2014·潮州市高三期末教学质量检测)下列叙述正确的是 ()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．只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，就可以算出气体分子的体积C．悬浮在液体中的固体颗粒越大，布朗运动就越明显D．当分子间的距离增大时，分子间的引力变大而斥力减小解析水的摩尔质量除以水分子的质量就等于阿伏加德罗常数，选项A正确；气体分子间的距离很大，气体的摩尔体积除以阿伏加德罗常数得到的不是气体分子的体积，选项B错误；布朗运动与固体颗粒大小有关，颗粒越大，布朗运动越不明显，选项C错误；当分子间距离增大时，分子间的引力和斥力都减小，选项D错误。答案A图33．(多选)如图3所示为两分子系统的势能Ep与两分子间距离r的关系曲线。下列说法正确的是()图3A．当r大于r1时，分子间的作用力表现为引力B．当r小于r1时，分子间的作用力表现为斥力C．当r等于r2时，分子间的作用力为零D．在r由r1变到r2的过程中，分子间的作用力做负功解析分子间距等于r0时分子势能最小，即r0＝r2。当r小于r1时分子力表现为斥力；当r大于r1小于r2时分子力表现为斥力；当r大于r2时分子力表现为引力，A错误，B、C正确；在分子间距离r由r1变到r2的过程中，分子斥力做正功，分子势能减小，D错误。答案BC4．(2014·上海卷，4)分子间同时存在引力和斥力，当分子间距增大时，分子间 ()A．引力增大，斥力减小B．引力增大，斥力增大C．引力减小，斥力减小D．引力减小，斥力增大解析分子间同时存在着引力和斥力，当分子间距增大时，分子间的引力和斥力都减小，但斥力变化的快，故A、B、D错误，C正确。答案C5．(2014·湛江市普通高考调研测试)下列说法中正确的是 ()A．物体从外界吸收热量，物体的内能一定增加B．物体的温度升高，物体内所有分子的动能都增大C．在分子相互靠近的过程中，分子势能一定增大D．在分子相互远离的过程中，分子引力和斥力都减小解析物体从外界吸收热量的同时，体积膨胀，对外界做功，气体的内能不一定增加，选项A错误；物体的温度升高，分子的平均动能增加，但个别分子的动能可能不变或减小，选项B错误；如两个分子之间的距离大于平衡位置r0，在它们相互靠近的过程中，分子力表现为引力，做正功，分子势能减小，选项C错误。本题选D。答案D6．已知铜的摩尔质量为M(kg/mol)，铜的密度为ρ(kg/m3)，阿伏加德罗常数为NA(mol－1)。下列判断错误的是 ()A．1kg铜所含的原子数为eq\f(NA,M)B．1m3铜所含的原子数为eq\f(MNA,ρ)C．1个铜原子的质量为eq\f(M,NA)(kg)D．1个铜原子的体积为eq\f(M,ρNA)(m3)解析1kg铜所含的原子数N＝eq\f(1,M)NA＝eq\f(NA,M)，A正确；同理1m3铜所含的原子数N＝eq\f(ρ,M)NA＝eq\f(ρNA,M)，B错误；1个铜原子的质量m0＝eq\f(M,NA)(kg)，C正确；1个铜原子的体积V0＝eq\f(M,ρNA)(m3)，D正确。答案B7．下列五幅图分别对应五种说法，其中正确的是 ()A．分子并不是球形，但可以把它们当做球形处理，是一种估算方法B．微粒运动就是物质分子的无规则热运动，即布朗运动C．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D．实验中尽可能保证每一粒玻璃珠与秤盘碰前的速度相同E．0℃和100℃氧气分子速率都呈现“中间多两头少”的分布特点解析把分子当做球形是一种理想化的处理方法，选项A正确；微粒运动是布朗运动，但它不是物质分子的无规则热运动，选项B错误；分子间同时存在引力和斥力，根据图C，当两个相邻的分子间距离为r0时，分子力为零，这说明分子引力和斥力的合力为零，那么它们间相互作用的引力和斥力大小必相等，选项C正确；因为气体分子碰撞器壁时的速度大小并不完全相同，所以不必保证每一粒玻璃珠与秤盘碰前的速度相同，选项D错误；图中的实线和虚线都呈现“中间多两头少”的分布特点，选项E正确。答案ACE基本技能练1．(多选)下列关于布朗运动的说法，正确的是 ()A．布朗运动是液体分子的无规则运动B．液体温度越高，悬浮颗粒越小，布朗运动越剧烈C．布朗运动是由于液体各部分的温度不同而引起的D．布朗运动是由液体分子从各个方向对悬浮颗粒撞击作用的不平衡引起的解析布朗运动的研究对象是固体小颗粒，而不是液体分子，故A选项错误；影响布朗运动的因素是温度和颗粒大小，温度越高、颗粒越小，布朗运动就越明显，故B选项正确；布朗运动是由于固体小颗粒受液体分子的碰撞作用不平衡而引起的，不是由液体各部分的温度不同而引起的，故C选项错误，D选项正确。答案BD2．下列说法正确的是 ()A．液体中悬浮微粒的无规则运动称为布朗运动B．液体分子的无规则运动称为布朗运动C．物体从外界吸收热量，其内能一定增加D．物体对外界做功，其内能一定减少解析布朗运动是指悬浮在液体(或气体)中的微粒的无规则运动，而不是液体(或气体)分子的运动，故A选项正确，B选项错误；由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，若物体从外界吸收热量同时对外做功，其内能也可能不变或减少，C选项错误；物体对外做功同时从外界吸热，其内能也可能增加或不变，D选项错误。答案A3．(多选)下列关于分子热运动的说法中正确的是 ()A．布朗运动就是液体分子的热运动B．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间存在斥力的缘故C．对于一定量的理想气体，如果压强不变，体积增大，那么它的内能一定增大D．如果气体温度升高，分子平均动能会增加，但并不是所有分子的速率都增大解析布朗运动是悬浮在液体中的小颗粒的运动；气体分子散开的原因在于分子间间距大，相互间没有作用力；对于一定量的理想气体，在压强不变的情况下，体积增大，温度升高分子平均动能增加，理想气体分子势能为零，所以内能增大。答案CD4．(多选)关于分子间的相互作用力，以下说法中正确的是 ()A．当分子间的距离r＝r0时，分子力为零，说明此时分子间既不存在引力，也不存在斥力B．分子力随分子间距离的变化而变化，当r>r0时，随着距离的增大，分子间的引力和斥力都增大，但引力比斥力增大得快，故分子力表现为引力C．当分子间的距离r<r0时，随着距离的减小，分子间的引力和斥力都增大，但斥力比引力增大得快，故分子力表现为斥力D．当分子间的距离r>10－9m时，分子间的作用力可以忽略不计解析当分子间的距离为r0时，引力等于斥力，分子力为零，并不是分子间无引力和斥力，A错误；当r>r0时，随着距离的增大，分子间的引力和斥力都减小，但斥力比引力减小得快，故分子力表现为引力，B错误；选项C、D正确。答案CD图15.做布朗运动实验，得到某个观测记录如图1。图中记录的是 ()图1A．分子无规则运动的情况B．某个微粒做布朗运动的轨迹C．某个微粒做布朗运动的速度—时间图线D．按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线解析微粒在周围液体分子无规则碰撞作用下，做布朗运动，轨迹是无规则的，实际操作中不易描绘出微粒的实际轨迹；按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线的无规则性，也能反映微粒布朗运动的无规则性。图中记录描绘的正是按等时间间隔记录的某个运动微粒位置的连线，故D正确。答案D6．(多选)对于一定质量的N2在不同物态下的内能，气态的N2可视为理想的气体，下列说法中正确的是 ()A．固态的N2熔化为同温度的液态N2时内能增大B．固态的N2熔化为同温度的液态N2时，由于分子力做负功将分子动能转化为分子势能，即其内能保持不变C．液态N2汽化为同温度的气体时内能增大D．气态的N2温度升高时内能因所有分子动能增大而增大解析固态的N2熔化为同温度的液态N2时因需要吸收热量其内能增大，A正确，B错误；液态N2汽化为同温度的气体时，因为分子的平均动能只与物体的温度有关，所以N2的分子平均动能不变，而分子势能增大，即内能增大，C正确；气态的N2温度升高时，分子的平均动能增大，但并不是所有分子的动能都增大，D错误。答案AC7．(多选)一滴油酸酒精溶液含质量为m的纯油酸，滴在液面上扩散后形成的最大面积为S。已知纯油酸的摩尔质量为M、密度为ρ，阿伏加德罗常数为NA，下列表达式中正确的有 ()A．油酸分子的直径d＝eq\f(M,ρS)B．油酸分子的直径d＝eq\f(m,ρS)C．油酸所含的分子数N＝eq\f(m,M)NAD．油酸所含的分子数N＝eq\f(M,m)NA解析设油酸分子的直径为d，则有dS＝eq\f(m,ρ)⇒d＝eq\f(m,ρS)；设油酸所含的分子数为N，则有N＝eq\f(m,M)NA，选项B、C正确。答案BC8．(2014·山东文登二模)分子动理论较好地解释了物质的宏观热学性质。据此可判断下列说法中正确的是 ()A．布朗运动是指液体分子的无规则运动B．分子间的相互作用力随着分子间距离的增大，一定先减小后增大C．一定质量的气体温度不变时，体积减小，压强增大，说明每秒撞击单位面积器壁的分子数增多D．气体从外界吸收热量，气体的内能一定增大解析布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的运动，是液体分子无规则运动的反映，选项A错误；若分子间距离r>r0，则随着分子间距离的增大，分子间相互作用力可能先增大后减小，选项B错误；一定质量的气体温度不变时，分子的平均动能不变，分子运动的平均速率不变，但体积减小，单位体积内的分子数增大，每秒撞击单位面积的分子数增大，压强增大，选项C正确；改变物体的内能有两种方式：做功和热传递，气体从外界吸收热量，若同时对外做功，则内能不一定增大，选项D错误。答案C能力提高练9．(多选)PM2.5是指空气中直径小于2.5微米的悬浮颗粒物，其漂浮在空中做无规则运动，很难自然沉降到地面。下列说法中正确的是 ()A．气温越高，PM2.5运动越剧烈B．PM2.5在空气中的运动属于布朗运动C．PM2.5在空气中的运动就是分子的热运动D．倡导低碳生活有利于减小PM2.5在空气中的浓度解析由于PM2.5颗粒很小，PM2.5在空气中的运动是由于周围大量分子对PM2.5碰撞的不平衡使其在空中做无规则运动，是布朗运动，只是空气分子热运动的反映，B正确、C错误；温度越高，分子运动越剧烈，PM2.5运动也越剧烈，A正确；因为矿物燃料燃烧的废气排放是形成PM2.5的主要原因，所以倡导低碳生活、减少化石燃料的使用能有效减小PM2.5在空气中的浓度，D正确。答案ABD10．如图2所示，用F表示两分子间的作用力，用Ep表示分子间的分子势能，在两个分子之间的距离由10r0变为r0的过程中 ()A．F不断增大，Ep不断减小B．F先增大后减小，Ep不断减小图2C．F不断增大，Ep先增大后减小图2D．F、Ep都是先增大后减小解析在分子间距离由10r0变为r0的过程中，由图象可知F先增大后减小，Ep则不断减小，选项B正确。答案B11．(多选)设某种物质的摩尔质量为μ，原子间的平均距离为d，已知阿伏加德罗常数为NA，则该物质的密度ρ可表示为 ()A．ρ＝eq\f(6μ,πd3NA) B．ρ＝eq\f(μ,d3NA)C．ρ＝eq\f(3μ,4πd3NA) D．ρ＝eq\f(8μ,πdNA)解析分子为球体时，1mol物质的体积为eq\f(1,6)πd3NA，则ρ＝eq\f(μ,\f(1,6)πd3NA)＝eq\f(6μ,πd3NA)，故A正确；分子为正方体时，1mol物质的体积为d3NA，则ρ＝eq\f(μ,d3NA)，故B正确。答案AB12．(多选)(2014·石家庄市质量检测二)下列说法正确的是 ()A．气体扩散现象表明气体分子间存在斥力B．对于同一理想气体，温度越高，分子平均动能越大C．热量总是自发地从分子平均动能大的物体传递到分子平均动能小的物体D．用活塞压缩气缸内的理想气体，对气体做了3.0×105J的功，同时气体向外界放出1.5×105J的热量，则气体内能增加了1.5×105JE．在阳光照射下，可以观察到教室空气中飞舞的灰尘做无规则运动，灰尘的运动属于布朗运动答案BCD图313．(多选)如图3所示，一根竖直的弹簧支撑着一倒立汽缸的活塞，使汽缸悬空而静止。已知汽缸质量为M，活塞的质量为m，汽缸内封闭一定质量的理想气体。设活塞和缸壁间无摩擦，缸壁导热性能良好，且不漏气，外界大气的压强和温度不变。现在汽缸顶上缓慢放一个质量为m1的物体。当系统重新平衡后，下列说法正确的是 ()图3A．弹簧将被压缩一些B．外界对缸内气体做正功，汽缸内气体的内能增加C．气体对外放热，内能不变D．外界对缸内气体做正功，缸内气体的压强增大E．单位时间内缸内气体分子对缸壁单位面积的碰撞次数减少答案ACD14．浙江大学高分子系高超教授的课题组制备出了一种超轻气凝胶——它刷新了目前世界上最轻材料的纪录，弹性和吸油能力令人惊喜。这种被称为“全碳气凝胶”的固态材料密度为每立方厘米0.16毫克，仅是空气密度的1/6。设气凝胶的密度为ρ(单位为kg/m3)，摩尔质量为M(单位为g/mol)，阿伏加德罗常数为NA，则a克气凝胶所含有的分子数为________，每个气凝胶分子的体积是________。解析a克气凝胶所含分子数为n＝eq\f(a,M)NA气凝胶的摩尔体积为Vmol＝eq\f(M×10－3,ρ)(单位为m3/mol)每个气凝胶分子的体积为V0＝eq\f(Vmol,NA)＝eq\f(M×10－3,NAρ)答案eq\f(a,M)NAeq\f(M×10－3,NAρ)

第2课时固体、液体和气体[知识梳理])知识点一、固体的微观结构、晶体和非晶体液晶的微观结构1．晶体与非晶体分类比较晶体非晶体单晶体多晶体外形规则不规则熔点确定不确定物理性质各向异性各向同性原子排列有规则，但多晶体每个晶体间的排列无规则无规则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也可转化为晶体典型物质石英、云母、食盐、硫酸铜玻璃、蜂蜡、松香2.晶体的微观结构(1)晶体的微观结构特点：组成晶体的物质微粒有规则地、周期性地在空间排列。(2)用晶体的微观结构解释晶体的特点现象原因晶体有规则的外形由于内部微粒有规则的排列晶体各向异性由于内部从任一结点出发在不同方向的相同距离上的微粒数不同晶体的多形性由于组成晶体的微粒可以形成不同的空间点阵3.液晶(1)液晶分子既保持排列有序而显示各向异性，又可以自由移动位置，保持了液体的流动性。(2)液晶分子的位置无序使它像液体，排列有序使它像晶体。(3)液晶分子的排列从某个方向看比较整齐，而从另外一个方向看则是杂乱无章的。(4)液晶的物理性质很容易在外界的影响下发生改变。知识点二、液体的表面张力现象1．概念液体表面各部分间互相吸引的力。2．作用液体的表面张力使液面具有收缩到表面积最小的趋势。3．方向表面张力跟液面相切，且跟这部分液面的分界线垂直。4．大小液体的温度越高，表面张力越小；液体中溶有杂质时，表面张力变小；液体的密度越大，表面张力越大。知识点三、饱和蒸汽、未饱和蒸汽和饱和蒸汽压相对湿度1．饱和汽与未饱和汽(1)饱和汽：与液体处于动态平衡的蒸汽。(2)未饱和汽：没有达到饱和状态的蒸汽。2．饱和汽压(1)定义：饱和汽所具有的压强。(2)特点：液体的饱和汽压与温度有关，温度越高，饱和汽压越大，且饱和汽压与饱和汽的体积无关。3．相对湿度空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比。即：相对湿度＝eq\f(水蒸气的实际压强,同温度水的饱和汽压)。知识点四、气体分子运动速率的统计分布气体实验定律理想气体1．气体和气体分子运动的特点2．气体的压强(1)产生原因：由于气体分子无规则的热运动，大量的分子频繁地碰撞器壁产生持续而稳定的压力。(2)大小：气体的压强在数值上等于气体作用在单位面积上的压力。公式：p＝eq\f(F,S)。(3)常用单位及换算关系：①国际单位：帕斯卡，符号：Pa，1Pa＝1N/m2。②常用单位：标准大气压(atm)；厘米汞柱(cmHg)。③换算关系：1atm＝76cmHg＝1.013×105Pa≈1.0×105Pa。3．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，体积与热力学温度成正比表达式p1V1＝p2V2eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)或eq\f(p1,p2)＝eq\f(T1,T2)eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)或eq\f(V1,V2)＝eq\f(T1,T2)图象4.理想气体的状态方程(1)理想气体①宏观上讲，理想气体是指在任何条件下始终遵守气体实验定律的气体，实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下，可视为理想气体。②微观上讲，理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力，分子本身没有体积，即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间。(2)理想气体的状态方程一定质量的理想气体状态方程：eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)或eq\f(pV,T)＝C。气体实验定律可看作一定质量理想气体状态方程的特例。思维深化判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。(1)单晶体的所有物理性质都是各向异性的。()(2)只要是具有各向异性的物体必定是晶体，且是单晶体。()(3)只要是具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体。()(4)液晶是液体和晶体的混合物。()答案(1)×(2)√(3)√(4)×[题组自测])题组一固体、液体的性质1．(多选)关于晶体、非晶体、液晶，下列说法正确的是()A．所有的晶体都表现为各向异性B．晶体一定有规则的几何形状，形状不规则的金属一定是非晶体C．所有的晶体都有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点D．液晶的微观结构介于晶体和液体之间，其光学性质会随电压的变化而变化解析只有单晶体才表现为各向异性，故A错；单晶体有规则的几何形状，而多晶体的几何形状不规则，金属属于多晶体，故B错；晶体和非晶体的一个重要区别就是晶体有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点，故C对；液晶的光学性质随温度、压力、外加电压的变化而变化，D对。答案CD2．(多选)下列说法中正确的是()A．水黾能在水面上自由来往而不陷入水中靠的是液体表面张力的作用B．小木块能够浮于水面上是液体表面张力与重力平衡的结果C．喷泉喷射到空中的水将会形成一个个球形的小水珠D．用力敲击液晶，将在其两极间产生蓝色火花解析水黾在水面上站定或行走的过程中，其脚部位置比周围水面稍下陷，但仍在水面上而未陷入水中，就像踩在柔韧性非常好的膜上一样，这是液体表面张力在起作用，A项正确；小木块浮于水面上，已有部分陷入水中，受到浮力的作用而非液体表面张力作用，B项错；喷射到空中的水分散时每一小部分的表面都有表面张力在起作用且又处于完全失重状态，因此形成球状水珠，C项正确；用力敲击液晶会产生“压电效应”，使得其两极间形成高电压而击穿空气放电形成蓝色火花，D项正确。答案ACD3．(多选)关于饱和汽，下面说法正确的是()A．达饱和汽时液面上的气体分子的密度不断增大B．达饱和汽时液面上的气体分子的密度不变C．将未饱和汽转化成饱和汽可以保持温度不变，减小体积D．将未饱和汽转化成饱和汽可以保持体积不变，降低温度解析饱和汽是指单位时间内逸出液面的分子数和返回液面的分子数相等的状态，分子密度不变，A错，B对；在一定温度下，通过减小体积增加分子密度使未饱和汽转化为饱和汽，C对；在体积不变的情况下，可以通过降低温度来降低饱和汽压，使未饱和汽达到饱和状态，D对。答案BCD4．(多选)关于空气湿度，下列说法正确的是()A．当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大B．当人们感到干燥时，空气的相对湿度一定较小C．空气的绝对湿度用空气中所含水蒸汽的压强表示D．空气的相对湿度定义为水的饱和汽压与相同温度时空气中所含水蒸汽的压强之比解析当人们感到潮湿时，空气的相对湿度一定较大，当人们感到干燥时，空气的相对湿度一定较小，这是因为无论空气的绝对湿度多大，只要比饱和汽压小得越多，液体就越容易蒸发，这时人身上分泌的液体越容易蒸发，人感觉就越干燥，选项A错误，B正确；空气的绝对湿度用空气中所含水蒸汽的压强表示，空气的相对湿度定义为空气中所含水蒸汽的压强与相同温度时水的饱和汽压之比，选项C正确，D错误。答案BC题组二气体实验定律的应用5．(多选)对于一定质量的理想气体，下列四种状态变化中，可能实现的是()A．增大压强时，温度降低，体积增大B．升高温度时，压强增大，体积减小C．降低温度时，压强增大，体积不变D．降低温度时，压强减小，体积增大解析根据理想气体状态方程eq\f(pV,T)＝C(常量)，可知B、D有可能实现，A、C不可能实现。答案BD6．如图所示的四个图象中，表示一定质量的某种理想气体从状态a等压膨胀到状态b的过程的图象是()解析根据eq\f(pV,T)＝C(常量)可知，压强不变时，体积与热力学温度成正比，选项C正确。答案C7．如图1所示，有一圆柱形气缸，上部有固定挡板，气缸内壁的高度是2L，一个很薄且质量不计的活塞封闭一定质量的理想气体，开始时活塞处在离底部L高处，外界大气压强为1.0×105Pa，温度为27℃，现对气体加热，求：当加热到427℃时，封闭气体的压强。图1解析设气缸横截面积为S，活塞恰上升到气缸上部挡板处时，气体温度为T2，气体做等压变化，则对于封闭气体，初状态：T1＝(27＋273)K，V1＝LS，p1＝p0；末状态：V2＝2LS，p2＝p0。由eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)，解得：T2＝600K，即t2＝327℃设当加热到427℃时气体的压强变为p3，在此之前活塞已上升到气缸上部挡板处，气体做等容变化，则对于封闭气体，初状态：T2＝600K，V2＝2LS，p2＝1.0×105Pa；末状态：T3＝700K，V3＝2LS。由eq\f(p3,T3)＝eq\f(p2,T2)，代入数据得：p3＝1.17×105Pa答案1.17×105Pa考点一对固体和液体性质的理解1．单晶体、多晶体、非晶体的判断判断固体物质是晶体还是非晶体，要看其是否具有确定的熔点；区分单晶体与多晶体，要看其物理性质是各向异性还是各向同性。多晶体和非晶体都具有各向同性，但多晶体有固定的熔点，非晶体没有。同时，还要知道一些常见的晶体和非晶体，如所有的金属都是晶体。2．对液体表面张力的理解作用液体的表面张力是液面各部分相互吸引的力，液体的表面张力使液体表面有收缩的趋势方向表面张力与液面相切，跟这部分液面的分界线垂直大小表面张力的大小与边界线长度有关，与液体的温度、液体的纯度、液体的种类有关。液体的温度越高，表面张力越小；液体的密度越大，表面张力越小；液体中溶有杂质时，表面张力变小【例1】(多选)人类对物质属性的认识是从宏观到微观不断深入的过程。以下说法正确的是()A．液体的分子势能与体积有关B．晶体的物理性质都是各向异性的C．温度升高，每个分子的动能都增大D．露珠呈球状是由于液体表面张力的作用解析液体体积与分子间相对位置相联系，从宏观上看，分子势能与体积有关，A正确；多晶体表现各向同性，B错误；温度升高，分子平均速率增大，遵循统计规律，C错误；露珠表面张力使其表面积收缩到最小，呈球状，D正确。答案AD【变式训练】1．(多选)干湿泡湿度计的湿泡温度计与干泡温度计的示数差距越大，表示()A．空气的绝对湿度越大B．空气的相对湿度越小C．空气中的水蒸气的实际压强离饱和程度越近D．空气中的水蒸气的绝对湿度离饱和程度越远解析空气的绝对湿度是指空气中所含水蒸气的压强，空气的相对湿度是指空气中所含水蒸气的压强与同温度下水的饱和汽压的比值，湿泡温度计与干泡温度计的示数差距越大，说明湿泡的蒸发非常快，空气的相对湿度越小，即水蒸气的实际压强——绝对湿度离饱和程度越远，故选项B、D正确，A、C错误。答案BD考点二气体实验定律及状态方程的应用利用气体实验定律及气态方程解决问题的基本思路【例2】[2014·新课标全国卷Ⅰ，33(2)]一定质量的理想气体被活塞封闭在竖直放置的圆柱形气缸内。气缸壁导热良好，活塞可沿气缸壁无摩擦地滑动。开始时气体压强为p，活塞下表面相对于气缸底部的高度为h，外界的温度为T0。现取质量为m的沙子缓慢地倒在活塞的上表面，沙子倒完时，活塞下降了eq\f(h,4)。若此后外界的温度变为T，求重新达到平衡后气体的体积。已知外界大气的压强始终保持不变，重力加速度大小为g。解析设气缸的横截面积为S，沙子倒在活塞上后，对气体产生的压强为Δp，由玻意耳定律得phS＝(p＋Δp)(h－eq\f(1,4)h)S①解得Δp＝eq\f(1,3)p②外界的温度变为T后，设活塞距底面的高度为h′，根据盖·吕萨克定律，得eq\f(（h－\f(1,4)h）S,T0)＝eq\f(h′S,T)③解得h′＝eq\f(3T,4T0)h④据题意可得Δp＝eq\f(mg,S)⑤气体最后的体积为V＝Sh′⑥联立②④⑤⑥式得V＝eq\f(9mghT,4pT0)⑦答案eq\f(9mghT,4pT0)【变式训练】2．如图2所示，气缸长L＝1m，固定在水平面上，气缸中有横截面积S＝100cm2的光滑活塞封闭了一定质量的理想气体，当温度t＝27℃，大气压强p0＝1×105Pa时，气柱长L0＝0.4m。现缓慢拉动活塞，拉力最大值F＝500N。图2(1)温度保持不变，能否将活塞从气缸中拉出？(2)要使活塞从气缸中拉出，气缸中气体温度至少为多少摄氏度？解析(1)初始状态即温度t＝27℃时，L1＝L0＝0.4m，p1＝p0＝1×105Pa，T1＝300K设L有足够长，F达最大值时活塞仍在气缸内，设此时气柱长为L2，气体压强为p2，根据活塞受力平衡可得p2S＋F＝p0S，代入数据解得p2＝0.5×105Pa根据玻意耳定律有p1V1＝p2V2，即p1SL1＝p2SL2，代入数据，可得L2＝0.8m因为L2<L，所以不能将活塞拉出。(2)保持F最大值不变，温度升高活塞刚到缸口时：L3＝1m，p3＝p2，根据理想气体状态方程有eq\f(p3L3S,T3)＝eq\f(p1L1S,T1)，代入数据，可得T3＝375K，t＝102℃。答案(1)不能(2)102℃考点三气体状态变化的图象问题类别图线特点举例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)p＝CTeq\f(1,V)，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高p－Tp＝eq\f(C,V)T，斜率k＝eq\f(C,V)，即斜率越大，体积越小V－TV＝eq\f(C,p)T，斜率k＝eq\f(C,p)，即斜率越大，压强越小【例3】(2014·福建卷)图3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()图3A．TA<TB，TB<TCB．TA>TB，TB＝TCC．TA>TB，TB<TCD．TA＝TB，TB>TC解析根据理想气体状态方程eq\f(pV,T)＝C可知：从A到B，体积不变，压强减小，故温度降低；从B到C，压强不变，体积增大，故温度升高，所以A、B、D均错，C正确。答案C处理气体状态变化的图象问题时应用技巧：(1)求解气体状态变化的图象问题，应当明确图象上的点表示一定质量的理想气体的一个平衡状态，它对应着三个状态量；图象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。看此过程属于等温、等容还是等压变化，就用相应规律求解。(2)在V－T图象(或p－T图象)中，比较两个状态的压强(或体积)时，可比较这两个状态到原点连线的斜率的大小，斜率越大，压强(或体积)越小；斜率越小，压强(或体积)越大。【变式训练】3.一定质量理想气体的状态经历了如图4所示的ab、bc、cd、da四个过程，其中bc的延长线通过原点，cd垂直于ab且与水平轴平行，da与bc平行，则气体体积在()图4A．ab过程中不断减小B．bc过程中保持不变C．cd过程中不断增加D．da过程中保持不变解析首先，因为bc的延长线通过原点，所以bc是等容线，即气体体积在bc过程中保持不变，B正确；ab是等温线，压强减小则体积增大，A错误；cd是等压线，温度降低则体积减小，C错误；连接aO交cd于e，则ae是等容线，即Va＝Ve，因为Vd<Ve，所以Vd<Va，所以da过程中体积变化，D错误。答案B考点四理想气体实验定律的微观解释1．等温变化一定质量的气体，温度保持不变时，分子的平均动能一定。在这种情况下，体积减小时，分子的密集程度增大，气体的压强增大。2．等容变化一定质量的气体，体积保持不变时，分子的密集程度保持不变。在这种情况下，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强增大。3．等压变化一定质量的气体，温度升高时，分子的平均动能增大。只有气体的体积同时增大，使分子的密集程度减小，才能保持压强不变。【例4】(多选)封闭在气缸内一定质量的理想气体，如果保持气体体积不变，当温度升高时，以下说法正确的是()A．气体的密度增大B．气体的压强增大C．气体分子的平均动能减小D．每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多解析由理想气体状态方程可知，当体积不变时，eq\f(p,T)＝常数，T升高时，压强增大，B正确；由于质量不变，体积不变，分子密度不变，而温度升高，分子的平均动能增大，所以单位时间内气体分子对单位面积容器壁撞击次数增多，D对，A、C错。答案BD【变式训练】4．(多选)下列关于分子运动和热现象的说法正确的是()A．一定量100℃的水变成100℃的水蒸气，其分子之间的势能增加B．对于一定量的气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸热C．如果气体分子总数不变，而气体温度升高，气体分子的平均动能增大，因此压强必然增大D．一定量气体的内能等于其所有分子热运动动能和分子之间势能的总和E．如果气体温度升高，那么所有分子的运动速率都增大解析一定量100℃的水变成100℃的水蒸气，需吸收一定热量，其内能增加，而分子个数、温度均未变，表明其分子势能增加，A对；气体的压强与气体分子密度和分子的平均速率有关，整体的体积增大，气体分子密度减小，要保证其压强不变，气体分子的平均速率要增大，即要吸收热量，升高温度，B对；对于一定量的气体，温度升高，分子的平均速率变大，但若气体体积增加得更多，气体的压强可能会降低，C错；根据内能的定义可知，D对；气体温度升高，分子运动的平均速率肯定会增大，但并不是所有分子的运动速率都增大，E错。答案ABD1．(多选)(2014·海南卷，15)下列说法正确的是 ()A．液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部B．单晶体有固定的熔点，多晶体没有固定的熔点C．单晶体中原子(或分子、离子)的排列具有空间周期性D．通常金属在各个方向的物理性质都相同，所以金属是非晶体E．液晶具有液体的流动性，同时具有晶体的各向异性特征答案CE2．(多选)(2014·新课标全国卷Ⅱ，33)下列说法正确的是 ()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．干湿泡湿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无规则热运动，选项A错误；空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果，选项B正确；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，选项C正确；高原地区水的沸点较低，是由于高原地区气压低缘故，选项D错误；干湿泡温度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度，是由于湿泡外纱布中的水蒸发吸收热量的缘故，选项E正确。答案BCE3．(多选)(2014·全国大纲卷，16)对于一定量的稀薄气体，下列说法正确的是()A．压强变大时，分子热运动必然变得剧烈B．保持压强不变时，分子热运动可能变得剧烈C．压强变大时，分子间的平均距离必然变小D．压强变小时，分子间的平均距离可能变小解析压强变大时，气体的温度不一定升高，分子的热运动不一定变得剧烈，故选项A错误；压强不变时，若气体的体积增大，则气体的温度会升高，分子热运动会变得剧烈，故选项B正确；压强变大时，由于气体温度不确定，则气体的体积可能不变，可能变大，也可能变小，其分子间的平均距离可能不变，也可能变小或变大，故选项C错误；压强变小时，气体的体积可能不变，可能变大，也可能变小，所以分子间的平均距离可能不变，可能变小，可能变大。故选项D正确。答案BD4．把熔化的蜂蜡薄薄地涂在两种材料所做的薄片上，一根缝衣针烧热后用针尖接触蜂蜡层的背面，熔化区域的形状如图5甲、乙两图所示。液晶的分子排布与液体和固体都有区别，这种排布使液晶既像液体一样具有流动性，又具有各向异性的特点，如图丙、丁两图是未知状态分子的排列图示，则()图5A．图甲所示的薄片一定是晶体B．图乙所示的薄片一定是非晶体C．图丙所示一定是液晶分子D．图丁所示一定是液晶分子解析晶体具有各向异性的特点，非晶体和多晶体都具有各向同性的特点，所以蜂蜡熔化后是圆形的为非晶体，蜂蜡熔化后是椭圆形的为晶体；液晶既像液体一样具有流动性的特点，又具有各向异性的特点，图丙是液晶分子示意图，图丁是液态分子的示意图，故选C。答案C图65．(2014·山东卷，37)一种水下重物打捞方法的工作原理如图6所示。将一质量M＝3×103kg、体积V0＝0.5m3的重物捆绑在开口朝下的浮筒上。向浮筒内充入一定量的气体，开始时筒内液面到水面的距离h1＝40m，筒内气体体积V1＝1m3。在拉力作用下浮筒缓慢上升，当筒内液面到水面的距离为h2时，拉力减为零，此时气体体积为V2，随后浮筒和重物自动上浮。求V2和h2。图6已知大气压强p0＝1×105Pa，水的密度ρ＝1×103kg/m3，重力加速度的大小g＝10m/s2。不计水温变化，筒内气体质量不变且可视为理想气体，浮筒质量和筒壁厚度可忽略。解析当F＝0时，由平衡条件得Mg＝ρg(V0＋V2)①代入数据得V2＝2.5m3②设筒内气体初态、末态的压强分别为p1、p2，由题意得p1＝p0＋ρgh1③p2＝p0＋ρgh2④在此过程中筒内气体的温度和质量不变，由玻意耳定律得p1V1＝p2V2⑤联立②③④⑤式代入数据得h2＝10m⑥答案2.5m310m基本技能练1．(多选)如图1所示，是水的饱和汽压与温度关系的图线，请结合饱和汽与饱和汽压的知识判断下列说法正确的是 ()图1A．水的饱和汽压随温度的变化而变化，温度升高，饱和汽压增大B．在一定温度下，饱和汽的分子数密度是不变的C．当液体处于饱和汽状态时，液体会停止蒸发现象D．在实际问题中，饱和汽压包括水蒸气的气压和空气中其他各种气体的气压解析当液体处于饱和汽状态时，液体与气体达到了一种动态平衡，液体蒸发现象不会停止，选项C错误；在实际问题中，水面上方含有水分子、空气中的其他分子，但我们所研究的饱和汽压只是水蒸气的分气压，选项D错误，A、B正确。答案AB2．(多选)2010年诺贝尔物理学奖授予安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。他们通过透明胶带对石墨进行反复的粘贴与撕开使得石墨片的厚度逐渐减小，最终寻找到了厚度只有0.34nm的石墨烯，是碳的二维结构。如图2所示为石墨、石墨烯的微观结构，根据以上信息和已学知识判断，下列说法中正确的是 ()图2A．石墨是晶体，石墨烯是非晶体B．石墨是单质，石墨烯是化合物C．石墨、石墨烯与金刚石都是晶体D．他们是通过物理变化的方法获得石墨烯的解析晶体分子在空间分布具有规则性，故石墨、石墨烯都是晶体，也都是单质，故C项正确，A、B项错误；获取石墨烯的方法为物理方法，故D项正确。答案CD图33．(多选)(2014·湖南十校联考)如图3，固定的导热汽缸内用活塞密封一定质量的理想气体，气缸置于温度不变的环境中。现用力使活塞缓慢地向上移动，密闭气体的状态发生了变化。下列图象中p、V和U分别表示该气体的压强、体积和内能，Eeq\o(k,\s\up6(－))表示该气体分子的平均动能，n表示单位体积内气体的分子数，a、d为双曲线，b、c为直线。能正确反映上述过程的是 ()图3解析汽缸置于温度不变的环境中说明气体做等温变化，其p－V图象是双曲线，A正确；理想气体的内能由分子平均动能决定，温度不变，气体的内能不变，B正确，C错误；单位体积内气体的分子数与体积的乘积为容器内分子总数，容器内分子总数不变，D正确。答案ABD图44．(多选)如图4所示，导热性能良好的气缸内用活塞封闭着一定质量的理想气体，气缸固定不动。一条细线一端连结在活塞上，另一端跨过两个光滑的定滑轮后连结在一个小桶上，开始时活塞静止，现不断向小桶中添加细砂，使活塞缓慢向上移动(活塞始终未被拉出，气缸、周围环境温度不变)。则在活塞移动的过程中，下列说法正确的是 ()图4A．气缸内气体的分子平均动能不变B．气缸内气体的内能变小C．气缸内气体的压强变小D．气缸内气体向外界放热解析气缸导热且活塞缓慢移动，则封闭气体温度不变，气体内能不变，分子平均动能不变，A正确，B错误；绳子对活塞拉力增大，则气缸内气体压强减小，C正确；气体温度不变，内能不变，体积增大，对外做功，由热力学第一定律知，应从外界吸收热量，D错误。答案AC图55．如图5所示，大气压强为p0，气缸水平固定，开有小孔的薄隔板将其分为A、B两部分，光滑活塞可自由移动。初始时气缸内被封闭气体温度为T，A、B两部分容积相同。加热气体，使A、B两部分体积之比为1∶2。图5(1)气体温度应加热到多少？(2)将活塞向左推动，把B部分气体全部压入A中，气体温度变为2T，求此时气体的压强。解析(1)加热后，A、B两部分体积之比为1∶2，设A部分气体的体积为V，则初始状态A、B两部分总体积为2V，末状态总体积为3V，气体做等压变化，所以满足eq\f(2V,T)＝eq\f(3V,T1)，得T1＝1.5T。(2)由理想气体状态方程得eq\f(p0·2V,T)＝eq\f(p2·V,2T)，解得p2＝4p0。答案(1)1.5T(2)4p0能力提高练6．如图6所示，粗细均匀两端开口的U形管竖直放置，管的内径很小，水平部分BC长为16cm，一空气柱将管内水银分隔成左右两段，大气压强p0＝76cmHg。当空气柱温度为T0＝273K，长为l0＝9cm时，BC管内左边水银柱长2cm，AB管内水银柱长为3cm。求：图6(1)右边水银柱总长度；(2)当空气柱温度升高到多少时，左边的水银柱恰好全部进入竖直管AB内。解析设U形管的截面积为S(1)右侧CD管中水银柱长为L1＝3cm水平管中右端水银柱长L2＝5cmU形管右边水银柱总长是L＝8cm(2)水平管封闭气体初始状态p1＝79cmHg，T1＝273K，V1＝9S水平管封闭气体末状态p2＝81cmHg，V2＝13S由eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)解得T2＝404.3K答案(1)8cm(2)404.3K图77．(2014·海南卷，15)一竖直放置、缸壁光滑且导热的柱形气缸内盛有一定量的氮气，被活塞分隔成Ⅰ、Ⅱ两部分；达到平衡时，这两部分气体的体积相等，上部气体的压强为p10，如图7(a)所示，若将气缸缓慢倒置，再次达到平衡时，上下两部分气体的体积之比为3∶1，如图(b)所示。设外界温度不变，已知活塞面积为S，重力加速度大小为g，求活塞的质量。图7解析设活塞的质量为m，气缸倒置前下部气体的压强为p20，倒置后上下部气体的压强分别为p2、p1，由力的平衡条件有p20＝p10＋eq\f(mg,S)，p1＝p2＋eq\f(mg,S)倒置过程中，两部分气体均经历等温过程，设气体的总体积为V0，由玻意耳定律得p10eq\f(V0,2)＝p1eq\f(V0,4)，p20eq\f(3V0,2)＝p2eq\f(3V0,4)解得m＝eq\f(4p10S,5g)答案eq\f(4p10S,5g)图88．[2014·新课标全国卷Ⅱ，33(2)]如图8，两气缸A、B粗细均匀、等高且内壁光滑，其下部由体积可忽略的细管连通；A的直径是B的2倍，A上端封闭，B上端与大气连通；两气缸除A顶部导热外，其余部分均绝热。两气缸中各有一厚度可忽略的绝热轻活塞a、b，活塞下方充有氮气，活塞a上方充有氧气。当大气压为p0、外界和气缸内气体温度均为7℃且平衡时，活塞a离气缸顶的距离是气缸高度的eq\f(1,4)，活塞b在气缸正中间。图8(1)现通过电阻丝缓慢加热氮气，当活塞b恰好升至顶部时，求氮气的温度；(2)继续缓慢加热，使活塞a上升。当活塞a上升的距离是气缸高度的eq\f(1,16)时，求氧气的压强。解析(1)活塞b升至顶部的过程中，活塞a、b下方的氮气经历等压过程，且活塞a不动，设气缸A的容积为V0，氮气初始状态的体积为V1，温度为T1，末态体积V2，温度为T2，按题意，气缸B的容积为eq\f(V0,4)，由题意可得氮气初始状态的体积：V1＝eq\f(3,4)V0＋eq\f(1,2)×eq\f(V0,4)＝eq\f(7,8)V0①末态体积：V2＝eq\f(3,4)V0＋eq\f(V0,4)＝V0②由盖·吕萨克定律得eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)③由①②③式及所给的数据可得：T2＝320K④(2)活塞b升至顶部后，由于继续缓慢加热，活塞a开始向上移动，直至活塞上升的距离是气缸高度的eq\f(1,16)时，活塞a上方的氧气经历等温过程，设氧气初始状态的体积为V1′，压强为p1′；末态体积为V2′，压强为p2′，由所给数据及玻意耳定律可得V1′＝eq\f(1,4)V0，p1′＝p0，V2′＝eq\f(3,16)V0⑤p1′V1′＝p2′V2′⑥由⑤⑥式可得：p2′＝eq\f(4,3)p0⑦答案(1)320K(2)eq\f(4,3)p09．如图9甲所示为“⊥”形上端开口的玻璃管，图乙为玻璃管内封闭气体的p－V图象，管内有一部分水银封住气体，细管足够长，图中大小截面积分别为S1＝2cm2、S2＝1cm2。封闭气体初始温度为57℃，封闭气体长度为L＝22cm。求：图9(1)封闭气体初始状态的压强；(2)当缓慢升高气体温度到多高时方可将所有水银全部挤入细管内；(3)当温度升高至492K时，液柱下端离开粗细接口处的距离。解析(1)图中初始状态封闭的气体，温度T1＝(273＋57)K＝330K，体积为V1＝LS1＝44cm3，对照图象可知此时气体压强为p1＝80cmHg(2)当水银全部进入细管后，气体将做等压变化，故从图乙可知当所有水银全部进入细管内时，其封闭的气体压强为p2＝82cmHg，体积为V2＝48cm3此时的温度为T2由理想气体状态方程eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)代入数据解得T2＝369K(3)当温度升高至T3＝492K时，水银已经全部在细管内，封闭气体做等压变化，此时气体的体积为V3由盖·吕萨克定律eq\f(V2,T2)＝eq\f(V3,T3)解得V3＝64cm3V3＝V2＋S2hx解得hx＝16cm答案(1)80cmHg(2)369K(3)16cm

第3课时热力学定律与能量守恒定律[知识梳理])知识点一、热力学第一定律1．改变物体内能的两种方式(1)做功；(2)热传递。2．热力学第一定律(1)内容：物体内能的增加量ΔU等于外界对物体所做的功W与物体从外界吸收的热量Q之和。(2)表达式：ΔU＝Q＋W。(3)ΔU＝Q＋W中正、负号法则：物理量意义符号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知识点二、能量守恒定律1．内容能量既不会消失，也不会创生，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另一个物体，而能量的总量保持不变。2．条件性能量守恒定律是自然界的普遍规律，某一种形式的能是否守恒是有条件的。3．第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律。知识点三、热力学第二定律1．热力学第二定律的两种表述(1)克劳修斯表述：不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。(2)开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不引起其他变化。或表述为“第二类永动机是不可能制成的”。2．热力学第二定律的微观本质一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行。3．熵增加原理：在孤立系统中，一切不可逆过程必然朝着熵增加的方向进行。4．第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律。思维深化判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。(1)为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量，做功和热传递的实质是相同的。()(2)绝热过程中，外界压缩气体做功20J，气体的内能可能不变。()(3)在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是因为打气筒从外界吸热。()(4)可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功。()答案(1)×(2)×(3)×(4)√[题组自测])题组一对热力学第一定律及能量守恒定律的理解1．一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0×104J，气体内能减少1.3×105J，则此过程()A．气体从外界吸收热量2.0×105JB．气体向外界放出热量2.0×105JC．气体从外界吸收热量6.0×104JD．气体向外界放出热量6.0×104J解析根据热力学第一定律，W＋Q＝ΔU，所以Q＝ΔU－W＝－1.3×105J－7.0×104J＝－2.0×105J，即气体向外界放出热量2.0×105J。答案B2．木箱静止于水平地面上，现在用一个80N的水平推力推动木箱前进10m，木箱受到的摩擦力为60N，则转化为木箱与地面系统的内能U和转化为木箱的动能Ek分别是()A．U＝200J，Ek＝600JB．U＝600J，Ek＝200JC．U＝600J，Ek＝800JD．U＝800J，Ek＝200J解析由于木箱在推动中受到滑动摩擦力，其与相对位移的乘积为系统的内能增量，即U＝60×10J＝600J，由能量守恒定律可得Ek＝W总－U＝80×10J－600J＝200J。故正确答案为B。答案B3．如图1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________(填“吸收”或“放出”)________J热量。图1解析由热力学第一定律可得，该气体由状态a沿abc变化到状态c的过程中内能的变化量ΔU＝W＋Q＝－120J＋340J＝220J，因此该气体由状态a沿adc变化到状态c时，Q1＝ΔU－W1＝220J－(－40J)＝260J，显然此过程中气体从外界吸收热量。答案吸收260题组二对热力学第二定律的理解4．(多选)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解析第一类永动机是指不消耗能量却可以不断对外做功的机器，违背了能量守恒定律，A正确；电冰箱在电机做功情况下，不断地把冰箱内的热量传到外界，没有违背热力学第二定律，C错误。答案AD5．根据你所学热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是()A．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功以转化成机械能B．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体C．尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机却可以使温度降到－293℃D．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以制造出来解析机械能可以全部转化为内能，而内能在引起其他变化时也可以全部转化为机械能，A正确；凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，也能从低温物体传递给高温物体，但必须借助外界的帮助，B错误；尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机也不能使温度降到－293℃，只能无限接近－273℃，却永远不能达到，C错误；第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律，第二类永动机不可能制造出来，D错误。答案A考点一对热力学第一定律的理解1．热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系，即ΔU＝Q＋W。2．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)若过程的始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。【例1】(多选)(2014·广东卷，17)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图2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()图2A．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，压强减小解析充气袋被挤压时，气体体积减小，外界对气体做正功，由于袋内气体与外界无热交换，据热力学第一定律判知气体内能增加，故A、C正确；袋内气体温度升高，体积减小，由方程eq\f(pV,T)＝C判知气体压强变大，故B、D错误。答案AC【变式训练】1．一定质量的气体，在从状态1变化到状态2的过程中，吸收热量280J，并对外做功120J，试问：(1)这些气体的内能怎样发生变化？变化了多少？(2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240J热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做功多少？解析(1)由热力学第一定律可得ΔU＝W＋Q＝－120J＋280J＝160J，气体的内能增加了160J。(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从状态2回到状态1的过程中内能应减少，其减少量应等于从状态1到状态2的过程中内能的增加量，则从状态2到状态1的内能应减少160J，即ΔU′＝－160J，又Q′＝－240J，