物理二轮复习专题十九-热学综合（教学案）

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精专题十九热学综合【2011考纲解读】本考点的命题多集中分子动理论、估算分子数目和大小、热力学两大定律的应用、气体状态参量的意义及与热力学第一定律的综合，还有气体实验定律和气体状态方程的应用及图象表示气体状态的变化过程等知识点上，多以选择题和填空题的形式出现；对热学前面知识的考查往往在一题中容纳更多的知识点，把热学知识综合在一起进行考查，多以选择题和填空题的形式出现；对后者的考查多以计算题的形式出现，着重考查热学状态方和的应用．《物理课程新标准》在课程性质中指出：“高中物理课程有助于学生继续学习基本的物理知识与技能，增强创新意识和实践能力，发展探索自然、理解自然的兴趣与热情"．近两年来热学考题中还涌现了许多对热现象的自主学习和创新能力考查的新情景试题．同时，本考点还可以与生活、生产的实际相联来考查热学知识在实际中的应用．【高考预测】热学是研究与温度有关的热现象的科学.它是从两方面来研究热现象及其规律的，一是从物质的微观结构即分子动理论的观点来解释与揭示热学宏观量及热学规律的本质；二是以观测和实验事实为依据，寻求热学参量间的关系及热功转换的关系。虽然热学部分知识点较分散,大多属于定性了解的内容，并非重点内容,不必要搞得过难，但要全面落实基础知识和基本技能，强调对基本概念、基本规律的理解，做到不留知识盲点.对分子动理论、热传递和做功部分不能降低要求,对气体的问题只要求知道气体的压强、体积、温度之间的关系即eq\A(\F(p1V1，T1）=\F（p2V2,T2）)就可以了,不必进行过难的计算，但可能出现定性综合题。高频考点主要有：（1）物质是由大量分子组成的。阿伏加德罗常数。分子的热运动、布朗运动。分子间的相互作用力(2）分子热运动.温度是物体分子热运动平均动能的标志。物体分子间的相互作用势能.物体的内能.（3）做功和热传递是改变物体内能的两种方式。热量.能量守恒定律（4）气体的体积、压强、温度间的关系（5）热力学第一、二定律(6）气体压强的微观意义【专题解读】一。重要概念和规律1.分子动理论物质是由大量分子组成的；分子永不停息的做无规则运动；分子间存在相互作用的引力和斥力。说明:（1）阿伏加德罗常量。它的联系宏观量和微观量的桥梁，有很重要的意义；（2）布朗运动是指悬浮在液体(或气体）里的固体微粒的无规则运动，不是分子本身的运动。它是由于液体（或气体）分子无规则运动对固体微粒碰撞的不均匀所造成的.因此它间接反映了液体（或气体）分子的无序运动。2.温度温度是物体分子热运动的平均动能的标志.它是大量分子热运动的平均效果的反映，具有统计的意义，对个别分子而言，温度是没有意义的。任何物体，当它们的温度相同时，物体内分子的平均动能都相同。由于不同物体的分子质量不同，因而温度相同时不同物体分子的平均速度并不一定相同。3。内能定义:物体里所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和.决定因素：物体质量（m）、温度（T）、体积(V)。改变方式：做功–––通过宏观机械运动实现机械能与内能的转换；热传递–––通过微观的分子运动实现物体与物体间或同一物体各部分间内能的转移。这两种方式对改变内能是等效的。定量关系:（热力学第一定律）注意正负符号：外界对物体做功W>0，吸热Q>0，内能增加;反之则小于零。4。能量守恒定律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别的形式，或者从一个物体转移到别的物体。必须注意:不消耗任何能量，不断对外做功的机器（永动机)是不可能做成的。利用热机，要把从燃料的化学能转化成的内能，全部转化为机械能也是不可能的。5.热力学第二定律从热传导的方向来描述:不可能使热量由低温物体传递到高温物体,而不引起其他变化。从机械能与内能转化过程的方向性来描述:不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。6.气体状态参量描述一定质量气体的状态参量为：温度，气体分子平均动能的标志.体积，气体分子所占据的空间，许多情况下等于容器的容积。压强，大量气体分子无规则运动碰撞器壁所产生的，其大小等于单位时间内、器壁单位面积上所受气体分子碰撞的总冲量。内能，气体分子无规则运动的动能和分子势能的总和，理想气体的内能仅与温度有关。二。重要研究方法1.微观统计平均热学的研究对象是由大量分子组成的。其宏观特性都是大量分子集体行为的反映.不可能也无必要像力学中那样根据每个物体（每个分子）的受力情况，定出运动方程.热学中的状态参量和各种现象具有统计平均的意义.因此，当大量分子处于无序运动状态或作无序排列时，所表现出来的宏观特性––––如气体分子对器壁的压强、非晶体的物理属性等都显示出均匀性.当大量分子作有序排列时，必显示出不均匀性，如晶体的各向异性等。研究热学现象时，必须充分领会这种统计平均观点。2.能的转化和守恒各种不同形式的能可能相互转化，在转化过程中总量保持不变。这是自然界中的一条重要规律。也是指导我们分析研究各种物理现象时的一种极为重要的思想方法。三、典型例题分析例1、利用阿伏加德罗常数，估算在标准状态下相邻气体分子间的平均距离D。解:在标准状态下，1mol任何气体的体积都是，除以阿伏加德罗常数就得每个气体分子平均占有的空间，该空间的大小是相邻气体分子间平均距离D的立方.，所以有，这个数值大约是分子直径的10倍。因此水汽化后的体积大约是液体体积的1000倍。例2、下面关于分子力的说法中正确的有（）A.铁丝很难被拉长，这一事实说明铁丝分子间存在引力；B。水很难被压缩,这一事实说明水分子间存在斥力；C。将打气管的出口端封住，向下压活塞,当空气被压缩到一定程度后很难再压缩，这一事实说明这时空气分子间表现为斥力;D.磁铁可以吸引铁屑，这一事实说明分子间存在引力。解：A、B正确。无论怎样压缩，气体分子间距离一定大于，所以气体分子量一定表现为引力。空气压缩到一定程度很难再压缩不是因为分子斥力的作用，而是气体分子频繁撞击活塞产生压强的结果，应该用压强增大解释，所以C不正确。磁铁吸引铁屑是磁场力的作用，不是分子力的作用,所以D也不正确。例3、下列说法中正确的是(）A.物体自由下落时速度增大，所以物体内能也增大；B.物体的机械能为零时内能也为零；C。物体的体积减小温度不变时，物体内能一定减小;D.气体体积增大时气体分子势能一定增大。解：物体的机械能和内能是两个完全不同的概念。物体的动能由物体的宏观速率决定，而物体内分子的动能由分子热运动的速率决定。分子动能不可能为零（温度不可能达到绝对零度），而物体的动能可能为零，所以A、B不正确.物体体积减小时，分子间距离减小，但分子势能不一定减小,例如将处于原长的弹簧压缩，分子势能将增大，所以C也不正确。由于气体分子间距离一定大于,体积增大时分子间距离增大，分子力做负功，分子势能增大，所以D正确.例4。下列说法中正确的是（）A。物体吸热后温度一定升高；B。物体温度升高一定是因为吸收了热量；C。0℃的冰化为0D.100℃的水变为100解：吸热后物体温度不一定升高,例如冰融化为水或水沸腾时都需要吸热，而温度不变，这时吸热后物体内能的增加表现为分子势能的增加，所以A不正确。做功也可以使物体温度升高，例如用力多次来回弯曲铁丝,弯曲点铁丝的温度明显升高,这是做功增加了物体的内能,使温度上升，所以B不正确.冰化为水时要吸热,内能中的分子动能不变，但分子势能增加，因此内能增加，所以C不正确.水沸腾时要吸热，内能中的分子动能不变但分子势能增加，所以内能增大，D正确.1．2010·重庆·1５给旱区送水的消防车停于水平面,在缓缓放水的过程中,若车胎不漏气,胎内气体温度不变,不计分子势能，则胎内气体A．从外界吸热B。对外界做负功B.分子平均动能减少D.内能增加【答案】A【解析】胎内气体经历了一个温度不变，压强减小，体积增大的过程。温度不变，分子平均动能和内能不变。体积增大气体对外界做正功.根据热力学第一定律气体一定从外界吸热.A正确2．2010·全国卷Ⅰ·19右图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A．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【答案】BC【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BC对.在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。【命题意图与考点定位】分子间距于分子力、分子势能的关系3。2010·全国卷Ⅱ·16如图，一绝热容器被隔板K隔开a、b两部分.已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空，抽开隔板K后a内气体进入b，最终达到平衡状态。在此过程中A．气体对外界做功,内能减少B．气体不做功,内能不变C．气体压强变小,温度降低D．气体压强变小，温度不变4。2010·上海物理·14分子间的相互作用力由引力与斥力共同产生，并随着分子间距的变化而变化,则（A）分子间引力随分子间距的增大而增大（B）分子间斥力随分子间距的减小而增大(C）分子间相互作用力随分子间距的增大而增大（D）分子间相互作用力随分子间距的减小而增大答案：B解析：根据分子力和分子间距离关系图象，如图，选B.本题考查分子间相互作用力随分子间距的变化，图象的理解.难度:中等.5。2010·上海物理·22如图,上端开口的圆柱形气缸竖直放置，截面积为，一定质量的气体被质量为2.0kg的光滑活塞封闭在气缸内,其压强为____pa（大气压强取1.01*，g取）.若从初温开始加热气体，使活塞离气缸底部的高度由0。5m缓慢变为0.51m，则此时气体的温度为____℃.解析:，T2=306K，t2=33℃本题考查气体实验定律。难度：易。6．2010·江苏物理·12(A)（1）为了将空气装入气瓶内,现将一定质量的空气等温压缩，空气可视为理想气体。下列图象能正确表示该过程中空气的压强p和体积V关系的是▲。（2）在将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，外界做了24KJ的功。现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底，若在此过程中,瓶中空气的质量保持不变，且放出了5KJ的热量。在上述两个过程中，空气的内能共减小▲KJ，空气▲（选填“吸收"或“放出"）(3)已知潜水员在岸上和海底吸入空气的密度分别为1.3kg/和2。1kg/，空气的摩尔质量为0.029kg/mol，阿伏伽德罗常数=6。02.若潜水员呼吸一次吸入2L空气，试估算潜水员在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空气的分子数。（结果保留一位有效数字）答案:7．2010·福建·28（1）1859年麦克斯韦从理论上推导出了气体分子速率的分布规律，后来有许多实验验证了这一规律。若以横坐标表示分子速率，纵坐标表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比。下面国幅图中能正确表示某一温度下气体分子速率分布规律的是。（填选项前的字母）（2）如图所示，一定质量的理想气体密封在绝热（即与外界不发生热交换）容器中,容器内装有一可以活动的绝热活塞.今对活塞施以一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小.若忽略活塞与容器壁间的摩擦力，则被密封的气体。（填选项前的字母）A．温度升高，压强增大，内能减少B．温度降低，压强增大,内能减少C．温度升高，压强增大,内能增加D．温度降低，压强减小，内能增加答案:（1）D（2）C8。2010·上海物理·10如图,玻璃管内封闭了一段气体，气柱长度为，管内外水银面高度差为，若温度保守不变，把玻璃管稍向上提起一段距离，则（A）均变大（B）均变小（C）变大变小（D）变小变大【解析】根据，变大，变小，根据，变大，选D。本题考查气体状态方程。难度：中等。9.2010·上海物理·17一定质量理想气体的状态经历了如图所示的、、、四个过程，其中的延长线通过原点,垂直于且与水平轴平行，与平行,则气体体积在(A）过程中不断增加（B）过程中保持不变（C）过程中不断增加（D）过程中保持不变【解析】首先，因为的延长线通过原点，所以是等容线，即气体体积在过程中保持不变，B正确；是等温线，压强减小则体积增大，A正确;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，因为,所以，所以过程中体积不是保持不变，D错误；本题选AB。本题考查气体的图象的理解.难度：中等。对D，需要作辅助线,较难。10．2010·海南物理·17(1)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它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【答案】ADE【解析】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，（A)正确;玻璃是非晶体，（B)错;多晶体也有固定的熔点,（C)错；液体表面层内的分子液体内部分子间距离的密度都大于大气，因此分子力的合力指向液体内部,(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，（E)对。（2)（8分)如右图，体积为V、内壁光滑的圆柱形导热气缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；气缸内密封有温度