




版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
第十四章热学第1节分子动理论内能一、分子动理论的三条基本内容1.物体是由大量分子组成的(1)分子的大小①分子的直径(视为球模型):数量级为10-10m。②分子的质量:数量级为10-26kg。(2)阿伏加德罗常数1mol的任何物质所含有的粒子数叫阿伏加德罗常数。通常取NA=6.02×1023mol-1。2.分子永不停息地做无规则的热运动(1)实例证明①扩散现象a.定义:不同物质能够彼此进入对方的现象。b.实质:扩散现象并不是外界作用引起的,也不是化学反应的结果,而是由分子的无规则运动产生的物质迁移现象,温度越高,扩散现象越明显。②布朗运动a.定义:悬浮在液体中的小颗粒的永不停息的无规则运动。b.实质:悬浮小颗粒受到做无规则运动的液体分子的撞击;颗粒越小,温度越高,运动越明显。(2)热运动①分子的永不停息的无规则运动叫作热运动。②特点:分子的无规则运动和温度有关,温度越高,分子运动越剧烈。3.分子间同时存在引力和斥力(1)分子间的引力和斥力是同时存在的,实际表现出的分子力是引力和斥力的合力。(2)分子力随分子间距离变化的关系: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,但斥力比引力变化得快。(3)由分子间的作用力与分子间距离的关系图像可知:①当r=r0时,F引=F斥,分子力为零;②当r>r0时,F引>F斥,分子力表现为引力;③当r<r0时,F引<F斥,分子力表现为斥力;④当分子间距离大于10r0(约为10-9m)时,分子力很弱,可以忽略不计。二、温度和物体的内能1.温度两个系统处于热平衡时,它们具有某个“共同的热学性质”,我们把表征这一“共同热学性质”的物理量定义为温度。一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。2.两种温标摄氏温标和热力学温标。两种温标下表示的温度之间的关系:T=t+273.15K。3.分子动能和分子平均动能(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)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,即分子势能。(2)分子势能的决定因素:微观上决定于分子间距离和分子的排列情况;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。(3)物体的内能与机械能不同,与物体的位置高低、运动速度大小无关。如图甲、乙、丙、丁所示为关于分子动理论的四个情境图。请判断:(1)图甲表示“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验情境,实验中,应先滴油酸酒精溶液,再撒痱子粉。(×)(2)图乙为水中炭粒某段时间所在位置的连线图,连线表示炭粒做布朗运动的轨迹。(×)(3)图丙为分子力与分子间距离的关系图,分子间距离从r0逐渐增大时,分子力先变小后变大。(×)(4)图丁为大量气体分子热运动的速率分布图,曲线②对应的温度较高。(√)考点一微观量的估算[素养自修类]1.[气体分子的有关计算]若以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,M表示水的摩尔质量,M0表示一个水分子的质量,V0表示一个水分子的体积,NA表示阿伏加德罗常数,则下列关系式正确的是()A.V0=M0ρ B.V0C.M0=MNA D.ρ解析:C由已知条件可知V0≠M0ρ,选项A错误;VNA表示一个水分子运动占据的空间,不等于一个水分子的体积,选项B错误;一个水分子的质量为M0=MNA,选项C正确;M2.[液体分子的有关计算]已知阿伏加德罗常数为NA(mol-1),某液体的摩尔质量为M(kg/mol),该液体的密度为ρ(kg/m3),则下列叙述中正确的是()A.1kg该液体所含的分子个数是ρNAB.1kg该液体所含的分子个数是1ρNC.该液体1个分子的质量是ρD.该液体1个分子占有的空间是M解析:D1kg该液体的物质的量为1M,所含分子数目为:n=NA·1M=NAM,故A、B错误,每个分子的质量为m0=MNA,故C错误;每个分子所占体积为V0=m03.[固体分子的有关计算]钻石是首饰和高强度钻头、刻刀等工具中的主要材料,设钻石的密度为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。已知1克拉=0.2克,则()A.a克拉钻石所含有的分子数为aρNB.a克拉钻石所含有的分子数为aC.每个钻石分子直径的表达式为36M×10-D.每个钻石分子直径的表达式为6MNAρ解析:Ca克拉钻石物质的量(摩尔数)为n=0.2aM,所含分子数为N=nNA=0.2aNAM,选项A、B错误;钻石的摩尔体积V=M×10-3ρ(单位为m3/mol),每个钻石分子体积为V0=VNA=M×10-3NAρ,设钻石分子直径为d1.求解分子直径时的两种模型(固体和液体)(1)把分子看成球形,如图甲所示:d=36(2)把分子看成小立方体,如图乙所示:d=3V[说明]对于气体,一般看成小立方体模型,如图丙所示,而且要注意:①V0不是一个气体分子的体积,而是一个气体分子平均占有的空间体积。②利用d=3V0计算出的d不是气体分子直径,2.宏观量与微观量的相互关系(1)微观量:分子体积V0、分子直径d、分子质量m0等。(2)宏观量:物体的体积V、密度ρ、质量m、摩尔质量M、摩尔体积Vmol、物质的量n等。(3)相互关系①一个分子的质量:m0=MNA=②一个分子的体积:V0=VmolNA=MρN③物体所含的分子数N=n·NA=mM·NA=VVmol·考点二扩散现象、布朗运动与分子热运动[素养自修类]1.[扩散现象的理解]乙醇喷雾消毒液和免洗洗手液的主要成分都是酒精。下列说法正确的是()A.酒精由液体变为同温度的气体的过程中,分子间距不变B.在房间内喷洒乙醇消毒液后,会闻到淡淡的酒味,这是酒精分子做布朗运动的结果C.在房间内喷洒乙醇消毒液后,当环境温度升高时,每一个酒精分子运动速率都变快了D.使用免洗洗手液洗手后,手部很快就干爽了,是由于液体分子扩散到了空气中解析:D酒精由液体变为同温度的气体的过程中,温度不变,分子平均动能不变,但是分子之间的距离变大,A错误;在房间内喷洒乙醇消毒液后,会闻到淡淡的酒味,这是由于酒精分子的扩散运动的结果,证明了酒精分子在不停地运动,B错误;在房间内喷洒乙醇消毒液后,当环境温度升高时,大部分分子运动速率都增大,但可能有部分分子速度减小,C错误;因为一切物质的分子都在不停地做无规则运动,所以使用免洗洗手液时,手部很快就干爽了,这是扩散现象,D正确。2.[布朗运动的理解](2023·江苏省前黄高级中学高三月考)据研究发现,新冠病毒感染的肺炎传播途径之一是气溶胶传播。气溶胶是指悬浮在气体介质中的固态或液态颗粒所组成的气态分散系统。这些固态或液态颗粒的大小一般在10-3~103μm之间。已知布朗运动微粒大小通常在10-6m数量级。下列说法正确的是()A.布朗运动是气体介质分子的无规则的运动B.在布朗运动中,固态或液态颗粒越小,布朗运动越剧烈C.在布朗运动中,颗粒无规则运动的轨迹就是分子的无规则运动的轨迹D.当固态或液态颗粒很小时,能很长时间都悬浮在气体中,颗粒的运动属于布朗运动,能长时间悬浮是因为气体浮力作用解析:B布朗运动是固态或液态颗粒的无规则运动,是气体分子无规则热运动撞击的结果,所以它反映的是气体分子的无规则运动;颗粒越小,气体分子对颗粒的撞击作用越不容易平衡,布朗运动越剧烈,故B正确,A错误。在布朗运动中,颗粒本身并不是分子,而是分子集团,所以颗粒无规则运动的轨迹不是分子无规则运动的轨迹,故C错误。当固态或液态颗粒很小时,能很长时间都悬浮在气体中,颗粒的运动属于布朗运动;固态或液态颗粒能长时间悬浮是受到气体分子无规则热运动撞击而导致的,不是浮力作用的结果,故D错误。扩散现象、布朗运动与热运动的比较扩散现象布朗运动热运动活动主体分子固体微小颗粒分子区别是分子的运动,发生在固体、液体、气体任何两种物质之间是比分子大得多的颗粒的运动,只能在液体、气体中发生是分子的运动,不能通过光学显微镜直接观察到共同点(1)都是无规则运动(2)都随温度的升高而更加激烈联系扩散现象、布朗运动都反映了分子做无规则的热运动考点三分子力、分子势能、温度与内能[素养自修类]1.[分子力的理解]图甲和图乙中的曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别描述了某物理量随分子之间的距离变化的规律,r0为平衡位置。现有如下物理量:①分子势能,②分子间引力,③分子间斥力,④分子间引力和斥力的合力,则曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的物理量可能是()A.①③② B.②④③C.④①③ D.①④③解析:D根据分子处于平衡位置(即分子之间距离为r0)时分子势能最小可知,曲线Ⅰ为分子势能随分子之间距离r变化的图像;根据分子处于平衡位置(即分子之间距离为r0)时分子力为零可知,曲线Ⅱ为分子力随分子之间距离r变化的图像;根据分子之间斥力和引力随分子之间距离的增大而减小可知,曲线Ⅲ为分子斥力或引力随分子之间距离r变化的图像。D正确。2.[分子势能的理解]甲分子固定在坐标原点O,只在两分子间的作用力作用下,乙分子沿x轴方向运动,两分子间的分子势能Ep与两分子间距离x的变化关系如图所示,设乙分子在移动过程中所具有的总能量为0,则下列说法正确的是()A.乙分子在P点时加速度最大B.乙分子在Q点时分子势能最小C.乙分子在Q点时处于平衡状态D.乙分子在P点时动能最大解析:D由题图可知,乙分子在P点时分子势能最小,此时乙分子受力平衡,甲、乙两分子间引力和斥力相等,乙分子所受合力为0,加速度为0,选项A错误;乙分子在Q点时分子势能为0,大于乙分子在P点时的分子势能,选项B错误;乙分子在Q点时与甲分子间的距离小于平衡距离,分子引力小于分子斥力,合力表现为斥力,所以乙分子在Q点所受合力不为0,故不处于平衡状态,选项C错误;乙分子在P点时,其分子势能最小,由能量守恒可知此时乙分子动能最大,选项D正确。3.[对内能的理解]关于分子动理论和物体的内能,下列说法正确的是()A.某种物体的温度为0℃,说明该物体中分子的平均动能为零B.当分子间的距离增大时,分子间的引力和斥力都增大但引力增大得更快,所以分子力表现为引力C.悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动D.物体的温度升高时,分子的平均动能一定增大,但内能不一定增大解析:D某种物体的温度为0℃,物体中分子的平均动能不为零,分子做永不停息的无规则热运动,温度是分子平均动能的标志,故A错误;当分子间的距离增大时,分子间的引力和斥力都减小,但斥力减小得更快,所以分子力表现为引力,故B错误;花粉是由花粉颗粒组成的,布朗运动是花粉颗粒的运动,不是花粉分子的热运动,是液体分子的热运动的反映,故C错误;温度从微观角度表示了大量分子无规则运动的剧烈程度,物体温度升高时,速率小的分子数目减少,速率大的分子数目增多,分子的平均动能一定增大,但内能不一定增大,故D正确。1.分子力与分子势能的比较分子力F分子势能Ep图像随分子间距离的变化情况r<r0F随r增大而减小,表现为斥力r增大,F做正功,Ep减小r>r0r增大,F先增大后减小,表现为引力r增大,F做负功,Ep增大r=r0F引=F斥,F=0Ep最小,但不为零r>10r0引力和斥力都很微弱,F=0Ep=02.分子动能、分子势能、内能、机械能的比较能量分子动能分子势能内能机械能定义分子无规则运动的动能由分子间相对位置决定的势能所有分子的热运动动能和分子势能的总和物体的动能、重力势能和弹性势能的总和决定因素温度(决定分子平均动能)分子间距温度、体积、物质的量跟宏观运动状态、参考系和零势能点的选取有关备注温度、内能等物理量只对大量分子才有意义,对单个或少量分子没有实际意义1.(2023·江苏连云港高三开学考试)下列现象中不能说明分子间存在分子力的是()A.空气容易被压缩 B.露珠呈现球形C.钢绳不易被拉断 D.水不容易压缩解析:A空气容易压缩是因为分子间距大,而不是因为分子间的作用力,不能说明分子间存在作用力,故A正确;露珠呈现球形,是由于液体表面张力,能说明分子间存在作用力,故B错误;钢绳不易被拉断,能说明分子间有引力,故C错误;水不容易压缩是因为分子间距小,轻微压缩都使分子力表现为斥力,能说明分子间存在作用力,故D错误。2.PM2.5是指空气中直径等于或小于2.5微米的悬浮颗粒物,其飘浮在空中做无规则运动,很难自然沉降到地面,吸入后对人体形成危害。矿物燃料燃烧的排放是形成PM2.5的主要原因。下列关于PM2.5的说法中正确的是()A.PM2.5的尺寸与空气中氧分子尺寸的数量级相当B.PM2.5在空气中的运动不属于布朗运动C.温度越低,PM2.5运动越剧烈D.倡导低碳生活,减少煤和石油等燃料的使用能有效减小PM2.5在空气中的浓度解析:DPM2.5的直径等于或小于2.5微米,而空气中氧分子尺寸的数量级为10-10m,故两者大小不相当,选项A错误;PM2.5在空气中的运动属于布朗运动,选项B错误;温度越高,PM2.5运动越剧烈,选项C错误;倡导低碳生活,减少煤和石油等燃料的使用能有效减小PM2.5在空气中的浓度,选项D正确。3.如图所示,让一个分子A不动,另一个分子B从无穷远处逐渐靠近A。设两个分子相距无穷远,它们的分子势能为0;B分子运动到距A为r0时,分子间作用力为零。在这个过程中()A.分子B受力的方向与运动方向相同时,分子势能减小B.分子间距离减小到r0的过程中,分子间的作用力增大C.分子之间的引力达到最大时,分子势能最小D.分子势能为零时,分子间的作用力一定为零解析:AB分子由无穷远靠近A分子,直至两分子间距为r0,这个过程中,分子力表现为引力,与运动方向相同,引力做正功,分子势能减小,A正确;分子间距离减小到r0的过程中,分子间的相互作用力先增大后减小,B错误;分子间的距离等于r0时,分子力为零,此时分子势能最小,C错误;分子势能最小时,分子间的作用力一定为零,而分子势能最小值不一定为零,D错误。4.分子力F随分子间距离r的变化如图所示,将两分子从相距r=r2处释放,仅考虑这两个分子间的作用,从r=r2到r=r1()A.分子间的引力先增大后减小B.分子间的斥力先减小后增大C.分子力的大小先减小后增大D.分子势能先减小后增大解析:D两分子间距从r2减小到r1的过程中,分子间的引力和斥力均变大,选项A、B错误;分子力先表现为引力,先增加后减小,后表现为斥力逐渐变大,选项C错误;分子力先做正功,后做负功,分子势能先减小后增加,选项D正确。5.关于物体的内能,下列说法正确的是()A.相同质量的两种物质,升高相同的温度,内能的增加量一定相同B.物体的内能改变时温度也一定改变C.内能与物体的温度有关,所以0℃的物体内能为零D.分子数和温度相同的物体不一定具有相同的内能解析:D相同质量的同种物质,升高相同的温度,吸收的热量相同,相同质量的不同种物质,升高相同的温度,吸收的热量不同,故A错误;物体内能改变时温度不一定改变,比如零摄氏度的冰融化为零摄氏度的水,内能增加,故B错误;分子在永不停息地做无规则运动,可知任何物体在任何状态下都有内能,故C错误;物体的内能与分子数、物体的温度和体积三个因素有关,分子数和温度相同的物体不一定有相同的内能,故D正确。6.小张在显微镜下观察水中悬浮的细微粉笔末的运动从A点开始,他把小颗粒每隔20s的位置记录在坐标纸上,依次得到B、C、D等这些点,把这些点连线形成如图所示折线图,则关于该粉笔末的运动,下列说法不正确的是()A.该折线图是粉笔末的运动轨迹B.粉笔末的无规则运动反映了水分子的无规则运动C.粉笔末由B到C的平均速度小于由C到D的平均速度D.若改变水的温度,再记录一张图,则仅从图上不能确定记录哪一张图时的温度高解析:A该折线图不是粉笔末的实际运动轨迹,分子运动是无规则的,故A错误;粉笔末受到水分子的碰撞,做无规则运动,所以粉笔末的无规则运动反映了水分子的无规则运动,故B正确;任意两点之间的时间间隔是相等的,位移越大,则平均速度就越大,所以粉笔末由B到C的平均速度小于由C到D的平均速度,故C正确;由于运动的无规则性,所以我们无法仅从图上就确定哪一张图的温度高,故D正确。7.(2023·江苏扬州模拟预测)快递公司用充气的塑料袋包裹物品,一个塑料袋内气体在标准状况下体积为448mL,已知气体在标准状态下的摩尔体积V0=22.4L/mol,阿伏加德罗常数NA=6.0×1023mol-1,则塑料袋内气体分子数为()A.1.2×1021个 B.1.2×1022个C.1.2×1023个 D.1.2×1024个解析:B由题意可知,塑料袋内气体的物质的量为n=VV0,包含分子数为N=nNA,联立代入数据可解得N=1.2×1022,A、C、D错误,B8.(2023·江苏无锡调研)运用分子动理论的相关知识,判断下列说法正确的是()A.气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数仅与单位体积内的分子数有关B.某气体的摩尔体积为V,每个分子的体积为V0,则阿伏加德罗常数可表示为NA=VC.阳光从缝隙射入教室,从阳光中看到的尘埃运动是布朗运动D.生产半导体器件时需要在纯净的半导体材料中掺入其他元素,这可以在高温条件下利用分子的扩散来完成解析:D气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数,与单位体积内的分子数及温度有关,还与分子平均速率有关,选项A错误;由于分子的无规则运动,气体的体积可以占据很大的空间,故不能用摩尔体积除以分子体积得到阿伏加德罗常数,选项B错误;做布朗运动的微粒非常小,肉眼是看不到的,阳光从缝隙射入教室,从阳光中看到的尘埃运动是机械运动,不是布朗运动,选项C错误;扩散可以在固体中进行,生产半导体器件时需要在纯净的半导体材料中掺入其他元素,这可以在高温条件下利用分子的扩散来完成,选项D正确。9.如图所示,将甲分子固定于坐标原点O处,乙分子放置于r轴上距离O点很远的r4处,r1、r2、r3为r轴上的三个特殊的位置,甲、乙两分子间的作用力F和分子势能Ep随两分子间距离r的变化关系分别如图中两条曲线所示,设两分子间距离很远时,Ep=0。现把乙分子从r4处由静止释放,下列说法中正确的是()A.虚线为F-r图线、实线为Ep-r图线B.当分子间距离r<r2时,甲、乙两分子间只有斥力,且斥力随r减小而增大C.乙分子从r4到r2做加速度先增大后减小的加速运动,从r2到r1做加速度增大的减速运动D.乙分子从r4到r2的过程中,分子势能先增大后减小,在r1位置时分子势能最小解析:C由于分子间的距离等于平衡位置的距离时,分子势能最小,所以虚线为分子势能图线(Ep-r图线),实线为分子间作用力图线(F-r图线),选项A错误;由于分子是由带正电荷的原子核和带负电荷的电子组成的,所以无论两个分子之间的距离多大,分子之间既存在斥力,又存在引力,选项B错误;乙分子从r4到r2所受的分子力(表现为引力)先增大后减小,根据牛顿第二定律,乙分子做加速度先增大后减小的加速运动,乙分子从r2到r1所受的分子力(表现为斥力)一直增大,根据牛顿第二定律,乙分子做加速度增大的减速运动,选项C正确;根据分子势能图线可知,乙分子从r4到r1的过程中,分子势能先减小后增大,在r2位置时分子势能最小,选项D错误。10.如图,用温度计测量质量已知的甲、乙、丙三杯水的温度,根据测量结果可以知道()A.甲杯中水的内能最多B.甲、乙杯中水的内能一样多C.丙杯中水分子的平均动能最大D.甲杯中水分子的平均动能小于乙杯中水分子的平均动能解析:C甲杯中水的质量最小,温度和乙杯中的相同且小于丙杯中的,故甲杯中水的内能最小,A、B错误;丙杯中水的温度最高,水分子的平均动能最大,C正确;甲、乙杯中水的温度相同,水分子的平均动能相同,D错误。11.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Vmol=Mρ=1.8×10-21.0×103m3/mol=1水分子数N=VNAVmol=1.0×103(2)建立水分子的球体模型有VmolNA=16可得水分子直径d=36VmolπNA=36×1.8×10-答案:(1)3×1025个(2)4×10-10m12.已知氧气分子的质量m=5.3×10-26kg,标准状况下氧气的密度ρ=1.43kg/m3,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol-1,求:(计算结果均保留两位有效数字)(1)氧气的摩尔质量;(2)标准状况下氧气分子间的平均距离;(3)标准状况下1cm3的氧气中含有的氧气分子数。解析:(1)根据公式,氧气的摩尔质量为M=NAm=6.02×1023×5.3×10-26kg/mol≈3.2×10-2kg/mol。(2)根据公式,可得标准状况下氧气的摩尔体积V=M所以每个氧气分子所占空间体积V0=VNA而每个氧气分子占有的体积可以看成是棱长为a的立方体,即V0=a3则a3=M故a=3MρNA=33.2×10-21.43×6(3)1cm3氧气的质量为m'=ρV'=1.43×1×10-6kg=1.43×10-6kg则1cm3氧气中含有的氧气分子个数N=m'm=1.43×10-65.3×1答案:(1)3.2×10-2kg/mol(2)3.3×10-9m(3)2.7×1019个第2节固体、液体和气体一、固体和液体1.固体(1)固体分为晶体和非晶体两类。石英、云母、明矾、食盐、味精、蔗糖等是晶体。玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是非晶体。(2)单晶体具有规则的几何形状,多晶体和非晶体没有规则的几何形状;晶体有确定的熔点,非晶体没有确定的熔点。(3)有些晶体沿不同方向的导热或导电性能不同,有些晶体沿不同方向的光学性质不同,这类现象称为各向异性。非晶体和多晶体在各个方向的物理性质都是一样的,这叫作各向同性。2.液体(1)液体的表面张力:液体表面的分子之间的作用力表现为引力,它的作用是能使液体表面绷紧,所以叫作液体的表面张力。(2)毛细现象:指浸润液体在细管中上升的现象,以及不浸润液体在细管中下降的现象,毛细管越细,毛细现象越明显。3.液晶(1)具有液体的流动性。(2)具有晶体的光学各向异性。(3)从某一方向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。二、气体1.气体压强(1)产生的原因由于大量气体分子无规则运动而碰撞器壁,形成对器壁各处均匀、持续的压力,作用在器壁单位面积上的压力叫作气体的压强。(2)决定因素①宏观上:决定于气体的温度和体积。②微观上:决定于分子的平均动能和分子的密集程度。2.理想气体(1)从宏观上来讲,理想气体是指在任何温度、任何压强下都遵从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)从微观上来讲,理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力,所以理想气体无分子势能。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,其体积与热力学温度成正比表达式p1V1=p2V2p1T1=p2V1T1=V2图像4.理想气体的状态方程一定质量的理想气体的状态方程:p1V1T1=p5.对气体实验定律的微观解释一定质量的某种理想气体,温度保持不变时,分子的平均动能是一定的。在这种情况下,体积减小时,分子的密集程度增大,气体的压强就增大。这就是玻意耳定律的微观解释。一定质量的某种理想气体,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,气体的压强就增大。这就是查理定律的微观解释。一定质量的某种理想气体,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。这就是盖—吕萨克定律的微观解释。下雪了,晶莹的雪花像轻盈的玉蝴蝶在翩翩起舞,雪花的形状如图所示。(1)一片雪花大约由1000个水分子组成。(×)(2)雪花具有各向异性。(×)(3)雪花飞舞时,说明分子在做无规则运动。(×)(4)没有两片雪花是相同的,因此雪花不属于晶体。(×)(5)雪花是水蒸气凝华时形成的晶体。(√)考点一固体、液体的性质气体分子动理论[素养自修类]1.[固体的性质](2023·江苏省昆山中学一模)2020年,“嫦娥五号”探测器胜利完成月球采样任务并返回地球。探测器上装有用石英制成的传感器,其受压时表面会产生大小相等、符号相反的电荷“压电效应”。如图所示,石英晶体沿垂直于x轴晶面上的压电效应最显著。石英晶体()A.没有确定的熔点B.具有各向同性的压电效应C.没有确定的几何形状D.是单晶体解析:D晶体有确定的熔点,非晶体没有确定的熔点,石英是单晶体,有确定的熔点,有确定的几何形状,A、C错误,D正确;沿垂直于x轴晶面上的压电效应最显著,其他方向不明显,故具有各向异性的压电效应,B错误。2.[液体的性质](2023·江苏南京二模)“挤毛巾”和“液桥”都是国际空间站展示的有趣实验。宇航员先将干毛巾一端沾水后能使得整个毛巾完全浸湿,然后再用双手试图拧干,只见毛巾被挤出的水像一层果冻一样紧紧地吸附在毛巾的外表面,宇航员的手也粘有一层厚厚的水。2022年3月23日,我国宇航员王亚平在空间站做了“液桥实验”,如图所示。关于这两个现象的描述不正确的是()A.在地球上将湿毛巾能“拧干”是因为水不能浸润毛巾B.干毛巾沾水变得完全浸湿是毛细现象C.水对宇航员的手和液桥板都是浸润的D.“液桥”实验装置脱手后两液桥板最终合在一起,这是水的表面张力在起作用解析:A水能浸润毛巾,在地球上将湿毛巾能“拧干”是因为重力的作用,故A错误;水是可以浸润毛巾的,毛巾中有很多的小缝隙,就相当于有很多的玻璃管,水会往毛巾缝隙扩散,干毛巾沾水变得完全浸湿是毛细现象,故B正确;浸润指液体与固体发生接触时,液体附着在固体表面或渗透到固体内部的现象,此时对该固体而言,该液体叫作浸润液体,水对宇航员的手和液桥板都是浸润的,故C正确;“液桥”实验装置脱手后两液桥板最终合在一起,这是水的表面张力在起作用,故D正确。3.[液晶的特点]关于液晶,下列说法中正确的是()A.液晶是液体和晶体的混合物B.液晶的光学性质与某些晶体相似,具有各向异性C.电子手表中的液晶在外加电压的影响下,能够发光D.所有物质都具有液晶态解析:B液晶并不是指液体和晶体的混合物,是一种特殊的物质,液晶像液体一样具有流动性,液晶的光学性质与某些晶体相似,具有各向异性,故A错误,B正确;当液晶通电时导通,排列变得有秩序,使光线容易通过,不通电时排列混乱,阻止光线通过,所以液晶的光学性质随外加电压的变化而变化,液晶并不发光,故C错误;不是所有的物质都有液晶态,故D错误。4.[气体分子的运动特点](2023·江苏盐城月考)如图所示,测量分子速率分布的装置示意图。圆筒绕其中心匀速转动,侧面开有狭缝N,内侧贴有记录薄膜,M为正对狭缝的位置。从原子炉R中射出的银原子蒸气穿过屏上S缝后进入狭缝N,在圆筒转动半个周期的时间内相继到达并沉积在薄膜上,展开的薄膜上银原子的分布最接近图中的()解析:C根据气体分子速率分布规律可知速率很大和速率很小的分子比例较小,而速率中等的分子比例较大。根据圆筒转动的情况可知,速率越大的银原子所到达的位置越靠近M,速率越小的银原子所到达的位置越靠近N,速率中等的银原子所到达的位置分布在Q点附近,所以M和N附近银原子分布较少,Q点附近银原子分布较多,故选C。1.晶体和非晶体的理解(1)凡是具有确定熔点的物体必定是晶体,反之,必是非晶体。(2)凡是具有各向异性的物体必定是晶体,且是单晶体。(3)单晶体具有各向异性,但不是在各种物理性质上都表现出各向异性。(4)晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。2.液体表面张力的理解形成原因表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大,分子间的相互作用力表现为引力表面特性表面层分子间的引力使液面产生了表面张力,使液体表面好像一层绷紧的弹性薄膜表面张力的方向和液面相切,垂直于液面上的各条分界线表面张力的效果表面张力使液体表面具有收缩趋势,使液体表面积趋于最小,而在体积相同的条件下,球形的表面积最小典型现象球形液滴、肥皂泡、涟波、毛细现象、浸润和不浸润3.气体分子动理论(1)气体分子间的作用力:气体分子之间的距离远大于分子直径,气体分子之间的作用力十分微弱,可以忽略不计,气体分子间除碰撞外无相互作用力。(2)气体分子的速率分布:表现出“中间多,两头少”的统计分布规律。(3)气体分子的运动方向:气体分子的运动是杂乱无章的,但向各个方向运动的机会均等。(4)气体分子的运动与温度的关系:温度一定时,某种气体分子的速率分布是确定的,速率的平均值也是确定的,温度升高,气体分子的平均速率增大,但不是每个分子的速率都增大。考点二气体压强的产生与计算[多维探究类]1.平衡状态下封闭气体压强的求法力平衡法选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析,得到液柱(或活塞)的受力平衡方程,求得气体的压强等压面法在连通器中,同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等。液体内深h处的总压强p=p0+ρgh,p0为液面上方的压强液片法选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象,分析液片两侧受力情况,建立平衡方程,消去面积,得到液片两侧压强相等的方程,求得气体的压强2.加速运动系统中封闭气体压强的求法选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象,进行受力分析,利用牛顿第二定律列方程求解。考法一活塞封闭气体压强的计算【典例1】如图甲、乙所示两个汽缸的质量均为M,内部横截面积均为S,两个活塞的质量均为m,图甲中的汽缸静止在水平面上,图乙中的活塞和汽缸竖直悬挂在天花板下。两个汽缸内分别封闭有一定质量的气体A、B,大气压强为p0,重力加速度为g,求封闭气体A、B的压强各多大?解析题图甲中选活塞为研究对象,受力分析如图(a)所示,由平衡条件知pAS=p0S+mg,解得pA=p0+mg题图乙中选汽缸为研究对象,受力分析如图(b)所示,由平衡条件知p0S=pBS+Mg,解得pB=p0-MgS答案p0+mgSp0-考法二液柱封闭气体压强的计算【典例2】若已知大气压强为p0,图中各装置均处于静止状态,液体密度均为ρ,重力加速度为g,求各被封闭气体的压强。解析在题图甲中,以高为h的液柱为研究对象,由平衡条件知p甲S+ρghS=p0S所以p甲=p0-ρgh在题图乙中,以B液面为研究对象,由平衡条件知(pA+ρgh)S=p0S所以p乙=pA=p0-ρgh在题图丙中,以B液面为研究对象,由平衡条件有pA'S+ρghsin60°·S=p0S所以p丙=pA'=p0-32在题图丁中,以液面A为研究对象,由平衡条件得p丁S=(p0+ρgh1)S所以p丁=p0+ρgh1。答案甲:p0-ρgh乙:p0-ρgh丙:p0-32ρgh丁:p0+ρgh考点三气体实验定律和理想气体状态方程的应用[多维探究类]1.理想气体状态方程与气体实验定律的关系p1V适用条件:一定质量的某种理想气体。2.解决问题的基本思路考法一“汽缸”类问题【典例3】如图所示,质量m1=20kg、高h=1.1m的导热圆柱形汽缸内,有一质量m2=10kg、面积S=1×10-2m2的光滑活塞,通过轻绳悬挂在天花板上,缸内封住了一定质量的理想气体,活塞恰好在距缸底h2处,整个装置均处于静止状态。已知外界大气压强p0=1×105Pa,取重力加速度大小g=10m/s2,环境的热力学温度恒为300K(1)求活塞平衡时与缸底的距离;(2)若对缸内气体缓慢加热,使活塞恰好能到达汽缸顶部,求此时缸内气体的热力学温度。解析(1)汽缸悬挂时,对汽缸有p1S+m1g=p0S汽缸放在水平地面上时,对活塞有p2S=m2g+p0S该过程气体做等温变化,有p1h2S=p2hx解得hx=0.4m。(2)对缸内气体加热,气体做等压变化,则有hxST1=hST2,解得T答案(1)0.4m(2)825K|解题技法|解决汽缸类问题的一般思路(1)弄清题意,确定研究对象。一般研究对象分两类:一类是热学研究对象(一定质量的理想气体);另一类是力学研究对象(汽缸、活塞或某系统)。(2)分析物理过程,分析初、末状态及状态变化过程,依据气体实验定律或理想气体状态方程列出方程;对力学研究对象要正确地进行受力分析,依据力学规律列出方程。(3)注意挖掘题目中的隐含条件,如几何关系、体积关系等,列出辅助方程。(4)多个方程联立求解。对求解的结果注意分析它们的合理性。考法二“液体”类问题【典例4】如图,两侧粗细均匀、横截面积相等、高度均为H=18cm的U型管,左管上端封闭,右管上端开口。右管中有高h0=4cm的水银柱,水银柱上表面离管口的距离l=12cm。管底水平段的体积可忽略。环境温度T1=283K,大气压强p0=76cmHg。(1)现从右侧端口缓慢注入水银(与原水银柱之间无气隙),恰好使水银柱下端到达右管底部。此时水银柱的高度为多少?(2)再将左管中密封气体缓慢加热,使水银柱上表面恰与右管口平齐,此时密封气体的温度为多少?解析(1)设密封气体初始体积为V1,压强为p1,左、右管的截面积均为S,密封气体先经等温压缩过程体积变为V2,压强变为p2。由玻意耳定律有p1V1=p2V2,①设注入水银后水银柱高度为h,水银的密度为ρ,按题设条件有p1=p0+ρgh0②p2=p0+ρgh③V1=(2H-l-h0)S,V2=HS④联立①②③④式并代入题给数据得h=12.9cm。⑤(2)密封气体再经等压膨胀过程体积变为V3,温度变为T2,由盖—吕萨克定律有V2T1按题设条件有V3=(2H-h)S⑦联立④⑤⑥⑦式并代入题给数据得T2=363K。答案(1)12.9cm(2)363K|解题技法|解答液柱类问题的几个注意事项解答液柱类问题的关键是封闭气体压强的计算,而求液柱封闭的气体压强时,一般以液柱为研究对象分析受力、列平衡方程,要注意:(1)液体因重力产生的压强大小为p=ρgh(其中h为液柱的竖直高度);(2)不要漏掉大气压强;(3)有时可直接应用连通器原理——连通器内静止的液体,同种液体在同一水平面上各处压强相等;(4)当液体为水银时,可灵活应用压强单位“cmHg”等,使计算过程简捷。考法三关联气体问题【典例5】(2022·河北高考)水平放置的气体阻尼器模型截面如图所示,汽缸中间有一固定隔板,将汽缸内一定质量的某种理想气体分为两部分,“H”型连杆活塞的刚性连杆从隔板中央圆孔穿过,连杆与隔板之间密封良好。设汽缸内、外压强均为大气压强p0。活塞面积为S,隔板两侧气体体积均为SL0,各接触面光滑。连杆的截面积忽略不计。现将整个装置缓慢旋转至竖直方向,稳定后,上部气体的体积为原来的12(1)此时上、下部分气体的压强;(2)“H”型连杆活塞的质量(重力加速度大小为g)。解析(1)旋转前后,上部分气体发生等温变化,根据玻意尔定律可知p0·SL0=p1·12SL解得旋转后上部分气体压强为p1=2p0旋转前后,下部分气体发生等温变化,下部分气体体积增大为12SL0+SL0=32SL0,则p0·SL0=p2·3解得旋转后下部分气体压强为p2=23p0(2)对“H”型连杆活塞整体受力分析,活塞的重力mg竖直向下,上部分气体对活塞的作用力竖直向上,下部分气体对活塞的作用力竖直向下,大气压力上下部分抵消,根据平衡条件可知p1S=mg+p2S解得活塞的质量为m=4p答案(1)2p023p0(2)|解题技法|关联气体问题的处理技巧对各部分气体要独立进行状态分析,要确定每个研究对象的状态变化的特点,分别应用相应的实验定律,并充分应用各研究对象之间的压强、体积、温度等量的有效关联;若活塞可自由移动,一般要根据活塞的平衡条件确定两部分气体的压强关系。考点四气体状态变化的图像问题[互动共研类]气体图像的比较##等温变化#等容变化#等压变化图像p-V图像p-1Vp-T图像V-T图像特点pV=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=CT1V,斜率k=CTp=CVT,斜率k=CV=CpT,斜率k=C注意:上表中各个常量“C”的意义有所不同。(可以根据克拉伯龙方程pV=nRT确定各个常量“C”的意义)【典例6】一定质量的理想气体经历了温度缓慢升高的变化,如图所示,p-T和V-T图像各记录了其部分变化过程,试求:(1)温度600K时气体的压强;(2)在p-T图像上将温度从400K升高到600K的变化过程补充完整。解析(1)已知p1=1.0×105Pa,V1=2.5m3,T1=400K,V2=3m3,T2=600K,由理想气体状态方程有p1V解得p2=p1V1T2T1V2=(2)气体从T1=400K升高到T3=500K,经历了等容变化,由查理定律:p1T1=p3T3,得气体压强p3=1.气体从T3=500K变化到T2=600K,经历了等压变化,画出两段直线如图。答案(1)1.25×105Pa(2)见解析图|规律方法|气体状态变化图像的分析方法(1)明确点、线的物理意义:图像上的点表示一定质量的理想气体的一个平衡状态,它对应着三个状态参量;图像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。(2)明确图像斜率的物理意义:在V-T图像(p-T图像)中,比较两个状态的压强(或体积)大小,可以比较这两个状态到原点连线的斜率的大小,其规律是:斜率越大,压强(或体积)越小;斜率越小,压强(或体积)越大。(3)明确图像面积的物理意义:在p-V图像中,p-V图线与V轴所围面积表示气体对外界或外界对气体所做的功。1.[p-V图像的理解及应用]如图所示,一定质量的气体由状态A变到状态B再变到状态C的过程,A、C两点在同一条双曲线上,则此变化过程中()A.从A到B的过程温度升高B.从B到C的过程温度升高C.从A到C的过程温度先降低再升高D.A点的温度高于C点的温度解析:A从A到B发生等压变化,根据盖—吕萨克定律,体积与热力学温度成正比,体积增大,温度升高,故从A到B过程温度升高,A正确;从B到C过程发生等容变化,根据查理定律,压强与热力学温度成正比,压强减小,温度降低,故从B到C过程温度下降,B错误;由A、B分析知,从A到C过程温度先升高后降低,C错误;A、C两点在同一条双曲线上,可知,图中虚线是等温线,A、C两点温度相等,D错误。2.[p-T图像的理解及应用]如图所示,一汽缸固定在水平地面上,用重力不计的活塞封闭着一定质量的气体。已知汽缸不漏气,活塞移动过程中与汽缸内壁无摩擦。初始时,外界大气压强为p0,活塞紧压小挡板。现缓慢升高汽缸内气体的温度,则下列图中能反映汽缸内气体的压强p随热力学温度T变化的图像是()解析:B当缓慢升高汽缸内气体温度时,开始一段时间气体发生等容变化,根据查理定律可知,缸内气体的压强p与汽缸内气体的热力学温度T成正比,在p-T图像中,图线是过原点的倾斜直线;当活塞开始离开小挡板时,缸内气体的压强等于外界的大气压,气体发生等压膨胀,在p-T图像中,图线是平行于T轴的直线,B正确。3.[V-T图像的理解及应用]如图所示,一定质量的理想气体,从图示A状态开始,经历了B、C状态,最后到D状态,下列判断正确的是()A.A→B过程温度升高,压强变大B.B→C过程体积不变,压强变小C.B→C过程体积不变,压强不变D.C→D过程温度不变,压强变小解析:B由题图可知,在A→B的过程中,气体温度升高,体积变大,且体积与温度成正比,由pVT=C可知,气体压强不变,故选项A错误;在B→C的过程中,体积不变,而温度降低,由pVT=C可知,气体压强变小,故选项B正确,C错误;在C→D的过程中,气体温度不变,体积变小,由pVT=C可知,气体压强变大,故选项“融会贯通”归纳好理想气体的四类“变质量”问题气体实验定律及理想气体状态方程的适用对象都是一定质量的理想气体,但在实际问题中,常遇到气体的变质量问题;气体的变质量问题,可以通过巧妙地选择合适的研究对象,把“变质量”问题转化为“定质量”的问题,从而可以利用气体实验定律或理想气体状态方程求解,常见以下四种类型。类型一充气问题在充气时,以充进容器内的气体和容器内的原有气体为研究对象时,这些气体的质量是不变的。这样,可将“变质量”的问题转化成“定质量”问题。【典例1】(2023·江苏海安市南莫中学高三开学考试)如图所示是防疫期间用来喷洒消毒液的小型压缩喷雾器。其贮液筒A的容积为7.5L,现装入6L的药液。关闭阀门K,用打气筒B每次打入1×105Pa的空气300cm3。设下列过程中温度都保持不变。(p0=1.0×105Pa)(1)打气筒B按压20次,求药液上方气体的压强p1;(2)打气筒B按压20次后打开K喷射药液,当储液桶中药液上方气体的压强p2=1.5×105Pa时,贮液筒内还剩余药液的体积V。(细小喷射管中的体积可以忽略)解析(1)选贮液筒内原有气体和打入的气体为研究对象,由玻意耳定律得p0V0=p1V1,得p1=p0V0V1=1×105×(7(2)选所有气体为研究对象,由玻意耳定律得p2V2=p1V1,得V2=p1V1p2=5×105×(7.5-6)1.5×105L=5L,则贮液筒内还剩余药液的体积V=7.5L答案(1)5×105Pa(2)2.5L类型二抽气问题在对容器抽气的过程中,对每一次抽气而言,气体质量发生变化,解决该类变质量问题的方法与充气(打气)问题类似:假设把每次抽出的气体包含在气体变化的始末状态中,即用等效法把“变质量”问题转化为“定质量”的问题。【典例2】(2023·江苏如皋模拟)新冠疫情期间,武汉市医疗物资紧缺,全国各地纷纷支援,其中北方某地支援武汉大批钢瓶氧气。每瓶钢瓶的容积为V0=60L,在北方测得氧气压强为p=5×106Pa,温度为t=7℃。长途运输到医院后,温度升到t'=27℃,经质量测量发现漏气2%。实际使用过程中,先用如图所示的活塞式抽气筒与氧气瓶连通缓慢抽气,再充到真空小钢瓶中,然后供病人使用。(不考虑抽气分装过程中的漏气和温度变化,0℃对应的热力学温度为273K)(1)氧气瓶运到医院后氧气的压强为多少?(2)若活塞式抽气筒第一次抽气时,抽出氧气体积为ΔV=10L,为了使第二次抽出氧气的质量与第一次相同,第二次抽气时,抽气筒内氧气体积应为多少?解析(1)选择氧气瓶到医院后剩余气体为研究对象,这部分气体在北方时的体积为V0(1-2%),根据理想气体状态方程可得pV0×(1-2%)T1=p'V0(2)第一次抽气,根据玻意耳定律可得p'V0=p1(V0+ΔV),第二次抽气,根据玻意耳定律可得p1V0=p2(V0+ΔV'),理想气体状态方程为pV=mMRT,两次抽出气体的质量相同,则pV乘积相等,满足p1ΔV=p2ΔV',代入数据解得ΔV'=12L答案(1)5.25×106Pa(2)12L类型三气体分装问题将一个大容器里的气体分装到多个小容器中的问题也是变质量问题,分析这类问题时,可以把大容器中的气体和多个小容器中的气体作为一个整体来进行研究,即可将“变质量”问题转化为“定质量”问题。【典例3】某容积为20L的氧气瓶装有30atm的氧气,现把氧气分装到容积为5L的小钢瓶中,使每个小钢瓶中氧气的压强为5atm,若每个小钢瓶中原有氧气压强为1atm,问能分装多少瓶?(设分装过程中无漏气,且温度不变)解析设最多能分装n个小钢瓶,并选取氧气瓶中的氧气和n个小钢瓶中的氧气整体为研究对象。因为分装过程中温度不变,故遵循玻意耳定律。分装前整体的状态:p1=30atm,V1=20L;p2=1atm,V2=5nL分装后整体的状态:p1'=5atm,V1'=20L;p2'=5atm,V2'=5nL根据玻意耳定律,有p1V1+p2V2=p1'V1'+p2'V2'代入数据解得n=25(瓶)。答案25瓶类型四漏气问题容器漏气过程中气体的质量不断发生变化,属于变质量问题,如果选容器内剩余气体和漏掉的气体为研究对象,便可使“变质量”转化成“定质量”问题。【典例4】(2023·江苏适应性考试)某汽车在开始行驶时,仪表显示其中一只轮胎的气体压强为2.5×105Pa,温度为27℃。已知轮胎容积为3×10-2m3,且在行驶过程中保持不变。(1)当行驶一段时间后,该轮胎的气体压强增加到2.7×105Pa,求此时气体的热力学温度;(2)在继续行驶的过程中气体的温度保持不变,由于漏气导致气体压强逐渐减小到2.5×105Pa,求漏气前后轮胎中气体质量的比值。解析(1)轮胎内气体做等容变化,由查理定律得p1T1=p2T2,解得T2=p2p1T1(2)设轮胎不漏气的体积为V3,由玻意耳定律得p3V3=p2V2,解得V3V2=p2p3,代入数据得V答案(1)324K(2)271.(2022·江苏高考)自主学习活动中,同学们对密闭容器中的氢气性质进行讨论,下列说法中正确的是()A.体积增大时,氢气分子的密集程度保持不变B.压强增大是因为氢气分子之间斥力增大C.因为氢气分子很小,所以氢气在任何情况下均可看成理想气体D.温度变化时,氢气分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化解析:D密闭容器中的氢气质量不变,分子个数不变,根据n=N0V可知当体积增大时,单位体积的个数变小,分子的密集程度变小,故A错误;气体压强产生的原因是大量气体分子对容器壁的持续的、无规则撞击产生的,压强增大并不是因为分子间斥力增大,故B错误;普通气体在温度不太低,压强不太大的情况下才能看成理想气体,故C错误;温度是气体分子平均动能的标志,大量气体分子的速率呈现“中间多,两边少”的规律,温度变化时,大量分子的平均速率会变化,即分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化,故D2.(2023·江苏南京外国语学校模拟预测)用纸折一只小船静放水面,在船尾P附近沾一点洗洁精,小船会自动加速前进一小段距离,如图甲。现将两纸片a和b对称静放在水盆中的水面中心O两侧,如图乙()A.小船自动加速前进是因为加入洗洁精后表面张力变大了的缘故B.小船自动加速前进是因为水的表面张力做功的缘故C.若在O处滴入少量洗洁精,纸片a和b会绕O点做匀速圆周运动D.若在O处滴入少量洗洁精,纸片a和b会立即向O点运动解析:B小船自动加速前进是因为沾一点洗洁精会减小水的表面张力,与小船另一侧的水面张力不一样大,故小船会移动,表面张力做功,故A错误,B正确;若在O处滴入少量洗洁精,纸片a和b会向远离O点的方向运动,故C、D错误。3.(2023·江苏苏锡常二模)某同学将一个表面洁净、两端开口的细直玻璃管竖直插入不同液体中,他用放大镜观察,能看到的情景是()解析:C图A中液体与玻璃管表现为不浸润,即附着层内分子间引力表现为引力,附着层有收缩的趋势,液体表面张力会对管中的液体形成向下的拉力,则管内的液面会稍微低于管外的液面高度,故A错误;图B中的液体与玻璃管外部表现为不浸润,而在管内部表现为浸润,这是相互矛盾的,故B错误;图C中液体与玻璃管表现为不浸润,即附着层内分子间引力表现为引力,附着层有收缩的趋势,液体表面张力会对管中的液体形成向下的拉力,则管内的液面会稍微低于管外的液面高度,故C正确;图D中的液体与玻璃管表现为浸润,即附着层内分子间引力表现为斥力,附着层有扩展的趋势,此时液体表面张力会对管中的液体形成一个向上的拉力,则管内的液面会稍微高于管外的液面高度,故D错误。4.(2023·江苏苏锡常二模)如图甲所示,竖直放置的均匀细管上端封闭,下端开口,中间有两段水银柱分别封闭了两部分气体,用记号笔在玻璃管上A处做一标记(即图中虚线位置)。轻弹甲图中细管使两段水银柱及被封闭的两段气柱分别合在一起成图乙状,这一过程中封闭气体和水银均没有从试管中漏出,且温度不变,则合并后的水银柱下端处于玻璃管上()A.A处的下方B.A处的上方C.位置不变,还处于AD.无法判断,以上都有可能解析:A把之前封闭的气体分为上、下两部分,上部分变化后压强不变,温度不变,则体积保持不变;下部分气体压强变小,温度不变,由玻意耳定律知其体积变大,因此稳定后水银下端应在A处的下方,故A正确,B、C、D错误。5.一定质量的理想气体从状态a开始,经历ab、bc、ca三个过程回到原状态,其p-T图像如图所示,下列判断正确的是 ()A.状态a的体积等于状态b的体积B.状态b的体积大于状态c的体积C.状态b分子的平均动能最小D.状态c分子的平均动能最小解析:A根据p=CVT可知,a、b在同一条等容线上,即状态a的体积等于状态b的体积,A正确;因b点与原点连线的斜率大于c点与原点连线的斜率,可知状态b的体积小于状态c的体积,B错误;因为a状态对应的温度最低,b、c两状态对应的温度最高,可知状态a分子的平均动能最小,状态b、c分子的平均动能最大,C、D错误6.一定质量的理想气体经历一系列状态变化,其p-1V图像如图所示,变化顺序为a→b→c→d→a,图中ab段延长线过坐标原点,cd线段与p轴垂直,da线段与1V轴垂直。则(A.a→b,压强减小、温度降低、体积增大B.b→c,压强增大、温度降低、体积减小C.c→d,压强不变、温度降低、体积减小D.d→a,压强减小、温度升高、体积不变解析:C由图像可知,a→b过程,气体压强减小而体积增大,气体的压强与体积倒数成正比,则压强与体积成反比,气体发生的是等温变化,故A错误;由理想气体状态方程pVT=C可知p1V=CT,由题图可知,连接Ob的直线的斜率小,所以b对应的温度低,b→c过程温度升高,由图像可知,同时压强增大,且体积也增大,故B错误;由图像可知,c→d过程,气体压强p不变而体积V变小,由理想气体状态方程pVT=C可知气体温度降低,故C正确;由图像可知,d→a过程,气体体积V不变,压强p变小,由理想气体状态方程pVT=C可知,气体温度降低7.(2021·河北高考)某双层玻璃保温杯夹层中有少量空气,温度为27℃时,压强为3.0×103Pa。(1)当夹层中空气的温度升至37℃,求此时夹层中空气的压强;(2)当保温杯外层出现裂隙,静置足够长时间,求夹层中增加的空气质量与原有空气质量的比值,设环境温度为27℃,大气压强为1.0×105Pa。解析:(1)由题意可知夹层中的气体发生等容变化,根据理想气体状态方程可知p1T代入数据解得p2=3.1×103Pa。(2)当保温杯外层出现裂缝后,静置足够长时间,则夹层压强和大气压强相等,设夹层体积为V,以静置后的所有气体为研究对象,有p0V=p1V1解得V1=1003则增加空气的体积为ΔV=V1-V=973所以增加的空气质量与原有空气质量之比为Δmm=ΔV答案:(1)3.1×103Pa(2)978.(2022·湖南高考)如图,小赞同学设计了一个液体拉力测量仪。一个容积V0=9.9L的导热汽缸下接一圆管,用质量m1=90g、横截面积S=10cm2的活塞封闭一定质量的理想气体,活塞与圆管壁间摩擦不计。活塞下端用轻质细绳悬挂一质量m2=10g的U形金属丝,活塞刚好处于A位置。将金属丝部分浸入待测液体中,缓慢升起汽缸,使金属丝从液体中拉出,活塞在圆管中的最低位置为B。已知A、B间距离h=10cm,外界大气压强p0=1.01×105Pa,重力加速度g取10m/s2,环境温度保持不变。求(1)活塞处于A位置时,汽缸中的气体压强p1;(2)活塞处于B位置时,液体对金属丝拉力F的大小。解析:(1)选活塞与金属丝整体为研究对象,根据平衡条件有p0S=p1S+(m1+m2)g代入数据解得p1=1×105Pa。(2)当活塞在B位置时,设汽缸内的压强为p2,根据玻意耳定律有p1V0=p2(V0+Sh)代入数据解得p2=9.9×104Pa选活塞与金属丝整体为研究对象,根据平衡条件有p0S=p2S+(m1+m2)g+F联立解得F=1N。答案:(1)1×105Pa(2)1N9.(2022·全国甲卷)如图,容积均为V0、缸壁可导热的A、B两汽缸放置在压强为p0、温度为T0的环境中;两汽缸的底部通过细管连通,A汽缸的顶部通过开口C与外界相通;汽缸内的两活塞将缸内气体分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四部分,其中第Ⅱ、Ⅲ部分的体积分别为18V0和14V(1)将环境温度缓慢升高,求B汽缸中的活塞刚到达汽缸底部时的温度;(2)将环境温度缓慢改变至2T0,然后用气泵从开口C向汽缸内缓慢注入气体,求A汽缸中的活塞到达汽缸底部后,B汽缸内第Ⅳ部分气体的压强。解析:(1)封闭气体做等压变化,对Ⅳ部分气体,由盖-吕萨克定律有34V解得T1=43T0(2)Ⅱ和Ⅲ部分封闭气体,初状态体积V1=18V0+14V0=38V0,温度为T0;Ⅳ部分气体,初状态体积V2=34V0,从开口C向汽缸中注入气体,设末状态Ⅳ部分气体压强为p',体积为V,则原Ⅱ、Ⅲ部分气体最终总体积为V0-V,对这两部分理想气体分别有p0×p0×解得p'=2.25p0。答案:(1)43T0(2)2.25p10.(2023·江苏连云港二模)自热型食品都带有一个发热包,遇到水后温度上升,很容易将“生米煮成熟饭”,但也存在安全隐患。消防实验人员对如图一款自热盒饭进行演示时,盒内气体初始压强与外部大气压p0相同,盒内温度为27℃,盒内闭封性能良好,气体可视为理想气体。(1)消防实验人员把透气孔堵住,卡住盒盖,拉开盒内塑料胶条,将水袋弄破,导致发热剂均匀散热,当盒内气体温度升到107℃时,盒内气体膨胀,容积变为盒子容积的109(2)消防实验人员表示,如果继续把透气孔堵塞盒子就极有可能会爆炸,于是迅速打开透气孔放出部分气体,使得饭盒内气体的压强与外界大气压强相等,设107℃时放气的短时间内的温度和盒内膨胀后的容积保持不变。求放出的气体与盒内所留气体的质量之比。解析:(1)根据理想气体状态方程得p0V解得p=1.14p0。(2)根据玻意耳定律得p·109V0=p0解得ΔV=745V因为同种气体在相同压强和相同温度下密度相等,即放出气体与盒内气体所留气体的质量比值Δmm=ΔV答案:(1)1.14p0(2)711.利用如图所示的实验装置来测定容器内液体的温度,容器右侧部分水银压强计的左管中有一段长度为h=10cm的水银柱,水银柱下密封一段长为l=4cm的空气柱B。实验开始时水银压强计的两侧水银柱上端在同一水平面,这时容器内液体的温度为27℃,后来对液体加热,通过向水银压强计右管中注入水银,使左管水银面仍在原来的位置,此时测得水银压强计左管中密封空气柱B的长度为l'=3cm。已知外界大气压强为76cmHg,T=t+273K。求:(1)加热后液体的温度t;(2)向水银压强计右管中注入水银的长度。解析:(1)由题意知,B部分气体发生等温变化,则初始时pB=p0+(ph+pl)=(76+10+4)cmHg=90cmHg根据玻意耳定律得pBlS=pB'l'S解得pB'=pBll'=90×43这时A气体压强pA'=pB'-ph=110cmHgA气体做等容变化,初始时,pA=pB-ph=80cmHg根据查理定律有pAT解得TA'=pA'TApA=110×(273+27t=(412.5-273)℃=139.5℃。(2)设最终右管水银面比左管中水银面高Δh,由题意知120cmHg=76cmHg+pΔh+13cmHg解得pΔh=31cmHg,即Δh=31cm所以水银压强计右管注入水银的长度为Δh+l-l'=31cm+4cm-3cm=32cm。答案:(1)139.5℃(2)32cm第3节热力学定律与能量守恒定律一、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: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。3.ΔU=W+Q中的正、负号法则物理量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二、热力学第二定律及微观意义1.热力学第二定律的两种表述(1)克劳修斯表述:热量不能自发地从低温物体传到高温物体。(2)开尔文表述: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。或表述为“第二类永动机是不可能制成的”。2.用熵的概念表示热力学第二定律在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减小。3.热力学第二定律的微观意义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。三、能量守恒定律和两类永动机1.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,能量的总量保持不变。2.两类永动机(1)第一类永动机:不消耗任何能量,却源源不断地对外做功的机器。违背能量守恒定律,因此不可能实现。(2)第二类永动机:从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功,而不引起其他变化的机器。违背热力学第二定律,不可能实现。如图,将一空的铝制易拉罐开口向下压入恒温游泳池的水中,则金属罐在水中缓慢下降过程中,罐内空气(可视为理想气体)(1)罐内空气内能增大。(×)(2)分子间的平均距离减小。(√)(3)罐内壁与气体接触处,单位时间内碰撞单位面积的气体分子数不变。(×)(4)罐内气体向外界放热。(√)考点一热力学第一定律与能量守恒定律[素养自修类]1.[热力学第一定律的理解](2023·江苏姜堰高三月考)如图所示为内燃机的示意图,其原理结构简化模型就是一个汽缸活塞模型,活塞上部封闭一定质量的理想气体。如果活塞向上运动,关于内部气体(忽略与外界热交换)的说法正确的是()A.体积减小,压强不变,温度升高B.外界对气体做功,内能增大C.体积减小,压强增大,温度不变D.气体对外界做功,内能增大解析:B活塞向上运动,封闭气体体积减小,外界对气体做功,根据热力学第一定律,可知W+Q=ΔU,Q=0,所以内能增大,气体温度升高,根据理想气体状态方程,有pVT=C,可知气体压强增加。故选B2.[能量守恒定律的理解及应用]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,木箱受到地面的摩擦力为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(空气阻力不计)()A.U=200J,Ek=600J B.U=600J,Ek=200JC.U=600J,Ek=800J D.U=800J,Ek=200J解析:BU=Ffx=60×10J=600J,Ek=Fx-U=80×10J-600J=200J,选项B正确。1.对热力学第一定律的理解(1)做功和热传递在改变系统内能上是等效的。(2)做功过程是系统内能与外界的其他形式能量之间的相互转化。(3)热传递过程是系统内能与外界能量之间的转移。2.热力学第一定律的三种特殊情况(1)绝热过程:Q=0,W=ΔU,外界对物体做的功等于物体内能的增加。(2)不做功的过程:W=0,Q=ΔU,物体吸收的热量等于物体内能的增加。(3)内能不变的过程:W+Q=0,即物体吸收的热量全部用来对外做功,或外界对物体做的功等于物体放出的热量。考点二热力学第二定律的理解及应用[素养自修类]1.[热力学第二定律的理解](2023·江苏七市二模)如图所示,两种不同的金属组成一个回路,接触头1置于热水杯中,接触头2置于冷水杯中,此时回路中电流计发生偏转,这是温差电现象,假设此过程电流做功为W,接触头1从热水中吸收的热量为Q1,冷水从接触头2吸收的热量为Q2,根据热力学第二定律可得()A.Q1=W B.Q1>WC.Q1<Q2 D.Q1+Q2=W解析:B根据热力学第二定律,不可能从单一热源吸收热量使之全部用来做功,而不产生其他影响;所以从热水中吸收的热量Q1应该大于电流做的功W,即Q1>W,根据能量守恒定律和热力学第二定律,从热水中吸收的热量转化成了两部分,一部分是电能W,另一部分是冷水吸收的热量Q2,故选B。2.[两类永动机和热力学两个定律的比较]关于两类永动机和热力学的两个定律,下列说法不正确的是()A.第一类永动机不可能制成是因为违反了能量守恒定律B.第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律C.由热力学第一定律可知做功不一定改变内能,热传递也不一定改变内能,但同时做功和热传递一定会改变内能D.由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的,从单一热源吸收热量,完全变成功也是可能的解析:C第一类永动机违反能量守恒定律,第二类永动机违反热力学第二定律,A、B正确;由热力学第一定律可知W≠0,Q≠0,但ΔU=W+Q可以等于0,C错误;由热力学第二定律可知D中现象是可能的,但会引起其他变化,D正确。1.在热力学第二定律的表述中,“自发地”“不产生其他影响”的含义(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性,不需要借助外界提供能量。(2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成,对周围环境不产生热力学方面的影响。如吸热、放热、做功等。2.两类永动机的比较第一类永动机第二类永动机不需要任何动力或燃料,却能不断地对外做功的机器从单一热源吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响的机器违背能量守恒定律,不可能制成不违背能量守恒定律,但违背热力学第二定律,不可能制成考点三热力学第一定律与气体图像的综合应用[素养自修类]1.[热力学第一定律与气体p-V图像的综合应用](2022·江苏高考)如图所示,一定质量的理想气体分别经历a→b和a→c两个过程,其中a→b为等温过程,状态b、c的体积相同,则()A.状态a的内能大于状态bB.状态a的温度高于状态cC.a→c过程中气体吸收热量D.a→c过程中外界对气体做正功解析:C由于a→b的过程为等温过程,即状态a和状态b温度相同,分子平均动能相同,对于理想气体,状态a的内能等于状态b的内能,故A错误;由于状态b和状态c体积相同,且pb<pc,根据理想气体状态方程pbVbTb=pcVcTc可知Tb<Tc,又因为Ta=Tb,所以Ta<Tc,故B错误;因为a→c过程气体体积增大,气体对外界做正功,而气体温度升高,内能增加,根据ΔU=W+2.[热力学第一定律与气体V-T图像的综合应用](2022·辽宁高考)一定质量的理想气体从状态a变化到状态b,其体积V和热力学温度T变化图像如图所示,此过程中该系统 ()A.对外界做正功B.压强保持不变C.向外界放热D.内能减少解析:A理想气体从状态a变化到状态b,体积增大,理想气体对外界做正功,A正确;由题图可知V=V0+kT,根据理想气体的状态方程有pVT=C,联立有p=Ck+V0T,可看出T增大,理想气体从状态a变化到状态b,温度升高,内能增大,D错误;理想气体从状态a变化到状态b,由选项A、D可知,理想气体对外界做正功且内能增大,则根据热力学第一定律可知气体从外界吸收热量,C错误。3.[热力学第一定律与气体p-T图像的综合应用](2023·江苏镇江高三开学考试)如图所示是一定质量的理想气体从状态N变化到状态M过程的p-T图线,则在此过程中()A.气体分子数密度增加 B.气体对外做的功为零C.气体的内能保持不变 D.气体一直从外界吸热解析:B由图像可知,p-T图线过坐标原点,则可知理想气体从状态N变化到状态M过程为等容变化,且温度逐渐降低,压强逐渐减小。由于气体的质量不变,体积不变,则气体分子数密度不变,故A错误;气体体积不变,则气体对外做的功为零,故B正确;理想气体从状态N变化到状态M过程,气体温度逐渐降低,则气体内能减小,由于气体对外做功为零,根据热力学第一定律ΔU=Q+W可知,气体一直对外界放热,故C、D错误。处理热力学第一定律与气体图像的综合问题的思路(1)根据气体图像的特点判断气体的温度、体积的变化情况,从而判断气体与外界的吸、放热关系及做功关系。(2)在p-V图像中,图线与V轴围成的面积表示气体对外界或外界对气体做的功。(3)结合热力学第一定律判断有关问题。考点四气体实验定律与热力学定律的综合应用[互动共研类]求解气体
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 智慧办公解决方案技术框架与效果评估
- 数字化教育的商业前景与市场机遇分析
- 教育政策东西方理念的碰撞与融合
- 基于人工智能的教育机器人商业价值探索
- 抖音商户直播分享按钮优化制度
- 江西省广丰县联考2024年化学九年级第一学期期末统考模拟试题含解析
- 贵州省仁怀市2024年化学九年级第一学期期末学业质量监测模拟试题含解析
- 苏州卫生职业技术学院《地理专业英语》2023-2024学年第一学期期末试卷
- 2024年湖北省武汉武昌区四校联考化学九年级第一学期期末达标测试试题含解析
- 2025届潮安龙湖中学九上化学期末达标检测试题含解析
- 30题产业研究员岗位常见面试问题含HR问题考察点及参考回答
- 有限空间作业安全全告知牌
- 华为经营管理-华为的研发管理(6版)
- 法拍房后申请住房补贴申请书
- 苏教版译林初中英语词汇表(七年级至九年级)
- 《外科学》课程基本要求与教学大纲本科生
- 抑郁病诊断证明书
- 典型振动频谱图范例
- 维克多高中英语3500词汇
- 石化质检员试题
- GB/T 6417.1-2005金属熔化焊接头缺欠分类及说明
评论
0/150
提交评论