专题六第15讲热学

第15讲热学目标要求1.能用分子动理论解释固体、液体和气体的微观结构及特点。2.能熟练应用气体实验定律和理想气体状态方程解决问题。3.会分析热力学定律与气体实验定律结合的问题。考点一分子动理论固体和液体1．估算问题(1)分子总数：N＝nNA＝eq\f(m,M)NA＝eq\f(V,Vmol)NA。特别提醒：对气体而言，V0＝eq\f(V,N)不等于一个气体分子的体积，而是表示一个气体分子占据的空间。(2)两种分子模型：①球体模型：V＝eq\f(4,3)πR3＝eq\f(1,6)πd3(d为球体直径)；②立方体模型：V＝a3。2．分子热运动：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，但某个分子的瞬时速率不一定大。3．分子间作用力、分子势能与分子间距离的关系4．气体压强的微观解释5．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物理性质各向异性各向同性熔点确定不确定原子排列有规则，但多晶体每个晶体间的排列无规则无规则联系晶体与非晶体在一定条件下可以相互转化6.液体(1)表面张力：使液体表面积收缩到最小。(2)液晶：既具有液体的流动性又具有晶体的光学各向异性。例1下列说法正确的是()A．从射入教室的阳光中看到尘埃的运动就是布朗运动B．气体如果失去了容器的约束就会散开，说明气体分子之间作用力表现为斥力C．恒温水池里小气泡由底部缓慢上升的过程中，气泡中的理想气体放出热量D．已知某种气体的密度为ρ(kg/m3)，摩尔质量为M(kg/mol)，阿伏加德罗常数为NA(mol－1)，则该气体分子之间的平均距离可以表示为eq\r(3,\f(M,ρNA))学习笔记：______________________________________________________________________________________________________________________________________例2(2023·江苏苏北地区一模)如图所示，有一分子位于坐标原点O处不动，另一分子位于x轴上，纵坐标表示这两个分子的分子势能Ep，分子间距离为无穷远时，分子势能Ep为0，这一分子()A．在x0处所受分子力为0B．从x1处向左移动，分子力一直增大C．从x1处向右移动，分子力一直增大D．在x2处由静止释放可运动到x0处学习笔记：______________________________________________________________________________________________________________________________________例3(2023·江苏徐州市三模)下列关于热现象的描述，正确的是()A．水黾能浮在水面上是因为它受到了水的浮力B．随着科学技术的进步，人们可以将热机的效率提高到100%C．新型材料石墨烯属于液晶，具有光学的各向异性D．两端开口的细玻璃管竖直插入水银中，稳定后管内的水银面低于管外考点二气体实验定律理想气体状态方程1．压强的计算(1)被活塞或汽缸封闭的气体，通常分析活塞或汽缸的受力，应用平衡条件或牛顿第二定律求解，压强单位为Pa。(2)水银柱密封的气体，应用p＝p0＋ph或p＝p0－ph计算压强，压强p的单位为cmHg或mmHg。2．合理选取气体变化所遵循的规律列方程(1)若气体质量一定，p、V、T中有一个量不发生变化，则选用对应的气体实验定律列方程求解。(2)若气体质量一定，p、V、T均发生变化，则选用理想气体状态方程列式求解。3．关联气体问题：解决由活塞、液柱相联系的两部分气体问题时，根据活塞或液柱的受力特点和状态特点列出两部分气体的压强关系，找出体积关系，再结合气体实验定律或理想气体状态方程求解。例4(2023·江苏卷·3)如图所示，密闭容器内一定质量的理想气体由状态A变化到状态B。该过程中()A．气体分子的数密度增大B．气体分子的平均动能增大C．单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小D．单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小学习笔记：______________________________________________________________________________________________________________________________________例5(2023·湖北卷·13)如图所示，竖直放置在水平桌面上的左右两汽缸粗细均匀，内壁光滑，横截面积分别为S、2S，由体积可忽略的细管在底部连通。两汽缸中各有一轻质活塞将一定质量的理想气体封闭，左侧汽缸底部与活塞用轻质细弹簧相连。初始时，两汽缸内封闭气柱的高度均为H，弹簧长度恰好为原长。现往右侧活塞上表面缓慢添加一定质量的沙子，直至右侧活塞下降eq\f(1,3)H，左侧活塞上升eq\f(1,2)H。已知大气压强为p0，重力加速度大小为g，汽缸足够长，汽缸内气体温度始终不变，弹簧始终在弹性限度内。求：(1)最终汽缸内气体的压强；________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(2)弹簧的劲度系数和添加的沙子质量。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例6(2023·南京师范大学附属中学一模)如图所示的装置可以用来测量水的深度。该装置由左端开口的汽缸M和密闭的汽缸N组成，两汽缸由一细管(容积可忽略)连通，两汽缸均由导热材料制成，内径相同。汽缸M长为3L，汽缸N长为L，薄活塞A、B密闭性良好且可以无摩擦滑动。初始时两汽缸处于温度为T1＝300K的空气中，汽缸M、N中分别封闭压强为p0、2p0的理想气体，活塞A、B均位于汽缸的最左端。将该装置放入水中，测得所在处的温度为T2＝360K，且活塞B向右移动了eq\f(1,2)L。已知大气压强为p0，相当于10m水柱产生的压强。求：(1)装置所在处水的深度；(2)活塞A向右移动的距离。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例7(2023·全国乙卷·33(2))如图，竖直放置的封闭玻璃管由管径不同、长度均为20cm的A、B两段细管组成，A管的内径是B管的2倍，B管在上方。管内空气被一段水银柱隔开。水银柱在两管中的长度均为10cm。现将玻璃管倒置使A管在上方，平衡后，A管内的空气柱长度改变1cm。求B管在上方时，玻璃管内两部分气体的压强。(气体温度保持不变，以cmHg为压强单位)________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________考点三热力学定律与气体实验定律相结合1．理想气体相关三量ΔU、W、Q的分析思路(1)内能变化量ΔU①由气体温度变化分析ΔU：温度升高，内能增加，ΔU>0；温度降低，内能减少，ΔU<0。②由公式ΔU＝W＋Q分析内能变化。(2)做功情况W由体积变化分析气体做功情况：体积膨胀，气体对外界做功，W<0；体积被压缩，外界对气体做功，W>0。(3)气体吸、放热Q一般由公式Q＝ΔU－W分析气体的吸、放热情况：Q>0，吸热；Q<0，放热。2．对热力学第二定律的理解热量可以由低温物体传递到高温物体，也可以从单一热源吸收热量全部转化为功，但会产生其他影响。例8(2023·广东卷·13)在驻波声场作用下，水中小气泡周围液体的压强会发生周期性变化，使小气泡周期性膨胀和收缩，气泡内气体可视为质量不变的理想气体，其膨胀和收缩过程可简化为如图所示的p－V图像，气泡内气体先从压强为p0、体积为V0、温度为T0的状态A等温膨胀到体积为5V0、压强为pB的状态B，然后从状态B绝热收缩到体积为V0、压强为1.9p0、温度为TC的状态C，B到C过程中外界对气体做功为W。已知p0、V0、T0和W。求：(1)pB的表达式；(2)TC的表达式；(3)B到C过程，气泡内气体的内能变化了多少？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．(2023·江苏苏州市三模)如图所示，内壁光滑的汽缸固定于水平面，汽缸内用活塞封闭一定量的理想气体，活塞与一端固定的水平轻弹簧连接，气体温度为T1时弹簧处于原长。现使气体温度由T1缓慢升高到T2，用Ep表示弹簧弹性势能，U、p、V分别表示缸内气体的内能、压强和体积，下列图像可能正确的是()2．(2023·江苏南通市二模)装有氮气的气球半径为R，现向气球内缓慢充入氮气，当气球膨胀至半径为2R时破裂。已知大气压强为p0，该气球内、外压强差Δp＝eq\f(β,r)(β为常量、r为气球半径)，球的体积公式为V＝eq\f(4,3)πr3。求：(1)气球破裂前瞬间球内气体压强p和充气过程中气球对球外大气做的功W；(2)充气前球内气体质量与破裂前瞬间球内气体质量之比k。__________________________________________________________________________________________________________________________________________