高中一轮复习物理第十四章热学

第十四章eq\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(,,,,,,,))eq\a\vs4\al(热学[选修33])考纲要求考情分析分子动理论的基本观点阿伏加德罗常数Ⅰ液体的表面张力Ⅰ1.命题规律本章知识点比较多，而高考重点考查的内容包括分子动理论、固体和液体的性质、气体实验定律及热力学第一定律等知识。题型一般为选择＋填空＋计算。2.考查热点预计在2019年高考中，对本部分内容的考查仍将以分子动理论、热力学定律及气体状态方程的应用为重点。布朗运动Ⅰ气体实验定律Ⅰ分子热运动速率的统计分布规律Ⅰ理想气体Ⅰ温度内能Ⅰ热力学第一定律Ⅰ气体压强的微观解释Ⅰ饱和汽未饱和汽饱和汽压相对湿度Ⅰ晶体和非晶体晶体的微观结构Ⅰ能源与可持续发展Ⅰ液晶Ⅰ实验十一：用油膜法估测分子的大小[说明]对浸润和不浸润现象、毛细现象的解释不作要求。第66课时分子动理论和内能(双基落实课)知识点一分子动理论和阿伏加德罗常数1．物体是由大量分子组成的(1)分子的大小①一般无机分子直径的数量级约为：10－10m。②一般无机分子质量的数量级约为：10－27～10－25kg。(2)阿伏加德罗常数：指1mol的任何物质中含有相同的微粒个数，用符号NA表示，NA＝6.02×1023mol－1。2．分子热运动：分子永不停息的无规则运动扩散现象指相互接触的不同物质彼此进入对方的现象。温度越高，扩散越快；扩散可在固体、液体、气体中进行布朗运动指悬浮在液体(或气体)中的微粒的无规则运动。微粒越小，温度越高，布朗运动越显著3．分子间的相互作用力分子间同时存在引力和斥力，且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)。[小题练通]1．(沪科教材原题)为了估测一容器中气体分子间的平均距离，需要知道的物理量是()A．阿伏伽德罗常量、该气体的质量和摩尔质量B．阿伏伽德罗常量、该气体的摩尔质量和密度C．阿伏伽德罗常量、该气体的质量和体积D．该气体的密度、体积和摩尔质量解析：选B只有已知阿伏伽德罗常量和气体摩尔体积，才能估测出气体分子间的平均距离，而只有知道气体的摩尔质量和密度才能计算出气体摩尔体积，故B正确。2．(人教教材改编题)下列关于布朗运动的说法正确的是()A．布朗运动就是分子的无规则运动B．布朗运动证明，组成固体小颗粒的分子在做无规则运动C．一锅水中撒一点胡椒粉，加热时发现水中的胡椒粉在翻滚，这说明温度越高布朗运动越激烈D．在显微镜下可以观察到煤油中小粒灰尘的布朗运动，这说明煤油分子在做无规则运动解析：选D布朗运动不是液体、固体分子的运动，而是悬浮在液体中固体小颗粒的运动，A、B错误，D正确；而胡椒粉颗粒大，其运动不是布朗运动，C错误。(1)阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁，常用来进行微观量的估算。(2)布朗运动不是液体分子的运动，也不是固体颗粒中分子的运动，而是固体小颗粒在液体分子撞击下的无规则运动，它间接地反映了液体分子的无规则运动。(3)分子间的作用力等于分子间引力和斥力的合力，分子引力、斥力都随距离的减小而增大，而分子力随分子距离的变化是比较复杂的。知识点二温度和内能1．温度两个系统处于热平衡时，它们必定具有某个共同的热学性质，把表征这一“共同热学性质”的物理量叫做温度。一切达到热平衡状态的系统都具有相同的温度。2．摄氏温标和热力学温标单位规定关系摄氏温标(t)℃在标准大气压下，冰的熔点是0_℃，水的沸点是100℃T＝t＋273.15KΔT＝Δt热力学温标(T)K零下273.15_℃即为0K3．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①微观上——决定于分子间距离和分子排列情况；取r→∞处为零势能处，分子势能Ep与分子间距离r的关系如图所示，当r＝r0时分子势能最小。②宏观上——决定于体积和状态。5．物体的内能(1)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。对于给定的物体，其内能大小由物体的温度和体积决定。(2)改变物体内能有两种方式：做功和热传递。[小题练通]1．(鲁科教材改编题)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．甲杯中水的内能最少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：选AC甲杯中水的质量最小，温度和乙杯中相同，故甲杯中水的内能最小，A正确，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。2．(粤教教材原题)有甲、乙两个分子，甲分子固定不动，乙分子由无限远处逐渐向甲分子靠近，直到不能再靠近为止，在这整个过程中()A．分子力总是对乙分子做正功B．分子势能先增大后减小C．先是分子力对乙分子做正功，然后乙分子克服分子力做功D．在分子力为零时，分子势能最小解析：选CD根据分子力的特点，乙分子由无限远向甲分子靠近过程中，分子力由引力变为零再变为斥力，则分子力先做正功，再做负功，分子势能先减小后增大，分子力为零时，分子势能最小，故A、B错误，C、D正确。3．(沪科教材原题)关于物体的内能和分子势能，下列说法中正确的是()A．物体的速度增大，则分子的动能增加，内能也一定增加B．物体温度不变，内能可能变大C．物体的内能与温度有关，与物体的体积无关D．把物体举得越高，分子势能越大解析：选B物体的速度、高度只改变其机械能，与内能、分子势能无关，A、D错误；物体温度不变，分子平均动能不变，但分子势能可能改变，B正确；物体的内能与其温度、体积都有关，C错误。(1)温度是分子平均动能的标志，而内能既包含分子动能，又包含分子势能。(2)分子力做功是改变分子势能的原因，从微观上说，分子距离改变，分子势能就改变，而从宏观上说，物体的体积改变，分子势能就发生改变。知识点三实验：用油膜法估测分子的大小1．实验目的(1)估测油酸分子的大小。(2)学会间接测量微观量的原理和方法。2．实验器材清水、盛水浅盘、胶头滴管(或注射器)、试剂瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉(或细石膏粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩笔。3．实验步骤(1)在方盘中盛入适量的水(约2cm深)，使水处于稳定状态。(2)用注射器(或胶头滴管)取事先配好的油酸酒精溶液，逐滴滴入量筒，记下量筒中滴入1mL溶液所需加入溶液的滴数。(3)将痱子粉均匀地撒在水面上。(4)用注射器(或胶头滴管)靠近水面将一滴油酸酒精溶液滴在水面上。(5)待油酸膜的面积稳定后，把玻璃板放在方盘上，用彩笔描绘出油膜的形状。4．实验数据油酸酒精溶液中油酸的体积、油膜的面积。5．注意事项(1)实验前应检查方盘是否干净。(2)方盘中的水应保持稳定状态，最好静置一段时间，痱子粉均匀地撒在水面上。(3)向水面滴油酸酒精溶液时，注射器针尖应竖直靠近水面，如果离水面太高，可能无法形成油膜。距离最好在1cm左右。(4)计算油膜面积时，以坐标纸上方格的数目来计算，不足半个的舍去，多于半个的算1个。[小题练通]1．在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，有下列实验步骤：①往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上。②用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待油膜形状稳定。③将画有油膜形状的玻璃板平放在方格纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和油膜的面积计算出油酸分子直径的大小。④用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积。⑤将玻璃板放在浅盘上，然后用彩笔将油膜的形状描绘在玻璃板上。完成下列填空：(1)上述步骤中，正确的顺序是____________(填写步骤前面的数字)。(2)将1cm3的油酸溶于酒精，制成300cm3的油酸酒精溶液；测得1cm3的油酸酒精溶液有50滴。现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜的面积是0.13m2。由此估算出油酸分子的直径为________m(结果保留一位有效数字)。解析：(1)实验前需先测量配置好的一滴油酸酒精溶液的体积；再将痱子粉均匀撒在盛有水的浅盘内；待痱子粉稳定后将一滴油酸酒精溶液滴在撒有痱子粉的水面上；等到油膜的形状稳定后描绘油膜的轮廓；最后利用方格纸计算油膜的面积，根据油酸的体积和油膜的面积计算分子直径。故本实验的正确顺序是④①②⑤③。(2)一滴油酸酒精溶液中油酸的体积为V＝eq\f(1×10－6,50)×eq\f(1,300)m3＝SD，其中S＝0.13m2，故油酸分子的直径D＝eq\f(V,S)≈5×10－10m。答案：(1)④①②⑤③(2)5×10－102.油酸酒精溶液的浓度为每1000mL油酸酒精溶液中有纯油酸0.6mL，现用滴管向量筒内滴加50滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加了1mL，若把一滴这样的油酸酒精溶液滴入足够大盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成的油膜的形状如图所示。若每一小方格的边长为25mm，试问：(1)这种估测方法是将每个油酸分子视为________模型，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为_______油膜，这层油膜的厚度可视为油酸分子的________。图中油酸膜的面积为________m2；每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________m3；根据上述数据，估测出油酸分子的直径是________m。(结果均保留两位有效数字)(2)某同学在实验过程中，在距水面约2cm的位置将一滴油酸酒精溶液滴入水面形成油膜，实验时观察到，油膜的面积先扩张后又收缩了一些，这是为什么呢？请写出你分析的原因：________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)这种估测方法是将每个油酸分子视为球体模型，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为单分子油膜，这层油膜的厚度可视为油酸分子的直径。由题图可知油膜面积约占56小格，面积约为S＝56×25×25×10－6m2≈3.5×10－2m2，一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为V＝eq\f(1,50)×eq\f(0.6,1000)×10－6m3＝1.2×10－11m3，油酸分子的直径约等于油膜的厚度d＝eq\f(V,S)＝eq\f(1.2×10－11,3.5×10－2)m≈3.4×10－10m。(2)略。答案：(1)球体单分子直径3.5×10－21.2×10－113.4×10－10(2)①水面受到落下的油酸酒精溶液的冲击，先陷下后又恢复水平，因此油膜的面积扩张；②油酸酒精溶液中的酒精挥发，使油膜的面积收缩(1)油酸膜的面积要用带方格的坐标纸来估算。计算方格数时，除整格外，大于半格的算一格，小于半格的舍去。(2)由于滴在水面上的不是纯油酸，而是油酸酒精溶液，故油酸的体积需要进行换算。eq\a\vs4\al([课时达标检测])一、选择题1．(2018·衡水检测)关于扩散现象，下列说法正确的是()A．温度越高，扩散进行得越快B．扩散现象是不同物质间的一种化学反应C．扩散现象是由物质分子无规则运动产生的D．扩散现象在气体、液体和固体中都能发生解析：选ACD温度越高，分子热运动越激烈，所以扩散进行得越快，故A项正确；扩散现象是分子热运动引起的，没有产生新的物质，是物理现象，故B项错误；扩散现象是由物质分子无规则热运动产生的，可以在固体、液体、气体中产生，扩散速度与温度和物质的种类有关，故C、D项正确。2．(2018·清江中学周练)下列叙述正确的是()A．布朗运动是液体分子的运动，所以它能说明分子永不停息地做无规则运动B．分子间的距离增大，分子间的作用力做负功，分子势能增大C．自然界中与热现象有关的自发的能量转化过程具有方向性，虽然总能量守恒，但能量品质在退化D．相同质量的两种气体，温度相同时内能也相同解析：选C布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的运动，是液体分子热运动的反应，A项错误；分子间距离变大时，若分子间距离小于平衡距离，分子间的作用力做正功，B项错误；自然界中与热现象有关的自发的能量转化过程具有方向性，虽然总能量守恒，但能量品质在退化，C项正确；内能是所有物体分子的动能和势能之和，当温度相同时，分子的平均动能相同，相同质量的两种气体，分子个数可能不同，温度相同时，内能可能不同，D项错误。3．(2017·北京高考)以下关于热运动的说法正确的是()A．水流速度越大，水分子的热运动越剧烈B．水凝结成冰后，水分子的热运动停止C．水的温度越高，水分子的热运动越剧烈D．水的温度升高，每一个水分子的运动速率都会增大解析：选C水流的速度是机械运动的速度，不同于水分子无规则热运动的速度，A项错误；分子永不停息地做无规则热运动，B项错误；温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的热运动越剧烈，C项正确；水的温度升高，水分子的平均动能增大，即水分子的平均运动速率增大，但不是每一个水分子的运动速率都增大，D项错误。4．若某种实际气体分子的作用力表现为引力，则一定质量的该气体内能的大小与气体体积和温度的关系是()A．如果保持其体积不变，温度升高，内能增大B．如果保持其体积不变，温度升高，内能减少C．如果保持其温度不变，体积增大，内能不变D．如果保持其温度不变，体积增大，内能减少解析：选A若保持气体的体积不变，则分子势能不变，温度升高，分子的平均动能变大，故气体的内能增大，A项正确，B项错误；若保持气体的温度不变，气体分子的平均动能不变，体积增大，分子间的引力做负功，分子势能增大，故气体的内能增大，C、D项错误。5．1g100℃的水和1g100℃的水蒸气相比较，下列说法正确的是()A．分子的平均动能和分子的总动能都相同B．分子的平均动能相同，分子的总动能不同C．内能相同D．1g100℃的水的内能小于1g100℃的水蒸气的内能解析：选AD温度相同则分子平均动能相同；又因为1g水和1g水蒸气的分子数相同，因而它们的分子总动能相同，A项正确，B项错误；当100℃的水变成100℃的水蒸气时，分子间距离变大，分子力做负功，分子势能增加，该过程吸收热量，所以1g100℃的水的内能小于1g100℃的水蒸气的内能，C项错误，D项正确。6．(2018·吉林实验中学模拟)两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图中曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为r0，相距很远的两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近。若两分子相距无穷远时，分子势能为零，下列说法正确的是()A．在r>r0阶段，F做正功，分子动能增大，势能也增大B．在r<r0阶段，F做负功，分子动能减小，势能增大C．在r＝r0时，分子势能为零D．分子动能和势能之和在整个过程中不变解析：选BD在r＞r0阶段，两分子间的斥力和引力的合力F表现为引力，两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近，F做正功，分子动能增大，势能减小，选项A错误；在r＜r0阶段，两分子间的斥力和引力的合力F表现为斥力，F做负功，分子动能减小，势能增大，选项B正确；在整个过程中，只有分子力做功，分子动能和势能之和保持不变，在r＝r0时，分子势能为负值，选项C错误，D正确。二、非选择题7．(2018·上海模拟)(1)如图所示的四个图反映“用油膜法估测分子的大小”实验中的四个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是________(用符号表示)。(2)用“油膜法”来粗略估测分子的大小，利用了一些科学的近似处理，这些处理有：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)“用油膜法估测分子的大小”实验步骤为：配制油酸酒精溶液→测定一滴油酸酒精溶液的体积→准备浅水盘→形成油膜→描绘油膜边缘→测量油膜面积→计算分子直径。易知操作先后顺序排列应是d、a、c、b。(2)在“用油膜法估测分子的大小”实验中，利用的近似处理有：油膜是呈单分子分布的，把油酸分子看成球形，分子之间没有空隙。答案：(1)dacb(2)把在水面上尽可能扩散开的油膜视为单分子油膜，把形成油膜的分子看成紧密排列的球形分子，认为油酸分子是一个挨一个排列的8．(2018·南京、盐城联考)已知常温常压下CO2气体的密度为ρ，摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，则在该状态下容器内体积为V的CO2气体含有的分子数为________。在3km的深海中，CO2浓缩成近似固体的硬胶体，此时若将CO2分子看成直径为d的球，则该容器内CO2气体全部变成硬胶体后体积约为________。解析：体积为V的CO2气体质量m＝ρV，则分子数n＝eq\f(m,M)NA＝eq\f(ρVNA,M)。CO2浓缩成近似固体的硬胶体，分子个数不变，则该容器内CO2气体全部变成硬胶体后体积约为：V′＝n·eq\f(1,6)πd3＝eq\f(πd3ρVNA,6M)。答案：eq\f(ρVNA,M)eq\f(πd3ρVNA,6M)9．(2018·南阳质检)在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，所用油酸酒精溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸6mL，用注射器测得1mL上述溶液为75滴。把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔在玻璃板上描出油膜的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图所示，坐标中正方形方格的边长为1cm。则(1)油酸薄膜的面积是________cm2。(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是______mL。(取一位有效数字)(3)按以上实验数据估测出油酸分子直径约为________m。(取一位有效数字)解析：(1)由题图可知正方形的个数为115个，则油酸膜的面积约为S＝115cm2。(2)每滴酒精油酸溶液中含有纯油酸的体积V＝1×eq\f(6,104)×eq\f(1,75)mL＝8×10－6mL。(3)把油酸分子看成球形，且不考虑分子间的空隙，则油酸分子直径d＝eq\f(V,S)＝eq\f(8×10－6×10－6,115×10－4)m≈7×10－10m。答案：(1)115±3(2)8×10－6(3)7×10－1010．(2017·江苏高考)(1)图甲和乙是某同学从资料中查到的两张记录水中炭粒运动位置连线的图片，记录炭粒位置的时间间隔均为30s，两方格纸每格表示的长度相同。比较两张图片可知：若水温相同，________(选填“甲”或“乙”)中炭粒的颗粒较大；若炭粒大小相同，________(选填“甲”或“乙”)中水分子的热运动较剧烈。(2)科学家可以运用无规则运动的规律来研究生物蛋白分子。资料显示，某种蛋白的摩尔质量为66kg/mol，其分子可视为半径为3×10－9m的球，已知阿伏加德罗常数为6.0×1023mol－1。请估算该蛋白的密度。(计算结果保留一位有效数字)解析：(1)影响布朗运动快慢的因素有两个，即悬浮颗粒的大小和液体温度，颗粒越小布朗运动越明显，液体温度越高布朗运动越明显，从题图可以看出，乙中炭粒的布朗运动明显，因此温度相同时，甲中炭粒的颗粒大；颗粒相同时，乙中水的温度高，水分子的热运动较剧烈。(2)摩尔体积V＝eq\f(4,3)πr3NA[或V＝(2r)3NA]由密度ρ＝eq\f(M,V)，解得ρ＝eq\f(3M,4πr3NA)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(或ρ＝\f(M,8r3NA)))代入数据得ρ＝1×103kg/m3(或ρ＝5×102kg/m3,5×102～1×103kg/m3均可)。答案：(1)甲乙(2)1×103kg/m3(或5×102kg/m3，5×102～1×103kg/m3均可)第67课时固体、液体和气体(双基落实课)知识点一固体的性质晶体非晶体单晶体多晶体外形规则不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，但多晶体中每个单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晶体。同一物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，有些晶体在一定条件下也可以转化为非晶体典型物质石英、云母、食盐、硫酸铜玻璃、蜂蜡、松香[小题练通]1．(粤教教材原题)关于晶体和非晶体，下列说法中哪些是正确的()A．各向同性的物质一定没有确定的熔点B．晶体熔化时温度和内能都不变C．通常的金属材料是各向同性的，所以这些金属都是非晶体D．晶体和非晶体在一定的条件下可以相互转化解析：选D多晶体是各向同性的，但有确定的熔点，A错误；晶体熔化时温度不变而内能增加，B错误；通常的金属都是多晶体，C错误；晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化，D正确。2．(沪科教材原题)关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是()A．可以根据各向同性或各向异性来鉴别晶体和非晶体B．一块均匀薄片，沿各个方向对它施加拉力，发现其强度一样，则此薄片一定是非晶体C．一个固体球，如果沿其各条直径方向的导电性不同，则该球一定是单晶体D．一块晶体，若其各个方向的导热性相同，则这块晶体一定是多晶体解析：选C只有单晶体才有各向异性，A错误；薄片沿各个方向的强度一样，可能是多晶体，B错误；单晶体才有各向异性，C正确；单晶体并非所有物理性质都表现为各向异性，故各个方向的导热性相同的晶体也可能是单晶体，D错误。(1)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。(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)晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。知识点二液体的表面张力和液晶1．液体的表面张力(1)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。(2)方向：表面张力跟液面相切，且跟这部分液面的分界线垂直。(3)浸润和不浸润附着层内液体分子间距比液体内部小，表现为浸润；附着层内液体分子间距比液体内部大，表现为不浸润。(4)毛细现象一种现象是浸润液体在细管中上升，另一种现象是不浸润液体在细管中下降。2．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。[小题练通]1．(粤教教材原题)下列现象中，与液体表面张力有关的是()A．小缝衣针漂浮在水面上B．小木船漂浮在水面上C．荷叶上的小水珠呈球形D．慢慢向小酒杯中注水，即使水面稍高出杯口，水仍不会流下来解析：选ACD小缝衣针能漂浮在水面上，荷叶上的小水珠呈球形，水面能稍高出杯口，都和液体表面张力有关，而小木船漂浮在水面上不是表面张力造成的，故选A、C、D。2．(沪科教材原题)关于草、树叶上的露珠呈球形的原因，下列说法中正确的是()A．露珠呈球形只是因为重力的作用B．露珠受到重力的影响比表面张力小得多，露珠呈球形只能是因为表面张力的作用C．重力和表面张力互相平衡，露珠呈球形是因为水的黏合力D．露珠呈球形是因为重力和表面张力的同时作用解析：选B露珠呈球形是液体表面张力造成的，与重力无关，B正确。3．(粤教教材原题)关于液晶的分子排列，下列说法正确的是()A．液晶分子在特定方向排列整齐B．液晶分子的排列不稳定，外界条件的微小变动都会引起液晶分子排列变化C．液晶分子的排列整齐而且稳定D．液晶的物理性质稳定解析：选AB液晶既具有液体的流动性又具有晶体的各向异性，故在特定方向上排列整齐，液晶的分子排列是不稳定的，外界的微小扰动就能引起液晶分子排列的变化，故A、B正确，C错误；液晶具有液体的流动性，其物理性质并不稳定，故D错误。(1)表面张力实质是表面层里的液体分子间的相互作用力的宏观表现。(2)液晶既不是液体也不是晶体。液晶既具有液体的流动性，又具有晶体物理性质的各向异性。知识点三饱和汽未饱和汽和饱和汽压相对湿度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：饱和汽压随温度而变。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．湿度(1)定义：空气的潮湿程度。(2)绝对湿度：空气中所含水蒸气的压强。(3)相对湿度：在某一温度下，空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压之比，称为空气的相对湿度，即相对湿度(B)＝eq\f(水蒸气的实际压强p,同温度水的饱和汽压ps)×100%。[小题练通]1．(鲁科教材改编题)在温度不变的情况下，增大液面上方饱和汽的体积，待气体重新达到饱和时，下面说法正确的是()A．饱和汽的质量不变，饱和汽的密度减小B．饱和汽的密度不变，饱和汽的压强也不变C．饱和汽的密度不变，饱和汽的压强增大D．饱和汽的质量增大，饱和汽的压强不变解析：选BD增大液面上方饱和汽的体积，气体重新达到饱和时，饱和汽的质量增大，密度和压强都不变，故B、D正确。2．(2018·盐城模拟)某地凌晨2时气温为10℃，空气的相对湿度为98%,10℃时水的饱和汽压为1.2×103Pa。若当天空气中水蒸气的压强不变，则当天空气中水蒸气的压强__________(填“略大于”或“略小于”)1.2×103Pa。下午15时气温为25℃，空气的相对湿度________(填“大于”或“小于”)98%。解析：根据相对湿度(B)＝eq\f(水蒸气的实际压强p,同温下水的饱和汽压ps)×100%，得出水蒸气的实际压强(p)＝相对湿度(B)×同温下水的饱和汽压(ps)，则当天空气中水蒸气的压强略小于1.2×103Pa。下午温度变大，水的饱和汽压变大，空气的相对湿度小于98%。答案：略小于小于(1)饱和汽压只是指空气中这种液体蒸气的分气压，与其他气体的压强无关。饱和汽压与温度和物质种类有关。(2)人对空气干湿程度的感觉是由相对湿度决定的，相对湿度较大时，空气的绝对湿度不一定大。(3)相对湿度和绝对湿度与温度都有关系。在绝对湿度不变的情况下，温度越高，相对湿度越小，人感觉越干燥；温度越低，相对湿度越大，人感觉越潮湿。知识点四气体的性质1．气体分子运动的特点(1)气体分子间距较大，分子力可以忽略，因此分子间除碰撞外不受其他力的作用，故气体能充满整个空间。(2)分子做无规则的运动，速率有大有小，且时时变化，大量分子的速率按“中间多、两头少”的规律分布。(3)温度升高时，速率小的分子数减少，速率大的分子数增多，分子的平均速率将增大，但速率分布规律不变。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)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数密度。[小题练通]1．(人教教材改编题)对一定质量的气体来说，下列几点能做到的是()A．保持压强和体积不变而改变它的温度B．保持压强不变，同时升高温度并减小体积C．保持温度不变，同时增加体积并减小压强D．保持体积不变，同时增加压强并降低温度解析：选C由理想气体的状态方程可知，气体的压强取决于气体的温度和体积，这三个量是相互联系的，可以确定C正确，A、B、D错误。2．氧气分子在0℃和100℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示。下列说法正确的是()A．图中两条曲线下面积相等B．图中实线对应于氧气分子在100℃时的情形C．图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目D．与0℃时相比，100℃时氧气分子速率出现在0～400m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大解析：选AB根据题图图线的物理意义可知，曲线下的面积表示总分子数，所以图中两条曲线下面积相等，选项A正确；温度是分子平均动能的标志，且温度越高，速率大的分子比例越大，所以图中实线对应于氧气分子平均动能较大的情形，虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形，选项B正确；根据曲线不能求出任意区间的氧气分子数目，选项C错误；由图线可知100℃时的氧气分子速率出现在0～400m/s区间内的分子数占总分子数的百分比比0℃时的百分比小，选项D错误。平衡状态下气体压强的求法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方程，求得气体的压强eq\a\vs4\al([课时达标检测])一、选择题1．下列说法正确的是()A．把一枚针轻放在水面上，它会浮在水面，这是由于水表面存在表面张力B．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C．在围绕地球飞行的宇宙飞船中，自由飘浮的水滴呈球形，这是表面张力作用的结果D．当两薄玻璃板间夹有一层水膜时，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解析：选AC水的表面张力托起针，A项正确；水在油脂上表现为不浸润，在干净的玻璃上表现为浸润，B项错误；当宇宙飞船绕地球飞行时，里面的所有物体均处于完全失重状态，此时自由飘浮的水滴在表面张力作用下呈现球形，C项正确；在垂直于玻璃板方向很难将夹有水膜的玻璃板拉开，是大气压的作用，D项错误。2．(2018·泰兴一中测试)下列属于液晶分子示意图的是()解析：选B由题图可知，分子排列规则的A、C项示意图属于固体，分子排列最不规则的D项图属于液体，液晶具有流动性，但不能像液体一样任意流动，故B项图属于液晶分子示意图。3．关于固体、液体和气体，下列说法正确的是()A．固体可以分为晶体和非晶体两类，非晶体和多晶体都没有规则的几何形状B．液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些多晶体相似，具有各向同性C．空气的相对湿度越大，空气中水蒸气的压强越接近同一温度时水的饱和汽压D．大量气体分子做无规则运动，速率有大有小，但分子的速率按“中间少，两头多”的规律分布解析：选AC固体可以分为晶体和非晶体两类，单晶体有规则的几何外形，多晶体和非晶体没有规则的几何外形，故A项正确；液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似，具有各向异性，故B项错误；相对湿度为水蒸气的实际压强与相同温度下水的饱和汽压的比值的百分数，空气的相对湿度越大，空气中水蒸气的压强越接近同一温度时水的饱和汽压，故C项正确；大量气体分子做无规则运动，速率有大有小，但分子的速率按“中间多，两头少”的规律分布，故D项错误。4．(2018·南京、盐城高三模拟)一瓶矿泉水喝完一半之后，把瓶盖拧紧，不久瓶内水的上方形成了水的饱和汽。当温度变化时，下列表示瓶内水的饱和汽压与温度变化关系的图像正确的是()解析：选B对于同一种液体，饱和汽压随温度升高而增大，故B项正确。5．下列说法正确的是()A．水的饱和汽压随温度的升高而减小B．液体的表面张力是由液体表面层分子之间的相互排斥引起的C．空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比叫做空气的相对湿度D．雨水没有透过布雨伞是因为液体有表面张力解析：选CD水的饱和汽压随温度的升高而增大，A错误；液体的表面张力是由液体表面层分子之间的相互吸引而引起的，B错误；由相对湿度的定义知，C正确；由液体表面张力的特点知，D正确。6．(2018·南京模拟)对于一定质量的理想气体，下列论述中正确的是()A．若单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，压强一定变大B．若气体的压强不变而温度降低时，则单位体积内分子个数一定增加C．若气体的压强不变而温度降低时，则单位体积内分子个数可能不变D．若气体体积减小，温度升高，单位时间内分子对器壁的撞击次数增多，平均撞击力增大，因此压强增大解析：选ABD气体压强的大小取决于气体分子的平均动能和单位体积内的分子数两个因素。若单位体积内分子数不变，当分子热运动加剧时，决定压强的两个因素中一个不变，一个增大，故气体的压强一定变大，A对；若气体的压强不变而温度降低时，气体的体积一定减小，故单位体积内的分子个数一定增加，B对，C错；由气体压强产生的原因知，D对。二、非选择题7．在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上石蜡，用烧热的针接触其上一点，石蜡熔化的范围分别如图(a)、(b)、(c)所示，而甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图(d)所示。则由此可判断出甲为________，乙为________，丙为________。(填“单晶体”、“多晶体”或“非晶体”)解析：单晶体表现为各向异性，熔化范围在晶体薄片表面的石蜡呈椭圆形。非晶体和多晶体表现为各向同性，则熔化范围在非晶体和多晶体薄片表面的石蜡呈圆形，因此丙为单晶体，甲、乙可能是多晶体与非晶体，根据题图(d)可知，甲为多晶体，乙是非晶体。答案：多晶体非晶体单晶体8．(2018·淮安模拟)如图所示表示一个平面上晶体物质微粒的排列情况，图上画出了三条等长线AB、AC和AD，在这三条线上物质微粒的数目均________(填“相同”或“不同”)，可以得出结论：晶体的物理性质是________(填“各向同性”或“各向异性”)的。解析：题图所示三条线上晶体物质微粒的数目均不同，又三条线等长，从而得出结论为：晶体的物理性质是各向异性的。答案：不同各向异性9．(2018·南通调研)某日中午，南通市空气相对湿度为65%，将一瓶水倒去一部分，拧紧瓶盖后的一小段时间内，单位时间内进入水中的水分子数________(选填“多于”“少于”或“等于”)从水面飞出的分子数。再经过一段时间后，瓶内水的上方形成饱和汽，此时瓶内气压________(选填“大于”“小于”或“等于”)外界大气压。解析：在形成饱和汽前，单位时间内回到水中的分子数少于从水面飞出的分子数。在瓶内既有饱和汽产生的压强，又有气体压强，则瓶内气压大于外界大气压。答案：少于大于10．(2018·临沂质检)如图所示两个汽缸质量均为M，内部横截面积均为S，两个活塞的质量均为m，左边的汽缸静止在水平面上，右边的活塞和汽缸竖直悬挂在天花板下。不计活塞与汽缸壁间的摩擦，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，求封闭气体A、B的压强各多大？解析：题图甲中选活塞m为研究对象得pAS＝p0S＋mg解得pA＝p0＋eq\f(mg,S)题图乙中选汽缸M为研究对象得pBS＋Mg＝p0S解得pB＝p0－eq\f(Mg,S)。答案：p0＋eq\f(mg,S)p0－eq\f(Mg,S)第68课时气体实验定律和热力学定律(重点突破课)eq\a\vs4\al([基础点·自主落实])[必备知识]1．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或pV＝常量eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)或eq\f(p,T)＝常量eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)或eq\f(V,T)＝常量图像Ta<TbVa<Vbpa<pb2．理想气体状态方程(1)理想气体：在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体。(2)一定质量的理想气体的状态方程：eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)或eq\f(pV,T)＝C(常量)。3．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)符号法则符号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小[小题热身]1．(2016·全国Ⅲ卷)关于气体的内能，下列说法正确的是()A．质量和温度都相同的气体，内能一定相同B．气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大C．气体被压缩时，内能可能不变D．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关E．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加解析：选CDE气体的内能由物质的量、温度和体积决定，质量和温度都相同的气体，内能可能不同，A错误；内能与物体的运动速度无关，B错误；气体被压缩时，同时对外传热，根据热力学第一定律知内能可能不变，C正确；一定量的某种理想气体的内能只与温度有关，D正确；根据理想气体状态方程，一定量的某种理想气体在压强不变的情况下，体积变大，则温度一定升高，内能一定增加，E正确。2．(2017·江苏高考)一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其V­T图像如图所示。下列说法正确的有()A．A→B的过程中，气体对外界做功B．A→B的过程中，气体放出热量C．B→C的过程中，气体压强不变D．A→B→C的过程中，气体内能增加解析：选BC由题图可知，从A到B气体的体积减小，外界对气体做功，A项错误；从A到B过程气体的温度不变，内能不变，根据热力学第一定律可知，气体放出热量，B项正确；从B到C过程中eq\f(V,T)是一个常数，气体发生的是等压变化，气体的温度降低，内能减少，C项正确，D项错误。3．(2015·江苏高考)给某包装袋充入氮气后密封，在室温下，袋中气体压强为1个标准大气压、体积为1L。将其缓慢压缩到压强为2个标准大气压时，气体的体积变为0.45L。请通过计算判断该包装袋是否漏气。解析：若不漏气，设加压后的体积为V1，由玻意耳定律知：p0V0＝p1V1，代入数据得V1＝0.5L，因为0.45L<0.5L，说明包装袋漏气。答案：漏气eq\a\vs4\al([重难点·师生互动])重难点(一)气体实验定律和状态方程的应用[典例](2018·南京调研)如图所示，足够长的汽缸竖直放置，其横截面积S＝1×10－3m2，汽缸内有质量m＝2kg的活塞，活塞与汽缸壁之间密封良好，不计摩擦。开始时活塞被销钉K固定于图示位置，离缸底L1＝12cm，此时汽缸内被封闭气体的压强p1＝1.5×105Pa，温度T1＝300K。大气压强p0＝1.0×105Pa，取重力加速度g＝10m/s2。(1)现对密闭气体加热，当温度升到T2＝400K时，其压强p2多大？(2)此后拔去销钉K，活塞开始向上运动，当它最后静止在某一位置时，汽缸内气体的温度降为T3＝360K，则这时活塞离缸底的距离L3为多少？[解析](1)对密闭气体加热，气体做等容变化，由eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)，解得p2＝2.0×105Pa。(2)活塞受力平衡，故封闭气体压强为p3＝p0＋eq\f(mg,S)＝1.2×105Pa，根据理想气体状态方程，有eq\f(p2V2,T2)＝eq\f(p3V3,T3)，其中V2＝L1S，V3＝L3S，解得L3＝18cm。[答案](1)2.0×105Pa(2)18cm利用气体实验定律和状态方程解题的基本思路[集训冲关]1.如图所示，一粗细均匀、左端开口、右端封闭、左右两管等长的U形玻璃管竖直放置，左管的下部封有长l1＝25.0cm的空气柱，中间有一段长l2＝25.0cm的水银柱，上部空气柱的长度l3＝40.0cm，水平部分管长l4＝35.0cm。已知大气压强为p0＝75.0cmHg，空气视为理想气体。现将一活塞(图中未画出)从左管开口处缓慢往下推，使管中水银刚好全部进入水平管中。假设活塞下推过程中没有漏气，空气柱温度与外界温度始终一致，求活塞下推的距离。解析：以cmHg为压强单位，在活塞下推前，左管下部空气柱的压强为p1＝p0＋l2活塞下推后，右管中空气柱的压强为p1′，由玻意耳定律得p1(l3＋l2＋2l1＋l4)＝p1′(l3＋l2＋l1＋l4－l2)设活塞下推距离为Δx，则此时左管中空气柱的长度为l3′＝l3＋l2＋l1－Δx设此时左管中空气柱的压强为p3′，则p3′＝p1′由玻意耳定律得p0l3＝p3′l3′解得Δx＝70.0cm。答案：70.0cm2.如图所示，绝热汽缸A与导热汽缸B均固定在地面上，由刚性杆连接的绝热活塞与两汽缸间均无摩擦。两汽缸内装有处于平衡状态的理想气体，开始时体积均为V0、温度均为T0。缓慢加热A中气体，停止加热达到稳定后，A中气体压强为原来的1.2倍。设环境温度始终保持不变，求汽缸A中气体的体积VA和温度TA。解析：设初态压强为p0，加热后A、B压强相等，即pB＝pA＝1.2p0B中气体始末状态温度相等，由玻意耳定律得p0V0＝1.2p0VB，又2V0＝VA＋VB，所以VA＝eq\f(7,6)V0对A中气体，由理想气体状态方程得eq\f(p0V0,T0)＝eq\f(1.2p0VA,TA)所以TA＝1.4T0。答案：eq\f(7,6)V01.4T0重难点(二)气体状态变化的图像问题[典例](2018·常州检测)某次测量中在地面释放一体积为8L的氢气球，发现当气球升高到1600m时破裂。实验表明氢气球内外压强近似相等，当氢气球体积膨胀到8.4L时即破裂。已知地面附近大气的温度为27℃，常温下当地大气压随高度的变化如图所示。求高度为1600m处大气的摄氏温度。[解析]由题图得，在地面球内气体压强：p1＝76cmHg1600m处球内气体压强：p2＝70cmHg由理想气体状态方程得：eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)，解得T2＝eq\f(p2V2,p1V1)T1＝eq\f(70×8.4,76×8)×300K≈290Kt2＝(290－273)℃＝17℃。[答案]17℃(1)在气体状态变化的图像中，温度轴要选择热力学温标T，对应的pT、VT图像的延长线才会过原点。(2)为了更直观准确地描述气体的等温变化过程，可以把pV曲线图像改造为peq\f(1,V)直线图像，且图像的延长线也过原点。[集训冲关]1．一定质量的理想气体的状态经历了如图所示的a→b、b→c、c→d、d→a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()A．a→b过程中不断增加B．b→c过程中保持不变C．c→d过程中不断增加D．d→a过程中保持不变解析：选AB由题图可知，a→b气体温度不变，压强减小，所以体积增大，由bc的延长线通过原点知，气体的eq\f(p,T)不变，则b→c气体等容变化，体积不变，A、B项正确；c→d气体压强不变，温度降低，所以体积不断减小，d→a气体的eq\f(p,T)减小，由eq\f(pV,T)＝常量知，体积不断增大，C、D项错误。2．(2018·兰州一模)一定质量的理想气体体积V与热力学温度T的关系图像如图所示，气体在状态A时的压强pA＝p0，温度TA＝T0，AB与V轴平行，BC的延长线过原点。求：(1)气体在状态B时的压强pB；(2)气体在状态C时的压强pC和温度TC。解析：(1)由A到B是等温变化，根据玻意耳定律有：pAVA＝pBVB解得：pB＝eq\f(p0,2)。(2)由B到C是等压变化，根据盖—吕萨克定律得：eq\f(VB,TB)＝eq\f(VC,TC)解得：TC＝eq\f(T0,2)由A到C是等容变化，根据查理定律得：eq\f(pA,TA)＝eq\f(pC,TC)解得：pC＝eq\f(p0,2)。答案：(1)eq\f(p0,2)(2)eq\f(p0,2)eq\f(T0,2)重难点(三)热力学第一定律1．热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种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。此定律是标量式，应用时功、内能、热量的单位应统一为国际单位焦耳。2．三种特殊情况(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。(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。(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。[典例]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，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，根据热力学第一定律得：ΔU′＝W′＋Q′，所以W′＝ΔU′－Q′＝－160J－(－240J)＝80J，即外界对气体做功80J。[答案](1)增加160J(2)外界对气体做功80J(1)各物理量的符号不能弄错，故一定要准确掌握热力学第一定律的符号法则。(2)考虑要全面，做功和热传递都能改变物体的内能，忽视任一方式都会造成错解。[集训冲关]1．在一个密闭隔热的房间里，有一电冰箱正在工作，如果打开电冰箱的门，过一段时间后房间的温度会()A．降低 B．不变C．升高 D．无法判断解析：选C电冰箱工作时，使冰箱内的温度降低，将内部的内能转移到冰箱外部，同时消耗电能，此部分电能最终也转变为内能，则打开电冰箱的门，过一段时间后，房间的温度会升高，C正确。2．如图所示，直立容器内有一薄层隔板，把容器分成体积相等的两部分A和B，A中气体的密度较小，B中气体的密度较大。若抽去隔板，加热容器，使A、B两部分气体均匀混合，设在此过程中气体共吸热Q，气体内能增量为ΔU，不考虑散热损失，则()A．ΔU＝QB．ΔU<QC．ΔU>QD．无法比较ΔU与Q的大小关系解析：选B由于A中气体的密度小于B中气体的密度，气体混合均匀后，重力势能变大，根据能量守恒定律可知，ΔU<Q，B正确。重难点(四)气体实验定律与热力学定律的综合题型简述对于一定质量的理想气体，状态发生变化时，必然要涉及做功、热传递、内能的变化等问题，这时需要气体实验定律与热力学定律结合使用解答问题。方法突破解答该类问题的流程：[典例](2018·南通调研)如图所示，一轻活塞将体积为V、温度为2T0的理想气体，密封在内壁光滑的圆柱形导热汽缸内。已知大气压强为p0，大气的温度为T0，气体内能U与温度的关系为U＝aT(a为正常数)。在汽缸内气体温度缓慢降为T0的过程中，求：(1)气体内能的减少量；(2)气体放出的热量。[解析](1)由题意可知|ΔU|＝|a(T0－2T0)|＝aT0。(2)设温度降低后气体的体积为V′，则eq\f(V,2T0)＝eq\f(V′,T0)外界对气体做功W＝p0(V－V′)由热力学第一定律ΔU＝W＋Q＝－aT0解得Q＝－eq\f(1,2)p0V－aT0，即气体放出的热量为eq\f(1,2)p0V＋aT0。[答案](1)aT0(2)eq\f(1,2)p0V＋aT0与气体相关的热力学问题的分析方法对一定量理想气体的内能变化，吸热、放热及外界对气体如何做功等问题，可按下列方法判定：(1)做功情况看体积体积V减小→外界对气体做功→W＞0；体积V增大→气体对外界做功→W＜0；自由膨胀→W＝0。(2)内能变化看温度(气体的势能可以忽略)温度T升高→内能增加→ΔU＞0；温度T降低→内能减少→ΔU＜0。(3)吸热还是放热，一般题目中会告知，或由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，知道W和ΔU后确定Q。[集训冲关]1．如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是()A．气体自发扩散前后内能相同B．气体在被压缩的过程中内能增大C．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功D．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变解析：选ABC因为汽缸、活塞都是绝热的，隔板右侧是真空，所以理想气体在自发扩散的过程中，既不吸热也不放热，也不对外界做功。根据热力学第一定律可知，气体自发扩散前后，内能不变，选项A正确；气体被压缩的过程中，外界对气体做功，气体内能增大，又因为一定质量的理想气体的内能只与温度有关，所以气体温度升高，分子平均动能增大，选项B、C正确，D错误。2．一定质量的理想气体，从初始状态A经状态B、C、D再回到A，体积V与温度T的关系如图所示。图中TA、VA和TD为已知量。(1)从状态A到B，气体经历的是________过程(填“等温”、“等容”或“等压”)。(2)从B到C的过程中，气体的内能________(填“增大”、“减小”或“不变”)。(3)从C到D的过程中，气体对外________(填“做正功”、“做负功”或“不做功”)，同时________(填“吸热”或“放热”)。(4)气体在状态D时的体积VD＝________。解析：(1)由题图可知，从状态A到B，气体体积不变，故是等容变化。(2)从B到C气体温度不变，即分子平均动能不变，气体的内能不变。(3)从C到D气体体积减小，外界对气体做正功，W＞0，所以气体对外做负功，同时温度降低，说明内能减小，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，气体放热。(4)从D到A是等压变化，由eq\f(VA,TA)＝eq\f(VD,TD)得VD＝eq\f(TD,TA)VA。答案：(1)等容(2)不变(3)做负功放热(4)eq\f(TD,TA)VAeq\a\vs4\al([课时达标检测])一、选择题1．(2018·淄博、莱芜模拟)健身球是一个充满气体的大皮球，现把健身球放在水平地面上。若在人压向健身球的过程中球内气体温度保持不变，则()A．气体分子的平均动能增大B．气体的密度增大C．气体的内能增大D．外界对气体做功解析：选BD在人压向健身球的过程中，外界对球做功，气体所占的体积减小，故气体的密度增大；气体温度不变，故气体分子的平均动能不变；由于外界对气体做功，但气体温度不变，故内能不变，由热力学第一定律可知，气体对外放热；故A、C项错误，B、D项正确。2．(2015·北京高考)下列说法正确的是()A．物体放出热量，其内能一定减小B．物体对外做功，其内能一定减小C．物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加D．物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变解析：选C根据热力学第一定律(公式ΔU＝Q＋W)可知，做功和热传递都可以改变物体的内能，当外界对物体做的功大于物体放出的热量或物体吸收的热量大于物体对外做的功时，物体的内能增加，选项A、B错误，C正确；物体放出热量同时对外做功，则Q＋W<0，内能减小，选项D错误。3．(2018·福州质检)如图是某喷水壶示意图。未喷水时阀门K闭合，压下压杆A可向瓶内储气室充气；多次充气后按下按柄B打开阀门K，水会自动经导管从喷嘴处喷出。储气室内气体可视为理想气体，充气和喷水过程温度保持不变，则()A．充气过程中，储气室内气体内能增大B．充气过程中，储气室内气体分子平均动能增大C．喷水过程中，储气室内气体放热D．喷水过程中，储气室内气体压强增大解析：选A充气过程中，储气室内气体的质量增加，气体的温度不变，故气体的平均动能不变，气体内能增大，选项A正确，B错误；喷水过程中，气体对外做功，体积增大，而气体温度不变，则气体吸热，气体压强减小，选项C、D错误。4．(2014·福建高考)图为一定质量理想气体的压强p与体积V关系图像，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()A．TA＜TB，TB＜TC B．TA＞TB，TB＝TCC．TA＞TB，TB＜TC D．TA＝TB，TB＞TC解析：选C由状态A到状态B过程中，气体体积不变，由查理定律可知，随压强减小，温度降低，故TA＞TB，A、D项错；由状态B到状态C过程中，气体压强不变，由盖—吕萨克定律可知，随体积增大，温度升高，即TB＜TC，B项错，C项对。5．(2018·广东模拟)如图所示为一定质量理想气体的体积V与温度T的关系图像，它由状态A经等温过程到状态B，再经等容过程到状态C。设A、B、C状态对应的压强分别为pA、pB、pC，则下列关系式中正确的是()A．pA＜pB，pB＜pC B．pA＞pB，pB＝pCC．pA＞pB，pB＜pC D．pA＝pB，pB＞pC解析：选A由eq\f(pV,T)＝常量得：A到B过程，T不变，体积减小，所以pA＜pB，B到C过程，V不变，温度升高，则pB＜pC，所以A正确。6．如图所示，U形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，则选项图中能正确反映汽缸内气体的压强p随热力学温度T变化的是()解析：选B当缓慢升高汽缸内气体温度时，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pT图像中，图线是过原点的倾斜的直线；当活塞开始离开小挡板时，缸内气体的压强p等于外界的大气压p0，气体发生等压膨胀，在pT图像中，图线是平行于T轴的直线，B项正确。二、非选择题7．(2018·淮海中学模拟)如图所示，一定质量的理想气体被活塞密封在一容器中，活塞与容器壁间无摩擦。当气体的温度升高时，气体体积________(选填“增大”“减小”或“不变”)，从微观角度看，产生这种现象的原因是______________________________________。解析：由题意知，气体等压变化，气体压强大小一定，当气体温度升高时，气体分子的平均动能增大，从而引起单位体积内分子数减小，气体的体积增大。答案：增大见解析8．(2018·盐城一模)带有活塞的汽缸中封有一定质量的理想气体，缸内气体从状态A变化到状态B，如图所示。此过程中，汽缸单位面积上所受气体分子撞击的作用力________(选填“变大”“不变”或“减小”)，缸内气体________(选填“吸收”或“放出”)热量。解析：由题图可知，缸内气体从状态A变化到状态B，为等压变化，故汽缸单位面积上所受气体分子撞击的作用力不变，理想气体对外做功的同时，温度升高，分子的平均动能增大，即内能增大，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知：ΔU＞0，W<0，所以Q＞0，即气体吸收热量。答案：不变吸收9．“拔火罐”是一种中医疗法，为了探究“火罐”的“吸力”，某人设计了如图所示实验。圆柱状汽缸(横截面积为S)被固定在铁架台上，轻质活塞通过细线与重物m相连，将一团燃烧的轻质酒精棉球从缸底的开关K处扔到汽缸内，酒精棉球熄灭时(设此时缸内温度为t℃)密闭开关K，此时活塞下的细线刚好拉直且拉力为零，而这时活塞距缸底为L。由于汽缸传热良好，重物被吸起，最后重物稳定在距地面eq\f(L,10)处。已知环境温度为27℃不变，eq\f(mg,S)与eq\f(1,6)大气压强相当，汽缸内的气体可视为理想气体，求t值。解析：对汽缸内封闭气体，初状态：p1＝p0V1＝LS，T1＝(273＋t)K末状态：p2＝p0－eq\f(mg,S)＝eq\f(5,6)p0V2＝eq\f(9,10)LS，T2＝300K由理想气体状态方程得eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)，解得t＝127℃。答案：127℃10．(2018·淮海中学模拟)某压力锅结构如图所示。盖好密封锅盖，将压力阀套在出气孔上，给压力锅加热。(1)在压力阀被顶起前，停止加热。若此时锅内气体的体积为V、摩尔体积为V0，阿伏加德罗常数为NA，计算锅内气体的分子数。(2)在压力阀被顶起后，停止加热。假设放气过程中气体对外界做功为W0，并向外界释放了Q0的热量。求该过程锅内原有气体内能的变化量。解析：(1)物质的量等于气体体积除以摩尔体积，分子数等于物质的量与阿伏加德罗常数的积，设分子数为n，故有：n＝eq\f(V,V0)NA。(2)由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，得：ΔU＝－W0－Q0，即原有气体内能的变化量为W0＋Q0。答案：(1)eq\f(V,V0)NA(2)W0＋Q011．一定质量的理想气体经历了温度缓慢升高的变化，如图所示的pT和VT图像各记录了其部分变化过程，求：(1)温度为600K时气体的压强；(2)在pT图像上将温度从400K升高到600K的变化过程补充完整。解析：(1)由pT图像可知，气体由200K→400K的过程中做等容变化，由VT图像可知，气体由400K→500K仍做等容变化，对应pT图像可得出：T＝500K时，气体的压强为1.25×105Pa，由VT图像可知，气体由500K→600K做等压变化，故T＝600K时，气体的压强仍为1.25×105Pa。(2)根据(1)中所述气体状态变化过程，在pT图像上补充画出400K→600K的气体状态变化图像，如图所示。答案：(1)1.25×105Pa(2)见解析图12．如图所示，一导热性能良好、内壁光滑的汽缸竖直放置，用不漏气的轻质活塞封闭一定质量的理想气体，固定导热隔板上有一小孔，将A、B两部分气体连通。已知活塞的横截面积为S，初始时A、B两部分体积相同，温度为T0，大气压强为p0。(1)若缓慢加热气体，使A、B两部分体积之比达到2∶1，求此时的温度T1；(2)保持气体温度T0不变，在活塞上施加一竖直向下的推力，缓慢推动活塞，当A、B两部分体积之比为1∶2时，求气体的压强p和所加推力大小F。解析：(1)设B的体积为V，则初状态A、B总体积为2V，末状态A、B总体积为3V由盖—吕萨克定律有eq\f(2V,T0)＝eq\f(3V,T1)解得T1＝eq\f(3,2)T0。(2)由题意知，气体等温压缩后，A的体积变为eq\f(V,2)由玻意耳定律有p0·2V＝p·eq\f(3V,2)解得p＝eq\f(4,3)p0由力的平衡条件有pS＝p0S＋F解得F＝eq\f(1,3)p0S。答案：(1)eq\f(3,2)T0(2)eq\f(4,3)p0eq\f(1,3)p0S1．(2018·南京模拟)(1)下列说法中正确的是________。A．在太空站中处于完全失重状态的水滴呈球形，是由液体表面张力引起的B．用打气筒给自行车打气，越打越费劲，是气体分子之间斥力变大C．在压强一定的情况下，晶体熔化过程中分子的平均动能增加D．当气体温度升高时，每一个分子的运动速率都增加(2)如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再由状态B变化到状态C。由状态A变化到状态B，气体内能________(填“增加”“减少”或“不变”)，由A到B再到C的整个变化过程中，气体________(填“吸收”或“放出”)热量。(3)某段时间南京地区空气污染严重，出现了持续的雾霾天气。一位同学受桶装纯净水的启发，提出用桶装的净化压缩空气供气，每个桶能装10atm的净化空气20L。假设人每分钟吸入1atm的净化空气8L。①在外界气压为1atm的情况下，打开桶盖，待稳定后求桶中剩余气体的质量与打开桶盖前的质量之比；②在标准状况下，1mol空气的体积是22.4L，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023mol－1。请估算人在27℃气温下每分钟吸入空气的分子数(保留一位有效数字)。解析：(1)液体表面有使液体表面积最小的作用，完全失重状态，水滴呈球形，故A正确；气体分子间距大，无分子作用力，要把气体打入自行车车胎内，随着气体的打入，气体的压强增大，所以越打越费劲，故B错误；同种物质分子的平均动能只与温度有关，压强一定的晶体熔化过程，温度不变，分子的平均动能不变，故C错误；气体温度升高，大部分的分子运动速率增大，不是每个分子的运动速率都增加，故D错误。(2)理想气体状态方程eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)，因为p1＜p2，V1＜V2，所以T1＜T2，故气体的内能增加；由A到B再到C，p1＝p3，V1＜V3，所以T1＜T3，气体的内能增加，体积增大，对外做功，由ΔU＝W＋Q可知，此过程气体吸收热量。(3)①由等温变化规律得p1V1＝p2V2桶内剩余气体质量所占比例为eq\f(m′,m)＝eq\f(V1,V2)代入数据计算得eq\f(m′,m)＝eq\f(1,10)。②设每分钟吸入空气的分子数为N，则N＝eq\f(V,Vmol)NA代入数据计算得N≈2×1023。答案：(1)A(2)增加吸收(3)①eq\f(1,10)②2×10232．(2018·南通、泰州一模)(1)下列说法中正确的有________。A．蔗糖受潮后粘在一起，没有确定的几何形状，所以它是非晶体B．组成晶体的原子(或分子、离子)都是按照一定的规则排列的C．某些液晶中掺入少量多色性染料后，对不同颜色的光吸收强度与所加电场的场强有关D．液体表面张力的方向总是垂直于液面，指向液体内部(2)在分子间作用力表现为引力的情况下，当分子间的距离增大时，分子间的引力________(填“增大”“减小”或“不变”)，分子势能________(填“增大”“减小”或“不变”)。(3)如图所示，在开口向上、竖直的薄壁圆柱形容器内，用质量m＝2.0kg的活塞密封一部分气体，活塞在容器内能自由滑动且保持水平，容器的底面积S＝100cm2，开始时气体的温度T1＝280K，活塞到容器底的距离h1＝20.0cm。在气体从外界吸收Q＝40J热量的过程中，活塞缓慢上升的距离Δh＝1.0cm。已知大气压强p0＝1.0×105Pa，取重力加速度g＝10m/s2。求：①活塞停止上升时容器内气体的温度T2；②密封气体内能的增加量ΔU。解析：(1)蔗糖是多晶体，A项错误；组成晶体的原子(或分子、离子)具有空间上的周期性，B项正确；根据液晶的特性可知，C项正确；液体表面张力的方向与液面相切，D项错误。(2)分子间距离增大时，分子引力和斥力都减小。分子力表现为引力时，分子间距离变大，引力做负功，分子势能增大。(3)①活塞上升过程中，由盖—吕萨克定律有eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)则T2＝eq\f(V2,V1)T1＝eq\f(h1＋Δh,h1)T1＝294K。②活塞上升的过程，外界对系统做的功W＝－(mg＋p0S)Δh由热力学第一定律有ΔU＝Q＋W解得ΔU＝29.8J。答案：(1)BC(2)减小增大(3)①294K②29.8J3．(2016·江苏高考)(1)在高原地区烧水需要使用高压锅。水烧开后，锅内水面上