新高考物理一轮复习专题十五热学教学课件

考点一分子动理论内能一、物体是由大量分子组成的1.分子直径的数量级为10-10m,分子质量的数量级为10-26kg。2.阿伏加德罗常数:1mol的任何物质中含有NA=6.02×1023个分子,NA即阿伏加德罗常数。

球体模型立方体模型对象固体和液体分子气体分子图示

关系d=

d=

意义d为分子直径,V0为分子体积d为气体分子间的平均距离,V0为分子所占空间体积3.分子的两种模型二、宏观量与微观量1.微观量:分子体积V0、分子直径d、分子质量m0。2.宏观量:摩尔体积Vmol、摩尔质量M、物体的体积V、物体的质量m、物体的密度ρ。3.几个重要关系(1)分子质量:m0=

=

。(2)分子体积:V0=

=

(适用于固体和液体)。(3)物体所含的分子数:N=

NA=

NA或N=

NA=

NA。注意

阿伏加德罗常数是联系宏观和微观的桥梁。三、分子热运动1.分子热运动:分子在做永不停息的无规则运动。2.扩散现象:相互接触的不同种物质彼此进入对方的现象。温度越高,扩散越快。3.布朗运动: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

动越明显。

分子热运动扩散现象布朗运动产生原因自发产生分子的无规则运动产生分子对悬浮微粒的撞击不平衡产生活动主体分子分子悬浮的固体微小颗粒活动范围任何物质中发生任何两种物质间发生只能在液体、气体中发生共同点(1)都是无规则运动(2)都随温度的升高而运动得更加剧烈联系(1)扩散现象直接地反映了分子热运动(2)布朗运动间接地反映了分子热运动4.分子热运动、扩散现象与布朗运动的比较5.分子运动速率分布规律

(1)在任一温度下,气体分子的速率都按“中间多、两头少”的规律分布。(2)温度升高时,“中间多”的这一“高峰”向速率大的方向移动,速率小的分子数减

少,速率大的分子数增多,分子的平均速率增大,但不是每个分子的速率都增大。四、分子间作用力与内能1.分子动能、分子势能与内能

分子动能分子势能内能定义分子无规则运动所具有

的动能由分子间相对位置决定

的能量物体中所有分子的热运动动能和分子势能的总和决定因素温度、物质的量体积、物质的量温度、体积、物质的量注意(1)温度、内能等物理量只对大量分子才有意义,对少量分子没有实际意义(2)改变内能的方式有两种:做功和传热2.分子间作用力与分子势能图像的比较

分子间作用力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=r0F=0Ep最小,但不为零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>10r0可近似看作F=0Ep=0例1图甲是一定质量的某种气体在不同温度下的气体分子运动速率分布曲线;图乙

是分子势能Ep与两分子间距离r的关系曲线。下列说法正确的是

(

)

A.甲:同一温度下,气体分子热运动的速率都呈“中间多、两头少”的分布B.甲:气体在①状态下的内能小于在②状态下的内能C.乙:当r大于r1时,分子间的作用力表现为引力D.乙:在r由r1变到r2的过程中分子间作用力做负功

解析

由题图甲知,同一温度下气体分子热运动的速率都呈“中间多、两头少”的分布,①状态下气体分子热运动速率大的分子占据的比例较大,则说明①状态下对应

的温度大,即气体在①状态下的内能大于在②状态下的内能,故A正确,B错误。由题图

乙(易错:明确是F-r图像还是Ep-r图像)知,当r=r2时,分子势能最小(点拨:这是判断分子

间作用力及其做功情况的关键),此时分子间作用力为0,则当r>r2时,分子间的作用力表

现为引力,当r<r2时,分子间的作用力表现为斥力,在r由r1变到r2的过程中,分子势能减小,

故分子间作用力做正功,故C、D错误。

答案

A考点二固体、液体和气体一、固体固体可分为晶体和非晶体,晶体又可分为单晶体和多晶体。

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确定不确定物理性质各向异性各向同性各向同性原子(或分子、离子)排列按一定的规则排列,具有空间上的周期性由许多单晶体杂乱无章地组合

而成排列不规则,无空间上的周期性典型物质单晶硅、单晶锗蔗糖块、铜玻璃、蜂蜡、松香二、液体1.液体的表面张力定义使液体表面绷紧的力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,分子间的作用力表现为引力方向和液面相切,垂直于液面上的各条分界线

作用使液体表面具有收缩的趋势,使液体表面积趋于最小(在体积相同的条件下,球体的表面积最小)2.浸润和不浸润(1)浸润:一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上,这种现象叫作浸润。(2)不浸润:一种液体不会润湿某种固体,也就不会附着在这种固体的表面,这种现象叫

作不浸润。知识拓展

浸润与不浸润产生的原因①附着层内的液体分子比液体内部密集,故分子间作用力为斥力,附着层有扩展的趋

势,故形成浸润现象。②附着层内的液体分子比液体内部稀疏,故分子间作用力为引力,附着层有收缩的趋

势,故形成不浸润现象。(3)毛细现象①定义: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,称为毛

细现象(如图所示)。

②特点:细管内径越小,毛细现象越明显。3.液晶(1)液晶的物理性质:具有液体的流动性;具有晶体的光学各向异性。(2)液晶的微观结构:从某个方向上看,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。三、气体1.气体压强(1)定义:气体作用在器壁单位面积上的压力。(2)产生的原因:气体中大量分子做无规则运动时对器壁频繁碰撞而形成对器壁各处均

匀、持续的压力。(3)决定因素(一定质量的某种理想气体)①分子的平均动能:分子的平均动能越大,单位面积上分子与器壁碰撞的作用力越大,

则压强越大。②分子的数密度:分子的数密度越大,单位时间内、器壁单位面积上碰撞的分子数越多,作用力越大,则压强越大。2.气体实验定律(1)气体实验定律的比较

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

=

=

图像

(2)气体实验定律的微观解释①玻意耳定律的微观解释: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,反

之,压强减小。②查理定律的微观解释: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,反之,

压强减小。③盖-吕萨克定律的微观解释: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,才可能保持压强不变。3.理想气体状态方程(1)理想气体①定义:在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体。②理想气体特点:理想气体不计分子间的作用力,即不计分子势能,其内能仅由温度决

定。(2)理想气体状态方程:

=

或

=C(质量一定的理想气体)。

特点(其中C为常量)图像p-VpV=CT,即p、V之积越大的等温

线温度越高,线离原点越远

p-

p=CT

,斜率k=CT,即斜率越大,温度越高

4.一定质量理想气体状态变化相关图像的比较p-Tp=

T,斜率k=

,即斜率越大,体积越小

V-TV=

T,斜率k=

,即斜率越大,压强越小

例2某同学探究一封闭汽缸内理想气体的状态变化特性,得到压强p随温度t的变化如图所示。已知图线Ⅰ描述的是体积为V1的等容过程,当温度为t1时气体的压强为p1;图线Ⅱ

描述的是压强为p2的等压过程。取0℃为273K,求(1)等容过程中,温度为0℃时气体的压强;(2)等压过程中,温度为0℃时气体的体积。解题指导

解析

(1)在等容过程中,设0℃时气体压强为p0,根据查理定律有

=

解得p0=

。(2)当压强为p2、温度为0℃时,设此时气体的体积为V2,则根据理想气体状态方程有

=

,解得V2=

。

答案

(1)

(2)

思维模版

利用气体实验定律、理想气体状态方程解决问题的基本思路考点三热力学定律能量守恒定律一、热力学第一定律1.内容:一个热力学系统的内能变化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=W+Q。3.符号规定做功W外界对物体做功W>0物体对外界做功W<0吸、放热Q物体从外界吸收热量Q>0物体向外界放出热量Q<0内能变化ΔU物体内能增加ΔU>0物体内能减少ΔU<04.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相同,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3如图,一绝热容器被隔板K隔开成A、B两部分。已知A内有一定质量的稀薄气体,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。此过程中气体内能的变化

情况为

(

)

A.变大

B.变小

C.不变

D.无法确定

解析

稀薄气体向真空扩散没有做功,可得W=0;绝热容器,可得Q=0;由热力学第一定律ΔU=Q+W可得ΔU=0,C正确。

答案

C拓展变式

若气体不是向真空扩散,当气体体积增大时,气体对外界做功,可得W<0;绝热容器,可得Q=0;由热力学第一定律ΔU=Q+W可得ΔU<0,即内能变小。二、能量守恒定律1.内容: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其他形式,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.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。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: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。2.对热力学第二定律中关键词的理解(1)“自发地”指明了传热的方向性,不需要外界提供能量;(2)“不产生其他影响”是说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。模型一玻璃管-液柱模型一、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为研究对象进行受力分析,得到液柱的受力平衡方程,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,求得气体的压强二、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为研究对象,进行受力分析,利用牛顿第二定律列方程求解。例1若已知大气压强为p0,液体密度均为ρ,重力加速度为g,图中各装置均处于静止状

态,求各装置中被封闭气体的压强。(假设每根管的横截面积均为S)

解析

力平衡法:题图甲中,以高为h的液柱为研究对象,由平衡条件有p甲S+ρghS=p0S,所以p甲=p0-ρgh。液片法:题图乙中,以B液面为研究对象,由平衡条件有p乙S+ρghS=p0S,所以p乙=p0-ρgh。液片法:题图丙中,以B液面为研究对象,由平衡条件有p丙S+ρghsin60°·S=p0S,所以p丙=p0-

ρgh。液片法:题图丁中,以A液面为研究对象,由平衡条件有p丁S=p0S+ρgh1S,所以p丁=p0+ρgh1。等压面法:题图戊中,从开口端开始计算,右端大气压强为p0,同种液体同一水平面上的

压强相同,所以b气柱的压强pb=p0+ρg(h2-h1),故a气柱的压强pa=pb-ρgh3=p0+ρg(h2-h1-h3)。

答案

甲:p0-ρgh乙:p0-ρgh丙:p0-

ρgh丁:p0+ρgh1戊:pa=p0+ρg(h2-h1-h3)

pb=p0+ρg(h2-h1)例2如图所示,在足够长的光滑斜面上,有一端封闭的导热玻璃管。玻璃管内部液柱

封闭了一定质量的理想气体,外界温度保持不变。在斜面上静止释放玻璃管,当液柱

在玻璃管中相对稳定后,以下说法正确的是

(

)

A.封闭气体的长度将变长B.封闭气体的分子平均动能减小C.封闭气体压强小于外界大气压D.单位时间内,玻璃管内壁单位面积上所受气体分子撞击次数增加

解析

设外界大气压强为p0,液柱的质量为m,玻璃管的横截面积为S,斜面倾角为θ,重力加速度为g。当玻璃管和液柱均处于静止状态时,对液柱有p1S=p0S+mgsinθ,解得p1=

p0+

。当液柱在玻璃管中相对稳定后,运用牛顿第二定律,对玻璃管和液柱有a=gsinθ①;对液柱有p0S+mgsinθ-p2S=ma②。联立①②解得p2=p0,C错误。玻璃管导热且

外界温度保持不变,故封闭气体温度不变,封闭气体的分子平均动能不变,B错误。由玻

意耳定律可得p1V1=p2V2,p2<p1,则封闭气体体积变大,气体柱长度变长,所以分子数密度

减小,玻璃管内壁单位面积上所受气体分子撞击次数减少,故A正确,D错误。

答案

A模型二活塞-汽缸模型一、以气体为研究对象1.如果气体在单个汽缸中,需明确气体的变化过程,分析清楚气体初末状态,温度、压

强、体积三个物理量和初末状态之间的关系,再依据气体实验定律列出方程。2.如果涉及两个或多个汽缸封闭着几部分气体,并且气体之间相互关联,解答时应分别

研究各部分气体,找出它们各自遵循的规律,并写出相应的方程,最后联立求解。二、以活塞为研究对象1.明确活塞的质量是否忽略不计,明确活塞是水平放置还是竖直放置,如果竖直放置,

是否考虑活塞的重力产生的压强。2.活塞如果处于力学平衡状态,则要对活塞进行受力分析,根据受力平衡得出气体的压

强大小或活塞两端的隔离气体的压强关系。3.活塞如果处于力学非平衡状态,则要对活塞进行受力分析,根据牛顿运动定律得出气

体压强的大小或活塞两端的隔离气体的压强关系。例3

如图所示,圆柱形汽缸竖直放置。质量不计、横截面积S=1.0×10-3m2的活塞封闭

某理想气体,活塞最初静止在A位置,缓慢加热气体使活塞从A位置上升到B位置。已知

A、B距汽缸底面高度hA=0.5m,hB=0.6m,活塞在A位置时气体温度TA=300K,压强pA=

1.02×105Pa,活塞从A运动到B的过程中气体内能增加量ΔU=100J,外界大气压强p0=1.0×

105Pa,不计摩擦,g=10m/s2。求:(1)活塞的质量;(2)活塞在B位置时密闭气体的温度TB;(3)上述过程中缸内气体吸收的热量Q。

解析

(1)以活塞为研究对象活塞最初静止在A位置,受力平衡,对活塞受力分析得pAS=mg+p0S,解得活塞的质量m=0.2kg。(2)以气体为研究对象活塞从A运动到B的过程中,对气体由盖-吕萨克定律得

=

,解得TB=360K。(3)活塞从A运动到B的过程中,外界对气体做功W=-p0S(hB-hA)=-10J①;由热力学第一定律得ΔU=W+Q②;联立①②并代入题给数据解得Q=110J。

答案

(1)0.2kg

(2)360K

(3)110J例4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”形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

。设整个过程温度保持不变,求:

(1)此时上、下两部分气体的压强;(2)“H”形连杆活塞的质量(重力加

速度大小为g)。模型建构

①关联条件:“H”形连杆活塞、隔板和汽缸将气体分成两部分,两部分气体的总体积保持不变。②模型规律:将整个装置缓慢旋转至竖直方向,整个过程是个

等温变化过程,符合玻意耳定律的适用条件。

解析

(1)以气体为研究对象,旋转前后,上部分气体发生等温变化,根据玻意耳定律可知p0SL0=p1·

SL0,解得旋转且稳定后,上部分气体的压强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

SL0+SL0=

SL0,则p0SL0=p2·

SL0,解得旋转且稳定后,下部分气体的压强p2=

p0。(2)以活塞为研究对象(点拨:“H”形活塞问题,通常都会选取活塞整体为研究对象,这

样分析问题较为简便。通常要借助活塞的受力及运动状态来分析解答),旋转且稳定

后,对“H”形连杆活塞整体受力分析,根据平衡条件可知p1S+p0S=mg+p2S+p0S,解得活

塞的质量m=

。

答案

(1)2p0

p0

(2)

微专题24热力学第一定律与气体实验定律的综合应用一、思维流程二、分析策略1.气体的状态变化可由图像直接判断或结合理想气体状态方程

=C分析。2.气体做功的情况由体积的变化情况分析。体积膨胀,气体对外做功,W<0;气体被压

缩,外界对气体做功,W>0。3.气体内能的变化由温度的变化判断。温度升高,气体内能增大;温度降低,气体内能

减小。4.气体的做功情况、吸放热及内能变化也可由热力学第一定律ΔU=W+Q分析。知识拓展在p-V图像中,图像与横轴所围面积表示气体对外界或外界对气体整个过

程中所做的功。例

一定质量的理想气体,先后经历A→B、A→C两种变化过程,三个状态A、B、C的

部分状态参量如图所示,且BA延长线过原点O,A→B过程中气体吸收的热量为300J,A

→C过程中气体吸收的热量为600J,下列说法正确的是(

)

A.两个过程中,气体内能的增加量不相同B.A→C过程中,气体对外做功400JC.状态B时,气体的体积为10LD.A→C过程中,气体增加的体积为原体积的

解析

A→B、A→C两种变化过程中,气体的温度变化相同,故气体内能的增加量ΔU相同,A错误。BA延长线过原点O,故A→B为等容变化,可得W=0,由热力学第一定律可

得ΔU=Q=300J;A→C为等压变化,由热力学第一定律可得ΔU=Q'+W',其中Q'=600J,ΔU

=300J,解得W'=-300J,即气体对外做功300J,B错误。A→C过程中,W'=-pA(VC-VA)①,其

中pA=1.5×105Pa,由盖-吕萨克定律可得

=

②;联立①②解得VA=10L,则状态B时,气体的体积也为10L,C正确。A→C过程中,气体增加的体积为原体积的

=

,D错误。

答案

C微专题25气体变质量问题

特点巧选对象解题方法打气问题向球、轮胎中充气是一个典型的气体变质量问题选择球内原有气体和即将打入的气体整体作为研究对象把充气过程中的气体质量变化的问题转