物理人教版学案与测评选修3-3（课件）

欢迎进入物理课堂 选修3 3 第1节分子动理论内能 要点一阿伏加德罗常数及微观量的估算例1某气体的摩尔质量为M 摩尔体积为V 密度为 每个分子的质量和体积分别为m和V0 则阿伏加德罗常数NA可表示为 A NA V V0B NA V mC NA M mD NA M V0 点拨 注意到阿伏加德罗常数的 桥梁 作用 及固 液 气的结构特征 固体和液体分子可以忽略分子间的间隙 而气体分子间的间隙不能忽略 解析 由于气体分子间距很大 不能用V V0来计算NA A错误 气体密度 是宏观量 对于单个气体分子不能用m V0来计算 D错误 答案 BC 要点二分子的无规则热运动例2 2009 北京 做布朗运动实验 得到某个观测记录如图 图中记录的是 A 分子无规则运动的情况B 某个微粒做布朗运动的轨迹C 某个微粒做布朗运动的速度 时间图线D 按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线 点拨 1 布朗运动是宏观颗粒的运动 2 布朗运动反映了分子热运动的无规则性 解析 布朗运动是悬浮在液体 或气体 中的微小颗粒的无规则运动 而非分子的运动 故A错误 布朗运动是无规则的 所以微粒没有固定的运动轨迹 故B错误 对于某个微粒而言在不同时刻的速度大小和方向均是不确定的 所以无法确定其在某一个时刻的速度 故也就无法描绘其速度 时间图线 故C错误 选项D正确 答案 D 要点三物体的内能例3分子间有分子势能 规定相距无穷远时两分子间的势能为零 设分子a固定不动 分子b以某一初速度从无穷远处向a运动 直至它们之间的距离最小 此过程中 A a b之间的势能先减小 后增大 再减小B a b之间的势能先增大 后减小 再增大C 分子b的加速度先增大 后减小 再增大D 分子b的加速度先减小 后增大 再减小 点拨 注意到分子力随r变化的特征与Ep随r变化的特征的比较 解析 此过程由两个阶段组成 相距无穷远到r0 r0到距离最小 第一阶段分子引力先增大后减小 则加速度先增大 后减小 引力对b做正功 a b之间的势能减小 第二阶段分子斥力一直增大 分子b的加速度一直增大 斥力对b做负功 a b之间的势能增大 所以整个过程中a b之间的势能先减小 后增大 分子b的加速度先增大 后减小 再增大 选项C正确 答案 C 物体内能是对分子而言的 它是组成物体所有分子热运动的动能和分子势能的总和 它是状态量 其大小与温度 体积及物体所含分子数有关 对这些理解不透彻往往容易出错 例下列说法中正确的是 A 温度低的物体内能小B 温度低的物体分子运动的平均速率小C 做加速运动的物体 由于速度越来越大 因此物体分子的平均动能越来越大D 温度低的铜块与温度高的铁块相比 分子平均动能小 错解 A 因为温度低 平均动能就小 所以内能就小 所以应选A B 由动能公式Ek 1 2 mv2可知 速率越小动能就越小 而温度低的物体分子平均动能小 所以速率也小 所以应选B C 由加速运动的规律我们了解到 物体的速度大小由初速度 加速度和时间决定 随着时间的推移 速度越来越快 再由动能公式Ek 1 2 mv2可知 物体动能也越来越大 所以应选C 剖析 内能是物体内所有分子的动能和势能的总和 温度是分子平均动能的标志 任何物质只要温度低则物体分子平均动能就一定小 D选项正确 但温度低不表示内能一定也小 也就是所有分子的动能和势能的总和不一定就小 A选项错误 温度低 物体分子平均动能小 但不同物质的分子质量不同 所以无法确定温度低时分子运动的平均速率是否一定小 选项B错误 微观分子无规则运动与宏观物体运动不同 分子的平均动能只是分子无规则热运动的动能 而物体加速运动时 物体内所有分子均参与物体的整体 有规律的运动 这时物体整体运动虽然越来越快 但并不能说明分子无规则运动的情况就加剧 从本质上说 分子无规则运动的剧烈程度只与物体的温度有关 而与物体的宏观运动情况无关 C选项错误 答案 D 第2节固体液体与气体 要点一气体的状态参量例1封闭在气缸内一定质量的气体 如果保持气体体积不变 当温度升高时 以下说法正确的是 A 气体的密度增大B 气体的压强增大C 气体分子的平均动能减小D 每秒撞击单位面积器壁的气体分子增多 点拨 对于各种气体状态参量 深刻理解其含义 理解其决定因素 理解它们之间的关系 再联系涉及的物理量 结合题目条件逐条分析 解析 气体密度由其质量和体积共同决定 质量和体积不变 则密度不变 A错误 温度升高 则气体分子的平均动能增大 对于特定的气体 其分子的平均速率增大 在体积不变的情况下 则单位时间内撞击单位面积器壁的气体分子增多 作用在单位面积器壁的作用力增大 气体压强增大 C错误 BD正确 答案 BD 要点二气体状态方程的应用例2 2009 海南 一气象探测气球 在充有压强为1 00atm 即76 0cmHg 温度为27 0 的氦气时 体积为3 50m3 在上升至海拔6 50km高空的过程中 气球内氦气逐渐减小到此高度上的大气压36 0cmHg 气球内部因启动一持续加热过程而维持其温度不变 此后停止加热 保持高度不变 已知在这一海拔高度气温为 48 0 求 1 氦气在停止加热前的体积 2 氦气在停止加热较长一段时间后的体积 解析 1 在气球上升至海拔6 50km高空的过程中 气球内氦气经历一等温过程 根据玻意耳定律有p1V1 p2V2 式中p1 76 0cmHg V1 3 50m3 p2 36 0cmHg V2是此等温过程末态氦气的体积 由 式得V2 7 39m3 2 在停止加热较长一段时间后 氦气的温度逐渐从T1 300K下降到与外界气体温度相同 即T2 225K 这是一等压过程 根据盖 吕萨克定律有V2 T1 V3 T2 式中V3是在此等压过程末氦气的体积 由 式得V3 5 54m3 要点三气体状态变化的图象问题例3一定质量的理想气体由状态A变为状态D 其有关数据如图甲所示 若状态D的压强是2 104Pa 1 求状态A的压强 2 请在乙图中画出该状态变化过程的p T图象 并分别标出A B C D各个状态 不要求写出计算过程 点拨 读出V T图上各点的体积和温度 由理想气体状态方程即可求出各点对应的压强 解析 1 据理想气体状态方程 pAVA TA pDVD TD则pA pDVDTA VATD 4 104Pa 2 由理想气体状态方程可分别求出 pB pDVDTB TDVB 16 104PapC pDVDTC TDVC 4 104Pa所以可得p T图象及A B C D各个状态如图所示 要点四晶体和非晶体例4如图是两种不同物质的熔化曲线 根据曲线下列说法正确的是 A a是晶体B b是晶体C a是非晶体D b是非晶体 点拨 晶体开始熔化 熔化时晶体吸收的热量全部用来破坏规则的排列 温度不发生变化 而对非晶体加热 先变软 然后变为粘滞性很大的液体 温度不断升高 解析 晶体在熔化过程中 不断吸热 但温度却保持不变 熔点对应的温度 而非晶体没有固定的熔点 不断加热 非晶体先变软 然后熔化 温度却不断上升 因此 a对应的是晶体 b对应的是非晶体 选项AD正确 答案 AD 重力产生的压强等于重力产生的压力与面积的比值 压力都应该是垂直于接触面方向 所以重力产生压强应是重力在垂直于接触面方向的分力 而不一定是Mg 面积应是接触面的面积 而不一定等于气缸的横截面积 例如图所示 一个横截面积为S的圆筒型容器竖直放置 金属圆板A的上表面是水平的 下表面是倾斜的 下表面与水平面的夹角为 圆板的质量为M 不计圆板A与容器内壁之间的摩擦 若大气压强为p0 则被圆板封闭在容器中气体的压强p等于 A p0 Mgcos SB p0 cos Mg Scos C p0 Mgcos2 SD p0 Mg S 错解一 因为圆板下表面是倾斜的 重力产生的压强等于Mg S 其中S 为斜面的面积 即S S cos 因此重力产生的压强为Mgcos S 所以气体压强为p0 Mgcos S 故选项A正确 错解二 重力产生的压强应该为重力的分力Mg cos 在活塞下表面上产生的压强 即pG Mg cos S 而大气压强p0 cos 所以气体压强为p0 cos Mg Scos 因此应选B 错解三 在分解重力时错了 重力的一个分力应是Mg cos 而不是Mgcos 因为另一个分力一定要垂直于竖直容器壁 如图 a 所以重力的压强为pG Mg cos S Mg cos S cos Mg S 正解 以金属圆板A为对象 分析其受力情况 从受力图 c 可知 圆板A受竖直向下的力有重力Mg 大气压力p0S 竖直向上的力为气体压力pS 在竖直方向的分力pS cos 其中S S cos 所以pScos cos Mg p0S 故p Mg S p0 答案 D 第3节热力学定律与能量守恒定律 要点一热力学第一定律的应用例1 2010 四川模拟 1 密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁 关于此过程中瓶内空气 不计分子势能 说法正确的是 A 内能增大 放出热量B 内能减小 吸收热量C 内能增大 对外界做功D 内能减小 外界对其做功 2 空气压缩机在一次压缩过程中 活塞对气缸中的气体做功为2 0 105J 同时气体的内能增加了1 5 105J 试问 此压缩过程中 气体 填 吸收 或 放出 的热量等于J 点拨 1 温度是分子平均动能的标志 2 弄清符号法则和符号的含义是掌握热力学第一定律的关键 解析 1 不计分子势能 空气内能由温度决定 随温度降低而减小 A C均错误 薄塑料瓶因降温而变扁 空气体积减小 外界压缩空气做功 D正确 空气内能减小 外界对空气做功 根据热力学第一定律可知空气向外界放热 B错误 2 由热力学第一定律W Q U 得Q U W 5 104J 说明气体放出热量5 104J 答案 1 D 2 放出5 104 要点二能量守恒定律的应用例2 2010 徐汇区模拟 1 图a b是潮汐发电示意图 涨潮时开闸 水由通道进入海湾水库蓄水 待水面升至最高点时关闭闸门 见图a 当落潮时 开闸放水发电 见图b 设海湾水库面积为5 0 108m2 平均潮差为3 0m 一天涨落潮两次 发电的平均能量转化率为10 则一天内发电的平均功率约为 海水取1 0 103kg m3 g取10m s2 A 2 6 104kWB 5 2 104kWC 2 6 105kWD 5 2 105kW 2 下图为双水库潮汐电站原理示意图 两个水库之间始终保持着水位差 可以全天发电 涨潮时 闸门的开关情况是 落潮时闸门的开关情况是 从能量的角度说 该电站是将海水的转化为水轮机的动能 再推动发电机发电 点拨 1 一天涨落潮两次发两次电 2 发电时 水的重力势能转化为电能 3 水的重力势能转化为电能时遵循能量守恒定律 解析 1 潮汐发电是将海水的重力势能转化为电能 每次涨潮流进和落潮时流出海湾水库的海水的重力为mg 海水Shg 1 0 103 5 0 108 3 0 10N 1 5 1013N 发电的海水重心变化为 h 1 5m 由能量守恒定律得涨落潮一次发的电为E电 mg h 10 1 5 1013 1 5 10 J 2 25 1012J 每天涨落潮两次 发两次电 则一天内发电的平均功率约为P 2E电 t 2 2 25 1012 24 3600 W 5 2 104kW 所以B选项正确 2 潮汐发电是利用水的高度差 将重力势能转化为电能 必须保证水的高度差 所以在涨潮时 闸门A关B开 增大高水位库的水的高度 落潮时闸门B关A开 减小低水位库水的高度 该电站是将水的重力势能转化为水轮机的动能再转化为电能 答案 1 B 2 A关B开B关A开重力势能 要点三热力学第二定律的应用例3用两种不同的金属丝组成一个回路 接触点1插在热水中 接触点2插在冷水中 如图所示 电流计指针会发生偏转 这就是温差发电现象 这一实验是否违反热力学第二定律 热水和冷水的温度是否会发生变化 简述这一过程中能的转化情况 点拨 准确把握热力学第二定律是解答本题的关键 解析 温差发电现象中产生了电能是因为热水中的内能减少 一部分转化为电能 一部分传递给冷水 该过程并没有将热水的内能完全转化为电能 此过程对冷水产生了影响 使冷水的温度升高了 所以并不违反热力学第二定律 在分析物理问题时要注意进一步挖掘题目给出的隐含条件 从而找到解决问题的关键 例如图所示 一端开口的圆筒中插入光滑活塞 其中密闭了一段理想气体 其状态参量为p0 V0 T0 在与外界无热交换的情况下 先压缩气体到p1 V1 T1状态 再让气体膨胀到p2 V2 T2状态 若V1 V0 V2 则 A T1 T0 T2B T1 T0 T2C T1 T0 T2D 无法判断 错解 由理想气体状态方程p1V1T1 p2V2T2可知 T与V p均有关系 此题只提供了体积之间的关系 而没有压强p1 p2 p3的大小关系 分析题意可知 压强也不相等 所以无法判断 应选D 剖析 错选主要原因是没有进一步挖掘题目给出的条件 即 与外界无热交换 这个条件 若注意到这一点 便可避免错误 正解 从题目给出的条件 V1 V0 V2和 与外界无热交换 根据热力学第一定律 我们可以知道 从V0 V1的过程 气体体积减小 外界对气体做功 而系统吸放热为零 则内能一定增加 理想气体内能增加意味着温度升高 所以T1 T0 从状态1经过状态0到状态2 气体体积膨胀 气体对外做功 内能减少 温度降低 所以T0 T2 可得T1 T0 T2 本题的正确答案为A 答案 A 实验用油膜法估测分子的大小 例1利用油膜法估测油酸分子的大小 实验器材有 浓度为0 05 体积分数 的油酸酒精溶液 最小刻度为0 1mL的量筒 盛有适量水的45 50cm2的浅盘 痱子粉 橡皮头滴管 玻璃板 彩笔 坐标纸 1 下面是实验步骤 请填写所缺的步骤C A 用滴管将浓度为0 05 的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中 记下滴入1mL油酸酒精溶液时的滴数N B 将痱子粉均匀地撒在浅盘内水面上 用滴管吸取浓度为0 05 的油酸酒精溶液 从低处向水面中央一滴一滴地滴入 直到油酸膜有足够大的面积又不与器壁接触为止 记下滴入的滴数n C D 将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上 以坐标纸上边长为1cm的正方形为单位 计算轮廓内正方形的个数 算出油酸膜的面积S 2 用已给的和测得的物理量表示单个油酸分子的大小 单位 cm 解析 1 C 将玻璃板放在浅盘上 用彩笔将油酸膜的形状画在玻璃板上 2 每滴油酸酒精溶液的体积为1 Ncm3 n滴油酸酒精溶液所含纯油酸的体积为V n N 0 05 cm3 所以单个油酸分子的大小为d V S n 0 05 NS 答案 1 见解析 2 n 0 05 NS 例2在做 用油膜法估测分子大小 的实验中 油酸酒精的浓度为每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 用笔在玻璃板上描出油酸的轮廓 再把玻璃板放在坐标纸上 其形状和尺寸如图所示 坐标纸中正方形方格的边长为1cm 试求 1 油酸膜的面积是多少 2 每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少 3 按以上实验数据估测出油酸分子的直径 点拨 此类问题求解的关键是要求出一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积 即要找准两个比例 一个 稀释比 和一个 分滴比 解析 1 图中正方形方格为87个 用补偿法近似处理 可补19个整小方格 实际占小方格87 19 106个 那么油膜面积S 106 1cm2 106cm2 2 由1mL溶液中有75滴 1滴溶液的体积1 75mL 又每104mL溶液中有纯油酸6mL 1 75mL溶液中纯油酸的体积V 6 1 75 104mL 8 10 6mL 3 油酸分子直径d V S 8 10 6 106cm 7 5 10 10m 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全