2019-2020年高考物理总复习 热学讲义（选修3-3）.doc

2019-2020年高考物理总复习 热学讲义（选修3-3）考纲下载(1)分子动理论的基本观点阿伏加德罗常数()(2)用油膜法估测分子的大小(实验、探究)()(3)布朗运动()(4)分子热运动速率的统计分布规律()(5)气体压强的微观解释()(6)温度和内能()(7)晶体和非晶体晶体的微观结构()(8)液晶()(9)液体的表面张力()(10)气体实验规律()(11)理想气体()(12)热力学第一定律()(13)能源与可持续发展()考向前瞻预计在xx高考中，对热学的考查仍集中在上述知识点上，气体部分有定量计算题，其他部分主要以定性分析的题目出现。分子动理论 对应学生用书P181必备知识1物体是由大量分子组成的(1)分子的大小分子的直径(视为球模型)：数量级为1010 m。分子的质量：数量级为1026 kg。(2)阿伏加德罗常数1 mol的任何物质都含有相同的粒子数。通常可取NA6.021023 mol1。阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁。2分子模型物质有固态、液态和气态三种情况，不同物态下应将分子看成不同的模型。(1)固体、液体分子一个一个紧密排列，可将分子看成球形或立方体形，如图11所示，分子间距等于小球的直径或立方体的棱长，所以d (球体模型)或d(立方体模型)。图11(2)气体分子不是一个一个紧密排列的，它们之间的距离很大，所以气体分子的大小不等于分子所占有的平均空间。如图12所示，此时每个分子占有的空间视为棱长为d的立方体，所以d。图12典题例析空调在制冷过程中，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V1.0103 cm3。已知水的密度1.0103 kg/m3、摩尔质量M1.8102 kg/mol，阿伏加德罗常数NA6.01023 mol1。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Vmm3/mol1.8105 m3/mol水分子数：N31025个。(2)建立水分子的球模型有d3得水分子直径d m41010 m。答案(1)31025个(2)41010 m宏观量与微观量之间的关系宏观量包括物体的体积V、摩尔体积Vmol，物体的质量M、摩尔质量Mmol、物体的密度等，微观量包括分子体积V0、分子直径d、分子质量m0等，它们之间的关系有：(1)分子的质量：m0。(2)分子的体积：V0。对气体，V0为分子所占空间。(3)物体所含的分子数：nNANA或nNANA。针对训练1(xx盐城模拟)某气体的摩尔质量为Mmol，摩尔体积为Vmol，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不可表示为()ANABNACNA DNA解析：选CD阿伏加德罗常数NA，其中V应为每个气体分子所占有的体积，而V0是气体分子的体积，故C错误。D中V0不是气体分子的质量，因而也是错误的。2(xx南通三模)深海潜水作业中，潜水员的生活舱中注入的是高压氮氧混合气体。该混合气体在1个标准大气压下、温度为T时的密度为。当生活舱内混合气体的压强为31个标准大气压，温度为T时，潜水员在舱内一次吸入混合气体的体积为V。(1)求潜水员一次吸入混合气体的质量m；(2)若混合气体总质量的20%是氧气，氧气的摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，求潜水员一次吸入氧气分子的个数N。解析：(1)设1个标准大气压下体积为V0的混合气体压缩至31个标准大气压时的体积为V，根据玻意耳定律得：p0V031p0V解得：V031VmV031V。(2)吸入氧气分子的个数：NNANA。答案：(1)31V(2)NA布朗运动与扩散现象 对应学生用书P182必备知识1扩散现象(1)定义：不同物质能够彼此进入对方的现象叫做扩散。(2)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，而是由物质分子的无规则运动产生的。2布朗运动(1)定义：悬浮在液体中的小颗粒的永不停息地无规则运动叫做布朗运动。(2)特点：永不停息，无规则；颗粒越小，温度越高，布朗运动越显著。(3)布朗运动是由成千上万个分子组成的“分子集团”即固体颗粒的运动，布朗运动的无规则性是液体(气体)分子运动无规则性的反映。3热运动分子的无规则运动和温度有关，温度越高，分子运动越激烈。分子永不停息地无规则运动叫做热运动。典题例析我国已开展空气中PM2.5浓度的监测工作。PM2.5是指空气中直径小于2.5微米的悬浮颗粒物，可在显微镜下观察到，它飘浮在空中做无规则运动，很难自然沉降到地面，吸入后会进入血液对人体形成危害。矿物燃料燃烧时废弃物的排放是形成PM2.5的主要原因。下列关于PM2.5的说法中正确的()APM2.5在空气中的运动属于分子热运动B温度越高，PM2.5的无规则运动越剧烈CPM2.5的质量越小，其无规则运动越剧烈D由于周围大量空气分子对PM2.5碰撞的不平衡，使其在空中做无规则运动解析选BCDPM2.5是固体小颗粒，不是分子，故A错误；温度越高，PM2.5的无规则运动越剧烈，故B正确；PM2.5的质量越小，其无规则运动越剧烈，故C正确；由于周围大量空气分子对PM2.5碰撞的不平衡，使其在空中做无规则运动，故D正确。布朗运动与分子热运动 布朗运动热运动活动主体固体小颗粒分子区别是固体小颗粒的运动，是比分子大得多的分子团的运动，较大的颗粒不做布朗运动，但它本身的以及周围的分子仍在做热运动是指分子的运动，分子不论大小都做热运动，热运动不能通过光学显微镜直接观察到共同点都是永不停息的无规则运动，都随温度的升高而变得更加激烈，都是肉眼所不能看见的联系布朗运动是由于小颗粒受到周围分子做热运动的撞击力而引起的，它是分子做无规则运动的反映针对训练1做布朗运动实验，得到某个观测记录如图13所示。图中记录的是()图13A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解析：选D微粒在周围液体分子无规则碰撞作用下，做布朗运动，轨迹是无规则的，实际操作中不易描绘出微粒的实际轨迹；按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线的无规则性，也能反映微粒做布朗运动的无规则性。记录描绘的正是按等时间间隔记录的某个运动微粒位置的连线，故D正确。2(xx贵港模拟)烤鸭的烤制过程没有添加任何调料，只是在烤制过程之前，把烤鸭放在腌制汤中腌制一定时间，盐就会进入肉里。则下列说法正确的是()A如果让腌制汤温度升高，盐进入鸭肉的速度就会加快B烤鸭的腌制过程说明分子之间有引力，把盐分子吸进鸭肉里C在腌制汤中，只有盐分子进入鸭肉，不会有盐分子从鸭肉里面出来D把鸭肉放入腌制汤后立刻冷冻，将不会有盐分子进入鸭肉解析：选A如果让腌制汤温度升高，分子运动更剧烈，则盐进入鸭肉的速度就会加快，故A正确；烤鸭的腌制过程盐会进入肉里说明分子之间有间隙，以及说明分子不停的做无规则运动，不是因为分子之间有引力，故B错误；在腌制汤中，有盐分子进入鸭肉，分子运动是无规则的，同样会有盐分子从鸭肉里面出来，故C错误；把鸭肉放入腌制汤后立刻冷冻，仍然会有盐分子进入鸭肉，因为分子运动是永不停息的，故D错误。分子力、分子势能 对应学生用书P183必备知识1分子间同时存在引力和斥力(1)物质分子间存在空隙，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，但斥力比引力变化的快。(3)分子力与分子间距离关系图线由分子间的作用力与分子间距离关系图线(如图14所示)可知：图14当rr0时，F引F斥，分子力为0；当rr0时，F引F斥，分子力表现为引力。当rr0时，F引F斥，分子力表现为斥力。当分子间距离大于10r0(约为109 m)时，分子力很弱，可以忽略不计。2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。3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排列情况；宏观上决定于体积和状态。4物体的内能(1)等于物体中所有分子热运动的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)物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关。典题例析(xx福州模拟)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15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，下列说法错误的是()图15A在rr0阶段，F做正功，分子动能增加，势能减小B在rr0阶段，F做负功，分子动能减小，势能也减小C在rr0时，分子势能最小，动能最大D分子动能和势能之和在整个过程中不变解析选Br0为分子间的平衡距离；大于平衡距离时分子间为引力，小于平衡距离时，分子间为斥力；则有：r大于平衡距离，分子力表现为引力，相互靠近时F做正功，分子动能增加，势能减小，故A正确；当r小于r0时，分子间的作用力表现为斥力，F做负功，分子动能减小，势能增加，故B错误；由以上分析可知，当r等于r0时，分子势能最小，动能最大，故C正确；由于没有外力做功，故分子动能和势能之和在整个过程中不变，故D正确。1分子力与分子势能名称项目分子间的相互作用力F分子势能E p与分子间距的关系图像随分子间距的变化情况rr0F引和F斥都随距离的增大而减小，随距离的减小而增大，F引r0F引和F斥都随距离的增大而减小，随距离的减小而增大，F引F斥，F表现为引力r增大，引力做负功，分子势能增加r减小，引力做正功，分子势能减少rr0F引F斥，F0分子势能最小，但不为零r10r0 (109 m)F引和F斥都已十分微弱，可以认为分子间没有相互作用力分子势能为零2判断分子势能的变化有两种方法(1)看分子力的做功情况。(2)直接由分子势能与分子间距离的关系图线判断，但要注意其和分子力与分子间距离的关系图线的区别。针对训练1(xx北京高考)下列说法中正确的是()A物体温度降低，其分子热运动的平均动能增大B物体温度升高，其分子热运动的平均动能增大C物体温度降低，其内能一定增大D物体温度不变，其内能一定不变解析：选B根据温度是分子平均动能的标志知，温度升高，分子热运动的平均动能增大；温度降低，分子热运动的平均动能减小，选项A错误，B正确。理想气体的温度升高，内能增大；温度降低，内能减小，选项C错误。晶体熔化或凝固时温度不变，但是内能变化，熔化时吸收热量，内能增大；凝固时放出热量，内能减小，选项D错误。2(xx福建高考)下列四幅图中，能正确反映分子间作用力f和分子势能Ep随分子间距离r变化关系的图线是()图16解析：选B分子间引力和斥力的合力为分子力，分子力在rr0时为零，当rr0时分子力表现为引力，当rr0时分子力表现为斥力。一般取无穷远为零势能点，分子从无穷远靠近r0的过程分子力做正功，分子势能减小，到r0后再靠近分子力做负功，分子势能增加，故分子势能在rr0处最小。综上可知，B正确。统计规律 对应学生用书P184必备知识由于物体是由数量极多的分子组成的，这些分子并没有统一的运动步调，单独来看，各个分子的运动都是不规则的、带有偶然性的，但从总体来看，大量分子的运动却有一定的规律，这种规律叫做统计规律。大量分子的集体行为受到统计规律的支配。典题例析(xx镇江模拟)某种气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线如图17所示，图中f(v)表示v处单位速率区间内的分子数百分率，由图可知()图17A气体的所有分子，其速率都在某个数值附近B某个气体分子在高温状态时的速率可能与低温状态时相等C高温状态下大多数分子的速率大于低温状态下大多数分子的速率D高温状态下分子速率的分布范围相对较小解析选BC由不同温度下的分子速率分布曲线可知，在一定温度下，大多数分子的速率都接近某个数值，但不是说其余少数分子的速率都小于该数值，有个别分子的速率会更大，故A错误；高温状态下大部分分子的速率大于低温状态下大部分分子的速率，不是所有，有个别分子的速率会更大或更小，故B、C正确；温度是分子平均动能的标志，温度高则分子速率大的占多数，而个别速率大于平均速率的分子其速率可以比低温状态时更大，即高温状态下分子速率大小的分布范围相对较大，故D错误。对微观世界的理解离不开统计的观点。单个分子的运动是不规则的，但大量分子的运动是有规律的，如对大量气体分子来说，朝各个方向运动的分子数目相等，且分子的速率按照一定的规律分布。宏观物理量与微观物理量的统计平均值是相联系的，如温度是分子热运动平均动能的标志。但要注意：统计规律的适用对象是大量的微观粒子，若对“单个分子”谈温度是毫无意义的。针对训练1.(xx福建高考)如图18，横坐标v表示分子速率，纵坐标f(v)表示各等间隔速率区间的分子数占总分子数的百分比。图中曲线能正确表示某一温度下气体分子麦克斯韦速率分布规律的是()图18A曲线B曲线C曲线 D曲线 解析：选D某一温度下气体分子的麦克斯韦速率呈“中间多，两头少”的分布，故D项正确。2如图19是氧气分子在不同温度(0 和100 )下的速率分布规律图，横坐标表示速率，纵坐标表示某一速率内的分子数占总分子数的百分比，由图可知()图18A同一温度下，氧气分子呈现出“中间多，两头少”的分布规律B随着温度的升高，每一个氧气分子的速率都增大C随着温度的升高，氧气分子中速率小的分子所占的比例增大D温度越高，氧气分子热运动的平均速率越大解析：选AD同一温度下，中等速率大的氧气分子数所占的比例大，A正确；温度升高使得氧气分子的平均速率增大，不一定每一个氧气分子的速率都增大，B错误，D正确；温度越高，速率小的氧气分子所占的比例越小，C错误。课时跟踪检测 一、单项选择题1(xx上海徐汇期末)伽耳顿板可以演示统计规律。如图1所示，让大量小球从上方漏斗形入口落下，则图2中能正确反映最终落在槽内小球的分布情况的是()图1图2解析：选C根据统计规律，能正确反映最终落在槽内小球的分布情况的是图C。2(xx福建高考)关于热力学定律和分子动理论，下列说法正确的是()A一定量气体吸收热量，其内能一定增大B不可能使热量由低温物体传递到高温物体C若两分子间距离增大，分子势能一定增大D若两分子间距离减小，分子间引力和斥力都增大解析：选D根据热力学第一定律，气体内能变化与做功和热传递有关，选项A错误。根据热力学第二定律可知热量不可自发的由低温物体传到高温物体，但热量还是可以通过外界的方法由低温物体传到高温物体，选项B错误。分子内能与分子间的距离有关，当rr0时，分子间距离越大，分子势能越大，rr0时，分子间距离越大，分子势能越小，选项C错误。分子间的引力和斥力都随分子间距离的变化而变化，距离减小，引力和斥力都要增大，选项D正确。3(xx闸北区二模)根据分子动理论，设当两个分子间距为r0时分子间的引力和斥力相等，则()A当两分子间距离大于r0时，分子间只存在引力作用B当两分子间距离小于r0时，随着距离减小，引力将减小、斥力将增大C当两分子间距离小于r0时，分子力表现为斥力D两分子间距离越大，分子势能越大；分子间距离越小，分子势能越小解析：选C当两分子间距离大于r0时，斥力和引力都存在，分子间表现为引力作用，A错误；当两分子间距离小于r0时，随着距离减小，引力和斥力都增大，B错误；当两分子间距离小于r0时，斥力和引力都存在，分子间表现为斥力作用，C正确；以r0为界，当两分子间距离大于r0时，两分子间距离越大，分子势能越大；当两分子间距离小于r0时，分子间距离越小，分子势能越大，D错误。4(xx宿迁二模)下列说法中正确的是()A扩散现象只能发生在气体和液体中B岩盐是立方体结构，粉碎后的岩盐不再是晶体C地球大气的各种气体分子中氢分子质量小，其平均速率较大，更容易挣脱地球吸引而逃逸，因此大气中氢含量相对较少D从微观角度看气体压强只与分子平均动能有关解析：选C不同的物质在相互接触时彼此进入对方的现象叫做扩散现象。一切物质的分子都在不停地做无规则运动，所以固体、液体或气体之间都会发生扩散现象，故A错误；岩盐是立方体结构，是晶体，且有规则的几何形状，粉碎后的岩盐仍是晶体，仍有规则的几何形状，故B错误；温度是分子平均动能的量度，温度越高，分子平均动能越大，质量越小速度越大，氢分子质量小，其平均速率较大，更容易挣脱地球吸引而逃逸，因此大气中氢含量相对较少，C正确；气体压强决定于气体分子的密度(单位体积内的分子数)和分子的平均动能。5.(xx龙湖区二模)如图3为两分子系统的势能Ep与两分子间距离r的关系曲线。下列说法正确的是()图3A当r大于r1时，分子间的作用力表现为引力B当r小于r1时，分子间的作用力表现为斥力C当r等于r2时，分子间的作用力最大D在r由r1变到r2的过程中，分子间的作用力做负功解析：选B由图像可知：分子间距离为r2时分子势能最小，此时分子间的距离为平衡距离；r2是分子的平衡距离，当0rr2时，分子力为斥力，当rr2时分子力为引力，故A错误；当r小于r1时，分子间的作用力表现为斥力，故B正确；当r等于r2时，分子间的作用力为零，故C错误；在r由r1变到r2的过程中，分子力为斥力，分子间距离增大，分子间的作用力做正功，故D错误。6(xx海淀区二模)已知阿伏加德罗常数为NA，下列说法正确的是()A若油酸的摩尔质量为M，一个油酸分子的质量mB若油酸的摩尔质量为M，密度为，一个油酸分子的直径d C若某种气体的摩尔质量为M，密度为，该气体分子的直径d D若某种气体的摩尔体积为V，单位体积内含有气体分子的个数n解析：选D分子的质量等于摩尔质量除以阿伏加德罗常数，则有：一个油酸分子的质量m，故A错误；由于油酸分子间隙小，所以分子的体积等于摩尔体积除以阿伏加德罗常数，则有一个油酸分子的体积V0，将油酸分子看成立方体形，立方体的边长等于分子直径，则得：V0d3，解得：d ，故B错误；由于气体分子间距很大，所以一个分子的体积V，则分子直径dT2CT1T2 D无法确定解析：选C根据分子速率分布曲线可知，不管温度是T1还是T2，大多数分子的速率都在某个值附近，离这个数值越远，分子数越少，也就是说满足“两头少、中间多”的正态分布规律，图中温度T1对应的分子平均动能要小于温度T2对应的分子平均动能，所以温度T1T2，本题答案为C。二、多项选择题7(xx南京模拟)下列说法正确的是()A知道水的摩尔质量和水分子的质量，可计算出阿伏加德罗常数B当液晶中电场强度不同时，它对不同颜色的光吸收强度就不同C蔗糖受潮后会粘在一起，没有确定的几何形状，它是非晶体D理想气体的温度随时间不断升高，则其压强也一定不断增大解析：选AB水的摩尔质量和水分子的质量之比等于阿伏加德罗常数，故A正确；当液晶中电场强度不同时，它对不同颜色的光吸收强度就不同，故B正确；蔗糖受潮后会粘在一起，没有确定的几何形状，蔗糖各向异性，自然状态时有规则的形状，故蔗糖是晶体，故C错误；由气态方程C可知，理想气体的温度随时间不断升高，pV增大，但压强不一定不断增大，故D错误。8(xx静安模拟)一定质量的理想气体，从图示A状态开始，经历了B、C，最后到D状态，下列判断中正确的是()图5AAB温度升高，压强不变BBC体积不变，压强变大CCD体积变小，压强变大DD点的压强比A点的压强小解析：选ACD由图像可知，由AB过程中，温度升高体积变大，体积与热力学温度成正比，由C可知，气体压强不变，是等压变化，故A正确；同理在BC过程中，气体体积不变温度降低，气体压强变小，故B错误；在CD过程中，气体温度不变体积减小，压强变大，故C正确；A点温度大于D点温度，D点体积大于A点体积，D点压强小于A点压强，故D正确。9.如图6，固定的导热气缸内用活塞密封一定质量的理想气体，气缸置于温度不变的环境中。现用力使活塞缓慢地向上移动，密闭气体的状态发生了变化。下列图像中p、V和U分别表示该气体的压强、体积和内能，k表示该气体分子的平均动能，n表示单位体积内气体的分子数，a、d为双曲线，b、c为直线。能正确反映上述过程的是()图6图7解析：选ABD气缸置于温度不变的环境中，说明气体做等温变化，其pV图像是双曲线，A正确；理想气体的内能由分子平均动能决定，温度不变，气体的内能不变，B正确，C错误；单位体积内气体的分子数与体积的乘积为容器内分子总数，容器内分子总数不变，D正确。10(xx长宁模拟)一定质量理想气体的压强p与摄氏温度t的变化如图8所示，其状态经历了ab、bc、cd、da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()图8Aab过程中变小Bbc过程中变大 Ccd过程中可能增加Dda过程中可能保持不变解析：选BDab过程气体发生等温变化，压强减小，由玻意耳定律分析可知，气体的体积变大，故A错误；bc过程，b与绝对零度273 连线的斜率大于c与绝对零度273 连线的斜率，则b状态气体的体积小于c状态气体的体积，则bc过程中体积增大，故B正确；cd过程是等压变化，温度降低，由盖吕萨克定律分析可知体积减小，故C错误；若d