高考物理二轮复习 专题六 第13讲 分子动理论 气体及热力学定律课件.ppt

第13讲分子动理论气体及热力学定律 A 过程ab中气体一定吸热B 过程bc中气体既不吸热也不放热C 过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热D a b和c三个状态中 状态a分子的平均动能最小E b和c两个状态中 容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同 1 2014 新课标全国卷 33 1 6分 一定量的理想气体从状态a开始 经历三个过程ab bc ca回到原状态 其p T图象如图1所示 下列判断正确的是 填正确答案标号 选对1个得3分 选对2个得4分 选对3个得6分 每选错1个扣3分 最低得分为0分 图1 2 9分 一定质量的理想气体被活塞封闭在竖直放置的圆柱形汽缸内 汽缸壁导热良好 活塞可沿汽缸壁无摩擦地滑动 开始时气体压强为p 活塞下表面相对于汽缸底部的高度为h 外界的温度为T0 现取质量为m的沙子缓慢地倒在活塞的上表面 沙子倒完时 活塞下降了h 4 若此后外界的温度变为T 求重新达到平衡后气体的体积 已知外界大气的压强始终保持不变 重力加速度大小为g 解析 1 由p T图可知 从a b的过程为等容变化过程 即体积不变 但温度升高 内能增加 所以气体要吸热 选项A正确 从b c过程 温度不变 压强减小 说明体积增大 气体对外做功 所以要吸热 选项B错误 从c a过程 压强不变 温度降低 内能减小 所以外界对气体做的功小于气体放出的热量 选项C错误 分子的平均动能与温度有关 因为Tapc 所以状态b单位时间内容器壁受到分子撞击的次数多 选项E正确 2 2014 新课标全国卷 33 1 5分 下列说法正确的是 填正确答案标号 选对1个得2分 选对2个得4分 选对3个得5分 每选错1个扣3分 最低得分为0分 A 悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动B 空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果C 彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点D 高原地区水的沸点较低 这是高原地区温度较低的缘故E 干湿泡湿度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度 这是湿泡外纱布中的水蒸发吸热的结果 图2 解析 1 悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了水分子的无规则热运动 选项A错误 空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果 选项B正确 彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点 选项C正确 高原地区水的沸点较低 是由于高原地区气压低 故水的沸点也较低 选项D错误 干湿泡湿度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度 是由于湿泡外纱布中的水蒸发吸收热量 从而温度会降低的缘故 选项E正确 3 2015 新课标全国卷 33 1 5分 下列说法正确的是 填正确答案标号 选对1个得2分 选对2个得4分 选对3个得5分 每选错1个扣3分 最低得分为0分 A 将一块晶体敲碎后 得到的小颗粒是非晶体B 固体可以分为晶体和非晶体两类 有些晶体在不同方向上有不同的光学性质C 由同种元素构成的固体 可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体D 在合适的条件下 某些晶体可以转化为非晶体 某些非晶体也可以转化为晶体E 在熔化过程中 晶体要吸收热量 但温度保持不变 内能也保持不变 2 10分 如图3所示 一固定的竖直汽缸由一大一小两个同轴圆筒组成 两圆筒中各有一个活塞 已知大活塞的质量为m1 2 50kg 横截面积为S1 80 0cm2 小活塞的质量为m2 1 50kg 横截面积为S2 40 0cm2 两活塞用刚性轻杆连接 间距为l 40 0cm 汽缸外大气的压强为p 1 00 105Pa 温度为T 303K 初始时大活 图3 在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间 缸内封闭气体的温度 缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时 缸内封闭气体的压强 解析 1 晶体有固定的熔点 并不会因为颗粒的大小而改变 即使敲碎为小颗粒 仍旧是晶体 选项A错误 固体分为晶体和非晶体两类 有些晶体在不同方向上光学性质不同 表现为晶体具有各向异性 选项B正确 同种元素构成的可能由于原子的排列方式不同而形成不同的晶体 如金刚石和石墨 选项C正确 晶体的分子排列结构如果遭到破坏就可能形成非晶体 反之亦然 选项D正确 熔化过程中 晶体要吸热 温度不变 但是内能增大 选项E错误 答案 1 BCD 2 330K 1 01 105Pa 4 2015 新课标全国卷 33 1 5分 关于扩散现象 下列说法正确的是 填正确答案标号 选对1个得2分 选对2个得4分 选对3个得5分 每选错1个扣3分 最低得分为0分 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E 液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的 2 10分 如图4所示 一粗细均匀的U形管竖直放置 A侧上端封闭 B侧上端与大气相通 下端开口处开关K关闭 A侧空气柱的长度为l 10 0cm B侧水银面比A侧的高h 3 0cm 现将开关K打开 从U形管中放出部分水银 当两侧水银面的高度差为h1 10 0cm时将开关K关闭 已知大气压强p0 75 0cmHg 图4 求放出部分水银后A侧空气柱的长度 此后再向B侧注入水银 使A B两侧的水银面达到同一高度 求注入的水银在管内的长度 解析 1 根据分子动理论 温度越高 扩散进行得越快 故A正确 扩散现象是由物质分子无规则运动产生的 不是化学反应 故C正确 B错误 扩散现象在气体 液体和固体中都能发生 故D正确 液体中的扩散现象不是由于液体的对流形成的 是液体分子无规则运动产生的 故E错误 2 以cmHg为压强单位 设A侧空气柱长度l 10 0cm时的压强为p 当两侧水银面的高度差为h1 10 0cm时 空气柱的长度为l1 压强为p1 由玻意耳定律得pl p1l1 由力学平衡条件得p p0 h 打开开关K放出水银的过程中 B侧水银面处的压强始终为p0 而A侧水银面处的压强随空气柱长度的增加逐渐减小 B A两侧水银面的高度差也随之减小 直至B侧水银面低于A侧水银面h1为止 由力学平衡条件有p1 p0 h1 联立 式 并代入题给数据得l1 12 0cm 当A B两侧的水银面达到同一高度时 设A侧空气柱的长度为l2 压强为p2 由玻意耳定律得pl p2l2 由力学平衡条件有p2 p0 联立 式 并代入题给数据得l2 10 4cm 设注入的水银在管内的长度 h 依题意得 h 2 l1 l2 h1 联立 式 并代入题给数据得 h 13 2cm 答案 1 ACD 2 12 0cm 13 2cm 近三年新课标全国卷的试题都是由一小一大组成的 小题是选择题的形式 其分值为6分 或5分 大题是计算题的形式 其分值为9分 或10分 1 2013年新课标全国卷 小题考查的是分子力 分子力做功 分子势能 大题考查的是盖 吕萨克定律和玻意耳定律的应用 课标卷 小题考查的是气体 内能 压强 大题考查的是玻意耳定律的应用 2 2014年新课标全国卷 小题考查的是热力学第一定律及p T图象中的等温 等压 等容线 大题考查的是玻意耳定律和盖 吕萨克定律的应用 新课标全国卷 小题考查的是固体 液体 气体的性质 大题考查的是盖 吕萨克定律和玻意耳定律的应用 3 2015年新课标全国卷 小题考查了热力学定律及对晶体的认识 大题考查的是盖 吕萨克定律和查理定律的应用 新课标全国卷 小题考查的是对扩散现象的理解 大题考查的是力学平衡条件及玻意耳定律的应用 知识热点 分子动理论 热学知识的综合应用 热力学定律的分析和判断 气体实验定律的应用 考向一热学基本知识与微观量计算的组合 核心知识 1 1 1 关于热学规律 下列说法正确的是 填正确答案标号 A 热量可以自发地从高温物体向低温物体传递 但要从低温物体向高温物体传递 必须有第三者介入B 如果用Q表示物体吸收的热量 用W表示物体对外界所做的功 U表示物体内能的增加 那么热力学第一定律可以表达为Q U WC 蒸发的快慢与空气的湿度有关 与温度无关D 摄氏温度是国际单位制中的七个基本物理量之一 摄氏温度t与热力学温度T的关系是T t 273 15KE 在用油膜法估测分子的直径的实验中 主要是解决两个问题 一是获得很小的一滴油酸并测出其体积 二是测量这滴油酸在水面上形成的油膜面积 2 在标准状况下 有体积为V的水和体积为V的可认为是理想气体的水蒸气 已知水的密度为 阿伏加德罗常数为NA 水的摩尔质量为MA 在标准状况下水蒸气的摩尔体积为VA 求 说明标准状况下水分子与水蒸气分子的平均动能的大小关系 它们中各有多少水分子 它们中相邻两个水分子之间的平均距离 解析 1 由热力学第二定律可知 选项A正确 热力学第一定律的表达式为 U Q W 其中Q表示物体吸收的热量 W表示外界对物体所做的功 U表示物体内能的增加 若用W表示物体对外界所做的功 则 U Q W 即Q U W 故选项B正确 蒸发的快慢与液体表面积大小 温度高低 气体表面的空气流动速度等有关 选项C错误 热力学温度是国际单位制中的七个基本物理量之一 选项D错误 在用油膜法估测分子的直径的实验中 主要是解决两个问题 一是获得很小的一滴油酸并测出其体积 二是测量这滴油酸在水面上形成的油膜面积 选项E正确 2 1 如图5所示 汽缸和活塞与外界均无热交换 中间有一个固定的导热性良好的隔板 封闭着两部分气体A和B 活塞处于静止平衡状态 现通过电热丝对气体A加热一段时间 后来活塞达到新的平衡 不计气体分子势能及活塞与汽 图5 缸壁间的摩擦 大气压强保持不变 则下列判断正确的是 填正确答案标号 A 气体A吸热 内能增加B 气体B吸热 对外做功 内能不变C 气体A分子的平均动能增大D 气体A和气体B每个分子的动能都增大E 气体B分子单位时间内对器壁单位面积的碰撞总次数减少 2 1cm3的油酸溶于酒精 制成200cm3的油酸酒精溶液 已知1cm3的溶液有50滴 现取1滴油酸酒精溶液滴在水面上 随着酒精溶于水 油酸在水面上形成一层单分子油膜 已测出这一薄层的面积为0 2m2 由此估测出油酸分子的直径为多少 解析 1 气体A做等容变化 W 0 温度升高 内能增加 根据 U W Q 可知气体A吸热 故选项A正确 气体B做等压变化 温度升高 则体积增大 气体对外做功 W 0 温度升高 内能增加 根据 U W Q 可知气体B吸热 故选项B错误 气体A温度升高 气体分子的平均动能增大 选项C正确 温度升高 分子的平均动能增大 不是每个分子的动能都增大 选项D错误 气体B温度升高 分子平均动能增大 压强不变 所以单位时间内撞击器壁单位面积的气体分子数减少 选项E正确 答案 1 ACE 2 5 0 10 10m 核心知识 1 考向二热学基本知识与气体定律的组合 2 3 固体和液体 1 晶体和非晶体 2 液晶的性质液晶是一种特殊的物质 既可以流动 又可以表现出单晶体的分子排列特点 在光学 电学物理性质上表现出各向异性 3 液体的表面张力使液体表面有收缩到球形的趋势 表面张力的方向跟液面相切 4 饱和汽压的特点液体的饱和汽压与温度有关 温度越高 饱和汽压越大 且饱和汽压与饱和汽的体积无关 5 相对湿度 1 1 下列说法中正确的是 填正确答案标号 A 0 的水的分子平均动能大于0 的冰的分子平均动能B 晶体有固定的熔点 非晶体没有固定的熔点C 物体吸收了热量 其内能一定增加D 布朗运动说明分子在做无规则热运动E 随着分子间距离的增大 分子间的引力和斥力均减小 2 如图6所示 一端封闭内径均匀的直玻璃管总长度为L 97cm 其中有一段长度h 19cm的水银柱 将一定质量的理想气体封闭在玻璃管中 玻璃管水平放置时空气柱A长度为L0 30cm 若将玻璃管缓慢转到管口向下竖直放置 然后将玻璃管缓慢插入足够深的水银槽中 直到A段空气柱长度恢复到30cm 整个过程中气体温度不变 取大气压强为p0 76cmHg 求最终槽中水银进入玻璃管中的长度 图6 解析 1 温度是分子平均动能的标志 故0 的水和0 的冰的分子平均动能相同 A错误 晶体有固定的熔点 非晶体无固定熔点 B正确 改变内能的方式有做功和热传递 只知吸热情况 不知道做功情况没法确定内能的变化情况 C错误 布朗运动是固体小颗粒的运动 是液体分子无规则运动的反映 D正确 引力和斥力都随分子间距离的增大而减小 E正确 2 设管口竖直向下放置时空气柱A的长度为LA 玻璃管横截面积为S 对空气柱A 据玻意耳定律可得p0L0S p0 h LAS设此时水银柱与玻璃管口之间的空气柱为BpB1 p0 VB1 L h LA S插入水银槽稳定后 空气柱A的压强pA p0设此时空气柱B的长度为LB 对B 根据玻意耳定律可得pB1VB1 pA h LBS此时进入玻璃管的水银柱长度为h L h L0 LB解得h 17 6cm答案 1 BDE 2 17 6cm 2 1 关于固体 液体和气体 下列说法正确的是 填正确答案标号 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确定的几何形状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 在围绕地球运行的 天宫一号 中 自由飘浮的水滴呈球形 这是表面张力作用的结果D 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E 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 2 如图7所示 汽缸放置在水平台上 活塞质量为5kg 厚度不计 由活塞产生的压强为0 2 105Pa 汽缸全长25cm 大气压强为1 105Pa 当温度为27 时 活塞封闭的气柱长10cm 若保持封闭气体温度不变 将汽缸缓慢竖起倒置 求汽缸倒置后封闭气柱的长度 汽缸倒置后 使封闭气体温度升至多少K时 活塞刚好接触平台 活塞摩擦不计 图7 解析 1 非晶体与多晶体没有天然的规则几何形状 选项A正确 液晶既有晶体的特性 具有各向异性 又有液体的流动性 选项B错误 在完全失重时 由于表面张力作用 水滴呈球形 选项C正确 空气湿度越大 空气中的水蒸气越接近饱和状态 选项D正确 分子速率分布规律是 中间多 两头少 选项E错误 答案 1 ACD 2 15cm 500K 3 1 下列说法中正确的是 填正确答案标号 A 当分子间的距离增大时 分子间的引力和斥力都变小B 布朗运动反映了悬浮在液体中固体颗粒分子的无规则运动C 气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁频繁碰撞而产生的D 随着低温技术的发展 我们可以使温度逐渐降低 并最终达到绝对零度E 物体的内能是组成物体的所有分子热运动动能与分子势能的总和 2 使一定质量的理想气体的状态按图8甲中箭头所示的顺序变化 图线BC是一段以纵轴和横轴为渐近线的双曲线 已知气体在状态A的温度TA 300K 问气体在状态B C和D的温度各是多大 请在图乙上将上述气体变化过程在V T图中表示出来 图中要标明A B C D四点 并且要画箭头表示变化方向 图8 解析 1 分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小 A正确 布朗运动是固体颗粒的运动 是液体分子无规则运动的反映 B错误 气体对气壁的压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁产生的 C正确 绝对零度是低温的极限 不可能达到 D错误 物体的内能是物体内所有分子动能和势能的总和 E正确 答案 1 ACE 2 600K600K300K 见解析 高频考点十四热学基本规律与气体实验定律的组合 1 应用气体实验定律的解题思路 1 选择对象 即某一定质量的理想气体 2 找出参量 气体在始末状态的参量p1 V1 T1及p2 V2 T2 3 认识过程 认清变化过程是正确选用物理规律的前提 4 列出方程 选用某一实验定律或气态方程 代入具体数值求解 并讨论结果的合理性 2 牢记以下几个结论 1 热量不能自发地由低温物体传递给高温物体 2 气体压强是由气体分子频繁地碰撞器壁产生的 压强大小与分子热运动的剧烈程度和分子密集程度有关 3 做功和热传递都可以改变物体的内能 理想气体的内能只与温度有关 4 温度变化时 意味着物体内分子的平均动能随之变化 并非物体内每个分子的动能都随之发生同样的变化 1 5分 2013年6月20日 我国航天员王亚平在 天宫一号 中进行太空授课时 完成了制作水膜与水球的实验 一个金属圈插入饮用水袋后抽出 形成了一个水膜 轻晃金属圈 水膜并未破裂 而是甩出了一个小水滴 向水膜继续注水 水膜很快长成一个晶莹剔透的大水球 水球内有连串的空气泡 将针尖扎入用针筒抽出空气 水球却不受任何破坏 注入红色液体 红色慢慢扩张 水球变成了一枚美丽的 红宝石 下列说法正确的是 填正确答案标号 选对1个得2分 选对2个得4分 选对3个得5分 每选错1个扣3分 最低得分为0分 A 失重条件下水滴呈现球形是由于液体的表面张力作用B 失重条件下能形成大水球是由于液体表面分子间只存在引力C 空气泡内气体的压强大于气泡外气体的压强D 当针尖戳入水球时 水的表面张力就会消失E 水球变成 红宝石 是因为红色液体分子在水中扩散形成的 2 10分 如图9所示的玻璃管ABCDE CD部分水平 其余部分竖直 弯曲部分长度可忽略 玻璃管截面半径远小于其长度 CD内有一段长度为5cm的水银柱 环境温度是300K 大气压是75cmHg 初始时数据如图 现保持CD水平 将玻璃管A端缓慢竖直向下插入大水银槽中 当水平段水银柱刚好全部进入DE竖直管内时 保持玻璃管静止不动 问 图9 玻璃管A端插入水银槽中的深度是多少 当管内气体温度缓慢降低到多少K时 DE中的水银柱刚好全部回到CD水平管中 解析 1 由于表面张力的作用 失重状态下水珠将呈球形 此时分子间同时存在引力和斥力 由于失重 气泡内液体均匀扩散至整个气泡内 由于表面张力的作用 气泡内压强大于气泡外气体压强 只要有液体 液体的表面总是有表面张力 选项B D错误 A C E正确 2 设玻璃管截面积为S 初始时左侧玻璃管中气体压强为p1 75cmHg 体积为V1 L1S A端插入水银槽后气体温度保持不变 体积为V2 L2S 压强为p2L1 44 15 5 cm 64cm 1分 p2 p0 gh 80cmHg 1分 p1V1 p2V2 2分 答案 1 ACE 2 19cm 234 4K 2 10分 如图10所示 喷洒农药用的某种喷雾器 其药液桶的总容积为15L 装入药液后 封闭在药液上方的空气体积为1 5L 打气筒活塞每次可以打进1atm 250cm3的空气 图10 1 若要使气体压强增大到6atm 应打气多少次 2 如果压强达到6atm 时停止打气 并开始向外喷药 那么当喷雾器不能再向外喷药时 桶内剩下的药液还有多少升 2 设应打n次 则有 p1 1atm V1 250cm3 n 1 5L 0 25nL 1 5L p2 6atm V2 1 5L 1分 根据玻意耳定律得 p1V1 p2V2 2分 即1 0 25n 1 5 6 1 5 解得n 30 1分 由题意可知 V1 1 5L p1 6atm p2 1atm V2 根据玻意耳定律得p1 V1 p2 V2 2分 答案 1 BDE 2 30次 6L