物理第17講 分子動理論 氣體及熱力學定律

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1、專題整合突破專題七選考部分專題七選考部分要點解讀備考對策本講考查的重點和熱點：分子大小的估算；對分子動理論內(nèi)容的理解；固、液、氣三態(tài)的性質(zhì)及其微觀解釋；氣體實驗定律、氣態(tài)方程的理解和應用；熱力學定律的理解和簡單計算；油膜法測分子直徑。題型基本上都是拼盤式選擇題和計算題的組合。由于本講內(nèi)容瑣碎，考查點多，因此在復習中應注意抓好四大塊知識：一是分子動理論；二是從微觀角度分析固體、液體、氣體的性質(zhì)；三是氣體實驗三定律；四是熱力學定律。以四塊知識為主干，梳理出知識點，進行理解性記憶。第第1717講分子動理論氣體及熱力學定律講分子動理論氣體及熱力學定律1 1微網(wǎng)構(gòu)建微網(wǎng)構(gòu)建2 2高考真題高考真題3 3熱

2、點聚焦熱點聚焦4 4復習練案復習練案微網(wǎng)構(gòu)建微網(wǎng)構(gòu)建高考真題高考真題 解析水流的速度是機械運動的速度，不同于水分子無規(guī)則熱運動的速度，A錯誤；分子永不停息地做無規(guī)則運動，B錯誤；溫度是分子平均動能的標志，溫度越高，分子的熱運動越劇烈，故C正確；水的溫度升高，水分子的平均動能增大，即水分子的平均運動速率增大，但不是每一個水分子的運動速率都增大，D錯誤。C ABC A圖中兩條曲線下面積相等 B圖中虛線對應于氧氣分子平均動能較小的情形 C圖中實線對應于氧氣分子在100 時的情形 D圖中曲線給出了任意速率區(qū)間的氧氣分子數(shù)目 E與0 時相比，100 時氧氣分子速率出現(xiàn)在0400 m/s區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占總

3、分子數(shù)的百分比較大 (2)如圖，容積均為V的汽缸A、B下端有細管(容積可忽略)連通，閥門K2位于細管的中部，A、B的頂部各有一閥門K1、K3；B中有一可自由滑動的活塞(質(zhì)量、體積均可忽略)。初始時，三個閥門均打開，活塞在B的底部；關閉K2、K3，通過K1給汽缸充氣，使A中氣體的壓強達到大氣壓p0的3倍后關閉K1。已知室溫為27 ，汽缸導熱。 ()打開K2，求穩(wěn)定時活塞上方氣體的體積和壓強； ()接著打開K3，求穩(wěn)定時活塞的位置； ()再緩慢加熱汽缸內(nèi)氣體使其溫度升高20 ，求此時活塞下方氣體的壓強。 解析(1)根據(jù)氣體分子單位速率間隔的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比隨氣體分子速率的變化曲線的意義可知

4、，題圖中兩條曲線下面積相等，選項A正確；題圖中虛線占百分比較大的分子速率較小，所以對應于氧氣分子平均動能較小的情形，選項B正確；題圖中實線占百分比較大的分子速率較大，分子平均動能較大，根據(jù)溫度是分子平均動能的標志，可知實線對應于氧氣分子在100時的情形，選項C正確；根據(jù)分子速率分布圖可知，題圖中曲線給出了任意速率區(qū)間的氧氣分子數(shù)目占總分子數(shù)的百分比，不能得出任意速率區(qū)間的氧氣分子數(shù)目，選項D錯誤；由分子速率分布圖可知，與0時相比，100時氧氣分子速率出現(xiàn)在0400m/s區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比較小，選項E錯誤。 A氣體自發(fā)擴散前后內(nèi)能相同 B氣體在被壓縮的過程中內(nèi)能增大 C在自發(fā)擴散過

5、程中，氣體對外界做功 D氣體在被壓縮的過程中，外界對氣體做功 E氣體在被壓縮的過程中，氣體分子的平均動能不變 ABD (2)一熱氣球體積為V，內(nèi)部充有溫度為Ta的熱空氣，氣球外冷空氣的溫度為Tb。已知空氣在1個大氣壓、溫度為T0時的密度為0，該氣球內(nèi)、外的氣壓始終都為1個大氣壓，重力加速度大小為g。 ()求該熱氣球所受浮力的大??； ()求該熱氣球內(nèi)空氣所受的重力； ()設充氣前熱氣球的質(zhì)量為m0，求充氣后它還能托起的最大質(zhì)量。 解析(1)抽開隔板，氣體自發(fā)擴散過程中，氣體對外界不做功，與外界沒有熱交換，因此氣體的內(nèi)能不變，A項正確，C項錯誤；氣體在被壓縮的過程中，外界對氣體做正功，D項正確；由

6、于氣體與外界沒有熱交換，根據(jù)熱力學第一定律可知，氣體在被壓縮的過程中內(nèi)能增大，因此氣體的溫度升高，氣體分子的平均動能增大，B項正確，E項錯誤。 A在過程ab中氣體的內(nèi)能增加 B在過程ca中外界對氣體做功 C在過程ab中氣體對外界做功 D在過程bc中氣體從外界吸收熱量 E在過程ca中氣體從外界吸收熱量 ABD (2)一種測量稀薄氣體壓強的儀器如圖(a)所示，玻璃泡M的上端和下端分別連通兩豎直玻璃細管K1和K2。K1長為l，頂端封閉，K2上端與待測氣體連通；M下端經(jīng)橡皮軟管與充有水銀的容器R連通。開始測量時，M與K2相通；逐漸提升R，直到K2中水銀面與K1頂端等高，此時水銀已進入K1，且K1中水銀

7、面比頂端低h，如圖(b)所示。設測量過程中溫度、與K2相通的待測氣體的壓強均保持不變。已知K1和K2的內(nèi)徑均為d，M的容積為V0，水銀的密度為，重力加速度大小為g。求： ()待測氣體的壓強； ()該儀器能夠測量的最大壓強。 解析(1)ab過程，氣體壓強增大，體積不變，則溫度升高，內(nèi)能增加，A項正確；ab過程發(fā)生等容變化，氣體對外界不做功，C項錯誤；一定質(zhì)量的理想氣體內(nèi)能僅由溫度決定，bc過程發(fā)生等溫變化，內(nèi)能不變，bc過程，氣體體積增大，氣體對外界做正功，根據(jù)熱力學第一定律可知氣體從外界吸熱，D項正確；ca過程發(fā)生等壓變化，氣體體積減小，外界對氣體做正功，B項正確；ca過程，氣體溫度降低，內(nèi)能

8、減小，外界對氣體做正功，根據(jù)熱力學第一定律可知氣體向外界放熱，E項錯誤。 AAB的過程中，氣體對外界做功 BAB的過程中，氣體放出熱量 CBC的過程中，氣體壓強不變 DABC的過程中，氣體內(nèi)能增加 BC (2)圖2甲和乙圖是某同學從資料中查到的兩張記錄水中炭粒運動位置連線的圖片，記錄炭粒位置的時間間隔均為30 s，兩方格紙每格表示的長度相同。比較兩張圖片可知：若水溫相同，_(選填“甲”或“乙”)中炭粒的顆粒較大；若炭粒大小相同，_(選填“甲”或“乙”)中水分子的熱運動較劇烈。 甲甲 乙乙 (3)科學家可以運用無規(guī)則運動的規(guī)律來研究生物蛋白分子。資料顯示，某種蛋白的摩爾質(zhì)量為66 kg/mol，

9、其分子可視為半徑為3109 m的球，已知阿伏加德羅常數(shù)為6.01023mol1。請估算該蛋白的密度。(計算結(jié)果保留一位有效數(shù)字)熱點聚焦熱點聚焦熱點一分子動理論、內(nèi)能及熱力學定律 (2)必須明確反映分子運動規(guī)律的兩個實例 布朗運動： 研究對象：懸浮在液體或氣體中的固體小顆粒 運動特點：無規(guī)則、永不停息 相關因素：顆粒大小、溫度 擴散現(xiàn)象 產(chǎn)生原因：分子永不停息的無規(guī)則運動 相關因素：溫度 (3)必須弄清的分子力和分子勢能 分子力：分子間引力與斥力的合力。分子間距離增大，引力和斥力均減?。环肿娱g距離減小，引力和斥力均增大，但斥力總比引力變化得快。 分子勢能：分子力做正功，分子勢能減??；分子力做負

10、功，分子勢能增大；當分子間距為r0(分子間的距離為r0時，分子間作用的合力為0)時，分子勢能最小。 2物體的內(nèi)能與熱力學定律 (1)物體內(nèi)能變化的判定：溫度變化引起分子平均動能的變化；體積變化，分子間的分子力做功，引起分子勢能的變化。 (2)熱力學第一定律 公式：UWQ 符號規(guī)定：外界對系統(tǒng)做功，W0；系統(tǒng)對外界做功，W0；系統(tǒng)向外界放出熱量，Q0；系統(tǒng)內(nèi)能減少，U0。 (3)熱力學第二定律的表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體(按熱傳遞的方向性表述)。不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響(按機械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性表述)。第二類永動機是不可能制成的。A分子Q由A運

11、動到C的過程中，先加速再減速B分子Q在C點時分子勢能最小C分子Q在C點時加速度大小為零D分子Q由A點釋放后運動到C點左側(cè)的過程中，加速度先增大后減小再增大E該圖能表示固、液、氣三種狀態(tài)下分子力隨分子間距變化的規(guī)律典例典例1 BCD 解析分子Q由A運動到C的過程中，兩分子一直受吸引力作用，速度一直增加，動能增加，分子勢能減小，在C點的分子勢能最小，選項A錯誤，B正確；分子Q在C點時受到的分子力為零，故Q在C點時加速度大小為零，選項C正確；分子Q由A點釋放后運動到C點左側(cè)的過程中，分子力先是吸引力先增后減，到C點左側(cè)時分子力為斥力逐漸變大，故加速度先增大后減小再增大，選項D正確；該圖只能表示固、液

12、兩種狀態(tài)下分子力隨分子間距變化的規(guī)律，氣體分子距離一般大于10r0，選項E錯誤；故選BCD。BD 解析在人壓向球的過程中，外界對球做功，氣體的體積減小，故氣體的密度增大；氣體溫度不變，故氣體分子的平均動能不變；由于外界對氣體做功，但氣體溫度不變，故內(nèi)能不變；由熱力學第一定律可知，氣體對外放熱；故AC錯誤；BD正確。 1.固體和液體 (1)晶體和非晶體熱點二固體、液體和氣體比較晶體非晶體單晶體多晶體形狀規(guī)則不規(guī)則不規(guī)則熔點固定固定不固定特性有的性質(zhì)各向異性有的性質(zhì)各向同性各向同性各向同性 (2)液晶的性質(zhì) 液晶是一種特殊的物質(zhì)，既可以流動，又可以表現(xiàn)出單晶體的分子排列特點，在光學性質(zhì)上表現(xiàn)出各向

13、異性。 (3)液體的表面張力 使液體表面有收縮到球形的趨勢，表面張力的方向跟液面相切。 (4)飽和汽壓的特點 液體的飽和汽壓與溫度有關，溫度越高，飽和汽壓越大，且飽和汽壓與飽和汽的體積無關。 2.理想氣體狀態(tài)方程及三個實驗定律的關系(1)求穩(wěn)定后活塞D下降的距離；(2)改變汽缸內(nèi)氣體的溫度使活塞D再回到初位置，則氣體的溫度應變?yōu)槎嗌伲康淅淅? 1壓強的計算 (1)被活塞、汽缸封閉的氣體，通常分析活塞或汽缸的受力，應用平衡條件或牛頓第二定律列式計算。 (2)被液柱封閉的氣體的壓強，通常分析液片或液柱的受力，應用平衡條件或牛頓第二定律求解。 2合理選取氣體變化所遵循的規(guī)律列方程 (1)若氣體質(zhì)量

14、一定，p、V、T均發(fā)生變化，則選用理想氣體狀態(tài)方程列方程求解。 (2)若氣體質(zhì)量一定，p、V、T中有一個量不發(fā)生變化，則選用對應的實驗定律列方程求解。方法總結(jié) 3多個研究對象的問題 由活塞、液柱相聯(lián)系的“兩團氣”問題，要注意尋找“兩團氣”之間的壓強、體積或位移關系，列出輔助方程，最后聯(lián)立求解。ACE 解析單晶體和多晶體均存在在固定的熔點，選項A正確；空氣相對濕度越大，空氣中水蒸氣壓強越接近飽和氣壓，水蒸發(fā)越慢，選項B錯誤；液晶的光學性質(zhì)與某些晶體相似，具有各向異性，選項C正確；用油膜法估測分子大小時，用油酸溶液中含有的純油酸的體積除以油膜面積，可估測油酸分子的直徑，選項D錯誤；由于液體表面層分

15、子間距離大于液體內(nèi)部分子間距離，所以液體表面存在張力，選項E正確；故選ACE。 (1)最初氣缸內(nèi)封閉的理想氣體的溫度t1為多少攝氏度； (2)最終活塞到氣缸底部的距離h4為多少。典例典例3 熱點三熱力學定律與熱力學第一定律的綜合應用 (1)外界對密封氣體做的功W； (2)密封氣體向外界放出的熱量Q。 A由狀態(tài)A變到狀態(tài)B過程中，氣體吸收熱量 B由狀態(tài)B變到狀態(tài)C過程中，氣體從外界吸收熱量，內(nèi)能增加 CC狀態(tài)氣體的壓強小于D狀態(tài)氣體的壓強 DD狀態(tài)時單位時間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的分子數(shù)比A狀態(tài)少 ED狀態(tài)與A狀態(tài)，相等時間內(nèi)氣體分子對器壁單位面積的沖量相等ADE 解析由狀態(tài)A變到狀態(tài)B過程中，溫

16、度升高，內(nèi)能增加，體積不變，做功為零，由熱力學第一定律可知，氣體要吸收熱量，故A正確；由狀態(tài)B變到狀態(tài)C過程中，溫度不變，內(nèi)能不變，體積膨脹，氣體對外界做功，由熱力學第一定律可知，要吸收熱量，故B錯誤；由狀態(tài)C到狀態(tài)D過程是等容降溫，由PVnRT，可知C狀態(tài)氣體的壓強大于D狀態(tài)氣體的壓強，故C錯誤；由圖看出氣體由D狀態(tài)到A狀態(tài)，由PVnRT分析得知，兩個狀態(tài)的V與T成正比即兩個狀態(tài)的壓強相等，體積減小時，單位時間內(nèi)器壁單位面積碰撞的分子數(shù)增大，所以D狀態(tài)時單位時間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的分子數(shù)比A狀態(tài)少，故D正確；由上分析可知，D狀態(tài)與A狀態(tài)壓強相等，所以相等時間內(nèi)分子對器壁單位面積的沖量相等，故E正確。所以ADE正確，BC錯誤。 (1)活塞剛要向左移動時，氣缸內(nèi)氣體的溫度t1_； (2)最終氣缸內(nèi)氣體的體積V1_；327 0.5 m3 (3)在整個過程中，氣缸內(nèi)氣體對外界_(填“做正功”“做負功”或“不做功”)，氣缸內(nèi)氣體放出的熱量_(填“大于”“等于”或“小于”)氣體內(nèi)能的減少量。 做負功做負功 大于大于