2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十二章 熱學(xué)考點通關(guān)(選修3-3).doc
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2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十二章 熱學(xué)考點通關(guān)(選修3-3).doc
2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十二章 熱學(xué)考點通關(guān)(選修3-3)
考 綱 下 載
考 情 上 線
1.分子動理論的基本觀點和實驗依據(jù) (Ⅰ)
2.阿伏伽德羅常數(shù) (Ⅰ)
3.氣體分子運動速率的統(tǒng)計分布 (Ⅰ)
4.溫度是分子平均動能的標志、內(nèi)能 (Ⅰ)
5.固體的微觀結(jié)構(gòu)、晶體和非晶體 (Ⅰ)
6.液晶的微觀結(jié)構(gòu) (Ⅰ)
7.液體的表面張力現(xiàn)象 (Ⅰ)
8.氣體實驗定律 (Ⅰ)
9.理想氣體 (Ⅰ)
10.飽和蒸汽、未飽和蒸汽和飽和蒸汽壓 (Ⅰ)
11.相對濕度 (Ⅰ)
12.熱力學(xué)第一定律 (Ⅰ)
13.能量守恒定律 (Ⅰ)
14.熱力學(xué)第二定律 (Ⅰ)
實驗十二:用油膜法估測分子的大小
高考地位
高考對本章內(nèi)容的要求偏低,題型多樣,難度不大
考點布設(shè)
1.分子動理論、熱力學(xué)定律、能量守恒等是高考的熱點
2.氣體實驗定律與熱力學(xué)定律的綜合考查在高考中經(jīng)常出現(xiàn)
分子動理論
[想一想]
在國際單位制中,金屬鋁的密度為ρ,它的摩爾質(zhì)量為M,阿伏伽德羅常數(shù)為NA,則1 m3和1 kg鋁所含鋁原子的個數(shù)分別是多少?1個鋁原子的質(zhì)量和占有的體積分別是多少?
提示:由密度ρ和摩爾質(zhì)量M可求鋁的摩爾體積V=,故1 m3 鋁所含原子個數(shù)為NA=,1 kg鋁所含原子個數(shù)為NA,1個鋁原子質(zhì)量為,1個鋁原子占有的體積為=。
[記一記]
1.物體是由大量分子組成的
(1)分子的大小
①分子的直徑(視為球模型):數(shù)量級為10-10 m。
②分子的質(zhì)量:數(shù)量級為10-26 kg。
(2)阿伏伽德羅常數(shù)
①1 mol的任何物質(zhì)都含有相同的粒子數(shù)。通??扇A=6.021023 mol-1。
②阿伏伽德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀物理量和微觀物理量的橋梁。
2.分子永不停息地做無規(guī)則運動
(1)擴散現(xiàn)象
①定義:由于分子的無規(guī)則運動而產(chǎn)生的物質(zhì)遷移現(xiàn)象。
②實質(zhì):擴散現(xiàn)象并不是外界作用引起的,也不是化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果,而是由物質(zhì)分子的無規(guī)則運動產(chǎn)生的。
(2)布朗運動
①定義:懸浮在液體或氣體中的小顆粒的永不停息地?zé)o規(guī)則運動叫做布朗運動。
②特點:永不停息,無規(guī)則;顆粒越小,溫度越高,布朗運動越顯著。
③布朗運動是由成千上萬個分子組成的“分子集團”即固體顆粒的運動,布朗運動的無規(guī)則性是液體(氣體)分子運動無規(guī)則性的反映。
(3)熱運動
分子的無規(guī)則運動和溫度有關(guān),溫度越高,分子運動越激烈。分子永不停息地?zé)o規(guī)則運動叫做熱運動。
3.分子間同時存在引力和斥力
(1)物質(zhì)分子間存在空隙,分子間的引力和斥力是同時存在的,實際表現(xiàn)出的分子力是引力和斥力的合力。
(2)分子力隨分子間距離變化的關(guān)系:分子間的引力和斥力都隨分子間距離的增大而減小,隨分子間距離的減小而增大,但斥力比引力變化的快。
(3)分子力與分子間距離關(guān)系圖線
圖12-1-1
由分子間的作用力與分子間距離關(guān)系圖線(如圖12-1-1所示)可知:
當(dāng)r=r0時,F(xiàn)引=F斥,分子力為0。
當(dāng)r>r0時,F(xiàn)引>F斥,分子力表現(xiàn)為引力。
當(dāng)r<r0時,F(xiàn)引<F斥,分子力表現(xiàn)為斥力。
當(dāng)分子間距離大于10r0(約為10-9 m)時,分子力很弱,可以忽略不計。
4.統(tǒng)計規(guī)律
由于物體是由數(shù)量極多的分子組成的,這些分子并沒有統(tǒng)一的運動步調(diào),單獨來看,各個分子的運動都是不規(guī)則的、帶有偶然性的,但從總體來看,大量分子的運動卻有一定的規(guī)律,這種規(guī)律叫做統(tǒng)計規(guī)律。大量分子的集體行為受到統(tǒng)計規(guī)律的支配。
[試一試]
1.[多選]如圖12-1-2所示,甲分子固定在坐標原點O,乙分子沿x軸運動,兩分子間的分子勢能Ep與兩分子間距離的變化關(guān)系如圖中曲線所示。圖中分子勢能的最小值為-E0。若兩分子所具有的總能量為0,則下列說法中正確的是( )
圖12-1-2
A.乙分子在P點(x=x2)時,加速度最大
B.乙分子在P點(x=x2)時,其動能為E0
C.乙分子在Q點(x=x1)時,處于平衡狀態(tài)
D.乙分子的運動范圍為x≥x1
解析:選BD x2處分子勢能最小,則分子動能最大,分子力為0,加速度為0,故選項A錯,B正確;因x1處分子力不為0,故不是平衡狀態(tài),選項C錯誤;在x1處因分子勢能為零,故分子動能為零,速度為零,故乙分子會沿原路返回,故選項D正確。
溫度、溫標與物體的內(nèi)能
[想一想]
物體內(nèi)分子的平均動能、分子勢能以及內(nèi)能,在宏觀上分別由什么決定?
提示:物體分子的平均動能由溫度決定;分子勢能由物體的體積決定;物體的內(nèi)能跟物體的溫度和體積都有關(guān)系。
[記一記]
1.溫度
兩個系統(tǒng)處于熱平衡時,它們具有某個“共同的熱學(xué)性質(zhì)”,我們把表征這一“共同熱學(xué)性質(zhì)”的物理量定義為溫度。一切達到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度。
2.兩種溫標
攝氏溫標和熱力學(xué)溫標。
關(guān)系:T=t+273.15_K。
3.分子的動能
(1)分子動能是分子熱運動所具有的動能。
(2)分子熱運動的平均動能是所有分子熱運動的動能的平均值,溫度是分子熱運動的平均動能的標志。
(3)分子熱運動的總動能是物體內(nèi)所有分子熱運動動能的總和。
4.分子的勢能
(1)意義:由于分子間存在著引力和斥力,所以分子具有由它們的相對位置決定的能。
(2)分子勢能的決定因素
微觀上——決定于分子間距離和分子排列情況;
宏觀上——決定于體積和狀態(tài)。
5.物體的內(nèi)能
(1)等于物體中所有分子的熱運動動能與分子勢能的總和,是狀態(tài)量。
(2)對于給定的物體,其內(nèi)能大小由物體的溫度和體積決定。
(3)物體的內(nèi)能與物體的位置高低、運動速度大小無關(guān)。
[試一試]
2.(xx北京高考)下列說法中正確的是( )
A.物體溫度降低,其分子熱運動的平均動能增大
B.物體溫度升高,其分子熱運動的平均動能增大
C.物體溫度降低,其內(nèi)能一定增大
D.物體溫度不變,其內(nèi)能一定不變
解析:選B 根據(jù)溫度是分子平均動能的標志知,溫度升高,分子熱運動的平均動能增大;溫度降低,分子熱運動的平均動能減小,選項A錯誤,B正確。理想氣體的溫度升高,內(nèi)能增大;溫度降低,內(nèi)能減小,選項C錯誤。晶體熔化或凝固時溫度不變,但是內(nèi)能變化,熔化時吸收熱量,內(nèi)能增大;凝固時放出熱量,內(nèi)能減小,選項D錯誤。
熱力學(xué)定律與能量守恒
[想一想]
蒸汽機、內(nèi)燃機等熱機以及電冰箱工作時都利用了氣體狀態(tài)變化來實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化,我們把這些氣體稱為工質(zhì)。某熱機經(jīng)過一個循環(huán)后,工質(zhì)從高溫?zé)嵩次鼰酫1,對外做功W,又向低溫?zé)嵩捶艧酫2,工質(zhì)完全恢復(fù)初始狀態(tài),內(nèi)能沒有變化。根據(jù)熱力學(xué)第一定律,在工質(zhì)的一個循環(huán)中,Q、Q2、W三者之間滿足的關(guān)系?熱機的效率不可能達到100%,從能量轉(zhuǎn)化的角度說明了什么?
提示:Q1-Q2=W,說明內(nèi)能不能完全轉(zhuǎn)化為機械能。
[記一記]
1.熱力學(xué)第一定律
(1)改變物體內(nèi)能的兩種方式:
①做功;②熱傳遞。
(2)熱力學(xué)第一定律
①內(nèi)容:一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和。
②表達式:ΔU=Q+W。
2.熱力學(xué)第二定律
(1)熱力學(xué)第二定律的兩種表述:
①克勞修斯表述:熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。
②開爾文表述:不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功,而不引起其他變化?;虮硎鰹椤暗诙愑绖訖C是不可能制成的。”
(2)用熵的概念表示熱力學(xué)第二定律
在任何自然過程中,一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減小(填“增大”或“減小”)。
(3)熱力學(xué)第二定律的微觀意義
一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行。
3.能量守恒定律
(1)能量守恒定律
能量既不會憑空產(chǎn)生,也不會憑空消失,它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中,能量的總量保持不變。
(2)能源的利用
①存在能量耗散和品質(zhì)下降。
②重視利用能源時對環(huán)境的影響。
③要開發(fā)新能源(如太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、水流能等)。
[試一試]
3.關(guān)于熱力學(xué)定律,下列說法正確的是( )
A.在一定條件下物體的溫度可以降到0 K
B.物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功
C.吸收了熱量的物體,其內(nèi)能一定增加
D.壓縮氣體總能使氣體的溫度升高
解析:選B 0 K是絕對零度,不可能達到,A項錯;由熱力學(xué)第一定律可知,C、D選項錯;故選B。
微觀量的估算
1.分子模型
物質(zhì)有固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種情況,不同物態(tài)下應(yīng)將分子看成不同的模型。
(1)固體、液體分子一個一個緊密排列,可將分子看成球形或立方體形,如圖12-1-3所示,分子間距等于小球的直徑或立方體的棱長,所以d= (球體模型)或d=(立方體模型)。
圖12-1-3
(2)氣體分子不是一個一個緊密排列的,它們之間的距離很大,所以氣體分子的大小不等于分子所占有的平均空間。如圖12-1-4所示,此時每個分子占有的空間視為棱長為d的立方體,所以d=。
圖12-1-4
2.微觀量
分子體積V0、分子直徑d、分子質(zhì)量m。
3.宏觀量
物體體積V、摩爾體積Vmol、物體的質(zhì)量M、摩爾質(zhì)量Mmol、物體的密度ρ。
4.關(guān)系
(1)分子的質(zhì)量:m==。
(2)分子的體積:V0==。對氣體,V0表示分子占據(jù)的空間。
(3)物體所含的分子數(shù):n=NA=NA,或n=NA=NA。
[例1] (xx廣州一模)油滴在水面上形成如圖12-1-5所示的單分子油膜,可估測分子大小,用該方法估測油酸分子大小,需要測量油酸的( )
圖12-1-5
A.質(zhì)量和密度 B.體積和密度
C.質(zhì)量和體積 D.體積和油膜面積
[解析] 利用油膜法估測分子大小的依據(jù)是把油膜看成單分子油膜,根據(jù)d=計算出分子大小,故正確選項為D。
[答案] D
分子力、分子勢能與分子間距離的關(guān)系
1.分子力與分子勢能
項目
分子間的相互作用力F
分子勢能E p
與分子間距的關(guān)系圖象
隨分子間距的變化情況
r<r0
F引和F斥都隨距離的增大而減小,隨距離的減小而增大,F(xiàn)引<F斥,F(xiàn)表現(xiàn)為斥力
r增大,斥力做正功,分子勢能減少
r減小,斥力做負功,分子勢能增加
r>r0
F引和F斥都隨距離的增大而減小,隨距離的減小而增大,F(xiàn)引>F斥,F(xiàn)表現(xiàn)為引力
r增大,引力做負功,分子勢能增加
r減小,引力做正功,分子勢能減少
r=r0
F引=F斥,F(xiàn)=0
分子勢能最小,但不為零
r>10r0 (10-9m)
F引和F斥都已十分微弱,可以認為分子間沒有相互作用力
分子勢能為零
[例2] 下列關(guān)于分子力和分子勢能的說法中,正確的是( )
A.當(dāng)分子力表現(xiàn)為引力時,分子力和分子勢能總是隨分子間距離的增大而增大
B.當(dāng)分子力表現(xiàn)為引力時,分子力和分子勢能總是隨分子間距離的增大而減小
C.當(dāng)分子力表現(xiàn)為斥力時,分子力和分子勢能總是隨分子間距離的減小而增大
D.當(dāng)分子力表現(xiàn)為斥力時,分子力和分子勢能總是隨分子間距離的減小而減小
[解析] 當(dāng)分子間距為r0時為平衡位置,當(dāng)r>r0時分子間表現(xiàn)為引力,且其隨r的增大而先增大后減小,一直做負功,分子勢能增大,故A、B錯;當(dāng)r<r0時分子間表現(xiàn)為斥力,且分子力隨著r的減小而增大,當(dāng)r減小時分子力做負功,分子勢能增大,故選項C正確,D錯。
[答案] C
(1)分子勢能在平衡位置有最小值,無論分子間距離如何變化,靠近平衡位置,分子勢能減小,反之增大。
(2)判斷分子勢能的變化有兩種方法:
①看分子力的做功情況。
②直接由分子勢能與分子間距離的關(guān)系圖線判斷,但要注意其和分子力與分子間距離的關(guān)系圖線的區(qū)別。
熱力學(xué)定律的應(yīng)用
1.對熱力學(xué)第一定律的理解
(1)熱力學(xué)第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種改變內(nèi)能的過程是等效的,而且給出了內(nèi)能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關(guān)系。此定律是標量式,應(yīng)用時功、內(nèi)能、熱量的單位應(yīng)統(tǒng)一為國際單位焦耳。
(2)對公式ΔU=Q+W 符號的規(guī)定:
符號
W
Q
ΔU
+
外界對物體做功
物體吸收熱量
內(nèi)能增加
-
物體對外界做功
物體放出熱量
內(nèi)能減少
(3)幾種特殊情況:
①若過程是絕熱的,則 Q=0,W=ΔU,外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加;
②若過程中不做功,即 W=0,,則Q=ΔU,物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加;
③若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變,即ΔU=0,則W+Q=0或W=-Q,外界對物體做的功等于物體放出的熱量。
(4)應(yīng)用注意事項:
①應(yīng)用熱力學(xué)第一定律時要明確研究的對象是哪個物體或者是哪個熱力學(xué)系統(tǒng);
②應(yīng)用熱力學(xué)第一定律計算時,要依照符號法則代入數(shù)據(jù),對結(jié)果的正、負也同樣依照規(guī)則來解釋其意義;
③分析此類問題需要注意兩點,“絕熱”說明與外界沒有熱交換,氣體向真空擴散時對外不做功。
2.對熱力學(xué)第二定律的理解
(1)在熱力學(xué)第二定律的表述中,“自發(fā)地”、“不產(chǎn)生其他影響”的含義:
①“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性,不需要借助外界提供能量的幫助;
②“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成,對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響,如吸熱、放熱、做功等。
(2)熱力學(xué)第二定律的實質(zhì):
熱力學(xué)第二定律的每一種表述,都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性,進而使人們認識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。
(3)熱力學(xué)過程方向性實例:
①高溫物體低溫物體
②功熱
③氣體體積V1氣體體積V2(較大)
④不同氣體A和B混合氣體AB
[例3] 根據(jù)熱力學(xué)定律,下列說法正確的是( )
A.電冰箱的工作過程表明,熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞
B.空調(diào)機在制冷過程中,從室內(nèi)吸收的熱量大于向室外放出的熱量
C.科技的進步可以使內(nèi)燃機的效率達到100%
D.對能源的過度消耗使自然界的能量不斷減少,形成“能源危機”
[解析] 冰箱制冷的過程實質(zhì)上是利用氟利昂在冰箱內(nèi)汽化吸收大量的熱量,然后在冰箱外液化放出大量的熱量,使冰箱內(nèi)溫度降低,此過程表明,熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞,故A正確??照{(diào)機在制冷過程中,把室內(nèi)的熱量向室外釋放,消耗電能,產(chǎn)生熱量,故從室內(nèi)吸收的熱量小于向室外放出的熱量,故B錯誤。熱力學(xué)第二定律:不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響;不可能從單一熱源取熱使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響,科技的進步不可能使內(nèi)燃機的效率達到100%,故C錯誤。自然界的總能量是守恒的,只是有的能源轉(zhuǎn)化成其他形式的能之后,不能再重新被利用,導(dǎo)致可利用能源越來越少,故而形成能源危機,故D錯誤。
[答案] A
[隨堂鞏固落實]
1.(xx福州質(zhì)檢)被壓癟但尚未破裂的乒乓球放在熱水里泡一會兒。就會重新鼓起來。這一過程乒乓球內(nèi)的氣體( )
A.吸熱,對外做功,內(nèi)能不變
B.吸熱,對外做功,內(nèi)能增加
C.溫度升高,對外做功,內(nèi)能不變
D.壓強增大,單位體積內(nèi)分子數(shù)增大
解析:選B 被壓癟但尚未破裂的乒乓球放在熱水里泡一會兒,乒乓球內(nèi)氣體吸熱,溫度升高,體積增大,對外做功,內(nèi)能增加,選項B正確。
2.[多選](xx九江聯(lián)考)下列說法正確的是( )
A.布朗運動證明,組成固體小顆粒的分子在做無規(guī)則運動
B.熱量可以從低溫物體傳遞到高溫物體
C.一定質(zhì)量的理想氣體,體積減小溫度不變時,氣體內(nèi)能一定增大
D.?dāng)z氏溫度變化1 ℃,熱力學(xué)溫度變化1 K
解析:選BD 布朗運動證明,液體的分子在做無規(guī)則運動,選項A錯誤;熱量可以從低溫物體傳遞到高溫物體,選項B正確;一定質(zhì)量的理想氣體,體積減小溫度不變時,氣體內(nèi)能不變,選項C錯誤;攝氏溫度變化1 ℃,熱力學(xué)溫度變化1 K,選項D正確。
3.(xx廣東省高三六校聯(lián)考)夏天,自行車內(nèi)胎充氣過足,放在陽光下受暴曬,車胎極易爆裂。關(guān)于這一現(xiàn)象對車胎內(nèi)氣體描述正確的有(暴曬過程中內(nèi)胎容積幾乎不變)( )
圖12-1-6
A.車胎爆裂,是車胎內(nèi)氣體溫度升高,分子間斥力急劇增大的結(jié)果
B.在爆裂前的過程中,車胎內(nèi)氣體溫度升高,分子無規(guī)則熱運動加劇,氣體壓強減小
C.在爆裂前的過程中,車胎內(nèi)氣體吸熱,內(nèi)能增加
D.在車胎突然爆裂的瞬間,車胎內(nèi)氣體內(nèi)能減少
解析:選CD 車胎爆胎是車胎內(nèi)氣體溫度升高,內(nèi)能增加,分子無規(guī)則熱運動加劇,單位時間內(nèi)撞擊到單位面積上氣體的數(shù)量增多、壓力增大,故氣體壓強增大,與分子間斥力無關(guān),A、B錯誤,C正確;在車胎突然爆裂的極短時間內(nèi),氣體體積增大,對外做功,溫度降低,對外放熱,根據(jù)ΔU=W+Q可知,氣體內(nèi)能減少,D正確。
4.如圖12-1-7所示,用F表示兩分子間的作用力,Ep表示分子間的分子勢能,在兩個分子之間的距離由10r0變?yōu)閞0的過程中( )
圖12-1-7
A.F不斷增大,Ep不斷減小
B.F先增大后減小,Ep則不斷減小
C.F不斷增大,Ep先增大后減小
D.F、Ep都是先增大后減小
解析:選B 分子間的作用力是矢量,分子勢能是標量,由圖象可知F先增大后變小,Ep則不斷減小,B正確。
5.一定量的氣體內(nèi)能增加了3105 J。
(1)若吸收了2105 J的熱量,則是氣體對外界做功,還是外界對氣體做功?做了多少焦耳的功?
(2)若氣體對外界做了4105 J的功,則是氣體放熱還是從外界吸熱?放出或吸收的熱量是多少?
解析:(1)由熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W得
W=ΔU-Q=3105 J-2105 J=1105 J
外界對氣體做功。
(2)由ΔU=Q+W得
Q=ΔU-W=3105 J-(-4105 J)=7105 J
氣體從外界吸熱。
答案:(1)外界對氣體做功 1105 J
(2)氣體從外界吸熱 7105 J
[課時跟蹤檢測]
高考??碱}型:選擇題+填空題+計算題
一、單項選擇題
1.(xx廣東省高三第一次六校聯(lián)考)關(guān)于熱現(xiàn)象,下列說法正確的是( )
A.分子在做永不停息的無規(guī)則熱運動
B.隨著溫度升高,每個氣體分子的速率都增大
C.當(dāng)氣體分子熱運動變劇烈時,氣體的壓強一定變大
D.布朗運動就是液體分子的無規(guī)則運動
答案:A
2.(xx上海嘉定期未)如圖1所示,用細線將一塊玻璃板水平地懸掛在彈簧秤下端,并使玻璃板貼在水面上,然后緩慢提起彈簧秤,在玻璃板脫離水面的一瞬間,彈簧秤讀數(shù)會突然增大,主要原因是( )
圖1
A.水分子做無規(guī)則熱運動
B.玻璃板受到大氣壓力作用
C.水與玻璃間存在萬有引力作用
D.水與玻璃間存在分子引力作用
解析:選D 在玻璃板脫離水面的一瞬間,彈簧秤讀數(shù)會突然增大的主要原因是:水與玻璃間存在分子引力作用,選項D正確。
3.(xx丹東聯(lián)考)以下說法正確的是( )
A.布朗運動反映了懸浮小顆粒內(nèi)部分子在不停地做無規(guī)則的熱運動
B.從平衡位置開始增大分子間距離,分子間的引力將增大、斥力將減小
C.對大量事實的分析表明:熱力學(xué)零度不可能達到
D.熱量只能由高溫物體傳遞給低溫物體
解析:選C 布朗運動反映了液體分子在不停地做無規(guī)則的熱運動,選項A錯誤;從平衡位置開始增大分子間距離,分子間的引力將減小,斥力將減小,選項B錯誤;熱量可以通過壓縮機做功由低溫物體傳遞給高溫物體,選項D錯誤。
4.某種氣體在不同溫度下的氣體分子速率分布曲線如圖2所示,圖中f(v)表示v處單位速率區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)百分率,所對應(yīng)的溫度分別為TⅠ、TⅡ、TⅢ,則( )
圖2
A.TⅠ>TⅡ>TⅢ
B.TⅢ>TⅡ>TⅠ
C.TⅡ>TⅠ,TⅡ>TⅢ
D.TⅠ=TⅡ=TⅢ
解析:選B 溫度是氣體分子平均動能的標志。由圖象可以看出,大量分子的平均速率Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ,因為是同種氣體,則EkⅢ>EkⅡ>EkⅠ,所以B正確,A、C、D錯誤。
5.(xx西安聯(lián)考)關(guān)于內(nèi)能的概念,下列說法中正確的是( )
A.若把氫氣和氧氣看作理想氣體,則具有相同體積、相同質(zhì)量和相同溫度的氫氣和氧氣具有相等的內(nèi)能
B.一定質(zhì)量0 ℃水的分子勢能比0 ℃冰的分子勢能大
C.物體吸收熱量后,內(nèi)能一定增加
D.一定質(zhì)量的100 ℃的水吸收熱量后變成100 ℃的水蒸氣,則吸收的熱量等于增加的內(nèi)能
解析:選B 氫氣和氧氣溫度相同,說明分子平均動能相同,氫氣和氧氣質(zhì)量相同,分子數(shù)不同,所以內(nèi)能不同,選項A錯誤;一定質(zhì)量0 ℃水放出熱量凝結(jié)成0 ℃的冰,所以一定質(zhì)量0 ℃水的分子勢能比0 ℃冰的分子勢能大,選項B正確;物體吸收熱量后,若對外做功,內(nèi)能不一定增加,選項C錯誤;一定質(zhì)量的100 ℃的水吸收熱量后變成100 ℃的水蒸氣,對外做功,吸收的熱量大于增加的內(nèi)能,選項D錯誤。
二、多項選擇題
6.(xx江西重點中學(xué)聯(lián)考)下列說法正確的是( )
A.布朗運動雖然不是液體分子的運動,但是它可以說明分子在永不停息地做無規(guī)則運動
B.只要知道水的摩爾質(zhì)量和水分子的質(zhì)量,就可以計算出阿伏伽德羅常數(shù)
C.在使兩個分子間的距離由很遠(r>10-9 m)減小到很難再靠近的過程中,分子間作用力先減小后增大,分子勢能不斷增大
D.通過科技創(chuàng)新,我們能夠研制出內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機械能的熱機
解析:選AB 布朗運動雖然不是液體分子的運動,但是它可以說明分子在永不停息地做無規(guī)則運動,選項A正確;只要知道水的摩爾質(zhì)量和水分子的質(zhì)量,就可以計算出阿伏伽德羅常數(shù),選項B正確;在使兩個分子間的距離由很遠(r>10-9m)減小到很難再靠近的過程中,分子間作用力先增大后減小再增大,分子勢能先減小后增大,選項C錯誤;由熱力學(xué)第二定律,不能夠研制出內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機械能的熱機,選項D錯誤。
7.(xx廣州二模)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B,氣體的壓強隨熱力學(xué)溫度變化如圖3所示,則此過程( )
圖3
A.氣體的密度增大
B.外界對氣體做功
C.氣體從外界吸收了熱量
D.氣體分子的平均動能增大
解析:選AB 由P-T圖可知氣體由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B溫度保持不變,故氣體分子的平均動能不變、氣體的內(nèi)能不變,選項D錯誤,氣體的壓強變大,說明氣體的體積變小,所以氣體的密度增大、外界對氣體做功,根據(jù)熱力學(xué)第一定律,氣體向外界放出熱量,選項A、B正確。
8.(xx湛江市高中畢業(yè)班調(diào)研測試題)如圖4所示,厚壁容器的一端通過膠塞插進一只靈敏溫度計和一根氣針,另一端有個用卡子卡住的可移動膠塞。用打氣筒慢慢向筒內(nèi)打氣,使容器內(nèi)的壓強增加到一定程度,這時讀出溫度計的示數(shù)。打開卡子,膠塞沖出容器過程中
( )
圖4
A.溫度計示數(shù)變大 B.溫度計示數(shù)變小
C.氣體內(nèi)能減少 D.氣體內(nèi)能增加
解析:選BC 打開卡子,氣體體積膨脹對外做功,所以W<0,由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,可知氣體內(nèi)能減小,溫度降低。
三、填空、計算題
9.某同學(xué)的臥室長L1=7 m,寬 L2=5 m,高 h=3.2 m。假設(shè)臥室內(nèi)的空氣處于標準狀況,已知阿伏伽德羅常數(shù) NA=6.021023 mol-1。
(1)求臥室內(nèi)空氣分子數(shù);
(2)若室內(nèi)溫度升高,臥室內(nèi)空氣分子的平均動能如何變化?
解析:(1)臥室的體積V=L1L2h=112 m3=112103 L,Vm=22.4 L/mol,室內(nèi)的空氣分子數(shù)n=NA=3.011027個
(2)臥室里空氣分子的平均動能增大。
答案:(1)3.011027 (2)增大
10.(1)若一氣泡從湖底上升到湖面的過程中溫度保持不變,則在此過程中關(guān)于氣泡中的氣體,下列說法中正確的是________。(填寫選項前的字母)
A.氣體分子間的作用力增大
B.氣體分子的平均速率增大
C.氣體分子的平均動能減小
D.氣體組成的系統(tǒng)的熵增加
(2)若將氣泡內(nèi)的氣體視為理想氣體,氣泡從湖底上升到湖面的過程中,對外界做了0.6 J的功,則此過程中氣泡________(選填“吸收”或“放出”)的熱量是________J。氣泡到達湖面后,溫度上升的過程中,又對外界做了0.1 J的功,同時吸收了0.3 J的熱量,則此過程中,氣泡內(nèi)氣體內(nèi)能增加了________J。
(3)已知氣泡內(nèi)氣體的密度為1.29 kg/m3,平均摩爾質(zhì)量為0.029 kg/mol。阿伏伽德羅常數(shù) NA=6.021023mol-1,取氣體分子的平均直徑為210-10 m。若氣泡內(nèi)的氣體能完全變?yōu)橐后w,請估算液體體積與原來氣體體積的比值。(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)
解析:(1)考慮氣體分子間作用力時,分子力是引力,分子間距從r0增大,分子力先增大后減小,A錯誤。氣泡上升過程中溫度不變,分子平均動能不變,分子平均速率也不變,B、C錯誤。氣泡上升過程中體積膨脹,分子勢能增加,內(nèi)能增大,而對外做功,故氣體一定吸收熱量,又因為溫度不變,故其熵必增加,D正確。
(2)將氣體視為理想氣體時,其內(nèi)能只與溫度有關(guān)。氣泡上升過程中溫度不變,ΔU=0,對外做功,W=-0.6 J,
ΔU=Q+W有Q=ΔU-W=0.6 J>0,
即需從外界吸收0.6 J的熱量。
氣泡到達湖面后,由ΔU=Q+W
得ΔU=(0.3-0.1)J=0.2 J
(3)設(shè)氣體體積為V0,液體體積為V1
氣體分子數(shù)n=NA,V1=n(或V1=nd3)
則=πd3NA(或=d3NA)
解得=110-4(910-5~210-4都算對)
答案:(1)D (2)吸收 0.6 0.2
(3)110-4(或910-5~210-4)
第2單元固體、液體和氣體
晶體和非晶體
[想一想]
在甲、乙、丙三種固體薄片上涂上石蠟,用燒熱的針接觸其上一點,石蠟熔化的范圍如圖12-2-1中(1)、(2)、(3)所示,而甲、乙、丙三種固體在熔化過程中溫度隨加熱時間變化的關(guān)系如圖(4)所示。則由此可判斷出甲、乙、丙分別為________、________、________。
圖12-2-1
提示:多晶體、非晶體、單晶體。
[記一記]
(1)固體分為晶體和非晶體兩類。晶體分單晶體和多晶體。
(2)單晶體具有規(guī)則的幾何形狀,多晶體和非晶體無確定的幾何形狀;晶體有確定的熔點,非晶體無確定的熔點。
(3)單晶體具有各向異性,多晶體和非晶體具有各向同性。
[試一試]
1.[多選]關(guān)于晶體和非晶體,下列說法正確的是( )
A.金剛石、食鹽、玻璃和水晶都是晶體
B.晶體的分子(或原子、離子)排列是有規(guī)則的
C.單晶體和多晶體有固定的熔點,非晶體沒有固定的熔點
D.單晶體和多晶體的物理性質(zhì)是各向異性的,非晶體是各向同性的
解析:選BC 金剛石、水晶和食鹽是晶體,玻璃是非晶體,A錯誤;晶體的分子排列規(guī)則,且有固定的熔點,非晶體的分子排列不規(guī)則,且沒有固定的熔點,故B、C正確;單晶體的物理性質(zhì)是各向異性,多晶體和非晶體的物理性質(zhì)是各向同性,故D錯誤。
液晶、液體
[想一想]
如圖12-2-2所示為一沾有肥皂膜的閉合金屬框,若將膜面上棉線圈內(nèi)部的膜戳破后,棉線圈會被拉成圓形,這是什么原因?與戳破前相比,肥皂膜的內(nèi)能如何變化?
圖12-2-2
提示:液體表面張力,內(nèi)能減少。
[記一記]
1.液體的表面張力
(1)概念:液體表面各部分間互相吸引的力。
(2)作用:液體的表面張力使液面具有收縮到表面積最小的趨勢。
(3)方向:表面張力跟液面相切,且跟這部分液面的分界線垂直。
(4)大小:液體的溫度越高,表面張力越小;液體中溶有雜質(zhì)時,表面張力變小;液體的密度越大,表面張力越大。
2.液晶
(1)液晶分子既保持排列有序而顯示各向異性,又可以自由移動位置,保持了液體的流動性。
(2)液晶分子的位置無序使它象液體,排列有序使它象晶體。
(3)液晶分子的排列從某個方向看比較整齊,而從另外一個方向看則是雜亂無章的。
(4)液晶的物理性質(zhì)很容易在外界的影響下發(fā)生改變。
3.毛細現(xiàn)象
浸潤液體在細管中上升的現(xiàn)象以及不浸潤液體在細管中下降的現(xiàn)象。
[試一試]
2.下列現(xiàn)象中不是由表面張力引起的是( )
A.使用鋼筆難以在油紙上寫字
B.布傘有孔,但不漏水
C.草葉上的露珠呈球形
D.玻璃細桿頂端被燒熔后變成圓形
解析:選A 使用鋼筆難以在油紙上寫字,是由于墨水與油紙不浸潤造成的,與液體表面張力無關(guān),符合題意,故A正確;由于雨水表面存在表面張力,雖然布傘有孔,但不漏水,與表面張力有關(guān),故B錯誤;草葉上的露珠存在表面張力,它表面的水分子表現(xiàn)為引力,從而使它收縮成一個球形,與表面張力有關(guān),故C錯誤;由于熔融的液態(tài)玻璃存在表面張力,使表面收縮,表面積變小,因此玻璃細桿頂端被燒熔后變成圓形,與表面張力有關(guān),故D錯誤。
氣體實驗定律
[想一想]
電燈泡內(nèi)充有氦氬混合氣體,如果要使電燈泡內(nèi)的混合氣體在500 ℃時的壓強不超過一個大氣壓,則在20 ℃的室溫下充氣,電燈泡內(nèi)氣體壓強至多能充到多少?
提示:由于電燈泡容積不變,故氣體為等容變化,設(shè)t1=500 ℃時壓強為p1,t2=20 ℃時的壓強為p2,則由=得=,p1=1個大氣壓,p2=0.38個大氣壓。
[記一記]
1.氣體的狀態(tài)參量
(1)壓強;(2)體積;(3)溫度。
2.氣體的壓強
(1)產(chǎn)生原因:由于氣體分子無規(guī)則的熱運動,大量的分子頻繁地碰撞器壁產(chǎn)生持續(xù)而穩(wěn)定的壓力。
(2)大?。簹怏w的壓強在數(shù)值上等于氣體作用在單位面積上的壓力。公式:p=。
3.氣體實驗定律
(1)等溫變化——玻意耳定律
①內(nèi)容:一定質(zhì)量的某種氣體,在溫度不變的情況下,壓強與體積成反比。
②公式:p1V1=p2V2或pV=C(常量)。
(2)等容變化——查理定律
①內(nèi)容:一定質(zhì)量的某種氣體,在體積不變的情況下,壓強與熱力學(xué)溫度成正比。
②公式:=或=C(常量)。
③推論式:Δp=ΔT。
(3)等壓變化——蓋—呂薩克定律
①內(nèi)容:一定質(zhì)量的某種氣體,在壓強不變的情況下,其體積與熱力學(xué)溫度成正比。
②公式:=或=C(常量)。
③推論式:ΔV=ΔT。
4.理想氣體狀態(tài)方程
(1)理想氣體:在任何溫度、任何壓強下都遵從氣體實驗定律的氣體。
(2)一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)方程:=或=C(常量)。
[試一試]
3.(多選)(xx廣東高考)如圖12-2-3為某同學(xué)設(shè)計的噴水裝置,內(nèi)部裝有2 L水,上部密封1 atm的空氣0.5 L,保持閥門關(guān)閉,再充入1 atm的空氣0.1 L,設(shè)在所有過程中空氣可看作理想氣體,且溫度不變,下列說法正確的有( )
圖12-2-3
A.充氣后,密封氣體壓強增加
B.充氣后,密封氣體的分子平均動能增加
C.打開閥門后,密封氣體對外界做正功
D.打開閥門后,不再充氣也能把水噴光
解析:選AC 充氣后,一定量氣體的體積減小,氣體的溫度不變,根據(jù)玻意耳定律可知,氣體的壓強增大,A項正確;由于氣體分子的平均動能是由溫度決定的,溫度不變,氣體分子的平均動能不變,B項錯誤;打開閥門后,氣體推動液體,氣體的體積增大,對外做功,C項正確;當(dāng)氣體的壓強減小到外部與內(nèi)部壓強差等于水柱產(chǎn)生的壓強時,液體不再噴出,D項錯誤。
飽和蒸汽、濕度
[記一記]
1.飽和蒸汽與未飽和蒸汽
(1)飽和蒸汽:與液體處于動態(tài)平衡的蒸汽。
(2)未飽和蒸汽:沒有達到飽和狀態(tài)的蒸汽。
2.飽和蒸汽壓
(1)定義:飽和蒸汽所具有的壓強。
(2)特點:飽和蒸汽壓隨溫度而變。溫度越高,飽和蒸汽壓越大,且飽和蒸汽壓與飽和蒸汽的體積無關(guān)。
3.濕度
(1)定義:空氣的潮濕程度。
(2)描述濕度的物理量
①絕對濕度:空氣中所含水蒸氣的壓強。
②相對濕度:在某一溫度下,空氣中水蒸氣的壓強與同一溫度下水的飽和汽壓之比,稱為空氣的相對濕度,即:相對濕度(B)=。
[試一試]
4.下列說法正確的是( )
A.干濕泡溫度計的示數(shù)差別越大,空氣相對濕度越大
B.空氣相對濕度越大時,空氣中水蒸氣壓強越大
C.相對濕度越大時,水蒸發(fā)越快
D.在夏季溫度不太高、相對濕度較大時,人也容易中暑
解析:選D 干濕泡溫度計的示數(shù)差別越大,空氣越干燥,相對濕度越小,故A錯誤;相對濕度越大時,空氣中水蒸氣壓強越小,故B錯誤;相對濕度越大時,水蒸發(fā)越慢,故C錯誤;濕度大水分就不易蒸發(fā),也就是汗液不易蒸發(fā),就帶不走體表多余的熱量,就容易中暑,故D正確。
氣體壓強的計算
1.系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)下的氣體壓強計算方法
(1)液體封閉的氣體壓強的確定
平衡法:選與氣體接觸的液柱為研究對象進行受力分析,利用它的受力平衡,求出氣體的壓強。
取等壓面法:根據(jù)同種液體在同一水平液面處壓強相等,在連通器內(nèi)靈活選取等壓面,由兩側(cè)壓強相等建立方程求出壓強。
液體內(nèi)部深度為h處的總壓強p=p0+ρgh
(2)固體(活塞或汽缸)封閉的氣體壓強的確定
由于該固體必定受到被封閉氣體的壓力,所以可通過對該固體進行受力分析,由平衡條件建立方程來求出氣體壓強。
2.加速運動系統(tǒng)中封閉氣體壓強的計算方法
一般選與氣體接觸的液柱或活塞為研究對象,進行受力分析,利用牛頓第二定律列方程求解。
圖12-2-4
[例1] 如圖12-2-4所示,光滑水平面上放有一質(zhì)量為M的汽缸,汽缸內(nèi)放有一質(zhì)量為m的可在汽缸內(nèi)無摩擦滑動的活塞,活塞面積為S。現(xiàn)用水平恒力F向右推汽缸,最后汽缸和活塞達到相對靜止?fàn)顟B(tài),求此時缸內(nèi)封閉氣體的壓強p。(已知外界大氣壓為p0)
[審題指導(dǎo)]
選與氣體相接觸的活塞為研究對象,進行受力分析,再利用牛頓第二定律列方程求解。
[解析] 選取汽缸和活塞整體為研究對象。
相對靜止時有:F=(M+m)a
再選活塞為研究對象,根據(jù)牛頓第二定律有:
pS-p0S=ma
解得:p=p0+。
[答案] p0+)
氣體實驗定律及狀態(tài)方程的應(yīng)用
1.氣體實驗定律的比較
比較項目
玻意耳定律(等溫變化)
查理定律(等容變化)
蓋—呂薩克定律(等壓變化)
數(shù)學(xué)表達式
p1V1=p2V2
或pV=C
(常數(shù))
=或
=C(常數(shù))
=或
=C(常數(shù))
同一氣體
的兩條圖
線
2.理想氣體的狀態(tài)方程
(1)理想氣體:
①宏觀上講,理想氣體是指在任何條件下始終遵守氣體實驗定律的氣體,實際氣體在壓強不太大、溫度不太低的條件下,可視為理想氣體。
②微觀上講,理想氣體的分子間除碰撞外無其他作用力,分子本身沒有體積,即它所占據(jù)的空間認為都是可以被壓縮的空間。
(2)狀態(tài)方程:=或=C。
(3)應(yīng)用狀態(tài)方程解題的一般步驟:
①明確研究對象,即某一定質(zhì)量的理想氣體;
②確定氣體在始末狀態(tài)的參量p1、V1、T1及p2、V2、T2;
③由狀態(tài)方程列式求解;
④討論結(jié)果的合理性。
[例2] (xx新課標高考)如圖12-2-5,由U形管和細管連接的玻璃泡A、B和C浸泡在溫度均為0 ℃的水槽中,B的容積是A的3倍。閥門S將A和B兩部分隔開。A內(nèi)為真空,B和C內(nèi)都充有氣體。U形管內(nèi)左邊水銀柱比右邊的低60 mm。打開閥門S,整個系統(tǒng)穩(wěn)定后,U形管內(nèi)左右水銀柱高度相等。假設(shè)U形管和細管中的氣體體積遠小于玻璃泡的容積。
圖12-2-5
(1)求玻璃泡C中氣體的壓強(以mmHg為單位);
(2)將右側(cè)水槽的水從0 ℃加熱到一定溫度時,U形管內(nèi)左右水銀柱高度差又為60 mm,求加熱后右側(cè)水槽的水溫。
[審題指導(dǎo)]
第一步:抓關(guān)鍵點
關(guān)鍵點
獲取信息
玻璃泡A、B、C均浸泡在0 ℃水槽內(nèi)
氣體發(fā)生等溫變化
U形管內(nèi)左右水銀柱高度差60 cm
壓強關(guān)系
打開閥門左右水銀柱高度相等
壓強相等
U形管和細管中氣體體積遠小于玻璃泡容積
管中氣體體積忽略不計
第二步:找突破口
(1)要求C中氣體壓強→由于pC=pB可求解B中氣體壓強;
(2)要求右側(cè)水槽水溫→C中氣體作等容變化。
[解析] (1)在打開閥門S前,兩水槽水溫均為T0=273 K。設(shè)玻璃泡B中氣體的壓強為p1,體積為VB,玻璃泡C中氣體的壓強為pC,依題意有
p1=pC+Δp①
式中Δp=60 mmHg,打開閥門S后,兩水槽水溫仍為T0,設(shè)玻璃泡B中氣體的壓強為pB。依題意,有
pB=pC②
玻璃泡A和B中氣體的體積為
V2=VA+VB③
根據(jù)玻意耳定律得p1VB=pBV2④
聯(lián)立①②③④式,并代入題給數(shù)據(jù)得
pC=Δp=180 mmHg⑤
(2)當(dāng)右側(cè)水槽的水溫加熱至T′時,U形管左右水銀柱高度差為Δp。玻璃泡C中氣體的壓強為pC′=pB+Δp⑥
玻璃泡C中的氣體體積不變,根據(jù)查理定理得
=⑦
聯(lián)立②⑤⑥⑦式,并代入題給數(shù)據(jù)得T′=364 K
[答案] (1)180 mmHg (2)364 K
氣體實驗定律與熱力學(xué)定律的綜合應(yīng)用
[例3] (xx浙江自選模塊)如圖12-2-6所示,內(nèi)壁光滑的圓柱形金屬容器內(nèi)有一個質(zhì)量為m、面積為S的活塞。容器固定放置在傾角為θ的斜面上。一定量的氣體被密封在容器內(nèi),溫度為T0,活塞底面與容器底面平行,距離為h。已知大氣壓強為p0,重力加速度為g。
圖12-2-6
(1)容器內(nèi)氣體壓強為________;
(2)由于環(huán)境溫度變化,活塞緩慢下移時氣體溫度為________;此過程中容器內(nèi)氣體________(填“吸熱”或“放熱”),氣體分子的平均速率________(填“增大”、“ 減小”或“不變”)。
[解析] (1)容器內(nèi)氣體的壓強與大氣壓和活塞的重力有關(guān)?;钊麑怏w產(chǎn)生的壓強為p′=,則容器內(nèi)氣體的壓強p=p0+p′=p0+。
(2)環(huán)境溫度變化,活塞緩慢下移,可認為是等壓變化,則=,且V0=2V1,解得T1=。
在此等壓變化過程中,氣體溫度降低,內(nèi)能減少;氣體體積減小,外界對氣體做功,由熱力學(xué)第一律ΔU=W+Q知氣體放出熱量,氣體分子的平均速率減小。
[答案] (1)p=p0+
(2) 放熱 減小
氣體實驗定律與熱力學(xué)定律的綜合問題的處理方法
(1)氣體實驗定律研究對象是一定質(zhì)量的理想氣體。
(2)解決具體問題時,分清氣體的變化過程是求解問題的關(guān)鍵,根據(jù)不同的變化,找出與之相關(guān)的氣體狀態(tài)參量,利用相關(guān)規(guī)律解決。
(3)對理想氣體,只要體積變化,外界對氣體(或氣體對外界)要做功W=pΔV;只要溫度發(fā)生變化,其內(nèi)能要發(fā)生變化。
(4)結(jié)合熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q求解問題。
[隨堂鞏固落實]
1.(xx廣東高考)清晨,草葉上的露珠是由空氣中的水汽凝結(jié)成的水珠,這一物理過程中,水分子間的( )
A.引力消失,斥力增大
B.斥力消失,引力增大
C.引力、斥力都減小
D.引力、斥力都增大
解析:選D 由水汽凝結(jié)成水珠時,分子間的距離減小,分子引力和斥力都增大,所以D正確。
2.[多選]關(guān)于晶體和非晶體的說法,正確的是( )
A.晶體一定具有各向異性
B.液晶具有光學(xué)各向異性
C.金剛石和石墨都是單晶體
D.具有熔點的物體一定是單晶體
解析:選BC 單晶體具有各向異性,而多晶體則各向同性,故A錯誤。液晶既像液體一樣具有流動性,又跟某些晶體一樣具有光學(xué)性質(zhì)的各向異性,故B正確。金剛石和石墨都是單晶體,故C正確。單晶體和多晶體都具有一定的熔點,故D錯誤。
3.如圖12-2-7所示,一定量的理想氣體從狀態(tài)a沿直線變化到狀態(tài)b,在此過程中,其壓強( )
圖12-2-7
A.逐漸增大 B.逐漸減小
C.始終不變 D.先增大后減小
解析:選A 氣體從a到b的變化過程中,體積V減小,溫度T升高,由理想氣體狀態(tài)方程=C可知,氣體壓強逐漸增大,本題只有選項A正確。
4.[多選](xx廣東省十校聯(lián)考)一定質(zhì)量的理想氣體,現(xiàn)要使它的壓強經(jīng)過狀態(tài)變化后回到初始狀態(tài)的壓強,那么使用下列哪些過程可以實現(xiàn)( )
A.先將氣體等溫膨脹,再將氣體等容降溫
B.先將氣體等溫壓縮,再將氣體等容降溫
C.先將氣體等容升溫,再將氣體等溫壓縮
D.先將氣體等容降溫,再將氣體等溫壓縮
解析:選BD 根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可知,氣體等溫膨脹,壓強減小,再將氣體等容降溫,壓強繼續(xù)減小,故 A 錯;氣體等溫壓縮,壓強增大,再將氣體等容降溫,壓強減小,故 B 對;氣體等容升溫,壓強增大,再將氣體等溫壓縮,壓強增大,故 C錯;氣體等容降溫,壓強減小,再將氣體等溫壓縮,壓強增大,故 D 對。
5.[多選]一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷等溫壓縮過程時,氣體壓強增大,從分子動理論觀點來分析,這是因為( )
A.氣體分子的平均動能增大
B.單位時間內(nèi),器壁單位表面積上分子碰撞的次數(shù)增多
C.氣體分子數(shù)增加
D.氣體分子的密度增大
解析:選BD 等溫變化,分子平均動能不變,即氣體分子每次撞擊器壁的平均沖力不變;而體積減小,分子密度增加,器壁單位時間單位面積上撞擊的分子數(shù)增多,所以壓強增大。
6.(xx山東高考)(1)如圖12-2-8,內(nèi)壁光滑、導(dǎo)熱良好的氣缸中用活塞封閉有一定質(zhì)量的理想氣體。當(dāng)環(huán)境溫度升高時,缸內(nèi)氣體 ________。(多選,填正確答案標號)
圖12-2-8
a.內(nèi)能增加 b.對外做功
c.壓強增大 d.分子間的引力和斥力都增大
(2)一種水下重物打撈方法的工作原理如圖12-2-9所示。將一質(zhì)量M=3103 kg、體積V0=0.5 m3的重物捆綁在開口朝下的浮筒上。向浮筒內(nèi)充入一定量的氣體,開始時筒內(nèi)液面到水面的距離h1=40 m,筒內(nèi)氣體體積V1=1 m3。在拉力作用下浮筒緩慢上升。當(dāng)筒內(nèi)液面到水面的距離為h2時,拉力減為零,此時氣體體積為V2,隨后浮筒和重物自動上浮。求V2和h2。
圖12-2-9
已知大氣壓強p0=1105Pa,水的密度ρ=1103 kg/m3,重力加速度的大小g=10 m/s2。不計水溫變化,筒內(nèi)氣體質(zhì)量不變且可視為理想氣體,浮筒質(zhì)量和筒壁厚度可忽略。
解析:(1)根據(jù)一定質(zhì)量的某種理想氣體的內(nèi)能只決定于溫度,處在導(dǎo)熱氣缸中的理想氣體由于外界環(huán)境溫度升高,理想氣體的內(nèi)能要增大,所以選項a正確;再根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程:=C可知,氣體壓強不變,當(dāng)溫度升高時,體積要增大,因此氣體要對外做功,所以選項b正確,c錯誤;理想氣體沒有分子間的相互作用力,因此分子間的作用力始終為零,故d選項錯誤。
(2)當(dāng)F=0時,由平衡條件得
Mg=ρg(V0+V2)①
代入數(shù)據(jù)得
V2=2.5 m3②
設(shè)筒內(nèi)氣體初態(tài)、末態(tài)的壓強分別為p1、p2,由題意得
p1=p0+ρgh1③
p2=p0+ρgh2④
在此過程中筒內(nèi)氣體溫度和質(zhì)量不變,由玻意耳定律得
p1V1=p2V2⑤
聯(lián)合②③④⑤式,代入數(shù)據(jù)得
h2=10 m。⑥
答案:(1)ab (2)見解析
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高考常考題型:選擇題+計算題
一、單項選擇題
1.下列說法正確的是( )
A.露珠呈球形是由于表面張力所致
B.不浸潤現(xiàn)象說明固體分子對液體分子的吸引力大于液體分子之間的吸引力
C.在一定溫度下當(dāng)氣體容納某種液體分子的個數(shù)達到極值時,這種氣體就成為飽和汽,此時液體就不再蒸發(fā)
D.給自行車打氣時氣筒壓下后反彈,是由分子斥力造成的
解析:選A 露珠呈球形是由于表面張力所致,選項A正確;不浸潤現(xiàn)象說明固體分子對液體分子的吸引力小于液體分子之間的吸引力,選項B錯誤;在一定溫度下當(dāng)氣體容納某種液體分子的個數(shù)達到極值時,這種氣體就成為飽和汽,此時液體的蒸發(fā)和液化達到了動態(tài)平衡,而并非液體不再蒸發(fā),選項C錯誤;給自行車打氣時氣筒壓下后反彈,是由氣體壓強大于大氣壓造成的,選項D錯誤。
2.對于一定量的稀薄氣體,下列說法正確的是( )
A.壓強變大時,分子熱運動必然變得劇烈
B.保持壓強不變時,分子熱運動一定變得劇烈
C.壓強變大時,分子間的平均距離必然變小
D.壓強變小時,分子間的平均距離可能變小
解析:選D 根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程=C,當(dāng)壓強變大時,氣體的溫度不一定變大,分子熱運動也不一定變得劇烈,選項A錯誤;當(dāng)壓強不變時,氣體的溫度不一定變大,分子熱運動也不一定變得劇烈,選項B錯誤;當(dāng)壓強變大時,氣體的體積不一定變小,分子間的平均距離也不一定變小,選項C錯誤;當(dāng)壓強變小時,氣體的體積可能變小,分子間的平均距離也可能變小,選項D正確。
3.(xx福建高考)圖1為一定質(zhì)量理想氣體的壓強p與體積V關(guān)系圖象,它由狀態(tài)A經(jīng)等容過程到狀態(tài)B,再經(jīng)等壓過程到狀態(tài)C。設(shè)A、B、C狀態(tài)對應(yīng)的溫度分別為TA、TB、TC,則下列關(guān)系式中正確的是( )
圖1
A.TA<TB,TB<TC B. TA>TB,TB=TC
C. TA>TB,TB<TC D. TA=TB,TB>TC
解析:選C 由狀態(tài)A到狀態(tài)B過程中,氣體體積不變,由查理定律可知,隨壓強減小,溫度降低,故TA>TB,A、D項錯;由狀態(tài)B到狀態(tài)C過程中,氣體壓強不變,由蓋呂薩克定律可知,隨體積增大,溫度升高,即TB<TC,B項錯,C項對。
4.(xx潮州二模)在以下說法中,正確的是( )
A.分子間距離為平衡距離時,分子勢能最大
B.熱量可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體
C.液晶既具有液體的流動性,又具有晶體的光學(xué)各向異性特點
D.飽和汽壓隨溫度的升高而變小
解析:選C 分子間距離為平衡距離時,分子勢能最小,A選項錯誤,根據(jù)熱力學(xué)第二定律,熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體,B選項錯誤,飽和汽壓隨溫度的升高而升高,D選項錯誤。
5.對于一定量的理想氣體,下列說法正確的是( )
A.若氣體的壓強和體積都不變,其內(nèi)能也一定不變
B.若氣體的內(nèi)能不變,其狀態(tài)也一定不變
C.若氣體的溫度隨時間不斷升高,其壓強也一定不斷增大
D.氣體溫度每升高1 K所吸收的熱量是定值,與氣體經(jīng)歷的過程無關(guān)
解析:選A 一定質(zhì)量的理想氣體,=常量,p、V不變,則T不變,分子平均動能不變,又理想氣體分子勢能為零,故氣體內(nèi)能不變,A項正確;理想氣體內(nèi)能不變,則溫度T不變,由=常量知,p及V可以變化,故狀態(tài)可以變化,B錯誤;等壓變化過程,溫度升高、體積增大,故C錯誤;由熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W知,溫度升高1 K,內(nèi)能增量ΔU一定,而外界對氣體做的功W與經(jīng)歷的過程可能有關(guān)(如體積變化時),因此吸收的熱量與氣體經(jīng)歷的過程也有關(guān),D項錯誤。
二、多項選擇題
6.(xx焦作模擬)下列說法中正確的是( )
A.晶體一定具有規(guī)則的幾何外形
B.當(dāng)液晶中電場強度不同時,液晶對不同顏色光的吸收強度不同
C.當(dāng)氫氣和氧氣的溫度相同時,它們分子的平均速率相同
D.氣體分子單位時間內(nèi)與單位面積器壁碰撞的次數(shù),與單位體積內(nèi)的分子數(shù)和溫度有關(guān)
解析:選BD 單晶體一定具有規(guī)則的幾何外形,而多晶體不具有規(guī)則的幾何外形,選項A錯誤;當(dāng)液晶中電場強度不同時,液晶對不同顏色光的吸收強度不同,選項B正確;當(dāng)氫氣和氧氣的溫度相同時,它們分子的平均動能相同,但平均速率不相同,選項C錯誤;氣體分子單位時間內(nèi)與單位面積器壁碰撞的次數(shù),與單位體積內(nèi)的分子數(shù)和溫度有關(guān),選項D正確。
7.(xx寶山區(qū)一模)圖2中A、B兩點表示一定質(zhì)量的某種理想氣體的兩個狀態(tài),當(dāng)氣體自狀態(tài)A沿直線變化到狀態(tài)B時( )
圖2
A.氣體內(nèi)能一定增大
B.有可能經(jīng)過體積減小的過程
C.外界對氣體做正功
D.氣體一定從外界吸熱
解析:選AD 一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只跟溫度有關(guān),由于從A到B,氣體的溫度升高,所以其內(nèi)能一定增大,故A正確。根據(jù)A、B與O點的連線表示等容變化,直線AO的斜率大,大,由理想氣體狀態(tài)方程=C(常數(shù)),A狀態(tài)的體積小,可