物理第17講 分子動(dòng)理論 氣體及熱力學(xué)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(diǎn)解讀備考對(duì)策本講考查的重點(diǎn)和熱點(diǎn)：分子大小的估算；對(duì)分子動(dòng)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(shí)驗(yàn)定律、氣態(tài)方程的理解和應(yīng)用；熱力學(xué)定律的理解和簡(jiǎn)單計(jì)算；油膜法測(cè)分子直徑。題型基本上都是拼盤式選擇題和計(jì)算題的組合。由于本講內(nèi)容瑣碎，考查點(diǎn)多，因此在復(fù)習(xí)中應(yīng)注意抓好四大塊知識(shí)：一是分子動(dòng)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(shí)驗(yàn)三定律；四是熱力學(xué)定律。以四塊知識(shí)為主干，梳理出知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)行理解性記憶。第第1717講分子動(dòng)理論氣體及熱力學(xué)定律講分子動(dòng)理論氣體及熱力學(xué)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(diǎn)聚焦熱點(diǎn)聚焦4 4復(fù)習(xí)練案復(fù)習(xí)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(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度，不同于水分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速度，A錯(cuò)誤；分子永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，B錯(cuò)誤；溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度越高，分子的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈，故C正確；水的溫度升高，水分子的平均動(dòng)能增大，即水分子的平均運(yùn)動(dòng)速率增大，但不是每一個(gè)水分子的運(yùn)動(dòng)速率都增大，D錯(cuò)誤。C ABC A圖中兩條曲線下面積相等 B圖中虛線對(duì)應(yīng)于氧氣分子平均動(dòng)能較小的情形 C圖中實(shí)線對(duì)應(yīng)于氧氣分子在100 時(shí)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(shí)相比，100 時(shí)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(xì)管(容積可忽略)連通，閥門K2位于細(xì)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(dòng)的活塞(質(zhì)量、體積均可忽略)。初始時(shí)，三個(gè)閥門均打開(kāi)，活塞在B的底部；關(guān)閉K2、K3，通過(guò)K1給汽缸充氣，使A中氣體的壓強(qiáng)達(dá)到大氣壓p0的3倍后關(guān)閉K1。已知室溫為27 ，汽缸導(dǎo)熱。 ()打開(kāi)K2，求穩(wěn)定時(shí)活塞上方氣體的體積和壓強(qiáng)； ()接著打開(kāi)K3，求穩(wěn)定時(shí)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(shí)活塞下方氣體的壓強(qiáng)。 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(xiàng)A正確；題圖中虛線占百分比較大的分子速率較小，所以對(duì)應(yīng)于氧氣分子平均動(dòng)能較小的情形，選項(xiàng)B正確；題圖中實(shí)線占百分比較大的分子速率較大，分子平均動(dòng)能較大，根據(jù)溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，可知實(shí)線對(duì)應(yīng)于氧氣分子在100時(shí)的情形，選項(xiàng)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(xiàng)D錯(cuò)誤；由分子速率分布圖可知，與0時(shí)相比，100時(shí)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(xiàng)E錯(cuò)誤。 A氣體自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能相同 B氣體在被壓縮的過(guò)程中內(nèi)能增大 C在自發(fā)擴(kuò)散過(guò)

5、程中，氣體對(duì)外界做功 D氣體在被壓縮的過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功 E氣體在被壓縮的過(guò)程中，氣體分子的平均動(dòng)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(gè)大氣壓、溫度為T0時(shí)的密度為0，該氣球內(nèi)、外的氣壓始終都為1個(gè)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(shè)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(kāi)隔板，氣體自發(fā)擴(kuò)散過(guò)程中，氣體對(duì)外界不做功，與外界沒(méi)有熱交換，因此氣體的內(nèi)能不變，A項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤；氣體在被壓縮的過(guò)程中，外界對(duì)氣體做正功，D項(xiàng)正確；由

6、于氣體與外界沒(méi)有熱交換，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體在被壓縮的過(guò)程中內(nèi)能增大，因此氣體的溫度升高，氣體分子的平均動(dòng)能增大，B項(xiàng)正確，E項(xiàng)錯(cuò)誤。 A在過(guò)程ab中氣體的內(nèi)能增加 B在過(guò)程ca中外界對(duì)氣體做功 C在過(guò)程ab中氣體對(duì)外界做功 D在過(guò)程bc中氣體從外界吸收熱量 E在過(guò)程ca中氣體從外界吸收熱量 ABD (2)一種測(cè)量稀薄氣體壓強(qiáng)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(xì)管K1和K2。K1長(zhǎng)為l，頂端封閉，K2上端與待測(cè)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(kāi)始測(cè)量時(shí)，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(shí)水銀已進(jìn)入K1，且K1中水銀

7、面比頂端低h，如圖(b)所示。設(shè)測(cè)量過(guò)程中溫度、與K2相通的待測(cè)氣體的壓強(qiáng)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(cè)氣體的壓強(qiáng)； ()該儀器能夠測(cè)量的最大壓強(qiáng)。 解析(1)ab過(guò)程，氣體壓強(qiáng)增大，體積不變，則溫度升高，內(nèi)能增加，A項(xiàng)正確；ab過(guò)程發(fā)生等容變化，氣體對(duì)外界不做功，C項(xiàng)錯(cuò)誤；一定質(zhì)量的理想氣體內(nèi)能僅由溫度決定，bc過(guò)程發(fā)生等溫變化，內(nèi)能不變，bc過(guò)程，氣體體積增大，氣體對(duì)外界做正功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w從外界吸熱，D項(xiàng)正確；ca過(guò)程發(fā)生等壓變化，氣體體積減小，外界對(duì)氣體做正功，B項(xiàng)正確；ca過(guò)程，氣體溫度降低，內(nèi)能

8、減小，外界對(duì)氣體做正功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w向外界放熱，E項(xiàng)錯(cuò)誤。 AAB的過(guò)程中，氣體對(duì)外界做功 BAB的過(guò)程中，氣體放出熱量 CBC的過(guò)程中，氣體壓強(qiáng)不變 DABC的過(guò)程中，氣體內(nèi)能增加 BC (2)圖2甲和乙圖是某同學(xué)從資料中查到的兩張記錄水中炭粒運(yùn)動(dòng)位置連線的圖片，記錄炭粒位置的時(shí)間間隔均為30 s，兩方格紙每格表示的長(zhǎng)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(yùn)動(dòng)較劇烈。 甲甲 乙乙 (3)科學(xué)家可以運(yùn)用無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的規(guī)律來(lái)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(qǐng)估算該蛋白的密度。(計(jì)算結(jié)果保留一位有效數(shù)字)熱點(diǎn)聚焦熱點(diǎn)聚焦熱點(diǎn)一分子動(dòng)理論、內(nèi)能及熱力學(xué)定律 (2)必須明確反映分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的兩個(gè)實(shí)例 布朗運(yùn)動(dòng)： 研究對(duì)象：懸浮在液體或氣體中的固體小顆粒 運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：無(wú)規(guī)則、永不停息 相關(guān)因素：顆粒大小、溫度 擴(kuò)散現(xiàn)象 產(chǎn)生原因：分子永不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng) 相關(guān)因素：溫度 (3)必須弄清的分子力和分子勢(shì)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(shì)能：分子力做正功，分子勢(shì)能減??；分子力做負(fù)

10、功，分子勢(shì)能增大；當(dāng)分子間距為r0(分子間的距離為r0時(shí)，分子間作用的合力為0)時(shí)，分子勢(shì)能最小。 2物體的內(nèi)能與熱力學(xué)定律 (1)物體內(nèi)能變化的判定：溫度變化引起分子平均動(dòng)能的變化；體積變化，分子間的分子力做功，引起分子勢(shì)能的變化。 (2)熱力學(xué)第一定律 公式：UWQ 符號(hào)規(guī)定：外界對(duì)系統(tǒng)做功，W0；系統(tǒng)對(duì)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(xué)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(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響(按機(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化的方向性表述)。第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。A分子Q由A運(yùn)

11、動(dòng)到C的過(guò)程中，先加速再減速B分子Q在C點(diǎn)時(shí)分子勢(shì)能最小C分子Q在C點(diǎn)時(shí)加速度大小為零D分子Q由A點(diǎn)釋放后運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)左側(cè)的過(guò)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(yùn)動(dòng)到C的過(guò)程中，兩分子一直受吸引力作用，速度一直增加，動(dòng)能增加，分子勢(shì)能減小，在C點(diǎn)的分子勢(shì)能最小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；分子Q在C點(diǎn)時(shí)受到的分子力為零，故Q在C點(diǎn)時(shí)加速度大小為零，選項(xiàng)C正確；分子Q由A點(diǎn)釋放后運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)左側(cè)的過(guò)程中，分子力先是吸引力先增后減，到C點(diǎn)左側(cè)時(shí)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(xiàng)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(xiàng)E錯(cuò)誤；故選BCD。BD 解析在人壓向球的過(guò)程中，外界對(duì)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(dòng)能不變；由于外界對(duì)氣體做功，但氣體溫度不變，故內(nèi)能不變；由熱力學(xué)第一定律可知，氣體對(duì)外放熱；故AC錯(cuò)誤；BD正確。 1.固體和液體 (1)晶體和非晶體熱點(diǎn)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(diǎn)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(dòng)，又可以表現(xiàn)出單晶體的分子排列特點(diǎn)，在光學(xué)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(shì)，表面張力的方向跟液面相切。 (4)飽和汽壓的特點(diǎn) 液體的飽和汽壓與溫度有關(guān)，溫度越高，飽和汽壓越大，且飽和汽壓與飽和汽的體積無(wú)關(guān)。 2.理想氣體狀態(tài)方程及三個(gè)實(shí)驗(yàn)定律的關(guān)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(yīng)變?yōu)槎嗌?？典例典? 1壓強(qiáng)的計(jì)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(yīng)用平衡條件或牛頓第二定律列式計(jì)算。 (2)被液柱封閉的氣體的壓強(qiáng)，通常分析液片或液柱的受力，應(yīng)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(gè)量不發(fā)生變化，則選用對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)定律列方程求解。方法總結(jié) 3多個(gè)研究對(duì)象的問(wèn)題 由活塞、液柱相聯(lián)系的“兩團(tuán)氣”問(wèn)題，要注意尋找“兩團(tuán)氣”之間的壓強(qiáng)、體積或位移關(guān)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(diǎn)，選項(xiàng)A正確；空氣相對(duì)濕度越大，空氣中水蒸氣壓強(qiáng)越接近飽和氣壓，水蒸發(fā)越慢，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；液晶的光學(xué)性質(zhì)與某些晶體相似，具有各向異性，選項(xiàng)C正確；用油膜法估測(cè)分子大小時(shí)，用油酸溶液中含有的純油酸的體積除以油膜面積，可估測(cè)油酸分子的直徑，選項(xiàng)D錯(cuò)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(xiàng)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(diǎn)三熱力學(xué)定律與熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用 (1)外界對(duì)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(guò)程中，氣體吸收熱量 B由狀態(tài)B變到狀態(tài)C過(guò)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(qiáng)小于D狀態(tài)氣體的壓強(qiáng) DD狀態(tài)時(shí)單位時(shí)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(shí)間內(nèi)氣體分子對(duì)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(guò)程中，溫

16、度升高，內(nèi)能增加，體積不變，做功為零，由熱力學(xué)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(guò)程中，溫度不變，內(nèi)能不變，體積膨脹，氣體對(duì)外界做功，由熱力學(xué)第一定律可知，要吸收熱量，故B錯(cuò)誤；由狀態(tài)C到狀態(tài)D過(guò)程是等容降溫，由PVnRT，可知C狀態(tài)氣體的壓強(qiáng)大于D狀態(tài)氣體的壓強(qiáng)，故C錯(cuò)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(gè)狀態(tài)的V與T成正比即兩個(gè)狀態(tài)的壓強(qiáng)相等，體積減小時(shí)，單位時(shí)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(shí)單位時(shí)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(qiáng)相等，所以相等時(shí)間內(nèi)分子對(duì)器壁單位面積的沖量相等，故E正確。所以ADE正確，BC錯(cuò)誤。 (1)活塞剛要向左移動(dòng)時(shí)，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(gè)過(guò)程中，氣缸內(nèi)氣體對(duì)外界_(填“做正功”“做負(fù)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(fù)功做負(fù)功 大于大于