高三物理二輪復(fù)習(xí) 第一篇 專題通關(guān)七 分子動理論 氣體及熱力學(xué)定律 7 機械能守恒定律 功能關(guān)系課件.ppt

專題七 分子動理論 氣體及熱力學(xué)定律,【高考這樣考】 1.(多選)(2015·全國卷)下列說法正確的是( ) A.將一塊晶體敲碎后,得到的小顆粒是非晶體 B.固體可以分為晶體和非晶體兩類,有些晶體在不同方向上有不同的光學(xué)性質(zhì) C.由同種元素構(gòu)成的固體,可能會由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體,D.在合適的條件下,某些晶體可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷w,某些非晶體也可以轉(zhuǎn)變?yōu)榫w E.在熔化過程中,晶體要吸收熱量,但溫度保持不變,內(nèi)能也保持不變 【解析】選B、C、D。晶體敲碎后仍為晶體,故A錯誤;有些晶體(如有些單晶體)在不同的方向上有不同的光學(xué)性質(zhì),即具有各向異性,B正確;碳元素由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體,如石墨和金剛石,故C正確;在合適的條件下,某些晶體和非晶體可以相互轉(zhuǎn)化,如二氧化硅晶體加熱再凝固后成為玻璃,D正確;在熔化過程中,晶體的內(nèi)能要增大,E錯誤。,2.(2015·福建高考)下列有關(guān)分子動理論和物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認識,其中正確的是( ) A.分子間距離減小時分子勢能一定減小 B.溫度越高,物體中分子無規(guī)則運動越劇烈 C.物體內(nèi)熱運動速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例與溫度無關(guān) D.非晶體的物理性質(zhì)各向同性而晶體的物理性質(zhì)都是各向異性,【解析】選B。若分子間距離減小時分子力做負功,分子勢能增大,A錯;溫度越高,分子無規(guī)則運動越劇烈,運動速率大的分子數(shù)增多,B對、C錯;多晶體的物理性質(zhì)具有各向同性,D錯。,3.(2015·重慶高考)某駕駛員發(fā)現(xiàn)中午時車胎內(nèi)的氣壓高于清晨時的,且車胎體積增大。若這段時間胎內(nèi)氣體質(zhì)量不變且可視為理想氣體,那么( ) A.外界對胎內(nèi)氣體做功,氣體內(nèi)能減小 B.外界對胎內(nèi)氣體做功,氣體內(nèi)能增大 C.胎內(nèi)氣體對外界做功,內(nèi)能減小 D.胎內(nèi)氣體對外界做功,內(nèi)能增大,【解析】選D。由理想氣體狀態(tài)方程 =C可知,對于一定質(zhì)量的理想氣體,壓強和體積都增大時溫度一定升高;而一定質(zhì)量的理想氣體,其內(nèi)能僅與溫度有關(guān),溫度升高時內(nèi)能增大;因為車胎體積增大,所以胎內(nèi)氣體對外界做功;綜上可知,選項D正確,選項A、B、C錯誤。,4.(2015·福建高考)如圖,一定質(zhì)量的理想氣體,由狀態(tài)a經(jīng)過ab過程到達狀態(tài)b或者經(jīng)過ac過程到達狀態(tài)c。設(shè)氣體在狀態(tài)b和狀態(tài)c的溫度分別為Tb和Tc,在過程ab和ac中吸收的熱量分別為Qab和Qac,則( ) A.TbTc,QabQac B.TbTc,QabQac D.Tb=Tc,QabQac,【解析】選C。p-V圖像中狀態(tài)c、b所圍的面積相等,Tb=Tc,因此在過程ab和ac中,內(nèi)能變化相等,過程ac不做功,過程ab氣體對外做功,據(jù)熱力學(xué)定律U=W+Q可知,QabQac,故選C。,5.(多選)(2015·廣東高考)如圖為某實驗器材的結(jié)構(gòu)示意圖,金屬內(nèi)筒和隔熱外筒間封閉了一定體積的空氣,內(nèi)筒中有水。在水加熱升溫的過程中,被封閉的空氣( ) A.內(nèi)能增大 B.壓強增大 C.分子間引力和斥力都減小 D.所有分子運動速率都增大,【解析】選A、B。空氣體積不變,故做功為0,即W=0。又因為外壁隔熱,而內(nèi)壁由于水的升溫會吸收熱量,故Q0,由熱力學(xué)第一定律U=W+Q可得U0,內(nèi)能增加,A正確;空氣體積不變,分子數(shù)密度不變,氣體內(nèi)能增加,溫度升高,分子熱運動變劇烈,對器壁撞擊加強,故壓強變大,B正確;分子間距離不變,故作用力大小不變,C錯誤;氣體溫度升高,分子的平均熱運動速率加快,不代表每一個分子運動都加快,D錯誤。,【考情分析】 主要題型：選擇題、填空題、計算題 命題特點： 1.選擇題形式的命題有時單純考查一個知識點,有時涉及的內(nèi)容會比較瑣碎。 2.計算題形式的命題多是一個情景下多個設(shè)問,綜合考查多個知識點。例如,對氣體實驗定律與熱力學(xué)第一定律綜合考查。 3.填空題形式的命題多是針對一些物理量的判斷或簡單計算。,【主干回顧】,【要素掃描】 (1)分子動理論：分子直徑的數(shù)量級是_;分子永不停息地做 _;分子間存在相互作用的_。 (2)氣體實驗定律和理想氣體狀態(tài)方程 _ ,10-10m,無規(guī)則運動,引力和斥力,p1V1=p2V2,(3)熱力學(xué)定律 熱力學(xué)第一定律：U=_。 熱力學(xué)第二定律：自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都 _。,W+Q,具有方向性,熱點考向1 分子動理論、固體、液體 【典例1】(多選)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.斥力消失,引力增大 B.引力、斥力都減小 C.引力、斥力都增大 D.分子勢能增大 E.分子勢能減小,【名師解讀】 (1)命題立意：考查分子間的引力、斥力以及分子勢能與分子間距離的關(guān)系。 (2)關(guān)鍵信息：“水汽凝結(jié)成的水珠”。 (3)答題必備：分子間引力與斥力都隨分子間距離的減小而增大,但斥力變化快;分子間距離等于r0時,分子勢能最小。 (4)易錯警示：誤認為水汽凝結(jié)成水珠的過程中,分子間作用力表現(xiàn)為引力是由于斥力消失,而誤選A。,【解析】選C、E。當水汽凝結(jié)成水珠時,水分子之間的距離減小,分子間的引力和斥力同時增大,只是斥力比引力增加得更快一些,選項C正確。水汽分子間距離遠大于r0,水珠分子間距離近似等于r0,由水汽凝結(jié)成水珠時,分子勢能減小,選項E正確。,【典例2】(多選)(2014·新課標全國卷)下列說法正確的是( ) A.懸浮在水中的花粉的布朗運動反映了花粉分子的熱運動 B.空中的小雨滴呈球形是水的表面張力作用的結(jié)果 C.彩色液晶顯示器利用了液晶的光學(xué)性質(zhì)具有各向異性的特點 D.高原地區(qū)水的沸點較低,這是高原地區(qū)溫度較低的緣故 E.干濕泡溫度計的濕泡顯示的溫度低于干泡顯示的溫度,這是濕泡外紗布中的水蒸發(fā)吸熱的結(jié)果,【解題探究】 (1)布朗運動是_的無規(guī)則運動,反映了液體分子的 無規(guī)則運動。 (2)表面張力使液體表面有_。 (3)液晶的某些性質(zhì)具有_的特點。,液體中懸浮微粒,收縮的趨勢,各向異性,【解析】選B、C、E。懸浮在水中的花粉的布朗運動反映了水分子的無規(guī)則熱運動,A錯誤;空中的小雨滴呈球形是水的表面張力作用的結(jié)果,B正確;彩色液晶顯示器利用了液晶的光學(xué)性質(zhì)具有各向異性的特點,C正確;高原地區(qū)水的沸點較低,是由于高原地區(qū)氣壓低,故水的沸點也較低,D錯誤;干濕泡溫度計的濕泡顯示的溫度低于干泡顯示的溫度,是由于濕泡外紗布中水蒸發(fā)吸收熱量,使?jié)衽莸臏囟冉档?E正確。,【規(guī)律總結(jié)】分子動理論的三個核心規(guī)律 1.分子模型、分子數(shù)： (1)分子模型：球模型：V= R3,立方體模型：V=a3。 (2)分子數(shù)： 2.分子運動：分子做永不停息的無規(guī)則運動,溫度越高,分子的無規(guī)則運動越劇烈。,3.分子勢能、分子力與分子間距離的關(guān)系：,【題組過關(guān)】 1.以下說法正確的是( ) A.無論什么物質(zhì),只要它們的摩爾數(shù)相同就含有相同的分子數(shù) B.分子引力不等于分子斥力時,違背了牛頓第三定律 C.1 g氫氣和1 g氧氣含有的分子數(shù)相同,都是6.02×1023個 D.陽光從縫隙射入教室,從陽光中看到的塵埃的運動就是布朗運動,【解析】選A。摩爾數(shù)就是表示物質(zhì)的量,A正確;分子引力與分子斥力不是一對作用力和反作用力,它們的大小不一定相等,選項B錯誤;氫氣分子和氧氣分子的摩爾質(zhì)量不同,所以1 g氫氣和1 g氧氣含有的分子數(shù)不同,選項C錯誤;布朗運動只有在顯微鏡下才能看到,直接用肉眼是看不到的,從陽光中看到的塵埃的運動是物體的機械運動,選項D錯誤。,2.(多選)下列說法正確的是( ) A.液體的分子勢能與體積有關(guān) B.落在荷葉上的水呈球狀是因為液體表面存在張力 C.飽和蒸汽是指液體不再蒸發(fā),蒸汽不再液化時的狀態(tài) D.布朗運動表明了分子越小,分子運動越劇烈 E.物體的溫度升高,并不表示物體中所有分子的動能都增大,【解析】選A、B、E。液體的體積與液體分子之間的距離有關(guān),所以液體的分子勢能與液體的體積有關(guān),選項A正確;荷葉上的水呈球形是水的表面張力作用的結(jié)果,選項B正確;飽和狀態(tài)下液體仍在蒸發(fā),蒸汽仍在液化,只是蒸發(fā)與液化處于動態(tài)平衡,選項C錯誤;布朗運動表明微粒越小,布朗運動越劇烈,并不能說明分子越小,分子運動越劇烈,選項D錯誤;物體溫度升高,表示物體分子的平均動能增大,但并不一定是物體中所有分子的動能都增大,選項E正確。,3.(多選)(2015·全國卷)關(guān)于擴散現(xiàn)象,下列說法正確的是( ) A.溫度越高,擴散進行得越快 B.擴散現(xiàn)象是不同物質(zhì)間的一種化學(xué)反應(yīng) C.擴散現(xiàn)象是由物質(zhì)分子無規(guī)則運動產(chǎn)生的 D.擴散現(xiàn)象在氣體、液體和固體中都能發(fā)生 E.液體中的擴散現(xiàn)象是由于液體的對流形成的,【解析】選A、C、D。溫度越高,分子運動越劇烈,擴散進行得越快,A項正確;擴散現(xiàn)象是不同物質(zhì)相互進入到間隙中,不是化學(xué)反應(yīng),B項錯;擴散現(xiàn)象說明分子是無規(guī)則運動的,C項正確;擴散現(xiàn)象在氣體、液體和固體中都能發(fā)生,D項正確;液體中的擴散現(xiàn)象與對流沒有關(guān)系,E項錯。,【加固訓(xùn)練】某同學(xué)在進行“用油膜法估測分子的大小”的實驗前, 查閱數(shù)據(jù)手冊得知：油酸的摩爾質(zhì)量M=0.283 kg/mol,密度=0.895 ×103kg/m3。若100滴油酸的體積為1 mL,則1滴油酸所能形成的單分 子油膜的面積約是多少?(取NA=6.02×1023mol-1,球的體積V與直徑D的 關(guān)系為V= D3,結(jié)果保留一位有效數(shù)字),【解析】一個油酸分子的體積V0= 由球的體積與直徑的關(guān)系得分子直徑D= 一滴油酸的體積V= m3=1×10-8m3 1滴油酸所形成的單分子油膜的面積S= 解得：S=1×101m2 答案：1×101m2,熱點考向2 氣體實驗定律的應(yīng)用 【典例3】(2015·全國卷)如圖,一固定的豎直汽缸由一大一小兩個 同軸圓筒組成,兩圓筒中各有一個活塞,已知大活塞的質(zhì)量為m1= 2.50kg,橫截面積為S1=80.0cm2,小活塞的質(zhì)量為m2=1.50kg,橫截面積 為S2=40.0cm2;兩活塞用剛性輕桿連接,間距保持為l=40.0cm,汽缸外大 氣的壓強為p=1.00×105Pa,溫度為T=303K。初始時大活塞與大圓筒底 部相距 ,兩活塞間封閉氣體的溫度為T1=495K,現(xiàn)汽缸內(nèi)氣體溫度緩,慢下降,活塞緩慢下移。忽略兩活塞與汽缸壁之間的摩擦,重力加速度大小g取10m/s2。求： (1)在大活塞與大圓筒底部接觸前的瞬間,缸內(nèi)封閉氣體的溫度。 (2)缸內(nèi)封閉的氣體與缸外大氣達到熱平衡時,缸內(nèi)封閉氣體的壓強。,【名師解讀】 (1)命題立意：考查氣體實驗定律的應(yīng)用及應(yīng)用平衡條件分析壓強的能力。 (2)關(guān)鍵信息：“忽略兩活塞與汽缸壁之間的摩擦”,兩圓筒橫截面積S1、S2。 (3)答題必備：蓋-呂薩克定律 ,查理定律 ,共點力平衡條件。 (4)易錯警示：誤認為活塞下移時,封閉氣體等容變化,計算(1)問時錯用查理定律。,【解析】(1)設(shè)初始時氣體體積為V1,在大活塞與大圓筒底部剛接觸時, 缸內(nèi)封閉氣體的體積為V2,溫度為T2。由題給條件得V1= V2=S2l 在活塞緩慢下移的過程中,用p1表示缸內(nèi)氣體的壓強,由力的平衡條件得S1(p1-p)=m1g+m2g+S2(p1-p) 故缸內(nèi)氣體的壓強不變。由蓋-呂薩克定律有 聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)得T2=330K ,(2)在大活塞與大圓筒底部剛接觸時,被封閉氣體的壓強為p1。在此后 與汽缸外大氣達到熱平衡的過程中,被封閉氣體的體積不變。設(shè)達到 熱平衡時被封閉氣體的壓強為p,由查理定律,有 聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)得 p=1.01×105Pa 答案：(1)330 K (2)1.01×105Pa,【典例4】(9分)(2014·新課標全國卷)一定質(zhì)量的理想氣體被活 塞封閉在豎直放置的圓柱形汽缸內(nèi),汽缸壁導(dǎo)熱良好,活塞可沿汽缸壁 無摩擦地滑動。開始時氣體壓強為p,活塞下表面相對于汽缸底部的高 度為h,外界的溫度為T0?，F(xiàn)取質(zhì)量為m的沙子緩慢地倒在活塞的上表 面,沙子倒完時,活塞下降了 。若此后外界的溫度變?yōu)門,求重新達 到平衡后氣體的體積。已知外界大氣的壓強始終保持不變,重力加速 度大小為g。,【拿分策略】 按照過程列方程,就能拿到4分,若能正確計算求出S,并進一步求出最終結(jié)果再拿下5分,則得滿分9分。,【解析】設(shè)汽缸的橫截面積為S,沙子倒在活塞上后,對氣體產(chǎn)生的 壓強為p,由玻意耳定律得 phS=(p+p)(h- h)S (2分) 解得p= p (1分) 外界的溫度變?yōu)門后,設(shè)活塞距底部的高度為h。根據(jù)蓋-呂薩克定律, 得 (2分),解得h= (1分) 據(jù)題意可得p= (1分) 氣體最后的體積為V=Sh (1分) 聯(lián)立式得V= (1分) 答案：,【遷移訓(xùn)練】,遷移1：改為分析內(nèi)能變化、熱傳遞 【典例4】中,若環(huán)境溫度不變,活塞下降 后。氣體的內(nèi)能_ (選填“不變”“升高”或“降低”),氣體_(選填“吸熱”或“放熱”)。 【解析】汽缸壁導(dǎo)熱良好,缸內(nèi)氣體溫度不變,所以氣體的內(nèi)能不變。此過程氣體被壓縮,外界對氣體做功,根據(jù)熱力學(xué)第一定律分析可得,氣體向外界放熱。 答案：不變 放熱,遷移2：改變條件：導(dǎo)熱變?yōu)榻^熱 【典例4】中,若汽缸壁和活塞絕熱性能良好,活塞面積為S,沙子倒完時,封閉氣體溫度變?yōu)門,求此時氣體的體積。 【解析】沙子倒在活塞上后,氣體的壓強 p= 根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程 解得：V= 答案：,遷移3：改為考查分子動能、分子勢能、撞擊次數(shù) 【典例4】中,外界溫度升高為T之后與倒沙子之前比較,氣體分子平均動能_(選填“不變”“增大”或“減小”),氣體分子勢能_(選填“不變”“增大”或“減小”),單位時間內(nèi)氣體分子對活塞的撞擊次數(shù)_(選填“不變”“增多”或“減少”)。,【解析】溫度是分子平均動能的標志,所以溫度升高時氣體分子平均動能增大;理想氣體忽略分子間作用力,所以氣體分子勢能不變;氣體分子平均動能增大,密集程度增加,所以單位時間內(nèi)氣體分子對活塞的撞擊次數(shù)增多。 答案：增大 不變 增多,【規(guī)律總結(jié)】應(yīng)用氣體實驗定律的解題思路 (1)選擇研究對象一定質(zhì)量的理想氣體。 (2)分析狀態(tài)參量。 利用液體壓強公式、連通器原理(被液體封閉的氣體)或平衡條件(被活塞封閉的氣體)分析被封閉氣體的壓強特點。 注意容器的導(dǎo)熱性能,分析被封閉氣體的溫度特點。 根據(jù)題中條件分析被封閉氣體的體積特點。,(3)認識過程、選定規(guī)律：認清變化過程,選用合適的氣體實驗定律或理想氣體狀態(tài)方程列式求解。,【加固訓(xùn)練】一定質(zhì)量理想氣體的狀態(tài)變化如圖所示,則該氣體( ) A.狀態(tài)b的壓強大于狀態(tài)c的壓強 B.狀態(tài)a的壓強大于狀態(tài)b的壓強 C.從狀態(tài)c到狀態(tài)d,體積減小 D.從狀態(tài)a到狀態(tài)c,溫度不變,【解析】選A。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程 =C可得,p= C,可見,圖線上各點處的壓強與該點和坐標原點連線的斜率成反比,狀態(tài)b處的斜率小于c處的斜率,說明狀態(tài)b的壓強大于狀態(tài)c的壓強,選項A正確;同理,狀態(tài)a處的斜率大于b處的斜率,說明狀態(tài)b的壓強大于狀態(tài)a的壓強,選項B錯誤;根據(jù)題圖,從狀態(tài)c到狀態(tài)d,氣體的溫度降低,體積增大,選項C錯誤;從狀態(tài)a到狀態(tài)c,溫度升高,選項D錯誤。,熱點考向3 熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用 【典例5】如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)等壓過程到狀態(tài)B。此過程中,氣體壓強p=1.0×105Pa,吸收的熱量Q=7.0×102J,求此過程中氣體內(nèi)能的增量。,【解題探究】 計算氣體內(nèi)能增量的思維軌跡：_ _ _,先根據(jù)蓋呂薩克定律計算狀態(tài)B,時的體積;然后計算外界對氣體做的功;最后根據(jù)熱力學(xué)第一定律,求出氣體內(nèi)能的增量。,【解析】理想氣體經(jīng)歷等壓變化,由蓋-呂薩克定律得 解得：VB=8.0×10-3m3 外界對氣體做的功 W=p(VA-VB)=1.0×105×(6.0×10-3-8.0×10-3)J=-2×102J 根據(jù)熱力學(xué)第一定律U=W+Q 解得U=5.0×102J 答案：5.0×102J,【規(guī)律總結(jié)】分析理想氣體U、W、Q的常用思路 (1)由體積變化分析氣體做功情況：體積膨脹,氣體對外界做功W0。 (2)由溫度變化判斷氣體內(nèi)能變化情況：溫度升高,氣體內(nèi)能增大U0;溫度降低,氣體內(nèi)能減小U0。 (3)由熱力學(xué)第一定律U=Q+W判斷物體是吸熱還是放熱。,【題組過關(guān)】 1.(多選)夏天將密閉有空氣的礦泉水瓶放進低溫的冰箱 中會變扁,此過程中瓶內(nèi)空氣(可看成理想氣體)( ) A.內(nèi)能不變 B.放出熱量 C.外界對氣體做功 D.分子的平均動能增加,【解析】選B、C。因為瓶子變扁體積減小,所以外界對它做功,因為溫度降低,瓶子內(nèi)氣體內(nèi)能減小,分子的平均動能減小,又根據(jù)熱力學(xué)第一定律,瓶子中的空氣向冰箱中釋放熱量,選項B、C正確。,2.(2015·北京高考)下列說法正確的是( ) A.物體放出熱量,其內(nèi)能一定減小 B.物體對外做功,其內(nèi)能一定減小 C.物體吸收熱量,同時對外做功,其內(nèi)能可能增加 D.物體放出熱量,同時對外做功,其內(nèi)能可能不變,【解析】選C。改變內(nèi)能有兩種方式做功和熱傳遞,物體放出熱量,內(nèi)能不一定減少,物體對外做功,內(nèi)能也不一定減少,選項A、B錯誤;物體吸收熱量大于對外做功,內(nèi)能可能增加,選項C正確;物體放出熱量,同時對外做功,其內(nèi)能一定減少,選項D錯誤。,3.(2015·孝感一模)如圖所示,在豎直放置的圓柱形容器內(nèi)用質(zhì)量為m的活塞密封一部分氣體,活塞與容器壁間能無摩擦滑動,容器的橫截面積為S,將整個裝置放在大氣壓恒為p0的空氣中,開始時氣體的溫度為T0,活塞與容器底的距離為h0,當氣體從外界吸收熱量Q后,活塞緩慢上升d后再次平衡,問：,(1)外界空氣的溫度是多少? (2)在此過程中的密閉氣體的內(nèi)能增加了多少?,【解析】(1)取密閉氣體為研究對象,活塞上升過程為等壓變化, 由蓋-呂薩克定律有 得外界溫度T= T0 (2)活塞上升的過程,密閉氣體克服大氣壓力和活塞的重力做功,所以外界對系統(tǒng)做的功 W=-(mg+p0S)d 根據(jù)熱力學(xué)第一定律得,密閉氣體增加的內(nèi)能 U=Q+W=Q-(mg+p0S)d,答案：(1) T0 (2)Q-(mg+p0S)d,【加固訓(xùn)練】給旱區(qū)送水的消防車停在水平地面上,在緩慢放水過程 中,若車胎不漏氣,胎內(nèi)氣體溫度不變,不計分子間勢能,則胎內(nèi)氣體 ( ) A.從外界吸熱 B.對外界做負功 C.分子平均動能減小 D.內(nèi)能增加 【解析】選A。由于車胎內(nèi)溫度保持不變,故分子的平均動能不變,內(nèi)能不變。放水過程中,車胎內(nèi)氣體體積增大,對外做功,由熱力學(xué)第一定律可知,胎內(nèi)氣體吸熱。A選項正確。,