2020屆高考物理第二輪復(fù)習(xí) 分子動理論氣體及熱力學(xué)定律 新人教版選修3-3
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1、專題八(選修3-3) 分子動理論 氣體及熱力學(xué)定律 【核心要點突破】 知識鏈接 一、分子動理論 1. 微觀物理量的估算問題: 2.分子力與分子勢能 (1)分子間存在著相互作用的分子力。 分子力有如下幾個特點:分子間同時存在引力和斥力;分子間的引力和斥力都隨分子間的距離增大而減小,隨分子距離的減小而增大,但斥力比引力變化更快。實際表現(xiàn)出來的是引力和斥力的合力。 (2)分子勢能 (1)分子間由于存在相互作用而具有的,大小由分子間相對位置決定的能叫做分子勢能。 (2)分子勢能改變與分子力做功的關(guān)系:分子力做功,分子勢能減少;克服分子力做功,分子勢能增
2、加;且分子力做多少功,分子勢能就改變多少。分子勢能與分子間距的關(guān)系(如右圖示): 二、熱力學(xué)定律 1、 熱力學(xué)第一定律ΔE=Q+W 2、熱力學(xué)第二定律 表述: (1)不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體,而不引起其他變化(按熱傳導(dǎo)的方向性表述)。 (2)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(按機(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性表述)?;虻诙愑绖訖C(jī)是不可能制成的。 3、熱力學(xué)第三定律:熱力學(xué)零度不可達(dá)到{宇宙溫度下限:-273.15攝氏度(熱力學(xué)零度)} 三、氣體實驗定律 1、等溫過程:p1V1=p2V2=k(玻-馬定律) 2、等容過程:(查理定律
3、) 3、等壓過程:(蓋·呂薩克定律) 4、理想氣體狀態(tài)方程:pV/T=恒量或= 深化整合 【典例訓(xùn)練1】一滴油酸酒精溶液含質(zhì)量為m的純油酸,滴在液面上擴(kuò)散后形成的最大面積為S.已知純油酸的摩爾質(zhì)量為M、密度為ρ,阿伏加德羅常數(shù)為NA.下列表達(dá)式正確的有( ) 二、 溫度、內(nèi)能、熱量、功的理解 【典例訓(xùn)練2】(2020.海南理綜T17) (1)下列說法正確的是(填入正確選項前的字母,每選錯一個扣2分,最低得分為0分)。 (A)當(dāng)一定質(zhì)量的氣體吸熱時,其內(nèi)能可能減小 (B)玻璃、石墨和金剛石都是晶體,木炭是非晶體 (C)單晶體有固定的熔點,多晶體和非晶體沒有固定的
4、熔點 (D)當(dāng)液體與大氣相接觸時,液體表面層內(nèi)的分子所受其它分子作用力的合力總是指向液體內(nèi)部 (E)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)氣體的分子數(shù)和氣體溫度有關(guān) 【命題立意】考查內(nèi)能、晶體、表面張力氣體的壓強(qiáng)等 【規(guī)范解答】選ADE,一定質(zhì)量的氣體吸熱時,如果同時對外做功,且做的功大于吸收的熱量,則內(nèi)能減小,(A)正確;玻璃是非晶體,(B)錯;多晶體也有固定的熔點,(C)錯;液體表面層內(nèi)的分子液體內(nèi)部分子間距離的密度都大于大氣,因此分子力的合力指向液體內(nèi)部,(D)正確;氣體分子單位時間內(nèi)與單位面積器壁碰撞的次數(shù),決定氣體的壓強(qiáng),因此與單位體積內(nèi)分子數(shù)和氣體的溫度
5、有關(guān),(E)對。 【典例訓(xùn)練3】(2020·全國Ⅱ理綜·T16)如圖,一絕熱容器被隔板K 隔開a 、b兩部分。已知a內(nèi)有一定量的稀薄氣體,b內(nèi)為真空。抽開隔板K后,a內(nèi)氣體進(jìn)入b,最終達(dá)到平衡狀態(tài)。在此過程中 A.氣體對外界做功,內(nèi)能減少 B.氣體不做功,內(nèi)能不變 C.氣體壓強(qiáng)變小,溫度降低 D.氣體壓強(qiáng)變小,溫度不變 【命題立意】本題以氣體為研究對象,考查了氣體的三個狀態(tài)參量變化,涉及到內(nèi)能、氣體的自由膨脹、熱力學(xué)第一定律、理想氣體狀態(tài)方程等。
6、 【思路點撥】解答本題時可按以下思路分析: a內(nèi)氣體進(jìn)入真空b內(nèi) W=0 絕熱容器沒有熱傳遞 Q=0 溫度不變 壓強(qiáng)變小 【規(guī)范解答】選B、D,a內(nèi)的稀薄氣體抽開隔板K后,進(jìn)入真空b內(nèi),a內(nèi)的稀薄氣體做功,絕熱容器不與外界發(fā)生熱傳遞,則,根據(jù)熱力學(xué)第一定律:,可得,則內(nèi)能不變,故A錯誤,B正確;稀薄氣體可看作理想氣體,內(nèi)能僅由溫度決定,由于ΔU=0,則氣體溫度不變.又根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程:,氣體體積變大,而溫度不變,則壓強(qiáng)變小,故C錯誤,D正確。 【高考真題探究】 1.(2020·福建理綜·T28) (1)18
7、59年麥克斯韋從理論上推導(dǎo)出了氣體分子速率的分布規(guī)律,后來有許多實驗驗證了這一規(guī)律。若以橫坐標(biāo)表示分子速率,縱坐標(biāo)表示各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比。下面四幅圖中能正確表示某一溫度下氣體分子速率分布規(guī)律的是 。(填選項前的字母) 【命題立意】本題以物理學(xué)史為背景,考查知識性的內(nèi)容,這是3-3每年高考中??嫉念}型。 【思路點撥】知道氣體分子速率分布規(guī)律 【規(guī)范解答】選D。氣體分子速率分布規(guī)律是中間多兩邊少,且一切分子都在不停地做無規(guī)則運動,故選D。 2.(2020·福建理綜·T28)(2)如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體密封在絕熱(即與外界不
8、發(fā)生熱交換)容器中,容器內(nèi)裝有一可以活動的絕熱活塞。今對活塞施以一豎直向下的壓力F,使活塞緩慢向下移動一段距離后,氣體的體積減小。若忽略活塞與容器壁間的摩擦力,則被密封的氣體 。(填選項前的字母) A.溫度升高,壓強(qiáng)增大,內(nèi)能減少 B.溫度降低,壓強(qiáng)增大,內(nèi)能減少 C.溫度升高,壓強(qiáng)增大,內(nèi)能增加 D.溫度降低,壓強(qiáng)減小,內(nèi)能增加 【命題立意】本題以壓縮活塞為背景,考查熱力學(xué)第一定律和理想氣體狀態(tài)方程。 【思路點撥】明確研究對象是密閉的氣體,由熱力學(xué)第一定律得出密閉的氣體的溫度T,再利用理想氣體狀態(tài)方程求解。 【規(guī)范解答】選C。由F對密閉的
9、氣體做正功W>0,絕熱活塞,則Q=0。由熱力學(xué)第一定律知理想氣體內(nèi)能增大,T升高,再根據(jù)PV/T=C,V減小,P增大,故選C。 3.(2020·廣東理綜·T14)圖是密閉的氣缸,外力推動活塞P壓縮氣體,對缸內(nèi)氣體做功800J,同時氣體向外界放熱200J,缸內(nèi)氣體的 A.溫度升高,內(nèi)能增加600J B.溫度升高,內(nèi)能減少200J C.溫度降低,內(nèi)能增加600J D.溫度降低,內(nèi)能減少200J 【命題立意】本題主要考查熱力學(xué)第一定律、理想氣體及內(nèi)能的決定因素。 【思路點撥】解答本題時可按以下思路分析: 熱力學(xué)第一定律 決定內(nèi)能的因素
10、 【規(guī)范解答】選A。由熱力學(xué)第一定律知:由得: ,一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能大小只與溫度有關(guān),,故溫度一定升高,選A選項正確。 4.(2020·廣東理綜·T15)如圖所示,某種自動洗衣機(jī)進(jìn)水時,與洗衣缸相連的細(xì)管中會封閉一定質(zhì)量的空氣,通過壓力傳感器感知管中的空氣壓力,從而控制進(jìn)水量。設(shè)溫度不變,洗衣缸內(nèi)水位升高,則細(xì)管中被封閉的空氣 A.體積不變,壓強(qiáng)變小 B. 體積變小,壓強(qiáng)變大 C. 體積不變,壓強(qiáng)變大 D. 體積變小,壓強(qiáng)變小 【命題立意】本題主要考查理想氣體狀態(tài)方程及玻馬定律。 【思路點撥】解答本題時可按以下思路分析: 理想氣體狀態(tài)方程,T不變
11、 玻馬定律 【規(guī)范解答】選B。由圖可知空氣被封閉在細(xì)管內(nèi),水面升高時,根據(jù)玻馬定律,氣體壓強(qiáng)增大,氣體體積減小,B選項正確。 5.(2020·江蘇物理卷·T12)A.(選修模塊3-3)(12分) (1)為了將空氣裝入氣瓶內(nèi),現(xiàn)將一定質(zhì)量的空氣等溫壓縮,空氣可視為理想氣體。下列圖象能正確表示該過程中空氣的壓強(qiáng)p和體積V關(guān)系的是 ▲ 。 (2)在將空氣壓縮裝入氣瓶的過程中,溫度保持不變,外界做了24KJ的功?,F(xiàn)潛水員背著該氣瓶緩慢地潛入海底,若在此過程中,瓶中空氣的質(zhì)量保持不變,且放出了5KJ的熱量。在上述兩個過程中,空氣的內(nèi)能
12、 共減小 ▲ KJ,空氣 ▲ (選填“吸收”或“放出”) (3)已知潛水員在岸上和海底吸入空氣的密度分別為1.3kg/和2.1kg/,空氣的摩爾質(zhì)量為0.029kg/mol,阿伏伽德羅常數(shù)=6.02。若潛水員呼吸一次吸入2L空氣,試估算潛水員在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空氣的分子數(shù)。(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)。 【規(guī)范解答】(1)選B。由PV=C,P與成正比,本題考查P—圖象。 (2)根據(jù)熱力學(xué)第一定律,第一階段,,所以,放熱。第二階段,,所以,兩過程 共放熱,內(nèi)能變化,即減少5J。 (3)設(shè)空氣的摩爾質(zhì)量為M,在海底和岸上的密度分別為和,一次吸入空氣的體積為V,則有,代
13、入數(shù)據(jù)得。 【答案】(1)B;(2)-5J,放出;(3)。 6.(2020·山東理綜·T36)(8分) 一太陽能空氣集熱器,底面及側(cè)面為隔熱材料,頂面為透明玻璃板,集熱器容積為V0,開始時內(nèi)部封閉氣體的壓強(qiáng)為P0。經(jīng)過太陽暴曬,氣體溫度由T0=300K升至T1=350K。 (1)求此時氣體的壓強(qiáng)。 (2)保持T1=350K不變,緩慢抽出部分氣體,使氣體壓強(qiáng)再變回到P0。求集熱器內(nèi)剩余氣體的質(zhì)量與原來總質(zhì)量的比值。判斷在抽氣過程中剩余氣體是吸熱還是放熱,并簡述原因。 【命題立意】本題以封閉氣體為研究對象,結(jié)合變質(zhì)量問題,突出了高考對理解能力、推理能力的要求。主要考查查理定律、玻意耳定
14、律、熱力學(xué)第一定律等知識點。 【思路點撥】解答本題時可按以下思路分析: 將變質(zhì)量問題轉(zhuǎn)化為定質(zhì)量問題求解 初末狀態(tài)的確定 對象的選取 【規(guī)范解答】(1)設(shè)升溫后氣體的壓強(qiáng)為P1,由查理定律得 ① 代入數(shù)據(jù)得 ② (2)抽氣過程可視為等溫膨脹過程,設(shè)膨脹后的總體積為V,由玻意耳定律得 ③ 聯(lián)立②③式解得 ④ 設(shè)剩余氣體的質(zhì)量與原來氣體的總質(zhì)量之比為K,由題意得 ⑤ 聯(lián)立④⑤式解得 ⑥ 吸熱。因為抽氣過程中剩余氣體溫度不變,故
15、內(nèi)能不變,而剩余氣體膨脹對外做功,所以根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知剩余氣體要吸熱。 【答案】(1);(2),吸熱 【備課資源】 1.對一定量的氣體,下列說法正確的是( ) A.氣體的體積是所有氣體分子的體積之和 B.氣體分子的熱運動越劇烈,氣體溫度就越高 C.氣體對器壁的壓強(qiáng)是由大量氣體分子對器壁不斷碰撞而產(chǎn)生的 D.當(dāng)氣體膨脹時,氣體分子之間的勢能減小,因而氣體的內(nèi)能減小 【解析】選B、C.氣體分子距離遠(yuǎn)大于分子大小,所以氣體的體積遠(yuǎn)大于所有氣體分子體積之和,A項錯;溫度是物體分子平均動能的標(biāo)志,是表示分子熱運動劇烈程度的物理量,B項正確;氣體壓強(qiáng)的微觀解釋是大量氣體分子頻繁撞
16、擊產(chǎn)生的,C項正確;氣體膨脹,說明氣體對外做功,但不能確定吸、放熱情況,故不能確定內(nèi)能變化情況,D項錯. 2.(1)以下說法正確的是( ) A.用手捏面包,面包體積會縮小,說明分子之間有間隙 B.溫度相同的氫氣和氧氣,氫氣分子和氧氣分子的平均速率相同 C.夏天荷葉上小水珠呈球狀,是由于液體表面張力使其表面積具有收縮到最小趨勢的緣故 D.自然界中進(jìn)行的一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性 (2)如圖所示是用導(dǎo)熱性能良好的材料制成的氣體實驗裝置,開始時封閉的空氣柱長度為22 cm,現(xiàn)用豎直向下的外力F以適當(dāng)?shù)乃俣葔嚎s氣體,使封閉的空氣柱長度變?yōu)? cm,已知人對活塞做功50 J,
17、壓縮過程中氣體向外散失的熱量為15 J,求氣體的內(nèi)能增加多少?(大氣壓強(qiáng)為p0=1×105 Pa,活塞的橫截 面積S=1 cm2不計活塞重力) 【解析】(1)C、D (2)大氣壓力對活塞做功W1=p0S(l0-l)=2 J,人做功W2=50 J,由熱力學(xué)第一定律:ΔU=W1+W2+Q, 將Q=-15 J等代入,解出ΔU=37 J. 答案:(1)C、D (2)37 J 圖3 3.(2020·江西理綜·T19)右圖3為兩分子系統(tǒng)的勢能Ep與兩分子間距離r的關(guān)系曲線。下列說法正確的是 A.當(dāng)r大于r1時,分子間的作用力表現(xiàn)為引力 B.當(dāng)r小于r1時,分子間的作用力表現(xiàn)為斥力
18、 C.當(dāng)r等于r2時,分子間的作用力為零 D.在r由r1變到r2的過程中,分子間的作用力做負(fù)功 【命題立意】本題以兩分子系統(tǒng)勢能與距離的關(guān)系曲線圖象為題意,要考生根據(jù)圖象判斷兩分子距離為哪個值時,它們之間的作用力表現(xiàn)為引力還是斥力,本題的圖象很容易與教材中分子作用力與它們之間距離關(guān)系的曲線圖混淆,是道中等難度的試題,主要考查分子間距與分子力、分子勢能的關(guān)系. 【思路點撥】解答本題時可按以下思路分析: 曲線中勢能的最低點對應(yīng)的距離r2就是r0 分子間距等于r0分子勢能最小 由r與 r0的比較從而可確定分子力是何種力及做功情況
19、 【規(guī)范解答】選BC,分子間距等于r0時分子勢能最小,即r0= r2。當(dāng)r小于r1時分子力表現(xiàn)為斥力;當(dāng)r大于r1小于r2時分子力表現(xiàn)為斥力;當(dāng)r大于r2時分子力表現(xiàn)為引力,所以A錯BC正確。在r由r1變到r2的過程中,分子斥力做正功分子勢能減小,D錯誤。 4.(2020·四川理綜·T14)下列現(xiàn)象中不能說明分子間存在分子力的是 A.兩鉛塊能被壓合在一起 B.鋼繩不易被拉斷 C.水不容易被壓縮 D.空氣容易被壓縮 【命題立意】考察分子間力的特點及宏觀表現(xiàn). 【思路點撥】解答本題時可按以下思路分析:
20、 題目中四個選項的各種現(xiàn)象 分子間既存在引力也存在斥力 逐一判斷 【規(guī)范解答】選D,兩鉛塊能被壓合在一起、鋼繩不易被拉斷說明分子之間存在引力;而水不容易壓縮是因為分子間距小輕微壓縮都使分子力表現(xiàn)為斥力,因此ABC正確??諝馊菀妆粔嚎s是因為分子間距大的原因,而不是因為分子間存在分子力的原因,因此D錯誤. 5.(2020.重慶理綜T15).給旱區(qū)送水的消防車停于水平面,在緩緩放水的過程中,若車胎不漏氣,胎內(nèi)氣體溫度不變,不計分子勢能,則胎內(nèi)氣體 A.從外界吸熱 B.對外界做負(fù)功 B.分子平均動能減少
21、 D.內(nèi)能增加 【命題立意】考查熱力學(xué)第一定律 【思路點撥】在緩緩放水的過程中,壓強(qiáng)減小,體積膨脹,對外做功。 【規(guī)范解答】選A,胎內(nèi)氣體經(jīng)歷了一個溫度不變,壓強(qiáng)減小,體積增大的過程。溫度不變,分子平均動能和內(nèi)能不變。體積增大氣體對外界做正功。根據(jù)熱力學(xué)第一定律氣體一定從外界吸熱。A正確。 6.(2020.上海物理卷T10). 如圖,玻璃管內(nèi)封閉了一段氣體,氣柱長度為,管內(nèi)外水銀面高度差為,若溫度保守不變,把玻璃管稍向上提起一段距離,則 (A)均變大 (B)均變小 (C)變大變小
22、 (D)變小變大 【命題立意】本題考查氣體狀態(tài)方程。 【思路點撥】首先以氣體為研究對象,判斷氣體壓強(qiáng)的變化情況,然后再以水銀柱為研究對象,判斷液柱高度的變化 【規(guī)范解答】選D,根據(jù),變大,變小,根據(jù),變大。 7.(2020.上海物理卷T14)分子間的相互作用力由引力與斥力共同產(chǎn)生,并隨著分子間距的變化而變化,則 (A)分子間引力隨分子間距的增大而增大 (B)分子間斥力隨分子間距的減小而增大 (C)分子間相互作用力隨分子間距的增大而增大 (D)分子間相互作用力隨分子間距的減小而增大 【命題立意】本題考查分子間相互作用力與分子間距的關(guān)系. 【思路點撥】畫出分子間相互作用力
23、與分子間距離關(guān)系的圖像 【規(guī)范解答】選B,分子力和分子間距離關(guān)系圖象如圖所示,根據(jù)該圖像可判斷分子間斥力隨分子間距的減小而增大,B正確。 8.(2020.上海物理卷T17)一定質(zhì)量理想氣體的狀態(tài)經(jīng)歷了如圖所示的、、、四個過程,其中的延長線通過原點,垂直于且與水平軸平行,與平行,則 氣體體積在 (A)過程中不斷增加 (B)過程中保持不變 (C)過程中不斷增加 (D)過程中保持不變 【命題立意】本題考查氣體的圖象的理解。 【思路點撥】作出過原點與a的一條等容線,作為重要的輔助線。, 【規(guī)范解答】選AB,首先,因為的延長線通過原點,所以是等容線,即氣體體積在過程中保持不變,B正確;是等溫線,壓強(qiáng)減小則體積增大,A正確;是等壓線,溫度降低則體積減小,C錯誤;連接ao交cd于e,則ae是等容線,即,因為,所以,所以過程中體積不是保持不變,D錯誤.
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