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2019-2020年高考物理第二輪復(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 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(diǎn)：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(shí)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(shí)驗(yàn)定律 1、等溫過程：p1V1=p2V2=k（玻－馬定律） 2、等容過程：（查理定律） 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】（xx.海南理綜T17） (1)下列說法正確的是（填入正確選項(xiàng)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(diǎn)，多晶體和非晶體沒有固定的熔點(diǎn) (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(diǎn)，(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)和氣體的溫度有關(guān)，(E)對。 【典例訓(xùn)練3】（xx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。 【思路點(diǎn)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.（xx福建理綜T28） （1）1859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(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(xiàng)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(diǎn)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(yùn)動，故選D。 2.（xx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(xiàng)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(diǎn)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.（xx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(diǎn)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 【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(xiàng)正確。 4.（xx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(diǎn)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 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(xiàng)正確。 5.（xx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 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，代入數(shù)據(jù)得。 【答案】（1）B；（2）-5J，放出；（3）。 6.（xx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、玻意耳定律、熱力學(xué)第一定律等知識點(diǎn)。 【思路點(diǎn)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?yàn)槌闅膺^程中剩余氣體溫度不變，故內(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(yùn)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(xiàng)錯；溫度是物體分子平均動能的標(biāo)志，是表示分子熱運(yùn)動劇烈程度的物理量，B項(xiàng)正確；氣體壓強(qiáng)的微觀解釋是大量氣體分子頻繁撞擊產(chǎn)生的，C項(xiàng)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(xiàng)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(shí)驗(yàn)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，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=1105 Pa，活塞的橫截 面積S=1 cm2不計(jì)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.（xx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 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(diǎn)撥】解答本題時可按以下思路分析： 曲線中勢能的最低點(diǎn)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 【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.（xx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(diǎn)及宏觀表現(xiàn). 【思路點(diǎn)撥】解答本題時可按以下思路分析： 題目中四個選項(xiàng)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?yàn)榉肿娱g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?yàn)榉肿娱g距大的原因，而不是因?yàn)榉肿娱g存在分子力的原因，因此D錯誤． 5.（xx.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(jì)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 D.內(nèi)能增加 【命題立意】考查熱力學(xué)第一定律 【思路點(diǎn)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.（xx.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 （D）變小變大 【命題立意】本題考查氣體狀態(tài)方程。 【思路點(diǎn)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.（xx.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(diǎn)撥】畫出分子間相互作用力與分子間距離關(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.（xx.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(diǎn)，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(diǎn)撥】作出過原點(diǎn)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?yàn)榈难娱L線通過原點(diǎn)，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?yàn)?，所以，所以過程中體積不是保持不變，D錯誤.