專題13分子動理論氣體及熱力學(xué)定律解析版

1、第六部分選修系列專題13分子動理論氣體及熱力學(xué)定律【講】講核心素養(yǎng)一、素養(yǎng)呈現(xiàn)1物理觀念：布朗運動、內(nèi)能、分子力、晶體、飽和汽、未飽和汽、相對濕度2.科學(xué)思維：分子動理論“汕膜法放大法“圖象法“控制變量法“臨界法”、氣體實驗左理、理想氣體狀態(tài)方程、 熱力學(xué)泄律。3科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：熱機(jī)在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。二、素養(yǎng)落實1分子動理論2從微觀角度分析固體、液體和氣體的性質(zhì)3氣體實驗三泄律及理想氣體狀態(tài)方程4熱力學(xué)泄律講考綱髙考命題點命題軌跡情境圖分子動理論與氣體實驗定律的組合20152卷33AB20171卷3320172 卷 33,3卷33活塞16(3)33 題1733題20181 卷 33,3卷3

2、317(3)33 題18(1)33 題熱學(xué)基本規(guī)律與氣體實驗泄 律的組合19(2)33 ®1 卷 33,20192卷3320103卷33講考點考點一分子動理論內(nèi)能【考點詮釋】一、突破三個重點1. 微觀量的估算V(1) 油膜法估算分子直徑：d=M/為純油酸體積，S為單分子油膜而積。7WV分子總數(shù)：N= nN入=忑嚴(yán)=幣z注意對氣體而言，N總。(3)兩種模型：4球模型：7=蘇疋(適用于估算液體、固體分子直徑)立方體模型：7=R(適用于估算氣體分子間距)2. 分子熱運動的實驗基礎(chǔ)：擴(kuò)散現(xiàn)象和布朗運動現(xiàn)象擴(kuò)散現(xiàn)象布朗運動熱運動活動主體分子微小固體顆粒分子區(qū)別分子的運動，發(fā)生在固體、液體、氣體

3、之間比分子大得多的微粒的運動，只能在液體、氣體中發(fā)生分子的運動，不能通過光學(xué)顯微鏡直接觀察到共同點匚都是無規(guī)則運動：匚都隨溫度的升高而更加激烈聯(lián)系擴(kuò)散現(xiàn)象、布朗運動都反映無規(guī)則的熱運動3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) 對于給左的物體，英內(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)。二、掌握兩個關(guān)系(1) 分子力與分子間距的關(guān)系、分子勢能與分子間距的關(guān)系。(2) 分子力做功與分子勢能變化的關(guān)系。阿伏加徳羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀與微觀的橋梁，掌握宏觀與微觀的聯(lián)系?！镜淅治?】(2020-濟(jì)寧質(zhì)檢)物體的體積變化時

4、，分子間距離會隨之變化，分子勢能也會發(fā)生變化。已知兩 分子間的斥力和引力的合力F與分子間距離7的關(guān)系如圖中曲線所示，設(shè)有、B兩個分子，分子固泄在O 點，m為英平衡位巻，現(xiàn)使分子由靜止釋放，并在分子力的作用下由距/分子0.5m處開始沿'軸正方向運動 到無窮遠(yuǎn)處，則E分子的加速度如何變化：°分子力對B做功情況如何：。分子勢能如何變化：e【題眼點撥】 二B分子由“靜止釋放”說明 二B分子由距2分子“0.5用處運動到無窮遠(yuǎn)，給岀B分子與/分子之間的距離與m的關(guān)系，進(jìn)一步可以確定分 子力是斥力還是引力。【答案】B分子的加速度先變小再反向變大，再變小分子力先做正功再做負(fù)功分子勢能先減小后

5、增大【解析】由圖象可知，曲線與廠軸交點的橫坐標(biāo)為心，E分子受到的分子力先變小，位于平衡位宜時，分子力 為零，過平衡位宜后，分子力先變大再變小，故E分子的加速度先變小再反向變大，再變小。當(dāng)小于小時, 分子間的作用力表現(xiàn)為斥力，F(xiàn)做正功，分子動能增大，分子勢能減?。寒?dāng)廠等于小時，分子動能最大，分子 勢能最??；當(dāng)廠大于小時，分子間的作用力表現(xiàn)為引力，分子力做負(fù)功，分子動能減小，分子勢能增大，故分 子力先做正功再做負(fù)功，分子勢能先減小后增大?！疽?guī)律總結(jié)】分子力與分子勢能的圖象比較分子力F分子勢能Ep圖象JLI引力隨分子間距離的變化情況F隨廠增大而減小，表現(xiàn)為斥力?增大，F(xiàn)做正功，坊減小r>ro廠

6、增大，F(xiàn)先增大后減小，表現(xiàn)為引 力7增大，F(xiàn)做負(fù)功，坊增大r=zioF從=F附F=Q耳,最小，但不為零?->10ro引力和斥力都很微弱，F(xiàn)=QEP=0考點二固體液體氣體分子的運動特點【考點詮釋】1 固體和液體晶體和非晶體。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)則熔點固定固定不固定特性各向異性各向同性各向同性(2) 液晶是一種特殊的物質(zhì)狀態(tài)，所處的狀態(tài)介于創(chuàng)態(tài)和液態(tài)之間。液晶具有流動性，在光學(xué)、電學(xué)物理性質(zhì)上 表現(xiàn)出各向異性。(3) 液體的表面張力使液體表面具有收縮到最小的趨勢，表而張力的方向跟液而相切。2. 氣體分子運動特點3. 對氣體壓強(qiáng)的理解(1) 氣體對容器壁的壓強(qiáng)是氣體分子

7、頻繁碰撞的結(jié)果，溫度越高，氣體分子數(shù)密度越大，氣體對容器壁因碰撞而 產(chǎn)生的壓強(qiáng)就越大。(2) 地球表而大氣壓強(qiáng)可認(rèn)為是由于大氣重力產(chǎn)生的?！镜淅治?1(2020-山東名校聯(lián)考信息卷)玻璃器皿的制造過程中玻璃液的形成是重要環(huán)當(dāng)溫度達(dá)到1 200二 時，大量的氣泡分布在玻璃液中，經(jīng)過一系列工藝后獲得澄淸的玻璃液，之后可以通過降溫到合適溫度，然后 選擇合適大小的玻璃液進(jìn)行吹泡(即往玻璃液中吹氣)制造玻璃器皿，下列與玻璃有關(guān)的物理學(xué)問題的說法正確 的是()A. 因為分子間存在著斥力，所以破碎的玻璃不能簡單地拼接在一起B(yǎng). 玻璃從開始熔化到形成玻璃液的過程中，溫度不固立C. 玻璃內(nèi)部的原子是無序分布的

8、，具有各向異性的特點D. 使1 200二的玻璃液繼續(xù)升溫，可能使英中的氣泡減少E. 在頁空和髙溫條件下，可以利用分子擴(kuò)散在半導(dǎo)體材料中摻入苴他元素表而特性表面層分子間的引力使液而產(chǎn)生了表而張力使液體表而好像一層繃緊的彈性薄膜表而張力的方向和液而相切，垂直于液面上的各條分界線表而張力的效果表而張力使液體表而具有收縮趨勢，使液體表而枳趨于最小，而在體枳相同的條件下， 球形的表面積最小典型現(xiàn)象球形液滴、肥皂泡、漣波、毛細(xì)現(xiàn)象，浸潤和不浸潤考點三熱力學(xué)定律【考點詮釋】1.對熱力學(xué)左律的理解(1) 對熱力學(xué)第一定律"=0+爐的理解二僅由溫度決泄，升溫時為正，降溫時為負(fù)；二W僅由體枳決左，壓縮時

9、為正，膨脹時為負(fù)：二0由和爐共同決泄。(2) 對熱力學(xué)第二定律的理解熱量可以由低溫物體傳遞到高溫物體，也可以從單一熱源吸收熱量全部轉(zhuǎn)化為功，但不引尼其他變化是不可能 的。2. 對熱力學(xué)第一左律的考査有定性判斷和左量計算兩種方式(1) 建性判斷利用題中的條件和符號法則對爐、Q、中的英中兩個量做出準(zhǔn)確的符號判斷，然后利用厶U=W+O對第三 個量做出判斷。(2) 定量計算一般計算等壓變化過程的功，即w=p-v,然后結(jié)合其他條件，利用 UW+O進(jìn)行相關(guān)計算。3. 能量守恒泄律(1)內(nèi)容：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，或者是從一個物體轉(zhuǎn) 移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移

10、的過程中，能量的總量保持不變。(2) 條件性：能量守恒迫律是自然界的普遍規(guī)律，某一種形式的能量是否守恒是有條件的。(3) 第一類永動機(jī)是不可能制成的，它違背了能量守恒定律?！镜淅治?】(2019-全國卷二T33(i)某容器中的空氣被光滑活塞封住，容器和活塞絕熱性能良好，空氣可視為 理想氣體。初始時容器中空氣的溫度與外界相同，壓強(qiáng)大于外界。現(xiàn)使活塞緩慢移動，直至容器中的空氣壓強(qiáng) 與外界相同。此時，容器中空氣的溫度(填“高于“低于”或“等于。外界溫度，容器中空氣的密度(填“大于“小于'或“等于")外界空氣的密度?！敬鸢浮康陀诖笥凇窘馕觥咳萜髋c活塞絕熱性能良好，容器中空氣與外界不

11、發(fā)生熱交換(0=0),活塞移動的過程中，容器中空氣 壓強(qiáng)減小，則容器中空氣正在膨脹，體積增大，對外界做功，即矽V)。根據(jù)熱力學(xué)第一泄律 U=O+W可知： 容器中空氣內(nèi)能減小，溫度降低，容器中空氣的溫度低于外界溫度。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有普=C,又令， 聯(lián)立解得：卩=帶對容器外與容器內(nèi)質(zhì)量均為加的氣體，因容器中空氣壓強(qiáng)和容器外空氣壓強(qiáng)相同，容器內(nèi) 溫度低于外界溫度，則容器中空氣的密度大于外界空氣的密度?！疽?guī)律總結(jié)】熱力學(xué)第一定律的三種特殊情況(1) 若過程是絕熱的，則0=0, W=AU,外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加量，或物體對外界做的功 等于物體內(nèi)能的減少量。(2) 若過程中不做功，則W=

12、0, Q=、U,物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加雖:，或物體放出的熱量等于 物體內(nèi)能的減少呈:。(3) 二若過程的始、末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，則W+O=0,即物體吸收的熱疑全部用來對外做功，或外界對 物體做的功等于物體放岀的熱量。二做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，如果兩個過程同時發(fā)生，則內(nèi)能的 改變可由熱力學(xué)第一泄律U=W+O確左?？键c四氣體實驗定律和理想氣體的狀態(tài)方程【考點詮釋】1. 氣體壓強(qiáng)的計算(1)力平衡法：選取與氣體接觸的液柱(或活塞)為研究對象進(jìn)行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求 得氣體的壓強(qiáng)。(2)等壓而法：在連通器中，同一種液體(中間不間斷)同一深度處壓強(qiáng)相等，液

13、體內(nèi)深刀處的總壓強(qiáng)p=pgh, 少為液而上方的大氣壓強(qiáng)。說明：固體密封的氣體一般用力平衡法，液柱密封的氣體一般用等壓面法。2. 氣體實驗泄律玻意耳立律：P1V1=P2V 2査理左律：計唆或斜辛蓋一呂薩克定律：¥=余或長3. 理想氣體的狀態(tài)方程(1) 理想氣體是指在任何條件下始終遵守氣體實驗左律的氣體，一泄質(zhì)疑的理想氣體的內(nèi)能只和溫度有關(guān)。(2) 狀態(tài)方程：號或?qū)W=C。4. 應(yīng)用氣體實驗左律的三個重點環(huán)節(jié)(1) 正確選擇研究對象：對于變質(zhì)量問題要研究質(zhì)量不變的部分；對于多部分氣體問題，要對各部分獨立研究, 各部分之間一般通過壓強(qiáng)(液柱或活塞的受力)找聯(lián)系。(2) 列出各狀態(tài)的參疑：氣體

14、在初、末狀態(tài)，往往會有兩個(或三個)參疑發(fā)生變化，把這些狀態(tài)參疑羅列岀來能 夠比較準(zhǔn)確、快速的找到規(guī)律。(3) 認(rèn)淸變化過程：準(zhǔn)確分析變化過程以便正確選用氣體實驗左律?！镜淅治?】.(2020山東學(xué)業(yè)水平等級考試T中醫(yī)拔罐的物理原理是利用玻璃罐內(nèi)外的氣壓差使罐吸附在 人體穴位上，進(jìn)而治療某些疾病。常見拔罐有兩種，如圖所示，左側(cè)為火罐，下端開口：右側(cè)為抽氣拔罐，下 端開口，上端留有抽氣閥門。使用火罐時，先加熱罐中氣體，然后迅速按到皮膚上，自然降溫后火罐內(nèi)部氣壓 低于外部大氣壓，使火罐緊緊吸附在皮膚上。抽氣拔罐是先把罐體按在皮膚上，再通過抽氣降低罐內(nèi)氣體壓強(qiáng)。 某次使用火罐時，罐內(nèi)氣體初始壓強(qiáng)與

15、外部大氣壓相同，溫度為450 K,最終降到300 K,因皮膚凸起，內(nèi)部氣 20?n體體積變?yōu)楣奕莘e的寺。若換用抽氣拔罐，抽氣后罐內(nèi)剩余氣體體積變?yōu)槌闅獍喂奕莘e的務(wù)，罐內(nèi)氣壓與火罐 降溫后的內(nèi)部氣壓相同。罐內(nèi)氣體均可視為理想氣體，忽略抽氣過程中氣體溫度的變化。求應(yīng)抽岀氣體的質(zhì)量 與抽氣前罐內(nèi)氣體質(zhì)量的比值?！敬鸢浮縄【解析】設(shè)火罐內(nèi)氣體初始狀態(tài)參量分別為pi. Ti. Ki,溫度降低后狀態(tài)參量分別為T2. V2,罐的容積為%,由題意知 pi=po、Ti=450 K. " = %、T> = 300K.兒=晉由理想氣體狀態(tài)方程得20rTi Ti代入數(shù)據(jù)得P2=o.?po對于抽氣罐，設(shè)

16、初態(tài)氣體狀態(tài)參量分別為丹、兀，末態(tài)氣體狀態(tài)參量分別為P4. J 罐的容積為只0,由題意知P3=P0、5=00、P4=P2由玻意耳定律得PqVq=piV聯(lián)立二二式，代入數(shù)據(jù)得r4=yr0設(shè)抽出的氣體的體積為?,由題總知20?=必一立久 故應(yīng)抽出氣體的質(zhì)量與抽氣前罐內(nèi)氣體質(zhì)量的比值為A/nAK一mVa一聯(lián)立二二二式，代入數(shù)據(jù)得A?»1_V=3°-【典例分析6】.(2020-濰坊模擬)如圖所示在絕熱汽缸內(nèi)，有一絕熱輕活塞封閉一上質(zhì)疑的氣體，開始時缸內(nèi)氣 體溫度為27 Z,封閉氣柱長9 cm,活塞橫截而積S=50 cm2?，F(xiàn)通過汽缸底部電阻絲給氣體加熱一段時間。此 過程中氣體吸熱2

17、2 J,穩(wěn)左后氣體溫度變?yōu)?27 Oo已知大氣壓強(qiáng)等于105 Pa,求：(1) 加熱后活塞到汽缸底端的距離；(2) 此過程中氣體內(nèi)能改變了多少?！敬鸢浮?1)12 cm (2)7 J【解析】(1)取被封閉的氣體為研究的對象。開始時氣體的體積為Z1S,溫度為：C=(273+27)K=300K,末狀態(tài)的體積為LiS,溫度為：T2=(273 + 127)K=400K氣體做等壓變化，則第理代入數(shù)據(jù)得：Z2=12cmo(2)在該過程中，氣體對外做功：FF=F AZ=po(Z2-Ii) = lO5x5OxlO 4x(129)x10 2J=15 J,由熱力學(xué)第一宦律：山7=。一爐=22 J 15J=7J。【

18、規(guī)律總結(jié)】求解氣體實驗左律與熱力學(xué)怎律的綜合問題的通用思路考點五熱力學(xué)第一定律與圖象的綜合應(yīng)用【考點詮釋】【典例分析7 （2020-湖北武漢市四月調(diào)研）如圖所示，一泄質(zhì)疑的理想氣體從狀態(tài)變化到狀態(tài)再由狀態(tài)B 變化到狀態(tài)C,最后由狀態(tài)C變化到狀態(tài)丄氣體完成這個循環(huán)，內(nèi)能的變化，對外做功皿=，氣體從外界吸收的熱.（用圖中已知量表示）O 仏 2% V【答案】（i）o poro尹【解析】（1）氣體完成一個循環(huán)過程，溫度的變化雖為零，則內(nèi)能的變化!/=（）：對外做功等于圖中三角形 -1SC的而枳，即"=茲卩。:根據(jù)熱力學(xué)第一宦律可知，氣體吸熱：O=W=pQVQ.【典例分析8 （2020-遼寧葫

19、蘆島市第一次模擬）回?zé)崾街评錂C(jī)是一種深低溫設(shè)備，制冷極限約50 K.某臺回?zé)?式制冷機(jī)工作時，一泄量的氫氣（可視為理想氣體）緩慢經(jīng)歷如圖所示的四個過程：已知狀態(tài)J和B的溫度均為 27二，狀態(tài)C和D的溫度均為一 133二，下列判斷正確的是A. 氣體由狀態(tài)d到B過程，溫度先升高后降低B. 氣體由狀態(tài)2到C過程，內(nèi)能保持不變C. 氣體由狀態(tài)C到D過程，分子間的平均間距減小D. 氣體由狀態(tài)C到D過程，氣體對外做功E. 氣體由狀態(tài)D到/過程，英熱力學(xué)溫度與壓強(qiáng)成正比【答案】（l）ADE【解析】（1）狀態(tài)2和B的溫度相等，根據(jù)學(xué)=C,經(jīng)過、B的等溫線應(yīng)是過、B的雙曲線的一部分，沿 直線由2到D p?先增大

20、后減小，所以溫度先升高后降低，故A正確：氣體由狀態(tài)B到C過程，體積不變, 根抵學(xué)=G壓強(qiáng)減小，溫度降低，內(nèi)能減小，故B錯誤：氣體由狀態(tài)C到D過程，體積增大，分子間的平均 間距增大，故C錯誤；氣體由狀態(tài)C到Z）過程，體積增大，氣體對外做功，故D正確：氣體由狀態(tài)D到丿過 程，體枳不變，根畔=C,瓦熱力學(xué)溫度與壓強(qiáng)成正比，故E正確.【典例分析9】（2020-宿州市一質(zhì)檢）-左量的理想氣體的壓強(qiáng)p與熱力學(xué)溫度T的變化圖象如圖所示。下列說 法正確的是（）TA，一B的過程中，氣體對外界做功，氣體內(nèi)能增加B. A-B的過程中，氣體從外界吸收的熱量等于其內(nèi)能的增加量C. B-C的過程中，氣體體積增大，對外做功

21、DB-C的過程中，氣體對外界放熱，內(nèi)能不變E. B-C的過程中，氣體分子與容器壁每秒碰撞的次數(shù)增加【答案】BDE【解析】從川到E的過程，是等容升溫過程，氣體不對外做功，氣體從外界吸收熱量，使得氣體內(nèi)能增加，故 A錯誤，B正確：從B到C的過程是等溫壓縮過程，壓強(qiáng)增大，體枳減小，外界對氣體做功，氣體放出熱量, 內(nèi)能不變，因體枳減小，分子數(shù)密度增大，故氣體分子與容器壁每秒碰撞的次數(shù)增加，故C錯誤，D. E正確?！疽?guī)律總結(jié)】判斷理想氣體內(nèi)能變化的兩種方法(1) 一立質(zhì)量的理想氣體，內(nèi)能的變化完全由溫度變化決泄，溫度升髙，內(nèi)能增大。(2) 若吸、放熱和做功情況已知，可由熱力學(xué)第一左律 U=W+O來確定。

22、考點六實驗：用油膜法估測分子的大小【考點詮釋】1. 實驗原理利用油酸酒精溶液在平靜的水而上形成單分子汕膜(如圖所示),將油酸分子看作球形，測出一定體積油酸灑精V溶液在水而上形成的油膜而積，用d=令訃算岀油膜的厚度，英中7為一滴油酸灑精溶液中純油酸的體積，S為 油膜面積。這個厚度就近似等于油酸分子的直徑。2. 實驗器材已稀釋的油酸若干亳升、量筒1個、淺盤1只(30cmx40 cm).純凈水、注射器(或滴管)1支、透明玻璃板一塊、 坐標(biāo)紙、彩色水筆1支、賺子粉或石膏粉(帶紗網(wǎng)或粉撲)。3. 實驗步驟取1 niL(l cm的油酸溶于酒精中，制成200 mL的油酸酒精溶液。(2) 往邊長約為3040

23、cm的淺盤中倒入約2 cm深的水，然后將賺子粉或石膏粉均勻地撒在水而上。(3) 用滴管(或注射器)向量簡中滴入“滴配制好的油酸灑精溶液，使這些溶液的體積恰好為1 mL,算岀每滴油酸 灑精溶液的體積坯=中mL.(4) 用滴管(或注射器)向水面上滴入一滴配制好的油酸灑精溶液，油酸就在水而上慢慢散開，形成單分子汕膜。(5) 待油酸薄膜形狀穩(wěn)宦后,將一塊較大的玻璃板蓋在淺盤上，用彩筆將油酸薄膜的形狀畫在玻璃板上。(6) 將畫有汕酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，算出油酸薄膜的面積。(7) 根據(jù)油酸酒精溶液的濃度，算出一滴溶液中純汕酸的體積只根據(jù)純油酸的體積7和薄膜的而積S,算出汕V酸薄膜的厚度d=F即為油酸分子的直徑。比較算出的分子直徑.看其數(shù)量級(單位為m)是否為10 10,若不是10】。需重做實驗?！镜淅治?0】在“用油膜法估測分子的大小“的實驗中，用務(wù)液管量取0.25 mL油酸，倒入標(biāo)注250 mL的 容量瓶中，再加入灑精后得到250 niL的溶液：然后用滴管吸取這種溶液，向小量簡中