高三物理二輪復(fù)習(xí)教師用書專題七選修3－3熱學(xué)

板塊一專題突破復(fù)習(xí)[知識建構(gòu)][高考調(diào)研]1.考查方向：高考對本部分內(nèi)容考查的重點(diǎn)和熱點(diǎn)：①分子大小的估算．②對分子動理論內(nèi)容的理解．③氣體實(shí)驗(yàn)定律的理解和計算．④固、液、氣三態(tài)的特點(diǎn)和理解．⑤熱力學(xué)定律的理解和簡單計算．⑥用油膜法估測分子大小等內(nèi)容．2.常用的思想方法：①測分子直徑的方法．②估算微觀量的方法．③理想模型法．[答案](1)布朗運(yùn)動與熱運(yùn)動異同點(diǎn)對比(2)對物體內(nèi)能的理解①物體的體積越大，分子勢能不一定越大，如0℃的水結(jié)成0℃的冰后體積變大，但分子勢能卻減小了．②理想氣體分子間相互作用力為零，故分子勢能忽略不計，一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)．③內(nèi)能是對物體的大量分子而言的，不存在某個分子內(nèi)能的說法．(3)熱力學(xué)第一定律應(yīng)用思路與技巧應(yīng)注意符號法則：“＋”表示外界對物體或流向物體；“－”表示物體對外界或流向外界．ΔU＝Q＋W的三種特殊情況：①若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加．②若過程是等容的，即W＝0，Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加．③若過程是等溫的，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q，外界對物體做的功等于物體放出的熱量．(4)①一定質(zhì)量的理想氣體，p、T、V三者的關(guān)系是：eq\f(pV,T)＝C，C是一個定值．②氣體實(shí)驗(yàn)定律可看成理想氣體狀態(tài)方程的特例．當(dāng)m不變，T1＝T2時，p1V1＝p2V2——玻意耳定律．當(dāng)m不變，V1＝V2時，eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)——查理定律．當(dāng)m不變，p1＝p2時，eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)——蓋—呂薩克定律．考向一分子動理論、固體和液體[歸納提煉]1．分子熱運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)：擴(kuò)散現(xiàn)象和布朗運(yùn)動．(1)擴(kuò)散現(xiàn)象特點(diǎn)：溫度越高，擴(kuò)散越快．(2)布朗運(yùn)動特點(diǎn)：液體內(nèi)固體小顆粒永不停息、無規(guī)則的運(yùn)動，顆粒越小、溫度越高，運(yùn)動越劇烈．(3)分子間的相互作用力和分子勢能①分子力：分子間引力與斥力的合力．分子間距離增大，引力和斥力均減小；分子間距離減小，引力和斥力均增大，但斥力總比引力變化得快．②分子勢能：分子力做正功，分子勢能減?。环肿恿ψ鲐?fù)功，分子勢能增大；當(dāng)分子間距為r0(分子間的距離為r0時，分子間作用的合力為0)時，分子勢能最?。?．固體和液體(1)晶體和非晶體的分子結(jié)構(gòu)不同，表現(xiàn)出的物理性質(zhì)不同．晶體具有確定的熔點(diǎn)．單晶體表現(xiàn)出各向異性，多晶體和非晶體表現(xiàn)出各向同性．晶體和非晶體在適當(dāng)?shù)臈l件下可以相互轉(zhuǎn)化．(2)液晶是一種特殊的物質(zhì)狀態(tài)，所處的狀態(tài)介于固態(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，表面張力的方向跟液面相切．[熟練強(qiáng)化]1．(2017·北京卷)以下關(guān)于熱運(yùn)動的說法正確的是()A．水流速度越大，水分子的熱運(yùn)動越劇烈B．水凝結(jié)成冰后，水分子的熱運(yùn)動停止C．水的溫度越高，水分子的熱運(yùn)動越劇烈D．水的溫度升高，每一個水分子的運(yùn)動速率都會增大[解析]本題考查分子動理論．溫度是分子熱運(yùn)動平均動能的標(biāo)志，故溫度越高，分子熱運(yùn)動越劇烈．分子熱運(yùn)動的劇烈程度與機(jī)械運(yùn)動速度大小無關(guān)，故選項(xiàng)A錯C對；水凝結(jié)成冰后，分子熱運(yùn)動依然存在，B項(xiàng)錯誤；溫度升高，分子運(yùn)動的平均速率增大，但不是每個分子的運(yùn)動速率都會增大，D項(xiàng)錯誤．[答案]C2．(多選)(2017·山西五校四聯(lián))下列說法正確的是()A．具有各向異性的固體一定是晶體B．懸浮在液體中的小顆粒越大，布朗運(yùn)動越劇烈C．露珠呈球狀是由于液體表面張力的作用D．兩個分子間的引力和斥力均隨分子間距的增大而減小，但斥力比引力減小得更快E．把兩塊純凈的鉛壓緊，它們會“粘”在一起，說明分子間只存在分子引力[解析]小顆粒越大，在某一瞬間液體分子對它的撞擊次數(shù)越多，各個方向的撞擊作用更接近平衡，布朗運(yùn)動越不明顯，B項(xiàng)錯誤．把兩塊純凈的鉛壓緊，它們會“粘”在一起，說明分子間存在引力，不能說明“只”存在引力，E項(xiàng)錯誤．[答案]ACD3．(多選)對于分子動理論和物體內(nèi)能的理解，下列說法正確的是()A．溫度高的物體內(nèi)能不一定大，但分子平均動能一定大B．外界對物體做功，物體內(nèi)能一定增加C．溫度越高，布朗運(yùn)動越顯著D．當(dāng)分子間的距離增大時，分子間作用力就一直減小E．當(dāng)分子間作用力表現(xiàn)為斥力時，分子勢能隨分子間距離的減小而增大[解析]溫度高的物體分子平均動能一定大，但是內(nèi)能不一定大，選項(xiàng)A正確；外界對物體做功，若物體同時向外散熱，物體內(nèi)能不一定增加，選項(xiàng)B錯誤；溫度越高，液體分子運(yùn)動越劇烈，布朗運(yùn)動越顯著，選項(xiàng)C正確；當(dāng)分子間的距離增大時，分子間作用力可能先增大后減小，選項(xiàng)D錯誤；當(dāng)分子間作用力表現(xiàn)為斥力時，分子間距離減小，分子力做負(fù)功，分子勢能增大，選項(xiàng)E正確．[答案]ACE4．(多選)(2016·河南六校聯(lián)考)兩個相距較遠(yuǎn)的分子僅在分子力作用下由靜止開始運(yùn)動，直至不再靠近．在此過程中，下列說法正確的是()A．分子力先增大，后一直減小B．分子力先做正功，后做負(fù)功C．分子動能先增大，后減小D．分子勢能先增大，后減小E．分子勢能和動能之和不變[解析]由分子動理論的知識，當(dāng)兩個分子相互靠近，直至不能靠近的過程中，分子力先是表現(xiàn)為引力且先增大后減小，之后表現(xiàn)為分子斥力，一直增大，所以選項(xiàng)A錯誤；分子引力先做正功，然后分子斥力做負(fù)功，分子勢能先減小再增大，分子動能先增大后減小，所以選項(xiàng)B、C正確，D錯誤；因?yàn)橹挥蟹肿恿ψ龉Γ苑肿觿菽芎头肿觿幽艿目偤捅３植蛔?，選項(xiàng)E正確．[答案]BCE判斷分子勢能變化的兩種方法方法一：利用分子力做功判斷．分子力做正功，分子勢能減?。环肿恿ψ鲐?fù)功，分子勢能增加．方法二：利用分子勢能Ep與分子間距離r的關(guān)系圖線判斷．如右圖所示．但要注意此圖線和分子力與分子間距離的關(guān)系圖線形狀雖然相似，但意義不同，不要混淆．考向二對熱力學(xué)定律的理解[歸納提煉]1．熱力學(xué)第一定律反映功、熱量與內(nèi)能改變量之間的定量關(guān)系：ΔU＝W＋Q，使用時注意符號法則(簡記為：外界對系統(tǒng)取正，系統(tǒng)對外取負(fù))．對理想氣體，ΔU僅由溫度決定，W僅由體積決定，絕熱情況下，Q＝0.2．熱力學(xué)第二定律指明了哪些過程可能發(fā)生，哪些過程不可能發(fā)生，如：第二類永動機(jī)不可能實(shí)現(xiàn)、熱現(xiàn)象中的能量耗散是不可避免的，揭示了自然界中涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性，一切自然過程總是沿著無序性增大的方向進(jìn)行的．[熟練強(qiáng)化]1．(2015·北京卷)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]本題考查熱力學(xué)第一定律，意在考查學(xué)生的理解能力．由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知，若物體放出熱量，但外界對物體做正功，則ΔU不一定為負(fù)值，即內(nèi)能不一定減少，故A項(xiàng)錯誤；同理可分析出，B項(xiàng)和D項(xiàng)錯誤，C項(xiàng)正確．[答案]C2．如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)a沿abc變化到狀態(tài)c，吸收了340J的熱量，并對外做功120J．若該氣體由狀態(tài)a沿adc變化到狀態(tài)c時，對外做功40J，則這一過程中氣體________(填“吸收”或“放出”)________J熱量．[解析]由熱力學(xué)第一定律可得，該氣體由狀態(tài)a沿abc變化到狀態(tài)c的過程中內(nèi)能的變化量ΔU＝W＋Q＝－120J＋340J＝220J，因此該氣體由狀態(tài)a沿adc變化到狀態(tài)c時，Q1＝ΔU－W1＝220J－(－40J)＝260J，顯然此過程中氣體從外界吸收熱量．[答案]吸收2603．(2015·重慶卷)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]本題主要考查熱力學(xué)第一定律和分子動理論，意在考查學(xué)生對物理規(guī)律的理解能力和聯(lián)系實(shí)際的能力．以胎內(nèi)氣體作為研究對象，由于氣體溫度升高，內(nèi)能增大，體積增大，胎內(nèi)氣體對外做功，所以D項(xiàng)正確．[答案]D4．(2017·河北名校聯(lián)盟)關(guān)于兩類永動機(jī)和熱力學(xué)的兩個定律，下列說法正確的是()A．第二類永動機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第一定律B．第一類永動機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第二定律C．由熱力學(xué)第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能，熱傳遞也不一定改變內(nèi)能，但同時做功和熱傳遞一定會改變內(nèi)能D．由熱力學(xué)第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單一熱源吸收熱量，完全變成功也是可能的[解析]第一類永動機(jī)違反能量守恒定律，第二類永動機(jī)違反熱力學(xué)第二定律，A、B錯誤；由熱力學(xué)第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于0，C錯誤；由熱力學(xué)第二定律可知D中現(xiàn)象是可能的，但會引起其他變化，D正確．[答案]D1有關(guān)熱力學(xué)第一定律的幾種特殊情況.①若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加；②若過程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加；③若過程的始、末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q，外界對物體做的功等于物體放出的熱量.2理想氣體內(nèi)能變化參考溫度變化，做功情況參考體積變化氣體做功W＝pΔV.考向三氣體實(shí)驗(yàn)定律和理想氣體狀態(tài)方程[歸納提煉]1．理想氣體是指嚴(yán)格遵守氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體(1)理想氣體是一種經(jīng)科學(xué)地抽象而建立的理想化模型，實(shí)際上不存在．理想氣體分子之間不存在相互作用力，分子間沒有分子勢能，氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)．(2)實(shí)際氣體特別是那些不易液化的氣體在壓強(qiáng)不太大、溫度不太低時都可當(dāng)作理想氣體來處理．2．氣體的三個實(shí)驗(yàn)定律都是理想氣體狀態(tài)方程的特例理想氣體狀態(tài)方程eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)(1)當(dāng)T1＝T2時，p1V1＝p2V2(玻意耳定律)(2)當(dāng)V1＝V2時，eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)(查理定律)(3)當(dāng)p1＝p2時，eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)(蓋—呂薩克定律)(2017·全國卷Ⅰ)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中有一可自由滑動的活塞(質(zhì)量、體積均可忽略)．初始時，三個閥門均打開，活塞在B的底部；關(guān)閉K2、K3，通過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.(1)打開K2，求穩(wěn)定時活塞上方氣體的體積和壓強(qiáng)；(2)接著打開K3，求穩(wěn)定時活塞的位置；(3)再緩慢加熱汽缸內(nèi)氣體使其溫度升高20℃，求此時活塞下方氣體的壓強(qiáng)．[思路點(diǎn)撥]此題有兩個研究對象、多個過程，求解時要注意兩方面的問題：①要把兩部分氣體分開看待，分別對每一部分氣體分析出初、末狀態(tài)的(p、V、T)情況，分別應(yīng)用相應(yīng)的定律列出相應(yīng)的方程，切不可盲目地將兩部分氣體視為兩種狀態(tài)；②要找出兩部分氣體之間的聯(lián)系，如總體積不變，借助活塞(或液柱)平衡分析壓強(qiáng)，容器壁絕熱還是導(dǎo)熱等，利用這些關(guān)系，尋找聯(lián)系的橋梁．可列表如下[解析](1)設(shè)打開K2后，穩(wěn)定時活塞上方氣體的壓強(qiáng)為p1，體積為V1.依題意，被活塞分開的兩部分氣體都經(jīng)歷等溫過程．由玻意耳定律得p0V＝p1V1①(3p0)V＝p1(2V－V1)②聯(lián)立①②式得V1＝eq\f(V,2)③p1＝2p0④(2)打開K3后，由④式知，活塞必定上升．設(shè)在活塞下方氣體與A中氣體的體積之和為V2(V2≤2V)時，活塞下氣體壓強(qiáng)為p2.由玻意耳定律得(3p0)V＝p2V2⑤由⑤式得p2＝eq\f(3V,V2)p0⑥由⑥式知，打開K3后活塞上升直到B的頂部為止；此時p2為p2′＝eq\f(3,2)p0.(3)設(shè)加熱后活塞下方氣體的壓強(qiáng)為p3，氣體溫度從T1＝300K升高到T2＝320K的等容過程中，由查理定律得eq\f(p2′,T1)＝eq\f(p3,T2)⑦將有關(guān)數(shù)據(jù)代入⑦式得p3＝1.6p0⑧[答案](1)eq\f(V,2)2p0(2)B的頂部(3)1.6p0圖表法是解決多對象、多過程問題最直觀的方法，能有效避免用規(guī)律代公式時張冠李戴，有兩個優(yōu)勢：1不同研究對象通過橋梁可以找到狀態(tài)參量之間的聯(lián)系；2同一研究對象質(zhì)量不變時，它的狀態(tài)變化才能用氣體實(shí)驗(yàn)定律列方程.做題時不一定列這么規(guī)范的表格，但一定要有表格中呈現(xiàn)的完整的思維活動.應(yīng)用氣體實(shí)驗(yàn)定律和理想氣體狀態(tài)方程解決問題時應(yīng)注意的問題：1分析確定所選研究對象狀態(tài)變化前后的狀態(tài)參量.2分析液柱或活塞受力，利用平衡條件或牛頓第二定律確定壓強(qiáng)關(guān)系.3氣體體積變化與氣體壓強(qiáng)變化的關(guān)系.4構(gòu)建物理模型：對于理想氣體，可以直接根據(jù)溫度的變化來確定內(nèi)能的變化.吸、放熱不能直接確定時，則要放在最后，根據(jù)熱力學(xué)第一定律來確定.必須指出的是，一般來說系統(tǒng)對外界做功，系統(tǒng)體積膨脹；外界對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)體積則被壓縮.但在某些特定條件下，例如氣體自由膨脹外界為真空時，氣體就沒有克服外力做功.另外，在判斷內(nèi)能變化時，還必須結(jié)合物態(tài)變化以及能的轉(zhuǎn)化與守恒來進(jìn)行.[熟練強(qiáng)化]1．(2017·全國卷Ⅲ)一種測量稀薄氣體壓強(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長為l，頂端封閉，K2上端與待測氣體連通；M下端經(jīng)橡皮軟管與充有水銀的容器R連通．開始測量時，M與K2相通；逐漸提升R，直到K2中水銀面與K1頂端等高，此時水銀已進(jìn)入K1，且K1中水銀面比頂端低h，如圖(b)所示．設(shè)測量過程中溫度、與K2相通的待測氣體的壓強(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ρ，重力加速度大小為g.求：(1)待測氣體的壓強(qiáng)；(2)該儀器能夠測量的最大壓強(qiáng)．[解析](1)水銀面上升至M的下端使玻璃泡中氣體恰好被封住，設(shè)此時被封閉的氣體的體積為V，壓強(qiáng)等于待測氣體的壓強(qiáng)p.提升R，直到K2中水銀面與K1頂端等高時，K1中水銀面比頂端低h；設(shè)此時封閉氣體的壓強(qiáng)為p1，體積為V1，則V＝V0＋eq\f(1,4)πd2l①V1＝eq\f(1,4)πd2h②由力學(xué)平衡條件得p1＝p＋ρgh③整個過程為等溫過程，由玻意耳定律得pV＝p1V1④聯(lián)立①②③④式得p＝eq\f(ρπg(shù)h2d2,4V0＋πd2l－h(huán))⑤(2)由題意知h≤l⑥聯(lián)立⑤⑥式有p≤eq\f(πρgl2d2,4V0)⑦該儀器能夠測量的最大壓強(qiáng)為pmax＝eq\f(πρgl2d2,4V0)⑧[答案](1)eq\f(ρπg(shù)h2d2,4V0＋πd2l－h(huán))(2)eq\f(πρgl2d2,4V0)2．(2017·全國卷Ⅱ)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個大氣壓、溫度T0時的密度為ρ0，該氣球內(nèi)、外的氣壓始終都為1個大氣壓，重力加速度大小為g.(1)求該熱氣球所受浮力的大?。?2)求該熱氣球內(nèi)空氣所受的重力；(3)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)設(shè)1個大氣壓下質(zhì)量為m的空氣在溫度為T0時的體積為V0，密度為ρ0＝eq\f(m,V0)①在溫度為T時的體積為VT，密度為ρ(T)＝eq\f(m,VT)②由蓋－呂薩克定律得eq\f(V0,T0)＝eq\f(VT,T)③聯(lián)立①②③式得ρ(T)＝ρ0eq\f(T0,T)④氣球所受到的浮力為f＝ρ(Tb)gV⑤聯(lián)立④⑤式得f＝Vgρ0eq\f(T0,Tb)⑥(2)氣球內(nèi)熱空氣所受的重力為G＝ρ(Ta)Vg⑦聯(lián)立④⑦式得G＝Vgρ0eq\f(T0,Ta)⑧(3)設(shè)該氣球還能托起的最大質(zhì)量為m，由力的平衡條件得mg＝f－G－m0g⑨聯(lián)立⑥⑧⑨式得m＝Vρ0T0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,Tb)－\f(1,Ta)))－m0⑩[答案](1)Vgρ0eq\f(T0,Tb)(2)Vgρ0eq\f(T0,Ta)(3)Vρ0T0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,Tb)－\f(1,Ta)))－m0高考題型預(yù)測——?dú)怏w實(shí)驗(yàn)定律與熱力學(xué)第一定律的組合[考點(diǎn)歸納]1．氣體實(shí)驗(yàn)定律2．熱力學(xué)第一定律公式ΔU＝Q＋W符號的規(guī)定[典題示例](2017·江西六校聯(lián)考)我國“蛟龍”號深海探測船載人下潛超過七千米，再創(chuàng)載人深潛新紀(jì)錄．在某次深潛實(shí)驗(yàn)中，“蛟龍”號探測到990m深處的海水溫度為280K．某同學(xué)利用該數(shù)據(jù)來研究氣體狀態(tài)隨海水深度的變化．如圖所示，導(dǎo)熱良好的汽缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的氣體，不計活塞的質(zhì)量和摩擦，汽缸所處海平面的溫度T0＝300K，壓強(qiáng)p0＝1atm，封閉氣體的體積V0＝3m3.如果將該汽缸下潛至990m深處，此過程中封閉氣體可視為理想氣體．(1)求990m深處封閉氣體的體積(1atm相當(dāng)于10m深的海水產(chǎn)生的壓強(qiáng))．(2)下潛過程中封閉氣體________(填“吸熱”或“放熱”)，傳遞的熱量________(填“大于”或“小于”)外界對氣體所做的功．[審題指導(dǎo)]第一步讀題干—提信息題干信息1)導(dǎo)熱良好說明氣體溫度與海水溫度一致2)封閉一定質(zhì)量的氣體說明不漏氣，質(zhì)量不變3)可視為理想氣體說明可用狀態(tài)方程求解第二步審程序—順?biāo)悸穂解析](1)當(dāng)汽缸下潛至990m時，設(shè)封閉氣體的壓強(qiáng)為p，溫度為T，體積為V，由題意可知p＝100atm①根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程得eq\f(p0V0,T0)＝eq\f(pV,T)②代入數(shù)據(jù)得V＝2.8×10－2m3(2)下潛過程中，封閉理想氣體溫度降低，內(nèi)能減少，體積減少，外界