专题十四--热学(2019高考物理一轮复习)

专题十四热学考情精解读A.考点帮·知识全通关目录CONTENTS考纲要求命题规律命题分析预测考点1分子动理论、内能考点2固体、液体和气体考点3热力学定律与能量守恒定律方法1微观量的求解方法方法2物体内能的求解方法方法3气体压强的计算方法B.方法帮·题型全突破C.考法帮·考向全扫描考向1分子动理论考向2气体、固体、液体的性质考向3热力学定律物理专题十四：热学方法4气体变质量问题的求解方法方法5气体实验定律及状态方程的应用方法方法6热力学定律与气体实验定律综合应用问题的求解方法考情精解读考纲要求命题规律命题分析预测物理专题十四：热学1.分子动理论的基本观点和实验依据Ⅰ2.阿伏加德罗常数Ⅰ3.气体分子运动速率的统计分布Ⅰ4.温度、内能Ⅰ5.固体的微观结构、晶体和非晶体Ⅰ6.液晶的微观结构Ⅰ7.液体的表面张力现象Ⅰ8.气体实验定律Ⅱ9.理想气体Ⅰ10.饱和蒸气、未饱和蒸气、饱和蒸气压Ⅰ11.相对湿度Ⅰ12.热力学第一定律Ⅰ13.能量守恒定律Ⅰ14.热力学第二定律Ⅰ15.单位制Ⅰ16.实验:用油膜法估测分子的大小考纲要求核心考点考题取样考向必究分子动理论、内能2017全国Ⅰ,T33(1)考查对气体分子速率有关图象的理解(考向1)固体、液体和气体2017全国Ⅰ,T33(2)2017全国Ⅱ,T33(2)考查玻意耳定律,查理定律等(考向2)考查气体实验定律及力的平衡(考向2)热力学定律与能量守恒定律2017全国Ⅲ,T33(1)2016全国Ⅰ,T33(1)考查理想气体状态方程,热力学第一定律等(考向3)考查热力学定律,气体及其相关知识点(考向3)命题规律本专题中分子动理论和热力学定律及气体状态方程的应用仍是高考命题的热点,题型以选择题和计算题为主命题分析预测A.考点帮·知识全通关考点1分子动理论、内能考点2固体、液体和气体考点3热力学定律与能量守恒定律物理专题十四：热学1.分子动理论(1)物体是由大量分子组成的①分子直径的数量级是10-10m,可以用油膜法测量分子的大小.②阿伏加德罗常数即1mol任何物质所含有的粒子数,NA=6.02×1023mol-1.(2)分子在做永不停息的无规则运动①扩散现象a.定义:不同物质能够彼此进入对方的现象.b.实质:不是外界作用引起的,也不是化学反应的结果,而是由自身物质分子的无规则运动产生的.c.特点:温度越高,扩散越快,气体、固体、液体都可以扩散,气体和液体扩散较快,固体扩散较慢.考点1分子动理论、内能②布朗运动与分子热运动的比较物理专题十四：热学布朗运动分子热运动活动主体固体小颗粒分子区别悬浮在液体中的固体微粒做永不停息的无规则运动,微粒越小运动越明显分子的运动,分子无论大小都做热运动共同点都是无规则运动,温度越高运动越剧烈联系布朗运动是由于微粒受液体分子无规则运动的撞击而产生的,布朗运动的无规则性间接反映了液体分子运动的无规则性(3)分子间的相互作用力分子间同时存在引力和斥力,均随分子间的距离增大而减小,但斥力比引力减小得更快.分子力是分子间引力和斥力的合力.2.内能(1)温度:一切达到热平衡的系统都具有相同的温度.(2)两种温标:摄氏温标和热力学温标(关系:T=t+273.15K).(3)分子动能①分子动能是分子热运动所具有的动能.②平均动能是所有分子热运动的动能的平均值,温度是分子热运动的平均动能的标志.③物体所含分子的总动能由两个因素决定:分子的平均动能(即物体的温度)和物体所含分子的数目.(4)分子势能①定义:由于分子间存在着分子力,所以分子组成的系统具有由分子间的相对位置决定的分子势能.②分子势能的决定因素微观上——决定于分子间距离;宏观上——与物体的体积有关.物理专题十四：热学(5)内能①物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和叫做物体的内能,内能是状态量.②对于给定的物体,其内能大小与物体的温度和体积有关.③物体的内能与物体的位置高低、速度大小无关.④决定内能的因素微观上:分子平均动能、分子势能、分子个数.宏观上:温度、体积、物质的量(摩尔数).物理专题十四：热学考点2固体、液体和气体1.固体种类特征比较晶体非晶体单晶体多晶体外形规则不规则不规则熔点确定确定不确定物理性质各向异性各向同性各向同性典型物质石英、云母、食盐、硫酸铜玻璃、蜂蜡、松香形成与转化有些物质在不同条件下能够形成不同的形态.同一种物质可以以晶体和非晶体两种不同的形态出现,在一定条件下晶体和非晶体可以相互转化2.液体(1)液体的表面张力①概念:作用在液体表面上的并使液体具有收缩趋势的一种力.②作用:如果在液体表面任意画一条线,线两侧的液体之间的作用力是引力,它的作用是使液体表面绷紧.③方向:表面张力跟液面相切,且跟这部分液面的分界线垂直.④大小:液体的温度越高,表面张力越小;液体中溶有杂质时,表面张力变小;液体的密度越大,表面张力越大.(2)毛细现象:浸润液体在细管中上升的现象,以及不浸润液体在细管中下降的现象,称为毛细现象.(3)液晶:液晶的光学性质与某些晶体相似,具有各向异性,又像液体一样具有流动性.3.气体(1)饱和汽与未饱和汽物理专题十四：热学①饱和汽:与液体处于动态平衡的蒸汽.②未饱和汽:没有达到饱和状态的蒸汽.(2)饱和汽压①定义:饱和汽所具有的压强叫做这种液体的饱和汽压.②特点:饱和汽压随温度升高而增大,与液体种类有关,与饱和汽的体积无关.(3)湿度①定义:空气的潮湿程度.②绝对湿度:空气中所含水蒸气的压强.③相对湿度:在某一温度下,空气中的水蒸气的实际压强与同一温度下水的饱和汽压之比.相对湿度=水蒸气的实际压强同温下水的饱和汽压×100%.4.理想气体(1)气体分子运动的特点物理专题十四：热学①分子很小,间距很大,除碰撞外不受力.②向各个方向运动的气体分子数目都相等.③分子做无规则运动,大量分子的速率按“中间多、两头少”的规律分布.④温度一定时,某种气体分子的速率分布是确定的,温度升高时,速率小的分子数减少,速率大的分子数增多,分子的平均速率增大,但不是每个分子的速率都增大.(2)气体的状态参量:压强、温度、体积①气体压强的微观意义:大量气体分子无规则运动碰撞器壁,形成对器壁各处均匀而持续的压力.气体压强在数值上等于作用在单位面积上的压力.②气体的温度意义:宏观上温度表示物体的冷热程度,微观上温度是分子平均动能的标志.③气体的体积:气体体积为气体分子所能达到的空间的体积,即气体充满容器的容积.国际单位:立方米,符号:m3,常用单位:升(L)、毫升(mL).物理专题十四：热学(3)理想气体状态方程①理想气体:在任何温度、任何压强下都严格遵从气体实验定律的气体.a.理想气体是一种经科学的抽象而建立的理想化模型,实际上不存在.b.理想气体不考虑分子间相互作用的分子力,不存在分子势能,内能等于分子的总动能,因此理想气体的内能只与气体的温度和质量有关,与气体的体积无关.c.实际气体特别是那些不易液化的气体在压强不太大,温度不太低时都可当成理想气体来处理.②一定质量的理想气体状态方程:𝑝1𝑉1𝑇1=𝑝2𝑉2𝑇2或𝑝𝑉𝑇=C(常量).物理专题十四：热学考点3热力学定律与能量守恒定律1.热力学第一定律(1)改变物体内能的两种方式:做功和热传递.(2)内容:一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和.(3)表达式:ΔU=Q+W,物体吸收热量时Q为正,反之为负,外界对物体做功W为正,反之为负.(4)第一类永动机:不消耗任何能量,却源源不断地对外做功的机器.违背能量守恒定律,因此不可能实现.2.热力学第二定律(1)热力学第二定律的三种表述①克劳修斯表述:热量不能自发地从低温物体传到高温物体.②开尔文表述:不可能从单一热源吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响.或表述为“第二类永动机是不可能制成的.”③熵增加原理(用熵的概念表示热力学第二定律):在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减小.(2)热力学第二定律的微观意义一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行.(3)第二类永动机:从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功,而不引起其他变化的机器.第二类永动机违背热力学第二定律,不可能实现.3.能量守恒定律能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化或转移的过程中其总量不变.物理专题十四：热学B.方法帮·题型全突破方法1微观量的求解方法方法2物体内能的求解方法方法3气体压强的计算方法方法4气体变质量问题的求解方法方法5气体实验定律及状态方程的应用方法方法6热力学定律与气体实验定律综合应用问题的求解方法物理专题十四：热学方法1微观量的求解方法方法解读：1.通过阿伏加德罗常数计算分子的大小(1)分子的大小、分子体积、分子质量属微观量,直接测量它们的数值非常困难,可以借助较易测量的宏观量结合摩尔体积、摩尔质量等来估算这些微观量,其中阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁和纽带.具体关系如下.①分子质量m0=𝑀𝑁A=𝜌𝑉m𝑁A.②分子体积V0=𝑉m𝑁A=𝑀𝜌𝑁A.③物体所含的分子数n=𝑉𝑉mNA=𝑚𝜌𝑉mNA或n=𝑚𝑀NA=𝜌𝑉𝑀NA.(2)建立合适的物理模型,将复杂问题简单化,通常把固体、液体分子模拟为球体或小立方体.气体分子所占据的空间则建立立方体模型.物质有固态、液态和气态三种情况,不同物态下应将分子看成不同的模型.方法1微观量的求解方法①可以认为固体、液体分子一个一个紧密排列,将分子看成球形或立方体,如图甲、乙所示,分子间距等于小球的直径或立方体的棱长,所以d=6V𝜋3(球体模型)或d=𝑉3(立方体模型).②气体分子不是一个一个紧密排列的,它们之间的距离很大,所以气体分子的大小不等于分子所占有的平均空间.如图丙所示,此时每个分子占有的空间视为棱长为d的立方体,所以d=𝑉3.方法1微观量的求解方法2.用油膜法估测分子大小将油酸分子抽象成都是直立在水面上的,当油酸在足够大水面上尽可能散开后将其看成单分子油膜,单分子油膜的厚度等于油酸分子的直径.根据配制的油酸酒精溶液的浓度,算出一滴溶液中纯油酸的体积V,测出这滴溶液形成薄膜的面积S,即可算出油酸的厚度d=𝑉𝑆,即油酸分子的直径.注意:(1)油酸酒精溶液配制后长时间放置,溶液的浓度容易改变,会给实验带来较大误差.(2)利用坐标纸小格子数计算轮廓面积时,轮廓的不规则性容易带来计算误差.为减小误差,不足半个格子的舍去,多于半个格子的算一个.方格边长的单位越小,计算出的面积越精确.题型1两种分子模型考法示例1[多选]若以μ表示水的摩尔质量,V表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积,ρ表示在标准状态下水蒸气的密度,NA表示阿伏加德罗常数,m0、V0分别表示每个水分子的质量和体积,下面关系正确的有A.NA=𝜌𝑉𝑚0B.ρ=𝜇𝑁𝐴𝑉0C.ρ𝜇𝑁𝐴𝑉0D.m0=𝜇𝑁𝐴解析由于μ=ρV,则NA=𝜇𝑚0=𝜌𝑉𝑚0,得m0=𝜇𝑁𝐴,故A、D选项正确.由于分子之间有空隙,所以NAV0V,水蒸气的密度为ρ=𝜇𝑉𝜇𝑁𝐴𝑉0,故B选项错误,C选项正确.答案ACD物理专题十四：热学题型2油膜法测分子直径考法示例2在“用单分子油膜法估测分子大小”实验中,(1)某同学操作步骤如下:①取一定量的无水酒精和油酸,制成一定浓度的油酸酒精溶液;②在量筒中滴入一滴该溶液,测出它的体积;③在“浅盘”内盛一定量的水,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定;④在“浅盘”上覆盖透明玻璃,描出油膜形状,用透明方格纸测量油膜的面积.改正其中的错误:.(2)若油酸酒精溶液体积浓度为0.10%,一滴溶液的体积为4.8×10-3mL,其形成的油膜面积为40cm2,则估测出油酸分子的直径为m.物理专题十四：热学解析(1)②由于一滴溶液的体积太小,直接测量时相对误差太大,应用微小量累积法减小测量误差,故可在量筒内滴入N滴该溶液,测出它的体积.③液面上不撒痱子粉或石膏粉时,滴入的油酸酒精溶液在酒精挥发后剩余的油膜不