迎战2012届高考物理一轮复习课件 专题19 热学综合

2020/6/152020/6/15本专题属于ⅠB模块，在高考中属于自选综合科目．主要讲述分子动理论、气体和热力学定律的相关基础知识．近年来，命题的热点集中在分子热运动、估算分子大小和数目、内能及其变化、有关气体实验定律和理想气体状态方程的应用等．高考题型有选择题、填空题、实验和计算题形式，难度中等．本专题复习中要熟练掌握以下几点：(1)分子动理论的基础知识；(2)用油膜法估测分子的大小；(3)物体的内能、热与功的相关概念及热力学第一定律；(4)气体实验定律和热力学定律的综合性问题．复习时要加深对气体参量与力学部分关系的理解与应用，特别是求气体的压强．2020/6/15例1、(2010湖北武汉模拟)已知地球的半径为6.4×103km，水的摩尔质量为1.8×10-2kg/mol，阿伏加德罗常数为6.02×1023mol，设想将1kg水均匀地分布在地球表面，估算1cm2的地球表面上分布的水分子数目约为()A．7×103个B．7×103个C．7×1010个D．7×1012个一、分子动理论问题2020/6/15本题考查阿伏加德罗常数的应用，解答时先要算出1kg水总的分子数，再计算。1kg水的分子N=,1cm2的分子数n=N=7×106,其中S0=4πR2。故选BANMm0SS2020/6/15本题通过计算1kg水的分子个数，体现固体、液体分子可看成紧密排列，忽略分子间空隙，而气体不行，分子间距较大．对于固体、液体分子大小时常采用球模型，而气体采用立方体模型．2020/6/15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，r表示在标准状态下水蒸气的密度，NA为阿伏加德罗常数，m、D分别表示每个水分子的质量和体积，下面是四个关系式：1243mVNAANANmANV2020/6/15其中正确的是：（）A.①和②B．①和③C．②和④D．①和④解析：气体分子间距离远大于分子大小，所以气体的体积远大于所有气体分子体积之和，所以②和④两式错误，①和③正确．选B2020/6/15(2010·全国Ⅰ)图1411为两分子系统的势能Ep与两分子间距离r的关系曲线．下列说法正确的是()A．当r大于r1时，分子间的作用力表现为引力B．当r小于r1时，分子间的作用力表现为斥力C．当r等于r2时，分子间的作用力为零D．在r由r1变到r2的过程中，分子间的作用力做负功图14-1-12020/6/15解析：分子间距等于r0时分子势能最小，即r1=r2.当r小于r1时分子力表现为斥力；当r大于r1小于r2时分子力表现为斥力；当r大于r2时分子力表现为引力，A错BC对．在r由r1变到r2的过程中，分子斥力做正功分子势能减小，D错误．2020/6/15例2、用隔板将一绝热容器隔成A和B两部分，A中盛有一定质量的理想气体，B为真空(如图1421①)．现把隔板抽去，A中的气体自动充满整个容器(如图1421②)，这个过程称为气体的自由膨胀．下列说法正确的是()二、气体状态与内能的变化2020/6/15图14-1-2A．自由膨胀过程中，气体分子只做定向运动B．自由膨胀前后，气体的压强不变C．自由膨胀前后，气体的温度不变D．容器中的气体在足够长的时间内，能全部自动回到A部分2020/6/15本题的难点是什么是自由膨胀，它是一个特殊的过程，气体自由膨胀时不受任何阻力，也没和别的物质接触，所以对外界不做功．解析：气体分子永不停息做无规则运动，故A错；自由膨胀后，气体对外做功W=0，容器绝热，其热传递能量Q=0，由热力学第一定律可知，其内能不变，但由于膨胀，压强减小，所以B错，C正确；涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故D错．答案为C。2020/6/15(2010·广东)图1422是密闭的气缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800J，同时气体向外界放热200J，缸内气体的()A．温度升高，内能增加600JB．温度升高，内能减少200JC．温度降低，内能增加600JD．温度降低，内能减少200J图14222020/6/15解析：由能量守恒，△E=Q+W=200J+800J=600J，内能增加600J，则温度一定升高。2020/6/15(2009·江苏)若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变，则在此过程中关于气泡中的气体，下列说法正确的是()A．气体分子间的作用力增大B．气体分子的平均速率增大C．气体分子的平均动能减小D．气体组成的系统的熵增加2020/6/15气泡从湖底上升到湖面的过程中，温度保持不变，内能不变，气体分子的平均动能不变，B、C错误；上升时压强减小，气体分子间的作用力减小，故A错误；体积增大无序性增加，D对．2020/6/15图1431例3、如图1431所示，在光滑的水平面上放一质量为M，内外壁均光滑的气缸，活塞质量为m，横截面积为S，外界大气压为P0，求(1)现对活塞施以水平向左的推力F，活塞与气缸无相对滑动时，气缸内气体的压强为多大？(2)若气缸固定不动，其他条件不变，则活塞的速度最大时，气缸内气体的压强为多大？三、气体压强的理解与计算2020/6/15我们应以活塞为受力分析的研究对象，气缸内气体对活塞的压力是其中之一，然后运用牛顿运动定律与压强的定义进行求解。解析：(1)设稳定时气体与活塞具有共同的加速度a向左匀速运动，此时气缸内气体的压强为p，对气缸和活塞分别受力分析，如下图所示，由牛顿第二定律列式得：2020/6/15气缸：pS-p0S=Ma①活塞：F+p0S-pS=ma②由①②两式求解得：p=p0+(2)活塞的速度最大时，加速度为零，设此时气缸内气体的压强为p1，则：活塞：p1S=F+p0S，求得：p1=p0+FS()MFMmS2020/6/15求解封闭的一定质量气体压强时，有两种方法：(1)当系统平衡时，可用平衡法求解；(2)当系统处于匀变速运动时，可用牛顿第二定律列式求解．2020/6/15(2009·浙江自选模块)一位质量为60kg的同学为了表演“轻功”，他用打气筒给4只相同的气球充以相等质量的空气(可视为理想气体)，然后将这4只气球以相同的方式放在水平放置的木板上，在气球的上方放置一轻质塑料板，如图1432所示．图14322020/6/15(1)关于气球内气体的压强，下列说法正确的是()A．大于大气压强B．是由于气体重力而产生的C．是由于气体分子之间的斥力而产生的D．是由于大量气体分子的碰撞而产生的(2)在这位同学慢慢站上轻质塑料板中间位置的过程中，球内气体温度可视为不变．下列说法正确的是()A．球内气体体积变大B．球内气体体积变小C．球内气体内能变大D．球内气体内能不变(3)为了估算气球内气体的压强，这位同学在气球的外表面涂上颜料，在轻质塑料板面和气球一侧表面贴上间距为2.0cm的方格纸．表演结束后，留下气球与方格纸接触部分的“印迹”如图1434所示．若表演时大气压强为1.013×105Pa，取g=10m/s2，则气球内气体的压强为多大？(取4位有效数字)2020/6/15图1434(1)根据题意与气体压强的微观解释可知应选AD；(2)这位同学慢慢站上轻质塑料板中间位置的过程中，气球体积一定变小，又由于球内气体温度可视为不变，则内能不变，选BD.(3)气球内气体的压强p=p0+=1.013×105Pa+0.040×105Pa=1.053105Pa.4mgS2020/6/15气体实验定律的图象问题图1441一定质量的理想气体经过一系列过程，如图14-41所示．下列说法中正确的是()A．a→b过程中，气体体积增大，压强减小B．b→c过程中，气体压强不变，体积增大C．c→a过程中，气体压强增大，体积变小D．c→a过程中，气体内能增大，体积不变2020/6/15本题考查了一定质量的理想气体的p-T图象，要明确在p—T图象中过原点的射线，是等容变化，且倾斜程度越大，体积越小．解析：a→b过程中，属于等温变化，从图象中可得压强减小，由=可知，k、T不变，气体体积增大，A正确；b→c过程中，气体压强不变，体积减小，B错误；c→a过程中，气体压强增大，体积不变，温度升高，内能增大，所以C错，D正确．答案：AD2020/6/15图象能直观形象地体现物理量的变化情况．在p—T、p—V和V—T图象中，不仅要熟悉基本知识，还要能掌握、应用图象分析气体三个状态参量的变化情况，尤其是第三者隐藏物理量的变化，同时结合理想气体状态方程、热力学定律进行求解．2020/6/15(2010·金华模拟)一定质量的理想气体其状态变化过程的p与V的关系如图1442所示，则该过程的p—T图象应选()图14422020/6/15p—V图象，a→b过程中，压强增大，体积增大，温度升高，在p—T图象，A图表示体积不变，A错；B图表示温度不变，则B错误；由理想气体状态方程得：=C，结合p与V的关系，V=k1p，代入上式得：T==kp2所以选C.pVTpVC2020/6/15例5、如图1451所示，一定量理想气体放在体积为V0的容器中，室温为T0=300K.有一光滑导热活塞C(不占体积)将容器分成A、B两室，B室的体积是A室的两倍，A室容器上连接有一U形管(U形管内气体的体积忽略不计)，两边水银柱高度差为76cm，右室容器中连接有一阀门K，可与大气相通．(外界大气压等于76cm汞柱)求：(1)将阀门K打开后，A室的体积变成多少？(2)打开阀门K后将容器内的气体从300K分别加热到400K和540K，U形管内两边水银面的高度差各为多少？图1451五、气体实验定律与理想气体状态方程的应用2020/6/15一定量的理想气体满足状态方程，一定要分析初末状态下的压强、体积和温度，变化中是否存在不变量，同时是否会出现临界状态或极限点．解析：(1)开始时，pA0=2大气压，VA0=V0/3打开阀门，A室气体等温变化，pA=1大气压，体积为VA00AAApVp023V=②①=T2=540K时，水银高度差为15.2cm00AAAApVpV　2020/6/15(2)从T0=300k升到T，体积为V0，压强为pA，等压过程001AVTV0030023VVT===450K③T1=400K＜450K，pA1=pA=p0，水银柱的高度差为0从T=450K升高到T2=540K为等容过程ApT22ApT=④2ATpT5401450=⑤=1.2大气压pA2=2T=540K时，水银高度差为15.2cm2020/6/15(2009·上海)如图1452所示，粗细均匀的弯曲玻璃管A、B两端开口，管内有一段水银柱，右管内气体柱长为39cm，中管内水银面与管口A之间气体柱长为40cm.先将口B封闭，再将左管竖直插入水银槽中，设整个过程温度不变，稳定后右管内水银面比中管内水银面高2cm，求：(1)稳定后右管内的气体压强p；(2)左管A端插入水银槽的深度h.(大气压强p0=76cmHg)图14522020/6/15(1)插入水银槽后右管内气体：p0l0=p(l0-△h/2)，所以p=78cmHg；(2)插入水银槽后左管压强：p′=p+g△h=80cmHg，左管内外水银面高度差h1==4cm，中、左管内气体p0l=p′l′，l′=38cm，左管插入水银槽深度h=l+△h/2-l′+h1=7cm.0ppg