2020届高考物理艺考生大二轮总复习 上篇 专题七 选修模块 第1讲 分子动理论、气体及热力学定律课

专题七选修模块第1讲分子动理论、气体及热力学定律高考总复习大二轮物理三年考情分析高考命题规律三年考题考查内容核心素养Ⅰ卷33T气体的性质、热力学定律科学思维Ⅱ卷33Tp－V图像，理想气体状态方程物理观念、科学思维2019Ⅲ卷33T油膜法估算分子大小，气体性质科学思维本专题主要考查：(1)分子动理论的相关内容，涉及分子力、分子力做功、分子势能变化、布朗运动、扩散现象，考查记忆能力和简单的推导能力．Ⅰ卷33T气体实验定律、热力学第一定律科学思维Ⅱ卷33T内能、气体实验定律物理观念、科学思维2018Ⅲ卷33T气体实验定律、热力学第一定律物理观念、科学思维(2)结合汽缸、液柱、热力学图像考查涉及气体作用力的平衡问题及理想气体状态方程的应用，侧重考查学生的综合分析推理能力．Ⅰ卷33T分子动理论、气体实验定律科学思维Ⅱ卷33T气体实验定律、热力学第一定律科学思维2017Ⅲ卷33T热力学第一定律、气体实验定律科学思维(3)热力学定律与气体实验定律相结合考查学生的物理观念、科学思维等核心素养.考向一热学基础知识[知识必备]——提核心通技法1．分子动理论和内能2．两种微观模型(1)球体模型(适用于固体、液体)：一个分子的体积V0＝43πd23＝16πd3，d为分子的直径．(2)立方体模型(适用于气体)：一个分子占据的平均空间V0＝d3，d为分子间的距离．3．固体、液体和气体4．热力学第一定律公式ΔU＝Q＋W符号的规定物理量功W热量Q内能的改变ΔU取正值“＋”外界对物体做功物体从外界吸收热量物体的内能增加取负值“－”物体对外界做功物体向外界放出热量物体的内能减少5.热力学第二定律的两种表述(1)不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化．(2)不可能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．[跟进题组]——练考题提能力[题组一]分子动理论、内能及热力学定律1．正误判断(1)液体温度越高，布朗运动会越激烈．(√)(2)显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这反映了液体分子运动的无规则性．(√)(3)悬浮在空气中做布朗运动的PM2.5微粒，气温越高，运动越剧烈．(√)(4)扩散现象不仅能发生在气体和液体中，固体中也可以．(√)(5)将一个分子从无穷远处无限靠近另一个分子，则这两个分子间的分子力先增大后减小最后再增大．(√)(6)当分子间距离增大时，分子间的引力减小，斥力增大．(×)(7)若两分子间距离减小，分子间斥力增大，引力减小，合力为斥力．(×)(8)当两分子间距离大于平衡位置的间距r0时，分子间的距离越大，分子势能越小．(×)(9)只要知道水的摩尔质量和水分子的质量，就可以计算出阿伏加德罗常数．(√)(10)用阿伏加德罗常数和某种气体的密度，就可以求出该种气体的分子质量．(×)(11)只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，就可以算出该气体分子的体积．(×)(12)一定质量的100℃的水吸收热量后变成100℃的水蒸气，则吸收的热量大于增加的内能．(√)(13)外界对系统做功，其内能一定增加．(×)(14)一定质量的理想气体发生绝热膨胀时，其内能不变．(×)(15)一定质量的理想气体，在等压膨胀过程中，气体分子的平均动能增大．(√)(16)热量能够自发地从高温物体传导到低温物体，但不能自发地从低温物体传导到高温物体．(√)(17)自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的．(√)(18)热量不可以自发地从低温物体传递到高温物体，是因为违背了热力学第一定律．(×)(19)“第一类永动机”不可能制成，是因为它违反了能量守恒定律．(√)(20)“第二类永动机”不可能制成是因为它违反了能量守恒定律．(×)2．(2019·全国Ⅲ，33(1))用油膜法估算分子大小的实验中，首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是________________________．实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积，可以____________________________________．为得到油酸分子的直径，还需测量的物理量是__________________________．解析：本题考查了用油膜法估算分子大小的实验内容，突出了实验的操作、分析、探究能力的考查，体现了核心素养中科学探究、科学态度要素，体现了劳动实践、科学探索的价值观．用油膜法估算分子大小，是用油膜厚度代表油酸分子的直径，所以要使油酸分子在水面上形成单分子层油膜；因为一滴溶液的体积很小，不能准确测量，故需测量较多滴的油酸酒精溶液的总体积，再除以滴数得到单滴溶液的体积，进而得到一滴溶液中纯油酸的体积；因为本题中油酸体积等于厚度乘面积，故测厚度不仅需要测量一滴溶液的体积，还需要测量单分子层油膜的面积．答案：使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中，测1mL油酸酒精溶液的滴数，得到一滴溶液中纯油酸的体积单分子层油膜的面积[题组二]固体、液体和气体3．正误判断(1)大颗粒的盐磨成了细盐，就变成了非晶体．(×)(2)单晶体的某些物理性质具有各向异性，而多晶体和非晶体是各向同性的．(√)(3)单晶体和多晶体都有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点．(√)(4)晶体在各个方向上的异热性能相同时，表现为各向同性．(√)(5)单晶体的物理性质具有各向异性．(√)(6)太空中水滴成球形，是液体表面张力作用的结果．(√)(7)液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部．(×)(8)液体表面的分子距离大于分子间的平衡距离，使得液面有表面张力．(√)(9)叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用．(√)(10)液晶具有液体的流动性，同时具有晶体的各向异性特征．(√)(11)液晶显示器是利用了液晶对光具有各向异性的特点．(√)(12)当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大．(×)(13)空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近同温度水的饱和汽压，水蒸发越快．(×)(14)用热针尖接触金属表面的石蜡，熔化区域呈圆形，这是晶体各向异性的表现．(×)(15)漂浮在热菜汤表面上的油滴，从上面观察是圆形的，是因为油滴液体呈各向同性的缘故．(×)(16)雨水没有透过布雨伞是因为液体分子表面张力的原因．(√)(17)在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零．(×)(18)压强变大时，分子间的平均距离必然变小．(×)(19)当人们感到干燥时，空气的相对湿度一定较小．(√)(20)影响蒸发快慢以及影响人们对干爽与潮湿感受的因素是空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压的差距．(√)4．(2019·课标Ⅰ，33(1))某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体，初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界．现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同．此时，容器中空气的温度________(填“高于”“低于”或“等于”)外界温度，容器中空气的密度________(填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度．解析：本题通过理想气体状态变化过程考查了热力学定律与能量守恒定律，以及学生的综合分析与计算能力，体现了科学推理的核心素养要素．由题意可知，封闭气体经历了绝热膨胀的过程，此过程中气体对外界做功，W＜0，与外界的热交换为零，即Q＝0，则由热力学第一定律可知气体内能降低，而一定质量理想气体的内能只与温度有关，故其温度降低，即容器中空气的温度低于外界温度．由于此时容器中空气压强与外界相同，而温度低于外界温度，若假设容器中空气经历等压升温过程而达到与外界相同状态，由pVT＝C可知其体积必然膨胀，则升温后的容器中空气密度必然比假设的等压升温过程前密度小，而假设的等压升温过程后容器中空气的密度等于外界空气密度，故此时容器中空气的密度大于外界空气的密度．答案：低于大于5．(2019·全国Ⅱ，33(1))如p－V图所示，1、2、3三个点代表某容器中一定量理想气体的三个不同状态，对应的温度分别是T1、T2、T3.用N1、N2、N3分别表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数，则N1________N2，T1________T3，N2________N3.(填“大于”“小于”或“等于”)解析：由理想气体状态方程可得2p1V1T1＝p1V1T2＝p1·2V1T3，可知T1＝T3＞T2.由状态1到状态2，气体压强减小，气体体积相同，温度降低，则气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数减少，N1＞N2.对状态2和状态3，压强相同，温度大的次数少，则N3＜N2.答案：大于等于大于考向二气体实验定理和理想气体状态方程[知识必备]——提核心通技法[三类常考模型]“汽缸－活塞”模型[典题例析]——析典题学通法[例1](2019·全国Ⅱ，33(2)T)如图，一容器由横截面积分别为2S和S的两个汽缸连通而成，容器平放在水平地面上，汽缸内壁光滑．整个容器被通过刚性杆连接的两活塞分隔成三部分，分别充有氢气、空气和氮气．平衡时，氮气的压强和体积分别为p0和V0，氢气的体积为2V0，空气的压强为p.现缓慢地将中部的空气全部抽出，抽气过程中氢气和氮气的温度保持不变，活塞没有到达两汽缸的连接处，求(ⅰ)抽气前氢气的压强；(ⅱ)抽气后氢气的压强和体积．[审题指导]①准确写出活塞的平衡方程．②准确写出两部分气体的体积变化关系．[解析]本题考查气体的性质，是对学生综合分析能力要求较高的题目，也是对学生科学推理素养的考查．(1)设抽气前氢气的压强为p10，根据力的平衡条件得(p10－p)·2S＝(p0－p)·S①得p10＝12(p0＋p)②(2)设抽气后氢气的压强和体积分别为p1和V1，氮气的压强和体积分别为p2和V2.根据力的平衡条件有p2·S＝p1·2S③由玻意耳定律得p1V1＝p10·2V0④p2V2＝p0V0⑤由于两活塞用刚性杆连接，故V1－2V0＝2(V0－V2)⑥联立②③④⑤⑥式解得p1＝12p0＋14p⑦V1＝4p0＋pV02p0＋p⑧[答案](1)12(p0＋p)(2)12p0＋14p，4p0＋pV02p0＋p[跟进题组]——练考题提能力1.(2020·东北三省四市模拟)如图所示，两竖直且正对放置的导热汽缸底部由细管道(体积忽略不计)连通，两活塞a、b用刚性轻杆相连，可在两汽缸内无摩擦地移动．上下两活塞(厚度不计)的横截面积分别为S1＝10cm2、S2＝20cm2，两活塞总质量为M＝5kg，两汽缸高度均为H＝10cm.汽缸内封闭有一定质量的理想气体，系统平衡时，活塞a、b到汽缸底部距离均为l＝5cm(图中未标出)．已知大气压强为p0＝1.0×105Pa，环境温度为T0＝300K，重力加速度g取10m/s2.(1)若缓慢升高环境温度，使活塞缓慢移到一侧汽缸的底部，求此时的环境温度；(2)若保持温度不变，用竖直向下的力缓慢推活塞b，在活塞b由开始运动到汽缸底部过程中，求向下推力的最大值．解析：(1)汽缸内气体压强不变，温度升高，气体体积变大，故活塞向上移动，由盖—吕萨克定律得：lS1＋lS2T0＝HS2T代入数据得：T＝400K.(2)设初始气体压强为p1，由平衡条件有：p0S1＋p1S2＝Mg＋p0S2＋p1S1代入数据得：p1＝1.5×105Pa由题意知，活塞b刚要到达汽缸底部时，向下的推力最大，此时气体的体积为HS1，设压强为p2由玻意耳定律得：p1(lS1＋lS2)＝p2HS1代入数据得：p2＝2.25×105Pa由平衡条件有：p0S1＋p2S2＝Mg＋p0S2＋p2S1＋F代入数据得：F＝75N.答案：(1)400K(2)75N“液柱”类模型[典题例析]——析典题学通法[例2](2019·全国Ⅲ，33(2)T)如图，一粗细均匀的细管开口向上竖直放置，管内有一段高度为2.0cm的水银柱，水银柱下密封了一定量的理想气体，水银柱上表面到管口的距离为2.0cm.若将细管倒置，水银柱下表面恰好位于管口处，且无水银滴落，管内气体温度与环境温度相同．已知