2020高考物理二轮复习 600分冲刺 专题七 选考部分 第17讲 分子动理论 气体及热力学定律课件

专题整合突破第一部分专题七选考部分[要点解读]本讲考查的重点和热点：①对分子动理论内容的理解；②固、液、气三态的性质及其微观解释；③气体实验定律、气态方程的理解和应用；④热力学定律的理解和简单计算；⑤机械振动和机械波的综合问题；⑥光的折射和全反射。题型基本上都是拼盘式选择题和计算题的组合。[备考对策]由于本讲内容琐碎，考查点多，因此在复习中应注意抓好六大块知识：一是分子动理论；二是从微观角度分析固体、液体、气体的性质；三是气体实验三定律；四是热力学定律；五是机械振动和机械波；六是光的折射和全反射。以六块知识为主干，梳理出知识点，进行理解性记忆。第17讲分子动理论气体及热力学定律1体系认知感悟真题2聚焦热点备考通关3复习练案课时跟踪体系认知感悟真题热学热学•1．(2019·北京卷，15)下列说法正确的是()•A．温度标志着物体内大量分子热运动的剧烈程度•B．内能是物体中所有分子热运动所具有的动能的总和•C．气体压强仅与气体分子的平均动能有关•D．气体膨胀对外做功且温度降低，分子的平均动能可能不变•[解析]A对：温度是分子平均动能的量度(标志)。•B错：内能是物体内所有分子的分子动能和分子势能的总和。C错：气体压强不仅与分子的平均动能有关，还与分子的密集程度有关。D错：温度降低，则分子的平均动能变小。A•2．(2019·全国卷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。低于大于•(2)热等静压设备广泛应用于材料加工中。该设备工作时，先在室温下把惰性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中，然后炉腔升温，利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理，改善其性能。一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为0.13m3，炉腔抽真空后，在室温下用压缩机将10瓶氩气压入到炉腔中。已知每瓶氩气的容积为3.2×10－2m3，使用前瓶中气体压强为1.5×107Pa，使用后瓶中剩余气体压强为2.0×106Pa；室温温度为27℃。氩气可视为理想气体。•(ⅰ)求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强；•(ⅱ)将压入氩气后的炉腔加热到1227℃，求此时炉腔中气体的压强。•[答案](2)(ⅰ)3.2×107Pa(ⅱ)1.6×108Pa[解析](1)活塞光滑、容器绝热，容器内空气体积增大，对外做功，由ΔU＝W＋Q知，气体内能减少，温度降低。气体的压强与温度和单位体积内的分子数有关，由于容器内空气的温度低于外界温度，但压强相同，则容器中空气的密度大于外界空气的密度。(2)(ⅰ)设初始时每瓶气体的体积为V0，压强为p0；使用后气瓶中剩余气体的压强为p1。假设体积为V0、压强为p0的气体压强变为p1时，其体积膨胀为V1。由玻意耳定律p0V0＝p1V1①被压入进炉腔的气体在室温和p1条件下的体积为V1′＝V1－V0②设10瓶气体压入完成后炉腔中气体的压强为p2，体积为V2。由玻意耳定律p2V2＝10p1V1′③联立①②③式并代入题给数据得p2＝3.2×107Pa④(ⅱ)设加热前炉腔的温度为T0，加热后炉腔温度为T1，气体压强为p3。由查理定律p3T1＝p2T0⑤联立④⑤式并代入题给数据得p3＝1.6×108Pa⑥•3．(2019·全国卷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”)大于等于大于•(2)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。[答案](2)(ⅰ)12(p0＋p)(ⅱ)12p0＋14p4p0＋pV02p0＋p[解析](1)根据理想气体状态方程p1′V1′T1＝p2′V2′T2＝p3′V3′T3，可知T1＞T2，T2T3，T1＝T3；由于T1T2，状态1时气体分子热运动的平均动能大，热运动的平均速率大，分子密度相等，故单位面积的平均碰撞次数多，即N1N2；对于状态2、3，由于V3′V2′，故分子密度n3n2，T3T2，故状态3分子热运动的平均动能大，热运动的平均速率大，而且p2′＝p3′，因此状态2单位面积的平均碰撞次数多，即N2N3。(2)(ⅰ)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(ⅱ)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＝4p0＋pV02p0＋p⑧•4．(2019·全国卷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________________________。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，测出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•(2)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。已知大气压强为76cmHg，环境温度为296K。(ⅰ)求细管的长度；(ⅱ)若在倒置前，缓慢加热管内被密封的气体，直到水银柱的上表面恰好与管口平齐为止，求此时密封气体的温度。[答案](2)(ⅰ)41cm(ⅱ)312K•[解析](1)用油膜法估测分子直径时，需使油酸在水面上形成单分子层油膜，为使油酸尽可能地散开，将油酸用酒精稀释。根据V＝Sd，要求得分子的直径d，则需要测出油膜面积，以及一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积。这样需要测出一滴油酸酒精溶液的体积，其方法可用累积法，即1mL油酸酒精溶液的滴数。•(2)(ⅰ)设细管的长度为L，横截面的面积为S，水银柱高度为h；初始时，设水银柱上表面到管口的距离为h1，被密封气体的体积为V，压强为p；细管倒置时，气体体积为V1，压强为p1。由玻意耳定律有•pV＝p1V1①•由力的平衡条件有•p＝p0＋ρgh②•p1＝p0－ρgh③式中，ρ、g分别为水银的密度和重力加速度的大小，p0为大气压强。由题意有V＝S(L－h1－h)④V1＝S(L－h)⑤由①②③④⑤式和题给条件得L＝41cm⑥(ⅱ)设气体被加热前后的温度分别为T0和T，由盖—吕萨克定律有VT0＝V1T⑦由④⑤⑥⑦式和题给数据得T＝312K⑧•5．(多选)(2019·江苏13A)(1)在没有外界影响的情况下，密闭容器内的理想气体静置足够长时间后，该气体()•A．分子的无规则运动停息下来•B．每个分子的速度大小均相等•C．分子的平均动能保持不变•D．分子的密集程度保持不变CD•(2)由于水的表面张力，荷叶上的小水滴总是球形的。在小水滴表面层中，水分子之间的相互作用总体上表现为________(选填“引力”或“斥力”)。分子势能Ep和分子间距离r的关系图像如题图1所示，能总体上反映小水滴表面层中水分子Ep的是图中________(选填“A”“B”或“C”)的位置。引力(图1)C•(3)如题图2所示，一定质量理想气体经历A→B的等压过程，B→C的绝热过程(气体与外界无热量交换)，其中B→C过程中内能减少900J。求A→B→C过程中气体对外界做的总功。(图2)•[答案](3)1500J•[解析](1)A错：分子永不停息地做无规则热运动。B错：气体分子之间的碰撞是弹性碰撞，气体分子在频繁的碰撞中速度变化，每个分子的速度不断变化。C对：理想气体静置足够长的时间后达到热平衡，气体的温度不变，分子的平均动能不变。D对：气体体积不变，则分子的密集程度保持不变。•(2)水滴表面层使水滴具有收缩的趋势，因此水滴表面层中，水分子之间的作用力为引力；水分子之间引力和斥力相等时，分子间距r＝r0，分子势能最小；当分子间表现为引力时，分子间距离rr0，因此小水滴表面层中水分子Ep对应于位置C。•(3)A→B过程W1＝－p(VB－VA)•B→C过程，根据热力学第一定律W2＝ΔU•则对外界做的总功W＝－(W1＋W2)•代入数据得W＝1500J聚焦热点备考通关分子动理论、内能及热力学定律核心知识1．必须掌握的三个问题(1)必须掌握微观量估算的两个模型球模型：V＝43πR3(适用于估算液体、固体分子直径)立方体模型：V＝a3(适用于估算气体分子间距)•(2)必须明确反映分子运动规律的两个实例•①布朗运动：•研究对象：悬浮在液体或气体中的固体小颗粒•运动特点：无规则、永不停息•相关因素：颗粒大小、温度•②扩散现象•产生原因：分子永不停息的无规则运动•相关因素：温度•(3)必须弄清的分子力和分子势能•①分子力：分子间引力与斥力的合力。分子间距离增大，引力和斥力均减小；分子间距离减小，引力和斥力均增大，但斥力总比引力变化得快。•②分子势能：分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增大；当分子间距为r0(分子间的距离为r0时，分子间作用的合力为0)时，分子势能最小。•2．物体的内能与热力学定律•(1)物体内能变化的判定：温度变化引起分子平均动能的变化；体积变化，分子间的分子力做功，引起分子势能的变化。•(2)热力学第一定律•①公式：ΔU＝W＋Q•②符号规定：外界对系统做功，W0；系统对外界做功，W0。系统从外界吸收热量，Q0；系统向外界放出热量，Q0。系统内能增加，ΔU0；系统内能减少，ΔU0。•(3)热力学第二定律的表述：①热量不能自发地从低温物体传到高温物体(按热传递的方向性表述)。②不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响(按机械能和内能转化的方向性表述)。③第二类永动机是不可能制成的。•【典例1】(2019·通州区二模)分子动理论较好地解释了物质的宏观热力学性质。据此可判断，下列说法错误的是()•A．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•B．分子间的相互作用力随着分子间距离的增大，一定先减小后增大•C．分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大•D．在真空、高温条件下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素B典例探究•[解析]显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，属于布朗运动，反映了液体水分子运动的无规则性，故A正确；分子间的相互作用力从r＝0到r→∞处，先表现为斥力，逐渐减小，到r＝r0处减小到零；然后表现