（江苏专用）2020版高考物理二轮复习 专题七 第一讲 分子动理论 气体及热力学定律课件

专题七选考模块第一讲分子动理论气体及热力学定律考点一分子动理论内能及热力学定律(一)理清知识体系(二)突破三个要点1．估算问题(1)油膜法估算分子直径：d＝VSV为纯油酸体积，S为单分子油膜面积(2)分子总数：N＝nNA＝mMm·NA＝VVmNA[注意]对气体而言，N≠VV个。(3)两种模型：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．反映分子运动规律的两个实例布朗运动①研究对象：悬浮在液体或气体中的固体小颗粒②运动特点：无规则、永不停息③相关因素：颗粒大小、温度扩散现象①产生原因：分子永不停息的无规则运动②相关因素：温度3．热力学第一定律的理解和应用(1)定性判断。利用题中的条件和符号法则对W、Q、ΔU中的其中两个量做出准确的符号判断，然后利用ΔU＝W＋Q对第三个量做出判断。(2)定量计算。一般计算等压变化过程的功，即W＝p·ΔV，然后结合其他条件，利用ΔU＝W＋Q进行相关计算。(3)注意符号正负的规定。若研究对象为气体，对气体做功的正负由气体体积的变化决定。气体体积增大，气体对外界做功，W0；气体的体积减小，外界对气体做功，W0。[综合训练](1)下列说法中正确的有________。A．分子力减小时，分子势能可能增大B．布朗运动是由固体颗粒中分子间碰撞的不平衡引起的C．空气流动得越快，分子热运动的平均动能越大D．液体分子间的相互作用力比固体分子间的作用力要小(2)如图所示，一定质量的理想气体在状态A时压强为p0，经历从状态A→B→C→A的过程。则气体在状态C时压强为________；从状态C到状态A的过程中，气体的内能增加为ΔU，则气体吸收的热量为________。(3)真空电阻蒸发镀膜是在真空室中利用电阻加热，将紧贴在电阻丝上的金属丝(铝丝)熔融汽化，汽化了的金属分子沉积于基片上形成均匀膜层。在一块面积为S的方形基片上形成共有k层铝分子组成的镀膜，铝膜的质量为m。已知铝的摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA。①求基片上每层铝分子单位面积内的分子数n；②真空气泵将真空室中的气体压强从p0＝1.0×105Pa减小到p1＝1.0×10－4Pa，设抽气后真空室中气体温度与抽气前相同，求抽气前后真空室中气体分子数之比。解析：(1)当分子间距大于r0时，分子力表现为引力，增大间距，分子力减小，分子力做负功，分子势能增大，A项正确；布朗运动是悬浮微粒的运动，是固体颗粒受到液体或气体分子碰撞的不平衡引起的，B项错误；分子热运动的平均动能仅与温度有关，C项错误；固体有固定的形状，液体没有固定的形状，可以流动，所以液体分子间的相互作用力比固体分子间的作用力要小，D项正确。(2)根据理想气体状态方程：pVT＝C，可得：V＝CpT，所以V­T图中过原点的直线表示等压变化，所以从C到A过程是等压变化，pC＝pA＝p0；从状态C到状态A的过程中，外界对气体做功W＝－p0·ΔV＝－2p0V0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，整理得吸收热量：Q＝ΔU－W＝ΔU＋2p0V0。(3)①基片上铝分子的总数为mMNA＝nkS，解得n＝mMkSNA。②设真空室中原来气体的体积为V0，经过等温变化后这部分气体的体积为V1，根据玻意耳定律有p0V0＝p1V1，设抽气前和抽气后真空室内气体分子数分别为n0、n1，则n0n1＝V1V0＝p0p1＝109。答案：(1)AD(2)p0ΔU＋2p0V0(3)①mMkSNA②109考点二固体、液体和气体(一)理清知识体系(二)理解三个问题1．对晶体、非晶体特性的理解(1)只有单晶体，才可能具有各向异性。(2)各种晶体都具有固定熔点，晶体熔化时，温度不变，吸收的热量全部用于分子势能的增加。(3)晶体与非晶体可以相互转化。(4)有些晶体属于同素异形体，如金刚石和石墨。2．正确理解温度的微含义(1)温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能越大。(2)温度越高，物体分子动能总和越大，但物体的内能不一定越大。3．对气体压强的理解(1)气体对容器壁的压强是气体分子频繁碰撞的结果，温度越高，气体分子密度越大，气体对容器壁因碰撞而产生的压强就越大。(2)地球表面大气压强可认为是大气重力产生的。[综合训练](1)下列说法中正确的有________。A．乙醚液体蒸发为气体的过程中分子势能变大B．一定质量的理想气体，体积不变时压强和摄氏温度成正比C．当液面上方的蒸汽达到饱和状态后，液体分子不会从液面飞出D．用油膜法测油酸分子直径时，认为油酸薄膜厚度等于油酸分子直径(2)图甲是岩盐晶体的平面结构，图中等长线段AA1、BB1上微粒的数目不同，由此可知，晶体具有________(选填“各向同性”或“各向异性”)的性质。图乙中液体表面层内分子间距离大于分子平衡距离r0，因此表面层内分子间作用力表现为________。(3)在大气中，空气团运动时经过各气层的时间很短，因此，运动过程中空气团与周围空气热量交换极少，可看作绝热过程。潮湿空气团在山的迎风坡上升时，水汽凝结成云，到山顶后变得干燥，然后沿着背风坡下降时升温，气象上称这股干热的气流为焚风。①空气团在山的迎风坡上升时温度降低，试说明其原因？②设空气团的内能U与温度T满足U＝CT(C为一常数)，空气团沿着背风坡下降过程中，外界对空气团做的功为W，求此过程中空气团升高的温度ΔT。解析：(1)蒸发过程中乙醚分子要克服分子间的引力做功，分子势能增加，故A项正确；根据pVT＝C可知，一定质量的理想气体，体积不变时压强和热力学温度成正比，选项B错误；当液面上方的蒸汽达到饱和状态后，进入液体和从液面飞出的分子数相等，选项C错误；用油膜法测油酸分子直径时，认为油酸薄膜厚度等于油酸分子直径，选项D正确。(2)题图甲是岩盐晶体的平面结构，图中等长线段AA1、BB1上微粒的数目不同，由此可知，晶体具有各向异性的性质。题图乙中液体表面层内分子间距离大于分子平衡距离r0，因此表面层内分子间作用力表现为引力。(3)①空气团在山的迎风坡上升时，空气压强变小，气团绝热膨胀，对外做功，温度降低。②根据U＝CT得ΔU＝CΔT①由热力学第一定律得ΔU＝Q＋W②Q＝0③联立①②③解得ΔT＝WC。答案：(1)AD(2)各向异性引力(3)①在山的迎风坡上升时，空气压强变小，气团绝热膨胀，对外做功，温度降低。②WC考点三气体实验定律和理想气体状态方程(一)理清知识体系(二)掌握两个要点1．应用气体实验定律的解题思路(1)选择对象——即某一定质量的理想气体；(2)找出参量——气体在始、末状态的参量：p1、V1、T1及p2、V2、T2；(3)认识过程——认清变化过程是正确选用物理规律的前提；(4)列出方程——选用某一实验定律或状态方程，代入具体数值求解，并讨论结果的合理性。2．牢记以下几个结论(1)热量不能自发地由低温物体传递给高温物体；(2)气体压强是由气体分子频繁地碰撞器壁产生的，压强大小与分子热运动的剧烈程度和分子密集程度有关；(3)做功和热传递都可以改变物体的内能，理想气体的内能只与温度有关；(4)温度变化时，意味着物体内分子的平均动能随之变化，并非物体内每个分子的动能都随之发生同样的变化。[综合训练](2019·如皋期末)(1)下列说法中正确的是__________。A．雨水不能透过布雨伞是因为液体表面存在张力B．分子间的距离r增大，分子间的作用力做负功，分子势能增大C．气体自发地扩散运动，说明分子是永不停息地运动的D．悬浮在液体中的微粒越大，布朗运动越明显(2)氙气灯在亮度、耗能及寿命上都比传统灯有优越性。已知某轿车的氙气灯泡的容积为V，其内部氙气的密度为ρ，氙气摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，则灯泡中氙气分子的总个数为________，灯泡点亮后其内部压强将_________(填“增大”“减小”或“不变”)。(3)一定质量的理想气体由状态A经状态B变化到C的p­V图像如图所示。①若已知在A状态时，理想气体的温度为27℃，求处于B状态时气体的摄氏温度。②从A状态变化到C状态气体是吸热还是放热？并求出吸收或放出的热量的数值。(已知1atm＝1×105Pa)解析：(1)由于液体表面存在张力，雨水不能透过布雨伞，故A项正确；当分子间距离小于平衡距离时，分子力表现为斥力，随着分子间距离的增大，分子力做正功，分子势能减少；当分子间距离大于平衡距离时，分子力表现为引力，随着分子间距离的增大，分子力做负功，分子势能增加，故B项错误；气体自发地扩散运动说明气体分子在做永不停息的无规则热运动，故C项正确；悬浮在液体中的微粒越大，在某一瞬间无规则撞击它的液体分子数越多，抵消越多，布朗运动越不明显，故D项错误。(2)氙气物质的量n＝mM＝ρVM，灯泡中氙气分子的总个数N＝nNA＝ρVMNA。灯泡点亮后，气体的体积不变，温度升高，根据查理定律知，气体的压强增大。(3)①由理想气体的状态方程可得pAVATA＝pBVBTB解得TB＝43TA＝400K所以B状态时气体的温度tB＝(400－273)℃＝127℃。②由理想气体的状态方程可得pAVATA＝pCVCTC则TC＝TA，从状态A到状态C的内能变化ΔU＝0从状态A到状态C体积增大，对外做功，且p­V图像中图线与横轴围成的面积即为对外做的功，则外界对气体做的功W＝－12(3×105＋1×105)×2×10－3J＝－400J据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，解得：Q＝400J故从A状态变化到C状态气体是吸热，吸收的热量是400J。答案：(1)AC(2)ρVMNA增大(3)①127℃②吸热400J1．(2019·江苏高考)(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(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。(3)如图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。解析：(1)分子永不停息地做无规则运动，A错误；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，每个分子的速度大小不可能相等，B错误；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，气体体积不变，则分子的密集程度保持不变，故C、D正确。(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相互作用总体上表示为引力；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。答案：(1)CD(2)引力C(3)1500J2．(2018·江苏高考)(1)如图1所示，一支温度计的玻璃泡外包着纱布，纱布的下端浸在水中。纱布中的水在蒸发时带走热量，使温度计示数低于周围空气温度。空气温度不变，若一段时间后发现该温度计示数减小，则________。A．空气的相对湿度减小B．空气中水蒸气的压强增大C．空气中水的饱和汽压减小D．空气中水的饱和汽压增大(2)一定量的氧气贮存在密封容器中，在T1和T2温度下其分子速率分布的情况见下表。则T1________(选填“大于”“小于”或“等于”)T2。若约10%的氧气从容器中泄漏，泄漏前后容器内温度均为T1，则在泄漏后的容器中，速率处于400～500m/s区间的氧气分子数占总分子数的百分比________(选填“大于”“小于”或“等于”)18.6%。各速率区间的分子数占总分子数的