1、专题15 分子动理论 气体及热力学定律一、分子动理论和内能及热力学定律1.估算问题(1)油膜法估算分子直径:d=(V为纯油酸体积,S为单分子油膜面积)。(2)分子总数:N=nNA=NA=NA(注:对气体而言,N)。(3)两种模型:球模型V=R3(适于估算液体、固体分子直径)和立方体模型V=a3(适于估算气体分子间距)。2.反映分子运动规律的两个实例(1)布朗运动(悬浮在液体或气体中的固体小颗粒做无规则、永不停息的运动,与颗粒大小、温度有关)。(2)扩散现象(产生原因是分子永不停息地做无规则运动,与温度有关)。3.对热力学定律的理解(1)改变物体内能的方式有两种,只叙述一种改变方式是无法确定内能
2、变化的。(2)热力学第一定律U=Q+W中W和Q的符号可以这样确定:只要此项改变是对内能增加有正贡献的就为正。(3)对热力学第二定律的理解:热量可以由低温物体传到高温物体,也可以从单一热源吸收热量全部转化为功,但这些过程不可能自发进行而不产生其他影响。二、固体、液体和气体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增加分子势能。(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.正确理解温度的微观含义(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
3、,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器壁的结果,温度越高,气体分子平均动能越大,单位时间撞击器壁的分子数越多,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由大气重力产生的。三、气体实验定律和理想气体状态方程分子动理论及热力学定律考点1本考点是近几年高考的热点,题型为选择题。经常涉及的考查重点包括:(1)布朗运动、分子热运动与温度的关系。(2)分子力、分子势能与分子间距离的关系及分子势能与分子力做功的关系。(3)热力学第一定律的应用。(4)热力学第二定律的几种表述。1.(2018全国卷)对于实际的气
4、体,下列说法正确的是。A.气体的内能包括气体分子的重力势能B.气体的内能包括气体分子之间相互作用的势能C.气体的内能包括气体整体运动的动能D.气体的体积变化时,其内能可能不变E.气体的内能包括气体分子热运动的动能1.(2018河北一测)下列选项正确的是。A.液体温度越高,悬浮颗粒越小,布朗运动越剧烈B.布朗运动是指悬浮在液体中固体颗粒的分子的无规则运动C.液体中的扩散现象是由液体的对流形成的D.扩散现象是由物质分子无规则运动产生的E.当分子间距离增大时,分子间的引力和斥力都减小2.(2018成都模拟)关于气体的内能,下列说法正确的是。A.质量和温度都相同的气体,内能一定相同B.理想气体温度不变
5、,整体运动速度越大,其内能越大C.气体被压缩时,内能可能不变D.一定量的某种理想气体的内能只与温度有关E.一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中,内能一定增加固体、液体和气体考点2高考常以选择题的形式来考查气体、固体和液体的性质。重点考查相对湿度、饱和汽压、晶体和非晶体、表面张力和液晶等知识。2.(2018衡水模拟)以下对固体和液体的认识,正确的有。A.烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面,熔化的蜂蜡呈椭圆形,说明蜂蜡是晶体B.液体与固体接触时,如果附着层内分子比液体内部分子稀疏,表现为不浸润C.影响蒸发快慢以及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气温下水的饱和汽压的差距D.液
6、体汽化时吸收的热量等于液体分子克服分子引力而做的功E.车轮在潮湿的地面上滚过后,车辙中会渗出水,属于毛细现象3.(2018苏州调研)下列说法中正确的是。A.高原地区水的沸点较低,这是因为高原地区的气压较低B.液面上部的蒸汽达到饱和时,就没有液体分子从液面飞出C.水的饱和汽压随着温度的升高而增大D.空气的相对湿度定义为水的饱和汽压与相同温度时空气中所含水蒸气的压强之比E.一滴液态金属在完全失重的条件下呈球状,是由液体的表面张力引起的4.(2018湖北联考)下列说法中正确的是。A.给车胎打气,越压越吃力,是由于分子间存在斥力B.液体表面张力与浸润现象都是分子力作用的表现C.悬浮在水中的花粉颗粒的布
7、朗运动反映了花粉中分子做无规则的热运动D.干湿泡湿度计的示数差越大,表示空气中水蒸气离饱和状态越远E.液晶的光学性质与某些晶体相似,具有各向异性气体实验定律和理想气体状态方程考点3高考常以计算题的形式考查气体状态参量的变化。解题思路如下:1.选择研究对象一定质量的理想气体。2.分析状态参量。(1)利用连通器原理(气体被液体封闭时)或平衡条件(气体被活塞封闭时)分析被封闭气体的压强特点。(2)根据容器的导热性能或题中条件,分析被封闭气体的温度特点。(3)根据题中条件分析被封闭气体的体积特点。3.认识过程,选定规律:认清变化过程,选用合适的气体实验定律或理想气体状态方程列式求解。3.(2018全国
8、卷)如图,容积为V的汽缸由导热材料制成,面积为S的活塞将汽缸分成容积相等的上下两部分,汽缸上部通过细管与装有某种液体的容器相连,细管上有一阀门K。开始时,K关闭,汽缸内上下两部分气体的压强均为p0。现将K打开,容器内的液体缓慢地流入汽缸,当流入的液体体积为时,将K关闭,活塞平衡时其下方气体的体积减小了。不计活塞的质量和体积,外界温度保持不变,重力加速度大小为g。求流入汽缸内液体的质量。5.(2018江苏二模)某型号汽车轮胎的容积为25 L,轮胎内气压安全范围为2.5105 Pa3.0105 Pa。当胎内气体温度为27 时胎压显示为2.5105 Pa。(1)假设轮胎容积不变,若胎内气体的温度达到
9、57 ,轮胎内气压是否在安全范围内?(2)已知阿伏加德罗常数NA=61023mol-1,在1105 Pa、0状态下,1 mol任何气体的体积为22.4 L。求轮胎内气体的分子数。(结果保留2位有效数字)6.(2018郑州二模)如图所示为喷洒农药用的某种喷雾器,其药液桶的总容积为15 L,装入药液后,封闭在药液上方的空气体积为2 L,打气筒活塞每次可以打进1105 Pa(也为外界大气压强)、150 cm3的空气,忽略打气和喷药过程中气体温度的变化。(1)若要使气体压强增大到2.5105 Pa,应打气多少次?(2)如果压强达到2.5105 Pa时停止打气,并开始向外喷药,那么当喷雾器不能再向外喷药
10、时,桶内剩下的药液还有多少升?考查角度高考常考的理想气体实验定律“两类”计算题模型1.封闭气体多过程问题模型研究对象(一定质量的气体)发生了多种不同性质的变化,表现出“多过程”现象。对于“多过程”现象,要确定每个有效的“子过程”及其性质,选用合适的实验定律,并充分应用各“子过程”间的有效关联。解答时,要特别注意变化过程可能的“临界点”,找出临界点对应的状态参量在“临界点”的前、后可以形成不同的“子过程”。1.(2018全国卷)如图,一竖直放置的汽缸上端开口,汽缸壁内有卡口a和b,a、b间距为h,a距缸底的高度为H;活塞只能在a、b间移动,其下方密封有一定质量的理想气体。已知活塞质量为m,面积为
11、S,厚度可忽略;活塞和汽缸壁均绝热,不计它们之间的摩擦。开始时活塞处于静止状态,上、下方气体压强均为p0,温度均为T0。现用电热丝缓慢加热汽缸中的气体,直至活塞刚好到达b处。求此时汽缸内气体的温度以及在此过程中气体对外所做的功。重力加速度大小为g。1.如图甲所示是一定质量的气体由状态A经过状态B变为状态C的V-T图象。已知气体在状态A时的压强为1.5105 Pa。(1)说出AB过程中压强变化的情况,并根据图象提供的信息,计算图甲中TA的值。(2)请在图乙坐标系中,作出该气体由状态A经过状态B变为状态C的p-T图象,并在图线相应位置上标出字母A、B、C。如果需要计算才能确定有关坐标值,请写出计算
12、过程。2.如图所示,开口向上且竖直放置的内壁光滑汽缸,其侧壁是绝热的,底部导热,内有两个质量均为m的密闭活塞,活塞A导热,活塞B绝热。活塞将缸内理想气体分成、两部分,初状态整个装置静止不动且处于平衡状态,、两部分气体的高度均为l0,温度均为T0。设外界大气压强为p0并保持不变,活塞的横截面积均为S,且mg=p0S,环境温度保持不变。(1)在活塞A上逐渐添加砂子,当砂子质量等于2m,两活塞在某位置重新处于平衡时,求活塞B下降的高度。(2)现只对部分气体缓慢加热,使活塞A回到初始位置。求此时部分气体的温度。2.关联气体的状态变化问题模型多个系统相互联系的一定质量气体问题,往往通过压强建立起系统间的
13、关系,对各系统独立进行状态分析,确定每个研究对象的变化性质,分别应用相应的实验定律,并充分应用各研究对象之间的压强、体积、温度等物理量的有效关联,若活塞可自由移动,一般要根据活塞平衡来确定两部分气体的压强关系。2.(2018全国卷)在两端封闭、粗细均匀的U形细玻璃管内有一段水银柱,水银柱的两端各封闭有一段空气。当U形管两端竖直朝上时,左、右两边空气柱的长度分别为l1=18.0 cm 和l2=12.0 cm,左边气体的压强为12.0 cmHg。现将U形管缓慢平放在水平桌面上,没有气体从管的一边通过水银逸入另一边。求U形管平放时两边空气柱的长度。在整个过程中,气体温度不变。甲3.如图所示,竖直放置
14、的U形管左端封闭,右端开口且右管足够长,左管的横截面积为右管的横截面积的2倍,在左管内用水银封闭一段长为l、温度为T的空气柱,左右两管水银面高度差为h,外界大气压为h0(高度以cm为单位,压强以cmHg为单位)。(1)若向右管中缓慢注入水银,直至两管水银面相平(原右管中水银没全部进入水平部分),求在右管中注入水银柱的高度h1。(2)在两管水银面相平后,缓慢升高气体的温度至空气柱的长度为开始时的长度l,求此时空气柱的温度T。4.如图所示,一粗细均匀的U形管竖直放置,A侧上端封闭,B侧上端与大气相通,下端开口处开关K关闭;A侧空气柱的长度l=10.0 cm,B侧水银面比A侧的高h=3.0 cm。现
15、将开关K打开,从U形管中放出部分水银,当两侧水银面的高度差h1=10.0 cm时将开关K关闭。已知大气压强p0=75.0 cmHg。(1)求放出部分水银后A侧空气柱的长度。(2)此后再向B侧注入水银,使A、B两侧的水银面达到同一高度,求注入的水银在管内的长度。一、选择题(五个选项中,有三个是正确的)。1.下列说法正确的是。A.分子间的引力和斥力都随分子间的距离增大而减小B.一定质量的理想气体在等压膨胀过程中温度一定升高C.如果物体从外界吸收了热量,则物体的内能一定增加D.自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的E.一定质量的理想气体保持体积不变,单位体积内分子数不变,当温度升
16、高时,单位时间内撞击单位面积上的分子数减少2.下列说法正确的是。A.热量不可能自发地从低温物体传到高温物体B.悬浮在液体中的颗粒越小,布朗运动越明显C.当分子间的距离增大时,分子间的作用力减小,分子势能增大D.气体对容器的压强是由大量气体分子对容器器壁不断碰撞而产生的E.一定质量的理想气体在绝热情况下向真空自由膨胀时,内能减少3.根据下列选项中的已知物理量,可以估算出物体的分子平均体积的是。A.阿伏加德罗常数、某气体的摩尔质量和密度B.阿伏加德罗常数、某固体的摩尔质量和密度C.阿伏加德罗常数、某液体的摩尔体积D.阿伏加德罗常数、某气体的摩尔体积E.阿伏加德罗常数、某液体的摩尔质量和密度4.关于
17、液体和固体的性质,下列说法正确的是。A.晶体或非晶体是相对的,它们有的在一定条件下可以相互转化B.固态铜熔化时,虽然温度是不变的,但内能是增加的C.露珠呈球形,是因为露珠呈各向同性D.空气的相对湿度越小,空气中水蒸气的压强越接近同一温度时水的饱和汽压E.液体表面层中分子的分布比液体内部稀疏5.关于晶体和非晶体,下列说法正确的是。A.金刚石、食盐、玻璃和水晶都是晶体B.晶体内部物质微观粒子(分子、原子或离子)的排列是有规则的C.一个固体球,如果沿其各条直径方向的导电性不同,则该球一定是单晶体D.液晶分子的排列不稳定,外界条件的微小变动都会引起液晶分子排列的变化E.晶体熔化时要不断吸收热量,分子平
18、均动能增大6.锅炉中的水沸腾后,从锅底不断生成气泡并上升到水面后破裂。不考虑气泡中气体分子的势能,气泡在上升过程中,下列说法正确的是。A.由于分子斥力的作用,气泡膨胀B.气体组成的系统的熵增加C.气体一定会吸收热量D.每个气体分子的动能都不变E.单位时间内碰撞气泡壁单位面积的气体分子数减少二、非选择题7.如图所示,左侧连有一横截面积为S的大活塞的汽缸A通过细导管(容积可忽略)与汽缸B相连,导管里面有一绝热活塞(质量可忽略)。大气压强为p0,大活塞的重力为p0S,它到A汽缸底部的距离为L。两汽缸内封闭温度为27 的同种理想气体。现将整个装置沿顺时针方向缓慢转过90,为使细导管中绝热活塞位置不变,
19、需要给汽缸B加热,忽略一切摩擦。求:(1)汽缸A中活塞下降的距离d。(2)汽缸B中气体的温度TB。8.如图所示,上端开口的绝热圆柱形汽缸竖直放置在水平地面上,汽缸内部被质量为m的导热性能良好的活塞A和质量也为m的绝热活塞B分成高度相等的三个部分,下边两部分封闭有理想气体P和Q,两活塞均与汽缸接触良好,活塞厚度不计,忽略一切摩擦。汽缸下面有加热装置,初始状态温度均为T0,汽缸的截面积为S,外界大气压强为且不变。现对气体Q缓慢加热,求:(1)当活塞A恰好到达汽缸上端时,气体Q的温度。(2)在活塞A上再放一个质量为m的物块C,继续给气体Q加热,当活塞A再次到达汽缸上端时,气体Q的温度。9.如图所示,
20、可自由活动的绝热活塞将密封的圆筒形绝热汽缸分隔成A、B两部分,活塞与汽缸顶部有一弹簧相连,在A、B内各有一定质量的理想气体,A的体积为B的体积的2倍,两部分的压强均为p0,温度都为T0。活塞的面积为S,重力为mg=p0S。现对B部分气体进行加热,当两部分气体体积相等时,弹簧恰好无形变。求此时B部分气体的温度。10.如图所示,竖直放置、粗细均匀且足够长的U形玻璃管与容积V0=8 cm3的金属球形容器连通,用U形玻璃管中的水银柱封闭一定质量的理想气体。当环境温度t1=27 时,U形玻璃管右侧水银面比左侧水银面高出h1=15 cm,水银柱上方玻璃管中的空气柱长h0=4 cm。现在左管中加入水银,保持温度不变,使两边水银柱在同一高度。(已知大气压p0=75 cmHg,U形玻璃管的横截面积S=0.5 cm2)(1)求需要加入的水银柱的长度l。(2)若使右管水银面恢复到原来的位置,则封闭气体应加热到多少摄氏度?11.如图所示,导热性能良好的汽缸管道A、B、C横截面积相等,管道B、C中的水银柱高度均为24 cm,活塞与水银柱之间封闭了一段长度为60 cm的理想气柱,大气压强为76 cmHg。缓慢移动活塞,使管道B、C中的水银柱均上升20 cm,管道A中的空气没有进入管道B、C中。(1)求该过程中,活塞移动的距离l。(2)判断管道A中的气体是吸热还是放热,并说明理由。13
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