【物理】2019届一轮复习人教版选修3-3热学学案

【物理】2019届一轮复习人教版选修3-3热学学案

‎1．分子动理论与统计观点 高频考点1　分子动理论的基本观点和实验依据(Ⅰ)‎ 高频考点2　阿伏加德罗常数(Ⅰ)‎ ‎(1)物体是由大量分子组成的 ‎①分子模型：a.球体，直径d＝ ；‎ b．立方体，边长d＝.‎ 式中V0为分子体积，只适用于求固体或液体分子的直径；一般分子直径大小的数量级为10－‎10 m．油膜法测分子直径：d＝，V是纯油滴体积，S是单分子油膜的面积．‎ ‎②一般分子质量的数量级为10－26 g,1 mol任何物质含有的分子数为6.02×1023个．‎ ‎(2)分子永不停息地做无规则热运动 扩散现象和布朗运动是分子无规则运动的证明．温度越高，扩散越快；颗粒越小，温度越高，布朗运动越剧烈．‎ ‎(3)分子间存在着相互作用力 ‎①分子间同时存在引力和斥力，实际表现的分子力是它们的合力．‎ ‎②引力和斥力都随着距离的增大而减小，但斥力比引力变化得快．‎ ‎③分子间的作用力与距离的关系如图1所示，图中斥力用正值表示，引力用负值表示，F为斥力和引力的合力，即分子力．‎ 图1‎ 高频考点3　气体分子运动速率的统计分布(Ⅰ)‎ 在一定状态下，气体大多数分子的速率在某个值附近，速率离这个值越远，具有这种速率的分子就越少，即气体分子速率总体上呈现出“中间多，两头少”的分布特征．‎ 高频考点4　温度是分子平均动能的标志　内能(Ⅰ)‎ ‎(1)分子动能：分子由于热运动而具有的能叫分子动能．‎ 分子平均动能：所有分子动能的平均值叫分子平均动能．‎ 温度是所有分子平均动能的标志．‎ ‎(2)分子势能：由于分子间的相互作用和它们的相对位置决定的能量．‎ 分子势能的大小与分子间距离有关，其关系曲线如图2所示．‎ 图2‎ ‎(3)物体的内能：物体所有分子动能和分子势能的总和．物体的内能与温度、体积及物质的量有关．‎ ‎2．固体、液体与气体 高频考点5　固体的微观结构、晶体和非晶体(Ⅰ)‎ 高频考点6　液晶的微观结构(Ⅰ)‎ ‎(1)晶体分为单晶体和多晶体．晶体有确定的熔点．晶体内原子排列是有规则的．单晶体物理性质各向异性，多晶体的物理性质各向同性．‎ ‎(2)非晶体无确定的熔点，外形不规则，原子排列不规则．‎ ‎(3)液晶：具有液体的流动性，具有单晶体的各向异性．光学性质随所加电压的改变而改变．‎ 高频考点7　液体的表面张力现象(Ⅰ)‎ ‎(1)表面张力的作用：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势．‎ ‎(2)表面张力的方向：表面张力跟液面相切，跟这部分液面的分界线垂直．‎ ‎(3)表面张力的大小：液体的温度越高，表面张力越小；液体中溶有杂质时，表面张力变小；液体的密度越大，表面张力越大．‎ 高频考点8　气体实验定律(Ⅱ)‎ 高频考点9　理想气体(Ⅰ)‎ ‎(1)气体实验定律 ‎①玻意耳定律(等温变化)：pV＝C或p1V1＝p2V2.‎ ‎②查理定律(等容变化)：＝C或＝.‎ ‎③盖—吕萨克定律(等压变化)：＝C或＝.‎ ‎(2)一定质量气体的不同图象的比较 ‎　 类别 图线 特点 举例 p－V pV＝CT(其中C为恒量)，即pV之积越大的等温线温度越高，线离原点越远 p－ p＝CT，斜率 ＝CT，即斜率越大，温度越高 p－T p＝T，斜率 ＝，即斜率越大，体积越小 ‎ : xx ]‎ V－T V＝T，斜率 ＝，即斜率越大，压强越小 ‎(3)理想气体状态方程：一定质量的理想气体，压强跟体积的乘积与热力学温度的比值不变．‎ 公式：＝C或＝.‎ 高频考点10　饱和蒸汽、未饱和蒸汽和饱和蒸汽压(Ⅰ)‎ ‎(1)饱和蒸汽：与液体处于动态平衡的蒸汽．‎ ‎(2)未饱和蒸汽：没有达到饱和状态的蒸汽．‎ ‎(3)饱和蒸汽压：饱和蒸汽所具有的压强．‎ 特点：液体的饱和蒸汽压与温度有关，温度越高，饱和蒸汽压越大，且饱和蒸汽压与饱和蒸汽的体积无关．‎ 高频考点11　相对湿度(Ⅰ)‎ 湿度是指空气的干湿程度．‎ 描述湿度的物理量：①绝对湿度：空气中所含水蒸气的压强．‎ ‎②相对湿度：空气的绝对湿度与同一温度下水的饱和汽压的百分比．‎ ‎3．热力学定律与能量守恒 高频考点12　热力学第一定律(Ⅰ)‎ 如果系统和外界同时发生做功和热传递，那么外界对系统所做的功(W)加上外界传递给系统的热量(Q)等于系统内能的增加量(ΔU)．‎ 表达式：ΔU＝W＋Q 式中，系统内能增加，ΔU>0；系统内能减小，ΔU<0；外界向系统传热，Q>0，系统向外界传热，Q<0；外界对系统做功，W>0，系统对外界做功，W<0.‎ 高频考点13　能量守恒定律(Ⅰ)‎ ‎(1)能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中其总量保持不变．‎ ‎(2)能量守恒定律说明自然界中的能量是守恒的，一切违背能量守恒定律的设想都是不可能实现的，第一类永动机不可能制成．‎ 高频考点14　热力学第二定律(Ⅰ)‎ ‎(1)热力学第二定律的两种表述 ‎①表述一：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(按热传导的方向性表述)．‎ ‎②表述二：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化(按机械能和内能转化过程的方向性表述)．‎ ‎(2)热力学过程方向性实例 例1　(1)一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其p－T图象如图所示．下列判断正确的是________．‎ A．过程ab中气体一定吸热 B．过程bc中气体既不吸热也不放热 C．过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热 D．a、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小 E．b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同 ‎(2)一竖直放置、缸壁光滑且导热的柱形汽缸内盛有一定量的氮气，被活塞分隔成Ⅰ、Ⅱ两部分；达到平衡时，这两部分气体的体积相等，上部气体的压强为p10，如图4(a)所示，若将汽缸缓慢倒置，再次达到平衡时，上下两部分气体的体积之比为3∶1，如图(b)所示．设外界温度不变，已知活塞面积为S，重力加速度大小为g，求活塞的质量．‎ ‎【答案】(1)ADE　(2) 说明　 第(1)问以p－T图象为载体，考查热力学第一定律、分子的平均动能、压强的微观意义，属于容易题；第(2)问考查应用气体实验定律解决汽缸和活塞封闭的气体双过程问题，难度适中．‎ 例2　(1)关于扩散现象，下列说法正确的是（ ）‎ A．温度越高，扩散进行得越快 B．扩散现象是不同物质间的一种化学反应 C．扩散现象是由物质分子无规则运动产生的 D．扩散现象在气体、液体和固体中都能发生 E．液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的 ‎(2)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 关闭，A侧空气柱的长度为l＝‎10.0 cm，B侧水银面比A侧的高h＝‎3.0 cm，现将开关 打开，从U形管中放出部分水银，当两侧的高度差为h1＝‎10.0 cm时，将开关 关闭，已知大气压强p0＝75.0 cmHg.‎ ‎(ⅰ)求放出部分水银后A侧空气柱的长度；‎ ‎(ⅱ)此后再向B侧注入水银，使A、B两侧的水银达到同一高度，求注入水银在管内的长度．‎ ‎【答案】(1)ACD　(2)(ⅰ)‎12 cm　(ⅱ)‎‎13.2 cm 说明　第(1)问考查对扩散现象的理解，属于容易题；第(2)问考查应用气体实验定律解决水银柱封闭的有联系的两部分气体问题，属于中等难度的题目． 学 ‎ 例3 （1）分子在不停地做无规则运动，它们之间存在着相互作用.这两种相互的因素决定了分子的三种不同的聚集形态：固体、液体和气体.下列说法正确的是（ ）‎ A.固体中的分子是静止的，液体、气体中的分子是运动的 B.液体表面层中分子间的相互作用表现为引力 C.液体的蒸发现象在任何温度下都能发生 D.汽化现象是液体分子间因相互排斥而发生的 E.有的物态变化中虽然吸收热量但温度却不升高 ‎（2）一氧气瓶的容积为‎0.08 m3‎，开始时瓶中氧气的压强为20个大气压.某实验室每天消耗1个大气压的氧气‎0.36 m3‎.当氧气瓶中的压强降低到2个大气压时，需重新充气.若氧气的温度保持不变，求这瓶氧气重新充气前可供该实验室使用多少天.‎ ‎【答案】BCE ‎（2）设氧气开始时的压强为p1，体积为V1，压强变为p2(2个大气压)时，体积为V2.根据玻意耳定律得 p1V1＝p2V2①‎ 重新充气前，用去的氧气在p2压强下的体积为 V3＝V2－V1②‎ 设用去的氧气在p0(1个大气压)压强下的体积为V0，则有 p2V3＝p0V0③‎ 设实验室每天用去的氧气在p0下的体积为ΔV，则氧气可用的天数为 N＝④‎ 联立①②③④式，并代入数据得N＝4(天)‎ 例4 （1）关于分子动理论和热力学定律，下列说法中正确的是(　 　)‎ A.空气相对湿度越大时，水蒸发越快 B.物体的温度越高，分子平均动能越大 C.第二类永动机不可能制成是因为它违反了热力学第一定律 D.两个分子间的距离由大于10－‎9 m处逐渐减小到很难再靠近的过程中，分子间作用力先增大后减小到零，再增大 E.若一定量气体膨胀对外做功50 J，内能增加80 J，则气体一定从外界吸收130 J的热量 ‎（2）一U形玻璃管竖直放置，左端开口，右端封闭，左端上部有一光滑的轻活塞.初始时，管内汞柱及空气柱长度如图所示.用力向下缓慢推活塞，直至管内两边汞柱高度相等时为止.求此时右侧管内气体的压强和活塞向下移动的距离.已知玻璃管的横截面积处处相同；在活塞向下移动的过程中，没有发生气体泄漏；大气压强p0＝75.0 cmHg.环境温度不变.(结果保留三位有效数字)‎ ‎[ :学 ]‎ ‎【答案】BDE ‎（2）设初始时，右管中空气柱的压强为p1，长度为l1；左管中空气柱的压强为p2＝p0，长度为l2.活塞被下推h后，右管中空气柱的压强为p1′，长度为l1′；左管中空气柱的压强为p2′，长度为l2′.以cmHg为压强单位.由题给条件得 学 ‎ p1＝p0＋(20.0－5.00) cmHg＝90 cmHg　l1＝‎20.0 cm①‎ l1′＝(20.0－) cm＝‎12.5 cm②‎ 由玻意耳定律得 p‎1l1S＝p1′l1′S③‎ 联立①②③式和题给条件得 p1′＝144 cmHg④‎ 依题意 p2′＝p1′⑤‎ l2′＝‎4.00 cm ＋ cm－h＝‎11.5 cm－h⑥‎ 由玻意耳定律得 p‎2l2S＝p2′l2′S⑦‎ 联立④⑤⑥⑦式和题给条件得 h≈‎‎9.42 cm ‎【答案】144 cmHg　‎‎9.42 cm 例5 （1）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.气体温度不变，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 ‎（2）如图所示，体积为V、内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；汽缸内密封有温度为2.4T0、压强1.2p0的理想气体，p0与T0分别为大气的压强和温度.已知：气体内能U与温度T的关系为U＝αT，α为正的常量；容器内气体的所有变化过程都是缓慢的.求：‎ ‎(ⅰ)汽缸内气体与大气达到平衡时的体积V1；‎ ‎(ⅱ)在活塞下降过程中，汽缸内气体放出的热量Q.‎ ‎【答案】CDE ‎（2）(ⅰ)在气体由压强p＝1.2p0下降到p0的过程中，气体体积不变，温度由T＝2.4T0变为T1，由查理定律得：＝，解得T1＝2T0 ‎ 在气体温度由T1变为T0过程中，体积由V减小到V1，气体压强不变， ‎ 由盖－吕萨克定律得 ＝ 得V1＝V ‎(ⅱ)在活塞下降过程中，活塞对气体做的功为W＝p0(V－V1)‎ 在这一过程中，气体内能的减少为ΔU＝α(T1－T0)‎ 由热力学第一定律得，汽缸内气体放出的热量为Q＝W＋ΔU 解得Q＝p0V＋αT0‎ ‎【答案】(1)V　(2)p0V＋αT0‎ ‎1. 关于分子间相互作用力与分子间势能，下列说法正确的是________.‎ A.在10r0距离范围内，分子间总存在着相互作用的引力 B.分子间作用力为零时，分子间的势能一定是零 C.当分子间作用力表现为引力时，分子间的距离越大，分子势能越小 D.分子间距离越大，分子间的斥力越小 E.两个分子间的距离变大的过程中，分子间引力变化总是比斥力变化慢 ‎【答案】ADE ‎ ‎ ‎2. 关于热力学定律，下列说法正确的是________.‎ A.气体吸热后温度一定升高 B.对气体做功可以改变其内能 C.理想气体等压膨胀过程一定放热 D.热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 E.如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡 ‎【答案】BDE ‎【解析】气体内能的改变ΔU＝Q＋W，故对气体做功可改变气体内能，B选项正确；气体吸热为Q，但不确定外界做功W的情况，故不能确定气体温度变化，A 选项错误；理想气体等压膨胀，W<0，由理想气体状态方程＝C，p不变，V增大，气体温度升高，内能增大，ΔU>0，由ΔU＝Q＋W，知Q>0，气体一定吸热，C选项错误；由热力学第二定律，D选项正确；根据热平衡性质，E选项正确.‎ ‎3. 下列说法中正确的是(　　)‎ A.气体压强的大小和单位体积内的分子数及气体分子的平均动能都有关 B.布朗运动是液体分子的运动，说明液体分子永不停息地做无规则热运动 C.热力学第二定律的开尔文表述：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 D.水黾可以停在水面上是因为液体具有表面张力 E.温度升高，物体所有分子的动能都增大 ‎【答案】ACD[ :学 ]‎ ‎4. 一定质量的理想气体经历一系列变化过程，如图所示，下列说法正确的是(　　)‎ ‎[ : xx ]‎ A.b→c过程中，气体压强不变，体积增大 B.a→b过程中，气体体积增大，压强减小 C.c→a过程中，气体压强增大，体积不变 D.c→a过程中，气体内能增大，体积变小 E.c→a过程中，气体从外界吸热，内能增大 ‎【答案】BCE ‎【解析】 b→c过程中，气体压强不变，温度降低，根据盖－吕萨克定律＝C得知，体积应减小.故A错误.a→b过程中，气体的温度保持不变，即气体发生等温变化，压强减小，根据玻意耳定律pV＝C 得知，体积增大.故B正确.c→a过程中，由图可知，p与T成正比，则气体发生等容变化，体积不变.故C正确，D错误；一定质量的理想气体与气体温度有关，并且温度越高气体的内能增大，则知c→a过程中，温度升高，气体内能增大，而体积不变，气体没有对外做功，外界也没有对气体做功，所以气体一定吸收热量.故E正确.‎ ‎5. 如图，左、右两个气缸底部有细管（容积可忽略）连通，左气缸的顶部开口与大气相通，右气缸绝热且内部顶端有加热装置。开始时导热活塞a在气缸底部但未与底部接触，绝热活塞b将气缸内气体分成体积相等的A、B两部分。已知左、右气缸内部高度分别为h和4h，初始温度均为T0，大气压强为p0；a和b厚度不计，横截面积均为S，所受重力大小均为p0S，与气缸接触良好，不计一切摩擦。‎ ‎（1）给A缓慢加热，当a刚刚到达气缸顶部但未与顶部接触时，A吸收的热量为Q，求该过程中A的内能变化量；‎ ‎（2）当a恰好到达气缸顶部时，继续给A缓慢加热，使b刚刚到达气缸底部但未与底部接触，求此时A的温度。‎ 解析 （1）题目已知活塞重力均为 初始时，对活塞a： ①对活塞b： ②‎ 可得 ，a开始运动到刚好到达气缸顶部的过程中，对气体A，其等压膨胀过程有 ‎6. 如图所示，容积为V0的光滑柱形汽缸竖直放置，用质量不计的活塞将一定质量的理想气体和一固体封闭在汽缸内.汽缸内设有卡环ab，卡环位于汽缸深度一半的位置.开始时活塞位于汽缸顶部，将一小盒沙子缓慢地倒在活塞的上表面，活塞最终下降到汽缸深度五分之四的位置，再将相同质量的九小盒沙子缓慢地倒在活塞的上表面，活塞最终刚好降至卡环处，又将同样四小盒沙子倒在活塞的上表面，然后缓慢加热汽缸.已知大气压强为p0，气体初始温度为T0.试求：‎ ‎(1)汽缸内固体的体积；‎ ‎(2)当活塞刚好离开卡环ab时气体的温度.‎ ‎【答案】(1)V0　(2)T0‎ ‎7. 为适应太空环境，去太空旅行的航天员都要穿上航天服，航天服有一套生命保障系统，为航天员提供合适的温度、氧气和气压，让航天员在太空中如同在地面上一样.假如在地面上航天服内气压为1 atm，气体体积为‎2 L，到达太空后由于外部气压低，航天服急剧膨胀，内部气体体积变为‎4 L，使航天服达到最大体积，假设航天服内气体的温度不变，将航天服视为封闭系统.‎ ‎(1)求此时航天服内气体的压强，并从微观角度解释压强变化的原因.‎ ‎(2)若开启航天服封闭系统向航天服内充气，使航天服内的气压缓慢恢复到0.9 atm，则需补充1 atm的等温气体多少升？‎ ‎【答案】(1)0.5 atm　在气体体积变大的过程中，该气体的分子密度变小，而温度不变，即分子的平均动能不变，故该气体的压强减小 ‎(2)‎‎1.6 L ‎【解析】(1)气体的状态参量：p1＝1 atm，V1＝‎2 L，V2＝‎4 L，‎ ‎8. 如图所示，固定的气缸Ⅰ和气缸Ⅱ的活塞用劲度系数为的轻质弹簧相连，两活塞横截面积的大小满足S1＝2S2，其中。两气缸均用导热材料制成，内壁光滑，两活塞可自由移动．初始时两活塞静止不动，与气缸底部的距离均为，‎ 环境温度为T0＝300 ，外界大气压强为，弹簧处于原长。现只给气缸Ⅰ缓慢加热，使气缸Ⅱ的活塞缓慢移动了‎5cm．已知活塞没有到达气缸口，弹簧能保持水平，气缸内气体可视为理想气体。求此时：‎ ‎（1）弹簧的形变量；‎ ‎（2）气缸Ⅰ内气体的温度。‎ 解：(a)初始时弹簧处于原长说明两气缸内气体压强均为 （1分）‎ 加热后，对气缸Ⅱ的活塞受力分析得 学 ‎ ‎ …………① （1分）‎ 对气缸Ⅱ内气体，由玻意耳定律 ‎ …………② （2分）‎ 联立解得 （1分）‎ ‎（b）对气缸Ⅰ内气体，由理想气体状态方程 ‎ …………③ （2分）‎ 对气缸Ⅰ的活塞受力分析得 ‎ …………④ （1分）‎ 由几何关系 ‎ …………⑤ （1分）‎ 联立解得 （1分）‎