2018届二轮复习分子动理论气体及热力学定律课件（63张）（全国通用）

2018届二轮复习分子动理论气体及热力学定律课件（63张）（全国通用）

核心专题突破 第一部分 专题六　选考部分 考 纲 精 解 高 频 考 点 本讲考查的重点和热点： (1) 分子大小的估算； (2) 对分子动理论内容的理解； (3) 固、液、气三态的性质及其微观解释； (4) 气体实验定律、气态方程的理解和应用； (5) 热力学定律的理解和简单计算； (6) 油膜法测分子直径．题型基本上都是拼盘式选择题和计算题的组合 . 备 考 策 略 由于本讲内容琐碎，考查点多，因此在复习中应注意抓好四大块知识：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．以四块知识为主干，梳理出知识点，进行理解性记忆 . 第 1 讲　分子动理论 气体及热力学定律 栏目导航 2 年考情回顾 热点题型突破 对点规范演练 热点题源预测 逐题对点特训 2 年考情回顾 设问 方式 ① 热力学定律和气体内能 [ 例 ](2017 · 全国卷 Ⅱ ， 33(1) 题 ) 　 (2016 · 全国卷 Ⅰ ， 33(1) 题 ) ② 气体图象 [ 例 ](2017 · 全国卷 Ⅲ ， 23(1) 题 ) 　 (2017 · 江苏卷， 12(1) 题 ) ③ 气体实验定律 [ 例 ](2017 · 全国卷 Ⅱ ， 33(2) 题 ) 　 (2017 · 全国卷 Ⅰ ， 33(2) 题 ) 　 (2017 · 全国卷 Ⅲ ， 33(2) 题 ) ④ 分子动理论 [ 例 ](2017 · 全国卷 Ⅰ ， 33(1) 题 ) 　 (2017 · 北京卷， 13 题 ) 　 (2017 · 江苏卷， 12(2)(3) 题 ) 热点题型突破 题型一 　 分子动理论和内能 命题规律 分子动理论和内能是高考的热点，题型多为选择题，主要考查以下几点： (1) 微观量的估算； (2) 布朗运动，分子热运动与温度的关系； (3) 分子力，分子势能与距离的关系及分子势能与分子力做功的关系； (4) 温度与分子动能的关系以及物体内能变化． 方法点拨 1 ． 宏观量与微观量的转换桥梁 作为宏观量的摩尔质量 M mol 、摩尔体积 V mol 、密度 ρ 与作为微观量的分子直径 d 、分子质量 m 、每个分子的体积 V 0 都可通过阿伏加德罗常数联系起来．如图所示． 2 ． 布朗运动分子热运动的比较 布朗运动 分子热运动 共同点 都是无规则运动，都随温度的升高而变得更加剧烈 不同点 小颗粒的运动 分子的运动 使用光学显微镜观察 使用电子显微镜观察 联系 布朗运动是由于小颗粒受到周围分子热运动的撞击力而引起的，它反映分子做无规则运动 3. 分子力和分子势能随分子间距变化的规律 　　 名称 项目　　 分子力 F 分子势能 E p 随分子间距的变化情况 r < r 0 F 引 和 F 斥 都随距离的增大而减小，随距离的减小而增大， F 引 < F 斥 ， F 表现为斥力 r 增大，分子力做正功，分子势能减小； r 减小，分子力做负功，分子势能增加 r > r 0 F 引 和 F 斥 都随距离的增大而减小，随距离的减小而增大， F 引 > F 斥 ， F 表现为引力 r 增大，分子力做负功，分子势能增加； r 减小，分子力做正功，分子势能减小 r ＝ r 0 F 引 ＝ F 斥 ， F ＝ 0 分子势能最小，但不为零 r >10 r 0 (10 － 9 m) F 引 和 F 斥 都已十分微弱，可以认为 F ＝ 0 分子势能为零 1 ． (2017 · 湖北八校二联 )( 多选 ) 下列说法中正确的是 ( 　 　 ) A ．布朗运动是指液体或气体中悬浮微粒的无规则运动 B ．气体的温度升高，每个气体分子运动的速率都增大 C ．一定量 100 ℃ 的水变成 100 ℃ 的水蒸气，其分子之间的势能增加 D ．只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以降低 E ．分子力只要增大，分子间的分子势能就要增大 ACD 突破点拨 (1) 气体温度升高，分子平均动能增大，但不是每个分子动能都增大． (2)100 ℃ 的水变成 100 ℃ 的水蒸气，分子平均动能不变，势能增加． (3) 在 r < r 0 范围内，分子力增大，分子间距一定减小，分子势能增大．在 r > r 0 范围内，分子力增大，分子间距可能增大，也可能减小，分子势能不一定增大． 解析 布朗运动是液体或气体中悬浮微粒的无规律运动，而不是分子的无规律热运动，所以选项 A 正确；温度升高，分子平均动能增大，而不是每个分子的动能都增大，故选项 B 错误；一定量 100 ℃ 的水蒸气，虽然温度没有升高．但此过程必定吸热，而吸收热量使分子之间的距离增大，分子势能增加，故选项 C 正确；温度是分子热运动的平均动能的标志，故选项 D 正确；由 E p － r 和 F － r 图象比较可知，选项 E 错误． 【变式考法 】 在上述题 1 中，一定量 100 ℃ 的水变成 100 ℃ 的水蒸气，需要吸收的热量是否等于分子势能的增加？ 解析 水的分子平均动能不变，吸收的热量一部分用来增加水分子的势能，另一部分用来体积膨胀对外做功，故 Q ＞ Δ E p ，所以吸收的热量不等于势能的增加． 答案 见解析 2 ． (2017 · 全国卷 Ⅰ )( 多选 ) 氧气分子在 0 ℃ 和 100 ℃ 温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示．下列说法正确的是 ( 　 　 ) ABC A ．图中两条曲线下面积相等 B ．图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形 C ．图中实线对应于氧气分子在 100 ℃ 时的情形 D ．图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目 E ．与 0 ℃ 时相比， 100 ℃ 时氧气分子速率出现在 0 ～ 400 m/s 区间内的分子数占总分子数的百分比较大 解析 根据气体分子单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化曲线的意义可知，题图中两条曲线下面积相等，选项 A 正确；题图中虚线占百分比较大的分子速率较小，所以对应于氧气分子平均动能较小的情形，选项 B 正确；题图中实线占百分比较大的分子速率较大，分子平均动能较大，根据温度是分子平均动能的标志，可知实线对应于氧气分子在 100 ℃ 时的情形，选项 C 正确；根据分子速率分布图可知，题图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目占总分子数的百分比，不能得出任意速率区间的氧分子数目，选项 D 错误；由分子速率分布图可知，与 0 ℃ 时相比， 100 ℃ 时氧气分子速率出现在 0 ～ 400 m/s 区间内的分子数占总分子数的百分比较小，选项 E 错误． 3 ． (2017 · 湖北黄冈模拟 )( 多选 ) 两分子间的斥力和引力的合力 F 与分子间距离 r 的关系如图中曲线所示，曲线与 r 轴交点的横坐标为 r 0 . 相距很远的两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近．若两分子相距无穷远时分子势能为零．下列说法正确的是 _________. ACE A ．在 r > r 0 阶段， F 做正功，分子动能增加，势能减小 B ．在 r < r 0 阶段， F 做负功，分子动能减小，势能也减小 C ．在 r ＝ r 0 时，分子势能最小，动能最大 D ．在 r ＝ r 0 时，分子势能为零 E ．分子动能和势能之和在整个过程中不变 解析 在 r ＞ r 0 阶段，分子间表现为引力，相互靠近时，分子力做正功，分子动能增大，分子势能减小，选项 A 正确；在 r ＜ r 0 阶段分子力表现为斥力，靠近过程中，分子力做负功，分子动能减小，势能增大，选项 B 错误； r ＝ r 0 时，分子动能最大，势能最小但不等于零，选项 C 正确；两分子相距无穷远时分子势能为零，则 r ＝ r 0 时，分子势能为负值，选项 D 错误；分子力做功的过程就是分子动能和分子势能转化的过程，总能量不变，选项 E 正确． 题型二 　 热力学定律及固体、液体的性质 命题规律 热力学定律及固体和液体的性质在高考命题中，主要考点： (1) 结合热力学图象考查内能变化与做功，热传递的关系． (2) 对固体、液体、晶体的性质的简单理解题型一般为选择题． 方法点拨 1 ． 热力学定律 (1) 热力学第一定律 Δ U ＝ Q ＋ W . (2) 热力学第二定律 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． 2 ． 热力学第一定律的应用技巧 (1) 定性判断：利用题中的条件和符号法则对 W 、 Q 、 Δ U 中的其中两个量做出准确的符号判断，然后利用 Δ U ＝ 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 · Δ V ，然后结合其他条件，利用 Δ U ＝ 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， W <0 ；气体的体积减小，外界对气体做功， W >0. 3 ． 固体和液体 (1) 晶体和非晶体 (2) 液晶的性质 液晶是一种特殊的物质，既可以流动，又可以表现出单晶体的分子排列特点，在光学、电学物理性质上表现出各向异性． 比较 晶体 非晶体 单晶体 多晶体 形状 规则 不规则 不规则 熔点 固定 固定 不固定 特性 各向异性 各向同性 各向同性 1. (2017 · 甘肃第一次诊考 )( 多选 ) 关于热力学定律，下列说法正确的是 ( 　　 ) A ．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量 B ．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加 C ．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功 D ．空调机作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制冷机的工作不遵守热力学第二定律 E ．机械能转化为内能的实际宏观过程是不可逆过程 ACE 突破点拨 (1) 由热力学第一定律知，物体内能的改变由做功和热传递两种方式共同决定． (2) 理解热力学第二定律的关键是：非自发过程可 “ 强制 ” 实现，但一定造成了其他影响，而不造成其他影响是不可能的． 解析 由 Δ U ＝ W ＋ Q 可知做功和热传递是改变物体内能的两种途径，它们是等效的，故选项 A 正确、 B 错误．由热力学第二定律可知，可以从单一热源吸收热量，使之全部变为功，但会产生其他影响，故选项 C 正确．由热力学第二定律知，热量只是不能自发地从低温物体传向高温物体，而空调机制冷时，压缩机工作将热量从室内送到室外，故不违反热力学第二定律，选项 D 错误；一切与热现象有关的宏观过程不可逆，则选项 E 正确． 2. ( 多选 ) 下列说法中正确的是 ( 　　　 ) A ．将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是非晶体 B ．固体可以分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上有不同的光学性质 C ．由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体 D ．在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体 E ．在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，内能也保持不变 解析 晶体敲碎后仍为晶体，性质不变，故选项 A 错误；晶体熔化过程中吸收热量温度不变，分子动能不变，势能增加，内能增加，故选项 E 错误；根据晶体与非晶体的特性及相互关系，可知选项 B 、 C 、 D 正确． BCD 3. ( 多选 ) 下列说法中正确的是 ( 　　　 ) A ．悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动 B ．空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果 C ．彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点 D ．高原地区水的沸点较低，这是高原地区温度较低的缘故 E ．干湿泡湿度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度，这是湿泡外纱布中的水蒸发吸热的结果 BCE 解析 悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了水分子的热运动， A 项错误；空中的小雨滴呈球形是由于水的表面张力作用，使得小雨滴表面积最小而呈球形， B 项正确；彩色液晶中的染料分子利用具有光学各向异性的特点，与液晶分子结合而定向排列，当液晶中电场强度不同时，染料分子对不同颜色的光吸收强度不同而显示各种颜色， C 项正确；高原地区水的沸点较低是由于高原地区大气压强较小， D 项错误；由于湿泡外纱布中的水蒸发吸热而使其显示的温度低于干泡显示的温度， E 项正确． (1) 必须牢记晶体和非晶体的区别 晶体具有固定的熔点，而非晶体没有固定的熔点；晶体中的单晶体某些物理性质为各向异性，晶体中的多晶体和非晶体物理性质为各向同性． (2) 必须理解热力学第二定律的内容 一切与热现象有关的宏观自然过程都具有方向性． 题型三 　 气体实验定律和热力学第一定律 命题规律 气体实验定律和热力学第一定律是高考命题的热点，题型既有选择题，也有计算题，主要考查： (1) 状态参量的计算及其变化分析； (2) 气体的做功，内能，吸放热分析； (3) 结合气体图象分析状态变化情况分析． 方法点拨 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 p 1 、 V 1 、 T 1 及 p 2 、 V 2 、 T 2 ； (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气态方程，代入具体数值求解，并讨论结果的合理性． 2 ． 气体做功情况的判定方法 (1) 若气体体积增大，则气体对外做功， W <0 ，气体向真空膨胀除外． (2) 若气体体积缩小，则外界对气体做功， W >0. (3) 若气体体积不变，即等容过程，则 W ＝ 0. 3 ． 理想气体内能变化情况的判定方法 对一定质量的理想气体，由于无分子势能，其内能只包含分子无规则热运动的动能，这时内能只与温度有关，故判定一定质量的理想气体内能是否变化，应看温度是否发生了变化，与体积无关，这与一般物体不同． 4 ． 气体吸、放热 Q 的判定方法 一般由公式 Q ＝ Δ U － W 分析气体吸、放热情况． Q >0 吸热， Q <0 放热． 1. (2016 · 全国卷 Ⅱ )(1)( 多选 ) — 定量的理想气体从状态 a 开始，经历等温或等压过程 ab 、 bc 、 cd 、 da 回到原状态，其 p － T 图象如图所示，其中对角线 ac 的延长线过原点 O . 下列判断正确的是 ( 　　　 ) ABE A ．气体在 a 、 c 两状态的体积相等 B ．气体在状态 a 时的内能大于它在状态 c 时的内能 C ．在过程 cd 中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功 D ．在过程 da 中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功 E ．在过程 bc 中外界对气体做的功等于在过程 da 中气体对外界做的功 (2) 一氧气瓶的容积为 0.08 m 3 ，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 m 3 . 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． 突破点拨 (1) 判断 P － T 图中 ab 、 bc 、 cd 和 da 过程体积的变化及做功的情况． (2) 瓶中充气前氧气的压强为 20 个大气压．用状态假设法计算相当于 2 个大气压的气体体积，进而得到 2 个大气压下用掉的体积，再计算这部分气体相当于 1 个大气压的体积，最终求出氧气瓶可供该实验室使用天数． (2) 设氧气开始时的压强为 p 1 ，体积为 V 1 ，压强变为 p 2 (2 个大气压 ) 时，体积为 V 2 ，根据玻意耳定律得 p 1 V 1 ＝ p 2 V 2 . 　 ① 重新充气前，用去的氧气在 p 2 压强下的体积为 V 3 ＝ V 2 － V 1 . 　 ② 设用去的氧气在 p 0 (1 个大气压 ) 压强下的体积为 V 0 ，则有 p 2 V 3 ＝ p 0 V 0 . 　 ③ 设实验室每天用去的氧气在 p 0 压强下的体积为 Δ V ，则氧气可用的天数为 N ＝ V 0 /Δ V . 　 ④ 联立 ①②③④ 式，并代入数据得 N ＝ 4( 天 ) ． 答案 (2)4 天 2. (2017 · 全国卷 Ⅱ )(1)( 多选 ) 如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空．现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸．待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积．假设整个系统不漏气．下列说法正确的是 ( 　　　 ) ABD A ．气体自发扩散前后内能相同 B ．气体在被压缩的过程中内能增大 C ．在自发扩散过程中，气体对外界做功 D ．气体在被压缩的过程，外界对气体做功 E ．气体在被压缩的过程，气体分子的平均动能不变 (2) 一热气球体积为 V ，内部充有温度为 T a 的热空气，气球外冷空气的温度为 T b . 已知空气在 1 个大气压、温度 T 0 时的密度为 ρ 0 ，该气球内、外的气压始终都为 1 个大气压，重力加速度大小为 g . a ．求该热气球所受浮力的大小； b ．求该热气球内空气所受的重力； c ．设充气前热气球的质量为 m 0 ，求充气后它还能托起的最大质量． 解析 (1) 抽开隔板，气体自发扩散过程中，气体对外界不做功，与外界没有热交换，因此气体的内能不变， A 项正确， C 项错误；气体在压缩的过程中，外界对气体做正功， D 项正确；由于气体与外界没有热交换，根据热力学第一定律可知，气体在被压缩的过程中内能增大，因此气体的温度升高，气体分子的平均动能增大， B 项正确， E 项错误． 3. (2017 · 全国卷 Ⅲ ) 一种测量稀薄气体压强的仪器如图甲所示，玻璃泡 M 的上端和下端分别连通两竖直玻璃细管 K 1 和 K 2 . K 1 长为 l ，顶端封闭， K 2 上端与待测气体连通； M 下端经橡皮软管与充有水银的容器 R 连通．开始测量时， M 与 K 2 相通；逐渐提升 R ，直到 K 2 中水银面与 K 1 顶端等高，此时水银已进入 K 1 ，且 K 1 中水银面比顶端低 h ，如图乙所示．设测量过程中温度、与 K 2 相通的待测气体的压强均保持不变．已知 K 1 和 K 2 的内径均为 d ， M 的容积为 V 0 ，水银的密度为 ρ ，重力加速度大小为 g . 求： (1) 待测气体的压强； (2) 该仪器能够测量的最大压强． 热点题源预测 气体实验定律与状态方程的综合 考向 预测 气体实验定律与状态方程的综合是高考命题的热点，主要考查： (1) 气体实验定律和状态方程的应用，结合常见模型 ( 活塞、汽缸、水银柱 ) 产生的附加压强的计算． (2) 两个汽缸或两关联气体的状态参量求解． (3) 结合压强的微观解释，气体图象和热力学第一定律考查 解题 关键 (1) 应用理想气体状态方程解题的步骤： ① 明确研究对象，即某一定质量的理想气体； ② 确定气体在始末状态的参量 p 1 、 V 1 、 T 1 及 p 2 、 V 2 、 T 2 ； ③ 由理想气体状态方程列式求解； ④ 讨论结果的合理性．若为两部分气体，除对每部分气体作上述分析外，还要找出它们始末状态参量之间的关系，列式联立求解． (2) 封闭气体压强的计算方法： ①“ 活塞模型”：求活塞封闭气体的压强时，一般以活塞为研究对象 ( 有时取汽缸为研究对象 ) ，分析它受到的气体压力及其他各力，列出受力的平衡方程，求解压强． ②“ 液柱模型”：求液柱封闭的气体压强时，一般以液柱为研究对象分析受力，列平衡方程，要注意： a. 液体因重力产生的压强大小为 p ＝ ρgh ( 其中 h 为至液面的竖直高度 ) ； b. 不要漏掉大气压强，同时又要尽可能平衡掉某些大气的压力； c. 有时直接应用连通器原理 —— 连通器内静止的液体，同种液体在同一水平面上各处压强相等； d. 当液体为水银时，可灵活应用压强单位“ cmHg ” 等，使计算过程简捷 失分 防范 (1) 应用气体实验定律或状态方程解题，易从以下几点失分： ① 气体变化过程分析不清，用错解题规律； ② 附加压强计算错误，特别是单位不统一造成错误； (2) 对两部分关联气体之间的联系易出现错误． (3) 防止失分应做到以下几点： ① 认真审题，分析气体各参量的变化情况，正确选用规律； ② 弄清压强单位之间的变换关系，统一压强单位． ③ 对两关联气体，找准两者的初始状态的压强关系和体积关系 【预测 】 如图所示，开口向上竖直放置的内壁光滑的汽缸，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，将缸内理想气体分成 Ⅰ 、 Ⅱ 两部分．初状态整个装置静止不动处于平衡， Ⅰ 、 Ⅱ 两部分气体的长度均为 l 0 ，温度为 T 0 . 设外界大气压强为 p 0 保持不变，活塞横截面积为 S ，且 mg ＝ p 0 S ，环境温度保持不变．求： (1) 在活塞 A 上逐渐添加铁砂，当铁砂质量等于 2 m ，两活塞重新处于平衡时，活塞 B 下降的高度； (2) 现只对 Ⅱ 气体缓慢加热，使活塞 A 回到初始位置．此时 Ⅱ 气体的温度． 思维导航 【变式考法 】 (2017 · 湖北黄冈四月模拟 ) 如图上粗下细且上端开口的薄壁玻璃管内有一部分水银封住密闭气体，横截面积分别为 S 1 ＝ 1 cm 2 、 S 2 ＝ 2 cm 2 ，细管内水银长度为 h 1 ＝ 4 cm ，封闭气体长度为 L ＝ 6 cm. 大气压强为 p 0 ＝ 76 cmHg ，气体初始温度为 T 1 ＝ 288 K ，上管足够长． (1) 缓慢升高气体温度，求水银刚好全部进入粗管内时的温度 T 2 ； (2) 气体温度保持 T 2 不变，为使封闭气体长度变为 8 cm ，需向开口端注入的水银柱的体积为多少？ (2) 气体等温变化有 p 2 V 2 ＝ p 3 V 3 ， 解得 p 3 ＝ 97.5 cmHg . 设此时水银柱的液面高度差为 h 3 ，有 h 3 ＝ 97.5 cm － 76 cm ＝ 21.5 cm ， 注入的水银柱体积 V 注 ＝ (21.5 － 2) × 2 cm 2 ＋ 2 × 1 cm 3 － 4 × 1 cm 3 ＝ 37 cm 3 . 答案 (1)468 K 　 (2)37 cm 3 对点规范演练 逐题对点特训 制作者：状元桥 适用对象：高中 学生 制作软件： Powerpoint2003、 Photoshop cs3 运行环境： WindowsXP以上操作系统