1、2016年高考物理专题精解,13.分子动理论 气体及热力学定律,一、分子微观量的估算 1.宏观量、微观量以及它们之间的关系,2.分子类型 固体、液体分子可认为紧靠在一起,可看成球体或立方体;气体分子只能按立方体模型计算所占的空间. 二、分子动理论的理解 1.布朗运动与热运动的比较,三、气体及气体实验定律 1.气体和气体分子运动的特点,四、热力学定律热力学第一定律的应用技巧 (1)应用热力学第一定律时,要注意各符号正负的规定,不能认为物体吸热(或对物体做功),物体的内能就一定增加. (2)若研究对象为气体,对气体做功的正负由气体的体积决定,气体体积增大,气体对外做功,W0.,考点一,分子力及微观
2、量的估算(含实验:用油膜法估测分子的大小),例题 当分子间距离从r0(此时分子间引力与斥力平衡)增大到r1时,关于分子力(引力与斥力的合力)变化和分子势能变化的下列情形中,可能发生的是 . A.分子力先增大后减小,而分子势能一直增大 B.分子力先减小后增大,分子势能也先减小后增大 C.分子力一直减小,而分子势能先减小后增大 D.分子力一直增大,分子势能也一直增大 E.分子力一直增大,分子势能不变,思路探究(1)分子引力、分子斥力与其间距离的变化有何不同? 答案:分子引力、分子斥力均随距离的增大而减小,随距离的减小而增大,但斥力变化更快. (2)决定分子势能变化的是什么力做功?变化关系如何? 答
3、案:决定于分子力(即分子引力、斥力的合力)做功,分子力做正功时分子势能减小,分子力做负功时分子势能增加. 解析:rr0,分子力表现为引力,rr0时,分子力为引力,r越大,分子势能越大,若r的变化范围为r0,则分子力先增大,后减小,若r增大范围较小,分子力可能逐渐增大. 答案:AD,1.分子动理论 对于分子动理论和物体内能的理解,下列说法正确的是 . A.在太空大课堂中处于完全失重状态的水滴呈现球形,是由液体表面张力引起的 B.无论科学技术怎样发展,热量都不可能从低温物体传到高温物体 C.高压气体的体积很难进一步被压缩,原因是高压气体分子间的作用力表现为斥力 D.如果气体分子总数不变,而气体温度
4、升高,则气体分子的平均动能一定增大,气体压强不一定增大 E.当分子间的引力和斥力平衡时,分子势能最小,解析:太空中处于失重状态的水滴由于液体的表面张力的作用而呈球形,故A正确;热量在引起其他变化时可以从低温物体传到高温物体,故B错误;高压气体很难压缩是由于气体的压强很大,不是分子间作用力的原因,故C错误;如果气体分子总数不变,而气体温度升高,则气体分子的平均动能一定增大,但由于气体体积变化未知,故气体压强不一定增大,故D正确;当分子间距离为平衡距离时,即分子间的引力和斥力平衡时,分子势能最小,故E 正确. 答案:ADE,2.分子热运动及分子势能 分子动理论较好地解释了物质的宏观热学性质,据此可
5、判断下列说法中正确的是 . 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.随着分子间距离的增大,分子间的相互作用力先减小后增大 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 E.分子热运动的结果总是朝着熵减小,即无序性增大的方向进行,解析:墨水中的小炭粒的运动是因为大量水分子对它的撞击作用力不平衡导致的,并且没有规则,这反映了液体分子运动的无规则性,故A正确;当分子间距离为r0时,分子间作用力最小,所以当分子间距离从大于r0处增大时,分子力先增大后减小,B选项中,分子距离未知,故
6、B错误;当分子间距离等于r0时,分子间的势能最小,分子可以从距离小于r0处增大分子之间距离,此时分子势能先减小后增大,故C正确;温度越高,分子无规则运动的剧烈程度越大,因此在真空、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,故D正确.根据热力学第二定律,分子热运动的结果总是朝着熵增大,即无序性增大的方向进行,故E错误.故选ACD. 答案:ACD,答案:(1)110-9 m (2)10 m2,处理分子热运动问题涉及的要点 (1)解决估算类问题的三点注意 固体、液体分子可认为紧靠在一起,可看成球体或立方体;气体分子只能按立方体模型计算所占的空间. 状态变化时分子数不变. 阿伏加德罗常数是
7、宏观与微观的联系桥梁,计算时要注意抓住与其有关的三个量:摩尔质量、摩尔体积和物质的量.,考点二,气体实验定律的应用,例题 扣在水平桌面上的热杯盖有时会发生被顶起的现象.如图,截面积为S的热杯盖扣在水平桌面上,开始时内部封闭气体的温度为300 K,压强为大气压强p0.当封闭气体温度上升至303 K时,杯盖恰好被整体顶起,放出少许气体后又落回桌面,其内部气体压强立刻减为p0,温度仍为303 K.再经过一段时间,内部气体温度恢复到300 K.整个过程中封闭气体均可视为理想气体.求:(1)当温度上升到303 K且尚未放气时,封闭气体的压强;,(2)当温度恢复到300 K时,竖直向上提起杯盖所需的最小力
8、.,气体实验定律应用的一般思路 (1)弄清题意,确定研究对象.一般地说,研究对象分两类:一类是热学研究对象(一定质量的理想气体);另一类是力学研究对象(汽缸、活塞或某系统). (2)分析题目所述的物理过程,对热学研究对象分清楚初、末状态变化过程,依据气体实验定律列出方程;对力学研究对象要正确地进行受力分析,依据力学规律列出方程. (3)注意挖掘题目的隐含条件,如几何关系等,列出辅助方程. (4)多个方程联立求解,对求解的结果注意检验它们的合理性.,1.对气体实验定律的考查 北方某地的冬天室外气温很低,吹出的肥皂泡会很快冻结.若刚吹出时肥皂泡内气体温度为T1,压强为p1,肥皂泡冻结后泡内气体温度
9、降为T2.整个过程中泡内气体视为理想气体,不计体积和质量变化,大气压强为p0.求冻结后肥皂膜内外气体的压强差.,解析:设平衡后活塞向右移动的距离为x,平衡后B中气体压强为p,活塞移动前与平衡后的温度相同,则由玻意耳定律得: 对A部分气体有pALS=p(L+x)S 对B部分气体有pBLS=p(L-x)S 代入相关数据解得 x=5 cm p=1.6105 Pa 答案:5 cm 1.6105 Pa,解析:(1)初始位置,对活塞由平衡条件得p0S+mg=p1S 活塞向上移动x=0.2 m时,由于缓慢拉动活塞,则由平衡条件 得p0S+mg=p2S+F 整个过程温度不变,由玻意耳定律得p1l1S=p2(l
10、1+x)S 联立解得F=(p1-p2)S=40 N; (2)活塞向上移动到汽缸顶端时,由平衡条件得p0S+mg=p3S+F 整个过程温度不变,由玻意耳定律得p1l1S=p3lS 可解得F=(p1-p3)S=60 N(m+M)g 故汽缸不会离开地面. 答案:(1)40 N (2)见解析,考点三,气体状态变化与热力学定律的综合应用,典例 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图像如图所示,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
11、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,思路探究(1)使物体内能增加的方式有哪几种? 答案:做功和热传递. (2)在气体的p-T图像中,若图线平行于p轴,则气体状态发生怎样的变化? 答案:气体温度不变即气体发生等温变化.,答案:ADE,理想气体相关三量U,W,Q的分析思路 (1)内能变化量U的分析思路: 由气体温度变化分析气体内能变化.温度升高,内能增加;温度降低,内能减少. 由公式U=W+Q分析内能变化. (2)做功情况W的分析思路: 由体积变化分析气体做功情况.体积膨胀,气体对外界做功;体积被压缩,外界对气体做功. 由公式W=U-Q分析气体做
12、功情况. (3)气体吸、放热Q的分析思路:一般由公式Q=U-W分析气体的吸、放热情况.,1.热力学定律的理解和应用 某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的,且车胎体积增大.若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体,那么. A.外界对胎内气体做功,气体内能减小 B.外界对胎内气体做功,气体内能增大 C.胎内气体对外界做功,内能减小 D.胎内气体对外界做功,内能增大 E.胎内气体密度减小,解析:中午比清晨时温度高,所以中午车胎内气体分子平均动能增大,理想气体的内能由分子动能决定,因此内能增大;车胎体积增大,密度减小,则车胎内气体对外界做功,D,E项正确. 答案:DE,2.气体实验定律与热力学
13、定律的结合 (2015黑龙江省哈师大附中等三校二检)现有如图所示的装置,一导热良好的汽缸竖直放置,用活塞封闭着一定质量的理想气体.将汽缸放入盛有水的容器中,采用水浴法加热.水浴法的优点是使物体受热均匀,若缓慢加热水,可使被加热的物体温度始终保持与水的温度相等.活塞的质量为M,横截面积为S,与汽缸底部相距h.现对容器缓慢加热,活塞将缓慢向上移动,当气体吸收热量Q时,活塞上升高度为h.已知大气压强为p0,重力加速度为g,不计活塞与汽缸的摩擦,求: (1)汽缸内气体的压强;,(2)加热过程中气体的内能增加了多少; (3)若在活塞上升h时停止对容器加热,并保持水的温度不变,同时在活塞上缓慢添加沙粒,直
14、到活塞恰好回到原来的位置,(图中未画出沙粒)求所添加沙粒的质量.,3.气体状态变化图像与热力学定律的结合 在如图所示的坐标系中,一定质量的某种理想气体先后发生以下两种状态变化过程.第一种变化是从状态A到状态B,外界对该气体做功为6 J;第二种变化是从状态A到状态C,该气体从外界吸收的热量为9 J.图线AC的反向延长线通过坐标原点O,B,C两状态的温度相同,理想气体的分子势能为零.求: (1)从状态A到状态C的过程,该气体对外界做的功W1和其内能的增量U1. (2)从状态A到状态B的过程,该气体内能的增量U2及其从外界吸收的热量Q2.,解析:(1)从状态A到状态C的过程,气体发生等容变化 该气体对外界做的功W1=0 根据热力学第一定律有U1=W1+Q1 内能的增量U1=Q1=9 J. (2)从状态A到状态B的过程,体积减小,温度升高 该气体内能的增量U2=U1=9 J 根据热力学第一定律有U2=W2+Q2 从外界吸收的热量 Q2=U2-W2=3 J. 答案:(1)0 9 J (2)9 J 3 J,
