2019年高考物理考纲解读与热点难点突破专题12分子动理论气体及热力学定律教学案.pdf
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1、专题 12 分子动理论 气体及热力学定律专题 12 分子动理论 气体及热力学定律 【2019 年高考考纲解读】【2019 年高考考纲解读】 (1)分子动理论、物体的内能 (2)晶体与非晶体 (3)气体压强的计算 (4)气体实验定律的应用 (5)热力学定律的理解及应用 【重点、难点剖析】【重点、难点剖析】 一、分子动理论与气体实验定律的组合一、分子动理论与气体实验定律的组合 1.关于分子动理论的几个问题 (1)分子模型:球形:V d3. 1 6 立方体形:Va3. (2)分子数NnNANANA. m M0 V V0 (3)分子力、分子势能与分子间距离的关系 图 6123 2气体实验定律:气体的状
2、态由热力学温度、体积和压强三个物理量决定 (1)等温变化:pVC或p1V1p2V2 (2)等容变化: C或 p T p1 T1 p2 T2 (3)等压变化: C或 V T V1 T1 V2 T2 二、热力学定律、内能与气体实验定律的组合二、热力学定律、内能与气体实验定律的组合 1.热力学第一定律:UQW 2在热力学第二定律的表述中,“自发地” 、“不产生其他影响”的涵义 (1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性,不需要借助外界提供能量的帮助 (2)“不产生其他影响”的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成,对周围环境不产生热力学 方面的影响,如吸热、放热、做功等 3热力学第一定
3、律说明发生的任何过程中能量必定守恒,热力学第二定律说明并非所有能量守恒的过 程都能实现 【题型示例】【题型示例】 题型一 分子动理论 内能题型一 分子动理论 内能 例 1. (2018全国卷)如图, 一定量的理想气体从状态a变化到状态b, 其过程如pV图中从a到b 的直线所示。在此过程中_。 A气体温度一直降低 B气体内能一直增加 C气体一直对外做功 D气体一直从外界吸热 E气体吸收的热量一直全部用于对外做功 【答案】BCD 【变式探究】(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
4、理想气体。已知活塞质量 为m,面积为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。 【答案】T0 (p0Smg)h (1 h H)(1 mg p0S) 式中 V1SH V2S(Hh) 联立式解得 T2T0 (1 h H)(1 mg p0S) 从开始加热到活塞到达b处的过程中,汽缸中的气体对外做的功为 W(p0Smg)h。 【变式探究】 【2017北京卷】以下关于热运动的说法正确的是 A水
5、流速度越大,水分子的热运动越剧烈 B水凝结成冰后,水分子的热运动停止 C水的温度越高,水分子的热运动越剧烈 D水的温度升高,每一个水分子的运动速率都会增大 【答案】C 【解析】水流速度是机械运动速度,不能反映热运动情况,A 错误 ; 分子在永不停息地做无规则运动,B 错误;水的温度升高,水分子的平均速率增大,并非每一个水分子的运动速率都增大,D 错误;选项 C 说法 正确。 【变式探究】 【2017新课标卷】 (5 分)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_。(填正确 答案标号。选对 1 个得 2
6、 分,选对 2 个得 4 分,选对 3 个得 5 分。每选错 1 个扣 3 分,最低得分为 0 分) 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 0400 m/s 区间内的分子数占总分子数的百分比较大 【答案】ABC 【变式探究】 【2016北京卷】雾霾天气对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述,是特定气候条 件与人类活动相互作用的结果 雾霾中, 各种悬浮颗粒物形状不规则, 但可视为密度相同、 直径不同的球体, 并用 PM10、P
7、M2.5 分别表示球体直径小于或等于 10 m、2.5 m 的颗粒物(PM 是颗粒物的英文缩写) 某科研机构对北京地区的检测结果表明,在静稳的雾霾天气中,近地面高度百米的范围内,PM10 的浓 度随高度的增加略有减小,大于 PM10 的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小,且两种浓度分布基本 不随时间变化 据此材料,以下叙述正确的是( ) APM10 表示直径小于或等于 1.0106 m 的悬浮颗粒物 BPM10 受到的空气分子作用力的合力始终大于其受到的重力 CPM10 和大悬浮颗粒物都在做布朗运动 DPM2.5 浓度随高度的增加逐渐增大 【答案】C 【变式探究】 【2016江苏卷】 A
8、【选修 33】 (2)如图 1甲所示,在斯特林循环的p V图像中,一定质量理想气体从状态A依次经过状态B、C和 D后再回到状态A,整个过程由两个等温和两个等容过程组成,BC的过程中,单位体积中的气体分子数目 _(选填“增大”“减小”或“不变”),状态A和状态D的气体分子热运动速率的统计分布图像如 图乙所示,则状态A对应的是_(选填“”或“”). 图 1 【答案】A.(2)不变 【解析】BC过程中由于气体分子总数不变,体积也不变,因此单位体积中的气体分子数目也不 变根据理想气体状态方程可得TATD,而温度又是分子平均动能的标志,由图像可看出,图线表示速率 较小的分子数目多,也就是分子平均动能较小
9、,所以图线对应状态A. 【变式探究】(2016全国卷,33)【物理选修 33】 (1)(5 分)关于热力学定律,下列说法正确的是_。(填正确答案标号。选对 1 个得 2 分,选对 2 个得 4 分,选对 3 个得 5 分。每选错 1 个扣 3 分,最低得分为 0 分) 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 (2)(10 分)在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强, 两压强差 p与气泡半径r之间的关 系为p
10、, 其中0.070 N/m。 现让水下10 m处一半径为0.50 cm的气泡缓慢上升, 已知大气压强p0 2 r 1.0105 Pa,水的密度1.0 103 kg/m3,重力加速度大小g10 m/s2。 ()求在水下 10 m 处气泡内外的压强差; ()忽略水温随水深的变化,在气泡上升到十分接近水面时,求气泡的半径与其原来半径之比的近似 值。 【答案】(1)BDE (2)()28 Pa ()1 3 2 (2)()由公式 p得 p Pa28 Pa 2 r 2 0.070 5 103 水下 10 m 处气泡内外的压强差是 28 Pa。 ()气泡上升过程中做等温变化,由玻意耳定律得 p1V1p2V2
11、 其中,V1 r 4 3 3 1 V2 r 4 3 3 2 由于气泡内外的压强差远小于 10 m 深处水的压强,气泡内压强可近似等于对应位置处的水的压强,所 以有 p1p0gh11105 Pa11031010 Pa 2105 Pa2p0 p2p0 将代入得,2p0 rp0 r 4 3 3 1 4 3 3 2 2rr 3 13 2 r2 r1 3 2 题型二 固体 液体 气体题型二 固体 液体 气体 例 2.(2018全国卷)对于实际的气体,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
12、,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 【答案】BDE 【变式探究】 (2017全国卷)如图, 一定质量的理想气体从状态a出发, 经过等容过程ab到达状态b, 再经过等温过程bc到达状态c,最后经等压过程ca回到初态a。下列说法正确的是_。 A在过程ab中气体的内能增加 B在过程ca中外界对气体做功 C在过程ab中气体对外界做功 D在过程bc中气体从外界吸收热量 E在过程ca中气体从外界吸收热量 【答案】ABD 【解析】ab过程中气体压强增大,体积不变,则温度升高,内能增加,A 项正确 ;ab过程发生等容变化, 气体对外界不做功, C 项错误 ; 一定质量的理想气体的内能仅由温
13、度决定,bc过程发生等温变化, 内能不变,bc 过程中气体体积增大,气体对外界做正功,根据热力学第一定律可知气体从外界吸收热量,D 项正确;ca 过程发生等压变化,气体体积减小,外界对气体做功,B 项正确;ca过程中气体温度降低,内能减小,外 界对气体做功,根据热力学第一定律可知气体向外界放热,E 项错误。 【变式探究】 【2016全国卷】 【物理选修 33】 (2)在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强,两压强差p与气泡半径r之间的关系为p , 其中0.070 N/m.现让水下10 m处一半径为0.50 cm的气泡缓慢上升,已知大气压强p0 2 r 1.0105 Pa,水的密度1.0
14、103 kg/m3,重力加速度大小g取 10 m/s2. (i)求在水下 10 m 处气泡内外的压强差; (ii)忽略水温随水深的变化,在气泡上升到十分接近水面时,求气泡的半径与其原来半径之比的近似 值 【答案】(i)28 Pa (ii)1.3 【解析】(i)当气泡在水下h10 m 处时,设其半径为r1,气泡内外压强差为 p1,则 p1 2 r1 代入题给数据得 p128 Pa 联立式得 ( r1 r2) 3 p0p2 ghp0p1 由式知,p1p0,i1,2,故可略去式中的 p1项,代入题给数据得 1.3 r2 r1 3 2 【变式探究】 【2016全国卷】 【物理选修 33】 (2)(10
15、 分)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】4 天 【变式探究】 【2016全国卷】 【物理选修 33】 (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
16、发生气体 泄漏;大气压强p075.0 cmHg.环境温度不变 【答案】144 cmHg 9.42 cm 【解析】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p2p0,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p1p0(20.05.00) cmHg l1 cm (20.0 20.05.00 2 ) 由玻意耳定律得 p1l1p1l1 联立式和题给条件得 p1144 cmHg 依题意 p2p1 l24.00 cm cmh 20.05.00 2 由玻意耳定律得 p2l2 p2l
17、2 联立式和题给条件得 h9.42 cm 【举一反三】2015新课标全国,33(1) ,5 分(多选)下列说法正确的是( ) 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,某些晶体可以转化为非晶体,某些非晶体也可以转化为晶体 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 【答案】BCD 【变式探究】2015新课标全国,33(2) ,10 分如图,一固定的竖直汽缸由一大一小两个同轴圆 筒组成,两圆筒中各有一个活塞.已
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