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微专题13
分子动理论
气体及热力学定律导学案
考点一
分子动理论、内能
1.分子动理论、内能
2.分子动能、分子势能、内能
(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)反映分子运动规律的两个实例为布朗运动和扩散现象,两者都随温度的升高而加剧。
(3)分子力和分子势能随分子间距离变化的规律如图所示。注意:当r=r0时,分子力为零,分子势能最小。
探究1.(2019年北京卷,T15)下列说法正确的是(
A
)。
A.温度标志着物体内大量分子热运动的剧烈程度
B.内能是物体中所有分子热运动所具有的动能的总和
C.气体压强仅与气体分子的平均动能有关
D.气体膨胀对外做功且温度降低,分子的平均动能可能不变
考点二
热力学定律
1.热力学第一定律
(1)改变内能的两种方式的比较:做功的过程是其他形式的能转化为内能,热传递的方式是热量从一个物体转移到另一个物体。
(2)做功和热传递是改变物体内能的两种方式,在只知道一种改变方式时无法确定内能的变化情况。表达式ΔU=Q+W中的W和Q的改变对内能增加有正贡献的取正值。
2.热力学第二定律
对热力学第二定律的理解及微观意义
(1)热量不可以由低温物体传到高温物体,而不引起其他变化;也不可以从单一热源吸收热量全部转化为功,而不引起其他变化。
(2)热力学第二定律的微观意义,一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行。
3.能量守恒定律
能量守恒定律可以表述为一个系统的总能量的改变只能等于传入或者传出该系统的能量的多少,总能量为系统的机械能、内能和所有其他形式能量的。
探究2.[2020年全国卷Ⅱ,T33(1)]下列关于能量转换过程的叙述,违背热力学第一定律的有
B
,不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有
C
。(填正确答案标号)?
A.汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热
B.冷水倒入保温杯后,冷水和杯子的温度都变得更低
C.某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功,而不产生其他影响
D.冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内
考点三
固体、液体和气体
1.固体分为晶体和非晶体。它们的性质如表所示。
晶体
非晶体
单晶体
多晶体
外形
规则
不规则
不规则
熔点
确定
不确定
物理性质
各向异性
各向同性
原子排列
有规则,但多晶体中每个单晶体间的排列无规则
无规则
形成
与转化
有的物质在不同条件下能够形成不同的晶体。同一物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现,有些晶体在一定条件下也可以转化为非晶体
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,在光学性质上表现出各向异性。
3.液体表面张力的特点
液体的表面张力使液体表面有收缩到最小的趋势,表面张力的方向与液面相切。
4.气体分子运动特点
(1)分子间的碰撞十分频繁,气体分子沿各个方向运动的机会(概率)相等。
(2)大量气体分子的速率分布呈现“中间多、两头少”(速率过大或过小的分子数目少)的规律。
(3)理想气体的内能仅由温度和分子总数决定,与气体的体积无关。
探究3.[2020江苏卷,T13A(1)](多选)玻璃的出现和使用在人类生活里已有四千多年的历史,它是一种非晶体。下列关于玻璃的说法正确的有(AC)。
A.没有固定的熔点
B.天然具有规则的几何形状
C.沿不同方向的导热性能相同
D.分子在空间上周期性排列
考点四
气体实验定律和理想气体状态方程
1.气体实验定律及状态方程
2.利用三个气体实验定律及理想气体状态方程解决问题的基本思路
考点五
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)状态发生了多次变化,表现出“多过程”现象。对于“多过程”现象,要确定每次状态改变的有效“过程”及其性质,选用合适的实验定律,并充分应用各“状态”间的有效关联。解题中要特别注意状态变化过程可能的“临界点”,找出“临界点”对应的状态参量。
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,往往可通过压强(平衡条件)建立起系统间的关系。解答问题时要对各系统独立进行状态分析,确定每个研究对象的变化条件,分别应用相应的实验定律,利用各研究对象之间的压强、体积、温度等物理量的有效关联。
考点六
变质量问题
解决变质量气体问题,通过巧妙地选择研究对象,使变质量气体问题转化为定质量气体问题,用气体实验定律求解。
(1)打气问题:选择原有气体和即将充入的气体作为研究对象,就可把充气过程中气体质量的变化问题转化为定质量气体的状态变化问题。
(2)抽气问题:将每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象,质量不变,故抽气过程可以看成是等温膨胀过程。
(3)灌气问题:把大容器中的剩余气体和多个小容器中的气体整体作为研究对象,可将变质量问题转化为定质量问题。
(4)漏气问题:选容器内剩余气体和漏出气体整体作为研究对象,便可使变质量问题变成一定质量气体的状态变化问题,可用理想气体的状态方程求解。
微专题13
分子动理论
气体及热力学定律
一、选择题（1-7为单选，8-10为多选）
1.(2020年山东省实验中学高三模拟)下列说法中正确的是(
D
)。
A.用打气筒的活塞压缩气体很费力,说明分子间有斥力
B.在阳光照射下,可以观察到教室空气中飞舞的尘埃做无规则运动,这属于布朗运动
C.一定质量的理想气体温度升高其压强一定增大
D.一定质量的理想气体温度升高其内能一定增大
2.(2020年黄冈高三八模)大气压强为1.0×105
Pa。某容器的容积为10
L,装有压强为1.0×106
Pa的气体,如果保持气体温度不变,把容器的开口打开,待气体达到新的平衡时,容器内剩余气体的质量与原来气体的质量之比为(
B
)。
A.1∶9
B.1∶10
C.1∶11
D.1∶20
3.人类对物质属性的认识是从宏观到微观不断深入的,下列说法正确的是(
B
)。
A.晶体的物理性质都是各向异性的
B.露珠呈现球状是由于液体表面张力的作用
C.布朗运动是固体分子的运动,它说明分子永不停息地做无规则运动
D.当分子力表现为斥力时,分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而减小
4.(2020年北京市西城区高三诊断)下列说法正确的是(
A
)。
A.液体中悬浮微粒的无规则运动称为布朗运动
B.液体分子的无规则运动称为布朗运动
C.物体温度降低,其内能一定增大
D.物体温度不变,其内能一定不变
5.(2020年北京市门头沟区高三一模)对于一定质量的理想气体,下列叙述中正确的是(
C
)。
A.当分子间的平均距离变大时,气体压强一定变小
B.当分子热运动变剧烈时,气体压强一定变大
C.当分子热运动变剧烈且分子平均距离变小时,气体压强一定变大
D.当分子热运动变剧烈且分子平均距离变大时,气体压强一定变大
6.下列说法正确的是(
A
)。
A.温度标志着物体内大量分子热运动的剧烈程度
B.气体压强仅与气体分子的平均动能有关
C.气体膨胀对外做功,分子的平均动能一定减小
D.理想气体在等压膨胀过程中,内能不一定增加
7.如图所示,有一重力可以忽略的薄壁小试管开口向下竖直地浮在很大的水银槽内,试管中有一长为h1的水银柱封住两段气体A、B,A、B气柱长分别为l1、l2,管内外水银面高度差为h2,在保持温度不变的情况下,下列说法错误的是（
C
)。
A.开始时h2一定等于h1
B.若外界大气压缓慢增加少许,则h2不变,l1变小,l2变小
C.若外界大气压缓慢增加少许,则h2变小,l1变大,l2变大
D.若用手轻按试管,使试管竖直向下移少许,则h2变大,l1变小,l2变小
8.
如图,一定质量的理想气体从状态a开始,经历过程①、②、③、④到达状态e。对此气体,下列说法正确的是(
BD
)。
A.过程①中气体的压强逐渐减小
B.过程②中气体对外界做正功
C.过程④中气体从外界吸收了热量
D.状态c、d的内能相等
9.两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r0。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,分子势能为零,则下列说法正确的是(
BC
)。
A.在r>r0阶段,F做正功,分子动能增大,势能增大
B.在r=10-9
m时,分子间的作用力可以忽略不计
C.在r=r0时,分子势能最小,动能最大
D.在r=r0时,分子势能为零
10.如图所示,a、b、c、d表示一定质量的理想气体状态变化中的四个状态,图中ad与T轴平行,cd与p轴平行,ab的延长线过原点,则下列说法中正确的是(
BC
)。
A.气体在状态a时的体积大于在状态b时的体积
B.从状态b到状态a的过程中,气体吸收的热量一定等于其增加的内能
C.从状态c到状态d的过程中,气体分子的平均动能不变,但分子的密集程度增加
D.从状态a到状态d的过程中,气体对外做功,内能不变
二、计算题
11.2019年12月以来,我国部分地区突发的新型冠状病毒性肺炎疫情威胁着人们的身体健康和生命安全,勤消毒是一种关键的防疫措施,如图1所示。图2是喷雾消毒桶的原理图,消毒桶高为h。在室外从加水口加注高度为的消毒液,关闭喷雾口阀门K,密封加水口,上部封闭有压强为p0、温度为T0的空气。将喷雾消毒桶移到室内,一段时间后打开喷雾口阀门K,恰好有消毒液从喷雾口溢出。已知消毒液的密度为ρ,大气压强恒为p0,喷雾管的喷雾口与喷雾消毒桶顶部等高。忽略喷雾管的体积,将空气看作理想气体,重力加速度为g。
(1)求室内温度。
(2)关闭K,在室内用打气筒向喷雾消毒桶内充入空气。然后,打开K,在室内喷雾消毒。消毒完成时,发现桶内消毒液的液面刚好降到桶底。求充入空气与原有空气的质量比。(假设整个过程中气体温度保持不变)
解析(1)
设室内温度为T1,消毒桶移到室内一段时间后,封闭气体的压强为p1,有p1=p0+ρg·
气体做等容变化,由查理定律得=
解得T1=T0。
(2)以充气前消毒桶内空气为研究对象。设消毒桶的横截面积为S。充气前压强为p1时,设体积为V1,则p1=p0+ρg·,V1=
消毒完成后,设压强为p2,体积为V2,对应的气柱高度为h2,则
p2=p0+ρgh,V2=h2S
因气体做等温变化,由玻意耳定律得p1V1=p2V2
联立解得h2=h
在同温同压情况下,同种气体的质量比等于体积比。设原有空气的质量为m0,打进空气的质量为Δm,则=
解得=。
12.如图所示,在竖直圆柱形绝热汽缸内,可移动的绝热活塞a、b密封了质量相同的A、B两部分同种气体,且处于平衡状态。已知活塞的横截面积之比Sa∶Sb=2∶1,密封气体的长度之比hA∶hB=1∶3,活塞厚度、质量和摩擦均不计。
(1)求A、B两部分气体的热力学温度TA与TB的比值。
(2)若对B部分气体缓慢加热,同时在活塞a上逐渐增加细砂使活塞b的位置不变,当B部分气体的温度为TB时,活塞a、b间的距离hA'与hA之比为k∶1,求此时A部分气体的绝对温度TA'与TA的比值。
解析?　(1)A、B两部分气体质量相同且为同种气体,压强也相同,根据盖—吕萨克定律有
=
解得=。
(2)对B部分气体,根据查理定律有=
对A部分气体,根据理想气体状态方程有=
而=k
可得=k。
2

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