专题六 第19课时　热学课件PPT

这是一份专题六 第19课时　热学课件PPT，共60页。PPT课件主要包含了知识体系，专题强化练，高考预测，估算问题，高考题型1，气体压强，晶体与非晶体，高考题型2，考向一气体实验定律，答案129cm等内容，欢迎下载使用。
高考题型1　分子动理论　固体和液体
高考题型2　气体实验定律　理想气体状态方程
高考题型3　热力学定律与气体实验定律相结合
1.命题角度：(1)分子动理论、固体和液体；(2)气体实验定律和理想气体状态方程；(3)热力学定律与气体实验定律的结合.2.常考题型：选择题、填空题或计算题.
分子动理论　固体和液体
2.分子热运动：分子永不停息地做无规则运动，温度越高，分子的无规则运动越剧烈，即平均速率越大，但某个分子的瞬时速率不一定大.3.分子间作用力、分子势能与分子间距离的关系(如图1)
例1　(2020·北京卷·10)分子力F随分子间距离r的变化如图2所示.将两分子从相距r＝r2处释放，仅考虑这两个分子间的作用，下列说法正确的是 A.从r＝r2到r＝r0分子间引力、斥力都在减小B.从r＝r2到r＝r1分子力的大小先减小后增大C.从r＝r2到r＝r0分子势能先减小后增大D.从r＝r2到r＝r1分子动能先增大后减小
解析　分子力与分子间距离的关系如图所示，从r＝r2到r＝r0，分子间引力和斥力都增大，故A错误；从r＝r2到r＝r1，分子间引力和斥力的合力先增大，再减小，再增大，故B错误；
从r＝r2到r＝r0，分子力做正功，分子势能一直减小，故C错误；从r＝r2到r＝r1，分子力先做正功后做负功，分子势能先减小后增大，故分子动能先增大后减小，故D正确.
例2　(2021·山东济南市一模)根据所学知识分析，下列说法中正确的是 A.布朗运动就是热运动B.只有液体和气体才能发生扩散现象C.太空飞船中水滴呈球形，是液体表面张力作用的结果D.分子间相互作用的引力和斥力的合力一定随分子间的距离增大而减小
解析　布朗运动是微粒在液体或气体中的无规则运动，间接反映了液体分子或气体分子在永不停息地做无规则运动，它不是微粒的热运动，也不是液体分子的热运动，A错误；固体、液体、气体都可以发生扩散现象，B错误；太空飞船中的水滴处于完全失重状态，在表面张力作用下收缩为球形，C正确；当rr0时，分子间相互作用的引力和斥力的合力随分子间距离的增大而先增大后减小，D错误.
例3　(多选)下列说法正确的是 A.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B.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C.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D.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　有些晶体(如有些单晶体)在不同的方向上有不同的光学性质，即具有各向异性，A正确；碳元素由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体，如石墨和金刚石，故B正确；在合适的条件下，某些晶体和非晶体可以相互转化，如二氧化硅晶体加热再凝固后成为玻璃，C正确；在熔化过程中，晶体的内能要增大，D错误.
1.压强的计算(1)被活塞、汽缸封闭的气体，通常分析活塞或汽缸的受力，应用平衡条件或牛顿第二定律求解，压强单位为Pa.(2)水银柱密封的气体，应用p＝p0＋ph或p＝p0－ph计算压强，压强p的单位为cmHg或mmHg.
气体实验定律　理想气体状态方程
2.合理选取气体变化所遵循的规律列方程(1)若气体质量一定，p、V、T中有一个量不发生变化，则选用对应的气体实验定律列方程求解.(2)若气体质量一定，p、V、T均发生变化，则选用理想气体状态方程列式求解.3.关联气体问题解决由活塞、液柱相联系的两部分气体问题时，根据两部分气体压强、体积的关系，列出关联关系式，再结合气体实验定律或理想气体状态方程求解.
例4　(2020·全国卷Ⅲ·33(2))如图3，两侧粗细均匀、横截面积相等、高度均为H＝18 cm的U形管，左管上端封闭，右管上端开口.右管中有高h0＝ 4 cm的水银柱，水银柱上表面离管口的距离l＝12 cm.管底水平段的体积可忽略.环境温度为T1＝283 K，大气压强p0＝76 cmHg.(1)现从右侧端口缓慢注入水银(与原水银柱之间无气隙)，恰好使水银柱下端到达右管底部.此时水银柱的高度为多少？
解析　设密封气体初始体积为V1，压强为p1，左、右管的横截面积均为S，密封气体先经等温压缩过程体积变为V2，压强变为p2，由玻意耳定律有p1V1＝p2V2①设注入水银后水银柱高度为h，水银的密度为ρ，根据题设条件有p1＝p0＋ρgh0②p2＝p0＋ρgh③V1＝(2H－l－h0)S④V2＝HS⑤联立①②③④⑤式并代入题给数据得h≈12.9 cm⑥
(2)再将左管中密封气体缓慢加热，使水银柱上表面恰与右管口平齐，此时密封气体的温度为多少？
解析　密封气体再经等压膨胀过程体积变为V3，温度变为T2，由盖—吕萨克定律有
按题设条件有V3＝(2H－h)S ⑧联立⑤⑥⑦⑧式并代入题给数据得T2≈363 K
例5　(2020·山东卷·15)中医拔罐的物理原理是利用玻璃罐内外的气压差使罐吸附在人体穴位上，进而治疗某些疾病.常见拔罐有两种，如图4所示，左侧为火罐，下端开口；右侧为抽气拔罐，下端开口，上端留有抽气阀门.使用火罐时，先加热罐中气体，然后迅速按到皮肤上，自然降温后火罐内部气压低于外部大气压，使火罐紧紧吸附在皮肤上.抽气拔罐是先把罐体按在皮肤上，再通过抽气降低罐内气体压强.某次使用火罐时，罐内气体初始压强与外部大气压相同，温度为450 K，最终降到300 K，因皮肤凸起，内部气体体积变为罐容积的 .若换用抽气拔罐，抽气后罐内剩余气体体积变为抽气拔罐容积的 ，罐内气压与火罐降温后的内部气压相同.罐内气体均可视为理想气体，忽略抽气过程中气体温度的变化.求应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值.
考向二　理想气体状态方程
解析　设火罐内气体初始状态参量分别为p1、T1、V1，温度降低后状态参量分别为p2、T2、V2，罐的容积为V0，由题意知
代入数据得p2＝0.7p0 ③
对于抽气拔罐，设初态气体状态参量分别为p3、V3，末态气体状态参量分别为p4、V4，罐的容积为V0′，由题意知p3＝p0、V3＝V0′、p4＝p2④由玻意耳定律得p3V3＝p4V4则有p0V0′＝p2V4⑤联立③⑤式，代入数据得
设抽出的气体的体积为ΔV，由题意知
故应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值为
例6　(2021·全国甲卷·33(2))如图5，一汽缸中由活塞封闭有一定量的理想气体，中间的隔板将气体分为A、B两部分；初始时，A、B的体积均为V，压强均等于大气压p0，隔板上装有压力传感器和控制装置，当隔板两边压强差超过0.5p0时隔板就会滑动，否则隔板停止运动.气体温度始终保持不变.向右缓慢推动活塞，使B的体积减小为(1)求A的体积和B的压强；
答案　0.4V　2p0　
解得pB＝2p0对A气体分析，根据玻意耳定律有p0V＝pAVApA＝pB＋0.5p0，联立解得VA＝0.4V.
(2)再使活塞向左缓慢回到初始位置，求此时A的体积和B的压强.
则隔板一定会向左运动，设稳定后气体A的体积为VA′、压强为pA′，气体B的体积为VB′、压强为pB′，根据玻意耳定律有p0V＝pA′VA′，p0V＝pB′VB′VA′＋VB′＝2V，pA′＝pB′－0.5p0
1.理想气体相关三量ΔU、W、Q的分析思路(1)内能变化量ΔU①由气体温度变化分析ΔU.温度升高，内能增加，ΔU>0；温度降低，内能减少，ΔU0，吸热；Qr2时，分子间的引力大于斥力，选项A错误；液体存在表面张力是因为表面层中相邻分子的平均间距大于r2，选项C正确；将分子间距由r1增大到平衡距离r2时，分子间引力与斥力的合力会变小，选项D错误.
3.(2020·北京市通州区第二中学高三三模)关于固体、液体，下列说法正确的是 A.晶体没有确定的熔点，非晶体有确定的熔点B.液晶既具有液体的流动性，又像某些晶体那样具有光学各向异性C.表面张力使液体表面具有扩张的趋势，使液体表面积趋于最大D.发生毛细现象时，细管中的液体只能上升不会下降
解析　晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点，A错误；由液晶的性质知它既具有液体的流动性，又像某些晶体那样具有光学各向异性，B正确；表面张力使液体表面具有收缩的趋势，使液体表面积趋于最小，C错误；毛细管插入浸润液体中，管内液面上升，高于管外；毛细管插入不浸润液体中，管内液面下降，低于管外，D错误.
4.(2021·山东卷·2)如图2所示，密封的矿泉水瓶中，距瓶口越近水的温度越高.一开口向下、导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中封闭一段空气.挤压矿泉水瓶，小瓶下沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮，上浮过程中，小瓶内气体 A.内能减少B.对外界做正功C.增加的内能大于吸收的热量D.增加的内能等于吸收的热量
解析　由于越接近矿泉水瓶口，水的温度越高，因此小瓶上浮的过程中，小瓶内气体的温度升高，内能增加，A错误；在小瓶上升的过程中，小瓶内气体的温度逐渐升高，压强逐渐减小，根据理想气体状态方程 ＝C，气体体积膨胀，对外界做正功，B正确；由A、B分析，小瓶上升时，小瓶内气体内能增加，气体对外做功，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，由于气体对外做功，因此吸收的热量大于增加的内能，C、D错误.
5.(2021·山东青岛市高三期末)一定质量的理想气体从状态A开始，经状态B和状态C回到状态A，其状态变化的p－T图像如图3所示，其中线段AB与T轴平行，线段BC与p轴平行.下列说法中正确的是 A.气体从状态A到状态B过程中，气体分子对容器壁的 碰撞次数不变B.气体从状态B到状态C过程中，气体向外界释放热量C.气体从状态A到状态B过程中，气体吸收热量全部用 来增加气体的内能D.气体从状态C到状态A过程中，单位体积内气体分子数减少
解析　气体从状态A到状态B经历了一个温度升高的等压过程，则气体分子的平均动能增加，单个气体分子对容器壁的撞击力增大，由理想气体状态方程可知其体积要增大，所以单位体积内的气体分子数要减少，但是气体压强保持不变，由气体压强的微观解释可知，气体分子在单位时间内对容器壁的碰撞次数要减小，故A错误；
气体体积增大的过程中气体对外界做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知吸热并不全部用来增加内能，故C错误；
气体从状态B到状态C是压强增大的等温过程，由理想气体状态方程可知其体积减小，即气体被压缩，外界对气体做功，但是气体的内能不变，由热力学第一定律可知气体向外界释放热量，故B正确；A、C两点所在的直线过原点，即压强p与温度T成正比，其比值是一个定值，由理想气体状态方程可得 ，即从状态C到状态A，气体的体积没有变化，单位体积内气体分子数不变，故D错误.
6.(2021·辽宁营口市高三期末)带有活塞的汽缸内封闭一定质量的理想气体.气体开始处于状态a；然后经过过程ab到达状态b或经过过程ac到达状态c，b、c状态温度相同，如图4所示.设气体在状态b和状态c的压强分别为pb和pc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac，则 A.pb>pc，Qab>QacB.pbQacC.pb0，ΔU＝W，B正确；
c→d气体对外界做功W1，大小等于cd曲线与V轴围成的面积，a→b外界对气体做功W2，大小等于ab曲线与V轴围成的面积，可知W1>W2，d→a、b→c为等容过程W′＝0，故全过程，气体对外界做功，大小等
于bcda围成的面积，在一次循环过程中，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，W0，故一次循环过程中吸收的热量大于放出的热量；由上面分析可知，c→d内能减少量大于a→b内能的增加量，故b→c内能的增加量应大于d→a内能的减少量，C、D错误.
9.(2021·广东卷·15(1))在高空飞行的客机上某乘客喝完一瓶矿泉水后，把瓶盖拧紧.下飞机后发现矿泉水瓶变瘪了，机场地面温度与高空客舱内温度相同.由此可判断，高空客舱内的气体压强_____(选填“大于”、“小于”或“等于”)机场地面大气压强；从高空客舱到机场地面，矿泉水瓶内气体的分子平均动能______(选填“变大”、“变小”或“不变”).
解析　机场地面温度与高空客舱温度相同，由题意知瓶内气体体积变小，以瓶内气体为研究对象，根据理想气体状态方程 ＝C可知高空客舱内的气体压强小于机场地面大气压强；由于温度是分子平均动能的标志，气体分子的平均动能只与温度有关，机场地面温度与高空客舱温度相同，故从高空客舱到机场地面，瓶内气体的分子平均动能不变.
10.(2021·全国甲卷·33(1))如图6，一定量的理想气体经历的两个不同过程，分别由体积－温度(V－t)图上的两条直线Ⅰ和Ⅱ表示，V1和V2分别为两直线与纵轴交点的纵坐标；t0是它们的延长线与横轴交点的横坐标，t0＝－273.15 ℃；a为直线Ⅰ上的一点.由图可知，气体在状态a和b的压强之
t＝0 ℃时，当气体体积为V1时，设其压强为p1，当气体体积为V2时，设其压强为p2，根据等温变化，由玻意耳定律有p1V1＝p2V2由于直线Ⅰ和Ⅱ各为两条等压线，则有p1＝pb，p2＝pc
11.(2021·河北卷·15(2))某双层玻璃保温杯夹层中有少量空气，温度为27 ℃时，压强为3.0×103 Pa.(1)当夹层中空气的温度升至37 ℃，求此时夹层中空气的压强；
答案　3.1×103 Pa　
代入数据解得p2＝3.1×103 Pa
(2)当保温杯外层出现裂隙，静置足够长时间，求夹层中增加的空气质量与原有空气质量的比值，设环境温度为27 ℃，大气压强为1.0×105 Pa.
解析　当保温杯外层出现裂隙后，静置足够长时间，则夹层中空气压强和大气压强相等，设夹层体积为V，以静置后的所有空气为研究对象有p0V＝p1V1
所以夹层中增加的空气质量与原有空气质量之比为
12.(2020·全国卷Ⅰ·33(2))甲、乙两个储气罐储存有同种气体(可视为理想气体).甲罐的容积为V，罐中气体的压强为p；乙罐的容积为2V，罐中气体的压强为 p.现通过连接两罐的细管把甲罐中的部分气体调配到乙罐中去，两罐中气体温度相同且在调配过程中保持不变，调配后两罐中气体的压强相等.求调配后：(1)两罐中气体的压强；
解析　假设乙罐中的气体被压缩到压强为p时，其体积变为V1，由玻意耳定律有
两罐中气体压强均为p时，总体积为(V＋V1).设调配后两罐中气体的压强为p′，由玻意耳定律有p(V＋V1)＝p′(V＋2V)②
(2)甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比.
解析　若调配后甲罐中的气体再被压缩到原来的压强p时，体积为V2，由玻意耳定律有p′V＝pV2④设调配后甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比为k，
13.(2021·黑龙江哈尔滨市第六中学高三期末)如图7所示，内径粗细均匀的U形管，右侧B管上端封闭，左侧A管上端开口，管内注入水银，并在A管内装配有光滑的、质量可以不计的活塞，使两管中均封入L＝25 cm的空气柱，活塞上方的大气压强为p0＝76 cmHg，这时两管内水银面高度差h＝6 cm.今用外力竖直向上缓慢地拉活塞，直至使两管中水银面相平.设温度保持不变，则A管中活塞向上移动距离是多少？
解析　取B管中气体为研究对象，设活塞运动前B管中气体的压强为pB、体积为VB，活塞运动后B管中气体的压强为pB′，体积为VB′，管的横截面积为S，有pB＝p0－ph，VB＝LS
设活塞向上移动的距离为x，取A管中气体为研究对象，设活塞运动前，A管中气体的压强为pA，体积为VA，活塞运动后A管中气体的压强为pA′，体积为VA′，有pA＝p0，VA＝LS，pA′＝pB′
联立上述各式得x＝8.4 cm.