江苏版高考物理复习专题一0五热学教学课件

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2.宏观量与微观量(1)微观量:分子体积V0、分子直径d、分子质量m0。(2)宏观量:物体的体积V、摩尔体积Vml、物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ。(3)几个重要关系①分子质量:m0= = 。②分子体积:V0= = (对气体,V0为分子所占空间体积)。③物体所含的分子数:N= NA= NA或N= NA= NA。
二、分子热运动1.分子热运动:分子在做永不停息的无规则运动。2.扩散现象(1)扩散现象是相互接触的不同物质彼此进入对方的现象。(2)影响因素:温度。温度越高,扩散越快。3.布朗运动(1)布朗运动是悬浮在液体或气体中的微粒的无规则运动。(2)布朗运动不是分子的运动,但它反映了液体或气体分子的无规则运动。(3)影响因素:微粒大小和温度。微粒越小,温度越高,布朗运动越明显。
4.分子热运动、扩散现象与布朗运动的比较
5.分子运动速率分布规律 (1)在任一温度下,气体分子的速率都呈“中间多、两头少”的分布。(2)温度升高时,“中间多”的这一“高峰”向速率大的方向移动,速率小的分子数减少,速率大的分子数增多,分子的平均速率增大,但不是每个分子的速率都增大。
三、分子间作用力、分子势能和内能1.分子动能、分子势能与内能
2.分子间作用力与分子势能图像的比较
例1    (2024届福建宁德一中一模)图甲是一定质量的某种气体在不同温度下的气体分 子速率分布曲线;图乙是两分子系统的势能Ep与两分子间距离r的关系曲线。下列说 法正确的是 (　    )
A.甲:同一温度下,气体分子热运动的速率都呈“中间多、两头少”的分布B.甲:气体在①状态下的内能小于在②状态下的内能C.乙:当r大于r1时,分子间的作用力表现为引力D.乙:在r由r1变到r2的过程中分子间作用力做负功
  解析    由题图甲中,同一温度下气体分子的速率都呈“中间多、两头少”的分布,①状态下气体分子热运动速率大的分子占据的比例较大,说明①对应的气体分子热运动 的平均动能较大,即气体在①状态下的内能大于在②状态下的内能,故A正确,B错误。 由题图乙(易错:明确是F-r图像还是Ep-r图像)知,当r=r2时,分子势能最小(点拨:这是判 断分子间作用力及其做功情况的关键),此时分子间作用力为0,则当r>r2时,分子间的作 用力表现为引力,当r考点二　固体、液体和气体一、固体和液体1.晶体和非晶体
2.液体(1)液体的表面张力
(2)浸润和不浸润①浸润:一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上,这种现象叫作浸润。例如, 在洁净玻璃板上滴一滴水,这滴水会附着在玻璃板上形成薄层。②不浸润:一种液体不会润湿某种固体,也就不会附着在这种固体的表面,这种现象叫 作不浸润。例如,把一块洁净的玻璃板浸入水银中再取出,玻璃表面不附着水银。知识拓展    浸润与不浸润产生的原因a.附着层内的液体分子比液体内部密集,故分子间作用力为斥力,附着层有扩展的趋势, 故形成浸润现象。b.附着层内的分子比液体内部稀疏,故分子间作用力为引力,附着层有收缩的趋势,故
形成不浸润现象。③毛细现象a.定义:浸润液体在细管中上升的现象,以及不浸润液体在细管中下降的现象,称为毛 细现象(如图所示)。      b.特点:细管内径越小,毛细现象越明显。3.液晶(1)液晶的物理性质:具有液体的流动性;具有晶体的光学各向异性。
(2)液晶的微观结构:从某个方向上看,其分子排列比较整齐,但从另一方向看,分子的排 列是杂乱无章的。二、气体1.描述气体状态的物理量(1)体积V:确定系统的空间范围。(2)压强p:确定外界与系统之间或系统内部各部分之间力的作用。(3)温度T:确定系统的冷热程度。2.气体压强(1)定义:气体作用在器壁单位面积上的压力。
(2)产生的原因:气体中大量分子做无规则热运动时对器壁频繁碰撞而形成对器壁各处 均匀、持续的压力。(3)决定因素(一定质量的某种理想气体)
3.气体实验定律(1)气体实验定律的比较
(2)气体实验定律的微观解释①玻意耳定律的微观解释:一定质量的某种理想气体,温度保持不变时,分子的平均动 能是一定的。在这种情况下,体积减小时,分子的密集程度增大,单位时间内、单位面 积上碰撞器壁的分子数增加,则气体的压强增大;反之,压强减小。②查理定律的微观解释:一定质量的某种理想气体,体积保持不变时,分子的密集程度 保持不变。在这种情况下,温度升高时,分子的平均动能增大,气体的压强就增大;反之, 压强减小。③盖-吕萨克定律的微观解释:一定质量的某种理想气体,温度升高时,分子的平均动能 增大;只有气体的体积同时增大,使分子的密集程度减小,才能保持压强不变。
4.理想气体状态方程(1)理想气体①定义:在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体。②理想气体特点:理想气体不计分子间的作用力,即不计分子势能,其内能仅由温度决定。(2)理想气体状态方程: = 或 =C(质量一定的理想气体)。
5.一定质量理想气体状态变化相关图像的比较
例2　某同学探究一封闭汽缸内理想气体的状态变化特性,得到压强p随温度t的变化 如图所示。已知图线Ⅰ描述的是体积为V1的等容过程,当温度为t1时气体的压强为p1; 图线Ⅱ描述的是压强为p2的等压过程。取0 ℃为273 K,求: (1)等容过程中,温度为0 ℃时气体的压强;(2)等压过程中,温度为0 ℃时气体的体积。
  解题指导     
  解析    (1)在等容过程中,设0 ℃时气体压强为p0,根据查理定律有 = ,解得p0= 。(2)当压强为p2、温度为0 ℃时,设此时体积为V2,则根据理想气体状态方程有 = ,解得V2= 。
  答案    (1)     (2) 
归纳总结    利用气体实验定律、理想气体状态方程解决问题的基本思路 
考点三　热力学定律　能量守恒定律一、热力学第一定律1.内容:一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功 的和。2.表达式:ΔU=W+Q。3.符号规定
4.几种特殊情况(1)若过程是绝热的,则Q=0,W=ΔU,外界对物体做的功等于物体内能的增加量。(2)若过程中不做功,即W=0,则Q=ΔU,物体吸收的热量等于物体内能的增加量。(3)若过程的始末状态物体的内能相同,即ΔU=0,则W+Q=0或W=-Q,外界对物体做的功 等于物体放出的热量。二、能量守恒定律1.内容:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为其他形式,或 者从一个物体转移到别的物体,在转化或转移的过程中,能量的总量保持不变。2.条件性:能量守恒定律是自然界的普遍规律,某一种形式的能是否守恒是有条件的。
3.第一类永动机是不可能制成的,它违背了能量守恒定律。三、热力学第二定律1.热力学第二定律的两种表述(1)克劳修斯表述:热量不能自发地从低温物体传到高温物体。(2)开尔文表述:不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响。2.对热力学第二定律中关键词的理解(1)“自发地”指明了传热的方向性,不需要借助外界提供能量;(2)“不产生其他影响”是说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。
3.热力学过程方向性实例(1)高温物体 低温物体。(2)功 热。(3)气体体积V1 气体体积V2(V1模型一　玻璃管-液柱模型
例1　若已知大气压强为p0,液体密度均为ρ,重力加速度为g,图中各装置均处于静止状 态,求各装置中被封闭气体的压强。(假设每根管的横截面积均为S)                 
  解析    力平衡法:题图甲中,以高为h的液柱为研究对象,由平衡条件有p甲S+ρghS=p0S,所以p甲=p0-ρgh。液片法:题图乙中,以B液面为研究对象,由平衡条件有p乙S+ρghS=p0S,故p乙=p0-ρgh。液片法:题图丙中,以B液面为研究对象,由平衡条件有p丙S+ρgh sin 60°·S=p0S,所以p丙=p0-  ρgh。液片法:题图丁中,以A液面为研究对象,由平衡条件有p丁S=p0S+ρgh1S,所以p丁=p0+ρgh1。等压面法:题图戊中,从开口端开始计算,右端大气压强为p0,同种液体同一水平面上的 压强相同,所以b气柱的压强pb=p0+ρg(h2-h1),故a气柱的压强pa=pb-ρgh3=p0+ρg(h2-h1-h3)。
  答案　甲:p0-ρgh    乙:p0-ρgh    丙:p0- ρgh丁:p0+ρgh1    戊:pa=p0+ρg(h2-h1-h3)    pb=p0+ρg(h2-h1)
模型二　汽缸-活塞模型一、以气体为研究对象1.如果气体在单个汽缸中,需明确气体的变化过程,分析清楚气体初末状态,温度、压 强、体积三个物理量和初末状态之间的关系,再依据气体实验定律列出方程。2.如果涉及两个或多个汽缸封闭着几部分气体,并且气体之间相互关联时,解答时应分 别研究各部分气体,找出它们各自遵循的规律,并列出相应的方程,最后联立求解。二、以活塞为研究对象1.明确活塞的质量是否忽略不计,明确活塞是水平放置还是竖直放置,如果竖直放置, 是否考虑活塞的重力产生的压强。
2.活塞如果处于力学平衡状态,则要对活塞进行受力分析,根据受力平衡得出气体压强 的大小或活塞两端的隔离气体的压强关系。3.活塞如果处于力学非平衡状态,则要对活塞进行受力分析,根据牛顿运动定律得出气 体压强的大小或活塞两端的隔离气体的压强关系。
例2    (单汽缸多过程问题)(2023届南通月考)如图所示,下端开口的导热汽缸竖直悬挂 在天花板下,缸口内壁有卡环,卡环与汽缸底部间距为L。一横截面积为S、质量为m的 光滑活塞将一定量的理想气体封闭在汽缸内,缸内气体温度T1=300 K,活塞处于静止状 态,活塞与汽缸底部的距离为 L。现对缸内气体缓慢加热,直至气体的温度T2=400 K,此过程中气体内能增加了ΔU。已知外界大气压强为 ,重力加速度为g,不计活塞厚度。求: 
(1)温度达到T2时缸内气体的压强p;(2)温度从T1到T2的过程中缸内气体吸收的热量Q。
  解题指导    (1)温度从T1到T2的过程分析:关键是确定温度达到T2时,活塞是否已经接触卡环,何时恰好接触卡环。(2)选用物理规律:在活塞接触卡环前,气体发生等压变化,应用盖-吕萨克定律进行分 析;在活塞接触卡环后,要确定末状态的压强,需要应用理想气体状态方程。
  解析    (1)以活塞为研究对象,初态活塞处于平衡状态,设此时缸内气体压强为p1,有p1S+mg=p0S,故p1= ,从初态到活塞恰好接触卡环的过程,气体发生等压变化,根据盖-吕萨克定律有 = ,代入数据解得T=375 K<400 K,即400 K时活塞已经与卡环接触,根据理想气体状态方程有 = ,联立解得p= 。(2)在气体等压变化过程中,外界对气体所做的功W=-p1S =-2mgL,根据热力学第一定律有ΔU=W+Q,解得Q=ΔU+2mgL。
  答案    (1)     (2)ΔU+2mgL
例3    (关联气体问题)水平放置的气体阻尼器模型截面如图所示,汽缸中间有一固定隔 板,将汽缸内一定质量的某种理想气体分为两部分,“H”形连杆活塞的刚性连杆从隔 板中央圆孔穿过,连杆与隔板之间密封良好。设汽缸内、外压强均为大气压强p0,活塞 面积为S,隔板两侧气体体积均为SL0,各接触面光滑,连杆的截面积忽略不计。现将整 个装置缓慢旋转至竖直方向,稳定后,上部气体的体积为原来的 。设整个过程温度保持不变,求: 
(1)此时上、下部分气体的压强;(2)“H”形连杆活塞的质量(重力加速度大小为g)。
 模型建构    (1)关联条件:“H”形连杆活塞、隔板和汽缸将气体分成两部分,两部分气体的总体积保持不变。(2)模型规律:将整个装置缓慢旋转至竖直方向,整个过程是 个等温变化过程,符合玻意耳定律的适用条件。
  解析    (1)以气体为研究对象,旋转前后,上部分气体发生等温变化,根据玻意耳定律可知p0SL0=p1· SL0,解得旋转且稳定后上部分气体压强p1=2p0;旋转前后,下部分气体发生等温变化,下部分气体体积增大为 SL0+SL0= SL0,则p0SL0=p2· SL0,解得旋转且稳定后下部分气体压强p2= p0。(2)以活塞为研究对象,旋转且稳定后,对“H”形连杆活塞整体受力分析(点拨:“H” 形活塞问题,通常都会选取活塞整体为研究对象,这样分析问题较为简便。通常要借 助活塞的受力及运动状态来分析题意),根据平衡条件可知p1S+p0S=mg+p2S+p0S,解得活 塞的质量m= 。
  答案    (1)2p0     p0    (2) 
微专题20　热力学综合问题一、气体实验定律与热力学第一定律综合问题1.分析策略(1)气体的状态变化可由图像直接判断或结合理想气体状态方程 =C分析。(2)气体的做功情况、内能变化及吸放热关系可由热力学第一定律分析。①由体积变化分析气体做功的情况:体积膨胀,气体对外做功,W<0;气体被压缩,外界对 气体做功,W>0。②由温度变化判断气体内能变化:温度升高,气体内能增加;温度降低,气体内能减少。
③由热力学第一定律ΔU=W+Q判断气体是吸热还是放热。④在p-V图像中,图像与横轴所围面积表示气体对外界或外界对气体整个过程中所做 的功。2.思维流程 
例1    (2023届南通检测)如图所示,柱形绝热汽缸固定在倾角为θ的斜面上,一定质量的 理想气体被重力为G、横截面积为S的绝热活塞封闭在汽缸内,此时活塞到汽缸底部 的距离为L0,汽缸内温度为T0。现通过电热丝缓慢对汽缸内气体加热,通过电热丝的电 流为I,电热丝电阻为R,加热时间为t,使气体温度升高到2T0。已知大气压强为p0,活塞可 沿汽缸壁无摩擦滑动,设电热丝产生的热量全部被气体吸收,求汽缸内气体温度从T0升 高到2T0的过程中: 
(1)活塞移动的距离x;(2)该气体增加的内能ΔU。
  解析    (1)设温度为2T0时,活塞到汽缸底部的距离为L1,汽缸内气体温度从T0升高到2T0的过程中,封闭气体发生等压变化,由盖-吕萨克定律有 = ,解得L1=2L0,活塞移动的距离x=L1-L0=L0。(2)设气体压强为p,对活塞受力分析有pS=p0S+G sin θ,气体对外界做功,则W=-pSx=-(p0S +G sin θ)L0,气体吸收的热量Q=I2Rt,由热力学第一定律ΔU=Q+W解得ΔU=I2Rt-(p0S+G sin θ)L0。
  答案    (1)L0    (2)I2Rt-(p0S+G sin θ)L0
例2    (2023届南京宁海中学检测)某汽车在开始行驶时,仪表显示其中一只轮胎的气体 压强为2.5×105 Pa,温度为27 ℃。已知轮胎容积为3×10-2 m3,且在行驶过程中保持不 变。(1)当行驶一段时间后,该轮胎的气体压强增加到2.7×105 Pa,求此时气体的温度;(2)在(1)继续行驶的过程中气体的温度保持不变,由于漏气导致气体压强逐渐减小到2. 5×105 Pa,求漏掉的气体和原来轮胎中气体质量的比值。
  解题指导    (1)本题的第二问是漏气问题。漏气问题属于变质量问题,可以通过选择合适的研究对象和过程,将变质量问题转化为定质量问题进行处理。(2)质量比等于同状态下的体积比。
  解析    (1)当汽车行驶一段时间后,轮胎内气体体积不变,发生等容变化由查理定律可得 = 其中p1=2.5×105 PaT1=(273+27) K=300 Kp2=2.7×105 Pa解得T2=324 K。(2)轮胎内的气体发生等温变化,以轮胎内的气体和漏出的气体整体为研究对象,设气 体末态的总体积为V3,由玻意耳定律有p2V2=p3V3代入数据解得V3=3.24×10-2 m3