专题18 宏观与微观 课件-2026年高考物理二轮复习优质课件（全国通用）

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分子是微观的舞者,热学是宏观的译者。用宏观的眼光与微观的思维解码世界看不见的一面!
　 (2024山东,6,3分)一定质量理想气体经历如图所示的循环过程,a→b过程是等压过程,b→c过程中气体与外界无热量交换,c→a过程是等温过程。下列说法正确的是 (　　　)
A.a→b过程,气体从外界吸收的热量全部用于对外做功B.b→c过程,气体对外做功,内能增加C.a→b→c过程,气体从外界吸收的热量全部用于对外做功D.a→b过程,气体从外界吸收的热量等于c→a过程放出的热量
解析　a→b过程,由pV=CT可知气体温度升高,内能增加,气体体积增大,对外做功,故从外界吸收的热量一部分用来增加内能,另一部分用来对外做功,A错误;b→c过程绝热,气体体积增大,对外做功,内能减少,B错误;c→a为等温过程,a、c两状态气体温度相同,内能相同,故a→b→c过程气体内能变化量ΔU=0,则Q吸=W,C正确;c→a过程放出的热量等于外界对气体做的功,且做的功的绝对值等于c→a图线与横坐标轴所围的面积,而气体在a→b→c过程吸收的热量与在a→b过程吸收的热量相等(点拨:b→c绝热),该热量也与W相等,W大小等于a→b→c图线与横坐标轴所围的面积,D错误。
　 探究1　情境还原很多同学在做这个题的时候,都会产生一个疑问:这是命题者设计的情境还是真实存在的情境?题述的三个变化,在生活中都有实例,但把三个变化过程集中在一起,实现起来确实需要较多条件。现就本题进行一个简化的情境还原,如图所示,用带手柄的活塞和水在导热性良好的容器中封闭一定质量的理想气体(密闭性良好),现对容器缓慢加热,随着容器内气体温度的上升,活塞缓慢上升,此过程可与a→b过程对应;当水开始向外溢出时,停止加热,活塞继续缓慢上升,水缓慢溢出,直至活塞不再上升,此过程可与b→c过程对应;水停止外溢,气体体积也恰好不再发生改变,表明气体与外界达成热平衡,此后施加外力缓慢向下挤压活塞,此过程可与c→a过程对应。 
探究2　拓展设问对题干中的三个变化过程,还可以研究的问题有哪些?
答案　通过题给图像及理想气体状态方程(或气体实验定律)分别判断气体的压强、体积和温度的变化情况;通过气体温度的变化情况判断对应过程中气体内能的变化;通过气体体积变化情况判断外界对气体做功的正、负;结合热力学第一定律,综合上述分析来判断气体吸热、放热情况。上述问题自由组合,均可设为研究问题。
1.情境与考向变异·宏观→微观　(2025江苏,8,4分)一定质量的理想气体,体积保持不变。在甲、乙两个状态下,该气体分子速率分布图像如图所示。与状态甲相比,该气体在状态乙时(　　　) A.分子的数密度较大B.分子间平均距离较小
C.分子的平均动能较大D.单位时间内分子碰撞单位面积器壁的次数较少
解析　分子的数密度n= ,因为气体分子的个数和体积不变,故甲、乙两个状态下分子的数密度相同,A错误;分子间平均距离d= ,两个状态下分子间平均距离一样大,B错误;乙状态的速率分布峰值在甲状态的速率分布峰值右侧,表明该气体在状态乙时分子的平均动能较大,且温度是理想气体分子平均动能的标志,故T乙>T甲,体积不变时,气体的温度升高,分子热运动更剧烈,则该气体在状态乙时单位时间内分子碰撞单位面积器壁的次数较多,C正确,D错误。
2.情境变异·理论→实际　(2025安徽,3,4分)在恒温容器内的水中,让一个导热良好的气球缓慢上升。若气球无漏气,球内气体(可视为理想气体)温度不变,则气球上升过程中,球内气体(　　　)A.对外做功,内能不变B.向外放热,内能减少C.分子的平均动能变小D.吸收的热量等于内能的增加量
解析　球内气体温度不变,可得球内气体的内能和分子热运动的平均动能均不变,C错误。气球缓慢上升,由液体压强与深度的关系可知,气球外部压强减小,可得球内气体的压强减小,由玻意耳定律pV=C可得球内气体的体积变大,故球内气体对外做功,A正确。由热力学第一定律ΔU=Q+W可得,当ΔU=0、W<0时,Q>0,故球内气体从外部吸热,B、D错误。
3.情境变异·单气体→多气体　如图所示,汽缸开口向上置于水平面上,活塞与汽缸之间有一个气球,气球内、外有质量相等的同种气体,活塞静止,此时气球外部气体甲的压强小于气球内部气体乙的压强。现缓慢向下推动活塞,使其下降一段距离,气体甲的压强仍小于气体乙的压强。已知汽缸内气球内、外的气体均可视为理想气体,活塞与汽缸均绝热,活塞与汽缸壁之间密闭性良好且无摩擦,气球导热性良好。则此过程 (　　　) A.气体甲的内能增加量大于气体乙的内能增加量B.气体甲的每个气体分子做热运动的速率均加快C.活塞对气体甲做的功等于气体甲的内能增加量
D.活塞对气体甲做的功小于甲、乙两部分气体的内能增加量之和
解析　气球导热性良好,则气球内、外的气体温度总相等,一定质量的理想气体的内能只与温度有关,且气体甲和气体乙的质量相等,故气体甲的内能增加量等于气体乙的内能增加量,A错误。活塞对气体甲做正功,气体甲内能增大,温度升高,气体分子平均速率增大,但不是每个气体分子做无规则热运动的速率均增大,B错误。活塞与汽缸均绝热,气体与外界无热量交换,活塞对气体甲做功的同时,气球收缩,气体甲对气体乙做功,故活塞对气体甲做的功大于气体甲内能的增加量,C错误。活塞对气体甲做功的同时,气球收缩,由功能关系和能量守恒可知活塞对气体甲做的功与气球收缩所减少的弹性势能之和等于甲、乙两部分气体内能增加量之和,故活塞对气体甲做的功小于甲、乙两部分气体的内能增加量之和,D正确。
素能进阶　　从本单元起,我们开始按照分子→原子→原子核的顺序从微观的视角认识物质世界。建议老师和同学们按照热学→光学→原子物理的知识顺序进行学习。　　分子动理论是研究物质热运动性质和规律的经典微观统计理论:物体是由大量分子组成的,分子在做永不停息的无规则运动,分子间存在着相互作用力。分子动理论通过对大量分子的统计规律的总结,建立了宏观量与相应的微观量之间的关系,说明了扩散、气体的压强和内能等的微观本质。在此基础上,热力学定律是描述热力学现象本质和规律的物理学原理。　　分子的不同聚集状态决定了物质的结构。当分子的无规则运动起主要作用时,物质将呈气体状态;当分子力起主要作用时,物质将呈固体状态;当分子无规则运动与分子力“旗鼓相当”时,物质将呈液体状态。这也是我们研究冰和水的时候,将分子间距离视为在r0(平衡位置)附近的依据。理想气体的研究也是建立在分子间距大于10r0基础上的量化分析:遵循理想气体实验定律、分子势能等于0等。要会
将所学内容建立属于自己的知识网络,如真题解码中例题所需的基础知识可归纳为: 
(2022江苏,6,4分)自主学习活动中,同学们对密闭容器中的氢气性质进行讨论,下列说法中正确的是(　 　)A.体积增大时,氢气分子的密集程度保持不变B.压强增大是因为氢气分子之间斥力增大C.因为氢气分子很小,所以氢气在任何情况下均可看成理想气体D.温度变化时,氢气分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化
解析　密闭容器中的氢气在状态变化过程中质量不变、分子数目不变,故体积增大时氢气分子的密集程度减小,A错误。气体压强产生的原因是大量气体分子对容器壁持续无规则撞击,从微观角度来看其大小取决于单位时间内气体分子对单位面积的容器壁产生的冲击力,与分子间作用力无关,B错误。实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下才可看作理想气体,C错误。温度是气体分子平均动能的标志,大量气体分子的速率呈现“中间多,两边少”的规律,温度变化时,大量分子的平均速率会变化,即分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化,D正确。
　 探究1　拓展设问①设问1:物体是由大量分子组成的,如何求解物体所含分子数?②设问2:何为分子热运动?哪些现象能体现分子热运动?③设问3:假如全世界82亿人同时数1 g水所含的分子个数,每人每小时可以数5 000个,不间断地数,则数完所有分子所需时间最接近(阿伏加德罗常数NA取6×1023 ml)(　　　)A.10年　　　　　B.1 000年C.10万年　　　　　D.1 000万年
答案　①物体是由大量分子组成的,阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁。a.分子的数目很多。分子数N=物质的量×阿伏加德罗常数NA,1 ml物质含有的分子个数即阿伏加德罗常数NA=6.02×1023 ml-1。 对于某物质的摩尔体积与分子体积之比等于NA,不适用于气体。b.分子的体积很小。多数分子直径的数量级在10-10 m。②a.分子的热运动:分子永不停息的无规则运动叫作热运动。温度越高,分子热运动越剧烈。b.扩散现象:不同种物质能够彼此进入对方的现象。温度越高,扩散越快。c.布朗运动:悬浮微粒的无规则运动。微粒越小,布朗运动越剧烈;温度越高,布朗运动越剧烈(注意:布
朗运动不是分子热运动,而是分子热运动的间接反映,是微观分子热运动造成的宏观现象)。③ 年≈9.3×104年,最接近10万年。
1.分子直径　通过“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验可推测油酸分子的直径约为(　 　)A.10-15 m　B.10-12 m　C.10-9 m　D.10-6 m
解析　分子直径约为10-10 m,但油酸这些有机大分子的直径的数量级一般为10-9 m,与用油膜法估测油酸分子的大小实验结果相吻合,C正确。
2.分子间作用力与分子势能　(2023海南,5,3分)如图为两分子靠近过程中的示意图,r0为分子间平衡距离,下列关于分子力和分子势能的说法正确的是 (　　　) A.分子间距离大于r0时,分子间表现为斥力B.分子从无限远靠近到距离r0处的过程中分子势能变大C.分子势能在r0处最小D.分子间距离在小于r0且减小时,分子势能在减小
解析　分子间距离大于r0时,分子间表现为引力,A错误;分子从无限远靠近到距离r0处的过程中,引力做正功,分子势能减小,在r0处分子势能最小,继续减小分子间距离,分子间表现为斥力,分子力做负功,分子势能增大,C正确,B、D错误。
1.温度与内能　(2022山东,5,3分)如图所示,内壁光滑的绝热汽缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体,初始时汽缸开口向上放置,活塞处于静止状态,将汽缸缓慢转动90°过程中,缸内气体(　 　)A.内能增加,外界对气体做正功B.内能减小,所有分子热运动速率都减小C.温度降低,速率大的分子数占总分子数比例减少
D.温度升高,速率大的分子数占总分子数比例增加
解析　设活塞质量为m,大气压强为p0,题图中左侧缸内气体压强为p1,右侧缸内气体压强为p2,活塞的横截面积为S,则对左侧汽缸的活塞有p1S=mg+p0S,即p1= +p0,对右侧汽缸的活塞有p2S=p0S,即p2=p0,可知在该过程中气体压强变小,体积增大,气体膨胀对外界做功,故外界对气体做的功W