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全国版2022高考物理一轮复习专题十四热学课件
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这是一份全国版2022高考物理一轮复习专题十四热学课件，共60页。PPT课件主要包含了考情解读，考点帮·必备知识通关，考法帮·解题能力提升，思维导引，晶体和非晶体，概括·整合，③符号法则等内容，欢迎下载使用。
课标要求1.通过实验,估测油酸分子的大小.了解分子动理论的基本观点及相关的实验证据.2.通过实验,了解扩散现象.观察并能解释布朗运动.了解分子运动速率分布的统计规律,知道分子运动速率分布图像的物理意义.3.了解固体的微观结构.知道晶体和非晶体的特点.能列举生活中的晶体和非晶体.通过实例,了解液晶的主要性质及其在显示技术中的应用.4.了解材料科学的有关知识及应用,体会它们的发展对人类生活和社会发展的影响.
5.观察液体的表面张力现象.了解表面张力产生的原因.知道毛细现象.6.通过实验,了解气体实验定律.知道理想气体模型.能用分子动理论和统计观点解释气体压强和气体实验定律.7.知道热力学第一定律.通过有关史实,了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过程,体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义.8.理解能量守恒定律,能用能量守恒的观点解释自然现象.体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一.9.通过自然界中宏观过程的方向性,了解热力学第二定律.
命题探究1.命题分析:通过对近几年高考的分析,本专题中分子动理论、热力学定律及理想气体状态方程的应用仍然是高考命题的热点,题型有选择题、实验题以及计算题.2.趋势分析:在复习过程中应加强对分子动理论以及热力学定律相关的选择题或计算题的练习,加强对综合考查气体实验定律及热力学定律的计算题的训练.
核心素养聚焦物理观念:1.明确分子动理论的基本观点,了解温度和内能、晶体和非晶体、相对湿度和饱和蒸气压等知识内容;2.掌握理想气体状态方程及热力学第一定律的应用;3.进一步促进相互作用观念及能量观念的形成.科学思维: 1.构建理想气体模型;2.应用理想气体模型分析求解实际气体问题;3.运用概率统计的方法研究热现象;4.运用能量守恒观点解释热现象、求解问题.科学探究:通过实验估测油酸分子的大小,学习测量微观物理量的思想和方法.科学态度与责任:通过对本专题的学习,培养可持续发展观念,提升个人责任感.
考点1 分子动理论 内能
考法1 对分子动理论的理解
考法2 应用阿伏加德罗常数求解微观量
考法3 分析分子力与分子势能的关系
考法4 实验:油膜法估测分子的大小
考点2 固体、液体和气体 热力学定律
考法1 气体压强的计算
考法2 对气体实验定律及理想气体状态方程的应用
考法3 气体的变质量问题
考法4 热力学定律与气体实验定律的综合应用
考法5 气体状态变化的图像问题
考法6 热力学定律与能量守恒定律的应用
考法7 对固体、液体的性质的考查
高分帮 ·“双一流”名校冲刺
模型构建 液柱模型移动问题的分析技巧
考点1 分子动理论 内能
考点帮 必备知识通关
1.分子动理论(1)物体是由大量分子组成的①分子直径的数量级是10-10 m.②阿伏加德罗常数即1 ml任何物质所含有的粒子数,NA=6.02×1023 ml-1.③分子直径的估测方法:油膜法.(2)分子在做永不停息的无规则运动
辨析·比较 布朗运动和热运动的比较
拓展·延伸 分子热运动特点(以氧气分子的速率分布为例)1.分子热运动无规则,温度越高,分子平均速率越大.2.分子速率区间的分子数占总分子数的百分比呈中间多,两头少的正态分布.3.温度升高,图线峰值向速率大的方向移动.
(3)分子间的相互作用力分子力曲线与分子势能曲线的对比[2020全国Ⅰ第33(1)题]
学习·理解1.微观上:分子势能的大小与分子间距离有关.(1)当r>r0时,分子势能随分子间距离的增大而增大;(2)当r
考法帮 解题能力提升
考法1 对分子动理论的理解
示例1 [2017海南,15(1),4分,多选]关于布朗运动,下列说法正确的是A.布朗运动是液体中悬浮微粒的无规则运动B.液体温度越高,液体中悬浮微粒的布朗运动越剧烈C.在液体中的悬浮微粒只要大于某一尺寸,都会发生布朗运动D.液体中悬浮微粒的布朗运动使液体分子永不停息地做无规则运动E.液体中悬浮微粒的布朗运动是液体分子对它的撞击作用不平衡所引起的
解析：布朗运动是液体中悬浮微粒的无规则运动,A项正确.液体温度越高,分子热运动越剧烈,液体中悬浮微粒的布朗运动越剧烈,B项正确.悬浮微粒越大,惯性越大,液体分子运动对它碰撞时不足以使大微粒运动,所以大微粒不做布朗运动,C项错误.布朗运动是悬浮在液体中微粒的无规则运动,不是液体分子的无规则运动,D项错误.布朗运动是由液体分子从各个方向对悬浮微粒撞击作用的不平衡引起的,E项正确.
考法2 应用阿伏加德罗常数求解微观量
考法3 分析分子力与分子势能的关系
示例3 现有甲、乙两个分子,将甲分子固定在坐标原点O处,乙分子位于x轴上,甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示.F>0时为斥力,F<0时为引力.A、B、C、D为x轴上四个特定的位置.现把乙分子从A处由静止释放,下列A、B、C、D四个选项分别表示乙分子的速度、加速度、势能、动能与两分子间距离的关系,其中大致正确的是
解析：速度方向始终不变,A项错误;加速度与力成正比,与力的方向相同,故B项正确;乙分子从A处由静止释放,分子力先是引力后是斥力,
分子力先做正功后做负功,则分子势能先减小后增大,在C点,分子势能最小,从C项中可知,在A点静止释放乙分子时,分子势能为负,动能为0,则乙分子的总能量为负,在以后的运动过程中乙分子总能量不可能为正,而动能不可能小于0,则乙分子势能不可能大于0,故C、D项错误.
特别提醒 1.分子势能在平衡位置有最小值,分子向平衡位置靠近时,分子势能减小,反之增大.2.判断分子势能变化的途径.(1)看分子力的做功情况:分子力做正功,分子势能减小;做负功,分子势能增大.(2)看分子势能与分子间距离的关系图:图像中的正、负表示分子势能大小.
归纳总结 分子力、分子势能与分子间距离的关系
考法4 实验:油膜法估测分子的大小
示例4 完成以下“用单分子油膜法估测分子大小”的实验.(1)某同学在该实验中的操作步骤如下:①取一定量的无水酒精和油酸,制成一定浓度的油酸酒精溶液;②在量筒中滴入一滴该溶液,测出它的体积;③在浅盘内盛一定量的水,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定;④在浅盘上覆盖透明玻璃,描出油膜形状,用透明方格纸测量油膜的面积.改正其中的错误: . (2)若油酸酒精溶液体积分数为0.10%,一滴溶液的体积为4.8×10-3 mL,其形成的油膜面积为40 cm2,则估测出油酸分子的直径为 m.
解析：(1)②由于一滴溶液的体积太小,直接测量时误差太大,应用微小量累积法可减小测量误差,故可在量筒内滴入N滴该溶液,测出它的体积.③水面上不撒痱子粉或石膏粉时,滴入的油酸酒精溶液在酒精挥发后剩余的油膜不能形成一块完整的油膜,油膜间的缝隙会造成测量误差增大甚至实验失败,故应先在水面上撒痱子粉或石膏粉.
考点2 固体、液体和气体 热力学定律
2.对液体表面张力的理解
4.气体实验定律的比较
6.热力学第一定律(1)改变内能的两种方式:做功和热传递.(2)热力学第一定律①内容:一个热力学系统的内能增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=Q+W.
7.热力学第二定律(1)表述一:热量不能自发地由低温物体传递到高温物体.(2)表述二:不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不产生其他影响.(3)两类永动机①第一类永动机:不消耗任何能量,却不断地对外做功的机器.[违背能量守恒定律]②第二类永动机:没有冷凝器,只从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功,而不引起其他变化的机器.[违背了热力学第二定律]
示例1 (1)如图甲所示,一个横截面积为S的圆筒形容器竖直固定放置.金属圆板的上表面是水平的,下表面是倾斜的,下表面与水平面的夹角为θ,圆板质量为m,不计圆板与容器内壁之间的摩擦.若大气压强为p0,则封闭在容器内的气体的压强p为 .
(2)如图乙、丙中两个汽缸的缸壁均光滑、质量均为M,内部横截面积均为S,两个活塞的质量均为m,左边的汽缸静止在水平面上,右边的汽缸通过活塞竖直悬挂在天花板下.两个汽缸内分别封闭有一定质量的空气A、B,大气压为p0,求封闭气体A、B的压强各多大.
(3)如图丁所示,光滑水平面上放有一质量为M的汽缸,汽缸内放有一质量为m的可在汽缸内无摩擦滑动的活塞,活塞横截面积为S.现用水平恒力F向右推汽缸,最后汽缸和活塞达到相对静止状态,求此时缸内封闭气体的压强p.(已知外界大气压为p0)
归纳总结 气体压强的计算气体压强是气体分子热运动撞击器壁产生的压力,因此可根据力的平衡条件或牛顿运动定律计算气体压强的大小.模型分析1.活塞模型(用活塞封闭一定质量的气体)
2.U形管模型(用液体封闭一定质量的气体)
方法归纳 求解压强问题常见的4种方法1.液片法:选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象,分析液片两侧的受力情况,建立平衡方程,消去面积,得到液片两侧压强相等方程,求得气体的压强.
2.力平衡法:选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析,得到液柱(或活塞)的受力平衡方程,求得气体的压强.3.等压面法:在U形管中,同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等.4.牛顿第二定律法:选取与气体接触的液体(或活塞)为研究对象,进行受力分析,利用牛顿第二定律列方程求解.
考法2 对气体实验定律及理想气体状态方程的应用
示例2 [2015新课标全国Ⅰ,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.已知大活塞的质量为m1=2.50 kg,横截面积为S1=80.0 cm2;小活塞的质量为m2=1.50 kg,横截面积为S2=40.0 cm2;两活塞用刚性轻杆连接,间距保持为l=40.0 cm;汽缸外大气的压强为p=1.00×105 Pa,温度为 T=303 K.
思维导引：(1)在大活塞与大圆筒底部接触前的过程中,由于大气压和活塞重力不变,又忽略摩擦力,则缸内气体为等压变化,遵守盖—吕萨克定律.(2)大活塞被卡住以后,气体体积不再变化,则封闭气体遵守查理定律.
归纳总结1.理想气体状态方程与气体实验定律的关系
思路点拨利用气体实验定律及理想气体状态方程解决问题的基本思路
考法3 气体的变质量问题
示例3 [抽气问题]用容积为ΔV的活塞式抽气机对容积为V0的容器中的气体抽气(每次抽出的气体体积都为ΔV),如图所示.设容器中原来的气体压强为p0,抽气过程中气体温度不变.求抽气机抽气n次后,容器中剩余气体的压强pn为多少?
模型分析 变质量问题的相关模型1.充气问题设想将充进容器内的气体用一个无形的弹性口袋收集起来,那么,当我们取容器和口袋内的全部气体为研究对象时,这些气体的状态不管怎样变化,其质量总是不变的.这样,我们就将变质量的问题转化成质量一定的问题了.2.抽气问题在用抽气筒对容器抽气的过程中,每一次抽气容器内的气体质量都发生变化,解决该类变质量问题的方法与充气问题类似:假设把每次抽出的气体包含在气体变化的始末状态中,即用等效法把变质量问题转化为质量一定的问题.
3.灌气问题将一个大容器里的气体分装到多个小容器中的问题也是一种典型的变质量问题,分析这类问题时,可以把大容器中的气体和多个小容器中的气体作为一个整体来进行研究,即将变质量问题转化为质量一定的问题.4.漏气问题容器漏气过程中容器内气体的质量不断发生变化,属于变质量问题,不能直接用理想气体状态方程求解.如果选容器内原有气体为研究对象,便可使问题变成质量一定的气体状态变化问题,这时可用理想气体状态方程求解.
考法4 热力学定律与气体实验定律的综合应用
示例4 如图所示,体积为V,内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞;汽缸内密封有温度为2.4T0、压强为1.2p0的理想气体,p0和T0分别为大气的压强和温度.已知:气体内能U与温度T的关系为U=αT,α为正的常量;容器内气体的所有变化过程都是缓慢的.求:(1)汽缸内气体与大气达到平衡时的体积V1;(2)在活塞下降过程中,汽缸内气体放出的热量Q.
方法解读一定质量的理想气体状态变化中的内能、做功、热量的判断方法1.做功情况看体积:体积V减小→外界对气体做功→W>0;体积V增大→气体对外界做功→W<0;自由膨胀→W=0.2.内能变化看温度:温度T升高→内能增加→ΔU>0;温度T降低→内能减少→ΔU<0.3.吸(放)热看定律:先判断做功和内能变化,再根据热力学第一定律ΔU=Q+W,确定吸(放)热.
考法5 气体状态变化的图像问题
示例5 [2020山东,6,3分]一定质量的理想气体从状态a开始,经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a,其p-V图像如图所示.已知三个状态的坐标分别为a(V0,2p0)、b(2V0,p0)、c(3V0,2p0).以下判断正确的是A.气体在a→b过程中对外界做的功小于在b→c过程中对外界做的功B.气体在a→b过程中从外界吸收的热量大于在b→c过程中从外界吸收的热量C.在c→a过程中,外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量D.气体在c→a过程中内能的减少量大于b→c过程中内能的增加量
思维导引：一定质量的理想气体的p-V图像与横轴所围的面积表示做的功.气体体积增大的过程中,气体对外做功;体积减小的过程中,外界对气体做功.一定质量的理想气体的内能只与温度有关,温度越高,内能越大,两个状态若温度相等,则内能相等.解析：气体在a→b过程中体积增大,气体对外做功,在b→c过程中体积增大,气体对外做功,根据p-V图像与横轴所围的面积表示做的功可知,在这两个过程中气体对外做的功相等,选项A错误;气体在a→b过程中体积增大,气体对外做功,由理想气体状态方程可知,a、b两个状态温度相等,内能不变,由热力学第一定律可知吸收的热量等于气体对外做的功;气体在b→c过程中
体积增大,气体对外做功,由理想气体状态方程可知,c状态的温度高于b状态的温度,内能增加,由热力学第一定律可知吸收的热量等于气体对外做的功与内能增加量之和,即气体在a→b过程中吸收的热量小于气体在b→c过程中吸收的热量,选项B错误;气体在c→a的过程中,体积减小,温度降低,外界对气体做功,内能减小,根据热力学第一定律,外界对气体做的功小于气体放出的热量,选项C正确;由理想气体状态方程可知,a、b两个状态温度相等,内能相等,所以气体在c→a的过程中内能的减少量等于气体在b→c过程中内能的增加量,选项D错误.
考法6 热力学定律与能量守恒定律的应用
示例6 [2020全国Ⅱ,33(1),5分]下列关于能量转换过程的叙述,违背热力学第一定律的有 ,不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有 . 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
解析：汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热既不违背热力学第一定律也不违背热力学第二定律;冷水倒入保温杯后,冷水和杯子的温度都变得更低,违背了热力学第一定律;热机工作时吸收的热量不可能全部用来对外做功,而不产生其他影响,显然C选项遵循热力学第一定律,但违背了热力学第二定律;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,既不违背热力学第一定律也不违背热力学第二定律,综上所述,第一个空选B,第二个空选C.
考法7 对固体、液体的性质的考查
示例7 [2015新课标全国Ⅰ,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.固体可以分成晶体和非晶体两类,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,某些晶体可以转变为非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体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
解析：一种物质是否是晶体是由分子的空间排列结构决定的,与体积大小无关,将一块晶体敲碎后,得到的小颗粒仍是晶体,选项A错误;由于单晶体具有各向异性的特点,所以有些晶体在不同方向上有不同的光学性质,选项B正确;有的物质在不同条件下能够生成不同的晶体,原因是组成它们的原子能够按照不同排列方式形成不同的空间分布,选项C正确;物质是晶体还是非晶体并不是绝对的,在合适的条件下,某些晶体可以转变为非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体,选项D正确;在熔化过程中,晶体要吸收热量,温度不变,分子平均动能不变,分子势能增加,内能增加,选项E错误.
特别提醒1.单晶体具有各向异性,但不是在各种物理性质上都表现出各向异性;2.只要是具有各向异性的固体必定是晶体,且是单晶体;3.只要具有确定熔点的固体必定是晶体,反之,必是非晶体;4.单晶体具有规则的几何外形,而多晶体和非晶体没有规则的几何外形,所以不能从形状上区分晶体与非晶体;5.晶体和非晶体不是绝对的,晶体与非晶体在某些条件下可以相互转化;6.液晶既不是晶体也不是液体.
高分帮 “双一流”名校冲刺
模型构建 液柱模型移动问题的分析技巧
问题导入 用液柱(或活塞)隔开两部分气体,当两部分气体都升高或降低相同温度ΔT时,液柱(或活塞)是否移动?如何移动?
1.液柱移动的两种模型(1)如图甲,初态有:pA=pB,TA>TB.(2)如图乙,初态有:pA
结论2 如果液柱(或活塞)两端的横截面积不相等,则应考虑液柱(或活塞)两端的受力变化(ΔpS)情况.若Δp均大于零,则液柱(或活塞)向ΔpS较小的一方移动;若Δp均小于零,则液体(或活塞)向|ΔpS|值较大的一方移动;若ΔpS相等,则液柱(或活塞)不移动. 说明 要判断液柱(或活塞)的移动方向,则需要选择好研究对象,进行受力分析,结合玻意耳定律、查理定律和力学规律进行推理和判断.
示例8 如图,两端封闭、粗细均匀、竖直放置的玻璃管内,有一长为h的水银柱,将管内气体分为两部分,已知l2=2l1,上、下两部分气体的压强分别为p2、p1,水银密度为ρ.若使两部分气体同时升高相同的温度,管内水银柱将如何运动(设原来温度相同)?
思维导引：水银柱原来处于平衡状态,所受合外力为零,即此时上、下两部分气体的压强差Δp=p1-p2=ρgh.温度升高后,两部分气体的压强都增大,若Δp1>Δp2,水银柱所受合外力方向向上,应向上移动;若Δp1<Δp2,水银柱向下移动;若Δp1=Δp2,水银柱不动.
课标要求1.通过实验,估测油酸分子的大小.了解分子动理论的基本观点及相关的实验证据.2.通过实验,了解扩散现象.观察并能解释布朗运动.了解分子运动速率分布的统计规律,知道分子运动速率分布图像的物理意义.3.了解固体的微观结构.知道晶体和非晶体的特点.能列举生活中的晶体和非晶体.通过实例,了解液晶的主要性质及其在显示技术中的应用.4.了解材料科学的有关知识及应用,体会它们的发展对人类生活和社会发展的影响.
5.观察液体的表面张力现象.了解表面张力产生的原因.知道毛细现象.6.通过实验,了解气体实验定律.知道理想气体模型.能用分子动理论和统计观点解释气体压强和气体实验定律.7.知道热力学第一定律.通过有关史实,了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过程,体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义.8.理解能量守恒定律,能用能量守恒的观点解释自然现象.体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一.9.通过自然界中宏观过程的方向性,了解热力学第二定律.
命题探究1.命题分析:通过对近几年高考的分析,本专题中分子动理论、热力学定律及理想气体状态方程的应用仍然是高考命题的热点,题型有选择题、实验题以及计算题.2.趋势分析:在复习过程中应加强对分子动理论以及热力学定律相关的选择题或计算题的练习,加强对综合考查气体实验定律及热力学定律的计算题的训练.
核心素养聚焦物理观念:1.明确分子动理论的基本观点,了解温度和内能、晶体和非晶体、相对湿度和饱和蒸气压等知识内容;2.掌握理想气体状态方程及热力学第一定律的应用;3.进一步促进相互作用观念及能量观念的形成.科学思维: 1.构建理想气体模型;2.应用理想气体模型分析求解实际气体问题;3.运用概率统计的方法研究热现象;4.运用能量守恒观点解释热现象、求解问题.科学探究:通过实验估测油酸分子的大小,学习测量微观物理量的思想和方法.科学态度与责任:通过对本专题的学习,培养可持续发展观念,提升个人责任感.
考点1 分子动理论 内能
考法1 对分子动理论的理解
考法2 应用阿伏加德罗常数求解微观量
考法3 分析分子力与分子势能的关系
考法4 实验:油膜法估测分子的大小
考点2 固体、液体和气体 热力学定律
考法1 气体压强的计算
考法2 对气体实验定律及理想气体状态方程的应用
考法3 气体的变质量问题
考法4 热力学定律与气体实验定律的综合应用
考法5 气体状态变化的图像问题
考法6 热力学定律与能量守恒定律的应用
考法7 对固体、液体的性质的考查
高分帮 ·“双一流”名校冲刺
模型构建 液柱模型移动问题的分析技巧
考点1 分子动理论 内能
考点帮 必备知识通关
1.分子动理论(1)物体是由大量分子组成的①分子直径的数量级是10-10 m.②阿伏加德罗常数即1 ml任何物质所含有的粒子数,NA=6.02×1023 ml-1.③分子直径的估测方法:油膜法.(2)分子在做永不停息的无规则运动
辨析·比较 布朗运动和热运动的比较
拓展·延伸 分子热运动特点(以氧气分子的速率分布为例)1.分子热运动无规则,温度越高,分子平均速率越大.2.分子速率区间的分子数占总分子数的百分比呈中间多,两头少的正态分布.3.温度升高,图线峰值向速率大的方向移动.
(3)分子间的相互作用力分子力曲线与分子势能曲线的对比[2020全国Ⅰ第33(1)题]
学习·理解1.微观上:分子势能的大小与分子间距离有关.(1)当r>r0时,分子势能随分子间距离的增大而增大;(2)当r
考法帮 解题能力提升
考法1 对分子动理论的理解
示例1 [2017海南,15(1),4分,多选]关于布朗运动,下列说法正确的是A.布朗运动是液体中悬浮微粒的无规则运动B.液体温度越高,液体中悬浮微粒的布朗运动越剧烈C.在液体中的悬浮微粒只要大于某一尺寸,都会发生布朗运动D.液体中悬浮微粒的布朗运动使液体分子永不停息地做无规则运动E.液体中悬浮微粒的布朗运动是液体分子对它的撞击作用不平衡所引起的
解析：布朗运动是液体中悬浮微粒的无规则运动,A项正确.液体温度越高,分子热运动越剧烈,液体中悬浮微粒的布朗运动越剧烈,B项正确.悬浮微粒越大,惯性越大,液体分子运动对它碰撞时不足以使大微粒运动,所以大微粒不做布朗运动,C项错误.布朗运动是悬浮在液体中微粒的无规则运动,不是液体分子的无规则运动,D项错误.布朗运动是由液体分子从各个方向对悬浮微粒撞击作用的不平衡引起的,E项正确.
考法2 应用阿伏加德罗常数求解微观量
考法3 分析分子力与分子势能的关系
示例3 现有甲、乙两个分子,将甲分子固定在坐标原点O处,乙分子位于x轴上,甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示.F>0时为斥力,F<0时为引力.A、B、C、D为x轴上四个特定的位置.现把乙分子从A处由静止释放,下列A、B、C、D四个选项分别表示乙分子的速度、加速度、势能、动能与两分子间距离的关系,其中大致正确的是
解析：速度方向始终不变,A项错误;加速度与力成正比,与力的方向相同,故B项正确;乙分子从A处由静止释放,分子力先是引力后是斥力,
分子力先做正功后做负功,则分子势能先减小后增大,在C点,分子势能最小,从C项中可知,在A点静止释放乙分子时,分子势能为负,动能为0,则乙分子的总能量为负,在以后的运动过程中乙分子总能量不可能为正,而动能不可能小于0,则乙分子势能不可能大于0,故C、D项错误.
特别提醒 1.分子势能在平衡位置有最小值,分子向平衡位置靠近时,分子势能减小,反之增大.2.判断分子势能变化的途径.(1)看分子力的做功情况:分子力做正功,分子势能减小;做负功,分子势能增大.(2)看分子势能与分子间距离的关系图:图像中的正、负表示分子势能大小.
归纳总结 分子力、分子势能与分子间距离的关系
考法4 实验:油膜法估测分子的大小
示例4 完成以下“用单分子油膜法估测分子大小”的实验.(1)某同学在该实验中的操作步骤如下:①取一定量的无水酒精和油酸,制成一定浓度的油酸酒精溶液;②在量筒中滴入一滴该溶液,测出它的体积;③在浅盘内盛一定量的水,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定;④在浅盘上覆盖透明玻璃,描出油膜形状,用透明方格纸测量油膜的面积.改正其中的错误: . (2)若油酸酒精溶液体积分数为0.10%,一滴溶液的体积为4.8×10-3 mL,其形成的油膜面积为40 cm2,则估测出油酸分子的直径为 m.
解析：(1)②由于一滴溶液的体积太小,直接测量时误差太大,应用微小量累积法可减小测量误差,故可在量筒内滴入N滴该溶液,测出它的体积.③水面上不撒痱子粉或石膏粉时,滴入的油酸酒精溶液在酒精挥发后剩余的油膜不能形成一块完整的油膜,油膜间的缝隙会造成测量误差增大甚至实验失败,故应先在水面上撒痱子粉或石膏粉.
考点2 固体、液体和气体 热力学定律
2.对液体表面张力的理解
4.气体实验定律的比较
6.热力学第一定律(1)改变内能的两种方式:做功和热传递.(2)热力学第一定律①内容:一个热力学系统的内能增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=Q+W.
7.热力学第二定律(1)表述一:热量不能自发地由低温物体传递到高温物体.(2)表述二:不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不产生其他影响.(3)两类永动机①第一类永动机:不消耗任何能量,却不断地对外做功的机器.[违背能量守恒定律]②第二类永动机:没有冷凝器,只从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功,而不引起其他变化的机器.[违背了热力学第二定律]
示例1 (1)如图甲所示,一个横截面积为S的圆筒形容器竖直固定放置.金属圆板的上表面是水平的,下表面是倾斜的,下表面与水平面的夹角为θ,圆板质量为m,不计圆板与容器内壁之间的摩擦.若大气压强为p0,则封闭在容器内的气体的压强p为 .
(2)如图乙、丙中两个汽缸的缸壁均光滑、质量均为M,内部横截面积均为S,两个活塞的质量均为m,左边的汽缸静止在水平面上,右边的汽缸通过活塞竖直悬挂在天花板下.两个汽缸内分别封闭有一定质量的空气A、B,大气压为p0,求封闭气体A、B的压强各多大.
(3)如图丁所示,光滑水平面上放有一质量为M的汽缸,汽缸内放有一质量为m的可在汽缸内无摩擦滑动的活塞,活塞横截面积为S.现用水平恒力F向右推汽缸,最后汽缸和活塞达到相对静止状态,求此时缸内封闭气体的压强p.(已知外界大气压为p0)
归纳总结 气体压强的计算气体压强是气体分子热运动撞击器壁产生的压力,因此可根据力的平衡条件或牛顿运动定律计算气体压强的大小.模型分析1.活塞模型(用活塞封闭一定质量的气体)
2.U形管模型(用液体封闭一定质量的气体)
方法归纳 求解压强问题常见的4种方法1.液片法:选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象,分析液片两侧的受力情况,建立平衡方程,消去面积,得到液片两侧压强相等方程,求得气体的压强.
2.力平衡法:选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析,得到液柱(或活塞)的受力平衡方程,求得气体的压强.3.等压面法:在U形管中,同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等.4.牛顿第二定律法:选取与气体接触的液体(或活塞)为研究对象,进行受力分析,利用牛顿第二定律列方程求解.
考法2 对气体实验定律及理想气体状态方程的应用
示例2 [2015新课标全国Ⅰ,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.已知大活塞的质量为m1=2.50 kg,横截面积为S1=80.0 cm2;小活塞的质量为m2=1.50 kg,横截面积为S2=40.0 cm2;两活塞用刚性轻杆连接,间距保持为l=40.0 cm;汽缸外大气的压强为p=1.00×105 Pa,温度为 T=303 K.
思维导引：(1)在大活塞与大圆筒底部接触前的过程中,由于大气压和活塞重力不变,又忽略摩擦力,则缸内气体为等压变化,遵守盖—吕萨克定律.(2)大活塞被卡住以后,气体体积不再变化,则封闭气体遵守查理定律.
归纳总结1.理想气体状态方程与气体实验定律的关系
思路点拨利用气体实验定律及理想气体状态方程解决问题的基本思路
考法3 气体的变质量问题
示例3 [抽气问题]用容积为ΔV的活塞式抽气机对容积为V0的容器中的气体抽气(每次抽出的气体体积都为ΔV),如图所示.设容器中原来的气体压强为p0,抽气过程中气体温度不变.求抽气机抽气n次后,容器中剩余气体的压强pn为多少?
模型分析 变质量问题的相关模型1.充气问题设想将充进容器内的气体用一个无形的弹性口袋收集起来,那么,当我们取容器和口袋内的全部气体为研究对象时,这些气体的状态不管怎样变化,其质量总是不变的.这样,我们就将变质量的问题转化成质量一定的问题了.2.抽气问题在用抽气筒对容器抽气的过程中,每一次抽气容器内的气体质量都发生变化,解决该类变质量问题的方法与充气问题类似:假设把每次抽出的气体包含在气体变化的始末状态中,即用等效法把变质量问题转化为质量一定的问题.
3.灌气问题将一个大容器里的气体分装到多个小容器中的问题也是一种典型的变质量问题,分析这类问题时,可以把大容器中的气体和多个小容器中的气体作为一个整体来进行研究,即将变质量问题转化为质量一定的问题.4.漏气问题容器漏气过程中容器内气体的质量不断发生变化,属于变质量问题,不能直接用理想气体状态方程求解.如果选容器内原有气体为研究对象,便可使问题变成质量一定的气体状态变化问题,这时可用理想气体状态方程求解.
考法4 热力学定律与气体实验定律的综合应用
示例4 如图所示,体积为V,内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞;汽缸内密封有温度为2.4T0、压强为1.2p0的理想气体,p0和T0分别为大气的压强和温度.已知:气体内能U与温度T的关系为U=αT,α为正的常量;容器内气体的所有变化过程都是缓慢的.求:(1)汽缸内气体与大气达到平衡时的体积V1;(2)在活塞下降过程中,汽缸内气体放出的热量Q.
方法解读一定质量的理想气体状态变化中的内能、做功、热量的判断方法1.做功情况看体积:体积V减小→外界对气体做功→W>0;体积V增大→气体对外界做功→W<0;自由膨胀→W=0.2.内能变化看温度:温度T升高→内能增加→ΔU>0;温度T降低→内能减少→ΔU<0.3.吸(放)热看定律:先判断做功和内能变化,再根据热力学第一定律ΔU=Q+W,确定吸(放)热.
考法5 气体状态变化的图像问题
示例5 [2020山东,6,3分]一定质量的理想气体从状态a开始,经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a,其p-V图像如图所示.已知三个状态的坐标分别为a(V0,2p0)、b(2V0,p0)、c(3V0,2p0).以下判断正确的是A.气体在a→b过程中对外界做的功小于在b→c过程中对外界做的功B.气体在a→b过程中从外界吸收的热量大于在b→c过程中从外界吸收的热量C.在c→a过程中,外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量D.气体在c→a过程中内能的减少量大于b→c过程中内能的增加量
思维导引：一定质量的理想气体的p-V图像与横轴所围的面积表示做的功.气体体积增大的过程中,气体对外做功;体积减小的过程中,外界对气体做功.一定质量的理想气体的内能只与温度有关,温度越高,内能越大,两个状态若温度相等,则内能相等.解析：气体在a→b过程中体积增大,气体对外做功,在b→c过程中体积增大,气体对外做功,根据p-V图像与横轴所围的面积表示做的功可知,在这两个过程中气体对外做的功相等,选项A错误;气体在a→b过程中体积增大,气体对外做功,由理想气体状态方程可知,a、b两个状态温度相等,内能不变,由热力学第一定律可知吸收的热量等于气体对外做的功;气体在b→c过程中
体积增大,气体对外做功,由理想气体状态方程可知,c状态的温度高于b状态的温度,内能增加,由热力学第一定律可知吸收的热量等于气体对外做的功与内能增加量之和,即气体在a→b过程中吸收的热量小于气体在b→c过程中吸收的热量,选项B错误;气体在c→a的过程中,体积减小,温度降低,外界对气体做功,内能减小,根据热力学第一定律,外界对气体做的功小于气体放出的热量,选项C正确;由理想气体状态方程可知,a、b两个状态温度相等,内能相等,所以气体在c→a的过程中内能的减少量等于气体在b→c过程中内能的增加量,选项D错误.
考法6 热力学定律与能量守恒定律的应用
示例6 [2020全国Ⅱ,33(1),5分]下列关于能量转换过程的叙述,违背热力学第一定律的有 ,不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有 . 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
解析：汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热既不违背热力学第一定律也不违背热力学第二定律;冷水倒入保温杯后,冷水和杯子的温度都变得更低,违背了热力学第一定律;热机工作时吸收的热量不可能全部用来对外做功,而不产生其他影响,显然C选项遵循热力学第一定律,但违背了热力学第二定律;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,既不违背热力学第一定律也不违背热力学第二定律,综上所述,第一个空选B,第二个空选C.
考法7 对固体、液体的性质的考查
示例7 [2015新课标全国Ⅰ,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.固体可以分成晶体和非晶体两类,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,某些晶体可以转变为非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体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
解析：一种物质是否是晶体是由分子的空间排列结构决定的,与体积大小无关,将一块晶体敲碎后,得到的小颗粒仍是晶体,选项A错误;由于单晶体具有各向异性的特点,所以有些晶体在不同方向上有不同的光学性质,选项B正确;有的物质在不同条件下能够生成不同的晶体,原因是组成它们的原子能够按照不同排列方式形成不同的空间分布,选项C正确;物质是晶体还是非晶体并不是绝对的,在合适的条件下,某些晶体可以转变为非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体,选项D正确;在熔化过程中,晶体要吸收热量,温度不变,分子平均动能不变,分子势能增加,内能增加,选项E错误.
特别提醒1.单晶体具有各向异性,但不是在各种物理性质上都表现出各向异性;2.只要是具有各向异性的固体必定是晶体,且是单晶体;3.只要具有确定熔点的固体必定是晶体,反之,必是非晶体;4.单晶体具有规则的几何外形,而多晶体和非晶体没有规则的几何外形,所以不能从形状上区分晶体与非晶体;5.晶体和非晶体不是绝对的,晶体与非晶体在某些条件下可以相互转化;6.液晶既不是晶体也不是液体.
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模型构建 液柱模型移动问题的分析技巧
问题导入 用液柱(或活塞)隔开两部分气体,当两部分气体都升高或降低相同温度ΔT时,液柱(或活塞)是否移动?如何移动?
1.液柱移动的两种模型(1)如图甲,初态有:pA=pB,TA>TB.(2)如图乙,初态有:pA
结论2 如果液柱(或活塞)两端的横截面积不相等,则应考虑液柱(或活塞)两端的受力变化(ΔpS)情况.若Δp均大于零,则液柱(或活塞)向ΔpS较小的一方移动;若Δp均小于零,则液体(或活塞)向|ΔpS|值较大的一方移动;若ΔpS相等,则液柱(或活塞)不移动. 说明 要判断液柱(或活塞)的移动方向,则需要选择好研究对象,进行受力分析,结合玻意耳定律、查理定律和力学规律进行推理和判断.
示例8 如图,两端封闭、粗细均匀、竖直放置的玻璃管内,有一长为h的水银柱,将管内气体分为两部分,已知l2=2l1,上、下两部分气体的压强分别为p2、p1,水银密度为ρ.若使两部分气体同时升高相同的温度,管内水银柱将如何运动(设原来温度相同)?
思维导引：水银柱原来处于平衡状态,所受合外力为零,即此时上、下两部分气体的压强差Δp=p1-p2=ρgh.温度升高后,两部分气体的压强都增大,若Δp1>Δp2,水银柱所受合外力方向向上,应向上移动;若Δp1<Δp2,水银柱向下移动;若Δp1=Δp2,水银柱不动.
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