届一轮复习人教版 分子动理论 气体及热力学定律学案.docx

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届一轮复习人教版分子动理论气体及热力学定律学案

【命题热点突破一】一些基本概念常识的考查

这类问题包括一些基本的概念及常识，例如，内能、扩散、布朗运动、热运动、分子力、分子势能、分子平均动能、晶体、非晶体、饱和蒸汽、压强、温度等考查．

例1、【2017·北京卷】以下关于热运动的说法正确的是

A．水流速度越大，水分子的热运动越剧烈

B．水凝结成冰后，水分子的热运动停止

C．水的温度越高，水分子的热运动越剧烈

D．水的温度升高，每一个水分子的运动速率都会增大

【答案】C

【变式探究】【2017·新课标Ⅰ卷】（5分）氧气分子在0℃和100℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示。

下列说法正确的是________。

（填正确答案标号。

选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。

每选错1个扣3分，最低得分为0分）

A．图中两条曲线下面积相等

B．图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形

C．图中实线对应于氧气分子在100℃时的情形

D．图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目

E．与0℃时相比，100℃时氧气分子速率出现在0~400m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大

【答案】ABC

【解析】温度是分子平均动能的标志，温度升高分子的平均动能增加，不同温度下相同速率的分子所占比例不同，温度越高，速率大的分子占比例越高，故虚线为0℃，实线是100℃对应的曲线，曲线下的面积都等于1，故相等，所以ABC正确。

【变式探究】【2016·北京卷】雾霾天气对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述，是特定气候条件与人类活动相互作用的结果．雾霾中，各种悬浮颗粒物形状不规则，但可视为密度相同、直径不同的球体，并用PM10、PM2.5分别表示球体直径小于或等于10μm、2.5μm的颗粒物（PM是颗粒物的英文缩写）．

某研机构对北京地区的检测结果表明，在静稳的雾霾天气中，近地面高度百米的范围内，PM10的浓度随高度的增加略有减小，大于PM10的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小，且两种浓度分布基本不随时间变化．

据此材料，以下叙述正确的是（　　）

A．PM10表示直径小于或等于1.0×10－6m的悬浮颗粒物

B．PM10受到的空气分子作用力的合力始终大于其受到的重力

C．PM10和大悬浮颗粒物都在做布朗运动

D．PM2.5浓度随高度的增加逐渐增大

【答案】C　【解析】10μm＝1.0×10－5m，选项A不正确．

题目的信息PM10的浓度随高度的增加而略有减小，这表明PM10的分布具有任意性，也就是说受分子力和重力的大小关系具有任意性，选项B不正确．PM10和大悬浮颗粒肉眼均不可见，而且受气体分子的撞击的影响较大，其运动具有很强的无规则性，可以认为是布朗运动，选项C正确．PM2.5与PM10相比，密度相同，颗粒更小，那么PM2.5做布朗运动更明显，而分布应该更加均匀，不会高度越高浓度越大，选项D不正确．

【变式探究】（2015·新课标全国Ⅰ）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．固体可以分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同的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，某些晶体可以转化为非晶体，某些非晶体也可以转化为晶体

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

【答案】　BCD

【变式探究】

（2015·山东）（双选）墨滴入水，扩而散之，徐徐混匀．关于该现象的分析正确的是（　　）

A．混合均匀主要是由于碳粒受重力作用

B．混合均匀的过程中，水分子和碳粒都做无规则运动

C．使用碳粒更小的墨汁，混合均匀的过程进行得更迅速

D．墨汁的扩散运动是由于碳粒和水分子发生化学反应引起的

【解析】　根据分子动理论的知识可知，混合均匀主要是由于水分子做无规则运动，使得碳粒无规则运动造成的布朗运动；由于布朗运动的剧烈程度与颗粒大小和温度有关，所以使用碳粒更小的墨汁，布朗运动会越明显，则混合均匀的过程进行得更迅速，故选B、C项．

【答案】　BC

【举一反三】

（2015·江苏）对下列几种固体物质的认识，正确的有（　　）

A．食盐熔化过程中，温度保持不变，说明食盐是晶体

B．烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体

C．天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列不规则

D．石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质微粒排列结构不同

【答案】　AD

【命题热点突破二】热力学第一定律应用

1．对一定质量的理想气体，由于除碰撞外忽略分子间的相互作用力，因此不考虑分子势能．

2．热力学第一定律ΔU＝Q＋W中：

（1）ΔU仅由温度决定，升温时为正，降温时为负；

（2）W仅由体积决定，压缩时为正，膨胀时为负；（3）Q由ΔU和W共同决定；（4）在绝热情况下Q＝0，因此有ΔU＝W（气体的容器“绝热”，或容器虽然导热，但状态变化“迅速”，来不及交换热量，都属于绝热）．

例2、【2017·新课标Ⅱ卷】（5分）如图，用隔板将一绝热气缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。

现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个气缸。

待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。

假设整个系统不漏气。

下列说法正确的是________（选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分；每选错1个扣3分，最低得分为0分）。

A．气体自发扩散前后内能相同

B．气体在被压缩的过程中内能增大

C．在自发扩散过程中，气体对外界做功

D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功

E．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变

【答案】ABD

【变式探究】【2017·江苏卷】一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其V–T图象如图12A–1图所示．下列说法正确的有_________．

（A）A→B的过程中，气体对外界做功

（B）A→B的过程中，气体放出热量

（C）B→C的过程中，气体压强不变

（D）A→B→C的过程中，气体内能增加

【答案】BC

【解析】由图知A→B的过程中，温度不变，体积减小，故外界对气体做功，所以A错误；根据热力学定律知，A→B的过程中，气体放出热量，B正确；B→C的过程为等压变化，气体压强不变，C正确；A→B→C的过程中，温度降低，气体内能减小，故D错误．

【举一反三】【2016·全国卷Ⅱ】【物理——选修33】

（1）一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其pT图像如图所示，其中对角线ac的延长线过原点O.下列判断正确的是________．

图1

A．气体在a、c两状态的体积相等

B．气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能

C．在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功

D．在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功

E．在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功

【变式探究】（2015·重庆）某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大．若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么（　　）

A．外界对胎内气体做功，气体内能减小

B．外界对胎内气体做功，气体内能增大

C．胎内气体对外界做功，内能减小

D．胎内气体对外界做功，内能增大

【解析】　对车胎内的理想气体分析知，体积增大为气体为外做功，内能只有动能，而动能的标志为温度，故中午温度升高，内能增大，故选D项．

【答案】　D

【变式探究】

（2015·北京）下列说法正确的是（　　）

A．物体放出热量，其内能一定减小

B．物体对外做功，其内能一定减小

C．物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加

D．物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变

【答案】　C

【命题热点突破三】理想气体状态方程

1．克拉帕龙方程

pV＝nRT（n为物质的量）或

＝C（C为常数）．

2．理想气体状态方程解题步骤

第一步：

确定研究对象．

根据题意，选出所研究的某一部分气体，这部分气体在状态变化过程中，其质量必须保持一定．

第二步：

确定气体状态参量．

分别找出作为研究对象的这部分气体发生状态变化前后的p、V、T数值或表达式，压强的确定往往是个关键，常需结合力学知识（如平衡条件或牛顿运动定律）才能写出表达式．

第三步：

确定研究过程．

过程表示两个状态之间的一种变化方式，除题中条件已指明外，在许多情况下，往往需要通过对研究对象与周围环境的相互关系的分析才能确定，认清变化过程是正确选用物理规律的前提．

第四步：

列气体状态方程．

根据研究对象状态变化的具体方式，选用气态方程或某一实验定律，代入具体数值，最后分析讨论所得结果的合理性及其物理意义．

例3、【2017·新课标Ⅰ卷】（10分）如图，容积均为V的汽缸A、B下端有细管（容积可忽略）连通，阀门2位于细管的中部，A、B的顶部各有一阀门1、3；B中有一可自由滑动的活塞（质量、体积均可忽略）。

初始时，三个阀门均打开，活塞在B的底部；关闭2、3，通过1给汽缸充气，使A中气体的压强达到大气压p0的3倍后关闭1。

已知室温为27℃，汽缸导热。

（i）打开2，求稳定时活塞上方气体的体积和压强；

（ii）接着打开3，求稳定时活塞的位置；

（iii）再缓慢加热汽缸内气体使其温度升高20℃，求此时活塞下方气体的压强。

【答案】（i）V/22p0（ii）顶部（iii）1.6p0

【解析】（i）设打开2后，稳定时活塞上方气体的压强为p1，体积为V1。

依题意，被活塞分开的两部分气体都经历等温过程。

由玻意耳定律得

①

②

联立①②式得

③

④

（ii）打开3后，由④式知，活塞必定上升。

设在活塞下方气体与A中气体的体积之和为V2（

）

（iii）设加热后活塞下方气体的压强为p3，气体温度从T1=300升高到T2=320的等容过程中，由查理定律得

⑦

将有关数据代入⑦式得

p3=1.6p0⑧

【变式探究】【2016·全国卷Ⅰ】【物理——选修33】

（2）在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强，两压强差Δp与气泡半径r之间的关系为Δp＝

，其中σ＝0.070N/m.现让水下10m处一半径为0.50cm的气泡缓慢上升，已知大气压强p0＝1.0×105Pa，水的密度ρ＝1.0×103g/m3，重力加速度大小g取10m/s2.

（i）求在水下10m处气泡内外的压强差；

（ii）忽略水温随水深的变化，在气泡上升到十分接近水面时，求气泡的半径与其原来半径之比的近似值．

【答案】（i）28Pa　（ii）1.3

【解析】（i）当气泡在水下h＝10m处时，设其半径为r1，气泡内外压强差为Δp1，则

Δp1＝

　①

代入题给数据得

Δp1＝28Pa　②

（ii）设气泡在水下10m处时，气泡内空气的压强为p1，气泡体积为V1；气泡到达水面附近时，气泡内

V1＝

πr

　⑥

V2＝

πr

　⑦

联立③④⑤⑥⑦式得

＝

　⑧

由②式知，Δp1≪p0，i＝1，2，故可略去⑧式中的Δp1项，代入题给数据得

＝

≈1.3　⑨

【变式探究】（2015·新课标全国）如图，一固定的竖直气缸有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＝2.50g，横截面积为S1＝80.0cm2，小活塞的质量为m2＝1.50g，横截面积为S2＝40.0cm2；两活塞用刚性轻杆连接，间距保持为l＝40.0cm，气缸外大气压强为p