专题13 分子动理论 气体及热力学定律讲解析版.docx

1、专题13 分子动理论 气体及热力学定律讲解析版第六部分 选修系列专题13 分子动理论 气体及热力学定律讲核心素养【讲】一、素养呈现1.物理观念：布朗运动、内能、分子力、晶体、饱和汽、未饱和汽、相对湿度2.科学思维：分子动理论“油膜法”“放大法”“图象法”“控制变量法”“临界法”、气体实验定理、理想气体状态方程、热力学定律。3.科学态度与责任：热机在生产、生活中的应用。二、素养落实1.分子动理论2.从微观角度分析固体、液体和气体的性质3.气体实验三定律及理想气体状态方程讲考纲4.热力学定律高考命题点命题轨迹情境图分子动理论与气体实验定律的组合20152卷33 15(2)33题18(2)33题17

2、(1)33题19(3)33题20171卷3320182卷33201920203卷331卷332卷33固体、液体与气体实验定律的组合20151卷3315(1)33题热力学定律与气体实验定律的组合20161卷33,2卷33,3卷3316(2)33题16(3)33题17(2)33题17(3)33题18(1)33题18(3)33题20172卷33,3卷3320181卷33,3卷33热学基本规律与气体实验定律的组合201920101卷33,2卷333卷3319(2)33题讲考点考点一 分子动理论内能【考点诠释】一、突破三个重点1微观量的估算(1)油膜法估算分子直径：dV为纯油酸体积，S为单分子油膜面积。

3、(2)分子总数：NnNANANA。注意对气体而言，N。(3)两种模型：球模型：VR3(适用于估算液体、固体分子直径)立方体模型：Va3(适用于估算气体分子间距)2分子热运动的实验基础：扩散现象和布朗运动现象扩散现象布朗运动热运动活动主体分子微小固体颗粒分子区别分子的运动，发生在固体、液体、气体之间比分子大得多的微粒的运动，只能在液体、气体中发生分子的运动，不能通过光学显微镜直接观察到共同点都是无规则运动；都随温度的升高而更加激烈联系扩散现象、布朗运动都反映无规则的热运动3.物体的内能(1)等于物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和，是状态量。(2)对于给定的物体，其内能大小由物体的温度和体

4、积决定。(3)物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关。二、掌握两个关系(1)分子力与分子间距的关系、分子势能与分子间距的关系。(2)分子力做功与分子势能变化的关系。阿伏加德罗常数是联系宏观与微观的桥梁，掌握宏观与微观的联系。【典例分析1】(2020济宁质检)物体的体积变化时，分子间距离会随之变化，分子势能也会发生变化。已知两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图中曲线所示，设有A、B两个分子，A分子固定在O点，r0为其平衡位置，现使B分子由静止释放，并在分子力的作用下由距A分子0.5r0处开始沿r轴正方向运动到无穷远处，则B分子的加速度如何变化：_。分子力对B做功情况如何：_

5、。分子势能如何变化：_。【题眼点拨】B分子由“静止释放”说明v00。B分子由距A分子“0.5r0”处运动到无穷远，给出B分子与A分子之间的距离与r0的关系，进一步可以确定分子力是斥力还是引力。【答案】B分子的加速度先变小再反向变大，再变小分子力先做正功再做负功分子势能先减小后增大【解析】由图象可知，曲线与r轴交点的横坐标为r0，B分子受到的分子力先变小，位于平衡位置时，分子力为零，过平衡位置后，分子力先变大再变小，故B分子的加速度先变小再反向变大，再变小。当r小于r0时，分子间的作用力表现为斥力，F做正功，分子动能增大，分子势能减小；当r等于r0时，分子动能最大，分子势能最小；当r大于r0时，

6、分子间的作用力表现为引力，分子力做负功，分子动能减小，分子势能增大，故分子力先做正功再做负功，分子势能先减小后增大。【规律总结】分子力与分子势能的图象比较分子力F分子势能Ep图象随分子间距离的变化情况rr0r增大，F先增大后减小，表现为引力r增大，F做负功，Ep增大rr0F引F斥，F0Ep最小，但不为零r10r0引力和斥力都很微弱，F0Ep0考点二 固体液体气体分子的运动特点【考点诠释】1固体和液体(1)晶体和非晶体。比较晶体非晶体单晶体多晶体形状规则不规则不规则熔点固定固定不固定特性各向异性各向同性各向同性(2)液晶是一种特殊的物质状态，所处的状态介于固态和液态之间。液晶具有流动性，在光学、

7、电学物理性质上表现出各向异性。(3)液体的表面张力使液体表面具有收缩到最小的趋势，表面张力的方向跟液面相切。2气体分子运动特点3对气体压强的理解(1)气体对容器壁的压强是气体分子频繁碰撞的结果，温度越高，气体分子数密度越大，气体对容器壁因碰撞而产生的压强就越大。(2)地球表面大气压强可认为是由于大气重力产生的。【典例分析2】(2020山东名校联考信息卷)玻璃器皿的制造过程中玻璃液的形成是重要环节，当温度达到1 200 时，大量的气泡分布在玻璃液中，经过一系列工艺后获得澄清的玻璃液，之后可以通过降温到合适温度，然后选择合适大小的玻璃液进行吹泡(即往玻璃液中吹气)制造玻璃器皿，下列与玻璃有关的物理

8、学问题的说法正确的是()A因为分子间存在着斥力，所以破碎的玻璃不能简单地拼接在一起B玻璃从开始熔化到形成玻璃液的过程中，温度不固定C玻璃内部的原子是无序分布的，具有各向异性的特点D使1 200 的玻璃液继续升温，可能使其中的气泡减少E在真空和高温条件下，可以利用分子扩散在半导体材料中掺入其他元素【答案】BDE【解析】破碎的玻璃不能拼接在一起，是因为分子间距达不到分子作用力的范围，A错误；玻璃是非晶体，熔化时无固定温度，B正确；玻璃是非晶体，玻璃内部的原子是无序排列的，具有各向同性的特点，C错误；温度继续升高，气泡内气体升温，膨胀，气体的密度变小，上浮，从玻璃液中排出，D正确。在真空、高温条件下

9、，可以利用分子扩散在半导体材料中掺入其他元素，故E正确【典例分析3】(2020衡水金卷模拟)下列说法正确的是()A在毛细现象中，毛细管中的液面有的升高，有的降低，这与液体的种类和毛细管的材质有关B脱脂棉脱脂的目的在于使它从不被水浸润变为可以被水浸润，以便吸取药液C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D在空间站完全失重的环境下，水滴能收缩成标准的球形是因为液体表面张力的作用E在一定温度下，当人们感到潮湿时，水蒸发慢，空气的绝对湿度一定较大【答案】ABD【解析】在毛细现象中，毛细管中的液面有的升高，有的降低，这与液体的种类和毛细管的材质有关，选项A正确；脱脂棉

10、脱脂的目的在于使它从不被水浸润变为可以被水浸润，以便吸取药液，选项B正确；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，说明云母片的物理性质具有各向异性，云母片是单晶体，选项C错误；在空间站完全失重的环境下，水滴能收缩成标准的球形是因为液体表面张力的作用，选项D正确；在一定温度下，空气的相对湿度越大，水蒸发越慢，人就感到越潮湿，故当人们感到潮湿时，空气的相对湿度一定较大，但绝对湿度不一定大，故E错误。【规律总结】1晶体和非晶体(1)凡是具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体。(2)凡是具有各向异性的物体必定是晶体，且是单晶体。(3)单晶体具有各向异性，但不是在各种物理性质

11、上都表现出各向异性。(4)晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。2液体表面张力形成原因表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大，分子间的相互作用力表现为引力表面特性表面层分子间的引力使液面产生了表面张力，使液体表面好像一层绷紧的弹性薄膜表面张力的方向和液面相切，垂直于液面上的各条分界线表面张力的效果表面张力使液体表面具有收缩趋势，使液体表面积趋于最小，而在体积相同的条件下，球形的表面积最小典型现象球形液滴、肥皂泡、涟波、毛细现象，浸润和不浸润。考点三 热力学定律【考点诠释】1对热力学定律的理解(1)对热力学第一定律UQW的理解U仅由温度决定，升温时为正，降温时为负；W仅由体积决定，压缩时为

12、正，膨胀时为负；Q由U和W共同决定。(2)对热力学第二定律的理解热量可以由低温物体传递到高温物体，也可以从单一热源吸收热量全部转化为功，但不引起其他变化是不可能的。2对热力学第一定律的考查有定性判断和定量计算两种方式(1)定性判断利用题中的条件和符号法则对W、Q、U中的其中两个量做出准确的符号判断，然后利用UWQ对第三个量做出判断。(2)定量计算一般计算等压变化过程的功，即WpV，然后结合其他条件，利用UWQ进行相关计算。3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另一种形式，或者是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

13、)条件性：能量守恒定律是自然界的普遍规律，某一种形式的能量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。【典例分析4】(2019全国卷T33(1)某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体。初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界。现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同。此时，容器中空气的温度_(填“高于”“低于”或“等于”)外界温度，容器中空气的密度_(填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度。【答案】低于大于【解析】容器与活塞绝热性能良好，容器中空气与外界不发生热交换(Q0)，活塞移动的过程中，容器中空气压强减

14、小，则容器中空气正在膨胀，体积增大，对外界做功，即W0。根据热力学第一定律UQW可知：容器中空气内能减小，温度降低，容器中空气的温度低于外界温度。根据理想气体状态方程有C，又，联立解得：。对容器外与容器内质量均为m的气体，因容器中空气压强和容器外空气压强相同，容器内温度低于外界温度，则容器中空气的密度大于外界空气的密度。【规律总结】热力学第一定律的三种特殊情况(1)若过程是绝热的，则Q0，WU，外界对物体做的功等于物体内能的增加量，或物体对外界做的功等于物体内能的减少量。(2)若过程中不做功，则W0，QU，物体吸收的热量等于物体内能的增加量，或物体放出的热量等于物体内能的减少量。(3)若过程的

15、始、末状态物体的内能不变，则WQ0，即物体吸收的热量全部用来对外做功，或外界对物体做的功等于物体放出的热量。做功和热传递都可以改变物体的内能，如果两个过程同时发生，则内能的改变可由热力学第一定律UWQ确定。考点四 气体实验定律和理想气体的状态方程【考点诠释】1气体压强的计算(1)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。(2)等压面法：在连通器中，同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等，液体内深h处的总压强pp0gh，p0为液面上方的大气压强。说明：固体密封的气体一般用力平衡法，液柱密封的气体一般用等压面法。2气体实验

16、定律玻意耳定律：p1V1p2V2查理定律：或盖吕萨克定律：或3理想气体的状态方程(1)理想气体是指在任何条件下始终遵守气体实验定律的气体，一定质量的理想气体的内能只和温度有关。(2)状态方程：或C。4应用气体实验定律的三个重点环节(1)正确选择研究对象：对于变质量问题要研究质量不变的部分；对于多部分气体问题，要对各部分独立研究，各部分之间一般通过压强(液柱或活塞的受力)找联系。(2)列出各状态的参量：气体在初、末状态，往往会有两个(或三个)参量发生变化，把这些状态参量罗列出来能够比较准确、快速的找到规律。(3)认清变化过程：准确分析变化过程以便正确选用气体实验定律。【典例分析5】(2020山东

17、学业水平等级考试T15)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

18、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。【答案】【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p1p0、T1450 K、V1V0、T2300 K、V2 由理想气体状态方程得 代入数据得p20.7p0 对于抽气罐，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p3p0、V3V0、p4p2 由玻意耳定律得p0V0p2V4 联立式，代入数据得V4V0 设抽出的气体的体积为V，由题意知VV4V0 故应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质

19、量的比值为 联立式，代入数据得。 【典例分析6】(2020潍坊模拟)如图所示在绝热汽缸内，有一绝热轻活塞封闭一定质量的气体，开始时缸内气体温度为27 ，封闭气柱长9 cm，活塞横截面积S50 cm2。现通过汽缸底部电阻丝给气体加热一段时间。此过程中气体吸热22 J，稳定后气体温度变为127 。已知大气压强等于105 Pa，求：(1)加热后活塞到汽缸底端的距离；(2)此过程中气体内能改变了多少。【答案】(1)12 cm(2)7 J【解析】(1)取被封闭的气体为研究的对象。开始时气体的体积为L1S，温度为：T1(27327)K300 K，末状态的体积为L2S，温度为：T2(273127)K400

20、K气体做等压变化，则代入数据得：L212 cm。(2)在该过程中，气体对外做功：WFLp0S(L2L1)10550104(129)102 J15 J，由热力学第一定律：UQW22 J15 J7 J。【规律总结】求解气体实验定律与热力学定律的综合问题的通用思路考点五 热力学第一定律与图象的综合应用【考点诠释】【典例分析7】(2020湖北武汉市四月调研)如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再由状态B变化到状态C，最后由状态C变化到状态A.气体完成这个循环，内能的变化U_，对外做功W_，气体从外界吸收的热量Q_.(用图中已知量表示)【答案】(1)0p0V0p0V0【解析】(1)气体完成

21、一个循环过程，温度的变化量为零，则内能的变化U0；对外做功等于图中三角形ABC的面积，即Wp0V0；根据热力学第一定律可知，气体吸热：QWp0V0.【典例分析8】(2020辽宁葫芦岛市第一次模拟) 回热式制冷机是一种深低温设备，制冷极限约50 K某台回热式制冷机工作时，一定量的氦气(可视为理想气体)缓慢经历如图所示的四个过程：已知状态A和B的温度均为27 ，状态C和D的温度均为133 ，下列判断正确的是_A气体由状态A到B过程，温度先升高后降低B气体由状态B到C过程，内能保持不变C气体由状态C到D过程，分子间的平均间距减小D气体由状态C到D过程，气体对外做功E气体由状态D到A过程，其热力学温度

22、与压强成正比【答案】(1)ADE【解析】(1)状态A和B的温度相等，根据C，经过A、B的等温线应是过A、B的双曲线的一部分，沿直线由A到B，pV先增大后减小，所以温度先升高后降低，故A正确； 气体由状态B到C过程，体积不变，根据C，压强减小，温度降低，内能减小，故B错误；气体由状态C到D过程，体积增大，分子间的平均间距增大，故C错误；气体由状态C到D过程，体积增大，气体对外做功，故D正确；气体由状态D到A过程，体积不变，根据C，其热力学温度与压强成正比，故E正确【典例分析9】(2020宿州市一质检)一定量的理想气体的压强p与热力学温度T的变化图象如图所示。下列说法正确的是()AAB的过程中，气

23、体对外界做功，气体内能增加BAB的过程中，气体从外界吸收的热量等于其内能的增加量CBC的过程中，气体体积增大，对外做功DBC的过程中，气体对外界放热，内能不变EBC的过程中，气体分子与容器壁每秒碰撞的次数增加【答案】BDE【解析】从A到B的过程，是等容升温过程，气体不对外做功，气体从外界吸收热量，使得气体内能增加，故A错误，B正确；从B到C的过程是等温压缩过程，压强增大，体积减小，外界对气体做功，气体放出热量，内能不变，因体积减小，分子数密度增大，故气体分子与容器壁每秒碰撞的次数增加，故C错误，D、E正确。【规律总结】判断理想气体内能变化的两种方法(1)一定质量的理想气体，内能的变化完全由温度

24、变化决定，温度升高，内能增大。(2)若吸、放热和做功情况已知，可由热力学第一定律UWQ来确定。考点六 实验：用油膜法估测分子的大小【考点诠释】1实验原理利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜(如图所示)，将油酸分子看作球形，测出一定体积油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积，用d计算出油膜的厚度，其中V为一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积，S为油膜面积。这个厚度就近似等于油酸分子的直径。2实验器材已稀释的油酸若干毫升、量筒1个、浅盘1只(30 cm40 cm)、纯净水、注射器(或滴管)1支、透明玻璃板一块、坐标纸、彩色水笔1支、痱子粉或石膏粉(带纱网或粉扑)。3实验步骤(1)取1 mL(1 cm

25、3)的油酸溶于酒精中，制成200 mL的油酸酒精溶液。(2)往边长约为3040 cm的浅盘中倒入约2 cm深的水，然后将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上。(3)用滴管(或注射器)向量筒中滴入n滴配制好的油酸酒精溶液，使这些溶液的体积恰好为1 mL，算出每滴油酸酒精溶液的体积V0 mL。(4)用滴管(或注射器)向水面上滴入一滴配制好的油酸酒精溶液，油酸就在水面上慢慢散开，形成单分子油膜。(5)待油酸薄膜形状稳定后，将一块较大的玻璃板盖在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上。(6)将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积。(7)根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体

26、积V，根据纯油酸的体积V和薄膜的面积S，算出油酸薄膜的厚度d，即为油酸分子的直径。 比较算出的分子直径， 看其数量级(单位为m)是否为1010，若不是1010需重做实验。【典例分析10】(1)在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，用移液管量取0.25 mL油酸，倒入标注250 mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250 mL的溶液；然后用滴管吸取这种溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面达到量筒中1 mL的刻度；再用滴管取配好的油酸溶液，向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下2滴溶液，在液面上形成油酸薄膜；待油膜稳定后，放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜，如图所示。坐标格正方形的大小为2 cm2

27、cm，由图可以估算出油膜的面积是_m2(保留两位有效数字)，由此估算出油膜分子的直径是_m(保留一位有效数字)。(2)某同学在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，计算出的分子直径明显偏大，可能是由于_。A油酸分子未完全散开B油酸中含有大量酒精C计算油膜面积时，舍去了所有不足半格的方格D求每滴油酸酒精溶液的体积时，1 mL的溶液滴数多计了10滴【答案】(1)2.410281010(2)AC【解析】(1)油膜面积的估算可以先数出油膜所覆盖的整个方格数，不足半个格的舍去，多于半个格的算1个格，再计算总面积，将油膜看成单分子层，先计算2滴溶液中所含油酸的体积，即为油膜的体积，再除以油膜面积即得分子直径

28、。由图示油膜可知，油膜的面积S602 cm2 cm240 cm22.4102 m2；两滴油酸溶液含纯油酸的体积V2 mL2105 mL21011 m3，油酸分子的直径d m81010 m。(2)由公式d可知，d偏大，则可能油酸体积V偏大或油膜面积S偏小，选项A、C正确。【规律总结】1注意事项(1)将所有的实验用具擦洗干净，不能混用；(2)油酸酒精溶液的浓度以小于0.1%为宜；(3)方盘中的水离盘口面的距离应较小，并要水平放置，以便准确地画出薄膜的形状，画线时视线应与板面垂直。2误差分析(1)纯油酸体积的计算引起误差；(2)油膜形状的画线误差；(3)数格子法本身是一种估算的方法，自然会带来误差。