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1、热学高考热点统计要求2015年2016年2017年2018年高考基础要求及冷点统计分子动理论与统计观点33(1)33(1)33(1)实验:用油膜法估测分子的大小实验:用油膜法估测分子的大小是为了更加深刻理解微观与宏观的联系,属于基本要求,也是高考冷点.固体、液体和气体33(1)33(1)33(1)33(1)33(1)33(2)33(1)气体实验定律、状态方程33(2)33(2)33333333(2)33333333(2)33热力学定律和能量守恒定律33(1)33(1)3333(2)333333(1)33(1)考情分析本单元的主要内容是分子动理论的基本观点、固体和液体的基本性质、气体实验定律和理
2、想气体状态方程及热力学定律.高考对热学的考查比较稳定,选择题偏向考查热学基本概念的辨析及现象的解释,计算题偏向考查气体实验定律与热力学定律的综合应用.第32讲分子动理论内能用油膜法估测分子的大小一、分子动理论1.物体是由大量分子组成的(1)分子直径大小的数量级为m.(2)一般分子质量的数量级为kg.(3)阿伏伽德罗常数NA:1mol的任何物质所含的分子数,NA=mol-1.2.分子永不停息地做无规则热运动(1)扩散现象:相互接触的物体的分子或原子彼此进入对方的现象.温度越,扩散越快.(2)布朗运动:在显微镜下看到的悬浮在液体中的微小颗粒的永不停息的无规则运动.布朗运动反映了的无规则运动,颗粒越
3、,运动越明显;温度越,运动越剧烈.图32-13.分子力(1)分子间同时存在着和,实际表现的分子力是它们的.(2)引力和斥力都随着距离的增大而,但分子间距离变化相等时斥力比引力变化得.(3)分子间的作用力随分子间距离r变化的关系如图32-1所示:当rr0时,表现为;当r10r0时,分子力变得十分微弱,可忽略不计.二、物体的内能1.分子的平均动能:物体内所有分子动能的平均值.是分子平均动能的标志,物体温度升高,分子热运动的增大.2.分子势能:与分子有关.分子势能的大小随分子间距离的变化曲线如图32-2所示(规定分子间距离无穷远时分子势能为零).3.物体的内能:物体中所有分子的热运动与的总和.物体的
4、内能跟物体的、及物体的都有关系.图32-2图32-3三、用油膜法估测分子的大小将油酸滴在水面上,让油酸尽可能散开,可认为油酸在水面上形成油膜,如果把分子看作,单层分子油膜的厚度就可以看作油酸分子的直径,如图32-3所示,测出油酸的体积V和油膜的面积S,就可以算出分子的直径d,则d=.【辨别明理】(1)布朗运动是液体分子的无规则运动.()(2)温度越高,布朗运动越激烈.()(3)分子间的引力和斥力都随分子间距的增大而增大.()(4)-33=240K.()(5)分子动能指的是由于分子定向移动具有的能.()(6)当分子力表现为引力时,分子势能随分子间距离的增大而增大.()(7)内能相同的物体,它们的
5、分子平均动能一定相同.()(8)做功可以改变系统的内能,但是单纯地对系统传热不能改变系统的内能.()(9)不计分子之间的分子势能,质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能.()(10)1g100水的内能小于1g100水蒸气的内能.()考点一阿伏伽德罗常数的应用宏观量与微观量的转换桥梁作为宏观量的摩尔质量Mmol、摩尔体积Vmol、密度与作为微观量的分子直径d、分子质量m、分子体积V0都可通过阿伏伽德罗常数联系起来.如图32-4所示.图32-4(1)一个分子的质量:m=.(2)一个分子所占的体积:V0=(估算固体、液体分子的体积或气体分子平均占有的空间).(3)1mol物体的体积:Vmol=.(
6、4)质量为M的物体中所含的分子数:n=NA.(5)体积为V的物体中所含的分子数:n=NA.考向一液体、固体分子模型例1(多选)钻石是首饰和高强度钻头、刻刀等工具中的主要材料,设钻石的密度为(单位为kg/m3),摩尔质量为M(单位为g/mol),阿伏伽德罗常数为NA.已知1克拉=0.2g,则()A.a克拉钻石所含有的分子数为B.a克拉钻石所含有的分子数为C.每个钻石分子直径的表达式为(单位为m)D.每个钻石分子直径的表达式为(单位为m)E.每个钻石分子的质量为(单位为g)建模点拨固体、液体分子一个一个紧密排列,可将分子看成球体或立方体,如图32-5所示,分子间距等于小球的直径或立方体的棱长,所以
7、d=(球体模型)或d=(立方体模型).图32-5考向二气体分子模型例2(多选)2018大连模拟某气体的摩尔质量为Mmol,摩尔体积为Vmol,密度为,每个分子的质量和体积分别为m和V0,则阿伏伽德罗常数NA可表示为()A.NA=B.NA=C.NA=D.NA=建模点拨气体分子不是一个一个紧密排列的,它们之间的距离很大,所以气体分子的大小不等于分子所占有的平均空间.如图32-6所示,此时每个分子占有的空间视为棱长为d的立方体,所以d=.图32-6考点二分子动理论的应用考向一布朗运动与分子热运动布朗运动分子热运动活动主体固体小颗粒分子区别是固体小颗粒的运动,能通过光学显微镜直接观察到是分子的运动,分
8、子不论大小都做热运动,热运动不能通过光学显微镜直接观察到共同点都是永不停息的无规则运动,都随温度的升高而变得更加剧烈,都是肉眼所不能看见的联系布朗运动是小颗粒受到周围做热运动的分子撞击作用不平衡而引起的,它是分子做无规则运动的反映例3(多选)2015全国卷关于扩散现象,下列说法正确的是()A.温度越高,扩散进行得越快B.扩散现象是不同物质间的一种化学反应C.扩散现象是由物质分子无规则运动产生的D.扩散现象在气体、液体和固体中都能发生E.液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的考向二分子间的作用力与分子势能例4(多选)2018抚顺模拟关于分子间的作用力,下列说法正确的是()A.分子之间的斥力和引力
9、同时存在B.分子之间的斥力和引力大小都随分子间距离的增大而减小C.分子之间的距离减小时,分子力一直做正功D.分子之间的距离增大时,分子势能一直减小E.分子之间的距离变化时,可能存在分子势能相等的两个点图32-7变式题(多选)2018海口模拟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32-7中曲线所示,曲线与r轴交点的横坐标为r0.相距很远的两分子在分子力作用下,由静止开始相互接近.若两分子相距无穷远时分子势能为零,下列说法正确的是()A.在rr0阶段,F做正功,分子动能增加,势能减小B.在rT1.图33-4又如图乙所示,A、B两点的温度相等,从B状态通过等温增压到A状态,体积一定减小
10、,所以V2V1.(2)关于一定质量的气体的不同图像的比较过程图线类别特点示例等温过程p-VpV=CT(其中C为恒量),即p、V之积越大的等温线对应的温度越高,线离原点越远p-p=CT,斜率k=CT,即斜率越大,温度越高等容过程p-Tp=T,斜率k=,即斜率越大,体积越小等压过程V-TV=T,斜率k=,即斜率越大,压强越小例6(V-T图像)(多选)如图33-5所示,一定质量的理想气体从图示A状态开始,经历了B、C状态,最后到D状态.下列判断中正确的是()图33-5A.AB过程,温度升高,压强不变B.BC过程,体积不变,压强变大C.BC过程,体积不变,压强不变D.CD过程,体积变小,压强变大变式题
11、1(p-T图像)(多选)一定质量的理想气体从状态a开始,经历ab、bc、ca三个过程后回到原状态,其p-T图像如图33-6所示,下列说法正确的是()图33-6A.过程bc中气体既不吸热也不放热B.过程ab中气体一定吸热C.过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放出的热量D.a、b和c三个状态中,状态a分子的平均动能最小E.b和c两个状态中,容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同变式题2(p-图像)一定质量的气体经历一系列状态变化,其p-图线如图33-7所示,变化顺序为abcda,图中ab线段延长线过坐标原点,cd线段与p轴垂直,da线段与轴垂直.气体在此状态变化过程中()图33-7
12、A.ab过程,压强减小,温度不变,体积增大B.bc过程,压强增大,温度降低,体积减小C.cd过程,压强不变,温度升高,体积减小D.da过程,压强减小,温度升高,体积不变要点总结气体状态变化的图像的应用技巧(1)明确点、线的物理意义:求解气体状态变化的图像问题,应当明确图像上的点表示一定质量的理想气体的一个平衡状态,它对应着三个状态参量;图像上的某一条直线段或曲线段表示一定质量的理想气体状态变化的一个过程.(2)明确斜率的物理意义:在V-T图像(或p-T图像)中,比较两个状态的压强(或体积)大小,可以比较表示这两个状态的点与原点连线的斜率的大小,其规律是:斜率越大,压强(或体积)越小;斜率越小,
13、压强(或体积)越大.考点四热力学定律的理解与应用考向一热力学第一定律的理解和应用1.改变内能的两种方式的比较做功热传递区别内能变化情况外界对物体做功,物体的内能增加;物体对外界做功,物体的内能减少物体吸收热量,内能增加;物体放出热量,内能减少从运动形式上看宏观的机械运动向物体的微观分子热运动的转化通过分子之间的相互作用,使同一物体的不同部分或不同物体间的分子热运动发生变化,是内能的转移从能量的角度看其他形式的能与内能相互转化的过程不同物体之间或同一物体不同部分之间内能的转移能的性质变化情况能的性质发生了变化能的性质不变联系做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的2.温度、内能、
14、热量、功的比较含义特点温度温度表示物体的冷热程度,是物体分子平均动能大小的标志,它是大量分子热运动的集体表现,对个别分子来说,温度没有意义状态量内能内能是物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和,它是由大量分子的热运动和分子的相对位置决定的热量热量是热传递过程中内能的改变量,用来量度热传递过程中内能转移的多少过程量功做功过程是机械能或其他形式的能和内能之间的转化过程3.对公式U=Q+W符号的规定符号WQU+外界对物体做功物体吸收热量内能增加-物体对外界做功物体放出热量内能减少4.几种特殊情况(1)若过程是绝热的,则Q=0,W=U,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
15、W=0,则Q=U,物体吸收的热量等于物体内能的增加量.(3)若过程的初、末状态物体的内能不变,即U=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.例7(多选)2017全国卷如图33-8所示,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()图33-8A.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
16、体分子的平均动能不变变式题1(多选)2018全国卷如图33-9所示,一定质量的理想气体从状态a开始,经历过程、到达状态e.对此气体,下列说法正确的是()图33-9A.过程中气体的压强逐渐减小B.过程中气体对外界做正功C.过程中气体从外界吸收了热量D.状态c、d的内能相等E.状态d的压强比状态b的压强小变式题2(多选)2018海南卷如图33-10所示,一定量的理想气体由状态a等压变化到状态b,再从状态b等容变化到状态c.a、c两状态温度相等.下列说法正确的是()图33-10A.从状态b到状态c的过程中气体吸热B.气体在状态a的内能等于在状态c的内能C.气体在状态b的温度小于在状态a的温度D.从状
17、态a到状态b的过程中气体对外做正功要点总结解决热力学定律与气体实验定律的综合问题的基本思路考向二热力学第二定律的理解和应用1.对热力学第二定律的理解(1)“自发地”说明了热传递等热力学宏观现象的方向性,不需要借助外界提供能量的帮助.(2)“不产生其他影响”的含义是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.如吸热、放热、做功等.2.热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性,进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性.例8(多选)2018南昌模拟下列叙述和热力学定律相关,其中正确的是()A.第一类永动机不可
18、能制成,是因为违背了能量守恒定律B.能量耗散过程中能量不守恒C.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界,违背了热力学第二定律D.能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性E.物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功要点总结(1)热量不可能自发地从低温物体传到高温物体,但在有外界影响的条件下,热量可以从低温物体传到高温物体,例如电冰箱;在引起其他变化的条件下内能可以全部转化为机械能,例如气体的等温膨胀过程.(2)两类永动机的比较第一类永动机第二类永动机不消耗能量却可以源源不断地对外做功的机器从单一热源吸热,全部用来对外做功而不引起其他变化的机器违背能量守恒定律,不可能实
19、现不违背能量守恒定律,但违背热力学第二定律,不可能实现完成课时作业(三十三)第34讲选修3-3计算题型突破考点一理想气体状态方程的求解1.理想气体宏观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,实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下,可视为理想气体微观分子可看作质点;除分子与分子间、分子与器壁间的碰撞外,分子间没有相互作用,因此理想气体没有分子势能,其内能仅由气体质量及温度决定,与体积无关;分子与分子、分子与器壁间的碰撞是弹性碰撞2.理想气体的状态方程(1)内容:一定质量的某种理想气体发生状态变化时,压强跟体积的乘积与热力学温度的比值保持不变.(2)公式:=或=C(C是与p、V、T无
20、关的常量).3.几个重要的推论(1)查理定律的推论:p=T(2)盖吕萨克定律的推论:V=T(3)理想气体状态方程的推论:=+例12017全国卷一热气球体积为V,内部充有温度为Ta的热空气,气球外冷空气的温度为Tb.已知空气在1个大气压、温度T0时的密度为0,该气球内、外的气压始终都为1个大气压,重力加速度大小为g.(1)求该热气球所受浮力的大小;(2)求该热气球内空气所受的重力;(3)设充气前热气球的质量为m0,求充气后它还能托起的最大质量.变式题2016全国卷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p与气泡半径r之间的关系为p=,其中=0.070N/m.现让水下10m处一半径
21、为0.50cm的气泡缓慢上升,已知大气压强p0=1.0105Pa,水的密度=1.0103kg/m3,重力加速度大小g取10m/s2.(1)求在水下10m处气泡内外的压强差;(2)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.要点总结利用气体实验定律解决问题的基本思路考点二变质量气体计算题分析变质量问题时,可以通过巧妙地选择合适的研究对象,使这类问题转化为一定质量的气体问题,用相关规律求解.1.充气问题向球、轮胎等封闭容器中充气是一个典型的变质量的气体问题.只要选择容器内原有气体和即将打入的气体作为研究对象,就可把充气过程中的气体质量变化的问题转化为定质
22、量问题.2.抽气问题从容器内抽气的过程中,容器内的气体质量不断减小,这属于变质量问题.分析时,将每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象,可把抽气过程中的气体质量变化的问题转化为定质量问题.3.分装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个典型的变质量问题.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看成整体来作为研究对象,可将变质量问题转化为定质量问题.4.漏气问题容器漏气过程中气体的质量不断发生变化,属于变质量问题,不能用相关方程求解.如果选容器内剩余气体为研究对象,便可使问题变成一定质量的气体状态变化,再用相关方程求解即可.例2容器内装有1kg的氧气,开始
23、时,氧气压强为1.0106Pa,温度为57,因为漏气,经过一段时间后,容器内氧气压强变为原来的,温度降为27,则漏掉多少千克氧气?变式题一个篮球的容积是2.5L,用打气筒给篮球打气时,每次把105Pa的空气打进去125cm3.如果在打气前篮球内的空气压强也是105Pa,那么打30次以后篮球内的空气压强是多少?(设打气过程中气体温度不变)要点总结分析变质量问题时,可以通过巧妙地选择合适的研究对象,使变质量问题转化为定质量问题,然后利用气体实验定律或理想气体状态方程求解.考点三“气缸类”计算题“气缸类”计算题解题的关键是压强的计算,对于活塞和气缸封闭的气体压强的计算,可根据情况灵活地隔离活塞或气缸
24、为研究对象,受力分析时一定要找到研究对象跟哪些气体接触,接触气体对它都有力的作用,气体的压力一定与接触面垂直并指向受力物体.例32018全国卷如图34-1所示,容积为V的气缸由导热材料制成,面积为S的活塞将气缸分成容积相等的上下两部分,气缸上部通过细管与装有某种液体的容器相连,细管上有一阀门K.开始时,K关闭,气缸内上下两部分气体的压强均为p0.现将K打开,容器内的液体缓慢地流入气缸,当流入的液体体积为时,将K关闭,活塞平衡时其下方气体的体积减小了.不计活塞的质量和体积,外界温度保持不变,重力加速度大小为g.求流入气缸内液体的质量.图34-1变式题2018海南卷一储存氮气的容器被一绝热轻活塞分
25、隔成两个气室A和B,活塞可无摩擦地滑动.开始时用销钉固定活塞,A中气体体积为2.510-4m3,温度为27,压强为6.0104Pa;B中气体体积为4.010-4m3,温度为-17,压强为2.0104Pa.现将A中气体的温度降至-17,然后拔掉销钉,并保持A、B中气体温度不变,求稳定后A和B中气体的压强.考点四“液柱类”计算题对于水和水银封闭气体压强的计算,我们经常用参考液片法,选取假想的液体薄片图34-2(自身重力不计)为研究对象,分析液片两侧受力情况,建立平衡方程消去面积,得到液片两侧压强相等,进而求得气体压强.例如,图34-2中粗细均匀的U形管中封闭了一定质量的气体A,在其最低处取一液片B
26、,由其两侧受力平衡可知(pA+ph0)S=(p0+ph+ph0)S,即pA=p0+ph.例42018全国卷在两端封闭、粗细均匀的U形细玻璃管内有一段水银柱,水银柱的两端各封闭有一段空气.当U形管两端竖直朝上时,左、右两边空气柱的长度分别为l1=18.0cm和l2=12.0cm,左边气体的压强为12.0cmHg.现将U形管缓慢平放在水平桌面上,没有气体从管的一边通过水银逸入另一边.求U形管平放时两边空气柱的长度.在整个过程中,气体温度不变.图34-3变式题2016全国卷一U形玻璃管竖直放置,左端开口,右端封闭,左端上部有一光滑的轻活塞.初始时,管内汞柱及空气柱长度如图34-4所示.用力向下缓慢推
27、活塞,直至管内两边汞柱高度相等时为止.求此时右侧管内气体的压强和活塞向下移动的距离.已知玻璃管的横截面积处处相同;在活塞向下移动的过程中,没有发生气体泄漏;大气压强p0=75.0cmHg.环境温度不变.图34-4要点总结处理“两团气”问题的技巧(1)分析“两团气”初状态和末状态的压强关系.(2)分析“两团气”的体积及其变化关系.(3)分析“两团气”状态参量的变化特点,选取合适的实验定律列方程.考点五“状态图线综合应用类”计算题(1)p-V图像、V-T图像、p-T图像的理解.要能够识别p-V图像、p-T图像、V-T图像中的等温线、等容线和等压线,能从图像上解读出状态参量和状态变化过程.依据理想气
28、体状态方程=C,得到p=CT或V=T或p=T,认识p-图像、V-T图像、p-T图像斜率的意义.作平行于横轴(或纵轴)的平行线,与同一坐标系内的两条p-V线(或p-线)、两条V-T线或两条p-T线交于两点,两点横坐标(或纵坐标)相同,依据纵坐标(或横坐标)关系,比较第三物理量的关系.(2)对于热力学定律与气体实验定律的综合问题,主要是会根据图像判断做功情况和内能变化情况,然后根据热力学第一定律判断吸、放热情况.做功情况看气体的体积:体积增大,气体对外做功,W为负;体积缩小,外界对气体做功,W为正.如果研究对象是理想气体,则由于理想气体没有分子势能,所以当它的内能变化时,主要体现在分子平均动能的变
29、化上,从宏观上看就是温度发生了变化.例52018达州一模在如图34-5甲所示的密闭气缸内装有一定质量的理想气体,图乙是它从状态A变化到状态B的V-T图像.已知AB的反向延长线通过坐标原点,气体在状态A时的压强为p=1.0105Pa,在从状态A变化到状态B的过程中,气体吸收的热量为Q=6.0102J,求:(1)气体在状态B时的体积VB;(2)此过程中气体内能的增量U.图34-5变式题一定质量的理想气体,状态在ABCDA的变化过程可用如图34-6所示的p-V图线描述,其中DA为等温线,气体在状态A时温度为TA=300K,求:(1)气体在状态C时的温度;(2)若气体在AB过程中吸热1000J,则在A
30、B过程中气体内能如何变化?变化了多少?图34-6要点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U=W+Q来确定.完成课时作业(三十四)第十三单元热学第32讲分子动理论内能用油膜法估测分子的大小【教材知识梳理】一、1.(1)10-10(2)10-26(3)6.0210232.(1)高(2)液体分子小高3.(1)引力斥力合力(2)减小快(3)斥力零引力二、1.温度平均动能2.间距3.动能分子势能温度体积分子的摩尔数(或分子数)三、单层分子球形辨别明理(1)()(2)()(3)()(4)()(5)()(6)()(7)()(8)()(9)()(10)()【考点互动探究】考点一例1ACE解析 a克拉钻石的物质的量(摩尔数)为n=,所含分子数为N=nNA=,选项A正确,选项B错误;钻石的摩尔体积V=(单位为m3/mol),每个钻石分子体积为V0=,设钻石分子直径为d,则V0=,联立解得d=(单位为m),选项C正确,选项D错误;根据阿伏伽德罗常数的意义知,每