分子動理論氣體及熱力學(xué)定律

分子動理論氣體及熱力學(xué)定律第1頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月第12講分子動理論氣體及熱力學(xué)定律第2頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月1．(2013·新課標全國卷Ⅰ·33)(1)兩個相距較遠的分子僅在分子力作用下由靜止開始運動，直至不再靠近．在此過程中，下列說法正確的是________．

A．分子力先增大，后一直減小

B．分子力先做正功，后做負功

C．分子動能先增大，后減小

D．分子勢能先增大，后減小

E．分子勢能和動能之和不變第3頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)如圖6－12－1，兩個側(cè)壁絕熱、頂部和底部都導(dǎo)熱的相同氣缸直立放置，氣缸底部和頂部均有細管連通，頂部的細管帶有閥門K.兩氣缸的容積均為V0，氣缸中各有一個絕熱活塞(質(zhì)量不同，厚度可忽略)．開始時K關(guān)閉，兩活塞下方和右活塞上方充有氣體(可視為理想氣體)，壓強分別為p0和p0/3；左活塞在氣缸正中間，其上方為真空；

圖6－12－1第4頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月右活塞上方氣體體積為V0/4.現(xiàn)使氣缸底與一恒溫熱源接觸，平衡后左活塞升至氣缸頂部，且與頂部剛好沒有接觸；然后打開K，經(jīng)過一段時間，重新達到平衡．已知外界溫度為T0，不計活塞與氣缸壁間的摩擦．求：(i)恒溫熱源的溫度T；(ii)重新達到平衡后，左氣缸中活塞上方氣體的體積Vx.第5頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月解析

(1)由分子動理論的知識，當兩個分子相互靠近，直至不能靠近的過程中，分子力先是表現(xiàn)為引力且先增大后減小，之后表現(xiàn)為分子斥力，一直增大，所以A選項錯誤；分子引力先做正功，然后分子斥力做負功，分子勢能先減小再增大，分子動能先增大后減小，所以B、C正確，D錯誤．因為只有分子力做功，所以分子勢能和分子動能的總和保持不變，E選項正確．第6頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月第7頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月第8頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月第9頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月2．(2013·新課標全國卷Ⅱ·33)(1)關(guān)于一定量的氣體，下列說法正確的是________．

A．氣體的體積指的是該氣體的分子所能到達的空間的體 積，而不是該氣體所有分子體積之和

B．只要能減弱氣體分子熱運動的劇烈程度，氣體的溫度就 可以降低

圖6－12－2第10頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月

C．在完全失重的情況下，氣體對容器壁的壓強為零

D．氣體從外界吸收熱量，其內(nèi)能一定增加

E．氣體在等壓膨脹過程中溫度一定升高第11頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)如圖6－12－2，一上端開口、下端封閉的細長玻璃管豎直放置．玻璃管的下部封有長l1＝25.0cm的空氣柱，中間有一段長為l2＝25.0cm的水銀柱，上部空氣柱的長度l3＝40.0cm.已知大氣壓強為p0＝75.0cmHg.現(xiàn)將一活塞(圖中未畫出)從玻璃管開口處緩緩?fù)峦疲构芟虏靠諝庵L度變?yōu)閘1′＝20.0cm.假設(shè)活塞下推過程中沒有漏氣，求活塞下推的距離．第12頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月解析

(2)以cmHg為壓強單位，在活塞下推前，玻璃管下部空氣柱的壓強為p1＝p0＋p2 ①設(shè)活塞下推后，下部空氣柱的壓強為p1′，由玻意耳定律得p1l1＝p1′l1′ ②第13頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月如圖，設(shè)活塞下推距離為Δl，則此時玻璃管上部空氣柱的長度為l3′＝l3＋l1－l1′－Δl ③設(shè)此時玻璃管上部空氣柱的壓強為p2′，則p2′＝p1′－p2④由玻意耳定律得p0l3＝p2′l3′ ⑤由①至⑤式及題給數(shù)據(jù)解得Δl＝15.0cm答案

(1)ABE

(2)15.0cm第14頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月近三年新課標全國卷的試題都是由一小一大組成的，小題是選擇題的形式，其分值為6分．大題是計算題的形式，其分值為9分．2011年小題是對氣體的壓強、內(nèi)能變化及熱力學(xué)第一定律的理解．大題是氣體壓強的計算及玻意耳定律的應(yīng)用．2012年小題是熱力學(xué)第一、二定律的理解．大題是玻意耳定律、查理定律的應(yīng)用．2013年新課標全國卷Ⅰ小題考查的是分子力、分子力做功、分子勢能．大題考查的是蓋·呂薩克定律和玻意耳定律的應(yīng)用．第15頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月熱點聚焦

(1)分子動理論、物體的內(nèi)能

(2)晶體與非晶體

(3)氣體壓強的計算

(4)氣體實驗定律的應(yīng)用

(5)熱力學(xué)定律的理解及應(yīng)用命題趨勢

2014年高考對本專題內(nèi)容的考查仍將以分子動理論和熱力學(xué)定律及氣體狀態(tài)方程應(yīng)用為重點，以組合題形式出現(xiàn)．第16頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月考向一分子動理論與氣體實驗定律的組合圖6－12－3第17頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月第18頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月第19頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)如圖6－12－4所示，兩端開口的U形玻璃管兩邊粗細不同，粗管橫截面積是細管的2倍．管中裝入水銀，兩管中水銀面與管口距離均為12cm，大氣壓強為p0＝75cmHg.現(xiàn)將粗管管口封閉，然后將細管管口用一活塞封閉并將活塞緩慢推入管中，直到兩管中水銀面高度差達6cm為止，求活塞下移的距離(假設(shè)環(huán)境溫度不變)．圖6－12－4第20頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月解析(1)選項A中的物質(zhì)不明確狀態(tài)，若是氣體，要考慮分子間距，則選項A錯誤；布朗運動觀察到的是懸浮顆粒的無規(guī)則運動，不是液體分子的無規(guī)則運動，則選項B錯誤；溫度是分子平均動能的標志，則選項C正確；兩分子間距增大，分子力可能增大，也可能減小，則選項D錯誤．第21頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)設(shè)粗管中氣體為氣體1，細管中氣體為氣體2.對粗管中氣體1：有p0L1＝p1L1′右側(cè)液面上升h1，左側(cè)液面下降h2，有S1h1＝S2h2，h1＋h2＝6cm，得h1＝2cm，h2＝4cm，L1′＝L1－h(huán)1解得：p1＝90cmHg對細管中氣體2：有p0L1＝p2L2′，p2＝p1＋Δh解得：L2′＝9.375cm因為h＝L1＋h2－L2′，解得：h＝6.625cm答案(1)C(2)6.625cm第22頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)用氣體實驗定律的解題思路(1)選擇對象——即某一定質(zhì)量的理想氣體；(2)找出參量——氣體在始末狀態(tài)的參量p1、V1、T1及p2、V2、T2；(3)認識過程——認清變化過程是正確選用物理規(guī)律的前提；(4)列出方程——選用某一實驗定律或氣態(tài)方程，代入具體數(shù)值求解，并討論結(jié)果的合理性．

第23頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月【預(yù)測1】

(1)兩分子間的斥力和引力的合力F與分子間距離r的關(guān)系如圖6－12－5中曲線所示，曲線與r軸交點的橫坐標為r0.相距很遠的兩分子在分子力作用下，由靜止開始相互接近．若兩分子相距無窮遠時分子勢能為零，下列說法正確的是(

)．圖6－12－5第24頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月A．在r>r0階段，F(xiàn)做正功，分子動能增加，勢能減小B．在r<r0階段，F(xiàn)做負功，分子動能減小，勢能也減小C．在r＝r0時，分子勢能最小，動能最大D．在r＝r0時，分子勢能為零E．分子動能和勢能之和在整個過程中不變第25頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)某學(xué)?？萍寂d趣小組利用廢舊物品制作了一個簡易氣溫計：在一個空葡萄酒瓶中插入一根兩端開口的玻璃管，玻璃管內(nèi)有一段長度可忽略的水銀柱，接口處用蠟密封，將酒瓶水平放置，如圖6－12－6所示，已知該裝置密封氣體的體積為480cm3，玻璃管內(nèi)部橫截面積為0.4cm2，瓶口外的有效長度為48cm.當氣溫為7℃時，水銀柱剛好處在瓶口位置．圖6－12－6第26頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月①求該氣溫計能測量的最高氣溫．②假設(shè)水銀柱從瓶口處緩慢移動到最右端的過程中，密封氣體從外界吸收3J熱量，問在這一過程中該氣體的內(nèi)能如何變化？變化了多少？(已知大氣壓為1×105Pa)第27頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月解析(1)在r>r0時，分子間作用力表現(xiàn)為引力，在兩分子靠近時，引力做正功，分子勢能減小，分子動能增大，選項A正確；在r<r0時，分子間作用力表現(xiàn)為斥力，在兩分子靠近時，斥力做負功，分子勢能增大，分子動能減小，選項B錯誤；在r＝r0時，引力和斥力相等，分子力為零，分子勢能最小但不為零，分子動能最大，選項C正確，D錯誤；只有分子力做功，分子勢能和分子動能之和保持不變，選項E正確．第28頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月第29頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月【預(yù)測2】

(1)根據(jù)分子動理論，對下列現(xiàn)象解釋正確的是________．(填入正確選項前的字母) A．花香襲人，說明分子永不停息地做無規(guī)則運動

B．海綿容易壓縮，說明分子間存在引力

C．滴進水中的紅墨水迅速散開，說明分子間存在斥力

D．渾濁液靜置后變澄清，說明分子間既有引力又有斥力第30頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月圖6－12－7第31頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)現(xiàn)在轎車已進入普通家庭，為保證駕乘人員人身安全，汽車增設(shè)了安全氣囊，它會在汽車發(fā)生一定強度的碰撞時，利用疊氮化鈉(NaN3)爆炸時產(chǎn)生氣體(假設(shè)都是N2)充入氣囊，以保護駕乘人員．若已知爆炸瞬間氣囊容量為70L，氮氣的密度ρ＝1.25×102kg/m3，氮氣的平均摩爾質(zhì)量M＝0.028kg/mol，阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.02×1023mol－1，試估算爆炸瞬間氣囊中N2分子的總個數(shù)N(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)．第32頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月第33頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月第34頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月考向二熱力學(xué)定律、內(nèi)能與氣體實驗定律的組合1.熱力學(xué)第一定律：ΔU＝Q＋W2．在熱力學(xué)第二定律的表述中，“自發(fā)地”、“不產(chǎn)生其他影響”的涵義．

(1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助．

(2)“不產(chǎn)生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響，如吸熱、放熱、做功等．第35頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月1.熱力學(xué)第一定律：ΔU＝Q＋W2．在熱力學(xué)第二定律的表述中，“自發(fā)地”、“不產(chǎn)生其他影響”的涵義．(1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助．(2)“不產(chǎn)生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響，如吸熱、放熱、做功等．第36頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月第37頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月【典例2】

(2013·江蘇卷，12A)如圖6－12－8所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過狀態(tài)B、C和D后再回到狀態(tài)A.其中，A―→B和C―→D為等溫過程，B―→C和D―→A為絕熱過程(氣體與外界無熱量交換)．這就是著名的“卡諾循環(huán)”．圖6－12－8第38頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)該循環(huán)過程中，下列說法正確的是________．A．A―→B過程中，外界對氣體做功B．B―→C過程中，氣體分子的平均動能增大C．C―→D過程中，單位時間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多D．D―→A過程中，氣體分子的速率分布曲線不發(fā)生變化第39頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月第40頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月解析(1)由理想氣體狀態(tài)方程和熱力學(xué)第一定律分析，A―→B為等溫過程，內(nèi)能不變，氣體的體積增大，氣體對外做功，A錯；B―→C過程為絕熱過程，體積增大對外做功，因此內(nèi)能減小，氣體分子的平均動能減小，B錯；C―→D為等溫過程，體積減小，分子數(shù)密度增大，單位時間內(nèi)碰撞單位面積的分子數(shù)增多，C項正確；D―→A為絕熱過程，體積減小，外界對氣體做功內(nèi)能增大，溫度升高，因此氣體分子的速率分布曲線變化，D錯．第41頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月第42頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月牢記以下的幾個結(jié)論：(1)熱量不能自發(fā)地由低溫物體傳遞給高溫物體；(2)氣體壓強是由氣體分子頻繁地碰撞器壁產(chǎn)生的，壓強大小與分子熱運動的劇烈程度和分子密度有關(guān)；(3)做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)；(4)溫度變化時，意味著物體內(nèi)分子的平均動能隨之變化，并非物體內(nèi)每個分子的動能都隨之發(fā)生同樣的變化．

第43頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月【預(yù)測3】

(1)在研究性學(xué)習的過程中，針對能源問題、大氣污染問題同學(xué)們提出了如下四個活動方案，從理論上講可行的是(

)．

A．利用淺層海水和深層海水之間的溫度差制造一種熱機，將 海水的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能是可能的

B．制作一種制冷設(shè)備，使溫度降至絕對零度以下

C．將房屋頂蓋上太陽能板，可直接用太陽能來解決照明和熱 水問題

D．汽車尾氣中各類有害氣體排入大氣后嚴重污染了空氣，想 辦法使它們自發(fā)地分離，既清潔了空氣，又變廢為寶第44頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)如圖6－12－9所示，汽缸放置在水平平臺上，活塞質(zhì)量10kg，橫截面積50cm2，厚度1cm，汽缸全長21cm，汽缸質(zhì)量20kg，大氣壓強為1×105Pa，當溫度為7℃時，活塞封閉的氣柱長10cm，若將汽缸倒過來放置時，活塞下方的空氣能通過平臺上的缺口與大氣相通．g取10m/s2，求：①汽缸倒置時，活塞封閉的氣柱多長；②當溫度多高時，活塞剛好接觸平臺．圖6－12－9第45頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月解析(1)利用淺層海水和深層海水之間的溫度差制造一種熱機，將海水的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能是不可能的，因為它違反了熱力學(xué)第二定律，A錯誤；因為絕對零度是下限溫度，故制作一種制冷設(shè)備，使溫度降至絕對零度以下是不可能的，B錯誤；將房屋頂蓋上太陽能板，可直接用太陽能來解決照明和熱水問題是可行的，C正確；汽車尾氣中各類有害氣體排入大氣后嚴重污染了空氣，使它們自發(fā)地分離是不可能的，D錯誤．第46頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月第47頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月第48頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月【預(yù)測4】

(1)關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說法正確的是 (

)．

A．在一定條件下物體的溫度可以降到0K B．物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功

C．吸收了熱量的物體，其內(nèi)能一定增加

D．壓縮氣體總能使氣體的溫度升高第49頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)如圖6－12－10所示，一定量的氣體放在體積為V0的容器中，室溫為T0＝300K，有一光滑導(dǎo)熱活塞C(不占體積)將容器分成A、B兩室，B室的體積是A室的兩倍，A室容器上連接有一U形管(U形管內(nèi)氣體的體積忽略不計)．管兩邊水銀柱高度差為76cm，B室容器中連接有閥門S，可與大氣相通(外界大氣壓等于76cm汞柱產(chǎn)生的壓強)．求：圖6－12－10第50頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月①將閥門S打開后，A室的體積變成多少？②打開閥門S后將容器內(nèi)的氣體從300K分別加熱到400K和540K，U形管內(nèi)兩邊水銀面的高度差各為多少？第51頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月解析(1)根據(jù)熱力學(xué)第三定律絕對零度不可能達到，故A錯誤；物體從外界吸收熱量，對外做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知內(nèi)能可能增加、減少或不變，故C錯誤；壓縮氣體，外界對氣體做正功，氣體可能向外界放熱，內(nèi)能可能減少，溫度降低，故D錯誤；物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功而引起其他變化，B正確．第52頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月第53頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月第54頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月考向三熱學(xué)基本知識與氣體實驗定律的組合1.晶體和非晶體比較晶體非晶體單晶體多晶體形狀規(guī)則不規(guī)則不規(guī)則熔點固定固定不固定特性各向異性各向同性各向同性第55頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月2.液晶的性質(zhì) 液晶是一種特殊的物質(zhì)，既可以流動，又可以表現(xiàn)出單晶體的分子排列特點，在光學(xué)、電學(xué)物理性質(zhì)上表現(xiàn)出各向異性．3．液體的表面張力使液體表面有收縮到球形的趨勢，表面張力的方向跟液面相切．第56頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月【典例3】

(2013·山東卷，36)(1)下列關(guān)于熱現(xiàn)象的描述正確的一項是(

)．

A．根據(jù)熱力學(xué)定律，熱機的效率可以達到100% B．做功和熱傳遞都是通過能量轉(zhuǎn)化的方式改變系統(tǒng)內(nèi)能的

C．溫度是描述熱運動的物理量，一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)達 到熱平衡時兩系統(tǒng)溫度相同

D．物體由大量分子組成，其單個分子的運動是無規(guī)則的， 大量分子的運動也是無規(guī)律的第57頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)我國“蛟龍”號深海探測船載人下潛超過七千米，再創(chuàng)載人深潛新紀錄．在某次深潛實驗中，“蛟龍”號探測到990m深處的海水溫度為280K．某同學(xué)利用該數(shù)據(jù)來研究氣體狀態(tài)隨海水深度的變化．如圖6－12－11所示，導(dǎo)熱良好的氣缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的氣體，不計活塞的質(zhì)量和摩擦，氣缸所處海平面的溫度T0＝300K，壓強p0＝1atm，封閉氣體的體積V0＝3m3.如果將該氣缸下潛至990m深處，此過程中封閉氣體可視為理想氣體．圖6－12－11第58頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月①求990m深處封閉氣體的體積(1atm相當于10m深的海水產(chǎn)生的壓強)．②下潛過程中封閉氣體________(填“吸熱”或“放熱”)，傳遞的熱量________(填“大于”或“小于”)外界對氣體所做的功．第59頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月第60頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月【預(yù)測5】

(1)科學(xué)家在“哥倫比亞”號航天飛機上進行了一次微重力條件(即失重狀態(tài))下制造泡沫金屬的實驗．把鋰、鎂、鋁、鈦等輕金屬放在一個石英瓶內(nèi)，用太陽能將這些金屬融化成液體，然后在融化的金屬中充入氫氣，使金屬內(nèi)產(chǎn)生大量氣泡，金屬冷凝后就形成到處是微孔的泡沫金屬．下列說法正確的是 (

)．第61頁，課件共67頁，創(chuàng)作于2023年2月A．失重條件下液態(tài)金屬呈現(xiàn)球狀是由于液體表面分子間只存在引力B．在失重條件下充入金屬液體內(nèi)的氣體氣泡不能無限地膨脹是因為液體表面張力的約束C．泡沫金屬物理性質(zhì)各向異性，說明它是晶體D．泡沫金屬