2020届二轮复习专题五选修第11课时热学课件（27张） 27页

第 11 课时 热学 专题四 　选修 3 － 3 、 3 － 4 、 3 － 5 复习备考建议 1. 热学主要考查基本概念、气体实验定律、热力学定律等知识 . 2. 在考查机械波的形成和传播时，往往以考查振动图象和波动图象为主，主要涉及的知识为波速、波长和频率 ( 周期 ) 的关系，光学部分主要考查光的折射定律、全反射、光的波动性和电磁波等知识 . 3. 光电效应、氢原子能级跃迁、核反应方程与核能的计算等是高考重点，一般以选择题为主，难度不大，以考查对基础知识的掌握为主，多看教材，加强记忆 . 栏目索引 考点 1 　热学基础知识 考点 2 　气体实验定律和理想气体状态方程 考点 3 　气体状态变化的能量问题 1. 两种微观模型 (1) 球体模型 ( 适用于固体、液体 ) ：一个分子的体积 V 0 ＝ π d 3 ， d 为分子的直径 . (2) 立方体模型 ( 适用于气体 ) ：一个分子占据的平均空间 V 0 ＝ d 3 ， d 为分子间的距离 . 2. 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 . 考点 1 　热学基础知识 3. 熟记并理解三个问题 (1) 对晶体、非晶体特性的理解 ① 只有单晶体，才可能具有各向异性 . ② 所有晶体都具有固定熔点，晶体熔化时，温度不变，吸收的热量全部用于增加分子势能；非晶体没有固定熔点 . ③ 晶体与非晶体之间可以相互转化 . ④ 有些晶体属于同素异形体，如金刚石和石墨 . (2) 正确理解温度的微观含义 ① 温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能越大 . ② 温度升高，物体的内能不一定增大 . (3) 对气体压强的理解 ① 气体对容器的压强是大量气体分子对容器的碰撞引起的，从微观角度看，气体压强的大小与气体分子的平均动能及气体分子的密集程度有关 . ② 地球表面大气压强可认为是大气重力产生的 . 例 1 　 (2019· 全国卷 Ⅱ ·33(1)) 如图 1 p － V 图所示， 1 、 2 、 3 三个点代表某容器中一定量理想气体的三个不同状态，对应的温度分别是 T 1 、 T 2 、 T 3 ，用 N 1 、 N 2 、 N 3 分别表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数，则 N 1 ______ N 2 ， T 1 _____ T 3 ， N 2 _____ N 3 .( 填 “ 大于 ”“ 小于 ” 或 “ 等于 ” ) 图 1 大于 等于 大于 解析　 对一定质量的理想气体， 为定值，由 p － V 图象可知， 2 p 1 · V 1 ＝ p 1 ·2 V 1 > p 1 · V 1 ，所以 T 1 ＝ T 3 > T 2 . 状态 1 与状态 2 时气体体积相同，单位体积内分子数相同，但状态 1 下的气体分子平均动能更大，在单位时间内撞击器壁单位面积的平均次数更多，所以 N 1 > N 2 ；状态 2 与状态 3 时气体压强相同，状态 3 下的气体分子平均动能更大，在单位时间内撞击器壁单位面积的平均次数较少，所以 N 2 > N 3 . 1. ( 多选 ) (2019· 吉林长春市质量监测 ) 下列有关热学现象和规律的描述正确的是   A. 空气中尘埃的运动是布朗运动，反映了空气分子在做无规则的热运动 B. 在围绕地球飞行的宇宙飞船中，自由飘浮的水滴呈球形，这是表面张力作用的结果 C. 晶体都有固定的熔点，物理性质都表现为各向异性 D. 一定质量的理想气体经历等压膨胀过程，气体密度将减小，分子平均动能将增大 变式训练 √ √ 解析　 空气中尘埃的运动不是布朗运动，故 A 错； 在完全失重状况下，液滴由于表面张力使其表面积收缩至最小，呈球形，故 B 对； 体积增大，温度升高，则多晶体物理性质表现为各向同性，故 C 错； 一定质量的理想气体经历等压膨胀过程，气体密度将减小，分子平均动能将增大，故 D 对 . 2. ( 多选 ) (2019· 贵州贵阳市一模 ) 下列关于固体、液体和气体的说法正确的是   A. 液体表面层中分子间的相互作用力表现为引力 B. 固体、液体和气体中都会有扩散现象发生 C. 在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零 D. 某些固体在熔化过程中，虽然吸收热量但温度却保持不变 √ √ 解析　 当分子间距离为 r 0 时，分子引力和斥力相等，液体表面层的分子比较稀疏，分子间距大于 r 0 ，所以分子间作用力表现为引力，故 A 正确； 扩散现象与物体的状态无关，固体、液体和气体中都会有扩散现象发生，故 B 正确； 在完全失重的情况下，分子运动不停息，气体对容器壁的压强不为零，故 C 错误； 晶体在熔化过程中，虽然吸收热量但温度却保持不变，故 D 正确 . √ 3. ( 多选 ) (2019· 山东临沂市 2 月质检 ) 下列说法正确的是   A. 气体分子的速率分布规律遵从统计规律，在一定温度下，某种气体的分子速率分布 是确定的 B. 随着科技的发展，绝对零度是可能达到的 C. 不论温度多高，速率很大和很小的分子总是少数 D. 气体分子的运动速率可由牛顿运动定律求得 √ √ 解析　 气体分子的速率分布规律遵从统计规律，在一定温度下，某种气体的分子速率分布呈现 “ 两头小，中间大 ” 的规律，并且是确定的，不论温度多高，速率很大和很小的分子总是少数，选项 A 、 C 正确； 绝对零度是低温的极限，即使随着科技的发展，绝对零度也是不可能达到的，选项 B 错误； 牛顿运动定律只适用于宏观低速物体，对微观高速粒子不适用，选项 D 错误 . 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 p ＝ p 0 ＋ ρgh ， p 0 为液面上方的压强 . 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 . 考点 2 　气体实验定律和理想气体状态方程 2. 气体实验定律 玻意耳定律： p 1 V 1 ＝ p 2 V 2 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 . 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 . 例 2 　 ( 多选 ) (2019· 全国卷 Ⅱ ·33(2) 改编 ) 如图 2 ，一容器由横截面积分别为 2 S 和 S 的两个汽缸连通而成，容器平放在地面上，汽缸内壁光滑 . 整个容器被通过刚性杆连接的两活塞分隔成三部分，分别充有氢气、空气和氮气 . 平衡时，氮气的压强和体积分别为 p 0 和 V 0 ，氢气的体积为 2 V 0 ，空气的压强为 p . 现缓慢地将中部的空气全部抽出，抽气过程中氢气和氮气的温度保持不变，活塞没有到达两汽缸的连接处，则 图 2 √ √ √ 设抽气后氢气的压强和体积分别为 p 1 和 V 1 ，氮气的压强和体积分别为 p 2 和 V 2 ， 根据力的平衡条件有 p 2 · S ＝ p 1 ·2 S ，由玻意耳定律得 p 1 V 1 ＝ p 10 ·2 V 0 ， p 2 V 2 ＝ p 0 V 0 ， 由于两活塞用刚性杆连接，故 V 1 － 2 V 0 ＝ 2( V 0 － V 2 ) ， 联立以上式子，解得 解析　 设抽气前氢气的压强为 p 10 ，根据力的平衡条件得 ( p 10 － p )·2 S ＝ ( p 0 － p )· S 变式训练 4. ( 多选 ) 如图 3 ，一带有活塞的汽缸通过底部的水平细管与一个上端封闭的竖直管相连， 汽缸和竖直管均导热，汽缸与竖直管的横截面积之比为 3 ∶ 1. 初始时，该装置底部盛有水银；左右两边均封闭有一定质量的理想气体，左边气柱高 24 cm ，右边气柱高 22 cm ； 两边液面的高度差为 4 cm. 竖直管内气体压强为 76 cmHg ，现使活塞缓慢向下移动，使汽缸和竖直管内的水银面高度相差 8 cm ，活塞与汽缸间摩擦不计 . 则   A. 此时竖直管内气体的压强为 88 cmHg B. 此时竖直管内气体的压强为 80 cmHg C. 活塞向下移动的距离为 5 cm D. 活塞向下移动的距离为 20 cm 图 3 √ √ 解析　 若左侧液面下降 h 1 ，右侧液面升高 h 2 则有 h 1 ＋ h 2 ＝ 4 cm ， h 1 ·3 S ＝ h 2 S ， 解得 h 1 ＝ 1 cm ， h 2 ＝ 3 cm ， 设活塞向下移动前，竖直管内气体的压强为 p 1 ，体积为 V 1 ， 活塞向下移动后，竖直管内气体的压强为 p 2 ，体积为 V 2 ， 则有： V 2 ＝ (22 cm － h 2 ) S ＝ 19 cm· S 根据玻意耳定律有： p 1 V 1 ＝ p 2 V 2 解得： p 2 ＝ 88 cmHg ，故 A 项正确， B 项错误 . 以左边气体为研究对象： p 1 ′ ＝ p 1 ＋ ρg Δ h ＝ 80 cmHg ， V 1 ′ ＝ 24 cm × 3 S p 2 ′ ＝ p 2 ＋ ρg Δ h ′ ＝ 96 cmHg ， V 2 ′ ＝ x ·3 S 根据玻意耳定律有： p 1 ′ V 1 ′ ＝ p 2 ′ V 2 ′ 解得： x ＝ 20 cm ， 活塞下降的高度 h ＝ 24 cm ＋ h 1 － x ＝ 5 cm ，故 C 项正确， D 项错误 . 5.(2019· 吉林长春市质量监测 ) 如图 4 所示，竖直固定的大圆筒由上面的细圆筒和下面的粗圆筒两部分组成，粗筒的内径是细筒内径的 3 倍，细筒足够长 . 粗筒中放有 A 、 B 两个活塞，活塞 A 的重力及与筒壁间的摩擦不计 . 活塞 A 的上方装有水银，活塞 A 、 B 间封有一定质量的空气 ( 可视为理想气体 ). 初始时，用外力向上托住活塞 B 使之处于平衡状态，水银上表面与粗筒上端相平，空气柱长 L ＝ 15 cm ，水银深 H ＝ 10 cm. 现使活塞 B 缓慢上移，直至有一半质量的水银被推入细筒中，活塞 B 上移的距离为 ( 设在整个过程中气柱的温度不变，大气压强 p 0 相当于 75 cm 的水银柱产生的压强 )   A.45 cm B.5 cm C.9.8 cm D.10.2 cm 图 4 √ 解析　 设粗筒横截面积为 S ，水银的密度为 ρ ， 初态封闭气体的压强 p 1 ＝ p 0 ＋ ρgH ＝ 85 cmHg ，体积为 V 1 ＝ LS 有一半质量的水银被推入细筒中，设细筒和粗筒中的水银高度分别为 h 1 和 h 2 ， 此时封闭气体压强为 p 2 ＝ p 0 ＋ ρgh 1 ＋ ρgh 2 ＝ 125 cmHg 体积 V 2 ＝ L ′ S 由玻意耳定律得： p 1 V 1 ＝ p 2 V 2 解得： L ′ ＝ 10.2 cm 活塞 B 上移的距离为 d ＝ H ＋ L － h 2 － L ′ ＝ 9.8 cm. 故 C 项正确 . 1. 气体做功特点 (1) 一般计算等压变化过程的功，即 W ＝ p ·Δ V ，然后结合其他条件，利用 Δ U ＝ W ＋ Q 进行相关计算 . (2) 注意符号正负的规定 . 若研究对象为气体，对气体做功的正负由气体体积的变化决定 . 气体体积增大，气体对外界做功， W <0 ；气体体积减小，外界对气体做功， W >0. 2. 两点注意 (1) 一定质量的理想气体的内能只与温度有关 . 考点 3 　气体状态变化的能量问题 (2) 理想气体状态变化与内能变化的关系： 从外界吸热， Q >0 ；向外界放热， Q <0 ， Δ U ＝ W ＋ Q ＝ V 增大，气体对外界做功 W <0 ； V 减小，外界对气体的功， W >0 T 升高，内能增大； T 降低，内能减小 . 例 3 　 ( 多选 ) (2019· 四川宜宾市第二次诊断 )(1) 密闭的固定容器内可视为理想气体的氢气温度与外界空气的温度相同，现对该容器缓慢加热，当容器内的氢气温度高于外界空气的温度时，则   A. 氢气分子的平均动能增大 B. 氢气分子的势能增大 C. 氢气的内能增大 D. 氢气的压强增大 √ √ √ 例 4 　 ( 多选 ) 如图 5 所示，在绝热汽缸内有一绝热活塞封闭一定质量的理想气体，开始时缸内气体温度为 27 ℃ ，封闭气柱长为 9 cm ，活塞横截面积 S ＝ 50 cm 2 . 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 10 5 Pa ，活塞与汽缸间无摩擦，不计活塞重力 . 则   A. 加热后活塞到汽缸底部的距离为 12 cm B. 加热后活塞到汽缸底部的距离为 10 cm C. 此过程中气体内能增加了 7 J D. 此过程中气体内能增加了 15 J 图 5 √ √ 解析　 取封闭的气体为研究对象，开始时气体的体积为 L 1 S 温度为： T 1 ＝ (273 ＋ 27) K ＝ 300 K 末状态的体积为 L 2 S ，温度为： T 2 ＝ (273 ＋ 127) K ＝ 400 K 解得： L 2 ＝ 12 cm ，故 A 正确， B 错误 . 此过程中，气体对外做的功大小为 W ＝ p 0 S ( L 2 － L 1 ) ＝ 15 J 由热力学第一定律得 Δ U ＝ Q － W ＝ 7 J 故 C 正确， D 错误 . 6. ( 多选 ) (2019· 河南九师联盟质检 ) 如图 6 所示是一定质量的理想气体的 p － V 图象，理想气体经历从 A → B → C → D → A 的变化过程，其中 D → A 为等温线 . 已知理想气体在状态 D 时温度为 T ＝ 400 K ，下列说法正确的是   A. 理想气体在状态 B 时的温度为 1 000 K B. 理想气体在状态 C 时的温度为 1 000 K C. C 到 D 过程气体对外做功为 100 J D. 若理想气体在 C → D 过程中内能减少 300 J ，则在 C → D 过程中理想气体放热 变式训练 图 6 √ √ 解析　 D → A 为等温线，则 T A ＝ T ＝ 400 K 解得 T B ＝ 1 000 K ，故 A 正确； 得 T C ＝ 500 K ，故 B 错误 . C → D 过程体积减小，外界对气体做功，故 C 错误； C → D 过程压强不变，由 W ＝ p Δ V 得 W ＝ 100 J ，但是外界对气体做功，故 C 错误； 由 Δ U ＝ W ＋ Q 可得 Q ＝－ 400 J 故理想气体放热，放出 400 J 的热量；故 D 项正确 .