广东版高考物理复习专题一0五热学教学课件

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2.宏观量与微观量(1)微观量:分子体积V0、分子直径d、分子质量m0。(2)宏观量:物体的体积V、摩尔体积Vml、物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度 ρ。(3)几个重要关系①分子质量:m0= = 。②分子体积:V0= = (适用于固体和液体)。③物体所含的分子数:N= NA= NA或N= NA= NA。
二、分子热运动1.分子热运动:分子在做永不停息的无规则运动。2.扩散现象:相互接触的不同物质彼此进入对方的现象。温度越高,扩散越快。3.布朗运动:悬浮在液体或气体中的微粒的无规则运动。微粒越小,温度越高,布朗运 动越明显。4.分子热运动、扩散现象与布朗运动的比较
5.分子运动速率分布规律 (1)在任一温度下,气体分子的速率都呈“中间多、两头少”的分布。(2)温度升高时,“中间多”的这一“高峰”向速率大的方向移动,速率小的分子数减
少,速率大的分子数增多,分子的平均速率增大,但不是每个分子的速率都增大。三、分子间作用力、分子势能和内能1.分子动能、分子势能与内能
2.分子间作用力与分子势能图像的比较
例1　图甲是一定质量的某种气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线;图乙是两 分子系统的势能Ep与两分子间距离r的关系曲线。下列说法正确的是 (　    )      A.甲:同一温度下,气体分子热运动的速率都呈“中间多、两头少”的分布B.甲:气体在①状态下的内能小于在②状态下的内能
C.乙:当r大于r1时,分子间作用力表现为引力D.乙:在r由r1变到r2的过程中分子间作用力做负功  解析    题图甲中,同一温度下气体分子的速率都呈“中间多、两头少”的分布,①状态下气体分子热运动速率大的分子占据的比例较大,说明①对应的气体分子热运动的 平均动能较大,即气体在①状态下的内能大于在②状态下的内能,故A正确,B错误。题 图乙(易错:明确是F-r图像还是Ep-r图像)中,当r=r2时,分子势能最小(点拨:这是判断分 子间作用力及其做功情况的关键),此时分子间作用力为0,则当r>r2时,分子间的作用力 表现为引力,当r考点二　固体、液体和气体一、固体和液体1.晶体和非晶体
2.液体(1)液体的表面张力
(2)浸润和不浸润①浸润:一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上,这种现象叫作浸润。②不浸润:一种液体不会润湿某种固体,也就不会附着在这种固体的表面,这种现象叫 作不浸润。点拨拓展    　　浸润与不浸润产生的原因a.附着层内的液体分子比液体内部密集,故分子间作用力为斥力,附着层有扩展的趋势, 故形成浸润现象。b.附着层内的分子比液体内部稀疏,故分子间作用力为引力,附着层有收缩的趋势,故 形成不浸润现象。
(3)毛细现象①定义:浸润液体在细管中上升的现象,以及不浸润液体在细管中下降的现象,称为毛 细现象(如图所示)。      ②特点:细管内径越小,毛细现象越明显。
3.液晶(1)液晶的物理性质:具有液体的流动性;具有晶体的光学各向异性。(2)液晶的微观结构:从某个方向上看,其分子排列比较整齐,但从另一方向看,分子的排 列是杂乱无章的。二、气体1.气体压强(1)定义:气体作用在器壁单位面积上的压力。(2)产生的原因:气体中大量分子做无规则热运动时对器壁频繁碰撞而形成对器壁各处 均匀、持续的压力。
(3)决定因素(一定质量的某种理想气体)。
点拨拓展    热力学温度T(单位K)与摄氏温度t(单位℃)满足关系式T=t+273.15(K)。3.理想气体状态方程(1)理想气体①定义:在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体。②理想气体特点:理想气体不计分子间的作用力,即不计分子势能,其内能仅由温度决 定。(2)理想气体状态方程: = 或 =C(质量一定的理想气体)。(3)一定质量理想气体状态变化相关图像的比较
例2　某同学探究一封闭汽缸内理想气体的状态变化特性,得到压强p随温度t的变化 如图所示。已知图线Ⅰ描述的是体积为V1的等容过程,当温度为t1时气体的压强为p1; 图线Ⅱ描述的是压强为p2的等压过程。取0 ℃为273 K,求: (1)等容过程中,温度为0 ℃时气体的压强;(2)等压过程中,温度为0 ℃时气体的体积。  
  解析    (1)在等容过程中,设0 ℃时气体压强为p0,根据查理定律有 = ,解得p0= 。
(2)当压强为p2,温度为0 ℃时,设此时体积为V2,则根据理想气体状态方程有 = ,解得V2= 。  答案    (1)     (2) 
考点三　热力学定律一、热力学第一定律1.内容:一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功 的和。2.表达式:ΔU=W+Q。3.符号规定
4.几种特殊情况(1)若过程是绝热的,则Q=0,W=ΔU,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W=0,则Q=ΔU,物体吸收的热量等于物体内能的增加量。(3)若过程的始末状态物体的内能相同,即ΔU=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。二、热力学第二定律1.克劳修斯表述:热量不能自发地从低温物体传到高温物体。2.开尔文表述:不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响。
　　三、能量守恒定律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其他形式,或者 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。点拨拓展    永动机辨析1.第一类永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律。2.第二类永动机不能制成的原因是违背了热力学第二定律。
例3    (多选)如图所示,两端开口、下端连通的导热汽缸,用两个轻质绝热活塞(横截面 积分别为S1和 封闭一定质量的理想气体,活塞与汽缸壁间无摩擦。在左端活塞上缓慢加细沙,活塞从A下降h高度到B位置时,活塞上细沙的总质量为m。在此过程中,用外 力F作用在右端活塞上,使活塞位置始终不变。整个过程环境温度和大气压强p0保持 不变,系统始终处于平衡状态,重力加速度为g。下列说法正确的是 (　    ) 
A.整个过程,外力F做功大于0,小于mghB.整个过程,理想气体的分子平均动能保持不变C.整个过程,理想气体的内能增大D.整个过程,理想气体向外界释放的热量小于p0S1h+mgh  解析    整个过程中右边活塞的位置始终不变,外力F不做功,A错误;整个过程中系统的温度不变,所以一定质量的理想气体的分子平均动能不变,内能不变,B正确,C错误; 当左边活塞到达B位置时汽缸内气体的压强最大,最大压强p= +p0,所以外界对气体做的功小于p0S1h+mgh,由于内能不变,由热力学第一定律ΔU=W+Q知,理想气体向外界 释放的热量小于p0S1h+mgh,D正确。
  答案    BD
模型一　玻璃管-液柱模型
例1　若已知大气压强为p0,液体密度均为ρ,重力加速度为g,图中各装置均处于静止状 态,求各装置中被封闭气体的压强。(假设每根管的横截面积均为S) 　     　      　     
  解析    力平衡法:题图甲中,以高为h的液柱为研究对象,由平衡条件有p甲S+ρghS=p0S,所以p甲=p0-ρgh。液片法:题图乙中,以B液面为研究对象,由平衡条件有p乙S+ρghS=p0S,故p乙=p0-ρgh。液片法:题图丙中,以B液面为研究对象,由平衡条件有p丙S+ρgh sin 60°·S=p0S,所以p丙=p0-  ρgh。液片法:题图丁中,以A液面为研究对象,由平衡条件有p丁S=p0S+ρgh1S,所以p丁=p0+ρgh1。等压面法:题图戊中,从开口端开始计算,右端大气压强为p0,同种液体同一水平面上的 压强相同,所以b气柱的压强pb=p0+ρg(h2-h1),故a气柱的压强pa=pb-ρgh3=p0+ρg(h2-h1-h3)。
  答案    甲:p0-ρgh　乙:p0-ρgh丙:p0- ρgh　丁:p0+ρgh1戊:pa=p0+ρg(h2-h1-h3)    pb=p0+ρg(h2-h1)
例2　如图所示,一根粗细均匀的足够长玻璃管内有一段15 cm高的水银柱,封闭了一 定质量的空气,大气压强相当于75 cm高水银柱产生的压强,管口竖直向下时,封闭空气 柱长40 cm,这时的温度为27 ℃,现将玻璃管顺时针慢慢旋转,使管口水平向左,再继续 慢慢旋转,使管口竖直向上,然后把封闭空气柱浸入87 ℃的热水中。(重力加速度g=10 m/s2)则:(1)管口水平向左时,空气柱的长度为多少?(2)管口竖直向上,浸入热水中稳定后空气柱的长度为多少? 
  解析    (1)设大气压强为p0,管内15 cm高的水银柱产生压强为pL0,管口竖直向下时,封闭空气柱的压强为p1,管口水平向左时,封闭空气柱的压强为p2,则p1=p0-pL0=60 cmHg,p2 =p0=75 cmHg,气体发生等温变化,由玻意耳定律得p1l1S=p2l2S,已知l1=40 cm,解得l2=32 cm。(2)设管口竖直向上,把封闭空气柱浸入87 ℃的热水中时,封闭空气柱的压强为p3,则p3= pL0+p0=90 cmHg,根据理想气体状态方程有  = ,其中T1=300 K,T3=360 K,解得l3=32 cm。  答案    (1)32 cm    (2)32 cm
归纳总结“玻璃管-液柱”问题解决思路 
模型二　汽缸-活塞模型1.以气体为研究对象(1)如果气体在单个汽缸中,需明确气体的变化过程、气体初末状态,分析清楚温度、 压强、体积三个物理量和初末状态之间的关系,再依据气体实验定律列出方程。(2)如果涉及两个或多个汽缸封闭着几部分气体,并且气体之间相互关联时,解答时应 分别研究各部分气体,找出它们各自遵循的规律,并写出相应的方程,最后联立求解。2.以活塞为研究对象(1)明确活塞的质量是否忽略不计,明确活塞是水平放置还是竖直放置,如果竖直放置, 是否考虑活塞的重力产生的压强。
(2)活塞如果处于力学平衡状态,则要对活塞进行受力分析,根据平衡条件得出气体压 强的大小或活塞两端的隔离气体的压强关系。(3)活塞如果处于力学非平衡状态,则要对活塞进行受力分析,根据牛顿运动定律得出 气体压强的大小或活塞两端的隔离气体的压强关系。3.实例分析
例3　如图所示,下端开口的导热汽缸竖直悬挂在天花板下,缸口内壁有卡环,卡环与汽 缸底部间距为L。一横截面积为S、质量为m的光滑活塞将一定量的理想气体封闭在 汽缸内,缸内气体温度T1=300 K,活塞处于静止状态,活塞与汽缸底部的距离为 L。现对缸内气体缓慢加热,直至气体的温度T2=400 K,此过程中气体内能增加了ΔU。已知 外界大气压强为 ,重力加速度为g,不计活塞厚度。求:(1)温度达到T2时缸内气体的压强p;(2)温度从T1到T2的过程中缸内气体吸收的热量Q。
   解题指导    (1)温度从T1到T2的过程分析:关键是确定温度到达T2时,活塞是否已经接触卡环,何时恰好接触卡环。(2)选用物理规律:在活塞接触卡环前,气体发生等压变化,应用盖-吕萨克定律进行分 析;在活塞接触卡环后,要确定末状态的压强,需要应用理想气体状态方程。  解析    (1)以活塞为研究对象,初态活塞处于平衡状态,设此时缸内气体压强为p1,有p1
S+mg=p0S,故p1= ,从初态到活塞恰好接触卡环的过程,气体发生等压变化,根据盖-吕萨克定律有 = ,代入数据解得T=375 K<400 K,即400 K时活塞已经与卡环接触,根据理想气体状态方程有 = ,联立解得p= 。(2)在气体等压变化过程中,外界对气体所做的功W=-p1S =-2mgL,根据热力学第一定律有ΔU=W+Q,解得Q=ΔU+2mgL。  答案    (1)     (2)ΔU+2mgL
微专题20　热力学第一定律与气体实验定律的综合应用一、思维流程 
二、分析策略1.气体的状态变化可由图像直接判断或结合理想气体状态方程 =C分析。2.气体做功的情况由体积的变化情况分析。体积膨胀,气体对外做功,W<0;气体被压 缩,外界对气体做功,W>0。3.气体内能的变化由温度的变化判断。温度升高,气体内能增大;温度降低,气体内能 减小。4.气体的做功情况、吸放热及内能变化也可由热力学第一定律ΔU=W+Q分析。点拨拓展    在p-V图像中,图像与横轴所围面积表示气体对外界或外界对气体整个过 程中所做的功。
例1　一定质量的理想气体,先后经历A→B、A→C两种变化过程,三个状态A、B、C的 部分状态参量如图所示,且BA延长线过原点O,A→B过程中气体吸收的热量为300 J,A →C过程中气体吸收的热量为600 J,下列说法正确的是 (　    )A.两个过程中,气体内能的增加量不相同B.A→C过程中,气体对外做功400 J
C.状态B时,气体的体积为10 LD.A→C过程中,气体增加的体积为原体积的 
微专题21　气体变质量问题
例2　某汽车在开始行驶时,仪表显示其中一只轮胎的气体压强为2.5×105 Pa,温度为27 ℃。已知轮胎容积为3×10-2 m3,且在行驶过程中保持不变。(1)当行驶一段时间后,该轮胎的气体压强增加到2.7×105 Pa,求此时气体的温度;(2)在(1)情境下继续行驶的过程中气体的温度保持不变,由于漏气导致气体压强逐渐 减小到2.5×105 Pa,求漏掉的气体和原来轮胎中气体质量的比值。  解题指导    (1)本题的第二问是漏气问题。漏气问题属于变质量问题,可以通过选择合适的研究对象和过程,将变质量问题转化为定质量问题进行处理。(2)质量比等于同状态下的体积比。  解析    (1)当汽车行驶一段时间后,轮胎内气体体积不变,发生等容变化,由查理定律