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1、第12讲 分子动理论 气体及热力学定律,1(2013新课标全国卷33)(1)两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动，直至不再靠近在此过程中，下列说法正确的是_ A分子力先增大，后一直减小 B分子力先做正功，后做负功 C分子动能先增大，后减小 D分子势能先增大，后减小 E分子势能和动能之和不变,(2)如图6121，两个侧壁绝热、顶部和底部都导热的相同气缸直立放置，气缸底部和顶部均有细管连通，顶部的细管带有阀门K.两气缸的容积均为V0，气缸中各有一个绝热活塞(质量不同，厚度可忽略)开始时K关闭，两活塞下方和右活塞上方充有气体(可视为理想气体)，压强分别为p0和p0/3；左活塞在气缸正中间
2、，其上方为真空；,图6121,右活塞上方气体体积为V0/4.现使气缸底与一恒温热源接触，平衡后左活塞升至气缸顶部，且与顶部刚好没有接触；然后打开K，经过一段时间，重新达到平衡已知外界温度为T0，不计活塞与气缸壁间的摩擦求： (i)恒温热源的温度T； (ii)重新达到平衡后，左气缸中活塞上方气体的体积Vx.,解析 (1)由分子动理论的知识，当两个分子相互靠近，直至不能靠近的过程中，分子力先是表现为引力且先增大后减小，之后表现为分子斥力，一直增大，所以A选项错误；分子引力先做正功，然后分子斥力做负功，分子势能先减小再增大，分子动能先增大后减小，所以B、C正确，D错误因为只有分子力做功，所以分子势能
3、和分子动能的总和保持不变，E选项正确,2(2013新课标全国卷33)(1)关于一定量的气体，下列说法正确的是_ A气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体 积，而不是该气体所有分子体积之和 B只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就 可以降低,图6122,C在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零 D气体从外界吸收热量，其内能一定增加 E气体在等压膨胀过程中温度一定升高,(2)如图6122，一上端开口、下端封闭的细长玻璃管竖直放置玻璃管的下部封有长l125.0 cm的空气柱，中间有一段长为l225.0 cm的水银柱，上部空气柱的长度l340.0 cm.已知大气压强为p075.0
4、 cmHg.现将一活塞(图中未画出)从玻璃管开口处缓缓往下推，使管下部空气柱长度变为l120.0 cm.假设活塞下推过程中没有漏气，求活塞下推的距离,解析 (2)以cmHg为压强单位，在活塞下推前，玻璃管下部空气柱的压强为p1p0p2 设活塞下推后，下部空气柱的压强为p1，由玻意耳定律得p1l1p1l1 ,如图，设活塞下推距离为l，则此时玻璃管上部空气柱的长度为 l3l3l1l1l 设此时玻璃管上部空气柱的压强为p2，则p2p1p2 由玻意耳定律得p0l3p2l3 由至式及题给数据解得l15.0 cm 答案 (1)ABE (2)15.0 cm,近三年新课标全国卷的试题都是由一小一大组成的，小题
5、是选择题的形式，其分值为6分大题是计算题的形式，其分值为9分 2011年小题是对气体的压强、内能变化及热力学第一定律的理解大题是气体压强的计算及玻意耳定律的应用 2012年小题是热力学第一、二定律的理解大题是玻意耳定律、查理定律的应用 2013年新课标全国卷小题考查的是分子力、分子力做功、分子势能大题考查的是盖吕萨克定律和玻意耳定律的应用,热点聚焦 (1)分子动理论、物体的内能 (2)晶体与非晶体 (3)气体压强的计算 (4)气体实验定律的应用 (5)热力学定律的理解及应用 命题趋势 2014年高考对本专题内容的考查仍将以分子动理论和热力 学定律及气体状态方程应用为重点，以组合题形式出现,考向
6、一 分子动理论与气体实验定律的组合,图6123,(2)如图6124所示，两端开口的U形玻璃管两边粗细不同，粗管横截面积是细管的2倍管中装入水银，两管中水银面与管口距离均为12 cm，大气压强为p075 cmHg.现将粗管管口封闭，然后将细管管口用一活塞封闭并将活塞缓慢推入管中，直到两管中水银面高度差达6 cm为止，求活塞下移的距离(假设环境温度不变),图6124,解析 (1)选项A中的物质不明确状态，若是气体，要考虑分子间距，则选项A错误；布朗运动观察到的是悬浮颗粒的无规则运动，不是液体分子的无规则运动，则选项B错误；温度是分子平均动能的标志，则选项C正确；两分子间距增大，分子力可能增大，也可
7、能减小，则选项D错误,(2)设粗管中气体为气体1，细管中气体为气体2. 对粗管中气体1：有p0L1p1L1 右侧液面上升h1，左侧液面下降h2，有 S1h1S2h2，h1h26 cm， 得h12 cm，h24 cm，L1L1h1 解得：p190 cmHg 对细管中气体2：有p0L1p2L2，p2p1h 解得：L29.375 cm 因为hL1h2L2，解得：h6.625 cm 答案 (1)C (2)6.625 cm,应用气体实验定律的解题思路 (1)选择对象即某一定质量的理想气体； (2)找出参量气体在始末状态的参量p1、V1、T1及p2、V2、T2； (3)认识过程认清变化过程是正确选用物理规
8、律的前提； (4)列出方程选用某一实验定律或气态方程，代入具体数值求解，并讨论结果的合理性,【预测1】 (1)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6125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 ( ),图6125,A在rr0阶段，F做正功，分子动能增加，势能减小 B在rr0阶段，F做负功，分子动能减小，势能也减小 C在rr0时，分子势能最小，动能最大 D在rr0时，分子势能为零 E分子动能和势能之和在整个过程中不变,(2)某学校科技兴趣小组利用废旧物品制作了一个简易气温计：在
9、一个空葡萄酒瓶中插入一根两端开口的玻璃管，玻璃管内有一段长度可忽略的水银柱，接口处用蜡密封，将酒瓶水平放置，如图6126所示，已知该装置密封气体的体积为480 cm3，玻璃管内部横截面积为0.4 cm2，瓶口外的有效长度为48 cm.当气温为7 时，水银柱刚好处在瓶口位置,图6126,求该气温计能测量的最高气温 假设水银柱从瓶口处缓慢移动到最右端的过程中，密封气体从外界吸收3 J热量，问在这一过程中该气体的内能如何变化？变化了多少？(已知大气压为1105 Pa),解析 (1)在rr0时，分子间作用力表现为引力，在两分子靠近时，引力做正功，分子势能减小，分子动能增大，选项A正确；在rr0时，分子
10、间作用力表现为斥力，在两分子靠近时，斥力做负功，分子势能增大，分子动能减小，选项B错误；在rr0时，引力和斥力相等，分子力为零，分子势能最小但不为零，分子动能最大，选项C正确，D错误；只有分子力做功，分子势能和分子动能之和保持不变，选项E正确,【预测2】 (1)根据分子动理论，对下列现象解释正确的是_(填入正确选项前的字母) A花香袭人，说明分子永不停息地做无规则运动 B海绵容易压缩，说明分子间存在引力 C滴进水中的红墨水迅速散开，说明分子间存在斥力 D浑浊液静置后变澄清，说明分子间既有引力又有斥力,图6127,(3)现在轿车已进入普通家庭，为保证驾乘人员人身安全，汽车增设了安全气囊，它会在汽
11、车发生一定强度的碰撞时，利用叠氮化钠(NaN3)爆炸时产生气体(假设都是N2)充入气囊，以保护驾乘人员若已知爆炸瞬间气囊容量为70 L，氮气的密度1.25102 kg/m3，氮气的平均摩尔质量M0.028 kg/mol，阿伏加德罗常数NA6.021023 mol1，试估算爆炸瞬间气囊中N2分子的总个数N(结果保留一位有效数字),考向二 热力学定律、内能与气体实验定律的组合,1.热力学第一定律：UQW 2在热力学第二定律的表述中，“自发地”、“不产生其他影响”的涵义 (1)“自发地”指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”的涵义是发生的热力学宏
12、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,1.热力学第一定律：UQW 2在热力学第二定律的表述中，“自发地”、“不产生其他影响”的涵义 (1)“自发地”指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”的涵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,【典例2】 (2013江苏卷，12A)如图6128所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A.其中，AB和CD为等温过程，BC和DA为绝热过程(气体与外界无热量交换)这就是著名的“卡诺循环”
13、,图6128,(1)该循环过程中，下列说法正确的是_ AAB过程中，外界对气体做功 BBC过程中，气体分子的平均动能增大 CCD过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多 DDA过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化,解析 (1)由理想气体状态方程和热力学第一定律分析，AB为等温过程，内能不变，气体的体积增大，气体对外做功，A错；BC过程为绝热过程，体积增大对外做功，因此内能减小，气体分子的平均动能减小，B错；CD为等温过程，体积减小，分子数密度增大，单位时间内碰撞单位面积的分子数增多，C项正确； DA为绝热过程，体积减小，外界对气体做功内能增大，温度升高，因此气体分子的速率分布曲线变化
14、，D错,牢记以下的几个结论： (1)热量不能自发地由低温物体传递给高温物体； (2)气体压强是由气体分子频繁地碰撞器壁产生的，压强大小与分子热运动的剧烈程度和分子密度有关； (3)做功和热传递都可以改变物体的内能，理想气体的内能只与温度有关； (4)温度变化时，意味着物体内分子的平均动能随之变化，并非物体内每个分子的动能都随之发生同样的变化,【预测3】 (1)在研究性学习的过程中，针对能源问题、大气污染问题同学们提出了如下四个活动方案，从理论上讲可行的是 ( ) A利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将 海水的全部内能转化为机械能是可能的 B制作一种制冷设备，使温度降至绝对零度以下
15、 C将房屋顶盖上太阳能板，可直接用太阳能来解决照明和热 水问题 D汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气，想 办法使它们自发地分离，既清洁了空气，又变废为宝,(2)如图6129所示，汽缸放置在水平平台上，活塞质量10 kg，横截面积50 cm2，厚度1 cm，汽缸全长21 cm，汽缸质量20 kg，大气压强为1105 Pa，当温度为7 时，活塞封闭的气柱长10 cm，若将汽缸倒过来放置时，活塞下方的空气能通过平台上的缺口与大气相通g取10 m/s2，求： 汽缸倒置时，活塞封闭的气柱多长； 当温度多高时，活塞刚好接触平台,图6129,解析 (1)利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的全部内能转化为机械能是不可能的，因为它违反了热力学第二定律，A错误；因为绝对零度是下限温度，故制作一种制冷设备，使温度降至绝对零度以下是不可能的，B错误；将房屋顶盖上太阳能板，可直接用太阳能来解决照明和热水问题是可行的，C正确；汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气，使它们自发地分离是不可能的，D错误,【预测4】 (1)关于热力学定律，下列说法正确的是 ( ) A在一定条件下物体的温度可以降
