高考物理二轮复习 171 分子动理论、气体及热力学定律专题突破课件

解析：因气体为理想气体，温度升高时内能增大，选项 A 正确．温度升高时，气体做等压变化，体积膨胀，对外做功，选 项 B 正确，C 错误．体积膨胀后分子间距增大，分子间引力和 斥力都减小，D 错误．
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1－2.(多选)下列说法正确的是( ) A．布朗运动是液体分子的无规则运动 B．物体的温度升高时，其分子平均动能增大 C．分子间距离逐渐增大时，分子势能逐渐减小 D．分子间距离增大时，分子间的引力、斥力都减小 答案：BD
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(3)认过程——过程表示两个状态之间的一种变化方式，除 题中条件已直接指明外，在许多情况下，往往需要通过对研究对 象跟周围环境的相互关系的分析才能确定．认清变化过程是正确 选用物理规律的前提．
(4)列方程——根据研究对象状态变化的具体方式，选用气 体方程或某一实验定律，代入具体数值，最后分析讨论所得结果 的合理性及其物理意义．
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3．(1)晶体和非晶体的区别
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(2)液晶既可以流动，又表现出单晶体的分子排列特点，在 光学、电学物理性质上表现出各向异性，液晶显示技术有很多的 应用．
4．(1)热力学第一定律 公式：ΔU＝Q＋W 符号法则：
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(2)第一类永动机是不消耗任何能量却能够对外做功的机 器，违背了能的转化与守恒定律，不能制成．
①该液化水中含有水分子的总数 N； ②一个水分子的直径 d.
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[解析] (1)分子间距等于 r0 时分子势能最小，即 r0＝r2.当 r 小于 r1 时分子力表现为斥力；当 r 大于 r1 小于 r2 时分子力表现 为斥力；当 r 大于 r2 时分子力表现为引力，所以 A 错误，B、C 正确．在 r 由 r1 变到 r2 的过程中，分子斥力做正功，分子势能减 少，D 错误．
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[规律深究] 1．分子力、分子势能与分子间距离的关系
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(1)分子间的引力和斥力都随距离增大而减小，分子力指引 力和斥力的合力．
(2)分子力做正功，分子势能减少；分子力做负功，分子势 能增加，W＝－ΔEp.
(3)分子力、分子势能随距离变化如图所示． (4)当 r＝r0 时，引力和斥力等大反向，分子力为零，此时分 子势能具有最小值．
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[名题回访] 2－1.如图所示为内径均匀的 U 形管，其内部盛有水银，右 端封闭空气柱长 12 cm，左端被一重力不计的轻质 活塞封闭一段长 10 cm 的空气柱．当环境温度 t1 ＝27 ℃时，两侧水银面的高度差为 2 cm.当环境温 度变为 t2 时，两侧水银面的高度相等．已知大气 压强 p0＝75 cmHg，求： (1)温度 t2 的数值； (2)左端活塞移动的距离． 答案：(1)－5 ℃ (2)2.1 cm
(2)①水的摩尔体积为 V0＝Mρ ＝1.8×10－5 m3/mol，
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水分子数为：N＝VV0NA＝3×1025 个 ②建立水分子的球模型有NVA0 ＝16πd3
3 得水分子直径 d＝
6V0 πNA
3 ＝
6×1.8×10－5 3.14×6.0×1023
m＝4×10－10 m
[答案] (1)BC (2)①3×1025 个 ②4×10－10 m
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2．(1)分子间同时存在引力和斥力，二者随分子间距离的增 大而减小，且斥力减小得更快一些，当分子处于平衡位置时，引 力和斥力的合力为零．
(2)由于分子间存在相互作用力，所以分子具有分子势能．不 管分子力是斥力还是引力，只要分子力做正功，则分子势能减小； 做负功，则分子势能增大．由此可知分子间距离 r＝r0 时，分子 势能具有最小值，但不为零．
答案： 1．分子的大小 摩尔质量
对任何分子，分子质量＝ NA 摩尔体积
对固体和液体分子，分子体积＝ NA 摩尔体积
气体分子的体积≠ NA ＝每个分子平均占据的空间
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设分子直径为 d，分子体积为 V 分，对于球体模型，有 d＝
3
6V分；对于立方体模型，有 π
d＝3
V分.
微观量与宏观量的关系
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[解析] 设汽缸的横截面积为 S，沙子倒在活塞上后，对气 体产生的压强为 Δp，由玻意耳定律得
phS＝(p＋Δp)h－14hS① 解得 Δp＝13p② 外界的温度变为 T 后，设活塞距底面的高度为 h′.根据盖 —吕萨克定律，得
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h－T140hS＝h′T S③ 解得 h′＝43TT0h④ 据题意可得 Δp＝mSg⑤ 气体最后的体积为 V＝Sh′⑥ 联立②④⑤⑥式得 V＝94mpgTh0T⑦ [答案] V＝9m4pgTh0T
ab、bc、ca 回到 原状态，其 p-T 图象如图所示．下列判断正确的是________． A．过程 ab 中气体一定吸热 B．过程 bc 中气体既不吸热也不放热
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C．过程 ca 中外界对气体所做的功等于气体所放的热 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 [分层探究] 1.从状态 a 到状态 b 过程中，体积如何变化？ 气体做功、传热、内能变化情况怎样？
气体实验定律的应用 [试题调研]
[例 2] (2014·新课标全国卷Ⅰ)一定质量的理想气体被活塞 封闭在竖直放置的圆柱形汽缸内．汽缸壁导热良好，活塞可沿汽 缸壁无摩擦地滑动．开始时气体压强为 p，活塞下表面相对于汽 缸底部的高度为 h，外界的温度为 T0.现取质量为 m 的沙子缓慢 地倒在活塞的上表面，沙子倒完时，活塞下降了h4.若此后外界的 温度变为 T，求重新达到平衡后气体的体积．已知外界大气的压 强始终保持不变，重力加速度大小为 g.
(1)分子的质量：m0＝MNAA＝ρNVAA； (2)分子的体积：V0＝NVAA＝ρMNAA；(对于气体，V0 指一个分子 所占据的平均体积)
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3 (3)分子的大小：球体模型的直径 d＝
6V0，立方体模型的 π
边长 d＝3 V0； (4)物质所含的分子数：N＝nNA＝MMANA＝VVANA.
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[解题指导] 1．先确定气体初状态参量 p1＝p V1＝h·S T1＝T0 2．当沙子倒完时，其状态参量分别为 p2＝p＋mSg V2＝34hS T2＝T0 根据等温变化规律求出截面积 S. 3．最后确定末状态参量 p3＝p＋mSg V3＝h′·S T3＝T 根据等压变化规律求出 h′，再求出体积．
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3．晶体与非晶体有何区别？什么是液晶，它有哪些特性和 应用？完成下表．
晶体和非晶体的区别
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4．请你写出热力学第一定律的表达式，并说明公式中各字 母代表的物理意义和符号是如何规定的？第一类永动机为何不 能制成？完成下表．
热力学第一定律符号法则
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[规律深究] 应用气体实验定律解题的一般思路 (1)选对象——根据题意，选出所研究的某一部分气体，这 部分气体在状态变化过程中，其质量必须保持一定． (2)找参量——找出作为研究对象的这部分气体发生状态变 化前后的一组 p、V、T 数值或表达式，压强的确定往往是个关 键，常需结合力学知识(如力的平衡条件或牛顿运动定律)才能写 出表达式．
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[名题回访] 1－1.(2014·山东理综)(多选)如图，内壁光滑、导热良好的汽 缸中用活塞封闭有一定质量的理想气体．当环境温度升高时，缸 内气体( )
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A．内能增加 B．对外做功 C．压强增大 D．分子间的引力和斥力都增大 答案：AB
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(1)缓慢升高封闭气体温度至水银开始从管口溢出，此时封 闭气体的温度；
(2)保持封闭气体温度不变，在竖直平面内缓慢转动玻璃管 至水银开始从管口溢出，玻璃管转过的角度．
答案：(1)87 ℃ (2)60°
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解析：设玻璃管横截面积为 S， (1)初状态：V1＝L1S，T1＝t1＋273 K 末状态：V2＝(L1＋L2)S，T2＝t2＋273 K 据盖—吕萨克定律有：VT11＝VT22 代入数据解得：t2＝87 ℃，
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(2)初状态：V1＝L1S，p1＝p0＋38 cmHg 设玻璃管转过角度 θ 后水银开始溢出 末状态：V2＝(L1＋L2)S，p2＝p0＋38cos θ cmHg 据玻意尔定律有：p1V1＝p2V2 解得：θ＝60°
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热力学定律与气体的综合应用
[试题调研] [例 3] (1)一定量的理想气体从状态 a 开始，经历三个过程
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解析：布朗运动研究的是液体中悬浮颗粒的运动，A 错误； 温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子平均动能越大，B 正确；分子间距离增大时，分子间的引力、斥力都减小，D 正确； 若分子间表现为引力，分子间距增大，分子力做负功，分子势能 逐渐增大，C 错误．
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解析：设 U 形管的截面积为 S
(1)对右端封闭空气柱有
p1＝77 cmHg V1＝12S T1＝300 K p2＝75 cmHg V2＝11S
由pT1V1 1＝pT2V2 2解得 T2＝268 K (2)对左端封闭空气柱有
即 t2＝－5 ℃.
V′1＝10S S 由VT′′11＝VT′′22解得 L′2＝8.9 cm
故活塞移动的距离 Δx＝(10＋1－8.9) cm＝2.1 cm.
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2－2.(2014·云南第一次检测)如图所示，一端开口、内壁光 滑的玻璃管竖直放置，管中用一段长 H0＝38 cm 的水银柱封闭一 段长 L1＝20 cm 的空气，此时水银柱上端到管口的距离为 L2＝4 cm，大气压强恒为 p0＝76 cmHg，开始时封闭气体温度为 t1＝27 ℃，取 0 ℃为 273 K．求：
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热点盘点 细研深究
必须回访的热点名题
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分子动理论的理解及应用 [试题调研]
[例 1] (1)如图为两分子系统的势能 Ep 与两分子间距离 r 的 关系曲线．下列说法正确的是( )
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A．当 r 大于 r1 时，分子间的作用力表现为引力 B．当 r 小于 r1 时，分子间的作用力表现为斥力 C．当 r 等于 r2 时，分子间的作用力为零 D．在 r 由 r1 变到 r2 的过程中，分子间的作用力做负功
[二轮备考讲义]
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第一部分 二轮知识专题大突破
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专题七 选修部分
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第1讲 分子动理论、气体及热力学定律
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基础记忆 思维对接
实现一二轮无缝对接
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[忆一忆] 1．阿伏加德罗常数是联系宏观世界与微观世界的关键桥梁， 在求解分子大小时，我们可以把分子看成球体或立方体两种不同 的模型，对于固、液、气三态物质如何求解分子的大小呢？宏观 量与微观量有何关系？ 2．根据 F-r 图象和 Ep-r 图象分析分子力和分子势能随分子 间距的变化特点．
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(2)空调在制冷过程中，室内空气中的水蒸气接触蒸发器(铜 管)液化成水，经排水管排走，空气中水分越来越少，人会感觉 干燥．某空调工作一段时间后，排出液化水的体积 V＝1.0×103 cm3.已知水的密度 ρ＝1.0×103 kg/m3、摩尔质量 M＝1.8×10－2 kg/mol，阿伏加德罗常数 NA＝6.0×1023 mol－1.试求：(结果均保 留一位有效数字)
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2．固体、液体和气体两种模型的区别 (1)固体、液体的微观模型是分子紧密排列，一般视为球体 模型． (2)气体分子间距离很大，一般大于分子直径的 10 倍，分子 间作用力很小，一般可忽略，气体体积与分子个数的比值不是分 子体积，而是每个分子占据的空间．
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量与微观物理量的桥梁，根据油膜法测出分子的直径，可算 出阿伏加德罗常数；反过来，已知阿伏加德罗常数，根据摩尔质 量(或摩尔体积)就可以算出一个分子的质量(或一个分子所占据 的平均体积)．