高考物理 專題精解 13 分子動理論 氣體及熱力學(xué)定律課件

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1、2016年高考物理專題精解13.分 子 動 理 論 氣 體 及 熱 力 學(xué) 定 律 重 要 考 點(diǎn) 考 題 預(yù) 測1.分 子 動 理 論 的 基 本 觀 點(diǎn) 和 實(shí)驗(yàn) 依 據(jù) .( )2.阿 伏 加 德 羅 常 數(shù) .( )3.溫 度 是 分 子 平 均 動 能 的 標(biāo)志 、 內(nèi) 能 .( )4.固 體 的 微 觀 結(jié) 構(gòu) ,晶 體 和 非晶 體 .( )5.液 體 的 表 面 張 力 現(xiàn) 象 .( )6.氣 體 實(shí) 驗(yàn) 定 律 .( )7.理 想 氣 體 .( )8.熱 力 學(xué) 第 一 定 律 .( )9.熱 力 學(xué) 第 二 定 律 .( ) 本 專 題 屬 選 修 內(nèi) 容 ,概 念 、 規(guī)

2、 律 繁 多 ,但 要 求較 低 ,均 是 級 要 求 ,但 對 計(jì) 算 題 的 解 答 要 求較 高 .熟 練 掌 握 分 子 動 理 論 的 基 礎(chǔ) 知 識 ,物 體內(nèi) 能 的 相 關(guān) 概 念 和 熱 力 學(xué) 定 律 ,加 深 對 氣 體參 量 與 力 學(xué) 部 分 關(guān) 系 的 理 解 ,掌 握 對 氣 體 實(shí)驗(yàn) 定 律 和 熱 力 學(xué) 定 律 的 綜 合 問 題 的 解 答 方 法 ,同 時(shí) 還 要 注 意 考 試 說 明 中 涉 及 的 所 有 考 點(diǎn) ,能 夠 對 相 關(guān) 知 識 點(diǎn) 直 接 識 別 ;預(yù) 計(jì) 2016年 高考 集 中 在 分 子 動 理 論 、 宏 觀 量 與 微 觀

3、 量 的 關(guān)系 、 熱 力 學(xué) 定 律 、 氣 體 實(shí) 驗(yàn) 定 律 上 ,對 能 力的 要 求 是 理 解 物 理 概 念 和 物 理 規(guī) 律 及 其 適 用條 件 ,以 及 它 們 的 綜 合 應(yīng) 用 . 一 、 分 子 微 觀 量 的 估 算1.宏 觀 量 、 微 觀 量 以 及 它 們 之 間 的 關(guān) 系 宏 觀 量 宏 觀 量 與 微 觀 量 的 關(guān) 系 摩 爾 體 積 Vmol 分 子 占 有 的 空 間 體 積 V0= molAVN 摩 爾 質(zhì) 量 Mmol 分 子 質(zhì) 量 m= molAMN 體 積 V和 摩 爾 體 積 Vmol 分 子 數(shù) 目 n= molVV NA 質(zhì) 量

4、M和 摩 爾 質(zhì) 量 Mmol 分 子 數(shù) 目 n= molMM NA 2.分 子 類 型固 體 、 液 體 分 子 可 認(rèn) 為 緊 靠 在 一 起 ,可 看 成 球 體 或 立 方 體 ;氣 體 分 子 只 能 按 立 方 體 模型 計(jì) 算 所 占 的 空 間 .二 、 分 子 動 理 論 的 理 解1.布 朗 運(yùn) 動 與 熱 運(yùn) 動 的 比 較 兩 種運(yùn) 動比 較項(xiàng) 目 布 朗 運(yùn) 動 熱 運(yùn) 動活 動 主 體 固 體 微 小 顆 粒 分 子區(qū) 別 微 小 顆 粒 的 運(yùn) 動 ;在 光 學(xué) 顯 微 鏡 下能 看 到 分 子 的 運(yùn) 動 ;不 能 通 過 光學(xué) 顯 微 鏡 直 接 觀 察 共

5、 同 點(diǎn) 都 是 永 不 停 息 地 無 規(guī) 則 運(yùn) 動 ,都 隨 溫 度 的 升 高 而 變 得 更 加 激 烈聯(lián) 系 布 朗 運(yùn) 動 是 由 于 小 顆 粒 受 到 周 圍 分 子 做 熱 運(yùn) 動 的 撞 擊 作 用 而引 起 的 ,它 是 分 子 熱 運(yùn) 動 的 反 映 2.分 子 力 、 分 子 勢 能 與 分 子 間 距 離 的 關(guān) 系 分 子 力 分 子 勢 能 與 分子 間 距 離 的 關(guān) 系 說 明 當(dāng) 分 子 間 的 距 離 rr0時(shí) ,分 子 間 的作 用 力 表 現(xiàn) 為 引 力 ,分 子 勢 能 隨 分 子 間 距 離 的 增 大 而 增 大 .當(dāng) 分 子 間的 距 離

6、rr 0時(shí) ,分 子 間 的 作 用 力 表現(xiàn) 為 斥 力 ,分 子 勢 能 隨 分 子 間 距 離 的 減 小 而 增 大 如 果 取 兩 個(gè) 分 子 間 相 距 無 限遠(yuǎn) 時(shí) 的 分 子 勢 能 為 零 ,分 子 勢 能 Ep與 分 子 間 距 離 r的 關(guān)系 可 用 如 圖 所 示 的 實(shí) 線 表 示 .當(dāng) r=r0時(shí) ,分 子 勢 能 最 小 三 、 氣 體 及 氣 體 實(shí) 驗(yàn) 定 律1.氣 體 和 氣 體 分 子 運(yùn) 動 的 特 點(diǎn) 2.氣 體 實(shí) 驗(yàn) 定 律 玻 意 耳 定 律 查 理 定 律 蓋 呂 薩 克 定 律 不 變量 質(zhì) 量 溫 度 質(zhì) 量 體 積 質(zhì) 量 壓 強(qiáng) 表 達(dá)

7、式 pV=C或 p 1V1=p2V2 p=CT或 pT =C、 11pT = 22pT V=CT或 VT =C、 12VV = 12TT 圖 像 、 對 應(yīng) 不 同 溫 度T1T2 、 對 應(yīng) 不 同體 積 V1V2 、 對 應(yīng) 不 同 壓強(qiáng) p1p2 四 、 熱 力 學(xué) 定 律 熱 力 學(xué) 第 一 定 律 的 應(yīng) 用 技 巧(1)應(yīng) 用 熱 力 學(xué) 第 一 定 律 時(shí) ,要 注 意 各 符 號 正 負(fù) 的 規(guī) 定 ,不 能 認(rèn) 為 物 體 吸 熱 (或 對 物體 做 功 ),物 體 的 內(nèi) 能 就 一 定 增 加 .(2)若 研 究 對 象 為 氣 體 ,對 氣 體 做 功 的 正 負(fù) 由

8、氣 體 的 體 積 決 定 ,氣 體 體 積 增 大 ,氣 體對 外 做 功 ,W0. 考 點(diǎn) 一 分 子 力 及 微 觀 量 的 估 算 (含 實(shí) 驗(yàn) :用 油 膜 法 估 測 分 子 的 大 小 )例 題 當(dāng) 分 子 間 距 離 從 r0(此 時(shí) 分 子 間 引 力 與 斥 力 平 衡 )增 大 到 r1時(shí) ,關(guān) 于 分 子 力 (引 力與 斥 力 的 合 力 )變 化 和 分 子 勢 能 變 化 的 下 列 情 形 中 ,可 能 發(fā) 生 的 是 . A.分 子 力 先 增 大 后 減 小 ,而 分 子 勢 能 一 直 增 大B.分 子 力 先 減 小 后 增 大 ,分 子 勢 能 也 先

9、 減 小 后 增 大C.分 子 力 一 直 減 小 ,而 分 子 勢 能 先 減 小 后 增 大D.分 子 力 一 直 增 大 ,分 子 勢 能 也 一 直 增 大E.分 子 力 一 直 增 大 ,分 子 勢 能 不 變 思 路 探 究 (1)分 子 引 力 、 分 子 斥 力 與 其 間 距 離 的 變 化 有 何 不 同 ?答 案 :分 子 引 力 、 分 子 斥 力 均 隨 距 離 的 增 大 而 減 小 ,隨 距 離 的 減 小 而 增 大 ,但 斥 力 變化 更 快 .(2)決 定 分 子 勢 能 變 化 的 是 什 么 力 做 功 ?變 化 關(guān) 系 如 何 ?答 案 :決 定 于

10、分 子 力 (即 分 子 引 力 、 斥 力 的 合 力 )做 功 ,分 子 力 做 正 功 時(shí) 分 子 勢 能 減小 ,分 子 力 做 負(fù) 功 時(shí) 分 子 勢 能 增 加 .解 析 :rr0,分 子 力 表 現(xiàn) 為 引 力 ,rr0時(shí) ,分 子 力 為 引 力 ,r越 大 ,分 子 勢 能 越 大 ,若 r的 變 化范 圍 為 r0 ,則 分 子 力 先 增 大 ,后 減 小 ,若 r增 大 范 圍 較 小 ,分 子 力 可 能 逐 漸 增 大 .答 案 :AD 1.分 子 動 理 論對 于 分 子 動 理 論 和 物 體 內(nèi) 能 的 理 解 ,下 列 說 法 正 確 的 是 . A.在 太

11、 空 大 課 堂 中 處 于 完 全 失 重 狀 態(tài) 的 水 滴 呈 現(xiàn) 球 形 ,是 由 液 體 表 面 張 力 引 起 的B.無 論 科 學(xué) 技 術(shù) 怎 樣 發(fā) 展 ,熱 量 都 不 可 能 從 低 溫 物 體 傳 到 高 溫 物 體C.高 壓 氣 體 的 體 積 很 難 進(jìn) 一 步 被 壓 縮 ,原 因 是 高 壓 氣 體 分 子 間 的 作 用 力 表 現(xiàn) 為 斥力D.如 果 氣 體 分 子 總 數(shù) 不 變 ,而 氣 體 溫 度 升 高 ,則 氣 體 分 子 的 平 均 動 能 一 定 增 大 ,氣體 壓 強(qiáng) 不 一 定 增 大E.當(dāng) 分 子 間 的 引 力 和 斥 力 平 衡 時(shí) ,

12、分 子 勢 能 最 小 解 析 :太 空 中 處 于 失 重 狀 態(tài) 的 水 滴 由 于 液 體 的 表 面 張 力 的 作 用 而 呈 球 形 ,故 A正 確 ;熱 量 在 引 起 其 他 變 化 時(shí) 可 以 從 低 溫 物 體 傳 到 高 溫 物 體 ,故 B錯 誤 ;高 壓 氣 體 很 難 壓 縮是 由 于 氣 體 的 壓 強(qiáng) 很 大 ,不 是 分 子 間 作 用 力 的 原 因 ,故 C錯 誤 ;如 果 氣 體 分 子 總 數(shù) 不變 ,而 氣 體 溫 度 升 高 ,則 氣 體 分 子 的 平 均 動 能 一 定 增 大 ,但 由 于 氣 體 體 積 變 化 未 知 ,故 氣 體 壓 強(qiáng)

13、 不 一 定 增 大 ,故 D正 確 ;當(dāng) 分 子 間 距 離 為 平 衡 距 離 時(shí) ,即 分 子 間 的 引 力 和斥 力 平 衡 時(shí) ,分 子 勢 能 最 小 ,故 E正 確 .答 案 :ADE 2.分 子 熱 運(yùn) 動 及 分 子 勢 能分 子 動 理 論 較 好 地 解 釋 了 物 質(zhì) 的 宏 觀 熱 學(xué) 性 質(zhì) ,據(jù) 此 可 判 斷 下 列 說 法 中 正 確 的 是 . A.顯 微 鏡 下 觀 察 到 墨 水 中 的 小 炭 粒 在 不 停 地 做 無 規(guī) 則 運(yùn) 動 ,這 反 映 了 液 體 分 子 運(yùn)動 的 無 規(guī) 則 性B.隨 著 分 子 間 距 離 的 增 大 ,分 子 間

14、 的 相 互 作 用 力 先 減 小 后 增 大C.分 子 勢 能 隨 著 分 子 間 距 離 的 增 大 ,可 能 先 減 小 后 增 大D.在 真 空 、 高 溫 條 件 下 ,可 以 利 用 分 子 擴(kuò) 散 向 半 導(dǎo) 體 材 料 摻 入 其 他 元 素E.分 子 熱 運(yùn) 動 的 結(jié) 果 總 是 朝 著 熵 減 小 ,即 無 序 性 增 大 的 方 向 進(jìn) 行 解 析 :墨 水 中 的 小 炭 粒 的 運(yùn) 動 是 因 為 大 量 水 分 子 對 它 的 撞 擊 作 用 力 不 平 衡 導(dǎo) 致 的 ,并 且 沒 有 規(guī) 則 ,這 反 映 了 液 體 分 子 運(yùn) 動 的 無 規(guī) 則 性 ,故

15、 A正 確 ;當(dāng) 分 子 間 距 離 為 r0時(shí) ,分 子 間 作 用 力 最 小 ,所 以 當(dāng) 分 子 間 距 離 從 大 于 r0處 增 大 時(shí) ,分 子 力 先 增 大 后 減小 ,B選 項(xiàng) 中 ,分 子 距 離 未 知 ,故 B錯 誤 ;當(dāng) 分 子 間 距 離 等 于 r0時(shí) ,分 子 間 的 勢 能 最 小 ,分 子 可 以 從 距 離 小 于 r0處 增 大 分 子 之 間 距 離 ,此 時(shí) 分 子 勢 能 先 減 小 后 增 大 ,故 C正確 ;溫 度 越 高 ,分 子 無 規(guī) 則 運(yùn) 動 的 劇 烈 程 度 越 大 ,因 此 在 真 空 、 高 溫 條 件 下 ,可 以利 用

16、分 子 擴(kuò) 散 向 半 導(dǎo) 體 材 料 摻 入 其 他 元 素 ,故 D正 確 .根 據(jù) 熱 力 學(xué) 第 二 定 律 ,分 子熱 運(yùn) 動 的 結(jié) 果 總 是 朝 著 熵 增 大 ,即 無 序 性 增 大 的 方 向 進(jìn) 行 ,故 E錯 誤 .故 選 ACD.答 案 :ACD 3.微 觀 量 的 估 算 (2015內(nèi) 蒙 古 赤 峰 市 高 三 第 三 次 診 考 )某 同 學(xué) 在 進(jìn) 行 “ 用 油 膜 法 估 測 分 子 的 大 小 ” 的 實(shí) 驗(yàn) 時(shí) ,得 到 100滴 油 酸 的 體 積 為 1 mL.已 知 油 酸 的 摩 爾 質(zhì) 量 M= 0.3 kg/mol,密 度 =0.9 10

17、 3 kg/m3,阿 伏 加 德 羅 常 數(shù) 取 NA=6.0 1023 mol-1, 球 的 體 積 V與 直 徑 d的 關(guān) 系 為 V= 16 d3,試 估 算 : (1)油 酸 分 子 的 直 徑 d(結(jié) 果 保 留 一 位 有 效 數(shù) 字 ). (2)1滴 油 酸 滴 在 平 靜 的 水 面 上 所 能 形 成 的 單 分 子 油 膜 的 面 積 S. 解 析 :(1)一 個(gè) 油 酸 分 子 的 體 積 V0= 16 d3, 又 V0= AMN ,即 d= 3 6 AMN 代 入 數(shù) 據(jù) 解 得 d=1 10-9 m. (2)油 酸 的 面 積 S=Vd = 691 101001 10

18、 m2=10 m2. 答 案 :(1)1 10-9 m (2)10 m2 處 理 分 子 熱 運(yùn) 動 問 題 涉 及 的 要 點(diǎn)(1)解 決 估 算 類 問 題 的 三 點(diǎn) 注 意 固 體 、 液 體 分 子 可 認(rèn) 為 緊 靠 在 一 起 ,可 看 成 球 體 或 立 方 體 ;氣 體 分 子 只 能 按 立方 體 模 型 計(jì) 算 所 占 的 空 間 . 狀 態(tài) 變 化 時(shí) 分 子 數(shù) 不 變 . 阿 伏 加 德 羅 常 數(shù) 是 宏 觀 與 微 觀 的 聯(lián) 系 橋 梁 ,計(jì) 算 時(shí) 要 注 意 抓 住 與 其 有 關(guān) 的 三 個(gè)量 :摩 爾 質(zhì) 量 、 摩 爾 體 積 和 物 質(zhì) 的 量 .

19、 (2)分 子 動 理 論 的 三 個(gè) 核 心 規(guī) 律 分 子 模 型 、 分 子 數(shù) : a.分 子 模 型 :球 模 型 :V= 43 R3立 方 體 模 型 :V=a3. b.分 子 數(shù) :N=nNA= molmM NA= molVV NA(固 、 液 體 ) 分 子 運(yùn) 動 :分 子 做 永 不 停 息 的 無 規(guī) 則 運(yùn) 動 ,溫 度 越 高 ,分 子 的 無 規(guī) 則 運(yùn) 動越 劇 烈 ,即 平 均 速 率 越 大 ,但 瞬 時(shí) 速 度 不 一 定 大 . 分 子 勢 能 、 分 子 力 與 分 子 間 距 離 的 關(guān) 系 : 考 點(diǎn) 二 氣 體 實(shí) 驗(yàn) 定 律 的 應(yīng) 用例 題 扣

20、 在 水 平 桌 面 上 的 熱 杯 蓋 有 時(shí) 會 發(fā) 生 被 頂 起 的 現(xiàn) 象 .如 圖 ,截 面 積 為 S的 熱杯 蓋 扣 在 水 平 桌 面 上 ,開 始 時(shí) 內(nèi) 部 封 閉 氣 體 的 溫 度 為 300 K,壓 強(qiáng) 為 大 氣 壓 強(qiáng) p0.當(dāng)封 閉 氣 體 溫 度 上 升 至 303 K時(shí) ,杯 蓋 恰 好 被 整 體 頂 起 ,放 出 少 許 氣 體 后 又 落 回 桌 面 ,其 內(nèi) 部 氣 體 壓 強(qiáng) 立 刻 減 為 p0,溫 度 仍 為 303 K.再 經(jīng) 過 一 段 時(shí) 間 ,內(nèi) 部 氣 體 溫 度 恢 復(fù)到 300 K.整 個(gè) 過 程 中 封 閉 氣 體 均 可 視

21、 為 理 想 氣 體 .求 :(1)當(dāng) 溫 度 上 升 到 303 K且 尚 未 放 氣 時(shí) ,封 閉 氣 體 的 壓 強(qiáng) ; 規(guī) 范 解 答 :(1)以 開 始 封 閉 的 氣 體 為 研 究 對 象 ,由 題 意 可 知 ,初 狀 態(tài) 溫 度 T0=300 K,壓 強(qiáng) 為 p0,末 狀 態(tài) 溫 度 T1=303 K,壓 強(qiáng) 設(shè) 為 p1,由 查 理 定 律 得 00pT = 11pT 代 入 數(shù) 據(jù) 得 p1=101100 p0; 答 案 :(1)101100 p0 規(guī) 范 解 答 : (2)設(shè) 杯 蓋 的 質(zhì) 量 為 m,剛 好 被 頂 起 時(shí) ,由 平 衡 條 件 得 p1S=p0S+

22、mg 放 出 少 許 氣 體 后 ,以 杯 蓋 內(nèi) 的 剩 余 氣 體 為 研 究 對 象 ,由 題 意 可 知 ,初 狀 態(tài) 溫 度 T2=303 K,壓 強(qiáng) p2=p0,末 狀 態(tài) 溫 度 T3=300 K,壓 強(qiáng) 設(shè) 為 p3,由 查 理 定 律 得 22pT = 33PT 設(shè) 提 起 杯 蓋 所 需 的 最 小 力 為 F,由 平 衡 條 件 得 F+p3S=p0S+mg 聯(lián) 立 各 式 ,代 入 數(shù) 據(jù) 得 F= 20110100 p0S. 答 案 : (2) 20110100 p0S (2)當(dāng) 溫 度 恢 復(fù) 到 300 K時(shí) ,豎 直 向 上 提 起 杯 蓋 所 需 的 最 小

23、力 . 氣 體 實(shí) 驗(yàn) 定 律 應(yīng) 用 的 一 般 思 路(1)弄 清 題 意 ,確 定 研 究 對 象 .一 般 地 說 ,研 究 對 象 分 兩 類 :一 類 是 熱 學(xué) 研 究 對 象(一 定 質(zhì) 量 的 理 想 氣 體 );另 一 類 是 力 學(xué) 研 究 對 象 (汽 缸 、 活 塞 或 某 系 統(tǒng) ).(2)分 析 題 目 所 述 的 物 理 過 程 ,對 熱 學(xué) 研 究 對 象 分 清 楚 初 、 末 狀 態(tài) 變 化 過 程 ,依 據(jù)氣 體 實(shí) 驗(yàn) 定 律 列 出 方 程 ;對 力 學(xué) 研 究 對 象 要 正 確 地 進(jìn) 行 受 力 分 析 ,依 據(jù) 力 學(xué) 規(guī) 律列 出 方 程

24、.(3)注 意 挖 掘 題 目 的 隱 含 條 件 ,如 幾 何 關(guān) 系 等 ,列 出 輔 助 方 程 .(4)多 個(gè) 方 程 聯(lián) 立 求 解 ,對 求 解 的 結(jié) 果 注 意 檢 驗(yàn) 它 們 的 合 理 性 . 1.對 氣 體 實(shí) 驗(yàn) 定 律 的 考 查北 方 某 地 的 冬 天 室 外 氣 溫 很 低 ,吹 出 的 肥 皂 泡 會 很 快 凍 結(jié) .若 剛 吹 出 時(shí) 肥 皂 泡 內(nèi) 氣 體溫 度 為 T1,壓 強(qiáng) 為 p1,肥 皂 泡 凍 結(jié) 后 泡 內(nèi) 氣 體 溫 度 降 為 T2.整 個(gè) 過 程 中 泡 內(nèi) 氣 體 視 為理 想 氣 體 ,不 計(jì) 體 積 和 質(zhì) 量 變 化 ,大 氣

25、 壓 強(qiáng) 為 p0.求 凍 結(jié) 后 肥 皂 膜 內(nèi) 外 氣 體 的 壓 強(qiáng) 差 . 解 析 :肥 皂 泡 內(nèi) 氣 體 發(fā) 生 等 容 變 化 ,則 11pT = 22pT 得 p2= 21TT p1 凍 結(jié) 后 肥 皂 泡 內(nèi) 外 氣 體 的 壓 強(qiáng) 差 p=p2-p0 即 p= 21TT p1-p0. 答 案 : 21TT p1-p0 2.相 關(guān) 聯(lián) 的 兩 部 分 氣 體 問 題 (2015包 頭 市 學(xué) 業(yè) 水 平 測 試 )如 圖 所 示 ,A,B是 兩 個(gè) 水 平 放 置 的 相 同 的 汽 缸 ,其 長 度 和 截 面 積 分 別 為 20 cm和 10 cm2,C是 可 在 汽

26、缸 內(nèi) 無 摩 擦 滑 動 的 且 厚 度 不 計(jì) 的 活 塞 ,A,B之 間 由 體 積 可 忽 略 的 細(xì) 管 連 通 ,D為 閥 門 ,整 個(gè) 裝 置 均 由 導(dǎo) 熱 良 好 的 材 料 制 成 .開 始 時(shí) 閥 門 關(guān) 閉 ,活 塞 停 靠 在 汽 缸 B的 最 左 端 ,A內(nèi) 有 壓 強(qiáng) 為 pA=2.0 105 Pa的 氮 氣 ,B內(nèi) 有 壓 強(qiáng) 為 pB=1.2 105 Pa 的 氧 氣 ,閥 門 打 開 后 ,活 塞 C開 始 移 動 ,最 后 達(dá) 到 平 衡 .試 求 活 塞 C移 動 的 距 離 及 平 衡 后 B中 氣 體 的 壓 強(qiáng) .(假 設(shè) 環(huán) 境 溫 度 始 終

27、不 變 ) 解 析 :設(shè) 平 衡 后 活 塞 向 右 移 動 的 距 離 為 x,平 衡 后 B中 氣 體 壓 強(qiáng) 為 p,活 塞 移 動 前 與 平衡 后 的 溫 度 相 同 ,則 由 玻 意 耳 定 律 得 :對 A部 分 氣 體 有 pALS=p(L+x)S對 B部 分 氣 體 有 pBLS=p(L-x)S代 入 相 關(guān) 數(shù) 據(jù) 解 得x=5 cmp=1.6 105 Pa答 案 :5 cm 1.6 105 Pa 3.氣 體 實(shí) 驗(yàn) 定 律 與 力 學(xué) 結(jié) 合 問 題 分 析 (2015河 南 省 鄭 州 市 三 模 )如 圖 所 示 ,質(zhì) 量 為 M=5 kg的 圓 形 汽 缸 內(nèi) 部

28、底 面 橫 截 面 積 為 S=10 cm2,內(nèi) 部 高 為 l=0.8 m,放 置 在 水 平 地 面 上 (與 地 面 間 有 少 量 空 隙 ),汽 缸 中 用 質(zhì) 量為 m=2 kg的 光 滑 活 塞 封 閉 了 一 定 質(zhì) 量 的 理 想 氣 體 ,開 始 時(shí) 氣 柱 長 度 為 l 1=0.4 m.現(xiàn) 用 力緩 慢 拉 動 活 塞 ,整 個(gè) 過 程 氣 體 溫 度 保 持 不 變 ,已 知 大 氣 壓 強(qiáng) 為 p 0=1 105 Pa,g取 10 m/s2. (1)活 塞 向 上 移 動 x=0.2 m時(shí) ,求 拉 力 F的 大 小 ; (2)通 過 計(jì) 算 判 斷 ,活 塞 從

29、汽 缸 中 拉 出 時(shí) ,汽 缸 是 否 離 開 地 面 ? 解 析 :(1)初 始 位 置 ,對 活 塞 由 平 衡 條 件 得 p0S+mg=p1S活 塞 向 上 移 動 x=0.2 m時(shí) ,由 于 緩 慢 拉 動 活 塞 ,則 由 平 衡 條 件得 p0S+mg=p2S+F整 個(gè) 過 程 溫 度 不 變 ,由 玻 意 耳 定 律 得 p1l1S=p2(l1+x)S聯(lián) 立 解 得 F=(p1-p2)S=40 N;(2)活 塞 向 上 移 動 到 汽 缸 頂 端 時(shí) ,由 平 衡 條 件 得 p0S+mg=p3S+F整 個(gè) 過 程 溫 度 不 變 ,由 玻 意 耳 定 律 得 p1l1S=p

30、3lS可 解 得 F =(p 1-p3)S=60 N(m+M)g 故 汽 缸 不 會 離 開 地 面 .答 案 :(1)40 N (2)見 解 析 考 點(diǎn) 三 氣 體 狀 態(tài) 變 化 與 熱 力 學(xué) 定 律 的 綜 合 應(yīng) 用典 例 一 定 量 的 理 想 氣 體 從 狀 態(tài) a開 始 ,經(jīng) 歷 三 個(gè) 過 程 ab,bc,ca回 到 原 狀 態(tài) ,其 p-T圖 像如 圖 所 示 ,下 列 判 斷 正 確 的 是 . A.過 程 ab中 氣 體 一 定 吸 熱B.過 程 bc中 氣 體 既 不 吸 熱 也 不 放 熱C.過 程 ca中 外 界 對 氣 體 所 做 的 功 等 于 氣 體 所 放

31、 的 熱D.a,b和 c三 個(gè) 狀 態(tài) 中 ,狀 態(tài) a分 子 的 平 均 動 能 最 小E.b和 c兩 個(gè) 狀 態(tài) 中 ,容 器 壁 單 位 面 積 單 位 時(shí) 間 內(nèi) 受 到 氣 體 分 子 撞 擊 的 次 數(shù) 不 同 思 路 探 究 (1)使 物 體 內(nèi) 能 增 加 的 方 式 有 哪 幾 種 ?答 案 :做 功 和 熱 傳 遞 .(2)在 氣 體 的 p-T圖 像 中 ,若 圖 線 平 行 于 p軸 ,則 氣 體 狀 態(tài) 發(fā) 生 怎 樣 的 變 化 ?答 案 :氣 體 溫 度 不 變 即 氣 體 發(fā) 生 等 溫 變 化 . 解 析 :從 題 圖 中 看 ,a b過 程 pT 不 變 ,

32、則 體 積 V不 變 ,因 此 a b過 程 是 溫 度 升 高 、 壓 強(qiáng) 增 大 、 體 積 不 變 ,根 據(jù) 熱 力 學(xué) 第 一 定 律 可 知 ,無 外 界 對 其 做 功 ,但 內(nèi) 能 增 加 ,則 一 定 是 吸 熱 過 程 ,A正 確 ;b c過 程 溫 度 不 變 ,但 是 壓 強(qiáng) 減 小 ,體 積 膨 脹 對 外 做 功 ,應(yīng) 該 是 吸 收 熱 量 , B錯 誤 ;c a過 程 壓 強(qiáng) 不 變 、 溫 度 降 低 、 體 積 減 小 ,外 界 對 氣 體 做 功 ,但 由 于 溫 度 降 低 ,說 明 對 外 放 熱 大 于 外 界 對 其 做 功 ,故 C錯 誤 ;狀 態(tài)

33、 a溫 度 最 低 ,而 溫 度 是 分 子 平 均 動 能 的 標(biāo) 志 ,D正 確 ;b c 過 程 體 積 增 大 了 ,容 器 內(nèi) 分 子 數(shù) 密 度 減 小 ,溫 度 不 變 ,分 子 平 均 速 率 不 變 , 因 此 c狀 態(tài) 容 器 壁 單 位 面 積 單 位 時(shí) 間 內(nèi) 受 到 分 子 碰 撞 的 次 數(shù) 減 少 了 ,E正 確 . 答 案 :ADE 理 想 氣 體 相 關(guān) 三 量 U,W,Q的 分 析 思 路(1)內(nèi) 能 變 化 量 U的 分 析 思 路 : 由 氣 體 溫 度 變 化 分 析 氣 體 內(nèi) 能 變 化 .溫 度 升 高 ,內(nèi) 能 增 加 ;溫 度 降 低 ,內(nèi)

34、 能 減 少 . 由 公 式 U=W+Q分 析 內(nèi) 能 變 化 .(2)做 功 情 況 W的 分 析 思 路 : 由 體 積 變 化 分 析 氣 體 做 功 情 況 .體 積 膨 脹 ,氣 體 對 外 界 做 功 ;體 積 被 壓 縮 ,外 界對 氣 體 做 功 . 由 公 式 W= U-Q分 析 氣 體 做 功 情 況 .(3)氣 體 吸 、 放 熱 Q的 分 析 思 路 :一 般 由 公 式 Q= U-W分 析 氣 體 的 吸 、 放 熱 情 況 . 1.熱 力 學(xué) 定 律 的 理 解 和 應(yīng) 用某 駕 駛 員 發(fā) 現(xiàn) 中 午 時(shí) 車 胎 內(nèi) 的 氣 壓 高 于 清 晨 時(shí) 的 ,且 車

35、胎 體 積 增 大 .若 這 段 時(shí) 間 胎 內(nèi)氣 體 質(zhì) 量 不 變 且 可 視 為 理 想 氣 體 ,那 么 . A.外 界 對 胎 內(nèi) 氣 體 做 功 ,氣 體 內(nèi) 能 減 小B.外 界 對 胎 內(nèi) 氣 體 做 功 ,氣 體 內(nèi) 能 增 大C.胎 內(nèi) 氣 體 對 外 界 做 功 ,內(nèi) 能 減 小D.胎 內(nèi) 氣 體 對 外 界 做 功 ,內(nèi) 能 增 大E.胎 內(nèi) 氣 體 密 度 減 小解 析 :中 午 比 清 晨 時(shí) 溫 度 高 ,所 以 中 午 車 胎 內(nèi) 氣 體 分 子 平 均 動 能 增 大 ,理 想 氣 體 的 內(nèi)能 由 分 子 動 能 決 定 ,因 此 內(nèi) 能 增 大 ;車 胎

36、體 積 增 大 ,密 度 減 小 ,則 車 胎 內(nèi) 氣 體 對 外 界做 功 ,D,E項(xiàng) 正 確 . 答 案 :DE 2.氣 體 實(shí) 驗(yàn) 定 律 與 熱 力 學(xué) 定 律 的 結(jié) 合(2015黑 龍 江 省 哈 師 大 附 中 等 三 校 二 檢 )現(xiàn) 有 如 圖 所 示 的 裝 置 ,一 導(dǎo) 熱 良 好 的 汽缸 豎 直 放 置 ,用 活 塞 封 閉 著 一 定 質(zhì) 量 的 理 想 氣 體 .將 汽 缸 放 入 盛 有 水 的 容 器 中 ,采用 水 浴 法 加 熱 .水 浴 法 的 優(yōu) 點(diǎn) 是 使 物 體 受 熱 均 勻 ,若 緩 慢 加 熱 水 ,可 使 被 加 熱 的 物體 溫 度 始

37、終 保 持 與 水 的 溫 度 相 等 .活 塞 的 質(zhì) 量 為 M,橫 截 面 積 為 S,與 汽 缸 底 部 相距 h.現(xiàn) 對 容 器 緩 慢 加 熱 ,活 塞 將 緩 慢 向 上 移 動 ,當(dāng) 氣 體 吸 收 熱 量 Q時(shí) ,活 塞 上 升 高度 為 h.已 知 大 氣 壓 強(qiáng) 為 p0,重 力 加 速 度 為 g,不 計(jì) 活 塞 與 汽 缸 的 摩 擦 ,求 :(1)汽 缸 內(nèi) 氣 體 的 壓 強(qiáng) ; 解 析 :(1)取 活 塞 為 研 究 對 象 ,由 受 力 平 衡 得 p=p0+ MgS ; 答 案 :(1)p0+ MgS (2)加 熱 過 程 中 氣 體 的 內(nèi) 能 增 加 了

38、 多 少 ;(3)若 在 活 塞 上 升 h時(shí) 停 止 對 容 器 加 熱 ,并 保 持 水 的 溫 度 不 變 ,同 時(shí) 在 活 塞 上 緩 慢 添加 沙 粒 ,直 到 活 塞 恰 好 回 到 原 來 的 位 置 ,(圖 中 未 畫 出 沙 粒 )求 所 添 加 沙 粒 的 質(zhì) 量 . 解 析 ： (2)氣 體 對 外 做 功 W=p Sh 由 熱 力 學(xué) 第 一 定 律 得 U=Q-W 解 得 U=Q-(p 0S+Mg)h; 答 案 : (2)Q-(p0S+Mg)h (3) 0Mg p Sg (3)活 塞 從 上 升 h高 處 到 回 到 原 位 置 時(shí) ,氣 體 的 溫 度 不 變 由

39、波 意 耳 定 律 可 得 p 1V1=p2V2 而 1 01 ,2 , Mgp p SV hS 02 02 ( )m M gp p SV hS 解 得 m0= 0Mg p Sg . 3.氣 體 狀 態(tài) 變 化 圖 像 與 熱 力 學(xué) 定 律 的 結(jié) 合在 如 圖 所 示 的 坐 標(biāo) 系 中 ,一 定 質(zhì) 量 的 某 種 理 想 氣 體 先 后 發(fā) 生 以 下 兩 種 狀 態(tài) 變 化過 程 .第 一 種 變 化 是 從 狀 態(tài) A到 狀 態(tài) B,外 界 對 該 氣 體 做 功 為 6 J;第 二 種 變 化 是 從狀 態(tài) A到 狀 態(tài) C,該 氣 體 從 外 界 吸 收 的 熱 量 為 9 J

40、.圖 線 AC的 反 向 延 長 線 通 過 坐 標(biāo)原 點(diǎn) O,B,C兩 狀 態(tài) 的 溫 度 相 同 ,理 想 氣 體 的 分 子 勢 能 為 零 .求 :(1)從 狀 態(tài) A到 狀 態(tài) C的 過 程 ,該 氣 體 對 外 界 做 的 功 W1和 其 內(nèi) 能 的 增 量 U1.(2)從 狀 態(tài) A到 狀 態(tài) B的 過 程 ,該 氣 體 內(nèi) 能 的 增 量 U2及 其 從 外 界 吸 收 的 熱 量 Q2.解 析 :(1)從 狀 態(tài) A到 狀 態(tài) C的 過 程 ,氣 體 發(fā) 生 等 容 變 化該 氣 體 對 外 界 做 的 功 W 1=0根 據(jù) 熱 力 學(xué) 第 一 定 律 有 U1=W1+Q1內(nèi) 能 的 增 量 U1=Q1=9 J.(2)從 狀 態(tài) A到 狀 態(tài) B的 過 程 ,體 積 減 小 ,溫 度 升 高該 氣 體 內(nèi) 能 的 增 量 U2= U1=9 J根 據(jù) 熱 力 學(xué) 第 一 定 律 有 U2=W2+Q2從 外 界 吸 收 的 熱 量Q2= U2-W2=3 J.答 案 :(1)0 9 J (2)9 J 3 J