高考物理总复习名师学案热学（22页WORD）147387doc高中物理

2022高考物理总复习名师学案--热学（22页WORD）●考点指要知识点要求程度1.物质是由大量分子组成的.分子的热运动、布朗运动.分子间的相互作用力.Ⅰ2.分子热运动的动能，温度是物体的热运动平均动能的标志.物体分子间的相互作用势能.物体的内能.Ⅰ3.做功和热传递是改变物体内能的两种方式.热量.能量守恒定律.Ⅰ4.热力学第一定律.Ⅰ5.热力学第二定律.Ⅰ6.永动机不可能.Ⅰ7.绝对零度不可到达.Ⅰ8.能源的开发和利用、能源的利用与环境保护.Ⅰ9.气体的状态和状态参量.热力学温度.Ⅱ10.气体分子运动的特点.Ⅰ11.气体压强的微观意义.Ⅰ●复习导航热学是研究与温度有关的热现象的科学.它是从两个方面来研究热现象及其规律的，一是从物质的微观构造即用分子动理论的观点来解释与提醒热学宏观量及热学规律的本质；二是以观测和实验事实为依据，寻求热学参量间的关系及热功转换的关系.热学包括分子动理论，热和功，气体的性质等内容.分子动理论是物质的微观构造学说，是宏观现象与微观本质间的联系纽带；能的转化和守恒定律是自然界普遍适用的规律.考纲对“分子热运动·能量守恒”的要求有所提高.在原来的根底上又增加了“热力学第一定律、热力学第二定律、永动机不可能、绝对零度不可到达、能源的利用与环境保护”等内容，请在复习中加以重视.气体性质内容的要求大大降低，在考纲中仅对气体的状态和状态参量、热力学温度、气体分子运动的特点和气体压强的微观意义提出了要求，气体实验定律及气体状态方程已被删除.复习中要把握好这局部内容的深、广度，要注意考纲中“气体的状态和状态参量、热力学温度”的要求为Ⅱ级.本章的复习可分为两个单元：（Ⅰ）分子热运动·能量守恒；（Ⅱ）气体.第Ⅰ单元分子热运动·能量守恒●知识聚焦一、物质是由大量分子组成的1.分子体积很小，它的直径数量级是10-10m.油膜法测分子直径：d＝，V是油滴体积，S是水面上形成的单分子油膜的面积.2.分子质量很小，一般分子质量的数量级是10-26kg.3.分子间有空隙.4.阿伏加德罗常数：1mol的任何物质含有的微粒数相同，这个数的测量值NA＝6.02×１023mol-1.阿伏加德罗常数是个十分巨大的数字，分子的体积和质量都十分小，从而说明物质是由大量分子组成的.二、分子永不停息地做无规那么热运动1.扩散现象：相互接触的物体互相进入对方的现象.温度越高，扩散越快.2.布朗运动：在显微镜下看到的悬浮在液体中的花粉颗粒的永不停息的无规那么运动.颗粒越小，运动越明显；温度越高，运动越剧烈.布朗运动是液体分子永不停息地做无规那么热运动的反映.是微观分子热运动造成的宏观现象.三、分子间存在着相互作用力23/23\n1.分子间同时存在相互作用的引力和斥力，合力叫分子力.2.特点：分子间的引力和斥力都随分子间的距离增大而减小，随分子距离的减小而增大，但斥力比引力变化更快.(1)r＝r0时(约几个埃，1埃＝10-10m)，F引＝F斥，分子力F＝0.(2)r＜r0时，F引＜F斥，分子力F为斥力.(3)r＞r0时，F引＞F斥，分子力F为引力.(4)r＞10r0后，F引、F斥迅速减为零，分子力F＝0.四、物体的内能1.分子的平均动能：物体内分子动能的平均值叫分子平均动能.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.分子势能：由分子间的相互作用和相对位置决定的能量叫分子势能.分子势能的大小与物体的体积有关.当分子间的距离r＞r0时，分子势能随分子间的距离增大而增大；当r＜r0时，分子势能随分子间的距离减小而增大；当r＝r0时，分子势能最小.3.物体的内能：物体内所有分子的动能和势能的总和叫物体的内能.五、物体内能的变化改变物体的内能有两种方式：1.做功：外力做功，物体内能增加；抑制外力做功，物体内能减少.2.热传递：吸收热量，物体内能增加；放出热量，物体内能减少.做功和热传递在改变物体的内能上是等效的，但本质有区别.通过做功改变物体的内能，是使物体的内能和其他形式的能量发生转化.通过热传递改变物体内能,是使内能从一个物体转移到另一个物体.六、热力学定律1.热力学第一定律在一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于物体内能的增加ΔU.即：ΔU=Q+W利用ΔU=Q+W讨论问题时，必须弄清其中三个量的符号法那么.外界对物体做功，W取正值，反之取负值；物体从外界吸收热量，Q取正值，反之取负值；物体内能增加，ΔU取正值,反之取负值.2.热力学第二定律表述一：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化.表述二：不可能以单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化.热力学第二定律使人们认识到：自然界中进展的涉及热现象的宏观过程都具有方向性.3.热力学第三定律不可能用有限的手续使一物体冷却到绝对温度的零度(绝对零度不可能到达).七、能量守恒定律能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或从一个物体转移到别的物体，在转化和转移的过程中其总量不变.●疑难解析1.阿伏加德罗常数是联系微观物理量和宏观物理量的桥梁.在此所指微观物理量为：分子的体积v、分子的直径d、分子的质量m.宏观物理量为：物质的体积V、摩尔体积Vmol、物质的质量M、摩尔质量Mmol、物质的密度ρ.(1)计算分子质量：m＝23/23\n(2)计算分子的体积：v＝分子直径：d＝(球体模型)，d＝(立方体模型)(3)计算物质所含的分子数：n＝·NA＝·NA＝·NA＝·NA例如，估算标准状况下气体分子间的距离时，由于气体分子间距离较大，各分子虽然做热运动，但仍可看做是均匀分布的.1mol任何气体在标准状况下的体积均为22.4L，将其分成假设干个小立方体，每个小立方体内装一个分子，立方体的边长即分子间的距离.d＝m≈3×１0－9m2.分子间的相互作用力分子力是邻近的分子间原子核的正电荷和核外电子之间的相互作用引起的有复杂规律的力.分子力的变化可由图8—1—1所示.分子距离r在0～r0间合力F表现为斥力；在r＞r0后合力表现为引力，且引力先增大后减小；当r到达十几个埃时，分子力减为零.图8—1—1由分子间的相对位置和相互作用而决定的能叫分子势能.当物体被拉伸时，r＞r0，外力抑制分子引力做功，分子势能增加；当物体被压缩时，r＜r0，外力抑制分子斥力做功，分子势能增加，通常状态下，分子距离r＝r0，分子力为零，分子势能最小.总之，分子的热运动让分子分散开，分子间的相互作用力让分子聚集在一起，二者相互制约，构成了固、液、气三态，决定了物体的内能.3.物体的内能与温度和体积的关系温度变时分子动能变，体积变时分子势能变，因此物体的内能决定于它的温度和体积.但这句话却不能作为判断两物体内能大小的依据.如两物体温度和体积均相同，而内能却没有确定的关系.再如，0℃的冰融化成0℃的水，体积减少，不能就此认为其势能也减少.而应从改变内能的两种方式上去分析.冰融化过程吸收热量，内能增加，而温度不变，所增加的只是分子的势能.4.永动机不可能制成第一类永动机：不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功.这种永动机违背能量守恒定律，是不可能制造成的.第二类永动机：只从单一热源吸收热量，全部用来做功，而没有冷凝.这类永动机虽然不违反能量守恒定律，但与热力学第二定律却是矛盾的，这类永动机也是不可能制造成的.23/23\n●典例剖析［例1］图8—1—2中关于布朗运动的实验，以下说法正确的选项是图8—1—2A.图中记录的是分子无规那么运动的情况B.图中记录的是微粒做布朗运动的轨迹C.实验中可以看到，微粒越大，布朗运动越明显D.实验中可以看到，温度越高，布朗运动越剧烈【解析】图中记录的是每隔假设干时间(如30s)微粒位置的连线，而这段时间内微粒的运动情况却不得而知.虽然图示所反映的不是微粒的轨迹，但却可看出其运动的无规那么性.做布朗运动的微粒都很小，一般为10-6m左右.微粒做布朗运动的根本原因是：各个方向的液体分子对它的碰撞不平衡.因此，只有微粒越小、温度越高时布朗运动才越剧烈.应选D.【说明】针对课本中演示实验的考察在往年的高考中经常出现，做好这类题目的关键是：搞清原理、认真观察，在可能的情况下亲自动手做一做.【设计意图】布朗运动是说明分子运动规律的重要宏观现象，通过本例加深学生对布朗运动的认识.［例2］已知水的密度ρ＝1.0×１03kg／m3，水的摩尔质量Mmol＝１.８×１0－2kg／mol，求：(1)1cm3的水中有多少个水分子.(2)估算一个水分子的线度多大.【解析】水的摩尔体积Vmol＝＝m3／mol＝1.8×10-5m3／mol(1)1cm3水中的水分子数n＝／cm3＝3.3×１022／cm3(2)建立水分子的球模型，有πd3＝23/23\n水分子直径d＝＝m＝3.9×１0-10m建立水分子的立方体模型，有d3＝水分子直径d＝m＝3.1×１0-10m.【说明】不管把分子看做球体，还是看做立方体，都只是一种简化的模型，是一种近似处理的方法.由于建立的模型不同，得出的结果稍有不同，但数量级都是10-10m.一般在估算固体或液体分子线度或分子间距离时采用球模型，在估算气体分子间的距离时采用立方体模型.【设计意图】阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的重要常数，涉及阿伏加德罗常数的计算也是高考常考的内容.通过本例说明以阿伏加德罗常数为桥梁，由宏观量求微观量或由微观量求宏观量的方法.※［例3］如图8—1—3所示，在质量为M的细玻璃管中盛有少量乙醚液体，用质量为m的软木塞将管口封闭.加热玻璃管使软木塞在乙醚蒸气的压力下水平飞出，玻璃管悬于长为l的轻杆上，细杆可绕上端O轴无摩擦转动.欲使玻璃管在竖直平面内做圆周运动，在忽略热量损失的条件下，乙醚最少要消耗多少内能?图8—1—3【解析】加热玻璃管的过程中乙醚内能增大，由液态变成气态.管内压强增大将软木塞顶开，乙醚内能减少，玻璃管和软木塞机械能增大.根据动量守恒定律和能量守恒定律即可求出乙醚内能的改变量.设软木塞水平飞出时M和m的速率分别为v1和v2，由动量守恒定律得：mv2＝Mv1=0①细玻璃管恰能越过最高点的条件是速度为零，由机械能守恒定律得：②由能量守恒定律知，管塞别离时二者动能之和等于乙醚消耗的内能Ｅ内，即：E内＝③23/23\n联立①②③式可得E内＝2Mｇl().【说明】能量守恒定律贯穿于整个物理学的始终，从能量的角度分析和求解问题是一条重要的途径.在利用能量守恒定律列方程时，一定要分析清有几种形式的能量，它们是如何实现转化和转移的，哪种形式的能量增加，哪种形式的能量减少.这些都清楚了，然后列式运算才会少出错误.【设计意图】通过本例说明综合利用有关规律分析解决力、热综合问题的思路方法.●反响练习★夯实根底1.关于分子动理论，有以下说法①把煤堆在墙角时间长了，墙内部也变黑，证明分子在不断扩散②酒精和水混合后体积减小，证明分子间有间隙③大风天看到风沙弥漫、尘土飞扬，这就是布朗运动④布朗运动是由于液体分子对固体小颗粒的撞击引起的，固体小颗粒的体积越大，液体分子对它的撞击越多，布朗运动就越显著以上说法中正确的选项是A.①②B.③④C.①③D.②④【解析】布朗运动是指在显微镜下看到的悬浮在液体（或气体）中微小颗粒的无规那么运动，故③错，并且颗粒越大，所受分子撞击力不平衡性越不显著，布朗运动越不明显，故④错.图8—1—4【答案】A2.如图8—1—4所示为电冰箱的工作原理图，压缩机工作时，强迫致冷剂在冰箱内外的管道中不断循环.那么①在冰箱内的管道中，致冷剂迅速膨胀并吸收热量②在冰箱外的管道中，致冷剂迅速膨胀并放出热量③在冰箱内的管道中，致冷剂被剧烈压缩并吸收热量④在冰箱外的管道中，致冷剂被剧烈压缩并放出热量以上说法中正确的选项是A.①④B.②③C.只有①D.只有④【解析】电冰箱工作原理：外管道内的高压致冷剂液体，通过毛细管降压、降温，从内管道吸热变为蒸气，又被压缩机压缩成高压、高温蒸气排入外管道，放热变成液体.【答案】A3.关于物体内能，有以下说法①相同质量的两物体，升高相同的温度，内能增量一定相同②一定量0℃的水结成0℃的冰，内能一定减少③一定量气体体积增大，但既不吸热也不放热，内能一定减少④一定量气体吸收热量而保持体积不变，内能一定减少以上说法中正确的选项是A.①②23/23\nB.③④C.①④D.②③【解析】由热力学第一定律知：③对①错.一定量0℃的水结成0℃的冰，放热，内能减少，②对.【答案】D4.关于温度的概念，以下说法中正确的选项是A.某物体的温度为0℃，那么其中每个分子的温度都是0℃B.温度是物体分子热运动平均速率的标志C.温度是物体分子热运动平均动能的标志D.温度可以从高温物体传递到低温物体，到达热平衡时两物体温度相同【解析】温度是物体的宏观特征，是大量分子热运动的宏观表达，对一个分子不能谈温度，A错.温度是物体分子平均动能的标志，而不是分子平均速率的标志，故B错，C对.从高温物体传递到低温物体的是热量，而不是温度，D错.【答案】C5.对不同物体而言，以下说法正确的选项是A.温度高的物体内分子的平均动能一定大于温度低的物体内分子的平均动能B.温度高的物体内每一个分子的动能一定大于温度低的物体内每一个分子的动能C.温度高的物体内分子的平均速率一定大于温度低的物体内分子的平均速率D.温度高的物体内每一个分子的速率一定大于温度低的物体内每一个分子的速率【解析】温度是分子平均动能的标志，不是分子平均速率的标志，更不能反映每一个分子的运动情况.【答案】A6.100℃的水和100℃的水蒸气相比较①它们水分子的平均动能相等②它们的内能相等③100℃的水蒸气的内能大④100℃的水的内能可能等于、也可能小于、还可能大于100℃水蒸气的内能以上判断正确的选项是A.①②B.①③C.①④D.只有③【解析】由于水和水蒸气温度相同，故分子的平均动能相同，①对.由于水和水蒸气的质量不确定，故它们内能的关系不确定，④对.【答案】C7.以下说法中不正确的选项是A.物体有内能必有机械能B.物体机械能为零时，内能却不能为零C.物体内能永远不会为零D.物体的内能和机械能是两种不同形式的能量，它们可以相互转化【解析】物体的机械能可以为零.但内能却不能为零，因为分子总是不停地做无规那么热运动.A的说法不正确，应选A.23/23\n【答案】A★提升能力8.关于物体内能的变化情况的说法正确的选项是A.吸热的物体的内能一定增加B.体积膨胀的物体的内能一定减少C.外界对物体做功，其内能一定增加D.绝热压缩物体，其内能一定增加【解析】改变物体内能的途径有两种：做功和热传递，在其中一种改变内能的途径不确定的情况下，不能根据另一种改变内能途径的情况判断物体内能的变化.【答案】D9.对于热量、功和内能三个物理量，以下各种说法中正确的选项是A.热量和功是由过程决定的，而内能是由物体的状态决定的B.热量、功和内能的物理意义相同C.热量和功都可以作为内能的量度D.内能大的物体含的热量一定多【解析】热量和功是过程量，内能是状态量.它们具有不同的物理意义，热量和功都可量度内能的改变多少，不能量度内能的多少.【答案】A10.金属制成的气缸中装有柴油与空气的混合物，有可能使气缸中柴油到达燃点的过程是A.迅速向里推活塞B.迅速向外拉活塞C.缓慢向里推活塞D.缓慢向外拉活塞【解析】迅速向里推活塞，对气体做功，而气体来不及和外界进展热交换，从而使气体内能增大，温度升高，到达混合物的燃点.【答案】A11.以下说法正确的选项是A.热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体B.功可以全部转化为热，但热不能全部转化为功C.不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化D.但凡不违反能量守恒定律的过程都一定能实现【答案】C12.空气压缩机在一次压缩过程中，活塞对气缸中空气做功为2×105J,空气的内能增加了1.5×105J,那么气体______（填“吸”或“放”）热为______J.【解析】由热力学第一定律：ΔU=Q+W得：1.5×105J=2×105J+Q所以Q=-5×104J.故放热.【答案】放；5×10413.1967年，“托雷—坎永号”油轮在英吉利海峡触礁，使大约八万吨原油溢出，污染了英国一百多公里的海岸线，使二万五千只海鸟死亡.石油流入海中，危害极大.在海洋中泄漏1t原油可覆盖23/23\n12km2的海面，试计算油膜的厚度是分子直径的倍数约为_______.(设原油的密度为0.91×１03kg／m3.保存一位有效数字)【解析】＝S×h倍数＝【答案】9×１0514.如果取分子间距离r＝r0(r0＝１0-10m)时为分子势能的零势能点，那么r＜r0时，分子势能为值；r＞r0时，分子势能为值.如果取r→∞时为分子势能的零势能点，那么r＞r0时，分子势能为值；r＜r0时，分子势能可以为.(填“正”“负”或“零”)【解析】从引力和斥力做功与势能变化的关系入手确定之.【答案】正；正；负；负15.在做《用油膜法估测分子大小》的实验中，所用油酸酒精溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸6mL.用注射器测得1mL上述溶液75滴.把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用笔在玻璃板上描出油酸的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图8—1—5所示.坐标中正方形方格的边长为1cm，试求：图8—1—5(1)油酸膜的面积是多少cm2？(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积.(3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径.【解析】(1)由图形状，其中正方形方格87个，用补偿法近似处理，可补19个整小方格.实际占小方格87＋19＝106，那么油膜面积S=106×1cm2＝106cm2(2)由1mL溶液中有75滴，1滴溶液的体积mL.又每104mL溶液中有纯油酸6mL，mL溶液中纯油酸的体积V=mL＝８×10-6mL(3)油酸分子直径23/23\nD＝cm＝7.5×10-10m【答案】（1）106cm2(2)8×10-6mL(3)7.5×10-10m※16.当分子间距离大于10r0(r0是分子平衡位置间距离)时，分子力可以认为是零.规定此时分子势能为零，当分子间距离是平衡距离r0时，下面的说法中正确的选项是A.分子力是零，分子势能也是零B.分子力是零，分子势能不是零C.分子力不是零，分子势能是零D.分子力不是零，分子势能不是零【解析】根据分子力随分子间距的变化关系知，r=r0时，分子力为0.根据分子力做功与分子势能的关系知，选r＞10r0时分子势能为0.r=r0时，分子势能最小，并且小于0.故B对.【答案】B※17.行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的光焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流.上述不同现象中所包含的相同的物理过程是①物体抑制阻力做功②物体的动能转化为其他形式的能量③物体的势能转化为其他形式的能量④物体的机械能转化为其他形式的能量以上判断正确的选项是A.①②B.③④C.①④D.②③【解析】四个现象中物体运动过程中都受到运动阻力，因而物体都抑制阻力做功，故①对，这四个物体运动过程中，汽车是动能转化为其他形式的能，流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化为其他形式的能，总之是机械能转化成了其他形式的能，④对.【答案】C※18.如图8—1—6所示的容器中，A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下是水，上为空气，大气压恒定.A、B底部由带有阀门K的管道相连.整个装置与外界绝热.开场A中水面比B中高，翻开阀门，使A中的水逐渐流向B中，最后到达平衡，在这个过程中23/23\n图8—1—6A.大气压力对水做功，水的内能增加B.水抑制大气压力做功，水的内能减少C.大气压力对水不做功，水的内能不变D.大气压力对水不做功，水的内能增加【解析】由于水的体积不变，故p0SAhA=p0SBhB即大气压力对A做的正功与B抑制大气压力做的功相等.故大气压力不做功.但水的重力势能减少了，它转化为水的内能，故水的内能增加了.【答案】D※19.在平均深度是10m、水面面积为10km2的湖里投入1g食盐，假设食盐均匀地溶解在湖水里，那么1cm3的水里所含食盐分子的个数为______.(食盐的摩尔质量为58.5g/mol,结果保存两位有效数字）【解析】1g食盐所含分子数为n=×NA=×6.02×1023=1.0×1022,1cm3的水里所含食盐分子的个数为n=×1.0×1022=1×108.【答案】1×108※20.水能不产生污染物，是一种清洁能源.位于美国和加拿大交界处的尼亚加拉瀑布流速达每秒6000m3，而且是一年四季流量稳定，瀑布落差50m.假设利用这一资源发电，设其效率为50%，估算发电机的输出功率.【解析】每秒流下的水量m=Vρ＝6000×103kg，由能的转化和守恒知：mgh×50％＝Pt.式中m取6000×103kg，t取1s，h=50m，解得P=3×107W.【答案】3×107W※21.质量为100g的铅弹，以200m/s的水平速度射入静止在光滑水平面上质量为1.9kg的靶子而未穿出，求：(1)铅弹损失的动能.(2)假设整个系统损失的动能全部转变成热，且有50%被子弹吸收，铅弹的温度可升高多少？（铅的比热取126J/kg·℃）【解析】（1）由子弹和靶子组成的系统动量守恒，由动量守恒定律得：mv0=(M+m)v.v=10m/s,铅弹损失的动能ΔE=mv02-mv2=1995J(2)由能量守恒定律得：Q=mv02-(M+m)v2又因为50%Q=mcΔt所以Δt=75.4℃【答案】（1）1995J（2）75.4℃※22.横截面积为3dm2的圆筒内装有0.6kg的水，太阳光垂直照射了2min，水温升高了1℃,设大气顶层的太阳能只有45%到达地面，试估算出太阳的全部辐射功率为多少？（保存1位有效数字，设太阳与地球之间平均距离为1.5×1011m)【解析】水温升高1℃所吸收的热量Q=cm·Δt=2.52×102J,地球单位时间、单位面积上获得的热量Q′==7.0×10223/23\nW/m2;太阳向地球外表单位面积上发送的能量功率为P′=Q′/η=1.56×103W/m2,以太阳与地球距离为半径的球体外表积为S′=4πr2=2.7×1023m2,太阳的全部辐射功率为P=P′·S′=4×1026W.【答案】4×1026W第Ⅱ单元气体●知识聚焦一、气体的状态参量1.温度：宏观上表示物体的冷热程度，微观上标志着物体中分子平均动能的大小.其热力学温度和摄氏温度的关系为T=t+273K,二者的区别在于零点的选取不同，而每一度所表示的温差那么是相同的.热力学温度的国际单位为K.2.体积：气体的体积宏观上等于容器的容积，微观上那么表示气体分子所能到达的空间.体积的国际单位为m3.且1m3＝103dm3(L)＝106cm3（mL)3.压强：气体的压强宏观上等于器壁单位面积上受到的压力，从微观上看那么是大量气体分子频繁碰撞器壁的结果.压强的国际单位为Pa，且1atm＝1.013×105Pa＝76cmHg4.三个参量的大小决定了气体所处的状态.在质量不变的情况下，P、V、T相互影响，只有一个参量改变是不可能的，至少要有两个或三个参量同时改变.二、气体分子动理论1.气体分子运动的特点气体中的分子虽然比较稀疏，但是，每cm3体积内的分子数仍有1019个，1个空气分子在1s内与其他空气分子的碰撞次数竟达109次之多.就某一个分子来说，它在某一时刻的速度具有怎样的大小和方向，完全是偶然的，但对大量分子的整体来说，分子的运动却表现出一定的规律.2.气体分子速率分布的统计规律大量分子做无规那么运动，速率有的大，有的小，但大多数分子的速率都在某个数值附近，离开这个数值越远，分子数越少，表现出“中间多，两头少”的规律.温度升高时，速率大的分子数增加，分子的平均速率增大.3.气体压强的微观解释气体的压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的.气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力.气体分子的平均动能越大，分子越密，对单位面积器壁产生的压力就越大，气体的压强就越大.●疑难解析气体压强确实定1.活塞模型如图8—2—1和8—2—2是最常见的封闭气体的两种方式.图8—2—1中活塞的质量为m，气缸横截面积为S，外界大气压强为P0.由于活塞处于平衡状态，所以23/23\n图8—2—1图8—2—2p0S+mg=pS那么气体的压强为：p=p0+.其实图8—2—2中的液柱也可以看成一个活塞，由于液柱处于平衡状态，所以pS+mg=p0S那么气体压强为：p=p0-=p0-ρgh.总之，对“活塞模型”类求压强的问题，其根本的方法就是先对“活塞”受力分析，然后根据平衡条件或牛顿第二定律列方程.(请同学们思考：假设图8—2—1中的气缸整体具有向上的加速度a,被封气体的压强如何表示？）2.连通器模型如图8—2—3所示，U形管竖直放置.根据帕斯卡定律可知，同一液体中的相同高度处压强一定相等.所以气体B和A的压强关系可由图中虚线所示的等高线联系起来.那么有：图8—2—3pB+ρgh2=pA而pA=p0+ρgh1,所以气体B的压强为：pB=p0-ρg(h2-h1),其实该类问题与“活塞模型”并没有什么本质的区别.熟练后以上压强的关系式均可直接写出，不一定均从受力分析入手.●典例剖析［例1］如图8—2—4所示，在竖立的绝热容器中，隔板将气体分为A和B两局部，两局部气体的密度ρA＜ρB.假设抽开隔板，当两局部气体均匀混和后，全部气体的内能将图8—2—4A.增加B.减小C.不变D.不能判定【解析】23/23\n当抽开隔板后，气体将从密度大的B向密度小的A扩散.当到达动平衡时，整个气体的重心将升高，因此重力势能增加.根据能量守恒和转化定律，在绝热的条件下，系统增加的重力势能等于减少的内能.所以，气体的内能减少，温度降低——应选答案B.【设计意图】本例反映的是机械能和气体内能的转的过程，通过本例说明利用能量守恒定律分析气体内能变化问题的方法.［例2］在一标准大气压（相当于76cm水银柱产生的压强）下做托里拆利实验时，由于管中混入少量空气，水银柱上方有一节空气柱，如图8—2—5所示，这时管中稀薄气体的压强相当于以下哪个数据的水银柱产生的压强图8—2—5A.60cmB.30cmC.16cmD.46cm【解析】托里拆利管中混入空气后，水银上方已不是真空，这时内外液面的高度差也不再等于大气压强，而变成了管内外气体的压强差.所以稀薄气体的压强为:p=p0-ph=(76-60)cmHg=16cmHg所以正确的选项为C.【设计意图】通过本例说明气体压强的计算方法.※［例3］如图8—2—6，导热气缸开口向下，内有气体，缸内活塞可自由滑动且不漏气，活塞下挂一个砂桶，砂桶装满砂子时，活塞恰好静止，现在把砂桶底部钻一个小洞，细砂慢慢漏出，并缓慢降低气缸外部环境温度，那么图8—2—623/23\nA.气体压强增大，内能可能不变B.外界对气体做功，气体温度可能降低C.气体体积减小，压强增大，内能一定减小D.外界对气体做功，气体内能一定增加【解析】要正确解答此题必需抓住几个关键的词句.“细砂慢慢漏出”“缓慢降低”温度、“导热气缸”所隐含的内容为：活塞受力平衡，那么内部气体压强增大，（P=P0-);缸内气体温度逐渐降低，那么气体内能减小.细砂慢慢漏出的过程中，由活塞的受力情况可知，缸内气体的压强逐渐增大，又因为内部气体温度随外界温度的降低而降低，所以活塞将缓慢上升.其功能的转化情况是：外界对气体做功，气体对外放热，气体内能减小.所以正确的选项为C.【说明】热平衡与力平衡的含义完全不同.热平衡指的是温度相同，而力平衡指的是合外力为零.假设此题中的气缸是绝热的，那么答案又如何呢？【设计意图】通过本例说明综合应用热力学第一定律、气体内能的特点、气体状态参量的定性关系分析问题的方法.●反响练习★夯实根底1.关于绝对零度的说法中，正确的选项是A.气体在绝对零度附近所有分子都将停顿运动B.绝对零度就是冰水混合物的温度C.用摄氏温标来表示，绝对零度的数值为－273℃D.随着低温技术的开展，绝对零度是可能到达的【解析】绝对零度时所有物质的分子都将停顿运动，它是低温的极限，是永远达不到的.在温度降低到接近绝对零度之前，所有的气体都早已液化.【答案】C2.温度相同的氧气和氢气，它们的分子平均动能之比为A.1∶1B.8∶1C.1∶8D.无法确定【解析】温度是分子平均动能的量度，氧气和氢气的温度相同，那么分子平均动能相同.【答案】A3.有甲、乙两种气体，如果甲气体内分子的平均速率大于乙气体内分子的平均速率，那么A.甲的温度一定高于乙的温度B.甲的温度一定低于乙的温度C.甲的温度一定等于乙的温度D.甲的温度可能低于乙的温度【解析】甲气体内分子的平均速率大于乙气体内分子的平均速率，但甲气体内分子的平均动能可能小于乙气体内分子的平均动能，所以，甲的温度可能低于乙的温度.【答案】D4.封闭在玻璃容器内的气体，温度升高时不变的物理量是（不计容器的体积变化）A.分子的平均动能23/23\nB.分子的平均速率C.气体的压强D.气体的密度【解析】封闭玻璃容器的容积不变，气体的体积不变，密度不变.D选项正确.【答案】D5.一定质量的气体，在压强不变的条件下，体积增大，那么A.气体分子的平均动能增大B.气体分子的平均动能减少C.气体分子的平均动能不变D.条件不够，无法判定气体分子平均动能的变化【解析】根据气体状态参量间的定性关系，在压强不变时，体积增大，那么温度升高，气体分子平均动能增大.A选项正确.【答案】A6.对一定质量的气体，以下哪些变化是不可能的A.体积、温度改变，压强不变B.压强改变，保持体积不变C.温度改变，体积和压强不变D.压强、体积和温度同时改变【解析】气体的三个状态参量中，一个物理量的变化必然引起另外两个物理量中至少一个发生变化.【答案】C7.对一定质量的气体，以下说法中正确的选项是A.如果体积减小，气体分子在单位时间内作用于器壁单位面积的总冲量一定增大B.如果压强P增大，气体分子在单位时间内作用于器壁单位面积的总冲量一定增大C.如果温度T不变，气体分子在单位时间内作用于器壁单位面积的总冲量一定不变D.如果密度不变，气体分子在单位时间内作用于器壁单位面积的总冲量一定不变【解析】气体压强取决于气体分子的平均速率和单位体积内的分子数（密度），它就等于单位时间内作用于器壁单位面积上的总冲量.【答案】B★提升能力8.以下说法正确的选项是A.气体的体积就是每个气体分子体积之和B.气体压强的大小只取决于分子的平均速率C.温度升高，气体中每个分子的速率均增大D.一定质量的气体，温度一定，体积减小，分子密度增大，从而使压强增大【解析】气体的温度升高，大量气体分子中速率小的分子数减少，速率大的分子数增多，分子平均速率增大.气体压强的大小取决于分子的平均速率和单位体积内的分子数.【答案】D9.如图8—2—7所示，两端开口竖直放置的U形玻璃管内，有被两段水银柱封闭着的长度是L的气体，a、b两水银面的高度差为h.现保持温度不变，那么以下说法中错误的选项是23/23\nA.假设从左管再注入一些水银，稳定后h增大B.假设从左管再注入一些水银，稳定后h不变C.假设从右管再注入一些水银，稳定后h增大D.假设从两管同时注入一些水银，稳定后h增大图8—2—7【解析】从U形管的左侧看，气柱L的压强为P0+h，因此右管L上方水银的长度应始终等于a、b的高度差h,所以只有当L上方水银柱长度变大时，h才能变大.【答案】A※10.如图8—2—8所示，一个横截面积为S的圆柱形容器，竖直放置，金属圆板A的上外表是水平的，下外表是倾斜的，下外表与水平面夹角为θ,圆板质量为M.不计圆板与容器内壁之间的摩擦，假设大气压强为P0,那么被圆板封闭在容器中的气体的压强等于图8—2—8A.p0+B.C.p0+D.p0+【解析】为求气体的压强，应以封闭气体的圆板为研究对象，分析其受力，如以下图.由物体的平衡条件∑F=0得p·cosθ-P0S-Mg=0解得：p=p0+Mg/S.【答案】D23/23\n章末综合讲练●知识网络●高考试题一、分子动理论1.(2022年广东、广西、河南高考)分子间同时存在吸引力和排斥力，以下说法中正确的选项是A.固体分子间的吸引力总是大于排斥力B.气体能充满任何容器是因为分子间的排斥力大于吸引力C.分子间的吸引力和排斥力都随分子间距离的增大而减小D.分子间吸引力随分子间距离的增大而增大，而排斥力随距离的增大而减小【答案】C2.(1998年全国高考)以下说法中正确的选项是A.液体中悬浮微粒的布朗运动是做无规那么运动的液体分子撞击微粒而引起的B.物体的温度越高，其分子的平均动能越大C.物体里所有分子动能的总和叫做物体的内能D.只有传热才能改变物体的内能【解析】布朗运动这一现象是液体分子撞击微粒造成的，温度是分子平均动能的标志，所以A、B正确，内能是指物体内所有分子动能与势能之和，做功和热传递都能改变物体的内能，所以C、D错.【答案】AB二、能量守恒3.(1998年上海高考)有关物体内能，以下说法正确的选项是A.1g0℃的水的内能比1g0℃冰的内能大B.电流通过电阻后电阻发热，它的内能增加是通过“热传递”方式实现的C.气体膨胀，它的内能一定减少D.橡皮筋被拉伸时，分子间势能增加【解析】当一定质量的水在0℃凝结成相同质量0℃23/23\n的冰时要放热，内能变小，故A对.电流通过电阻后发热，是电流做功，电能转化为内能的结果，不是通过热传递实现的，故B错.气体膨胀，气体对外做功.由于不知道气体与外界有无热传递以及热传递情况如何，其内能不确定，C错.橡皮筋被拉伸时，会产生弹力，这个弹力产生的内因是分子间的引力，引力势能随分子间距离的增大而增大，故D对.【答案】AD4.(2000年全国高考)图8—1中活塞将气缸分成甲、乙两气室，气缸、活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气.以E甲、E乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，那么在将拉杆缓慢向外拉的过程中图8—1A.E甲不变，E乙减小B.E甲增大，E乙不变C.E甲增大，E乙减小D.E甲不变，E乙不变【解析】活塞对甲气体做功，乙气体膨胀对外做功.【答案】C5.(2022年上海高考）（1）1791年米被定义为：在经过巴黎的子午线上，取从赤道到北极长度的一千万分之一.请由此估算地球的半径R.(答案保存两位有效数字）（2）太阳与地球的距离为1.5×1011m，太阳光以平行光束入射到地面.地球外表的面积被水面所覆盖，太阳在一年中辐射到地球外表水面局部的总能量W约为1.８7×1024Ｊ.设水面对太阳辐射的平均反射率为7％，而且将吸收到35%的能量重新辐射出去.太阳辐射可将水面的水蒸发(设在常温、常压下蒸发1kg水需要2.2×106Ｊ的能量)，而后凝结成雨滴降落到地面.(a)估算整个地球外表的年平均降雨量(以毫米表示，球面积为4πＲ2)(b)太阳辐射到地球的能量中只有约50％到达地面，W只是其中的一局部，太阳辐射到地球的能量没能全部到达地面，这是为什么?请说明两个理由.【解析】（1）由题意知，地球周长的等于1m的一千万倍，那么有：2πR×=1.00×107.解得R=6.37×106m.(2)（a）设太阳一年中辐射到地球水面局部的总能量为W，W=1.87×1024J,设凝结成雨滴年降落到地面上水的总质量为m，由题意：m=W×(1-0.01)×(1-0.35)/2.2×106kg=5.14×1017kg.设使地球外表覆盖一层水的厚度为h,水的密度为ρ,有：m=ρ·4πR2·h,那么：h=m/4πR2ρ=1.01×103mm.可见整个地球外表年平均降雨量约为1.01×103mm.【答案】（1）6.37×106m（2）（a）1.01×103mm(b)大气层的吸收，大气层的散射或反射、云层遮挡等.三、气体6.(2000年全国高考)对于一定量的理想气体，以下四个论述中正确的选项是A.当分子热运动变剧烈时，压强必变大B.当分子热运动变剧烈时，压强可以不变C.当分子间的平均距离变大时，压强必变小23/23\nD.当分子间的平均距离变大时，压强必变大【解析】影响压强的因素有两个，分子运动的剧烈程度（温度）和单位体积内的分子个数（体积）.【答案】B●素质能力过关检测一、选择题（每题中只有一个选项符合题目要求）1.密封容器中气体的压强A.是由于气体所受重力产生的B.是由于气体分子的相互作用力产生的C.是大量气体分子频繁地碰撞器壁产生的D.当容器自由下落时，气体的压强减小到零【答案】C2.下面表达正确的选项是A.分子之间既有引力作用，又有斥力作用B当分子之间距离增大时，分子间的引力增大，斥力减小C.气体分子平均动能越大，其压强一定越大D.温度相同时，分子质量不同的两种气体，其分子平均速率一定相同【解析】依据分子力随分子间距的变化关系知，选项A正确B不正确.关于气体的压强，其大小既与分子平均动能有关，又与气体单位体积内的分子数有关（即与气体的体积有关），所以气体分子平均动能越大，压强不一定越大，所以C不对.温度是分子平均动能的标志，与分子种类、质量无关，但是，分子质量不同的气体温度相同时，平均速率不同,所以D不对.图8—2【答案】A3.如图8—2所示，把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒的底部，当很快向下压活塞时，由于被压缩的气体骤然变热，温度升高，到达乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，此实验的目的是要说明A.做功可以增加物体的热量B.做功可以升高物体的温度C.做功可以改变物体的内能D.做功一定可以增加物体的内能【解析】改变物体的内能有两种方式：做功和热传递，本实验就说明了做功可以改变物体的内能.【答案】C4.已知铜的密度为8.9×103kg/m3，相对原子质量为64，通过估算可知铜中每个铜原子所占的体积为A.7×10-6m3B.1×10－29m3C.1×10-26m3D.8×10－24m3【解析】铜的摩尔体积Vmol=m3,每个原子认为一个挨着一个排列，每个铜原子所占的体积约为v0=m3≈1×1023/23\n-29m3.【答案】B5.只要知道以下哪一组物理量，就可以估算出气体中分子间的平均距离A.阿伏加德罗常数、该气体的摩尔质量和质量B.阿伏加德罗常数、该气体的质量和体积C.阿伏加德罗常数、该气体的摩尔质量和密度D.该气体的密度、体积和摩尔质量【解析】气体的摩尔体积=摩尔质量/密度、一个气体分子所占有的空间等于摩尔体积除以阿伏加德罗常数，我们把每个分子所占有的空间近似看成正方体，每个正方体的边长即可看作分子之间的平均距离（认为正方体一个挨着一个排列），故已知摩尔质量与密度可算出摩尔体积，用摩尔体积除以阿伏加德罗常数就可算出每个分子所占有的空间，将其开三次方就可算出分子的平均间距.【答案】C二、填空题6.气体的温度升高了10℃，如果用热力学温度表示，气体的温度升高了______.【答案】10K7.将以下实验事实与产生原因对应起来.A.水与酒精混合体积变小B.固体很难被压缩C.细绳不易拉断D.糖在热水中溶解得快E.冰冻食品也会变干a.固体分子也在不停地运动b.分子运动的剧烈程度与温度有关c.分子间存在着引力d.分子间存在着斥力e.分子间存在着空隙它们的对应关系分别是①______;②______;③______;④______;⑤______(在横线上填上实验事实与产生原因前的符号）【答案】①A-e;②B-d;③C-c;④D-b;⑤E-a8.雨滴从5m高的屋檐自由落下，落在地上，假定损失的机械能都转变为内能，其中一半被雨滴吸收，那么雨滴的温度升高了℃?(水的比热容C=4.2×103J/kg·℃)【解析】根据能的转化和守恒定律，可知50%·mgh=cmΔtΔt=5.８×10－3℃【答案】5.8×10－39.将1cm3的油酸溶于酒精，制成200cm3的油酸酒精溶液.已知1cm3溶液有50滴，现取1滴油酸酒精溶液滴到水面上.随着酒精溶于水，油酸在水面上形成一单分子薄层，已测出这一薄层的面积为0.2m2.由此可估测油酸分子的直径约为m.【解析】1滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积V=×10-10m3,故油膜的厚度d=m=5×10-10m.23/23\n【答案】5×10-10三、计算题10.用长度放大600倍的显微镜观察布朗运动.估计放大后的小颗粒(碳)体积为0.1×10－9m3，碳的密度是2.25×103kg/m3，摩尔质量是1.2×10－2kg/mol，阿伏加德罗常数为6.0×1023mol－1，那么该小碳粒含分子数约为多少个?(取1位有效数字)【解析】设小颗粒边长为a，放大600倍后，那么其体积为V=(600a)3＝0.1×10-9m3实际体积V′＝a3＝m3质量为m=ρV′＝×10-15kg含分子数为n=×6.0×1023＝5×106【答案】5×10611.两人共同拉锯伐木，每人在180s内拉动60次，每次拉动的距离为75cm,两人用的力均为20N，做功的40%转变为热，那么每秒钟产生的热量是多少？假设产生热量的20%被钢锯吸收，那么60s后钢锯的温度将升高多少度？（设钢锯的比热为1.2×102J/kg·℃,钢锯的质量为0.5kg.)【解析】每秒钟做的功W1=2××0.75×20J=10J每秒钟产生的热量：Q=40%W=4J由60×20%Q=mcΔt.Δt=0.8℃【答案】4J；0.8℃12.在常温下，氧分子的平均速率约为500m/s.如果一个氧分子以这个速率垂直地打在容器壁上，并以相等的速率反弹回来，氧分子对容器壁的冲量是多少？如果常温下某容器内氧气的压强为1.0×105Pa，试估算1s内打在器壁上1cm2面积上的氧分子个数.（假定每个氧分子都以平均速率垂直于容器壁的方向撞击器壁）【解析】氧气的摩尔质量为M=32×10-3kg,那么每个氧分子的质量为m=kg=5.3×10-26kg根据动量定理得，氧分子撞击器壁的冲量为I=Δp=mv-(-mv)=2mv=2×5.3×10-26×500N·s=5.3×10-23N·s设单位时间（1s）内打到1cm2器壁上的分子个数为n，那么氧气的压强可表示为p=所以n==1.9×1023个【答案】5.3×10-23N·s；1.9×1023个●教学建议1.分子动理论是23/23\n人们对微观世界的科学认识，是热学的根底知识，千变万化的热现象都能用分子动理论的观点认识.教学中要注意引导学生应用分子动理论的观点分析解释热现象.2.温度是热学中的重要物理量，通过复习，应使学生对温度有更高的认识和更深刻的理解.3.由于阿伏加德罗常数是宏观量和微观量之间联系的纽带，因此，有很多已知宏观量由阿伏加德罗常数来估算微观量(分子质量、分子体积、分子直径、单位体积内的分子数等)的问题.要加强对估算问题的训练.一是要教给学生如何根据实际问题抽象出一个简约模型；再是要求学生理解并能熟练地运用宏观量与微观量之间的关系；三是要求学生计算这些繁杂数据时要细心、有耐心，具有良好的心理品质.4.分子力的变化规律也是本单元中的热点问题.要向学生强调：(1)引力和斥力同时存在；(2)引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，随距离的减小而增大.5.内能是热学的又一重要物理量，要使学生从微观和宏观两个方面加深对内能的理解，搞清内能与内能的变化、内能与机械能的区别，理解内能与热、功之间的联系(热一律).6.能量守恒定律是自然界的一条根本定律，复习时可打破章、节界限，多举些综合性的实例，让学生分析其中的运动形式的转化关系及对应的能量的转化关系，使学生加深对该定律的认识.7.能、功、热量、温度等物理量学生往往认识不清楚，在教学中要注意讲清它们之间的区别和联系.8.气体局部的内容是新大纲和考纲调整幅度最大的内容之一，复习中要深刻领会大纲和考纲精神，把握好复习的深、广度，可参考调整后的新教材中涉及的教学内容组织复习.23/23