高考物理月刊專版 專題12 熱學(xué)2課件.ppt

熱學(xué) 本專題屬于 b模塊 在浙江省高考中屬于自選綜合科目 主要講述分子動(dòng)理論 氣體和熱力學(xué)定律的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí) 近年來 命題的熱點(diǎn)集中在分子熱運(yùn)動(dòng) 估算分子大小和數(shù)目 內(nèi)能及其變化 有關(guān)氣體實(shí)驗(yàn)定律和理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用等 高考題型有選擇題 填空題 實(shí)驗(yàn)和計(jì)算題形式 難度中等 本專題復(fù)習(xí)中要熟練掌握以下幾點(diǎn) 1 分子動(dòng)理論的基礎(chǔ)知識(shí) 2 用油膜法估測(cè)分子的大小 3 物體的內(nèi)能 熱與功的相關(guān)概念及熱力學(xué)第一定律 4 氣體實(shí)驗(yàn)定律和熱力學(xué)定律的綜合性問題 復(fù)習(xí)時(shí)要加深對(duì)氣體參量與力學(xué)部分關(guān)系的理解與應(yīng)用 特別是求氣體的壓強(qiáng) 2010湖北武漢模擬 已知地球的半徑為6 4 103km 水的摩爾質(zhì)量為1 8 10 2kg mol 阿伏加德羅常數(shù)為6 02 1023mol 設(shè)想將1kg水均勻地分布在地球表面 估算1cm2的地球表面上分布的水分子數(shù)目約為 a 7 103個(gè)b 7 103個(gè)c 7 1010個(gè)d 7 1012個(gè) 分子動(dòng)理論問題 本題考查阿伏加德羅常數(shù)的應(yīng)用 解答時(shí)先要算出1kg水總的分子數(shù) 再計(jì)算 1kg水的分子n 1cm2的分子數(shù)n n 7 106 其中s0 4 r2 故選b 本題通過計(jì)算1kg水的分子個(gè)數(shù) 體現(xiàn)固體 液體分子可看成緊密排列 忽略分子間空隙 而氣體不行 分子間距較大 對(duì)于固體 液體分子大小時(shí)常采用球模型 而氣體采用立方體模型 若以 表示水的摩爾質(zhì)量 v表示在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下水蒸氣的摩爾體積 r表示在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下水蒸氣的密度 na為阿伏加德羅常數(shù) m d分別表示每個(gè)水分子的質(zhì)量和體積 下面是四個(gè)關(guān)系式 其中正確的是 a 和 b 和 c 和 d 和 氣體分子間距離遠(yuǎn)大于分子大小 所以氣體的體積遠(yuǎn)大于所有氣體分子體積之和 所以 和 兩式錯(cuò)誤 和 正確 選b 2010 全國 圖14 1 1為兩分子系統(tǒng)的勢(shì)能ep與兩分子間距離r的關(guān)系曲線 下列說法正確的是 a 當(dāng)r大于r1時(shí) 分子間的作用力表現(xiàn)為引力b 當(dāng)r小于r1時(shí) 分子間的作用力表現(xiàn)為斥力c 當(dāng)r等于r2時(shí) 分子間的作用力為零d 在r由r1變到r2的過程中 分子間的作用力做負(fù)功 圖14 1 1 分子間距等于r0時(shí)分子勢(shì)能最小 即r1 r2 當(dāng)r小于r1時(shí)分子力表現(xiàn)為斥力 當(dāng)r大于r1小于r2時(shí)分子力表現(xiàn)為斥力 當(dāng)r大于r2時(shí)分子力表現(xiàn)為引力 a錯(cuò)bc對(duì) 在r由r1變到r2的過程中 分子斥力做正功分子勢(shì)能減小 d錯(cuò)誤 氣體狀態(tài)與內(nèi)能的變化 用隔板將一絕熱容器隔成a和b兩部分 a中盛有一定質(zhì)量的理想氣體 b為真空 如圖14 2 1 現(xiàn)把隔板抽去 a中的氣體自動(dòng)充滿整個(gè)容器 如圖14 2 1 這個(gè)過程稱為氣體的自由膨脹 下列說法正確的是 圖14 1 2 a 自由膨脹過程中 氣體分子只做定向運(yùn)動(dòng)b 自由膨脹前后 氣體的壓強(qiáng)不變c 自由膨脹前后 氣體的溫度不變d 容器中的氣體在足夠長的時(shí)間內(nèi) 能全部自動(dòng)回到a部分 本題的難點(diǎn)是什么是自由膨脹 它是一個(gè)特殊的過程 氣體自由膨脹時(shí)不受任何阻力 也沒和別的物質(zhì)接觸 所以對(duì)外界不做功 氣體分子永不停息做無規(guī)則運(yùn)動(dòng) 故a錯(cuò) 自由膨脹后 氣體對(duì)外做功w 0 容器絕熱 其熱傳遞能量q 0 由熱力學(xué)第一定律可知 其內(nèi)能不變 但由于膨脹 壓強(qiáng)減小 所以b錯(cuò) c正確 涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性 故d錯(cuò) 答案為c 本題涉及分子動(dòng)理論 熱力學(xué)第一定律等知識(shí) 考查了考生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解與掌握程度 2010 廣東 圖14 2 2是密閉的氣缸 外力推動(dòng)活塞p壓縮氣體 對(duì)缸內(nèi)氣體做功800j 同時(shí)氣體向外界放熱200j 缸內(nèi)氣體的 a 溫度升高 內(nèi)能增加600jb 溫度升高 內(nèi)能減少200jc 溫度降低 內(nèi)能增加600jd 溫度降低 內(nèi)能減少200j 圖14 2 2 由能量守恒 e q w 200j 800j 600j 內(nèi)能增加600j 則溫度一定升高 2009 江蘇 若一氣泡從湖底上升到湖面的過程中溫度保持不變 則在此過程中關(guān)于氣泡中的氣體 下列說法正確的是 a 氣體分子間的作用力增大b 氣體分子的平均速率增大c 氣體分子的平均動(dòng)能減小d 氣體組成的系統(tǒng)的熵增加 氣泡從湖底上升到湖面的過程中 溫度保持不變 內(nèi)能不變 氣體分子的平均動(dòng)能不變 b c錯(cuò)誤 上升時(shí)壓強(qiáng)減小 氣體分子間的作用力減小 故a錯(cuò)誤 體積增大無序性增加 d對(duì) 氣體壓強(qiáng)的理解與計(jì)算 圖14 3 1 如圖14 3 1所示 在光滑的水平面上放一質(zhì)量為m 內(nèi)外壁均光滑的氣缸 活塞質(zhì)量為m 橫截面積為s 外界大氣壓為p0 求 1 現(xiàn)對(duì)活塞施以水平向左的推力f 活塞與氣缸無相對(duì)滑動(dòng)時(shí) 氣缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為多大 2 若氣缸固定不動(dòng) 其他條件不變 則活塞的速度最大時(shí) 氣缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為多大 我們應(yīng)以活塞為受力分析的研究對(duì)象 氣缸內(nèi)氣體對(duì)活塞的壓力是其中之一 然后運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律與壓強(qiáng)的定義進(jìn)行求解 1 設(shè)穩(wěn)定時(shí)氣體與活塞具有共同的加速度a向左勻速運(yùn)動(dòng) 此時(shí)氣缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為p 對(duì)氣缸和活塞分別受力分析 如下圖所示 由牛頓第二定律列式得 氣缸 ps p0s ma 活塞 f p0s ps ma 由 兩式求解得 p p0 2 活塞的速度最大時(shí) 加速度為零 設(shè)此時(shí)氣缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為p1 則 活塞 p1s f p0s 求得 p1 p0 求解封閉的一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)時(shí) 有兩種方法 1 當(dāng)系統(tǒng)平衡時(shí) 可用平衡法求解 2 當(dāng)系統(tǒng)處于勻變速運(yùn)動(dòng)時(shí) 可用牛頓第二定律列式求解 2009 浙江自選模塊 一位質(zhì)量為60kg的同學(xué)為了表演 輕功 他用打氣筒給4只相同的氣球充以相等質(zhì)量的空氣 可視為理想氣體 然后將這4只氣球以相同的方式放在水平放置的木板上 在氣球的上方放置一輕質(zhì)塑料板 如圖14 3 2所示 圖14 3 2 1 關(guān)于氣球內(nèi)氣體的壓強(qiáng) 下列說法正確的是 a 大于大氣壓強(qiáng)b 是由于氣體重力而產(chǎn)生的c 是由于氣體分子之間的斥力而產(chǎn)生的d 是由于大量氣體分子的碰撞而產(chǎn)生的 2 在這位同學(xué)慢慢站上輕質(zhì)塑料板中間位置的過程中 球內(nèi)氣體溫度可視為不變 下列說法正確的是 a 球內(nèi)氣體體積變大b 球內(nèi)氣體體積變小c 球內(nèi)氣體內(nèi)能變大d 球內(nèi)氣體內(nèi)能不變 3 為了估算氣球內(nèi)氣體的壓強(qiáng) 這位同學(xué)在氣球的外表面涂上顏料 在輕質(zhì)塑料板面和氣球一側(cè)表面貼上間距為2 0cm的方格紙 表演結(jié)束后 留下氣球與方格紙接觸部分的 印跡 如圖14 3 4所示 若表演時(shí)大氣壓強(qiáng)為1 013 105pa 取g 10m s2 則氣球內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為多大 取4位有效數(shù)字 圖14 3 4 1 根據(jù)題意與氣體壓強(qiáng)的微觀解釋可知應(yīng)選ad 2 這位同學(xué)慢慢站上輕質(zhì)塑料板中間位置的過程中 氣球體積一定變小 又由于球內(nèi)氣體溫度可視為不變 則內(nèi)能不變 選bd 3 氣球內(nèi)氣體的壓強(qiáng)p p0 1 013 105pa 0 040 105pa 1 053105pa 氣體實(shí)驗(yàn)定律的圖象問題 圖14 4 1 一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)過一系列過程 如圖14 4 1所示 下列說法中正確的是 a a b過程中 氣體體積增大 壓強(qiáng)減小b b c過程中 氣體壓強(qiáng)不變 體積增大c c a過程中 氣體壓強(qiáng)增大 體積變小d c a過程中 氣體內(nèi)能增大 體積不變 本題考查了一定質(zhì)量的理想氣體的p t圖象 要明確在p t圖象中過原點(diǎn)的射線 是等容變化 且傾斜程度越大 體積越小 a b過程中 屬于等溫變化 從圖象中可得壓強(qiáng)減小 由 可知 k t不變 氣體體積增大 a正確 b c過程中 氣體壓強(qiáng)不變 體積減小 b錯(cuò)誤 c a過程中 氣體壓強(qiáng)增大 體積不變 溫度升高 內(nèi)能增大 所以c錯(cuò) d正確 答案 ad 圖象能直觀形象地體現(xiàn)物理量的變化情況 在p t p v和v t圖象中 不僅要熟悉基本知識(shí) 還要能掌握 應(yīng)用圖象分析氣體三個(gè)狀態(tài)參量的變化情況 尤其是第三者隱藏物理量的變化 同時(shí)結(jié)合理想氣體狀態(tài)方程 熱力學(xué)定律進(jìn)行求解 2010 金華模擬 一定質(zhì)量的理想氣體其狀態(tài)變化過程的p與v的關(guān)系如圖14 4 2所示 則該過程的p t圖象應(yīng)選 圖14 4 2 p v圖象 a b過程中 壓強(qiáng)增大 體積增大 溫度升高 在p t圖象 a圖表示體積不變 a錯(cuò) b圖表示溫度不變 則b錯(cuò)誤 由理想氣體狀態(tài)方程得 c 結(jié)合p與v的關(guān)系 v k1p 代入上式得 t kp2所以選c 氣體實(shí)驗(yàn)定律與理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用 如圖14 5 1所示 一定量理想氣體放在體積為v0的容器中 室溫為t0 300k 有一光滑導(dǎo)熱活塞c 不占體積 將容器分成a b兩室 b室的體積是a室的兩倍 a室容器上連接有一u形管 u形管內(nèi)氣體的體積忽略不計(jì) 兩邊水銀柱高度差為76cm 右室容器中連接有一閥門k 可與大氣相通 外界大氣壓等于76cm汞柱 求 1 將閥門k打開后 a室的體積變成多少 2 打開閥門k后將容器內(nèi)的氣體從300k分別加熱到400k和540k u形管內(nèi)兩邊水銀面的高度差各為多少 圖14 5 1 一定量的理想氣體滿足狀態(tài)方程 一定要分析初末狀態(tài)下的壓強(qiáng) 體積和溫度 變化中是否存在不變量 同時(shí)是否會(huì)出現(xiàn)臨界狀態(tài)或極限點(diǎn) 1 開始時(shí) pa0 2大氣壓 va0 v0 3打開閥門 a室氣體等溫變化 pa 1大氣壓 體積為va t2 540k時(shí) 水銀高度差為15 2cm 2 從t0 300k升到t 體積為v0 壓強(qiáng)為pa 等壓過程 t 450k t1 400k 450k pa1 pa p0 水銀柱的高度差為0從t 450k升高到t2 540k為等容過程 1 2大氣壓 pa2 540k時(shí) 水銀高度差為15 2cm 解答本題的關(guān)鍵是找準(zhǔn)氣體狀態(tài)參量變化中的不變量 更難的是判定何時(shí)出現(xiàn)臨界狀態(tài) 然后正確使用相應(yīng)的氣體實(shí)驗(yàn)定律 2009 上海 如圖14 5 2所示 粗細(xì)均勻的彎曲玻璃管a b兩端開口 管內(nèi)有一段水銀柱 右管內(nèi)氣體柱長為39cm 中管內(nèi)水銀面與管口a之間氣體柱長為40cm 先將口b封閉 再將左管豎直插入水銀槽中 設(shè)整個(gè)過