物理二輪復(fù)習(xí)專題十九-熱學(xué)綜合（教學(xué)案）

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精專題十九熱學(xué)綜合【2011考綱解讀】本考點(diǎn)的命題多集中分子動(dòng)理論、估算分子數(shù)目和大小、熱力學(xué)兩大定律的應(yīng)用、氣體狀態(tài)參量的意義及與熱力學(xué)第一定律的綜合，還有氣體實(shí)驗(yàn)定律和氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用及圖象表示氣體狀態(tài)的變化過程等知識(shí)點(diǎn)上，多以選擇題和填空題的形式出現(xiàn)；對(duì)熱學(xué)前面知識(shí)的考查往往在一題中容納更多的知識(shí)點(diǎn)，把熱學(xué)知識(shí)綜合在一起進(jìn)行考查，多以選擇題和填空題的形式出現(xiàn)；對(duì)后者的考查多以計(jì)算題的形式出現(xiàn)，著重考查熱學(xué)狀態(tài)方和的應(yīng)用．《物理課程新標(biāo)準(zhǔn)》在課程性質(zhì)中指出：“高中物理課程有助于學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)基本的物理知識(shí)與技能，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力，發(fā)展探索自然、理解自然的興趣與熱情"．近兩年來熱學(xué)考題中還涌現(xiàn)了許多對(duì)熱現(xiàn)象的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力考查的新情景試題．同時(shí)，本考點(diǎn)還可以與生活、生產(chǎn)的實(shí)際相聯(lián)來考查熱學(xué)知識(shí)在實(shí)際中的應(yīng)用．【高考預(yù)測】熱學(xué)是研究與溫度有關(guān)的熱現(xiàn)象的科學(xué).它是從兩方面來研究熱現(xiàn)象及其規(guī)律的，一是從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)即分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)來解釋與揭示熱學(xué)宏觀量及熱學(xué)規(guī)律的本質(zhì)；二是以觀測和實(shí)驗(yàn)事實(shí)為依據(jù)，尋求熱學(xué)參量間的關(guān)系及熱功轉(zhuǎn)換的關(guān)系。雖然熱學(xué)部分知識(shí)點(diǎn)較分散,大多屬于定性了解的內(nèi)容，并非重點(diǎn)內(nèi)容,不必要搞得過難，但要全面落實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，強(qiáng)調(diào)對(duì)基本概念、基本規(guī)律的理解，做到不留知識(shí)盲點(diǎn).對(duì)分子動(dòng)理論、熱傳遞和做功部分不能降低要求,對(duì)氣體的問題只要求知道氣體的壓強(qiáng)、體積、溫度之間的關(guān)系即eq\A(\F(p1V1，T1）=\F（p2V2,T2）)就可以了,不必進(jìn)行過難的計(jì)算，但可能出現(xiàn)定性綜合題。高頻考點(diǎn)主要有：（1）物質(zhì)是由大量分子組成的。阿伏加德羅常數(shù)。分子的熱運(yùn)動(dòng)、布朗運(yùn)動(dòng)。分子間的相互作用力(2）分子熱運(yùn)動(dòng).溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志。物體分子間的相互作用勢能.物體的內(nèi)能.（3）做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方式。熱量.能量守恒定律（4）氣體的體積、壓強(qiáng)、溫度間的關(guān)系（5）熱力學(xué)第一、二定律(6）氣體壓強(qiáng)的微觀意義【專題解讀】一。重要概念和規(guī)律1.分子動(dòng)理論物質(zhì)是由大量分子組成的；分子永不停息的做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)；分子間存在相互作用的引力和斥力。說明:（1）阿伏加德羅常量。它的聯(lián)系宏觀量和微觀量的橋梁，有很重要的意義；（2）布朗運(yùn)動(dòng)是指懸浮在液體(或氣體）里的固體微粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，不是分子本身的運(yùn)動(dòng)。它是由于液體（或氣體）分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)對(duì)固體微粒碰撞的不均勻所造成的.因此它間接反映了液體（或氣體）分子的無序運(yùn)動(dòng)。2.溫度溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的標(biāo)志.它是大量分子熱運(yùn)動(dòng)的平均效果的反映，具有統(tǒng)計(jì)的意義，對(duì)個(gè)別分子而言，溫度是沒有意義的。任何物體，當(dāng)它們的溫度相同時(shí)，物體內(nèi)分子的平均動(dòng)能都相同。由于不同物體的分子質(zhì)量不同，因而溫度相同時(shí)不同物體分子的平均速度并不一定相同。3。內(nèi)能定義:物體里所有分子做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢能的總和.決定因素：物體質(zhì)量（m）、溫度（T）、體積(V)。改變方式：做功–––通過宏觀機(jī)械運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)換；熱傳遞–––通過微觀的分子運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)物體與物體間或同一物體各部分間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。這兩種方式對(duì)改變內(nèi)能是等效的。定量關(guān)系:（熱力學(xué)第一定律）注意正負(fù)符號(hào)：外界對(duì)物體做功W>0，吸熱Q>0，內(nèi)能增加;反之則小于零。4。能量守恒定律能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體。必須注意:不消耗任何能量，不斷對(duì)外做功的機(jī)器（永動(dòng)機(jī))是不可能做成的。利用熱機(jī)，要把從燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成的內(nèi)能，全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能也是不可能的。5.熱力學(xué)第二定律從熱傳導(dǎo)的方向來描述:不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體,而不引起其他變化。從機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性來描述:不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化。6.氣體狀態(tài)參量描述一定質(zhì)量氣體的狀態(tài)參量為：溫度，氣體分子平均動(dòng)能的標(biāo)志.體積，氣體分子所占據(jù)的空間，許多情況下等于容器的容積。壓強(qiáng)，大量氣體分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)碰撞器壁所產(chǎn)生的，其大小等于單位時(shí)間內(nèi)、器壁單位面積上所受氣體分子碰撞的總沖量。內(nèi)能，氣體分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢能的總和，理想氣體的內(nèi)能僅與溫度有關(guān)。二。重要研究方法1.微觀統(tǒng)計(jì)平均熱學(xué)的研究對(duì)象是由大量分子組成的。其宏觀特性都是大量分子集體行為的反映.不可能也無必要像力學(xué)中那樣根據(jù)每個(gè)物體（每個(gè)分子）的受力情況，定出運(yùn)動(dòng)方程.熱學(xué)中的狀態(tài)參量和各種現(xiàn)象具有統(tǒng)計(jì)平均的意義.因此，當(dāng)大量分子處于無序運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或作無序排列時(shí)，所表現(xiàn)出來的宏觀特性––––如氣體分子對(duì)器壁的壓強(qiáng)、非晶體的物理屬性等都顯示出均勻性.當(dāng)大量分子作有序排列時(shí)，必顯示出不均勻性，如晶體的各向異性等。研究熱學(xué)現(xiàn)象時(shí)，必須充分領(lǐng)會(huì)這種統(tǒng)計(jì)平均觀點(diǎn)。2.能的轉(zhuǎn)化和守恒各種不同形式的能可能相互轉(zhuǎn)化，在轉(zhuǎn)化過程中總量保持不變。這是自然界中的一條重要規(guī)律。也是指導(dǎo)我們分析研究各種物理現(xiàn)象時(shí)的一種極為重要的思想方法。三、典型例題分析例1、利用阿伏加德羅常數(shù)，估算在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下相鄰氣體分子間的平均距離D。解:在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1mol任何氣體的體積都是，除以阿伏加德羅常數(shù)就得每個(gè)氣體分子平均占有的空間，該空間的大小是相鄰氣體分子間平均距離D的立方.，所以有，這個(gè)數(shù)值大約是分子直徑的10倍。因此水汽化后的體積大約是液體體積的1000倍。例2、下面關(guān)于分子力的說法中正確的有（）A.鐵絲很難被拉長，這一事實(shí)說明鐵絲分子間存在引力；B。水很難被壓縮,這一事實(shí)說明水分子間存在斥力；C。將打氣管的出口端封住，向下壓活塞,當(dāng)空氣被壓縮到一定程度后很難再壓縮，這一事實(shí)說明這時(shí)空氣分子間表現(xiàn)為斥力;D.磁鐵可以吸引鐵屑，這一事實(shí)說明分子間存在引力。解：A、B正確。無論怎樣壓縮，氣體分子間距離一定大于，所以氣體分子量一定表現(xiàn)為引力。空氣壓縮到一定程度很難再壓縮不是因?yàn)榉肿映饬Φ淖饔茫菤怏w分子頻繁撞擊活塞產(chǎn)生壓強(qiáng)的結(jié)果，應(yīng)該用壓強(qiáng)增大解釋，所以C不正確。磁鐵吸引鐵屑是磁場力的作用，不是分子力的作用,所以D也不正確。例3、下列說法中正確的是(）A.物體自由下落時(shí)速度增大，所以物體內(nèi)能也增大；B.物體的機(jī)械能為零時(shí)內(nèi)能也為零；C。物體的體積減小溫度不變時(shí)，物體內(nèi)能一定減小;D.氣體體積增大時(shí)氣體分子勢能一定增大。解：物體的機(jī)械能和內(nèi)能是兩個(gè)完全不同的概念。物體的動(dòng)能由物體的宏觀速率決定，而物體內(nèi)分子的動(dòng)能由分子熱運(yùn)動(dòng)的速率決定。分子動(dòng)能不可能為零（溫度不可能達(dá)到絕對(duì)零度），而物體的動(dòng)能可能為零，所以A、B不正確.物體體積減小時(shí)，分子間距離減小，但分子勢能不一定減小,例如將處于原長的彈簧壓縮，分子勢能將增大，所以C也不正確。由于氣體分子間距離一定大于,體積增大時(shí)分子間距離增大，分子力做負(fù)功，分子勢能增大，所以D正確.例4。下列說法中正確的是（）A。物體吸熱后溫度一定升高；B。物體溫度升高一定是因?yàn)槲樟藷崃?；C。0℃的冰化為0D.100℃的水變?yōu)?00解：吸熱后物體溫度不一定升高,例如冰融化為水或水沸騰時(shí)都需要吸熱，而溫度不變，這時(shí)吸熱后物體內(nèi)能的增加表現(xiàn)為分子勢能的增加，所以A不正確。做功也可以使物體溫度升高，例如用力多次來回彎曲鐵絲,彎曲點(diǎn)鐵絲的溫度明顯升高,這是做功增加了物體的內(nèi)能,使溫度上升，所以B不正確.冰化為水時(shí)要吸熱,內(nèi)能中的分子動(dòng)能不變，但分子勢能增加，因此內(nèi)能增加，所以C不正確.水沸騰時(shí)要吸熱，內(nèi)能中的分子動(dòng)能不變但分子勢能增加，所以內(nèi)能增大，D正確.1．2010·重慶·1５給旱區(qū)送水的消防車停于水平面,在緩緩放水的過程中,若車胎不漏氣,胎內(nèi)氣體溫度不變,不計(jì)分子勢能，則胎內(nèi)氣體A．從外界吸熱B。對(duì)外界做負(fù)功B.分子平均動(dòng)能減少D.內(nèi)能增加【答案】A【解析】胎內(nèi)氣體經(jīng)歷了一個(gè)溫度不變，壓強(qiáng)減小，體積增大的過程。溫度不變，分子平均動(dòng)能和內(nèi)能不變。體積增大氣體對(duì)外界做正功.根據(jù)熱力學(xué)第一定律氣體一定從外界吸熱.A正確2．2010·全國卷Ⅰ·19右圖為兩分子系統(tǒng)的勢能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【答案】BC【解析】分子間距等于r0時(shí)分子勢能最小，即r0=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能減小，D錯(cuò)誤。【命題意圖與考點(diǎn)定位】分子間距于分子力、分子勢能的關(guān)系3。2010·全國卷Ⅱ·16如圖，一絕熱容器被隔板K隔開a、b兩部分.已知a內(nèi)有一定量的稀薄氣體，b內(nèi)為真空，抽開隔板K后a內(nèi)氣體進(jìn)入b，最終達(dá)到平衡狀態(tài)。在此過程中A．氣體對(duì)外界做功,內(nèi)能減少B．氣體不做功,內(nèi)能不變C．氣體壓強(qiáng)變小,溫度降低D．氣體壓強(qiáng)變小，溫度不變4。2010·上海物理·14分子間的相互作用力由引力與斥力共同產(chǎn)生，并隨著分子間距的變化而變化,則（A）分子間引力隨分子間距的增大而增大（B）分子間斥力隨分子間距的減小而增大(C）分子間相互作用力隨分子間距的增大而增大（D）分子間相互作用力隨分子間距的減小而增大答案：B解析：根據(jù)分子力和分子間距離關(guān)系圖象，如圖，選B.本題考查分子間相互作用力隨分子間距的變化，圖象的理解.難度:中等.5。2010·上海物理·22如圖,上端開口的圓柱形氣缸豎直放置，截面積為，一定質(zhì)量的氣體被質(zhì)量為2.0kg的光滑活塞封閉在氣缸內(nèi),其壓強(qiáng)為____pa（大氣壓強(qiáng)取1.01*，g?。?若從初溫開始加熱氣體，使活塞離氣缸底部的高度由0。5m緩慢變?yōu)?.51m，則此時(shí)氣體的溫度為____℃.解析:，T2=306K，t2=33℃本題考查氣體實(shí)驗(yàn)定律。難度：易。6．2010·江蘇物理·12(A)（1）為了將空氣裝入氣瓶內(nèi),現(xiàn)將一定質(zhì)量的空氣等溫壓縮，空氣可視為理想氣體。下列圖象能正確表示該過程中空氣的壓強(qiáng)p和體積V關(guān)系的是▲。（2）在將空氣壓縮裝入氣瓶的過程中，溫度保持不變，外界做了24KJ的功?，F(xiàn)潛水員背著該氣瓶緩慢地潛入海底，若在此過程中,瓶中空氣的質(zhì)量保持不變，且放出了5KJ的熱量。在上述兩個(gè)過程中，空氣的內(nèi)能共減小▲KJ，空氣▲（選填“吸收"或“放出"）(3)已知潛水員在岸上和海底吸入空氣的密度分別為1.3kg/和2。1kg/，空氣的摩爾質(zhì)量為0.029kg/mol，阿伏伽德羅常數(shù)=6。02.若潛水員呼吸一次吸入2L空氣，試估算潛水員在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空氣的分子數(shù)。（結(jié)果保留一位有效數(shù)字）答案:7．2010·福建·28（1）1859年麥克斯韋從理論上推導(dǎo)出了氣體分子速率的分布規(guī)律，后來有許多實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一規(guī)律。若以橫坐標(biāo)表示分子速率，縱坐標(biāo)表示各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比。下面國幅圖中能正確表示某一溫度下氣體分子速率分布規(guī)律的是。（填選項(xiàng)前的字母）（2）如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體密封在絕熱（即與外界不發(fā)生熱交換）容器中,容器內(nèi)裝有一可以活動(dòng)的絕熱活塞.今對(duì)活塞施以一豎直向下的壓力F，使活塞緩慢向下移動(dòng)一段距離后，氣體的體積減小.若忽略活塞與容器壁間的摩擦力，則被密封的氣體。（填選項(xiàng)前的字母）A．溫度升高，壓強(qiáng)增大，內(nèi)能減少B．溫度降低，壓強(qiáng)增大,內(nèi)能減少C．溫度升高，壓強(qiáng)增大,內(nèi)能增加D．溫度降低，壓強(qiáng)減小，內(nèi)能增加答案:（1）D（2）C8。2010·上海物理·10如圖,玻璃管內(nèi)封閉了一段氣體，氣柱長度為，管內(nèi)外水銀面高度差為，若溫度保守不變，把玻璃管稍向上提起一段距離，則（A）均變大（B）均變?。–）變大變?。―）變小變大【解析】根據(jù)，變大，變小，根據(jù)，變大，選D。本題考查氣體狀態(tài)方程。難度：中等。9.2010·上海物理·17一定質(zhì)量理想氣體的狀態(tài)經(jīng)歷了如圖所示的、、、四個(gè)過程，其中的延長線通過原點(diǎn),垂直于且與水平軸平行，與平行,則氣體體積在(A）過程中不斷增加（B）過程中保持不變（C）過程中不斷增加（D）過程中保持不變【解析】首先，因?yàn)榈难娱L線通過原點(diǎn)，所以是等容線，即氣體體積在過程中保持不變，B正確；是等溫線，壓強(qiáng)減小則體積增大，A正確;是等壓線，溫度降低則體積減小，C錯(cuò)誤；連接ao交cd于e，則ae是等容線,即，因?yàn)?所以，所以過程中體積不是保持不變，D錯(cuò)誤；本題選AB。本題考查氣體的圖象的理解.難度：中等。對(duì)D，需要作輔助線,較難。10．2010·海南物理·17(1)下列說法正確的是（A）當(dāng)一定質(zhì)量的氣體吸熱時(shí)，其內(nèi)能可能減小(B)玻璃、石墨和金剛石都是晶體,木炭是非晶體(C)單晶體有固定的熔點(diǎn)，多晶體和非晶體沒有固定的熔點(diǎn)（D）當(dāng)液體與大氣相接觸時(shí)，液體表面層內(nèi)的分子所受其它分子作用力的合力總是指向液體內(nèi)部(E)氣體分子單位時(shí)間內(nèi)與單位面積器壁碰撞的次數(shù)，與單位體積內(nèi)氣體的分子數(shù)和氣體溫度有關(guān)【答案】ADE【解析】一定質(zhì)量的氣體吸熱時(shí)，如果同時(shí)對(duì)外做功，且做的功大于吸收的熱量，則內(nèi)能減小，（A)正確;玻璃是非晶體，（B)錯(cuò);多晶體也有固定的熔點(diǎn),（C)錯(cuò)；液體表面層內(nèi)的分子液體內(nèi)部分子間距離的密度都大于大氣，因此分子力的合力指向液體內(nèi)部,(D）正確；氣體分子單位時(shí)間內(nèi)與單位面積器壁碰撞的次數(shù)，決定氣體的壓強(qiáng)，因此與單位體積內(nèi)分子數(shù)和氣體的溫度有關(guān)，（E)對(duì)。（2)（8分)如右圖，體積為V、內(nèi)壁光滑的圓柱形導(dǎo)熱氣缸頂部有一質(zhì)量和厚度均可忽略的活塞；氣缸內(nèi)密封有溫度