备战2020高考物理专题13 选修3-3《热学》
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单元质检十三热学(选修3-3)(时间:45分钟满分:100分)一、选择题(本题共6小题,每小题7分,共42分。
每小题选对1个得2分,选对2个得4分,选对3个得7分;每选错1个扣4分,最低得分为0分)1.(多选)(2019·重庆市4月调研)表中数据是某地区1~6月份气温与气压的对照表:()6月份与1月份相比较,下列说法正确的是()A.空气中每个气体分子无规则热运动速度加快了B.空气中气体分子的平均动能增加了C.单位时间内空气分子对地面单位面积的撞击次数增加了D.单位时间内空气分子对地面单位面积的撞击次数减少了E.速率大的空气分子比例较多2.(多选)(2019·山东滨州二模)下列说法正确的是()A.蔗糖受潮后粘在一起形成糖块,粘在一起的糖块是非晶体B.固体可以分为晶体和非晶体两类,有些晶体在不同方向上的导热性能不同C.有的物质在不同的条件下能够生成不同的晶体,是因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布D.在合适的条件下,某些晶体可以转化为非晶体,某些非晶体也可以转化为晶体E.在熔化过程中,晶体要吸收热量,但温度保持不变,内能也保持不变3.(多选)(2019·安徽淮南二模)下列说法中正确的是()A.水与酒精混合后的总体积小于混合前两者体积之和,说明水与酒精分子间均存在间隙B.在一锅水中撒一些胡椒粉,加热一段时间后发现水中的胡椒粉在不停翻滚,说明温度越高,布朗运动越剧烈C.某些细小的昆虫能够在水面上自由运动而不下沉,说明水的表面具有张力作用D.冰块打碎后具有各种不同的形状,说明冰不是晶体E.当人们感觉到很潮湿时,空气的相对湿度一定很大4.(多选)(2019·山东济南二模)下列说法正确的是()A.液体表面层内分子间的相互作用力表现为引力B.松香在熔化过程中温度不变,分子平均动能不变C.若一定质量的理想气体被压缩且吸收热量,则压强一定增大D.布朗运动就是分子的运动E.自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的5.(多选)(2019·重庆二模)一定质量的理想气体由状态A经状态B变化到状态C的p-V图象如图所示。
2020年高考物理选修3-3热学真题集锦1.(2020·天津)水枪是孩子们喜爱的玩具,常见的气压式水枪储水罐示意如图。
从储水罐充气口充入气体,达到一定压强后,关闭充气口。
扣动扳机将阀门M打开,水即从枪口喷出。
若在不断喷出的过程中,罐内气体温度始终保持不变,则气体()A. 压强变大B. 对外界做功C. 对外界放热D. 分子平均动能变大2.(2020·山东·新高考Ⅰ)一定质量的理想气体从状态a开始,经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a,其p-V图像如图所示。
已知三个状态的坐标分别为a(V0,2p0)、b(2V0,p0)、c(3V0,2p0)以下判断正确的是()A. 气体在a→b过程中对外界做的功小于在b→c过程中对外界做的功B. 气体在a→b过程中从外界吸收的热量大于在b→c过程中从外界吸收的热量C. 在c→a过程中,外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量D. 气体在c→a过程中内能的减少量大于b→c过程中内能的增加量3.(2020·新课标Ⅲ)(1)如图,一开口向上的导热气缸内。
用活塞封闭了一定质量的理想气体,活塞与气缸壁间无摩擦。
现用外力作用在活塞上。
使其缓慢下降。
环境温度保持不变,系统始终处于平衡状态。
在活塞下降过程中()A.气体体积逐渐减小,内能增知B.气体压强逐渐增大,内能不变C.气体压强逐渐增大,放出热量D.外界对气体做功,气体内能不变E.外界对气体做功,气体吸收热量(2)如图,两侧粗细均匀、横截面积相等、高度均为H=18cm的U型管,左管上端封闭,右管上端开口。
右管中有高h0= 4cm的水银柱,水银柱上表面离管口的距离l= 12cm。
管底水平段的体积可忽略。
环境温度为T1=283K。
大气压强p0 =76cmHg。
(i)现从右侧端口缓慢注入水银(与原水银柱之间无气隙),恰好使水银柱下端到达右管底部。
此时水银柱的高度为多少?(ii)再将左管中密封气体缓慢加热,使水银柱上表面恰与右管口平齐,此时密封气体的温度为多少?4.(2020·山东·新高考Ⅰ)中医拔罐的物理原理是利用玻璃罐内外的气压差使罐吸附在人体穴位上,进而治疗某些疾病。
第一章分子动理论1、物质是由大量分子组成的(1)单分子油膜法测量分子直径(2)1mol任何物质含有的微粒数相同N A=6.02x1023mol-1(3)对微观量的估算:分子的两种模型:球形和立方体(固体液体通常看成球形,空气分子占据的空间看成立方体)利用阿伏伽德罗常数联系宏观量与微观量Ⅰ.微观量:分子体积V0、分子直径d、分子质量m0.Ⅱ.宏观量:物体的体积V、摩尔体积V m,物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ.特别提醒:1、固体和液体分子都可看成是紧密堆集在一起的。
分子的体积V0=NA Vm ,仅适用于固体和液体,对气体不适用,仅估算了气体分子所占的空间。
2、对于气体分子,的值并非气体分子的大小,而是两个相邻的气体分子之间的平均距离.2、分子永不停息的做无规则的热运动(布朗运动 扩散现象)(1)扩散现象:不同物质能够彼此进入对方的现象,说明了物质分子在不停地运动,同时还说明分子间有空隙,温度越高扩散越快。
可以发生在固体、液体、气体任何两种物质之间(2)布朗运动:它是悬浮在液体(或气体)中的固体微粒的无规则运动,是在显微镜下观察到的。
①布朗运动的三个主要特点:永不停息地无规则运动;颗粒越小,布朗运动越明显;温度越高,布朗运动越明显。
②产生布朗运动的原因:它是由于液体分子无规则运动对固体微小颗粒各个方向撞击的不均匀性造成的。
③布朗运动间接地反映了液体分子的无规则运动,布朗运动、扩散现象都有力地说明物体内大量的分子都在永不停息地做无规则运动。
(3)热运动:分子的无规则运动与温度有关,简称热运动,温度越高,运动越剧烈3、分子间的相互作用力(1)分子间同时存在引力和斥力,两种力的合力又叫做分子力。
(2)分子之间的引力和斥力都随分子间距离增大而减小,随分子间距离的减小而增大。
但总是斥力变化得较快。
(3)图像:两条虚线分别表示斥力和引力;实线曲线表示引力和斥力的合力(即分子力)随距离变化的情况。
r0位置叫做平衡位置,r0的数量级为10-10m。
热学训练一解答热学计算题的基础知识1、热学计算题考查对象:一定质量的理想气体。
气体的研究对象一般为“一定质量”的“理想气体”。
理想气体具备以下特点:(1)气体分子本身无大小,可以认为是质点;(2)分子间的碰撞看成弹性碰撞,分子间除碰撞外不计分子间的相互作用力;(3)没有分子势能,只有分子动能,气体的热力学能(内能)是分子动能,只与温度有关;(4)满足三个实验定律和理想气体状态方程.2、近几年高考的热学计算题围绕理想气体的状态即体积、温度和压强的变化关系来考查,同时考查理想气体的内能变化与做功和热传递的关系。
3、描述理想气体状态的物理量:(1)体积V :气体没有固定的体积,气体的体积由容器决定,容器的体积就是气体的体积(注意:气体可以充满整个容器,只要容器连通,气体都能扩散到每个空间,所以气体体积是连通的容器的总体积)。
若气体体积不变,那么气体分子密度不变、外界对气体做功为零(或不做功);气体膨胀,体积增大,分子密度变小,对外做功;气体收缩,体积较小,分子密度增大,外界对气体做功。
(2)气体的温度:指气体的热力学温度,是气体平均动能的标志,同时也是内能的唯一决定因素(因为气体没有分子势能),温度越高,分子运动越激烈;(3)气体的压强:容器内气体压强处处相等,都是由于大量气体分子频繁撞击气壁产生的,与气体重力无关;两个容器只要有通道,气体分子可以自由流过,两个容器的压强一定相等;只要气体与大气相通,压强一定为大气压,气体和液体接触表面,压强相等。
液体的压强gh P ρ=,ρ表密度,g 表重力加速度,h 表液体的高度;对于水银来说,0P =76cmHG 代入上式刚好等于一个标准大气压;液体内部同一高度的地方,压强都相等;液体与气体相接触的地方压强也相等。
液体上部与大气相通,深为h 的地方压强gh P P ρ+=0。
固体的压强SF P =,F 表压力,S 表面积。
4、四个过程 指气体状态变化的四个过程:等温过程、等容过程、等压过程、绝热过程。
第十三章热学(选修3-3)第1讲分子动理论内能必备知识·自主排查一、分子动理论1.物体是由大量分子组成的(1)分子的大小①分子的直径(视为球模型):数量级为________ m;②分子的质量:数量级为10-26 kg.(2)阿伏加德罗常数①1 mol的任何物质都含有相同的粒子数.通常可取N A=________;②阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁.(3)热运动①分子的永不停息的________运动叫做热运动;②特点:分子的无规则运动和温度有关,温度越高,分子运动越激烈.2.分子永不停息地做无规则运动(1)扩散现象①定义:________物质能够彼此进入对方的现象;②实质:扩散现象并不是外界作用引起的,也不是化学反应的结果,而是由分子的无规则运动产生的物质迁移现象,温度________,扩散现象越明显.(2)布朗运动①定义:悬浮在液体中的________的永不停息的无规则运动;②实质:布朗运动反映了________的无规则运动;③特点:a.永不停息、________运动.b.颗粒越小,运动越________.c.温度越高,运动越________.(3)热运动:分子永不停息的____________叫作热运动.分子的无规则运动和温度有关,温度越高,分子无规则运动________.3.分子间的相互作用力(1)分子间同时存在相互作用的________和________.实际表现出的分子力是________和________的合力.(2)引力和斥力都随分子间距离的减小而________;随分子间距离的增大而__________;斥力比引力变化快.(3)分子力F与分子间距离r的关系(r0的数量级为10-10 m).距离分子力F F -r图象r=r0F引____F斥F=0r<r0F引____F斥F为斥力r>r0F引____F斥F为引力r>10r0F引=F斥=0F=0二、温度、内能1.温度:两个系统处于________时,它们必定具有某个共同的热学性质,把表征这一“共同热学性质”的物理量叫作温度.一切达到热平衡状态的系统都具有相同的温度.温度标志物体内部大量分子做无规则运动的________.2.摄氏温标和热力学温标单位规定关系摄氏温标(t)℃在标准大气压下,冰的熔点是______,水的______是100 ℃T=t+273.15 KΔT=Δt热力学温标(T)K零下________即为0 K3.分子的动能(1)分子动能是分子________所具有的动能.(2)分子热运动的平均动能是所有分子热运动的动能的平均值,温度是分子热运动的________的标志.(3)分子热运动的总动能是物体内所有分子热运动动能的________.4.分子的势能(1)意义:由于分子间存在着引力和斥力,所以分子具有由它们的________决定的能.(2)分子势能的决定因素:①微观上——决定于分子间距离和分子排列情况;取r→∞处为零势能处,分子势能E p 与分子间距离r的关系如图所示,当r=r0时分子势能最小.②宏观上——决定于________和状态.5.物体的内能(1)等于物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和,是状态量.对于给定的物体,其内能大小由物体的____________决定.(2)改变物体内能有两种方式:________________.,生活情境1.(1)秋风吹拂,树叶纷纷落下,属于分子的无规则运动.()(2)在箱子里放几块樟脑丸,过些日子一开箱就能闻到樟脑的气味,属于分子的无规则运动.()(3)烟囱里冒出的黑烟在空中飘荡是布朗运动.()(4)室内扫地时,在阳光照射下看见灰尘飞扬是布朗运动.()(5)水流速度越大,水分子的热运动越剧烈.()(6)水凝结成冰后,水分子的热运动停止.()(7)水的温度越高,水分子的热运动越剧烈.()(8)水的温度升高,每一个水分子的运动速率都会增大.()教材拓展2.[人教版选修3-3P7T2改编](多选)以下关于布朗运动的说法错误的是()A.布朗运动就是分子的无规则运动B.布朗运动证明,组成固体小颗粒的分子在做无规则运动C.一锅水中撒一点胡椒粉,加热时发现水中的胡椒粉在翻滚,这说明温度越高布朗运动越激烈D.在显微镜下可以观察到煤油中小粒灰尘的布朗运动,这说明煤油分子在做无规则运动E.扩散现象和布朗运动都证明分子在做永不停息的无规则运动3.[鲁科版教材·改编](多选)如图,用温度计测量质量已知的甲、乙、丙三杯水的温度,根据测量结果可以知道()A.甲杯中水的内能最少B.甲、乙杯中水的内能一样多C.丙杯中水分子的平均动能最大D.甲杯中水分子的平均动能小于乙杯中水分子的平均动能关键能力·分层突破考点一微观量的估算问题1.宏观量与微观量的关系(1)微观量:分子体积V0、分子直径d、分子质量m0.(2)宏观量:物体的体积V、摩尔体积V m、物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ.(3)关系①分子的质量:m0==.②分子的体积:V0==.③物体所含的分子数:N=·N A=·N A或N=·N A=·N A.2.两种模型(1)球体分子模型直径为d=(2)立方体分子模型边长为d=.跟进训练1.(多选)已知铜的摩尔质量为M kg/mol,铜的密度为ρ kg/m3,阿伏加德罗常数为N A mol -1.下列判断正确的是()A.1 kg铜所含的原子数为B.1 m3铜所含的原子数为C.1个铜原子的质量为kgD.1个铜原子的体积为m3E.1个铜原子的体积为2.很多轿车为了改善夜间行驶时的照明问题,在车灯的设计上选择了氙气灯,因为氙气灯灯光的亮度是普通灯灯光亮度的3倍,但是耗电量仅是普通灯的一半,氙气灯使用寿命则是普通灯的5倍,很多车主会选择含有氙气灯的汽车,若氙气充入灯头后的容积V=1.6 L,氙气密度ρ=6.0 kg/m3.已知氙气摩尔质量M=0.131 kg/mol,阿伏加德罗常数N A=6×1023 mol-1.试估算:(结果保留一位有效数字)(1)灯头中氙气分子的总个数N;(2)灯头中氙气分子间的平均距离.考点二布朗运动与分子热运动1.扩散现象:相互接触的物体分子彼此进入对方的现象.产生原因:分子永不停息地做无规则运动.2.扩散现象、布朗运动与热运动的比较:现象扩散现象布朗运动热运动活动主体分子微小固体颗粒分子区别分子的运动,发生在固体、液体、气体任何两种物质之间比分子大得多的微粒的运动,只能在液体、气体中发生分子的运动,不能通过光学显微镜直接观察到共同点①都是无规则运动;②都随温度的升高而更加激烈联系扩散现象、布朗运动都反映分子做无规则的热运动跟进训练3.(多选)关于扩散现象,下列说法正确的是()A.温度越高,扩散进行得越快B.扩散现象是不同物质间的一种化学反应C.扩散现象是由物质分子无规则运动产生的D.扩散现象在气体、液体和固体中都能发生E.液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的4.[2022·山西五市联考](多选)小张在显微镜下观察水中悬浮的细微粉笔末的运动.从A 点开始,他把粉笔末每隔20 s的位置记录在坐标纸上,依次得到B、C、D、…、J点,把这些点连线形成如图所示折线图,则关于该粉笔末的运动,下列说法正确的是()A.该折线图是粉笔末的运动轨迹B.粉笔末的无规则运动反映了水分子的无规则运动C.经过B点后10 s,粉笔末应该在BC的中点处D.粉笔末由B到C的平均速度小于C到D的平均速度E.若改变水的温度,再记录一张图,则仅从图上不能确定记录哪一张图时的温度高5.[2022·广东茂名一模]新型冠状病毒主要依靠呼吸道飞沫传播,在空气中含病毒飞沫微粒的运动取决于空气分子的不平衡碰撞,所以含病毒飞沫微粒所做的无规则运动属于________运动;空气分子间作用力F与分子间距离r的关系如图所示,r=r0时,F=0.相距较远的两个分子间距离减小到r0的过程中,分子势能______________(填“先减小后增大”“先增大后减小”“一直增大”或“一直减小”).考点三分子动能、分子势能和内能1.改变内能的方式2.分析物体内能问题的四点提醒(1)内能是对物体的大量分子而言的,不存在某个分子内能的说法.(2)内能的大小与温度、体积、分子数和物态等因素有关.(3)通过做功或热传递可以改变物体的内能.(4)温度是分子平均动能的标志,相同温度的任何物体,分子的平均动能相同.角度1分子力、分子势能与分子间距离的关系例1.分子间作用力F与分子间距r的关系如图所示,r=r1时,F=0.分子间势能由r决定,规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零.若一分子固定于原点O,另一分子从距O 点很远处向O点运动,在两分子间距减小到r2的过程中,势能________(填“减小”“不变”或“增大”);在间距由r2减小到r1的过程中,势能________(填“减小”“不变”或“增大”);在间距等于r1处,势能________(填“大于”“等于”或“小于”)零.解题心得:角度2物体的内能例2. (多选)下列说法中正确的是()A.物体自由下落时速度增大,所以物体内能也增大B.物体的机械能为零时内能也为零C.物体的体积减小温度不变时,物体内能不一定减小D.质量、温度、体积都相等的物体的内能不一定相等E.温度和质量都相同的氢气和氧气内能不相等解题心得:跟进训练6.(多选)两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动,直至不再靠近.在此过程中,下列说法正确的是()A.分子力先增大,后一直减小B.分子力先做正功,后做负功C.分子动能先增大,后减小D.分子势能先增大,后减小E.分子势能和动能之和不变7.(多选)1 g 100 ℃的水和1 g 100 ℃的水蒸气相比较,下列说法正确的是() A.分子的平均动能和分子的总动能都相同B.分子的平均动能相同,分子的总动能不同C.内能相同D.1 g 100 ℃的水的内能小于1 g 100 ℃的水蒸气的内能E.1 g 100 ℃的水和1 g 100 ℃的水蒸气的机械能可能相等考点四实验:用油膜法估测分子的大小●注意事项1.干净:实验用具要擦洗干净.2.适量:痱子粉和油酸的用量都不可太大,否则不易成功.3.适宜:油酸酒精溶液的浓度以小于0.1%为宜.4.水平、垂直:浅盘要水平放置,以便准确地画出薄膜的形状,画线时视线应与板面垂直.5.稳定:要待油膜形状稳定后再画轮廓.6.数格数:数出正方形的个数,不足半个的舍去,多于半个的算一个.●误差分析1.纯油酸体积的计算引起误差;2.油膜形状的画线误差;3.数格子法本身是一种估算的方法,自然会带来误差.跟进训练8.用油膜法估算分子大小的实验中,首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液,稀释的目的是_________________________________________________________________________________________________________________.实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积,可以________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________.为得到油酸分子的直径,还需测量的物理量是________.9.[2022·枣庄模拟](1)如图1所示的四个图反映“用油膜法估测分子的大小”实验中的四个步骤,将它们按操作先后顺序排列应是________(用符号表示).(2)在该实验中,油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL溶液中有1 mL油酸.用注射器测得1 mL上述溶液有100滴,把2滴该溶液滴入盛水的浅盘里,画出油膜的形状如图2所示,坐标格的正方形大小为20 mm×20 mm.可以估算出油膜的面积是________ m2,2滴油酸溶液中纯油酸的体积为________ m3,由此估算出油酸分子的直径是________ m(所有结果均保留两位有效数字).(3)某同学通过测量出的数据计算分子直径时,发现计算结果比实际值偏大,可能是由于________.A.油酸未完全散开B.油酸溶液浓度低于实际值C.计算油膜面积时,将所有不足一格的方格算作一格D.求每滴溶液体积时,1 mL的溶液的滴数多记了10滴第十三章热学(选修3-3)第1讲分子动理论内能必备知识·自主排查一、1.(1)①10-10(2)①6.02×1023(3)①无规则2.(1)①不同②越高(2)①小颗粒②液体分子③无规则明显激烈(3)无规则运动越剧烈3.(1)引力斥力引力斥力(2)增大减小(3)=<>二、1.热平衡剧烈程度2.0 ℃沸点273.15 ℃3.(1)热运动(2)平均动能(3)总和4.(1)相对位置(2)②体积5.(1)温度和体积(2)做功和热传递生活情境1.(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×(6)×(7)√(8)×教材拓展2.答案:ABC3.答案:AC关键能力·分层突破1.解析:因为铜的摩尔质量为M kg/mol,所以1 kg铜所含的原子数为,选项A正确;铜的密度为ρ kg/m3,1 m3铜的质量为ρ,1 m3铜所含有的原子数为N A,选项B错误;1摩尔铜原子的质量为M,则1个铜原子的质量为kg,选项C正确;可将铜原子看作球体模型,1摩尔铜原子的体积为V=,因此1个铜原子的体积为m3,选项D正确,E错误.答案:ACD2.解析:(1)设氙气的物质的量为n,则n=氙气分子的总数:N=N A=×6×1023≈4×1022个(2)每个分子所占的空间为V0=设分子间平均距离为a,则有V0=a3则a==m≈3×10-9 m.答案:(1)4×1022个(2)3×10-9 m3.解析:扩散现象是分子无规则热运动的反映,C正确、E错误;温度越高,分子热运动越激烈,扩散越快,A正确;气体、液体、固体的分子都在不停地进行着热运动,扩散现象在气体、液体和固体中都能发生,D正确;在扩散现象中,分子本身结构没有发生变化,不属于化学变化,B错误.答案:ACD4.解析:折线图是每隔20 s记录的粉笔末的位置的连线图,并非粉笔末的运动轨迹,A项错误;粉笔末的无规则运动反映了水分子的无规则运动,B项正确;由于布朗运动的无规则性,我们不能确定经过B点后10 s时粉笔末的具体位置,C项错误;由=,因为,t BC=t CD,所以D项正确;改变水的温度,显然能改变水分子热运动的剧烈程度,但并不能改变布朗运动的无规则性,则仅从图上不能确定记录哪一张图时的温度高,E项正确.答案:BDE5.解析:含病毒飞沫微粒的运动是由空气分子的不平衡碰撞造成的,所以是布朗运动.两个相距较远的分子间距离减小到r0的过程中,分子间的作用力表现为引力,分子力一直做正功,分子势能一直减小.答案:布朗一直减小例1解析:另一分子从距O点很远处向O点运动,在两分子间距减小到r2的过程中,分子间作用力表现为引力,故分子间作用力做正功,分子间势能减小;在两分子间距由r2减小到r1的过程中,分子间作用力仍然表现为引力,故分子间作用力做正功,分子间势能减小;在间距减小到等于r1之前,分子间势能一直减小,由于规定两分子相距无穷远时分子间势能为零,则在间距等于r1处,分子间势能小于零.答案:减小减小小于例2解析:物体的机械能和内能是两个完全不同的概念,物体的动能由物体的宏观速率决定,而物体内分子的动能由分子热运动的速率决定.分子动能不可能为零(温度不可能达到绝对零度),而物体的动能可能为零,所以A、B不正确;物体体积减小时,分子间距离减小,但分子势能可能增加,所以C正确;质量、温度、体积都相等的物体,如果是由不同物质组成,分子数不一定相同,因此,物体内能不一定相等,选项D正确;温度和质量都相同的氢气和氧气具有相同的分子平均动能,但由于分子数不相等,分子总动能不相等,分子势能也不相等,故其内能不相等,选项E正确.答案:CDE6.解析:分子力F与分子间距离r的关系是:当r<r0时F为斥力;当r=r0时F=0;当r>r0时F为引力.综上可知,当两分子由相距较远逐渐达到最近过程中分子力是先变大再变小后又变大,A项错误.分子力为引力时做正功,分子势能减小,分子力为斥力时做负功,分子势能增大,故B项正确,D项错误.因仅有分子力作用,故只有分子动能与分子势能之间发生转化,即分子势能减小时分子动能增大,分子势能增大时分子动能减小,其总和不变,C、E项均正确.答案:BCE7.解析:温度相同则它们的分子平均动能相同;又因为1 g水和1 g水蒸气的分子数相同,因而它们的分子总动能相同,A正确,B错误;当100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气时,分子间距离变大,分子力做负功,分子势能增加,该过程吸收热量,所以1 g 100 ℃的水的内能小于1 g 100 ℃的水蒸气的内能,C错误,D正确;机械能是指物体的动能和势能的总和,故1 g 100 ℃的水和1 g 100 ℃的水蒸气的机械能可以相等,故E正确.答案:ADE8.解析:本题考查了用油膜法估算分子大小的实验内容,突出了实验的操作、分析、探究能力的考查,体现了核心素养中科学探究、科学态度要素,体现了劳动实践、科学探索的价值观.用油膜法估算分子大小,是用油膜厚度代表油酸分子的直径,所以要使油酸分子在水面上形成单分子层油膜;因为一滴溶液的体积很小,不能准确测量,故需测量较多滴的油酸酒精溶液的总体积,再除以滴数得到一滴溶液的体积,进而得到一滴溶液中纯油酸的体积;因为本题中油酸体积等于厚度乘面积,故测厚度不仅需要测量一滴溶液的体积,还需要测量单分子层油膜的面积.答案:使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中,测出1 mL油酸酒精溶液的滴数,得到一滴溶液中纯油酸的体积单分子层油膜的面积9.解析:(1)“用油膜法估测分子的大小”实验步骤为配制油酸酒精溶液→测定一滴油酸酒精溶液的体积→准备浅水盘→形成油膜→描绘油膜边缘→测量油膜面积→计算分子直径,因此操作先后顺序排列应是dacb.(2)由图示油膜可知,小方格的个数为75.油膜的面积S=75×20 mm×20 mm=30 000 mm2=0.030 m2,2滴油酸溶液含纯油酸的体积为V=2×mL=2.0×10-5 mL=2.0×10-11 m3,油酸分子的直径为d==m≈6.7×10-10 m.(3)计算油酸分子直径的公式是d=,V是纯油酸的体积,S是油膜的面积.油酸未完全散开,S偏小,故得到的分子直径d将偏大,故A正确;如果测得油酸溶液浓度低于实际值,则油酸的实际体积偏小,则直径将偏小,故B错误;计算油膜面积时,将所有不足一格的方格算作一格时,S将偏大,故得到的分子直径将偏小,故C错误;求每滴溶液体积时,1 mL的溶液的滴数多记了10滴,由V1=mL可知,纯油酸的体积将偏小,则计算得到的分子直径将偏小,故D错误.答案:(1)dacb(2)0.030 2.0×10-11 6.7×10-10(3)A。
备战2020高考物理最全知识点分专题归纳总结专题13 选修3-3《热学》第一节分子动理论内能(实验:用油膜法估测分子的大小) 【基本概念、规律】一、分子动理论1.物体是由大量分子组成的(1)分子的大小①分子直径:数量级是10-10 m;②分子质量:数量级是10-26 kg;③测量方法:油膜法.(2)阿伏加德罗常数1 mol任何物质所含有的粒子数,N A=6.02×1023 mol-1.2.分子热运动一切物质的分子都在永不停息地做无规则运动.(1)扩散现象相互接触的不同物质彼此进入对方的现象.温度越高,扩散越快,可在固体、液体、气体中进行.(2)布朗运动悬浮在液体(或气体)中的微粒的无规则运动,微粒越小,温度越高,布朗运动越显著.3.分子力分子间同时存在引力和斥力,且都随分子间距离的增大而减小,随分子间距离的减小而增大,但总是斥力变化得较快.二、温度1.意义:宏观上表示物体的冷热程度(微观上标志物体中分子平均动能的大小).2.两种温标(1)摄氏温标和热力学温标的关系T=t+273.15_K.(2)绝对零度(0 K):是低温极限,只能接近不能达到,所以热力学温度无负值.三、内能1.分子动能(1)意义:分子动能是分子热运动所具有的动能;(2)分子平均动能所有分子动能的平均值.温度是分子平均动能的标志. 2.分子势能由分子间相对位置决定的能,在宏观上分子势能与物体体积有关,在微观上与分子间的距离有关.3.物体的内能(1)内能:物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和. (2)决定因素:温度、体积和物质的量. 【重要考点归纳】 考点一 微观量的估算1.微观量:分子体积V 0、分子直径d 、分子质量m 0.2.宏观量:物体的体积V 、摩尔体积V m 、物体的质量m 、摩尔质量M 、物体的密度ρ. 3.关系(1)分子的质量:m 0=M N A =ρV m N A .(2)分子的体积:V 0=V m N A =MρN A.(3)物体所含的分子数:N =V V m ·N A =m ρV m ·N A 或N =m M ·N A =ρVM ·N A .4.两种模型(1)球体模型直径为d =36V 0π. (2)立方体模型边长为d =3V 0.5.(1)固体和液体分子都可看成是紧密堆积在一起的.分子的体积V 0=V mN A,仅适用于固体和液体,对气体不适用.(2)对于气体分子,d =3V 0的值并非气体分子的大小,而是两个相邻的气体分子之间的平均距离.考点二 布朗运动与分子热运动不做布朗运动,但它本身的以及周围的分子仍在做热运动接观察到共同点都是永不停息的无规则运动,都随温度的升高而变得更加剧烈,都是肉眼所不能看见的联系布朗运动是由于小颗粒受到周围分子做热运动的撞击力而引起的,它是分子做无规则运动的反映特别提醒:(1)扩散现象直接反映了分子的无规则运动,并且可以发生在固体、液体、气体任何两种物质之间.(2)布朗运动不是分子的运动,是液体分子无规则运动的反映.考点三分子力、分子势能与分子间距离的关系一、分子力F、分子势能E p与分子间距离r的关系图线如图所示(取无穷远处分子势能E p=0)1.当r>r0时,分子力为引力,当r增大时,分子力做负功,分子势能增加.2.当r<r0时,分子力为斥力,当r减小时,分子力做负功,分子势能增加.3.当r=r0时,分子势能最小.二、判断分子势能变化的两种方法(1)根据分子力做功判断.分子力做正功,分子势能减小;分子力做负功,分子势能增加.(2)利用分子势能与分子间距离的关系图线判断.但要注意此图线和分子力与分子间距离的关系图线形状虽然相似但意义不同,不要混淆.考点四物体的内能1.物体的内能与机械能的比较内能机械能定义物体中所有分子热运动动能与分子势能的总和物体的动能、重力势能和弹性势能的统称决定因素与物体的温度、体积、物态和分子数有关跟宏观运动状态、参考系和零势能点的选取有关量值任何物体都有内能可以为零2.3.(1)内能是对物体的大量分子而言的,不存在某个分子内能的说法.(2)决定内能大小的因素为温度、体积、分子数,还与物态有关系.(3)通过做功或热传递可以改变物体的内能.(4)温度是分子平均动能的标志,相同温度的任何物体,分子的平均动能相同.考点五实验:用油膜法估测分子的大小1.实验原理利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜,将油酸分子看做球形,测出一定体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积,用d=VS计算出油膜的厚度,其中V为一滴油酸溶液中所含油酸的体积,S为油膜面积,这个厚度就近似等于油酸分子的直径.2.实验步骤(1)取1 mL(1 cm3)的油酸溶于酒精中,制成N mL的油酸酒精溶液,则油酸的纯度为1N.(2)往边长为30~40 cm的浅盘中倒入约2 cm深的水,然后将痱子粉(或细石膏粉)均匀地撒在水面上.(3)用滴管(或注射器)向量筒中滴入n滴配制好的油酸酒精溶液,使这些溶液的体积恰好为1 mL ,算出每滴油酸酒精溶液的体积V 0=1nmL.(4)用滴管(或注射器)向水面中央滴入一滴配制好的油酸酒精溶液,油酸就在水面上慢慢散开,形成单分子油膜.(5)待油酸薄膜形状稳定后,将一块较大的玻璃板盖在浅盘上,用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上.(6)将玻璃板取出放在坐标纸上,算出油酸薄膜的面积S .3.数据处理(1)计算一滴溶液中油酸的体积:V =1Nn (mL).(2)计算油膜的面积:利用坐标纸求油膜面积时,以边长为1 cm 的正方形为单位,计算轮廓内正方形的个数,不足半个的舍去,大于半个的算一个.(3)计算油酸的分子直径: d =VS(注意单位统一).【思想方法与技巧】用统计规律理解温度的概念1.对微观世界的理解离不开统计的观点.单个分子的运动是不规则的,但大量分子的运动是有规律的,如对大量气体分子来说,朝各个方向运动的分子数目相等,且分子的速率按照一定的规律分布.宏观物理量与微观物理量的统计平均值是相联系的,如温度是分子热运动平均动能的标志.但要注意:统计规律的适用对象是大量的微观粒子,若对“单个分子”谈温度是毫无意义的.第二节 固体、液体和气体【基本概念、规律】一、固体1.分类:固体分为晶体和非晶体两类.晶体分单晶体和多晶体.2.晶体与非晶体的比较二、液体1.液体的表面张力(1)作用:液体的表面张力使液面具有收缩的趋势.(2)方向:表面张力跟液面相切,跟这部分液面的分界线垂直.(3)大小:液体的温度越高,表面张力越小;液体中溶有杂质时,表面张力变小;液体的密度越大,表面张力越大.2.液晶的物理性质(1)具有液体的流动性.(2)具有晶体的光学各向异性.(3)在某个方向上看,其分子排列比较整齐,但从另一方向看,分子的排列是杂乱无章的.三、饱和汽湿度1.饱和汽与未饱和汽(1)饱和汽:与液体处于动态平衡的蒸汽.(2)未饱和汽:没有达到饱和状态的蒸汽.2.饱和汽压(1)定义:饱和汽所具有的压强.(2)特点:液体的饱和汽压与温度有关,温度越高,饱和汽压越大,且饱和汽压与饱和汽的体积无关.3.湿度(1)绝对湿度:空气中所含水蒸气的压强.(2)相对湿度:空气的绝对湿度与同一温度下水的饱和汽压之比.(3)相对湿度公式相对湿度=水蒸气的实际压强同温度水的饱和汽压(B =pp s ×100%).四、气体1.气体分子运动的特点(1)气体分子间距较大,分子力可以忽略,因此分子间除碰撞外不受其他力的作用,故气体能充满它能达到的整个空间.(2)分子做无规则的运动,速率有大有小,且时刻变化,大量分子的速率按“中间多,两头少”的规律分布.(3)温度升高时,速率小的分子数减少,速率大的分子数增加,分子的平均速率将增大,但速率分布规律不变.2.气体实验三定律五、理想气体状态方程 1.理想气体(1)宏观上讲,理想气体是指在任何温度、任何压强下始终遵从气体实验定律的气体.实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下,可视为理想气体.(2)微观上讲,理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力,分子本身没有体积,即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间.2.理想气体的状态方程(1)内容:一定质量的某种理想气体发生状态变化时,压强跟体积的乘积与热力学温度的比值保持不变.(2)公式:p 1V 1T 1=p 2V 2T 2或pV T=C (C 是与p 、V 、T 无关的常量).【重要考点归纳】考点一 固体和液体的性质 1.晶体和非晶体(1)单晶体具有各向异性,但不是在各种物理性质上都表现出各向异性.(2)只要是具有各向异性的物体必定是晶体,且是单晶体.(3)只要是具有确定熔点的物体必定是晶体,反之,必是非晶体.2.液体表面张力(1)形成原因:表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大,分子间的相互作用力表现为引力.(2)表面特性:表面层分子间的引力使液面产生了表面张力,使液体表面好像一层绷紧的弹性薄膜,分子势能大于液体内部的分子势能.(3)表面张力的方向:和液面相切,垂直于液面上的各条分界线.(4)表面张力的效果:表面张力使液体表面具有收缩趋势,使液体表面积趋于最小,而在体积相同的条件下,球形的表面积最小.(5)表面张力的大小:跟边界线的长度、液体的种类、温度都有关系.考点二气体压强的产生与计算1.产生的原因由于大量分子无规则地运动而碰撞器壁,形成对器壁各处均匀、持续的压力,作用在器壁单位面积上的压力叫做气体的压强.2.决定因素(1)宏观上:决定于气体的温度和体积.(2)微观上:决定于分子的平均动能和分子的密集程度.3.平衡状态下气体压强的求法(1)液片法:选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象,分析液片两侧受力情况,建立平衡方程,消去面积,得到液片两侧压强相等方程,求得气体的压强.(2)力平衡法:选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析,得到液柱(或活塞)的受力平衡方程,求得气体的压强.(3)等压面法:在连通器中,同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等.4.加速运动系统中封闭气体压强的求法1.选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象,进行受力分析,利用牛顿第二定律列方程求解.考点三气体状态变化的图象问题p -1Vp =CT 1V ,斜率k =CT ,即斜率越大,温度越高等容 过程 p -Tp =C V T ,斜率k =C V ,即斜率越大,体积越小 等压 过程V -TV =C p T ,斜率k =C p ,即斜率越大,压强越小2.气体状态变化图象的应用技巧(1)求解气体状态变化的图象问题,应当明确图象上的点表示一定质量的理想气体的一个平衡状态,它对应着三个状态参量;图象上的某一条直线段或曲线段表示一定质量的理想气体状态变化的一个过程.(2)在V -T 图象(或p -T 图象)中,比较两个状态的压强(或体积)大小,可以比较这两个状态到原点连线的斜率的大小,其规律是:斜率越大,压强(或体积)越小;斜率越小,压强(或体积)越大.考点四 理想气体状态方程与实验定律的应用 1.理想气体状态方程与气体实验定律的关系p 1V 1T 1=p 2V 2T 2⎩⎪⎨⎪⎧温度不变:p 1V 1=p 2V 2玻意耳定律体积不变:p 1T 1=p 2T 2查理定律压强不变:V 1T 1=V 2T2盖—吕萨克定律2.几个重要的推论(1)查理定律的推论:Δp =p 1T 1ΔT(2)盖—吕萨克定律的推论:ΔV =V 1T 1ΔT(3)理想气体状态方程的推论:p 0V 0T 0=p 1V 1T 1+p 2V 2T 2+……3.应用状态方程或实验定律解题的一般步骤 (1)明确研究对象,即某一定质量的理想气体;(2)确定气体在始末状态的参量p 1、V 1、T 1及p 2、V 2、T 2; (3)由状态方程或实验定律列式求解; (4)讨论结果的合理性.【思想方法与技巧】“两部分气”问题的求解技巧解决此类问题的一般思路(1)每一部分气体分别作为研究对象;(2)分析每部分气体的初、末状态参量,判定遵守的定律;(3)列出气体实验定律或状态方程;(4)列出两部分气体初、末状态各参量之间的关系方程;(5)联立方程组求解.第三节热力学定律与能量守恒【基本概念、规律】一、热力学第一定律和能量守恒定律1.改变物体内能的两种方式(1)做功;(2)热传递.2.热力学第一定律(1)内容:一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和.(2)表达式:ΔU=Q+W3.能的转化和守恒定律(1)内容:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化或转移的过程中,能量的总量保持不变.(2)第一类永动机:违背能量守恒定律的机器被称为第一类永动机.它是不可能制成的.二、热力学第二定律1.常见的两种表述(1)克劳修斯表述:热量不能自发地从低温物体传到高温物体.(2)开尔文表述:不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响.2.第二类永动机:违背宏观热现象方向性的机器被称为第二类永动机.这类永动机不违背能量守恒定律,但它违背了热力学第二定律,也是不可能制成的.【重要考点归纳】考点一对热力学第一定律的理解及应用1.热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的,而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系.2.对公式ΔU=Q+W符号的规定符号W QΔU+外界对物体做功物体吸收热量内能增加-物体对外界做功物体放出热量内能减少3.(1)若过程是绝热的,则Q=0,W=ΔU,外界对物体做的功等于物体内能的增加量.(2)若过程中不做功,即W=0,则Q=ΔU,物体吸收的热量等于物体内能的增加量.(3)若过程的始末状态物体的内能不变,即ΔU=0,则W+Q=0或W=-Q.外界对物体做的功等于物体放出的热量.特别提醒:(1)做功与热传递在改变内能的效果上是相同的,但是从运动形式、能量转化的角度上看是不同的:做功是其他形式的运动和热运动的转化,是其他形式的能与内能之间的转化;而热传递则是热运动的转移,是内能的转移.(2)气体向真空中膨胀不做功.(3做功看体积:体积增大,气体对外做功,W为负;体积缩小,外界对气体做功,W为正.(4)与外界绝热,则不发生热传递,此时Q=0.(5)由于理想气体没有分子势能,所以当它的内能变化时,主要体现在分子动能的变化上,从宏观上看就是温度发生了变化.考点二对热力学第二定律的理解1.在热力学第二定律的表述中,“自发地”、“不产生其他影响”的涵义(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性,不需要借助外界提供能量的帮助.(2)“不产生其他影响”的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成,对周围环境不产生热力学方面的影响.如吸热、放热、做功等.2.热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述,都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性,进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性.特别提醒:热量不可能自发地从低温物体传到高温物体,但在有外界影响的条件下,热量可以从低温物体传到高温物体,如电冰箱;在引起其他变化的条件下内能也可以全部转化为机械能,如气体的等温膨胀过程.3.两类永动机的比较第一类永动机第二类永动机不需要任何动力或燃料,却从单一热源吸收热量,使之完全变能不断地对外做功的机器 成功,而不产生其他影响的机器 违背能量守恒定律,不可能制成 不违背能量守恒定律,但违背热力学第二定律,不可能制成4.能量守恒的过程都能实现.热量Q 能自发传给热量Q 不能自发传给 低温物体 (1)高温物体能自发地完全转化为不能自发地完全转化为 热量 (2)功(3)气体体积V 1能自发膨胀到不能自发收缩到气体体积V 2(较大) (4)不同气体A 和B 能自发混合成不能自发分离成混合气体AB【思想方法与技巧】气态方程与热力学第一定律的综合应用对于一定质量的理想气体,状态发生变化时,必然要涉及做功、热传递、内能的变化,利用气态方程(或实验定律)与热力学第一定律解决这类问题的一般思路如下:pV T =C ⇌⎩⎨⎧⎭⎬⎫V ⇌ΔV ⇌W T ⇌ΔT ⇌ΔU ⇌ΔU =Q +W .。