2019届二轮复习热学课件（共54张）（江苏专用） 54页

第 1 讲　热　学 专题八 　 选考部分 (3-3 　 3-4) 内容索引 高考题型 1 　热学基本知识 高考题型 2 　微观量的估算 高考题型 3 　气体实验定律的应用 高考题型 4 　热学中的综合问题 热学基本知识 高考题型 1 1. 分子动理论 (1) 分子大小 ① 阿伏加德罗常数： N A ＝ 6.02 × 10 23 mol － 1 . (2) 分子热运动的实验基础：扩散现象和布朗运动 . ① 扩散现象特点：温度越高，扩散越快 . ② 布朗运动特点：固体小颗粒永不停息、无规则的运动，颗粒越小、温度越高，运动越剧烈 . (3) 分子间的相互作用力和分子势能 ① 分子力：分子间引力与斥力的合力 . 分子间距离增大，引力和斥力均减小；分子间距离减小，引力和斥力均增大，但斥力总比引力变化的快 . ② 分子势能：分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增大；当分子间距为 r 0 ( 分子间的距离为 r 0 时，分子间作用力的合力为 0) 时，分子势能最小 . 2. 固体和液体 (1) 晶体和非晶体的分子结构不同，表现出的物理性质不同 . 晶体具有确定的熔点 . 单晶体表现出各向异性，多晶体和非晶体表现出各向同性 . 晶体和非晶体在适当的条件下可以相互转化 . (2) 液晶是一种特殊的物质状态，所处的状态介于固态和液态之间 . 液晶具有流动性，在光学、电学物理性质上表现出各向异性 . (3) 液体的表面张力使液体表面具有收缩到最小的趋势，表面张力的方向跟液面相切 . 3. 分子热运动速率的统计分布规律 在一定状态下，气体大多数分子的速率在某个值附近，速率离这个值越远，具有这种速率的分子就越少，即气体分子速率总体上呈现出 “ 中间多，两头少 ” 的分布特征 . 4. 饱和汽和饱和汽压 与液体处于动态平衡的蒸汽叫做饱和汽；没有达到饱和状态的蒸汽叫做未饱和汽 . 在一定温度下，饱和汽的分子数密度是一定的，因而饱和汽的压强也是一定的，这个压强叫做这种液体的饱和汽压，饱和汽压随温度升高而增大 . 例 1 　 (2018· 江苏单科 ·12 A(1)(2))(1) 如图 1 所示，一支温度计的玻璃泡外包着纱布，纱布的下端浸在水中 . 纱布中的水在蒸发时带走热量，使温度计示数低于周围空气温度 . 空气温度不变，若一段时间后发现该温度计示数减小，则 ____. A. 空气的相对湿度减小 B. 空气中水蒸气的压强增大 C. 空气中水的饱和汽压减小 D. 空气中水的饱和汽压 增大 A 答案 解析 图 1 解析　 温度计示数减小说明水在蒸发，是因为空气中的相对湿度减小了， A 对 . 水的饱和汽压与温度有关，温度不变，水的饱和汽压不变， C 、 D 错 . 温度不变，水的饱和汽压不变，空气的相对湿度减小，所以空气中水蒸气的压强减小， B 错 . (2) 一定量的氧气贮存在密封容器中，在 T 1 和 T 2 温度下其分子速率分布的情况见下表 . 则 T 1 _______( 选填 “ 大于 ”“ 小于 ” 或 “ 等于 ” ) T 2 . 若约 10% 的氧气从容器中泄漏，泄漏前后容器内温度均为 T 1 ，则在泄漏后的容器中，速率处于 400 ～ 500 m/s 区间的氧气分子数占总分子数的百分比 _______( 选填 “ 大于 ”“ 小于 ” 或 “ 等于 ” )18.6%. 答案 解析 大于 等于   各速率区间的分子数占总分子数的百分比 /% 温度 T 1 温度 T 2 100 以下 0.7 1.4 100 ～ 200 5.4 8.1 200 ～ 300 11.9 17.0 300 ～ 400 17.4 21.4 400 ～ 500 18.6 20.4 500 ～ 600 16.7 15.1 600 ～ 700 12.9 9.2 700 ～ 800 7.9 4.5 800 ～ 900 4.6 2.0 900 以上 3.9 0.9 解析　 温度 升高，速率大的分子比例较大，故 T 1 > T 2 . 温度一定，气体分子速率分布情况不变，故泄漏前后速率处于 400 ～ 500 m/s 区间的氧气分子数占总分子数的百分比保持不变 . 拓展训练 1 　 ( 多选 )(2018· 扬州市一模 ) 对热现象的认识和应用，下列说法正确的是 A. 晶体的导热性能一定是各向异性 B. 空气相对湿度越大时，暴露在空气中的水蒸发得越慢 C. 要在纯净的半导体材料中掺入其他元素，可在高温条件下利用分子 的 扩散 来完成 D. “ 油膜法估测分子大小 ” 的实验中，估算油酸分子直径用的是油酸 酒 精 溶液的体积除以油 √ √ 答案 解析 解析 　 单晶体具有各向异性，多晶体具有各向同性，故 A 错误 ； 空气 相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近饱和汽压，暴露在空气中的水蒸发得越慢，故 B 正确 ； 固体 也能扩散，生产半导体器件时，需要在纯净的半导体材料中掺入其他元素，可以在高温条件下利用分子的扩散来完成，故 C 正确 ； “ 油膜法估测分子大小 ” 的实验中，估算油酸分子直径用的是纯油酸的体积除以油膜的面积，故 D 错误 . A. 甲图是用油膜法测分子直径的示意图，认为油酸薄膜厚度等于油酸 分 子 直径 B. 乙图是溴蒸气的扩散实验，若温度升高，则扩散的速度加快 C. 丙图是模拟气体压强产生机理的实验，说明气体压强是由气体重力 引 起 的 D. 丁图是蜂蜡涂在单层云母片上的融化实验，说明云母晶体的导热性 能 具有 各向同性 拓展训练 2 　 ( 多选 )(2018· 常州市一模 ) 对于图 2 中各实验，说法正确的有 √ √ 图 2 答案 解析 解析　 在测量油酸分子的直径时，将油酸分子看成球形分子，并且把油膜看成单分子油膜，此时油酸薄膜厚度等于油酸分子直径，故 A 正确 ； 在 研究溴蒸气的扩散实验时，若温度越高，则分子的运动越激烈，所以扩散的速度加快 . 故 B 正确 ； 题 图丙是模拟气体压强产生机理的实验，说明气体压强是气体分子频繁碰撞容器壁产生的，故 C 错误 ； 题 图丁蜂蜡融化后的形状是椭圆，则说明云母晶体的导热性能具有各向异性，故 D 错误 . 拓展训练 3 　 (2018· 苏锡常镇一调 )(1) 下列说法中正确的是 _____. A. 悬浮在液体中足够小的微粒，受到来自各个方向的液体分子撞击的 不 平衡 使微粒的运动无规则 B. 单晶体的某些物理性质呈现各向异性，是因为组成它们的原子 ( 分子 、 离子 ) 在空间上的排列是杂乱无章的 C. 液体表面张力产生的原因是液体表面层分子间距比较大，分子力 表现 为 引力 D. 若把氢气和氧气看做理想气体，则质量和温度均相同的氢气和氧气 内 能 相等 答案 解析 AC 解析　 悬浮在液体中足够小的微粒，受到来自各个方向的液体分子撞击的不平衡使微粒的运动无规则，选项 A 正确 ； 单晶体 的各向异性是因为内部物质微粒各方向排列不同，空间上呈现周期性，选项 B 错误 ； 液体 表面张力产生的原因是液体表面层分子间距离比较大，分子力表现为引力，选项 C 正确 ； 若 把氢气和氧气看做理想气体，则质量相同时分子数不同，温度相同时平均动能相同，则氢气和氧气内能不相等，选项 D 错误 . (2) 在温度不变的情况下，增大液面上饱和汽的体积并再次达到饱和时，饱和汽的质量 _____ ，饱和汽的压强 ________( 两空都选填 “ 增大 ”“ 减小 ” 或 “ 不变 ” ). 答案 解析 增大 不变 解析　 在 温度不变的情况下，增大液面上饱和汽的体积并再次达到饱和时，饱和汽的质量增大；因温度不变，则饱和汽的压强不变 . 微观量的估算 高考 题型 2 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 mol 、物体的质量 m 、摩尔质量 M 、物体的密度 ρ . 3. 关系： 4. 两种模型： 例 2 　 (2018· 南京市、盐城市一模 ) 铁的密度 ρ ＝ 7.8 × 10 3 kg /m 3 、摩尔质量 M ＝ 5.6 × 10 － 2 kg/ mol ，阿伏加德罗常数 N A ＝ 6.0 × 10 23 mol － 1 . 可将铁原子视为球体，试估算： ( 保留一位有效数字 ) (1)1 克铁含有的分子数； 答案　 见解析 答案 解析 (2) 铁原子的直径大小 . 答案　 见解析 答案 解析 拓展训练 4 　 (2018· 扬州市 5 月模拟 ) 在 “ 用油膜法估测分子直径 ” 实验中，已知油滴的摩尔质量为 M ，密度为 ρ ，阿伏加德罗常数为 N A ，实验中形成的单分子油膜面积为 S ，胶头滴管滴取溶液 n 滴体积为 V ，求： (1) 油酸分子的直径 d ； 答案 解析 (2) 配置油酸酒精溶液的浓度最大为多少？ 答案 解析 拓展训练 5 　 (2018· 江苏七校模拟 ) 已知常温常压下 CO 2 气体的密度为 ρ ， CO 2 的摩尔质量为 M ，阿伏加德罗常数为 N A ，则在该状态下容器内 体积 为 V 的 CO 2 气体含有的分子数为 ________. 在 3 km 的深海中， CO 2 浓缩成近似固体的硬胶体，此时若将 CO 2 分子看做直径为 d 的球，则该容器内 CO 2 气体全部变成硬胶体后体积约为 ________. 答案 解析 高考 题型 3 气体实验定律的应用 1. 理想气体： 在任何温度、任何压强的条件下，其状态皆遵从气体实验定律的气体 . 理想气体是一种理想化的模型，实际并不存在 . 2. 气体压强的微观解释： (1) 作用在器壁单位面积上的压力叫做气体的压强 . (2) 气体压强产生的原因：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 . (3) 气体压强的决定因素： 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. 气体实验定律： (1) 等温变化： pV ＝ C 或 p 1 V 1 ＝ p 2 V 2 ； 例 3 　 (2018· 江苏学校联盟模拟 ) 如图 3 所示，下端带有阀门的汽缸内封闭有一定质量的理想气体，开始时缸内气体的压强等于大气压强 p 0 ，温度为 t ＝ 7 ℃ . 图 3 答案 解析 (1) 关闭汽缸底部的阀门 K ，使缸内气体温度升高至 t ′ ＝ 87 ℃ ，试计算此时缸内气体的压强； 解析　 缸内气体发生等容变化， 初状态： p 1 ＝ p 0 ， T 1 ＝ (273 ＋ 7) K ＝ 280 K 末状态： p 2 ＝？， T 2 ＝ (273 ＋ 87) K ＝ 360 K (2) 保持缸内气体温度始终为 87 ℃ ，打开汽缸底部的阀门，缓慢放出部分气体，使缸内气体的压强再次等于大气压强 p 0 ，试计算缸内剩余气体的质量与原来气体总质量的比值 . 答案 解析 解析　 将放出的气体与汽缸内剩余气体整体为研究对象，发生等温变化 末状态： p 2 ′ ＝ p 0 ， V 2 ＝？ 根据玻意耳定律有 p 1 V 1 ＝ p 2 V 2 拓展训练 6 　 (2018· 扬州市一模 ) 如 图 4 所 示，开口向上、内壁光滑的汽缸竖直放置，开始时质量不计的活塞停在卡口处，气体温度为 27 ℃ ，压强为 0.9 × 10 5 Pa ，体积为 1 × 10 － 3 m 3 ，现缓慢加热缸内气体，试通过计算判断当气体温度为 67 ℃ 时活塞是否离开卡口 .( 已知外界大气压强 p 0 ＝ 1 × 10 5 Pa) 图 4 答案　 见解析 答案 解析 解析　 活塞刚好离开卡口时，压强为： p 2 ＝ p 0 ， 代入数据得： T 2 ≈ 333 K ， 因为 67 ℃ ＝ 340 K ＞ 333 K ，故活塞已经离开卡口 . 拓展训练 7 　 (2018· 江苏省高考压轴卷 ) 如图 5 ，一上端开口、下端封闭的细长玻璃管竖直放置 . 玻璃管的下部封有长 l 1 ＝ 25.0 cm 的空气柱，中间有一段长为 l 2 ＝ 25.0 cm 的水银柱，上部空气柱的长度 l 3 ＝ 40.0 cm. 已知大气压强为 p 0 ＝ 75.0 cmHg. 现将一活塞 ( 图中未画出 ) 从玻璃管开口处缓慢往下推，使管下部空气柱长度变为 l 1 ′ ＝ 20.0 cm. 假设活塞下推过程中没有漏气，求活塞下推的距离 . 图 5 答案　 15.0 cm 答案 解析 解析　 以 cmHg 为压强单位，在活塞下推前，玻璃管下部空气柱的压强为 p 1 ＝ p 0 ＋ l 2 设活塞下推后，下部空气柱的压强为 p 1 ′ ，由玻意耳定律得 p 1 l 1 ＝ p 1 ′ l 1 ′ 如图，设活塞下推距离为 Δ l ，则此时玻璃管上部空气柱的长度 为 l 3 ′ ＝ l 3 ＋ l 1 － l 1 ′ － Δ l 设此时玻璃管上部空气柱的压强为 p 3 ′ ，则 p 3 ′ ＝ p 1 ′ － l 2 由玻意耳定律得 p 0 l 3 ＝ p 3 ′ l 3 ′ 解得 Δ l ＝ 15.0 cm 高考 题型 4 热学中的综合问题 　 类别 图线　　 特点 举例 p － V pV ＝ CT ( 其中 C 为恒量 ) ，即 pV 之积越大的等温线温度越高，线离原点越远   p － p ＝ CT ， 斜率 k ＝ CT ，即斜率越大，温度越高   1. 一定质量气体的不同图象的比较 p － T p ＝ T ，斜率 k ＝ ， 即斜率越大，体积越小   V － T V ＝ T ，斜率 k ＝ ， 即斜率越大，压强越小   2. 物体内能变化的判定： 温度变化引起分子平均动能的变化；体积变化，分子间的分子力做功，引起分子势能的变化 . 3. 热力学第一定律 (1) 公式： Δ U ＝ W ＋ Q ； (2) 符号规定：外界对系统做功， W >0 ；系统对外界做功， W <0. 系统从外界吸收热量， Q >0 ；系统向外界放出热量， Q <0. 系统内能增加， Δ U >0 ；系统内能减少， Δ U <0. 例 4 　 (2018· 盐城中学质检 )(1) 一定质量的理想气体压强 p 与摄氏温度 t 的关系如图 6 所示，气体从状态 A 变到状态 B ，则气体在状态 A 的体积 ____( 选填 “ > ”“ ＝ ” 或 “ < ” ) 在状态 B 的体积；此过程中，气体做功的绝对值为 W ，内能变化量的绝对值为 Δ U ，则气体与外界之间传递的热量为 ________. 图 6 < W － Δ U 答案 (2) 如图 7 所示，内壁光滑、导热良好的汽缸中封闭一定质量的理想气体，活塞到缸底的距离 h ＝ 0.5 m. 已知活塞质量 m ＝ 2 kg ，横截面积 S ＝ 1 × 10 － 3 m 2 ，环境温度 t ＝ 0 ℃ 且保持不变，外界大气压强 p 0 ＝ 1 × 10 5 Pa ，阿伏加德罗常数 N A ＝ 6 × 10 23 mol － 1 ，已知标准状态下气体的摩尔体积是 V mol ＝ 22.4 L/mol ， g ＝ 10 m/s 2 . 现将汽缸缓慢地转至开口水平，求： 图 7 ① 汽缸开口水平时，被封闭气体的体积 V ； 答案 解析 答案　 6 × 10 － 4 m 3 V 1 ＝ hS ＝ 5 × 10 － 4 m 3 由玻意耳定律有： p 1 V 1 ＝ p 0 V 解得 V ＝ 6 × 10 － 4 m 3 ② 汽缸内气体分子的个数 ( 结果保留一位有效数字 ). 答案 解析 答案　 2 × 10 22 个 拓展训练 8 　 (2018· 江苏单科 ·12 A(3)) 如图 8 所示，一定质量的理想气体在状态 A 时压强为 2.0 × 10 5 Pa ，经历 A → B → C → A 的过程，整个过程中对外界放出 61.4 J 热量 . 求该气体在 A → B 过程中对外界所做的功 . 答案 解析 图 8 答案　 138.6 J 解析　 整个过程中，外界对气体做功 W ＝ W AB ＋ W CA ，且 W CA ＝ p A ( V C － V A ) 由热力学第一定律 Δ U ＝ Q ＋ W ，得 W AB ＝－ ( Q ＋ W CA ) 代入数据得 W AB ＝－ 138.6 J ，即气体对外界做的功为 138.6 J 拓展训练 9 　 (2018· 苏锡常镇二模 ) 如图 9 为一定质量的理想气体的体积 V 随热力学温度 T 的变化关系图象 . 由状态 A 变化到状态 B 的过程中气体吸收热量 Q 1 ＝ 220 J ，气体在状态 A 的压强为 p 0 ＝ 1.0 × 10 5 Pa. 求： 图 9 (1) 气体在状态 B 时的温度 T 2 ； 答案　 600 K 答案 解析 (2) 气体由状态 B 变化到状态 C 的过程中，气体向外放出的热量 Q 2 . 答案 解析 解析　 A 到 B 过程气体从外界吸收热量，对外界做功，内能增加： Δ U ＝ W ＋ Q 1 　 W ＝－ p 0 Δ V C 状态与 A 状态内能相等， B 到 C 过程，对外界不做功，外界也不对气体做功，气体向处放出热量，内能减小： Q 2 ＝ Δ U 代入数据解得 Q 2 ＝ 120 J 答案　 120 J 拓展训练 10 　 (2018· 南通等六市一调 ) 如图 10 所示，某同学制作了一个简易的气温计，一导热容器连接横截面积为 S 的长直管，用一滴水银封闭了一定质量的气体，当温度为 T 0 时水银滴停在 O 点，封闭气体的体积为 V 0 . 大气压强不变，不计水银与管壁间的摩擦 . 答案 解析 图 10 答案　 0.15 J 解析　 由热力学第一定律有 Δ U ＝ Q ＋ W 代入数据得： W ＝－ 0.15 J 所以气体对外界做的功为 0.15 J 拓展训练 10 　 (2018· 南通等六市一调 ) 如图 10 所示，某同学制作了一个简易的气温计，一导热容器连接横截面积为 S 的长直管，用一滴水银封闭了一定 质 答案 解析 图 10 答案　 0.15 J 解析　 由热力学第一定律有 Δ U ＝ Q ＋ W 代入数据得： W ＝－ 0.15 J 所以气体对外界做的功为 0.15 J 量的气体，当温度为 T 0 时水银滴停在 O 点，封闭气体的体积为 V 0 . 大气压强不变，不计水银与管壁间的摩擦 . (1) 若封闭气体某过程从外界吸收 0.50 J 的热量，内能增加 0.35 J ，求气体对外界做的功 . (2) 若环境温度缓慢升高，求水银滴在直管内相对 O 点移动的距离 x 随封闭气体热力学温度 T 的变化关系 . 答案 解析