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第14讲选修3-3热学总纲目录考点一分力动理论内能热力学定律考点二固体、液体、气体的性质考点四热力学定律与气体状态变化的综合应用考点三气体实验定律和理想气体状态方程考点一分力动理论内能热力学定律 1.(多选)[2018课标Ⅱ,33(1),5分]对于实际的气体,下列说法正确的是 (BDE)A.气体的内能包括气体分子的重力势能B.气体的内能包括气体分子之间相互作用的势能C.气体的内能包括气体整体运动的动能D.气体的体积变化时,其内能可能不变E.气体的内能包括气体分子热运动的动能答案BDE实际气体的内能包括气体分子间相互作用的势能和分子热运动的动能,当气体体积变化时影响的是气体的分子势能,内能可能不变,所以B、D、E正确,A、C错误。2.(多选)[2016课标Ⅰ,33(1),5分]关于热力学定律,下列说法正确的是 (BDE)A.气体吸热后温度一定升高B.对气体做功可以改变其内能C.理想气体等压膨胀过程一定放热D.热量不可能自发地从低温物体传到高温物体E.如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡,那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡答案BDE若气体吸热的同时对外做功,则其温度不一定升高,选项A错;做功是改变物体内能的途径之一,选项B正确;理想气体等压膨胀,气体对外做功,由理想气体状态方程 =C知,气体温度升高,内能增加,故一定吸热,选项C错误;根据热力学第二定律知选项D正确;如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡,那么这两个系统与第三个系统的温度均相等,则这两个系统之间也必定达到热平衡,故选项E正确。pVT3.[2019课标Ⅰ,33(1),5分]某容器中的空气被光滑活塞封住,容器和活塞绝热性能良好,空气可视为理想气体。初始时容器中空气的温度与外界相同,压强大于外界。现使活塞缓慢移动,直至容器中的空气压强与外界相同。此时,容器中空气的温度(填“高于”“低于”或“等于”)外界温度,容器中空气的密度(填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度。答案低于大于解析本题通过理想气体状态变化过程考查了热力学定律与能量守恒定律,以及学生的综合分析与计算能力,体现了科学推理的核心素养要素。由题意可知,封闭气体经历了绝热膨胀的过程,此过程中气体对外界做功,W0,与外界的热交换为零,即Q=0,则由热力学第一定律可知气体内能降低,而一定质量理想气体的内能只与温度有关,故其温度降低,即容器中空气的温度低于外界温度。由于此时容器中空气压强与外界相同,而温度低于外界温度,若假设容器中空气经历等压升温过程而达到与外界相同状态,由 =C可知其体积必然膨胀,则升温后的容器中空气密度必然比假设的等压升温过程前密pVT度小,而假设的等压升温过程后容器中空气的密度等于外界空气密度,故此时容器中空气的密度大于外界空气的密度。4.[2019课标Ⅲ,33(1),5分]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。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1mL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,再除以滴数得到单滴溶液的体积,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。1.估算问题(1)油膜法估算分子直径:d= V为纯油酸体积,S为单分子油膜面积。(2)分子总数:N=nNA= ·NA= NA。M为摩尔质量。Vmol为摩尔体积。[注意]对气体而言,N≠ 。V个为一个分子的体积。VSmMmolVVVV个立方体模型:V=a3(适用于估算气体分子间距)(3)两种模型:球模型:V= πR3(适用于估算液体、固体分子直径)432.对热力学定律的理解(1)改变物体内能的方式有两种,只明确一种改变方式是无法确定内能变化的。(2)热量可以由低温物体传递到高温物体,也可以从单一热源吸收热量全部用来做功,但不引起其他变化是不可能的。1.(多选)下列说法正确的是 (ACD)A.显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动,这反映了液体分子运动的无规则性B.分子间的相互作用力随着分子间距离的增大,一定先减小后增大C.分子势能随着分子间距离的增大,可能先减小后增大D.在真空、高温条件下,可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素E.当温度升高时,物体内每一个分子热运动的速率一定都增大答案ACD布朗运动是固体颗粒在液体中的运动,反映液体分子的运动,故显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动,这反映了液体分子运动的无规则性,故选项A正确;rr0时,分子力随r增大而减小,分子势能减小,当r=r0时,分子力等于零,分子势能最小,然后随r增大分子力先增大再减小,分子势能逐渐增大,故选项B错误,选项C正确;分子之间存在间隙,在真空、高温条件下,可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素,故D正确;温度升高,分子平均动能增大,但单个分子运动不确定,故E错误。2.(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 (BCE)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答案BCE分子力F与分子间距r的关系是:当rr0时F表现为斥力;当r=r0时F=0;当rr0时F表现为引力。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。3.已知地球大气层的厚度h远小于地球半径R,空气平均摩尔质量为M,阿伏加德罗常数为NA,地面大气压强为p0,重力加速度大小为g。由此可估算得,地球大气层空气分子总数为,空气分子之间的平均距离为。答案 解析可认为地球大气对地球表面的压力是由其重力引起的,即mg=p0S=p0×4πR2,故大气层的空气总质量m= ,空气分子总数N= NA= 。由于h≪R,则大气层的总体积V=4πR2h,每个分子所占空间设为一个棱长为a的正方体,则有Na3=V,可得分子间的平均距离a= 。20A4πpNRMg30AMghpN204πpRgmM20A4πpNRMg30AMghpN考点二固体、液体、气体的性质1.(多选)[2017课标Ⅰ,33(1),5分]氧气分子在0℃和100℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示。下列说法正确的是。A.图中两条曲线下面积相等B.图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形C.图中实线对应于氧气分子在100℃时的情形D.图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目E.与0℃时相比,100℃时氧气分子速率出现在0~400m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大答案ABC本题考查气体分子速率及分布率。每条曲线下面积的意义是各种速率的分子数总和占总分子数的百分比,故面积为1,A正确、D错误。气体温度越高,分子无规则运动越剧烈,分子平均动能越大,大速率的分子数所占总分子数的百分比越大,故虚线对应的温度较低,B、C皆正确。由图中0~400m/s区间图线下的面积可知0℃时出现在0~400m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大,E错误。2.(多选)[2015课标Ⅰ,33(1),5分]下列说法正确的是 (BCD)A.将一块晶体敲碎后,得到的小颗粒是非晶体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有不同的光学性质C.由同种元素构成的固体,可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体D.在合适的条件下,某些晶体可以转变为非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体E.在熔化过程中,晶体要吸收热量,但温度保持不变,内能也保持不变答案BCD晶体被敲碎后,其空间点阵结构未变,仍是晶体,A错误;单晶体光学性质各向异性,B正确;同种元素由于空间的排列结构而形成不同物质的晶体,C正确;如果外界条件改变了分子或原子的空间排列结构,晶体和非晶体之间可以互相转化,D正确;在晶体熔化过程中,分子势能会发生改变,内能也会改变,E错误。3.[2019课标Ⅱ,33(1),5分]如p-V图所示,1、2、3三个点代表某容器中一定量理想气体的三个不同状态,对应的温度分别是T1、T2、T3。用N1、N2、N3分别表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数,则N1N2,T1T3,N2N3。(填“大于”“小于”或“等于”) 答案大于等于大于解析本题考查气体的状态参量及理想气体状态方程的内容,考查学生对三个气体状态参量及气体实验定律的理解能力,培养学生物理观念素养的形成,提高学生对实验的认识。由理想气体状态方程可得 = = ,可知T1=T3T2。由状态1到状态2,气体压强减小,气体体积相同,温度降低,则气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数减少,N1N2。对状态2和状态3,压强相同,温度大的次数少,则N3N2。1112pVT112pVT1132pVT1.晶体具有固定的熔点,而非晶体没有固定的熔点;晶体中的单晶体物理性质为各向异性,晶体中的多晶体和非晶体物理性质为各向同性。单晶体有确定的几何外形,而多晶体和非晶体没有确定的几何外形。2.液晶是一种特殊物质,它既具有液体的流动性,又像某些晶体那样具有光学各向异性。不是所有物质都具有液晶态。3.表面张力属于分子力,受力物体是液体分子,不是液面上的物体。4.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。5.某温度时空气中水蒸气的压强占同一温度时水的饱和汽压的百分比。即:B= ×100%。spp6.正确理解温度的物理意义(1)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)温度越高,一定质量的某种物质分子动能总和越大,但物体的内能不一定越大。7.对气体压强的理解(1)气体对容器壁的压强是气体分子频繁碰撞的结果,温度越高,气体分子密度越大,气体的压强就越大。(2)地球表面大气压强可认为是大气重力产生的。1.(多选)下列说法正确的是 (ACD)A.当一定量气体吸热时,其内能可能减小B.玻璃、石墨和金刚石都是晶体,木炭是非晶体C.气体分子单位时间内和单位面积器壁碰撞的次数,与单位体积内气体的分子数和气体温度有关D.当液体与大气相接触时,液体表面层内的分子所受其他分子作用力的合力总是指向液体内部E.单晶体有确定的熔点,多晶体和非晶体没有确定的熔点答案ACD根据ΔU=W+Q可知,当一定量气体吸热时,其内能可能减小,也可能不变,也可能增大,故A正确;玻璃是非晶体,故B错误;单位体积内气体的分子数多少和气体温度的高低,影响着气体的压强,即影响气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数,故C正确;液体与大气相接触时,液体表面层的分子所受其他分子作用力的合力表现为引力,因此分子力的合力指向液体内部,故D正确;单晶体和多晶体都具有确定的熔点,故E错误。2.(多选)下列说法正确的是 (ACD)A.空气相对湿度越大时,空气中水蒸气压强越接近饱和汽压,水蒸发越慢B.分子间同时存在着引力和斥力,当分子间距增大时,分子间的引力增大,斥力减小C.液晶具有液体的流动性,同时具有晶体的各向异性特征D.液体中悬浮微粒的无规则运动