專題十五熱學目錄體系透視考點透析考點1分子動理論內(nèi)能固體和液體考點2氣體的性質(zhì)考點3熱力學定律能量守恒定律題型透悟題型22玻璃管-液柱模型活塞-汽缸模型題型23氣體變質(zhì)量問題體系透視

考點1分子動理論內(nèi)能固體和液體一、宏觀量與微觀量及其相互關(guān)系考點透析1.微觀量:分子體積V0、分子直徑d、分子質(zhì)量m0。2.宏觀量:物體的體積V、摩爾體積Vmol、物體的質(zhì)量m、摩爾質(zhì)量M、物體的密度ρ。3.幾個重要關(guān)系(1)分子質(zhì)量:m0=

=

。(2)分子體積:V0=

=

(對氣體,V0為分子所占空間體積)。(3)物體所含的分子數(shù):N=

NA=

NA或N=

NA=

NA。二、分子間作用力與分子勢能的比較

分子間作用力F分子勢能Ep圖像

隨分子間距離的變化情況r<r0F隨r增大而減小,表現(xiàn)為斥力r增大,F做正功,Ep減小r=r0F=0Ep最小且小于0r>r0r增大,F先增大后減小,表現(xiàn)為引力r增大,F做負功,Ep增大r>10r0可近似看作F=0Ep=0三、分子動能、分子勢能與內(nèi)能的比較

分子動能分子勢能內(nèi)能定義分子無規(guī)則運動的動能由分子間相對位置決定的

勢能所有分子的熱運動動能和

分子勢能的總和決定因素溫度(決定分子平均動能)分子間距溫度、體積、物質(zhì)的量說明溫度、內(nèi)能等物理量只對大量分子才有意義,對單個或少量分子沒有實際意義

注意

(1)分子勢能與重力勢能、彈性勢能、電勢能類似,都是與某種力對應(yīng)、由相對

位置決定的能量。(2)分子勢能為0和分子勢能最小的含義不同,前者與選擇的零勢能點有關(guān),而后者的位

置一定在r=r0處。情境粵覽半導體摻雜對于半導體產(chǎn)業(yè)有著舉足輕重的作用,其中一種技術(shù)是將摻雜源物質(zhì)與硅

晶體在高溫(800~1250攝氏度)狀態(tài)下接觸,摻雜源物質(zhì)的分子由于熱運動滲透進硅晶

體的表面,溫度越高摻雜效果越顯著。①這種滲透過程是分子的擴散現(xiàn)象,溫度越高分子運動越激烈,擴散現(xiàn)象越明顯,摻雜效

果越顯著。②溫度升高,分子的平均動能增大,則分子的平均速率增大,并不是所有分子的熱運動速

率都增大。③該過程為自發(fā)過程,其逆過程不能自發(fā)進行。典例1

(2024深圳二高四模)(多選)分子勢能與分子間距離的關(guān)系圖像如圖所示,下列

說法正確的是

()A.分子間距為r1時,分子間作用力為零B.分子間距由r2逐漸增大時,分子力始終做負功C.分子間距在r1到r2之間時,分子間作用力表現(xiàn)為引力

BD

D.分子間距由r1增大到r2的過程中,分子間作用力逐漸減小

解析根據(jù)分子間作用力做功與分子勢能之間的關(guān)系知,圖線切線的斜率絕對值表示

分子間的作用力大小,故當分子間距為r1時,分子勢能為零,分子間作用力不為零,分子間

距由r1增大到r2過程中,分子間作用力逐漸減小,A錯誤,D正確。分子間距由r2逐漸增大

時,分子勢能一直增大,故分子力始終做負功,B正確。分子間距由r1增大到r2過程,分子

勢能逐漸減小,分子力做正功,故分子間距在r1到r2之間時,分子間作用力表現(xiàn)為斥力,C

錯誤?？键c2氣體的性質(zhì)一、氣體實驗定律

玻意耳定律查理定律蓋-呂薩克定律內(nèi)容一定質(zhì)量的某種氣體,在溫

度不變的情況下,壓強與體

積成反比一定質(zhì)量的某種氣體,在體

積不變的情況下,壓強與熱

力學溫度成正比一定質(zhì)量的某種氣體,在壓

強不變的情況下,其體積與

熱力學溫度成正比表達式p1V1=p2V2

=

Δp=

ΔT

=

ΔV=

ΔT二、氣體的“等值變化”圖像的比較類別特點(其中C為常量)舉例等溫變化p-V圖像pV=CT,即p、V之積越大的

等溫線溫度越高,線離原點

越遠

p-

圖像p=CT

,斜率k=CT,即斜率越大,溫度越高

等容變化p-T圖像p=

T,斜率k=

,即斜率越大,體積越小

等壓變化V-T圖像V=

T,斜率k=

,即斜率越大,壓強越小

注意理想氣體的狀態(tài)方程:

=C,式中的C是與p、V、T無關(guān)的常量,它與氣體的質(zhì)量、種類有關(guān)。情境粵覽2024年09月28日,中國登月服外觀首次公開亮相。將登月服內(nèi)充入氣體進行無人模

擬實驗時,登月服內(nèi)的氣體可視為理想氣體,且登月服可視為絕熱的。到達月球表面

后,由于外部氣壓降低,將會導致:①登月服內(nèi)部氣體體積增大。原因:到達月球表面后,登月服內(nèi)壓強大于外界壓強,會膨脹。②登月服內(nèi)氣體壓強減小。原因:登月服內(nèi)氣體體積變大,溫度降低,由

=C知,氣體壓強減小。③單位時間氣體分子對登月服內(nèi)壁單位面積的撞擊次數(shù)減少。原因:登月服內(nèi)氣體溫度降低,壓強減小。典例2

(2024云浮聯(lián)考)(多選)一定質(zhì)量理想氣體的狀態(tài)經(jīng)歷了如圖所示的ab、bc、

cd、da四個過程,其中bc的延長線通過原點,cd垂直于ab且與水平軸平行,da與bc平行,則

氣體體積在

()A.ab過程中不斷增加B.bc過程中保持不變

AB

C.cd過程中不斷增加D.da過程中保持不變

解析因為bc的延長線通過原點,所以bc是等容線,即氣體體積在bc過程中保持不變,B

正確。ab是等溫線,氣體溫度不變,壓強減小時,則體積增大,A正確。cd是等壓線,氣體

壓強不變,溫度降低時,體積減小,C錯誤。連接aO交cd于e點,如圖所示,則ae是等容線,即

Va=Ve,因為Vd<Ve,所以Vd<Va,所以da過程中氣體體積不斷增大,D錯誤。

考點3熱力學定律能量守恒定律一、對熱力學第一定律的理解1.表達式ΔU=Q+W中的正、負號法則物理量+-W外界對氣體做功氣體對外界做功Q氣體吸收熱量氣體放出熱量ΔU內(nèi)能增加內(nèi)能減少2.熱力學第一定律的三種特殊情況(1)絕熱過程:Q=0,W=ΔU。(2)等容過程:W=0,Q=ΔU。(3)恒溫過程或初、末狀態(tài)的內(nèi)能相等:ΔU=0,W+Q=0或W=-Q。二、熱力學第二定律1.對熱力學第二定律的理解(1)“自發(fā)”指明了熱傳遞等熱力學宏觀現(xiàn)象的方向性,不需要借助外界提供的能量。(2)“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成,對周圍環(huán)

境不產(chǎn)生熱力學方面的影響,例如吸熱、放熱、做功等。2.熱力學第二定律方向性實例(1)高溫物體

低溫物體。(2)功

熱。(3)氣體體積V1

氣體體積V2(V1<V2)。(4)不同氣體A和B

混合氣體。典例3

(2024惠州二模)如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b,其過程如

p-V圖中從a到b的直線所示,在此過程中

()A.氣體溫度一直下降B.氣體的內(nèi)能先增大后減小C.外界對氣體一直做正功

D

D.氣體吸收的熱量一部分用于對外做功

解析由題圖知,p和V的乘積一直增大,根據(jù)

=C知,氣體的溫度一直升高,內(nèi)能一直增加,A、B錯誤。氣體的體積增大,則氣體一直對外做功,氣體的內(nèi)能一直增加,根據(jù)ΔU

=W+Q知,氣體一直從外界吸熱,吸收的熱量用于對外做功和增加內(nèi)能,C錯誤,D正確。知識拓展

氣體實驗定律與熱力學第一定律綜合應(yīng)用的解題思路

題型22玻璃管-液柱模型活塞-汽缸模型一、玻璃管-液柱模型題型透悟力平衡法選取與氣體接觸的液柱為研究對象進行受力分析,得到

液柱的受力平衡方程,求得氣體的壓強等壓面法在一端連通的容器中,同一種液體(中間不間斷)同一深

度處壓強相等。液體內(nèi)深h處的總壓強p=p0+ρgh,p0為液

面上方的氣體壓強液片法選取假想的液體薄片(自身重力不計)為研究對象,分析

液片兩側(cè)受力情況,建立平衡方程,消去面積,得到液片兩

側(cè)壓強相等的方程,求得氣體的壓強典例1

[2022廣東,15(2),6分]玻璃瓶可作為測量水深的簡易裝置。如圖所示,潛水員在

水面上將80mL水裝入容積為380mL的玻璃瓶中,擰緊瓶蓋后帶入水底,倒置瓶身,打開

瓶蓋,讓水進入瓶中,穩(wěn)定后測得瓶內(nèi)水的體積為230mL。將瓶內(nèi)氣體視為理想氣體,

全程氣體不泄漏且溫度不變。大氣壓強p0取1.0×105Pa,重力加速度g取10m/s2,水的密

度ρ取1.0×103kg/m3,求水底的壓強p和水的深度h。

解析從水面到水底過程,瓶中氣體等溫變化,在水面,瓶中氣體體積V1=380mL-80mL

=300mL,壓強p1=p0=1.0×105Pa,在水底,瓶中氣體體積V2=380mL-230mL=150mL根據(jù)玻意耳定律有p1V1=pV2代入數(shù)據(jù)得p=2.0×105Pa根據(jù)平衡特點可知p=p0+ρgh代入數(shù)據(jù)得h=10m答案

2.0×105Pa

10m二、活塞-汽缸模型1.以氣體為研究對象(1)如果氣體在單個汽缸中,需明確氣體的變化過程,分析清楚氣體初末狀態(tài)及初末狀態(tài)

的溫度、壓強、體積,再依據(jù)氣體實驗定律列出方程。(2)如果涉及兩個或多個汽缸封閉著幾部分氣體,并且氣體之間相互關(guān)聯(lián),解答時應(yīng)分別

研究各部分氣體,找出它們各自遵循的規(guī)律,并寫出相應(yīng)的方程,最后聯(lián)立求解。2.以活塞為研究對象(1)明確活塞的重力是否忽略不計,明確活塞是水平放置還是豎直放置。(2)活塞如果處于力學平衡狀態(tài),則要對活塞進行受力分析,根據(jù)受力平衡得出氣體的壓

強大小或活塞兩端的隔離氣體的壓強關(guān)系。(3)活塞如果處于力學非平衡狀態(tài),則要對活塞進行受力分析,根據(jù)牛頓運動定律得出氣

體壓強的大小或活塞兩端的隔離氣體的壓強關(guān)系。典例2

(2024華南師大附中月考)如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體用質(zhì)量可忽略的活塞

封閉在導熱性能良好的質(zhì)量m=1kg的汽缸中,活塞的密封性良好,用勁度系數(shù)為k=200

N/m的輕彈簧將活塞與天花板連接。汽缸置于水平桌面上,開始時彈簧剛好處于原

長。已知活塞與汽缸底部的間距為L=0.1m,活塞的橫截面積為S=0.01m2,外界環(huán)境的

壓強為p0=1.0×105Pa,溫度為T0=300K,忽略一切摩擦,重力加速度g=10m/s2。緩慢降低

環(huán)境溫度,則當汽缸剛好要離開水平桌面時環(huán)境溫度為

()

B

A.125.0K

B.148.5KC.297.0K

D.248.5K

解析當汽缸剛好要離開水平桌面時,彈簧的彈力為mg,則mg=kx,解得彈簧伸長量為x=

=

m=0.05m。則當汽缸剛好要離開水平桌面時,活塞與汽缸底部的間距為L1=L-x=0.05m。當汽缸剛好要離開水平桌面時,汽缸內(nèi)氣體壓強p1=p0-

=1.0×105Pa-

Pa=0.99×105Pa,對汽缸內(nèi)氣體由理想氣體狀態(tài)方程得

=

,解得當汽缸剛好要離開水平桌面時環(huán)境溫度為T1=148.5K,B正確。題型23氣體變質(zhì)量問題1.牢記一個思想:把變質(zhì)量問題轉(zhuǎn)化為定質(zhì)量問題。2.巧選研究對象:將問題涉及的全部氣體選為研究對象,這些氣體狀態(tài)不管怎樣變化,其

總質(zhì)量都不變。(1)充氣(打氣):如圖甲,將即將充進容器內(nèi)的氣體和容器內(nèi)的原有氣體構(gòu)成的整體作為

研究對象。(2)灌氣(分裝):如圖乙,把大容器中的剩余氣體和多個小容器中的氣體構(gòu)成的整體作為

研究對象。(3)漏氣:如圖丙,選容器內(nèi)剩余氣體和漏出氣體構(gòu)成的整體作為研究對象。(4)抽氣:如圖丁,將每次抽氣過程中抽出的氣體和剩余氣體構(gòu)成的整體作為研究對象。3.選擇適當?shù)姆匠?應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程的分態(tài)式

+

+…=

+

+…求解,或巧妙應(yīng)用玻意耳定律p1V1+p2V2+…=pV求解。4.把握一個流程情境粵覽抽氣吸盤能幫助工人快速搬運大質(zhì)量巖板、瓷磚、玻璃等。施工時,工人把吸盤放在巖板上,多次按壓抽氣泵抽出吸盤內(nèi)空氣,使吸盤內(nèi)空氣體積少到一定程度就可向上提

起巖板。典例

(2024廣東名校聯(lián)合質(zhì)檢)籃球是中學生喜歡的一項體育運動。如圖所示,初始

籃球內(nèi)部氣壓等于標準大氣壓p0,某同學使用簡易充氣筒給籃