高考物理解题技巧专题8选修33.docx

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高考物理解题技巧专题8选修33

【专题八】选修3-3

【考情分析】

《大纲》对选修3－3中的所有内容均为Ⅰ类要求。

其中对分子动理论与统计观点作了特别说明，只要求定性了解。

因此，选修3－3中所涉及的考点不会有难度较大的试题出现。

主要涉及分子的微观估算、分子力和分子势能的变化、布朗运动的理解、热学两大定律的理解和应用、气体压强的相关分析、物体的内能等!

这部分内容一般单独命题，命题角度从基本概念入手，难度不会太大，且定性分析的可能性较大!

对这部分知识的复习，重在对基本概念和基本原理的透彻理解，此外，应特别注意对“热力学第一定律”、“热力学第二定律”、“气体分子运动的特点”、“气体压强的微观意义”这些知识点的理解和掌握。

【知识交汇】

1．分子动理论

（1）分子动理论的基本观点是：

物体是由大量分子组成的，分子在做______________运动，分子间存在着_______________和_________.扩散现象与________________是分子永不停息地无规则运动的实验基础.每个分子的运动都不是规则的，带有偶然性，大量分子的集体行为受统计规律支配，表现为“________________”的规律，布朗运动既不是固体分子的运动，也不是液体分子的运动，它是由于_____________频繁地撞击固体小颗粒而引起的小颗粒的运动。

（2）温度是分子_________________的标志，物体的内能是物体内所有分子的动能和______________之和。

（3）阿伏加德罗常数

①分子的大小：

直径数量级为_________m

②分子的质量：

质量数量级为10-26kg

③阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol-1

NA=

（适用于____________情况）

NA=

（适用于____________）

④油膜法测分子的直径：

＝_____________

2．晶体和液晶

（1）晶体的主要特点表现为：

①具有规则的几何形状；②具有________性；③有一定的熔点，晶体和非晶体并不是绝对的，它们在适当的条件下可以相互转化。

（2）液晶（或者称为液态晶体）是一种特殊的物质状态，所处的状态介于_______态和_______态之间。

液晶的物理性表现为：

①液晶具有液体的___________性；②液晶具有晶体的光学_____________性。

它的应用主要表现在显示技术、电子工业、航空工业、生物医学等多方面。

3．理想气体和气体的实验定律

（1）理想气体的分子模型：

理想气体是为了研究问题的方便而建立的一种理想化模型。

其微观模型是：

分子本身无大小；分子间除碰撞外不计分子之间的相互作用力，无分子势能，内能只与温度有关；分子间的碰撞看成_________碰撞。

（2）玻意耳定律

内容：

一定质量理想气体，在温度保持不变时，它的压强和体积成反比；或者说，压强和体积的______________保持不变，此即玻意耳定律。

数学表达式：

。

（3）查理定律

内容：

一定质量的理想气体，在体积不变的情况下，它的压强跟____________成正比，这个规律叫做查理定律。

数学表达式：

对于一定质量的理想气体，在两个确定的状态I（

、

、

）和Ⅱ（

、

、

）下有

（4）盖·吕萨克定律

内容：

一定质量的理想气体在压强不变的情况下，它的体积跟_________成正比。

数学表达式：

4．热力学定律

（1）热力学第一定律

做功和热传递都可以改变物体的内能，功、热量和内能之间的关系可根据热力学第一定律，其表达式为

U+Q+W.

U、Q、W的符号规定为：

外界对系统做功，W>0，即W为正值；

系统对外界做功，也就是外界对系统做负功，W<0，即W为负值。

外界对系统传递热量，也就是系统________________热量，Q>0，即Q为正值。

外界对系统吸收热量，也就是系统对外界放出热量，Q<0，即Q为负值。

系统内能增加，

U>0，即

U为正值；

系统内能减少，

U<0,即

U为负值。

（2）对于理想气体来说，只要________不变，则内能不变。

（3）热力学第二定律

热力学第二定律的表述：

①不可能使热能由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化（按热传导的_________性表述。

）②不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化（按机械能和_________转化过程的方向性表述）。

③第二类永动机是________的。

【思想方法】

1．两种微观模型

（1）球体模型（适用于固、凝体）：

一个分子的体积

——分子的__________________

（2）立方体模型（适用于气体）：

一个分子平均占据空间：

——分子间的__________________

一、有关热学的基本内容的理解

【例1】

（1）下列有关热现象的说法中正确的是________（填入选项前的字母，有填错的不得分）

A．对物体做功可以改变物体的分子势能，不可能使其温度升高

B．气体的温度升高，所有分子的运动速率都增大

C．一定量气体的内能等于其所有分子热运动动能和分子之间势能的总和

D．如果气体分子总数不变，而气体温度升高，气体分子的平均动能增大，因此压强必然增大

（2）一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的p-V图象如图所示。

已知该气体在状态A时的温度为27℃。

则：

（i）该气体在状态B、C时的温度分别为多少℃？

（ii）该气体从状态A到状态C的过程中内能的变化量是多大？

（iii）该气体从状态A到状态C的过程中是吸热，还是放热？

传递的热量是多少？

解析：

（1）做功和热传递都可以使物体的温度升高，A错误；气体温度升高，气体分子运动的平均速率增大，但由于气体分子的相互碰撞，仍有一些分子的运动速率是非常小的，B项错误；根据内能的概念，C正确；气体压强与温度和体积都有关，故D错误。

（2）（i）对于理想气体：

A→B，由

得TB=100K，所以，TB=-173℃

B→C，由

得TC=300K，所以，TC=27℃

（ii）A→C由温度相等得：

（iii）A→C的过程中是吸热，吸收的热量为

J=200J

答案：

（1）C

（2）（i）TB=-173℃TC=27℃（ii）0（iii）200J

●规律总结

1．根据理想气体的状态变化图象求解状态参量和判断内能变化时，首先从图象上选定气体的两个状态，判断这两个状态之间是怎样的变化过程，然后选用合适的定律列式求解。

2．理想气体的内能只决定于始末状态的温度，温度升高内能变大，反之，温度降低内能减少。

【强化练习1】

（1）如图所示，活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的气缸中，活塞上堆放细沙，活塞处于静止。

现对气体缓慢加热，同时逐渐取走细沙，使活塞缓慢上升，直到细沙全部取走。

若活塞与气缸之间的摩擦可忽略，则在此过程中_________（填入选项前的字母，有填错的不得分）

A．气体对外做功，气体温度可能不变

B．气体对外做功，内能一定减小

C．气体压强可能增大，内能可能不变

D．气体从外界吸热，内能可能不变

（2）如图所示，A、B两点代表一定质量理想气体的两个不同的状态，状态A的温度为TA，状态B的温度为TB。

由图可知TA∶TB=_______。

（3）举世瞩目的国家游泳中心“水立方”是第29届北京奥运会游泳、跳水、花样游泳的比赛场馆，它采用了世界上最为先进的膜结构材料建造，同时也是唯一一座由港澳台同胞和海外华人捐资建设的大型奥运体育设施。

该中心拥有长50m、宽25m、水深3m、水温保持27—28℃，共10条泳道的国际标准比赛用游泳池。

已知水的摩尔质量M=1.8×10-2kg/mol，密度为ρ=1.0×103kg/m3，阿伏加德罗常数为NA=6×1023mol-1，当游泳池注满水时，估算池中水分子的数目。

解析：

（1）根据热力学第一定律，气体吸收热量对外做功，因此内能可能不变，选项AD正确，B错误。

由于取走了细纱，因此气体的压强是减小的，选项C错误。

故AD正确。

（2）状态A到状态B，由理想气体状态方程

得，

，所以

。

（3）游泳池注满水时，水的总体积为V=50×25×3m3=3.75×103m3。

游泳池中水的物质的量为n=m／M=ρV／M，

所含的水分子数为N=nNA=ρVNA／M

代入数值解得N=1.3×1032

答案：

（1）AD；

（2）1∶6；（3）1.3×1032

二、热力学定律的理解

【例2】一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加了1.8×105J．试判断外界对气体做功的情况。

解析　气体从外界吸收热量，Q取正值，即Q=2.6×105J，内能增加，ΔU取正值，即ΔU=1.8×105J.

由热力学第一定律ΔU=Q+W，得

W=ΔU－Q=1.8×105J－2.6×105J=－8.0×104J

W<0，表明外界对气体做负功1.6×105J．

●规律总结

应用热力学第一定律的关键是熟记符号法则：

①Q>0，吸热：

Q<0，放热。

②W>0，外界对物体做功；W<0，物体对外界做功；

③

U>0，内能增加；

U<0，内能减少。

明确公式ΔU=Q+W中各物理量的意义及符号的正负是顺利解题的关键。

【强化练习2】有一池塘，从上到下水的温度相同。

在一气泡由池底缓慢上升到水面的过程中，下面说法正确的是（）

A．气体内能增加

B．气体内能减少

C．气体吸收热量

D．气体放出热量．

解析　由于气泡上升过程是缓慢的，气泡有足够的时间与外界进行热交换，因此，气泡上升过程中温度保持不变，即分子总动能不变。

气泡上升过程中所受压力逐渐减小，体积增大，分子总势能增大，由内能的概念可知，气体的内能增加，A项正确。

由热力学第一定律ΔU=Q+W，得ΔU>0，W<0，所以Q>0，即气体吸收热量，C项正确。

答案：

AC。

三、气体状态方程的应用

【例3】一定质量的理想气体通过如图7－4所示的状态变化过程，由状态A变化到状态D，若状态A的体积为1m3，（状态B和状态C的压强均不能从图中直接读出）求：

（1）状态B的压强。

（2）状态D的体积。

（3）该气体由状态A到状态B的变化过程中是吸热还是放热？

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解析

（1）由图象可知，A→B过程为等容变化，由查理定律可知

（1分）

得

（1分）

（2）B→C过程为等温变化，由玻意耳定律可知

（1分）

C→D过程为等容变化，由查理定律可知

（1分）

又由于VA=VB=1m3，VC=VD（1分）

由以上各式得VD=3m3（1分）

（3）状态A到状态B，气体体积不变，温度升高，由

U1=W+Q可知该气体吸热。

（2分）

答案

（1）

（2）3m3（3）吸热

规律总结：

1．在应用理想气体状态方程解决问题时，首先要搞清气体能否看成理想气体模型，并且要注意热学变化过程中的条件（等温、等压和等容）。

基本思路是：

确定研究对象求压强，列气态方程求未知量。

2．理想气体（忽略了分子间的势能）热量传递情况的分析思路：

（1）由体积变化分析气体做功情况：

体积膨胀，气体对外做功，气体被压缩，外界对气体做功。

（2）由温度变化判断气体内能变化：

温度升高，气体内能增加；温度降低，气体内能减小。

（3）由热力学第一定律

U＝W+Q判断气体是吸热还是放热。

【强化练习3】如图所示为气压式保温瓶的原理图，保温瓶内水面与出水口的高度差为h=0.10m，瓶内密封空气体积为V＝1.0×10－3m3，已知水的密度为ρ=1.0×103kg/m3，大气压强为p0=1.01×105Pa，欲使水从出水口流出，需要向下按压保温瓶上部的活塞，使瓶内水面上部的空气体积变小。

设瓶内出水管的体积不计，压水前管内无水，压水前后瓶内气体的温度保持不变。

g取10m/s2.

（1）欲使水从出水口流出，则瓶内气体的压强至少为多大？

（2）若瓶内空气的压强和体积满足关系式pV=常量，欲使水从出水口流出，瓶内空气的压缩量△V至少为多少？

解析：

（1）水从出水口刚要流出时，出水口处的液面比瓶内水面高出h=0.10m，故瓶内气体的压强为p=p0+ρgh，代入数据，解得p=1.02×105Pa。

（2）以瓶内空气为研究对象，压水前后气体温度保持不变，属于等温变化过程。

压水前（初状态），瓶内空气的压强为p0，体积为V；压水后水刚要流出时（末状态），瓶内气体的压强为p，体积为V－△V。

由题意得p0V＝p（V－△V），解得：

，代入数据得

m3。

【能力提升】

1．从下列哪一组数据可以算出阿伏伽德罗常数（）

A．水的密度和水的摩尔质量

B．水的摩尔质量和水分子的体积

C．水分子的体积和水分子的质量

D．水分子的质量和水的摩尔质量

2．已知阿佛伽德罗常数为N，某物质的摩尔质量为M（kg/mol），该物质的密度为ρ（kg/m3），则下列叙述中正确的是（）

A．1kg该物质所含的分子个数是ρN

B．1kg该物质所含的分子个数是

C．该物质1个分子的质量是

（kg）

D．该物质1个分子占有的空间是

（m3）

3．如图所示．设有一分子位于图中的坐标原点O处不动，另一分子可位于x轴上不同位置处．图中纵坐标表示这两个分子间分子力的大小，两条曲线分别表示斥力和引力的大小随两分子间距离变化的关系，e为两曲线的交点．则（）

A．ab表示吸力，cd表示斥力，e点的横坐标可能为10-15m

B．ab表示斥力，cd表示吸力，e点的横坐标可能为10-10m

C．ab表示吸力，cd表示斥力，e点的横坐标可能为10-10m

D．ab表示斥力，cd表示吸力，e点的横坐标可能为10-15m

4．下列与热力学定律有关的叙述正确的是（）

A．第二类永动机违反能量守恒定律

B．机械能可以全部转化为热量，热量也可能全部转化为机械能。

C．外界对物体做功，则物体的内能一定增加

D．做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能量转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的

5．如图为电冰箱的工作原理示意图。

压缩机工作时，强迫致冷剂在冰箱内外的管道中不断循环。

在蒸发器中致冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时致冷剂液化，放出热量到箱体外。

下列说法正确的是（）

A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外

B．电冰箱的致冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能

C．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律

D．致冷系统将冰箱内温度较低的食品的热量传给外界较高温度的空气，这不违反热力学第二定律

6．如图所示，绝热隔板K把绝热的气缸分隔成体积相等的两部分，K与气缸壁的接触是光滑的。

两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b。

气体分子之间相互作用势能可忽略。

现通过电热丝对气体a加热一段时间后，a、b各自达到新的平衡

。

以下说法正确的是（）

A．a的体积增大了，压强变小了

B．b的温度升高了

C．加热后a的分子热运动比b的分子热运动更激烈

D．a增加的内能小于b增加的内能

7．根据水的密度为ρ=1.0×103kg/m3和水的摩尔质量M=1.8×10-2kg，利用阿伏加德罗常数NA=6.0×1023mol-1，估算水分子的质量和水分子的直径。

8．内壁光滑的导热气缸竖直浸放在冰水混合物的水槽中，用不计质量的活塞封闭压强为p0=1.0×105Pa、体积V0=2.0×10－3m3的理想气体。

现在活塞上方缓慢倒上沙子，使封闭气体的体积变为原来的一半，然后将气缸移出水槽，缓慢加热，使气体的温度变为127℃。

求气缸内气体的最终体积和压强。

9．一定质量的理想气体由状态A变为状态D，其有关数据如图甲所示．若状态D的压强是2×104Pa．

（1）求状态A的压强．

（2）请在乙画中出该状态变化过程的P一T图像，并分别标出A、B、C、D箭个状态，不要求写出计算过程．

10．盛有氧气的钢筒在7℃的室内，筒上压强计指示出氧气压强为80个工业大气压，当搬到27℃的工地，用去一半氧气后，压强计指示出氧气压强为40个工业大气压，问这钢筒有无漏气？

附：

【能力提升】参考答案

1．D解析：

水的摩尔质量除以水分子的质量等于一摩尔水分子的个数，即阿伏伽德罗常数。

故D正确。

2．D解析：

1kg该物质所含的分子个数是

，该物质1个分子的质量是

（kg），只有只有D是正确的。

3．C解析：

斥力比引力变化得快，引力与斥力相等时分子间距离约为10-10m，即e点的横坐标可能为10-10m

4．BD解析：

一个运动的物体，克服摩擦阻力做功，最终停止；在这个过程中机械能全部转化为热量。

外界条件发生变化时，热量也可以全部转化为机械能；如在等温膨胀过程中，系统吸收的热量全部用来对外界做功，B正确。

做功和热传递都可以改变物体的内能，C项错误；做功是一种形式的能量转化为另一种形式的能量，而热传递是物体间内能的转移，D正确

5．BD解析：

电冰箱工作原理满足能量守恒和热力学第二定律。

致冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能即引起了其它的变化。

6．BC解析：

a、b重新平衡，则压强相等且都比原来增大了，A错误；气缸绝热，电热丝对气体a加热，a体积增大，对b做功，b的温度升高，B对；a、b压强相等，a体积大于b，a温度高于b，故C对D错。

7．解：

每个水分子的质量

水的摩尔体积

，

把水分子看作一个挨一个紧密排列的小球，则每个分子的体积为

而根据球体积的计算公式，用d表示水分子直径，

解得d=4×10-10m

8．解析：

气体先做等温变化，由玻意耳定律得

解得压强P=2.0×105Pa

之后，气体做等压变化，由盖•吕萨克定律得

解得最终体积

m3

9．

（1）据理想气体状态方程：

则

（2）P—T图象及A、B、C、D各个状态如图所示．

10．解：

对钢筒中的氧气

初态：

p1=80个工业大气压

V1=？

T1=280K

末态：

p2=40个工业大气压

V2=2V1

T2=300K

假设不漏气，由理想气体状态方程得

代入数值解得，

个工业大气压

由于

，所以钢筒漏气了。

高я考╗试。

题:

库

高[考я试≒题库