高中物理选修3-3分子动理论、分子力、分子势能和内能、液体固体、气缸模型.pdf

1 分子动理论 必备知能 1.分子大小 阿伏加德罗常数：NA=6.02X 1023 mo1。(2)分子体积：旷0=需(占有空间的体积)。M mol(3)分子质重：mo=NA .V(4)油膜法估测分子的直径：d=S 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：液体内固体微粒做永不停息、无规则的运动，微粒越小、温度越高,运动越剧烈。演练冲关 1.易错辨析(正确的打号，错误的打“X”号)(1)布朗运动是液体分子的无规则运动()(2)布朗运动并不是液体分子的运动，但它说明分子永不停息地做无规则运动 ()(3)液体温度越高，固体微粒越小，布朗运动会越激烈()(4)布朗运动反映了悬浮颗粒中分子运动的无规则性()(5)悬浮在液体中的固体微粒越小，布朗运动就越明显()(6)悬浮在液体中的微粒越小，受到液体分子的撞击就越容易平衡()(7)布朗运动是由于液体各部分温度不同引起的()(8)在较暗的房间里，看到透过窗户的“阳光柱”里粉尘的运动不是布朗运动 ()(9)布朗运动是指在显微镜下观察到的液体分子的无规则运动()(10)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()(11)悬浮在空气中做布朗运动的 PM2.5微粒，气温越高，运动越剧烈()(12)扩散现象就是布朗运动()(13)扩散现象与布朗运动都与温度有关()(14)扩散现象不仅能发生在气体和液体中，固体中也可以发生()(15)“酒香不怕巷子深”与分子热运动有关()(16)只要知道水的摩尔质量和水分子的质量，就可以计算出阿伏加德罗常数()2 (17)用阿伏加德罗常数和某种气体的密度，就可以求出该种气体的分子质量()(18)已知某气体的摩尔体积 V,再知道阿伏加德罗常数 NA,就可以求出一个气体分子 的体积()(19)只要知道气体的摩尔质量和阿伏加德罗常数，就可以算出气体分子的质量()答案：(1)X(2)V(3)V(4)X(5)V(6)X(7)X(8)V(9)X(10)，(11)，(12)X(13)，(14)，(15)，(16)，(17)X(18)X(19)，分子力、分子势能和内能 必备知能 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得快。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 叫分子 间的距离为工时，分子间作用力的合力为 0)时，分子势能最小。3.内能 物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和。组成任何物体的分子都在做无规则 的热运动，所以任何物体都具有内能。演练冲关 2.易错辨析(正确的打号，错误的打“X”号)(1)水不易被压缩说明分子间存在分子力()(2)用力拉铁棒的两端，铁棒没有断，说明此时分子间只存在引力而不存在斥力 ()(3)分子间引力总是随着分子间的距离减小而减小()(4)将一个分子从无穷远处无限靠近另一个分子，则这两个分子间的分子力先增大后减 小最后再增大()(5)当分子间距离增大时，分子间的引力减小，斥力增大()(6)若两分子间距离减小，分子间斥力增大，引力减小，合力表现为斥力()(7)当两分子间距离大于平衡位置的间距 ro时，分子间的距离越大，分子势能越小()(8)分子间同时存在着引力和斥力，当分子间距增加时，分子间的引力增大，斥力减小 ()(9)分子间的相互作用力随着分子间距离的增大，先减小后增大()(10)分子间距离增大时，分子间的引力、斥力都减小()(11)随着分子间距离增大，分子间作用力减小，分子势能也减小()3 (12)分子间的距离为平衡位置的间距 ro时，分子间作用力的合力为零，分子势能最小()(13)达到热平衡的两个物体具有相同的热量()(14)物体的温度越高，分子热运动越剧烈，分子的平均动能越大()(15)温度升高时，物体内的每个分子的运动速率一定增大()(16)物体中所有分子的热运动动能的总和叫做物体的内能()(17)物体的内能是物体内所有分子动能和分子势能的总和()(18)温度升高，物体内每个分子的动能一定增大()(19)相同质量0 C的水的分子势能比 0 C的冰的分子势能大()答案：(1)，(2)X(3)X(4)，(5)X(6)X(7)X(8)X(9)X(10)，(11)X(12)，(13)X(14)，(15)X(16)X(17)，(18)X(19)，固体、液体 必备知能 1.晶体和非晶体 比较 晶体 非晶体 单晶体 多晶体 形状 规则 不规则 不规则 熔点 固定 固定/、固定 特性 各向异性 各向同性 各向同性 2.液晶的性质 液晶是一种特殊的物质，既可以流动，又可以表现出单晶体的分子排列特点，在光学 性质上表现出各向异性。3.液体的表面张力 使液体表面有收缩到球形的趋势，表面张力的方向跟液面相切。4.饱和汽压的特点 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。5.相对湿度 某温度时空气中水蒸气的实际压强与同温度水的饱和汽压的百分比。即：B=-pX100%。Ps 演练冲关 3.易错辨析(正确的打号，错误的打“X”号)(1)同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现()4 (2)大颗粒的食盐磨成了细盐，就变成了非晶体()(3)单晶体的某些物理性质具有各向异性，而多晶体和非晶体是各向同性的 ()（4）单晶体和多晶体都有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点（）（5）晶体在各个方向上的导热性能相同，表现为各向同性（）（6）晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化（）（7）太空中水滴成球形，是液体表面张力作用的结果（）（8）漂浮在热菜汤表面上的油滴，可以观察到是圆形的，是油滴液体呈各向同性的缘故（）（9）液体与大气相接触，表面层内分子所受其他分子的作用表现为相互吸引（）（10）由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，液面分子间只有引力，没有 斥力，所以液体表面具有收缩的趋势（）（11）液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部（）（12）液体表面的分子距离大于分子间的平衡距离，使得液面有表面张力（）（13）叶面上的小露珠呈球形，是由于液体表面张力的作用（）（14）肥皂水的水面能托住小的硬币，主要与液体的表面张力有关（）（15）雨水没有透过布雨伞，是因为液体表面存在张力（）（16）液晶具有液体的流动性，同时具有晶体的各向异性特征（）（17）液晶显示器是利用了液晶对光具有各向异性的特点（）（18）当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大（）（19）空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近饱和汽压，水蒸发越快（）答案：（1），（2）X（3），（4），（5）X（6），（7），（8）X（9），（10）X（11）X（12），（13），（14），（15），（16），（17），（18）X（19）X 41all 气体分子的运动特点 必备知能 1.气体压强是由气体分子频繁地碰撞器壁产生的，压强大小与分子热运动的剧烈程度 和分子密集程度有关。2.做功和热传递都可以改变物体的内能，理想气体的内能只与温度有关。3.温度变化时，物体内分子的平均动能随之变化，并非物体内每个分子的动能都发生 同样的变化。演练冲关 4.易错辨析（正确的打号，错误的打“X”号）5 （1）气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力（）（2）单位体积的气体分子数增加，气体的压强一定增大（）（3）气体的压强是由于大量分子所受的重力产生的（）（4）若气体的温度不变，压强增大，说明每秒撞击单位面积器壁的分子数增多（）（5）一定质量的理想气体压强不变时，气体分子单位时间内对器壁单位面积的平均碰撞 次数随着温度升高而减少()(6)从微观角度看，气体压强只与分子平均动能有关()(7)气体分子单位时间内与单位面积器壁发生碰撞的次数，与单位体积内气体的分子数 和气体温度都有关()(8)单位时间内气体分子对容器壁单位面积上碰撞次数减少，气体的压强一定减小()答案：(1)，(2)X(3)X(4)V(5)V(6)X(7)V(8)X 考点五 热力学定律的理解与应用 必备知能 1.热力学第一定律：U=Q+W 2.热力学第二定律(1)热量不能自发地从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化。(2)不可能从单一热库吸收热量，并使之完全变为功，而不产生其他影响。演练冲关 5.易错辨析(正确的打号，错误的打“X”号)(1)外界对系统做功，系统内能一定增加()(2)系统从外界吸收热量，系统内能一定增加()(3)一定质量的理想气体发生绝热膨胀时，其内能不变()(4)一定质量的理想气体，在等压膨胀过程中，气体分子的平均动能增大()(5)在轮胎爆裂这一短暂过程中，气体膨胀，温度下降()(6)密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程外界对其做功，瓶内空气内能增加 ()(7)热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高温 物体()(8)利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为 机械能是可能的()(9)自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的()(10)功转变为热的实际宏观过程一定是可逆过程()(11)空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性()6 (12)不断改进工艺，热机的效率可能达到 100%()(13)热量不可以自发地从低温物体传递到高温物体，是因为违背了热力学第一定律()(14)“第一类永动机”不可能制成，是因为它违背了能量守恒定律()(15)“第二类永动机”不可能制成，是因为它违背了能量守恒定律()7 答案：(1)X(2)X(3)X(4)V(5)V(6)X(7)V(8)V(9)V(12)X(13)X(14)，(15)X “汽缸”类问 题 必备知能典例示法 例1（2017东北三省四市模拟）如图所示，两竖直且正对放置的导 热汽缸底部由细管道（体积忽不计）连通，两活塞a、b用刚性轻杆相连，可在两汽缸内无摩擦地移动。上下两活塞（厚度不计）的横截面积分别为 S1=10 cm2、S2=20 cm2,两活塞总质量为 M=5 kg,两汽缸高度均为 H=10 cm。汽缸内封闭有一定质量的理想气体，系统平衡时，活塞 a、b到汽 缸底部距离均为l=5 cm（图中未标出）。已知大气压强为 p0=1.0X 105 Pa,2 300 K,重力加速度 g取10 m/s。（1）若缓慢升高环境温度，使活塞缓慢移到一侧汽缸的底部，求此时的环境温度；（2）若保持温度不变，用竖直向下的力缓慢推活塞 b,在活塞b由开始运动到汽缸底部 过程中，求向下推力的最大值。解析（1）汽缸内气体压强不变，温度升高，气体体积变大，故活塞向上移动，由盖-吕萨克定律得：1SI+1s2 HS2 -=TO T 代入数据得：T=400 Ko（2）设初始气体压强为 团，由平衡条件有：POSI+PIS2=Mg+P0S2+PISI 代入数据得：6=1.5X105 Pa 由题意知，活塞 b刚要到达汽缸底部时，向下的推力最大，此时气体的体积为 HSI,设压强为P2 由玻意耳定律得：PI（1SI+想2）=P2HS1 代入数据得：P2=2.25 X 105 Pa (10)X(11)X TO=体验律状方,实定及态 8 由平衡条件有：P0S1+p2s2=Mg+P0S2+P2S1+F 代入数据得：F=75 No 答案(1)400 K(2)75 N 周维建模 应用气体实验定律的三个重点环节；正防选择斫宽对隼：对F蹩脑敢向越.僵研究 j质罩不变的部分t对F多部分气体问题.斐箸:部分独立删克.耳部分之间 一股通过田强找 短系 产、i列出界状态的参量】气体在力.不状态.住挂会!;第二步 A 力两个(或三个)参量发生变化，把这里状态步I，量罗列出来，可以比较HI；砌.快速地找到规律i 0 七二:二二二二二二二二二二二二二二二二 认沽变但过薜土准礁分析变化过程特点，以便1 一少尸LE辅选用、体噗骗定律 演练冲关 6.(2018届高三 焦作四校联考)如图1所示，开口向上、内壁光滑的圆柱形汽缸竖直放 置，在汽缸P、Q两处设有卡口，使厚度不计的活塞只能在 P、Q之间运动。开始时活塞停 在Q处，气体温度为300 K,现缓慢加热缸内气体，直至活塞运动到 P处，整个过程中的 p V图线如图2所示。设外界大气压强 po=1.0 x 105 Pa。(1)写出图2中气体状态的变化过程，求卡口 Q下方气体的体积以及两卡口之间的体积;(2)求活塞刚离开Q处时气体的温度以及缸内气体的最高温度。解析：(1)从题图2可以看出，气体先做等容变化，然后做等压变化，最后做等容变化。由题图2可知，卡口 Q下方气体的体积 V0=1.0X10 3 m3 两卡口之间的体积 AV=(1.2 X 10 3-1.0X 10 3)m3=0.2x 10 3 m3。(2)从题图2可以看出，开始时缸内气体的压强为 6=0.9X105 pa 活塞刚离开 Q处时，气体压强 p2=1.2 x 105 Pa 由查理定律有：p1=p2 T1 T2 解得：T2=400 K 活塞最终运动到 P处，由题图2可知，此时气体压强 P3=1.5X105 Pa,体积 V3=1.2X10 3 m3 1.2 17(X 10 ill)9 由理想气体状态方程有：呼=要 Ti T3 解得：T3=600 Ko 答案：(1)变化过程见解析 1.0X103 m3 0.2X10-3 m3(2)400 K 600 K VJ3 Ht)“液柱”类问 题 典例示法 例2(2017南昌重点中学模拟)如图所示，两端开口、粗细均匀的 足够长玻璃管插在大水银槽中，管的上部有一定长度的水银柱，两段空气 柱被封闭在左右两侧的竖直管中。开启上部连通左右水银的阀门 A,当温 度为300 K,平衡时水银柱的位置如图(h1=h2=5 cm,L1=50 cm),大气 压强为75 cmHg。求：(1)右管内空气柱的长度 L2；(2)关闭阀门A,当温度升至405 K时，左侧竖直管内空气柱的长度 L3。(大气压强保持 不变)解析(1)左管内气体压强：p1=P+pgh=80 cmHg,右管内气体压强：p2=p1+p gh=85 cmHg,设右管内外液面高度差为 h3,则 P2=P0+P gh,解得 h3=10 cm,右管内空气柱长度 L2=L1 h1 h2+h3=50 cm。(2)设玻璃管横截面积为 S,由理想气体状态方程 P1L1S P0+P(h2+L3 L1 JL3s T1=T2 解得：L3=60 cm。答案(1)50 cm(2)60 cm 演练冲关 7.(2017晋城*II拟)如图甲所示，一上端开口、下端封闭的细长玻璃管竖直放 置，管长为L,管里一段长7L的水银柱封住一段长；L的气柱，温度为T0,大气-3 3 压强为P0。M 2 1 一、I、，(1)现通过降低气柱温度，使水银柱下降 6L,气柱温度应降为多少？(2)若气柱温度不变，在管口加一个厚度、重力不计的活塞，给活塞加一个向下的力，1 使活塞缓慢向下移动，当水银枉下降-L时，活塞下降的距离为多少?6 解析：(1)气柱发生等压变化，由盖 一吕萨克定律得:10 1 1 3=6ZT-,解得：T2=1TO T0 T2 2(2)对下部气柱由玻意耳定律得：.0+1L)X 1LS=p下 2*1LS,1 3/3 6 解得：p下2=20+31,；对上部气柱，p上2=p下2 1L=2po+1L,3 3 对上部气柱由玻意耳定律得：1 1 po3LS=po+gL/X h 上 2S,则活塞向下移动的距离:d=1L p0L|+1L=L-p0L.3 6po+L 6 2 6po+L 答案2To(2)2L-6