专题14分子动理论理想气体状态方程-2017年高考物理二轮核心考点总动员Word版含解析(2).pdf
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1、【命题意图】以图象的形式呈现气体参量的变化,考查气体实验定律和理想气体状态方程,意在考查考生的理解能力。【专题定位】分子大小的估算;对分子动理论内容的理解;物态变化中的能量问题;气体实验定律的理解和简单计算;固、液、气三态的微观解释和理解;热力学定律的理解和简单计算;用油膜法估测分子大小等内容.【考试方向】选修 33 模块包含的考点较为固定,命题重点主要集中在分子动理论、热力学定律和气体实验定律的理解和应用等方面。对气体状态变化的考查一般涉及气体多个变化过程,每一过程只发生一种变化,如先发生等压变化,再发生等容变化。【应考策略】选修 33 内容琐碎、考查点多,复习中应以四块知识(分子动理论、从
2、微观角度分析固体、液体、气体的性质、气体实验定律、热力学定律)为主干,梳理出知识点,进行理解性记忆.【得分要点】理解气体实验定律和理想气体状态方程:玻意耳定律:一定质量的理想气体,在温度不变的情况下,p1V1=p2V2。查理定律:一定质量的气体,在体积不变的情况下,。2211TpTp盖吕萨克定律:一定质量的理想气体,在压强不变的情况下,。2211TVTV理想气体状态方程:对于一定质量的理想气体,。222111TVpTVp应用气体状态方程解题的一般步骤:明确研究对象,即某一定质量的理想气体;确定气体在始末状态的参量 p1、V1、T1及 p2、V2、T2;由状态方程列式求解;讨论结果的合理性。【2
3、016 年高考选题】【2016上海卷】(8 分)某同学制作了一个结构如图(a)所示的温度计。一端封闭的轻质细管可绕封闭端 O 自由转动,管长 0.5 m。将一量程足够大的力传感器调零,细管的开口端通过细线挂于力传感器挂钩上,使细管保持水平、细线沿竖直方向。在气体温度为 270 K 时,用一段水银将长度为 0.3 m 的气柱封闭在管内。实验时改变气体温度,测得封闭气柱长度 l 和力传感器读数 F 之间的关系如图(b)所示(实验中大气压强不变)。(1)管内水银柱长度为 m,为保证水银不溢出,该温度计能测得的最高温度为 K。(2)若气柱初始长度大于 0.3 m,该温度计能测量的最高温度将 (选填:“
4、增大”,“不变”或“减小”)。(3)若实验中大气压强略有升高,则用该温度计测出的温度将 (选填:“偏高”,“不变”或“偏低”)。【答案】(1)0.1;360 (2)减小(3)偏低(2)根据上题结论,从公式可以看出,后来温度与原来的气体长度有反比关系,所00VVTT以该温度计能够测量的最大温度将会减小。(3)实验过程中大气压强增加,公式,得到,温度会增加,但如果000p VpVTT000T pVTp V仍然用计算的话,会出现测量值偏低。00VVTT【考点定位】力矩、气体状态方程【方法技巧】根据力矩的平衡计算水银长度,根据公式计算气体温度,根据公式00VVTT判断测量值温度的变化。00VVTT【高
5、频考点】高频考点一:分子动理论 固体和液体的性质【解题方略】1高考考查特点(1)本部分知识点多,考查点也多,高考常以多选题的形式考查(2)考查点主要集中于分子动理论、分子力和物体的内能2.分子动理论(1)分子大小阿伏加德罗常数:NA6.021023 mol1.分子体积:V0(占有空间的体积).VmolNA分子质量:m0.MmolNA油膜法估测分子的直径:d.VS(2)分子热运动的实验基础:扩散现象和布朗运动.扩散现象特点:温度越高,扩散越快.布朗运动特点:液体内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分子力:分子间引力与斥力的合力.分
6、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.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 r0(分子间的距离为 r0时,分子间作用的合力为 0)时,分子势能最小.3.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
7、的方向跟液面相切.必须掌握的三个要点1估算问题(1)油膜法估算分子直径:dVSV 为纯油体积,S 为单分子油膜面积(2)分子总数:NnNANANAmMmVVm注意:对气体而言,N。VV个(3)两种模型:球模型:V R3(适用于估算液体、固体分子直径)43立方体模型:Va3(适用于估算气体分子间距)2反映分子运动规律的两个实例(1)布朗运动:研究对象:悬浮在液体或气体中的固体小颗粒。运动特点:无规则、永不停息。相关因素:颗粒大小、温度。(2)扩散现象产生原因:分子永不停息的无规则运动。相关因素:温度。3.对晶体、非晶体特性的理解(1)只有单晶体,才可能具有各向异性。(2)各种晶体都具有固定熔点,
8、晶体熔化时,温度不变,吸收的热量全部用于分子势能增加。(3)晶体与非晶体可以相互转化。(4)有些晶体属于同素异构体,如金刚石和石墨。【例题 1】高频考点二:热力学定律【解题方略】1.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.2.热力学第一定律(1)公式:UWQ;(2)符号规定:外界对系统做功,W0;系统对外界做功,W0;系统向外界放出热量,Q0;系统内能减少,U0.3.热力学第二定律的表述:(1)热量不能自发地从低温物体传到高温物体(按热传递的方向性表述).(2)不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响(按机械能和内
9、能转化的方向性表述).(3)第二类永动机是不可能制成的.【例题 2】高频考点三:理想气体状态方程【解题方略】1.气体实验定律(1)等温变化:pVC 或 p1V1p2V2;(2)等容变化:C 或;pTp1T1p2T2(3)等压变化:C 或;VTV1T1V2T2(4)理想气体状态方程:C 或.pVTp1V1T1p2V2T22.应用气体实验定律的三个重点环节(1)正确选择研究对象:对于变质量问题要保证研究质量不变的部分;对于多部分气体问题,要各部分独立研究,各部分之间一般通过压强找联系.(2)列出各状态的参量:气体在初、末状态,往往会有两个(或三个)参量发生变化,把这些状态参量罗列出来会比较准确、快
10、速的找到规律.(3)认清变化过程:准确分析变化过程以便正确选用气体实验定律.【例题 3】【近三年高考题精选】1【2016全国新课标卷】(5 分)关于热力学定律,下列说法正确的是_。(填正确答案标号。选对 1 个得 2 分,选对 2 个得 4 分,选对 3 个得 5 分。每选错 1 个扣 3 分,最低得分为 0 分)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【考点定位】热力学定律、理想气体的性质【名师点睛】本题主要考
11、查了热力学定律、理想气体的性质。此题考查了热学中的部分知识点,都比较简单,但是很容易出错,解题时要记住热力学第一定律 E=W+Q、热力学第二定律有关结论以及气体的状态变化方程等重要的知识点。2【2016上海卷】(10 分)如图,两端封闭的直玻璃管竖直放置,一段水银将管内气体分隔为上下两部分 A 和 B,上下两部分气体初始温度相等,且体积 VAVB。(1)若 A、B 两部分气体同时升高相同的温度,水银柱将如何移动?某同学解答如下:设两部分气体压强不变,由,所以水银柱将向下移动。1212VVTTTVVT上述解答是否正确?若正确,请写出完整的解答;若不正确,请说明理由并给出正确的解答。(2)在上下两
12、部分气体升高相同温度的过程中,水银柱位置发生变化,最后稳定在新的平衡位置,A、B 两部分气体始末状态压强的变化量分别为 pA和 pB,分析并比较二者的大小关系。【答案】(1)不正确 水银柱向上移动 (2)=ABppppTTTTppppT因为,pApB,可知,所示水银柱向上移动。0T ABpp(2)升温前有 pB=pA+ph(ph为汞柱压强)升温后同样有 pB=pA+ph两式相减可得=ABpp【考点定位】查理定律、封闭气体压强【方法技巧】通过查理定律计算分析水银柱的移动方向;建立升温前后 A、B 气体压强关系,两式相减就可以计算出两部分气体的压强变化关系。3【2015上海9】如图,长为 h 的水
13、银柱将上端封闭的玻璃管内气体分割成两部分,A 处管内外水银面相平。将玻璃管缓慢向上提升 H 高度(管下端未离开水银面),上下两部分气体的压强发生变化分别为和,体积变化分别为和。已知水银密度为,玻璃1p2p1V2V管截面积为 S,则A一定等于 B一定等于2p1p2V1VC与之差为 D与之和为 HS2p1pgh2V1V【答案】A【解析】当玻璃管缓慢向上提升 H 高度时,气体的体积变大,压强变小,有部分水银进入玻璃管,也就是管中的水银面会比管外的水银面高,设高度差为,初状态上面气体的压强h,末状态上面气体的压强,所以,同理ghpp01hgghpp01hgp1可求出,故 A 正确,C 错误;由玻意耳定
14、律得,所以气体的变化hgp21111VPVP,同理可求出,故 B 错误;因为有水银进入玻璃管内,111111VPPVVV2222VPPV所以与之和小于 HS,故 D 错误。1V2V【考点定位】玻意耳定律【名师点睛】本题考查了气体的实验定律,涉及气体压强的计算、玻意耳定律的应用等,意在考查考生运用物理规律解决问题的能力。本题的重难点在于对气体压强的求解。特别注意,管内外液体深度相同位置处的压强是相同的。4【2015江苏12A(3)】给某包装袋充入氮气后密封,在室温下,袋中气体压强为 1 个标准大气压、体积为 1L。将其缓慢压缩到压强为 2 个标准大气压时,气体的体积变为 0.45L。请通过计算判
15、断该包装袋是否漏气。【答案】漏气【考点】考查理想气体状态方程【方法技巧】本题主要是公式,理想气体的状态方程,由此分析气体的压强。kTPV5【2014山东37】一种水下重物打捞方法的工作原理如图所示。将一质量kgM3103、体积305.0 mV 的重物捆绑在开口朝下的浮筒上。向浮筒内冲入一定质量的气体,开始时筒内液面到水面的距离mh401,筒内气体体积311mV。在拉力作用下浮筒缓慢上升,当筒内液面的距离为2h时,拉力减为零,此时气体体积为2V,随后浮筒和重物自动上浮。求2V和2h。已知大气压强aPP50101,水的密度33/101mkg,重力加速度的大小2/10smg。不计水温变化,筒内气体质
16、量不变且可视为理想气体,浮筒质量和筒壁厚度可忽略。【答案】;322.5Vm210hm【解析】当时,由平衡条件得0F 0()Mgg VV2水代入数据得 322.5Vm设筒内气体初、末态的压强分别为、,由题意得1P2P 101PPgh 202PPgh此过程中,筒内气体温度和质量不变,由玻意耳定律得1 122PVPV联立式,代入数据得 210hm【考点定位】玻意耳定律【方法技巧】当拉力减为零时,物体处于平衡状态,根据平衡条件列方程;还有就是注意在运动过程中气体的温度和质量都保持不变,以此列玻意耳定律方程。【模拟押题】1以下说法正确的是_。(填正确答案标号。选对 1 个得 2 分,选对 2 个得 4
17、分,选对 3 个得 5 分。每选错 1 个扣 3 分,最低得分为 0 分)A已知阿伏加德罗常数、气体的摩尔质量和密度,可算出该气体分子间的平均距离B饱和蒸汽在等温变化的过程中,随体积减小压强增大C布朗运动指的是悬浮在液体中的固体小颗粒的运动D给自行车打气时越往下压,需要用的力越大,是因为压缩气体使得分子间距减小,分子间作用力表现为斥力导致的E热量可以从低温物体传递到高温物体【答案】ACE是由多少决定的,而是取决于分子间的距离.打气是由于分子密度增大,从而气体压强增大.,不是分子间斥力的体现,D 错误;根据热力学第二定律,热量不能自发从低温物体传给高温物体,但可以通过不同条件达到热量从低温物体向
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