1、专题七选修模块 第1讲 分子动理论、气体及热力学定律 高考总复习大二轮 物 理 三年考情分析高考命题规律三年考题考查内容核心素养卷 33T气体的性质、热力学定律科学思维卷 33TpV 图像，理想气体状态方程物理观念、科学思维2019卷 33T油膜法估算分子大小，气体性质科学思维本专题主要考查：(1)分子动理论的相关内容，涉及分子力、分子力做功、分子势能变化、布朗运动、扩散现象，考查记忆能力和简单的推导能力卷 33T气体实验定律、热力学第一定律科学思维卷 33T内能、气体实验定律物理观念、科学思维2018卷 33T气体实验定律、热力学第一定律物理观念、科学思维(2)结合汽缸、液柱、热力学图像考查
2、涉及气体作用力的平衡问题及理想气体状态方程的应用，侧重考查学生的综合分析推理能力卷 33T分子动理论、气体实验定律科学思维卷 33T气体实验定律、热力学第一定律科学思维2017卷 33T热力学第一定律、气体实验定律科学思维(3)热力学定律与气体实验定律相结合考查学生的物理观念、科学思维等核心素养.考向一 热学基础知识知识必备提核心 通技法1分子动理论和内能2两种微观模型(1)球体模型(适用于固体、液体)：一个分子的体积 V043d2316d3，d 为分子的直径(2)立方体模型(适用于气体)：一个分子占据的平均空间 V0d3，d 为分子间的距离3固体、液体和气体4热力学第一定律公式 UQW 符号
3、的规定物理量功 W热量 Q内能的改变 U取正值“”外界对物体做功物体从外界吸收热量物体的内能增加取负值“”物体对外界做功物体向外界放出热量物体的内能减少5.热力学第二定律的两种表述(1)不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化(2)不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功，而不引起其他变化跟进题组练考题 提能力题组一 分子动理论、内能及热力学定律1正误判断(1)液体温度越高，布朗运动会越激烈()(2)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()(3)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()(4)扩散现象不仅
4、能发生在气体和液体中，固体中也可以()(5)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()(6)当分子间距离增大时，分子间的引力减小，斥力增大()(7)若两分子间距离减小，分子间斥力增大，引力减小，合力为斥力()(8)当两分子间距离大于平衡位置的间距 r0 时，分子间的距离越大，分子势能越小()(9)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()(10)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()(11)只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，就可以算出该气体分子的体积()(12)一定质量的 100的水吸收热量
5、后变成 100的水蒸气，则吸收的热量大于增加的内能()(13)外界对系统做功，其内能一定增加()(14)一定质量的理想气体发生绝热膨胀时，其内能不变()(15)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()(16)热量能够自发地从高温物体传导到低温物体，但不能自发地从低温物体传导到高温物体()(17)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()(18)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()(19)“第一类永动机”不可能制成，是因为它违反了能量守恒定律()(20)“第二类永动机”不可能制成是因为它违反了能量守恒定律()2(201
6、9全国，33(1)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_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
7、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 1 mL 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题组二 固体、液体和气体3正误判断(1)大颗粒的盐磨成了细盐，就变成了非晶体()(2)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()(3)单晶体和多晶体都有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点()(4)晶体在各个方向上的异热性能相同时，表现为各向同性()(5)单晶体的物理性质具有各向异性()(6)太空中水滴成
8、球形，是液体表面张力作用的结果()(7)液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部()(8)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()(9)叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用()(10)液晶具有液体的流动性，同时具有晶体的各向异性特征()(11)液晶显示器是利用了液晶对光具有各向异性的特点()(12)当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大()(13)空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近同温度水的饱和汽压，水蒸发越快()(14)用热针尖接触金属表面的石蜡，熔化区域呈圆形，这是晶体各向异性的表现()(15)漂浮在热菜汤表面上的油滴，从上面观察是圆形的，是因为油
9、滴液体呈各向同性的缘故()(16)雨水没有透过布雨伞是因为液体分子表面张力的原因()(17)在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零()(18)压强变大时，分子间的平均距离必然变小()(19)当人们感到干燥时，空气的相对湿度一定较小()(20)影响蒸发快慢以及影响人们对干爽与潮湿感受的因素是空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压的差距()4(2019课标，33(1)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
10、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 Q0，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pVT 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
11、过程前密度小，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答案：低于 大于5(2019全国，33(1)如 pV 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N1_N2，T1_T3，N2_N3.(填“大于”“小于”或“等于”)解析：由理想气体状态方程可得2p1V1T1 p1V1T2 p12V1T3，可知 T1T3T2.由状态 1 到状态 2，气体压强减小，气体体积
12、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.答案：大于 等于 大于考向二 气体实验定理和理想气体状态方程知识必备提核心 通技法三类常考模型“汽缸活塞”模型典题例析析典题 学通法例 1(2019全国，33(2)T)如图，一容器由横截面积分别为2S 和 S 的两个汽缸连通而成，容器平放在水平地面上，汽缸内壁光滑整个容器被通过刚性杆连接的两活塞分隔成三部分，分别充有氢气、空气和氮气平衡时，氮气的压强和体积分别为 p0 和 V0，氢气的体积为 2V0，空气的压强为 p.现缓慢地将中部的空气全部抽出，
13、抽气过程中氢气和氮气的温度保持不变，活塞没有到达两汽缸的连接处，求()抽气前氢气的压强；()抽气后氢气的压强和体积审题指导 准确写出活塞的平衡方程准确写出两部分气体的体积变化关系解析 本题考查气体的性质，是对学生综合分析能力要求较高的题目，也是对学生科学推理素养的考查(1)设抽气前氢气的压强为 p10，根据力的平衡条件得(p10p)2S(p0p)S 得 p1012(p0p)(2)设抽气后氢气的压强和体积分别为 p1和 V 1，氮气的压强和体积分别为 p2和 V 2.根据力的平衡条件有 p2Sp12S 由玻意耳定律得 p1V 1p102V 0 p2V 2p0V 0 由于两活塞用刚性杆连接，故 V
14、 12V 02(V 0V 2)联立式解得 p112p014p V 14p0pV 02p0p 答案(1)12(p0p)(2)12p014p，4p0pV02p0p跟进题组练考题 提能力1.(2020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(体积忽略不计)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 S110 cm2、S220 cm2，两活塞总质量为 M5 kg，两汽缸高度均为 H10 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 l5 cm(图中未标出)已知大气压强为 p01.0
15、105 Pa，环境温度为 T0300 K，重力加速度 g 取10 m/s2.(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：lS1lS2T0HS2T代入数据得：T400 K.(2)设初始气体压强为 p1，由平衡条件有：p0S1p1S2Mgp0S2p1S1代入数据得：p11.5105 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 HS1，设压
16、强为 p2由玻意耳定律得：p1(lS1lS2)p2HS1代入数据得：p22.25105 Pa由平衡条件有：p0S1p2S2Mgp0S2p2S1F代入数据得：F75 N.答案：(1)400 K(2)75 N“液柱”类模型典题例析析典题 学通法例 2(2019全国，33(2)T)如图，一粗细均匀的细管开口向上竖直放置，管内有一段高度为 2.0 cm 的水银柱，水银柱下密封了一定量的理想气体，水银柱上表面到管口的距离为 2.0 cm.若将细管倒置，水银柱下表面恰好位于管口处，且无水银滴落，管内气体温度与环境温度相同已知大气压强为 76 cmHg，环境温度为 296 K.(1)求细管的长度；(2)若在
17、倒置前，缓慢加热管内被密封的气体，直到水银柱的上表面恰好与管口平齐为止，求此时密封气体的温度审题指导(1)研究对象是封闭部分气体，计算气体压强时应注意气体压强、外部大气压强，还有液柱压强之间的关系(2)计算气体体积时，2 cm 是细管中气体长度的变化量，同时计算细管中气体长度时不能遗漏液柱长度 2 cm.(3)缓慢加热时液柱缓慢移动，可以认为液柱处于平衡状态解析 本题考查了气体实验定律内容，培养学生的综合分析能力、应用数学知识处理物理问题的能力，体现了核心素养中的科学推理要素(1)设细管的长度为 L，横截面的面积为 S，水银柱高度为 h；初始时，设水银柱上表面到管口的距离为 h1，被密封气体的
18、体积为 V，压强为 p；细管倒置时，气体体积为 V 1，压强为 p1.由玻意耳定律有 pV p1V 1 由力的平衡条件有 pp0gh p1p0gh 式中，、g 分别为水银的密度和重力加速度的大小，p0为大气压强由题意有 V S(Lh1h)V 1S(Lh)由式和题给条件得 L41 cm (2)设气体被加热前后的温度分别为 T 0和 T，由盖吕萨克定律有VT 0V 1T 由式和题给数据得 T 312 K 答案(1)41 cm(2)312 K跟进题组练考题 提能力2.(2020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
19、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(h1h25 cm，L150 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：p1p0gh280 cmHg，右管内气体压强：p2p1gh185 cmHg，设右管内外液面高度差为 h3，则p2p0gh3，解得 h310 cm，右管内空气柱长度 L2L1h1h2h350 cm.(2)设玻璃管横截面积为 S，由理想气体状态方程p1L1ST1 p0gh2L3L1
20、L3ST2，解得：L360 cm.答案：(1)50 cm(2)60 cm“充气、抽气”模型典题例析析典题 学通法例 3(2019全国，33(2)T)热等静压设备广泛应用于材料加工中该设备工作时，先在室温下把惰性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中，然后炉腔升温，利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理，改善其性能一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为 0.13 m3，炉腔抽真空后，在室温下用压缩机将 10 瓶氩气压入到炉腔中已知每瓶氩气的容积为 3.2102m3，使用前瓶中气体压强为 1.5107 Pa，使用后瓶中剩余气体压强为 2.0106 Pa；室温温度为 27.氩气
21、可视为理想气体(1)求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强；(2)将压入氩气后的炉腔加热到 1 227，求此时炉腔中气体的压强审题指导(1)以每瓶中的氩气为研究对象使用前后满足玻意耳定律(2)以 10 瓶压入的气体为研究对象，把变质量问题变为定质量问题，满足玻意定律(3)压入炉腔的气体加热前后满足查理定律 解析(1)设初始时每瓶气体的体积为 V 0，压强为 p0；使用后气瓶中剩余气体的压强为 p1.假设体积为 V 0、压强为 p0的气体压强变为 p1时，其体积膨胀为 V 1.由玻意耳定律 p0V 0p1V 1 被压入到炉腔的气体在室温和 p1条件下的体积为 V 1V 1V 0 设 10 瓶气体压
22、入完成后炉腔中气体的压强为 p2，体积为 V 2.由玻意耳定律 p2V 210p1V 1 联立式并代入题给数据得 p23.2107 Pa(2)设加热前炉腔的温度为 T 0，加热后炉腔温度为 T 1，气体压强为 p3.由查理定律 p3T 1p2T 0 联立式并代入题给数据得 p31.6108 Pa答案(1)3.2107 Pa(2)1.6108 Pa跟进题组练考题 提能力3.如图所示，总体积为 V 的圆柱形汽缸中，有一个厚度不计的轻质活塞，活塞横截面积为 S，与汽缸壁之间可以无摩擦滑动在温度为 T0，大气压强为 p0 的环境中，用活塞密封一定质量的空气，并在活塞上放一个质量为 m 的重物(mgp0
23、S)，系统达到平衡状态后，系统的体积为V2，并与环境温度相同为使活塞升至汽缸顶部，现用一个打气筒对汽缸充气，打气筒一次可以把一个标准大气压下体积为V100的空气充入汽缸(空气看作理想气体，21.414)(1)在缓慢充气的情况下，缸内气体温度不变，求至少充气多少次才能使活塞升至汽缸顶部；(2)在快速充气的情况下，缸内气体来不及散热，且每次充气可以使缸内气体温度升高 T0100，求至少充气多少次才能使活塞升至汽缸顶部解析：(1)设至少充气 n 次，则 n 次充气的气体体积为nV100，压强为 p0，充气后压强为 2p0，体积为 V，由玻意耳定律 p0nV1002p0V2解得 n100 次(2)设至少充气 N 次，则 N 次充气的气体体积为NV100，压强为 p0，温度为 T0；汽缸原有气体体积V2，压强为 2p0，温度为 T0；充气后体积为 V，压强为 2p0，温度为 T0NT0100；由理想气体状态方程，得p0NV1002p0V2T02p0VT0NT0100整理得到1 N10022解得 N100(21)根据题意，取 N42 次答案：(1)100 次(2)42 次
