(共42张PPT)
第四章 波粒二象性
本章小结
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归纳专题小结
1．与光电效应有关的五组概念对比
(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子．
(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能．
专题1 光电效应现象和光电效应方程的应用
(3)光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关．
(4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量．
(5)光的强度与饱和光电流：频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和光电流越大，但不是简单的正比关系．
2．光电效应的研究思路
(1)两条线索：
(2)两条对应关系：
入射光强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；
光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大．
3．三个关系
(1)爱因斯坦的光电效应方程Ek＝hν－W0.
(2)光电子的最大初动能Ek可以利用光电管实验的方法测得，即Ek＝eUc，其中Uc是遏止电压．
(3)逸出功W0与截止频率νc的关系是W0＝hνc.
例1 (多选)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb.h为普朗克常量．下列说法正确的是 ( )
A．若νa>νb，则一定有UaB．若νa>νb，则一定有Eka>Ekb
C．若UaD．若νa>νb，则一定有hνa－Eka>hνb－Ekb
解析：设该金属的逸出功为W，根据爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W，同种金属的W不变，则逸出光电子的最大初动能随ν的增大而增大，B正确；又Ek＝eU，则最大初动能与遏止电压成正比，C正确；根据上述有eU＝hν－W，遏止电压U随ν增大而增大，A错误；又有W＝hν－Ek，W相同，则D错误．
答案：BC
专题2 光电效应的四类图像
例2 (多选)1905年，爱因斯坦把普朗克的量子化概念进一步推广，成功地解释了光电效应现象，提出了光子说．在给出与光电效应有关的四个图像中，下列说法正确的是 ( )
根据光电效应方程Ek＝hν－W0知Ek－ν图线的纵轴截距的绝对值表示逸出功，则逸出功为E，当最大初动能为零，入射光的频率等于金属的截止频率，则金属的逸出功等于hνc，故D正确．
答案：CD
1．对光的波动性和粒子性的进一步理解
专题3 对波粒二象性的理解
项目 光的波动性 光的粒子性
实验基础 干涉和衍射 光电效应、康普顿效应
表现 ①光是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律来描述
②大量的光子在传播时，表现出光的波动性 ①当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质
②少量或个别光子容易显示出光的粒子性
项目 光的波动性 光的粒子性
说明 ①光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的
②光的波动性不同于宏观观念的波 ①粒子的含义是“不连续”“一份一份”的
②光子不同于宏观观念的粒子
例3 (多选)实物粒子和光都具有波粒二象性．下列实例中突出体现波动性的是 ( )
A．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样
B．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹
C．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构
D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构
解析：电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，可以说明电子是一种波，故A正确；β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹，可以说明β射线是一种粒子，故B错误；人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，中子衍射说明中子是一种波，故C正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子束的衍射现象，说明电子束是一种波，故D正确．
答案：ACD
典练素养提升
1．[物理观念]我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100 nm(1 nm＝10-9 m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲．大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用．一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎．据此判断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h＝6.6×10-34 J·s，真空光速c＝3×108 m/s) ( )
A．10-21 J B．10-18 J
C．10-15 J D．10-12 J
【答案】B
2．[物理观念](多选)关于光的波粒二象性，下列说法正确的是 ( )
A．光的粒子性说明每个光子就像一个极小的球体
B．光是波，与橡皮绳上的波相似
C．光的波动性是大量光子运动规律的表现，在干涉条纹中，那些光强度大的地方，光子到达的概率大
D．在宏观世界中波动性和粒子性是对立的，在微观世界是可以统一的
【答案】CD
【解析】由于波动性和粒子性是光同时具有的两种属性，不同于宏观观念中的波和粒子，故A、B错误．在干涉实验中，光强度大的地方即为光子到达概率大的地方，表现为亮纹；光强度小的地方即为光子到达概率小的地方，表现为暗纹，故C正确．在宏观世界中，牛顿的“微粒说”与惠更斯的“波动说”是相互对立的，只有在微观世界中，波动性与粒子性才能统一，故D正确．
3．[科学探究](多选)如图所示的电路可以用来研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、光的颜色(频率)等物理量间的关系．电源按图示极性连接时，密封在真空玻璃管中的阳极A吸收阴极K发出的光电子，在电路中形成光电流，阴极K与阳极A之间电压的大小可以通过移动滑片P调整，电压表为非理想电表，则以下说法正确的是 ( )
A．在光照条件不变的情况下，当P向右移时，光电流增大，最终会趋于一个饱和值
B．在光照条件不变的情况下，当P移至滑动变阻器的最左端时，电流表的示数一定为零
C．在连接电路后K受光照前，移动P后发现电压表读数无法调至零，可能是导线ac断路
D．在连接电路后K受光照前，P从a移到b后发现电压表读数先变小后变大，可能是导线ac的c端误连接在b端
【答案】AC
【解析】在光照条件不变的情况下，当P向右移时，光电管的正向电压增大，电子从阴极运动到阳极所用的时间减小，光电流增大，但由于光照不变，即单位时间内逸出的光电子数一定，所以当正向电压增大到某一值时，光电流不再增大即达到饱和光电流，故A正确；在光照条件不变的情况下，当P移至滑动变阻器的最左端时，即光电管的电压为0，但光电子仍能从阴极运动到阳极，即电流表示数不为零，故B错误；如果ac断路即滑动变阻器为限流式接法，所以电压表的示数无法调零，故C正确；导线ac的c端误连接在b端时，移动滑片，电压表示数不变，故D错误．
4．[物理观念]在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示，若该直线的斜率为k、与横轴交点为ν0，电子电荷量的绝对值为e，则 ( )
A．普朗克常量为ek
B．所用材料的逸出功为kν0
C．用频率低于ν0的光照射该材料，只要光照足够
强，也能发生光电效应
D．用频率为ν(ν>ν0)的光照射该材料，逸出光电子的最大初动能为ekν
【答案】A
5．[物理观念]康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量．图中给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子可能沿哪个方向运动，波长如何变化 ( )
A．方向3，变长
B．方向1，变短
C．方向1，变长
D．方向2，不变
【答案】C
【解析】光子与电子碰撞过程系统动量守恒，系统动量的矢量和不变，碰前动量向右，故碰撞后系统的动量的矢量和也向右，故碰后光子可能沿方向1运动；由于电子动能增加，故光子的能量减小，根据ε＝hν，光子的频率减小，根据c＝λν，波长变长，C正确，A、B、D错误．
6．[科学探究](多选)如图所示，两平行金属板A、B板间电压恒为U，一束波长为λ的入射光射到金属板B上，使B板发生了光电效应，已知该金属板的逸出功为W，电子的质量为m.电荷量为e，已知普朗克常量为h，真空中光速为c，下列说法中正确的是 ( )
【答案】BCD
7．[科学探究](多选)利用如图所示的电路研究光电效应现象，其中电极K由金属钾制成，其逸出功为2.25 eV.用某一频率的光照射时，逸出光电子的最大初动能为1.50 eV，电流表的示数为I.已知普朗克常量约为h＝6.6×10-34 J·s，下列说法正确的是 ( )
A．金属钾发生光电效应的截止频率约为5.5×1014 Hz
B．若入射光频率加倍，光电子的最大初动能变为3.00 eV
C．若入射光频率加倍，电流表的示数变为2I
D．若入射光频率加倍，遏止电压的大小将变为5.25 V
【答案】AD
8．[物理观念](2023年广东模拟)分别使用光束a、b、c做研究光电效应规律的实验，得到光电流随光电管两端电压的变化关系如图所示. 正确的分析是 ( )
A．b与c光的频率相同
B．a比b光的遏止电压大
C．b与c光的强度相同
D．a与c光照射阴极产生的光电子最大初动能相同
【答案】A
9．[科学思维]如图所示，电源的电动势为E，内阻不计，K为光电管的阴极．闭合开关S，将波长为λ的激光射向阴极，产生了光电流．调节滑片P，当电压表示数为U0时，光电流恰好减小到零，已知普朗克常量为h，电子电荷量为e，真空中光速为c.求：
(1)入射激光光子的动量p；
(2)从阴极K发出光电子的最大初动能Ekm；
(3)增大入射激光的频率，为能测出对应的遏止
电压，求入射激光频率的最大值νm.(共37张PPT)
第一章 分子动理论
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归纳专题小结
要对描述分子的微观量进行正确估算，必须把握两大要点：一是要建立正确的分子模型，二是要准确理解阿伏伽德罗常量的桥梁作用．
1．分子的两类模型
把形成单分子油膜的分子视为紧密排列的球形分子，把分子看作小球，这就是分子的理想化模型．实际上，分子有着复杂的内部结构，并不真的都是小球，因此，说分子的直径有多大，一般知道数量级就可以了．分子直径的数量级为10-10 m，相当微小．
专题1 微观量的估算
2．阿伏伽德罗常量
阿伏伽德罗常量反映了一条重要规律：1摩尔的任何物质所含有的分子数都相同，都是6.02×1023个．阿伏伽德罗常量是连接宏观世界与微观世界的桥梁．作为宏观量的摩尔质量M、摩尔体积V、密度ρ和作为微观量的分子直径d、分子质量m、每个分子的体积V0等，都是通过阿伏伽德罗常量联系起来的．
例1 已知金刚石的密度为ρ＝3.5×103 kg/m3，现有体积为4.0×10-8 m3的一小块金刚石，它有多少个碳原子？假如金刚石中的碳原子是紧密地挨在一起的，试估算碳原子的直径．(保留两位有效数字)
在实际测量中经常遇到微小量的测量，由于待测量与实际应用工具精度相差较大，可以将微小量进行累积以达到可测量的目的——此即为累积法．
在“用油膜法估测油酸分子大小”的实验中，由于分子很小，所以无论是油滴的体积，还是油膜的面积，都是分子微观量累积的结果．
专题2 “累积法”在测定分子直径中的应用
2．测定油膜的面积
(1)撒：向长度为30～40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水，将痱子粉或细石膏粉均匀地撒在水面上．
②滴：用注射器(或滴管)在浅盘中央、水面上方约1 cm高处滴入一滴油酸酒精溶液．
③描：待油酸在水面上散开形成的油膜稳定后，将事先准备好的平板玻璃盖在浅盘上，用彩笔在玻璃板上描绘出油膜轮廓形状．
例2 用油膜法估测油酸分子的大小，实验器材：浓度为 0.05%(体积分数)的油酸酒精溶液、最小刻度为0.1 mL 的量筒、盛有适量清水的45×50 cm2浅盘、痱子粉、橡皮头滴管、玻璃板、彩笔、坐标纸．
(1)下面是实验步骤，请填写所缺的步骤C．
A．用滴管将浓度为0.05%油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下滴入1 mL油酸酒精溶液时的滴数N
B．将痱子粉均匀地撒在浅盘内水面上，用滴管吸取浓度为0.05%的油酸酒精溶液，从低处向水面中央一滴一滴地滴入，直到油酸薄膜有足够大的面积又不与器壁接触为止，记下滴入的滴数n
C．________________________________________________
D．将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数，算出油酸薄膜的面积S cm2
(2)用已给的和测得的物理量表示单个油膜分子的直径大小________ cm.
典练素养提升
1．[物理观念]气溶胶是指悬浮在气体介质中的固态或液态颗粒所组成的气态分散系统．这些固态或液态颗粒的大小一般在10-3～103 μm之间．已知布朗运动微粒大小通常在10-6 m数量级．下列说法正确的是 ( )
A．布朗运动是气体介质分子的无规则运动
B．在布朗运动中，固态或液态颗粒越小，布朗运动越剧烈
C．在布朗运动中，颗粒无规则运动的轨迹就是分子的无规则运动的轨迹
D．当固态或液态颗粒很小时，能很长时间悬浮在气体中，颗粒的运动属于布朗运动，能长时间悬浮是因为气体浮力作用
【答案】B
【解析】布朗运动是气溶胶颗粒的无规则运动，不是气溶胶分子的无规则运动，A错误；悬浮在气体中的颗粒越小，布朗运动越剧烈，B正确； 布朗运动反映了分子运动的无规则性，布朗运动的轨迹是固态或液态颗粒的轨迹，C错误；当固态或液态颗粒很小时，受到气体的浮力作用微乎其微，这些颗粒之所以能很长时间都悬浮在气体中，是因为空气分子对它们的撞击作用，D错误．
2．[物理观念]将一个分子P固定在O点，另一个分子Q从图中的A点由静止释放，两分子之间的作用力与间距关系的图像如图所示，则下列说法错误的是 ( )
A．分子Q由A运动到C的过程中，先加速再减速
B．分子Q在C点时分子速度最大
C．分子Q在C点时动能最大
D．分子Q由A点释放后运动到C点左侧的过程中，加速度先增大后减小再增大
【答案】A
【解析】分子Q由A运动到C的过程中，一直受引力作用，速度一直增加，动能增加，A错误，B正确；分子Q在C点时受到的分子力为零，故Q在C点时分子动能最大，C正确；分子Q由A点释放后运动到C点左侧的过程中，分子间的引力先增大后减小，然后到C点左侧时分子力为斥力逐渐变大，故加速度先增大后减小再增大，D正确．
3．[科学思维]某同学在显微镜下观察水中悬浮的花粉微粒的运动．他把小微粒每隔一定时间的位置记录在坐标纸上，并用折线依次连接各个记录点，如图所示．则该图直接体现了 ( )
A．在每个时间间隔内液体分子做直线运动
B．在每个时间间隔内花粉微粒做直线运动
C．花粉微粒的运动是无规则的
D．液体分子的运动是无规则的
【答案】C
【解析】图中的折线是花粉微粒在不同时刻的位置的连线，既不是固体颗粒的运动轨迹，也不是水分子的运动轨迹，图中的折线没有规则，说明花粉微粒的运动是无规则的，间接反映了液体分子的运动是无规则的，C正确，A、B、D错误．
4．[科学思维](多选)泡菜是把干净的新鲜蔬菜放在低浓度的盐水中腌制一段时间，盐就会进入蔬菜，再经乳酸菌发酵，就制成了有特殊风味的腌制品．则下列说法正确的是 ( )
A．在腌制过程中，有的盐分子进入蔬菜内，也有盐分子从蔬菜里面出来
B．盐分子的运动属于布朗运动，温度越高现象越明显
C．盐水温度升高，每个盐分子运动的速率都会增大
D．如果让腌制蔬菜的盐水温度升高，盐分子进入蔬菜的速度就会加快
【答案】AD
【解析】由于分子永不停息地做无规则运动，在腌制过程中，有的盐分子进入蔬菜内，也有盐分子从蔬菜里面出来，A正确；盐分子的运动属于扩散，温度越高现象越明显，B错误；盐水温度升高，绝大多数的盐分子运动的速率会增大，但也有个别分子的运动减小，C错误；温度是分子平均动能的标志，如果让腌制蔬菜的盐水温度升高，盐分子进入蔬菜的速度就会加快，D正确．
5．[物理观念]将分子1固定在O点，分子2从图中的A点由静止释放，两分子之间的作用力与间距关系的图像如图所示，则下列说法正确的是 ( )
A．分子2由A运动到B的过程中，速度一直减小
B．分子2距离分子1最近只能到达C点
C．分子2在C点时加速度大小为零
D．分子2运动过程中，受到的分子力一直增大
【答案】C
【解析】分子2由A运动到B的过程中，一直受引力作用，且引力不断变大，故速度一直增加，A错误；分子2到达C点，受分子力为零，加速度为零，速度最大，能继续往C左侧运动，故B错误，C正确；分子2运动过程中，受力先变大，再变小，后又变大，故D错误．
6．[科学思维]缉毒犬可以嗅出毒品藏匿位置，不仅由于其嗅觉灵敏，还因为 ( )
A．分子之间有间隙 B．分子的质量很小
C．分子的体积很小 D．分子不停地运动
【答案】D
【解析】缉毒犬可以嗅出毒品藏匿位置，不仅由于其嗅觉灵敏，还因为分子不停地运动，A、B、C错误，D正确．
【答案】BD
8．[科学探究]在“用油膜法估测分子大小”的实验中，现有油酸和酒精按体积比为n∶m配制好的油酸酒精溶液置于容器中，还有一个盛有约2 cm深水的浅盘，一支滴管，一个量筒．
请补充下述实验步骤：
(1)___________________________________________.(需测量的物理量用字母表示)
(2)用滴管将一滴油酸酒精溶液滴入浅盘，等油酸薄膜稳定后，将薄膜轮廓描绘在坐标纸上，如图所示，则油膜面积为__________(已知坐标纸上每个小方格面积为S，求油膜面积时，半个以上方格面积记为S，不足半个舍去).
(3)估算油酸分子直径的表达式为d＝_________.
9．[科学思维]空调在制冷过程中，室内空气中的水蒸气接触蒸发器(铜管)液化成水，经排水管排走，空气中水分越来越少，人会感觉干燥．某空调工作一段时间后，排出液化水的体积V＝1.0×103 cm3.已知水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3、摩尔质量M＝1.8×10-2 kg/mol，阿伏伽德罗常量NA＝6.0×1023 mol-1.试求：(结果均保留一位有效数字)
(1)该液化水中含有水分子的总数N；
(2)一个水分子的直径d.(共43张PPT)
第五章 原子与原子核
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归纳专题小结
1．衰变规律及实质
(1)α衰变和β衰变的比较．
专题1 原子核的衰变、半衰期
(2)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时发生．
(2)决定因素：半衰期由放射性元素的核内部本身的因素决定的．跟原子所处的物理状态(如压强、温度等)或化学(如单质或化合物)状态无关．
(3)主要应用：放射性元素的半衰期在科技上主要应用于考古和某些测量．
(4)衰变速度越快的元素，半衰期越短，不同的放射性元素，半衰期不同，甚至差别很大．半衰期是一个统计规律，只对大量原子核适用，对于少数个别的原子核，其衰变毫无规律，何时衰变，不可预知．
3．半衰期计算
(1)发生衰变的放射性元素的质量(原子核个数)加上剩余放射性元素的质量(原子核个数)等于最初没有发生衰变时放射性元素的质量(原子核个数).
答案：B
解析：欲求解此丢分题，必须正确理解半衰期的概念．此例考查的是半衰期的概念，可做如下分析：
答案：b∶4a a∶4b
1．核反应的四种类型
专题2 核反应方程
2．核反应方程的书写
(1)掌握核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律．
(2)掌握常见的主要核反应方程式，并知道其意义．
(3)熟记常见的基本粒子的符号，如质子、中子、α粒子等．
答案：BD
由此可见确定衰变次数可归结为求解一个二元一次方程组．
方法二：因为β衰变对质量数无影响，可先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后根据衰变规律确定β衰变的次数．
专题3 衰变次数的确定方法
答案：D
重核的裂变和轻核的聚变，存在质量亏损，根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，可以判断两种核反应都会向外释放能量，计算核能的方法如下：
(1)质能方程ΔE＝Δmc2是计算释放核能多少的主要方法，质量亏损Δm的确定是计算核能的关键．
(2)核反应中如无光子辐射，核反应释放的核能全部转化为新核的动能和新粒子的动能．这种情况下的核能可由下列关系计算：反应前总动能＋反应过程中释放的核能＝反应后总动能．
专题4 核能的计算
(1)写出该核反应的方程式；
(2)该核反应释放的核能是多少？
(3)若测得反应后生成中子的动能是3.12 MeV，则反应前每个氘核的动能是多少？
典练素养提升
【答案】B
【答案】C
3．[科学思维](2023年宝鸡期末)如图所示，一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后，生成稳定的原子核Y.下列说法正确的是 ( )
A．此过程发生了7次α衰变
B．此过程发生了8次β衰变
C．原子核X发生α衰变的半衰期与温度有关
D．原子核Y比原子核X的比结合能小
【答案】A
C．若氢原子从能级n＝2跃迁到n＝1时放出的光子恰好能使某金属发生光电效应，则当氢原子从能级n＝3跃迁到n＝1时放出的光子照到该金属表面时，逸出的光电子的最大初动能为E3－E2
D．若要使处于能级n＝3的氢原子电离，可以采用两种方法：一是用能量为－E3的电子撞击氢原子，二是用能量为－E3的光子照射氢原子
【答案】BC
【答案】AC
6．[科学态度与责任](2023年南京检测)量子雷达是隐身战机的克星，可以捕捉到普通雷达无法探测到的目标．有一类量子雷达，仍采用发射经典态的电磁波，但在接收机处使用量子增强检测技术以提升雷达系统的性能．下列说法正确的是 ( )
A．量子就是α粒子
B．隐身战机不向外辐射红外线
C．电磁波在真空中的传播速度与其频率无关
D．量子雷达是利用目标物体发射的电磁波工作的
【答案】C
【解析】量子是现代物理的重要概念，即一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位，则这个物理量是量子化的，并把最小单位称为量子，A错误；任何物体都会向外发射红外线，B错误；任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于光速c，C正确；依据题意，量子雷达仍采用发射经典态的电磁波，不是目标物体发射的电磁波，D错误．
【答案】C
【答案】C(共36张PPT)
第三章 热力学定律
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归纳专题小结
我们知道，做功和热传递都可以改变物体的内能．在一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q就等于物体内能的增量ΔU，即ΔU＝Q＋W.此即为热力学第一定律，式中各物理量符号的含义规定如下：
专题1 热力学第一定律及其符号法则
物理量 符号
＋ －
W 外界对系统做功 系统对外界做功
Q 系统吸热 系统放热
ΔU 内能增加 内能减少
应用热力学第一定律解题时，应注意挖掘题目隐含的条件：
(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的变化量．
(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收(或放出)的热量等于物体内能的变化量．
(3)若过程的始、末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量．
例1 一定质量的气体，在从一个状态变化到另一个状态的过程中，吸收热量280 J，并对外做功120 J，试问：
(1)这些气体的内能发生了怎样的变化？
(2)如果这些气体又返回到原来的状态，并放出了240 J热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做功多少？
解：(1)由热力学第一定律得：ΔU＝W＋Q＝280 J－120 J＝160 J，内能增加了160 J.
(2)ΔU′＝－ΔU＝－160 J，Q′＝－240 J，由热力学第一定律得：W′＝ΔU′－Q′＝－160 J－(－240 J)＝80 J，即外界对气体做了80 J的功．
热力学第一定律与气体实验定律的结合量是气体的体积和温度，当温度变化时，气体的内能变化；当体积变化时，气体将伴随着做功．解题时要掌握气体变化过程的特点：
1．等温过程：内能不变ΔU＝0.
2．等容过程：W＝0.
3．绝热过程：Q＝0.
专题2 热力学定律与气体实验定律的结合
例2 如图所示，体积为V、内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；汽缸内密封有温度为2.4T0、压强为1.2p0的理想气体．p0和T0分别为大气的压强和温度．已知气体内能U与温度T的关系为U＝aT，a为正数常量；容器内气体的所有变化过程都是缓慢的．求：
(1)汽缸内气体与大气达到平衡时的体积V1；
(2)在活塞下降过程中，汽缸内气体放出的热量Q.
1．用于分析宏观过程的方向性
“自动地”和“不引起其他变化”是理解热力学第二定律的关键．第二定律的每一种表述，都揭示了自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性．
2．分析永动机不可能制成的原因
第一类永动机违背了能量守恒定律，不可能制成．第二类永动机也是不可能制成的，它虽然不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律中宏观热现象的方向性．
专题3 热力学第二定律
3．热力学第二定律在生活中的综合应用
(1)生活中有时也会出现热量从低温物体传到高温物体的机器，如最典型的制冷类型机器，像电冰箱、空调等，但这些都是有条件的，即有外界参与的．让热量无条件地、自发地从低温物体传到高温物体是不可能的．
(2)用热力学第二定律的两种表述来解释有关物理现象，是判断物理过程能否发生的依据．
例3 (多选)根据热力学第二定律，下列判断正确的是 ( )
A．电流的能量不可能全部变为内能
B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能
C．热机中，燃气内能不可能全部变为机械能而不引起其他变化
D．在热传递中，热量可能自发地从低温物体传递给高温物体
解析：根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电流的能量可全部变为内能(由焦耳定律可知)，而内能不可能全部变为电能而不产生其他影响．机械能可全部变为内能，而内能不可能全部变成机械能而不产生其他影响．在热传递中，热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地从低温物体传递给高温物体，所以选项B、C正确．
答案：BC
典练素养提升
1．[物理观念](多选)如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分．已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空．抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态．在此过程中 ( )
A．气体对外界做功，内能减少
B．气体不做功，内能不变
C．气体压强变小，温度不变
D．气体压强变大，温度不变
【答案】BC
【解析】由于b内为真空，抽开隔板K后，a内气体进入b，气体不做功，内能不变，A错误，B正确．由于气体体积增大，温度不变，气体压强变小，C正确，D错误．
2．[物理观念]密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气(不计分子势能) ( )
A．内能减小，吸收热量 B．内能减小，外界对其做功
C．内能增大，放出热量 D．内能增大，对外界做功
【答案】B
【解析】因不计分子势能，所以瓶内空气内能由温度决定，内能随温度降低而减小．空气内能减小、外界对空气做功，根据热力学第一定律可知空气向外界放热．故A、C、D错误，B正确．
3．[科学思维](多选)如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空．现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸．待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积．假设整个系统不漏气．下列说法正确的是 ( )
A．气体自发扩散前后内能相同
B．气体在被压缩的过程中内能增大
C．在自发扩散过程中，气体对外界做功
D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功
【答案】ABD
【解析】由于隔板右侧与绝热活塞之间是真空，气体在真空中自发扩散，不对外界做功，又由于绝热汽缸，与外界无热量交换，根据热力学第一定律，所以气体自发扩散前后内能相同，选项A正确，C错误；气体被压缩时，体积减小，外界对气体做功W>0 ，而Q＝0，根据热力学第一定律，ΔU＝Q＋W，则ΔU>0，即气体在被压缩的过程中内能增大，选项B、D正确．
4．[物理观念](多选)如图所示，一定质量的理想气体经历了A→B→ C的状态变化过程，则下列说法正确的是 ( )
A．A→B过程中，压强不变
B．A→B过程中，外界对气体做负功
C．B→C过程中，气体分子间距增大
D．B→C过程中，气体分子无规则热运动变剧烈
【答案】BD
5．[物理观念](多选)如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装配用形状记忆合金制成的叶片．轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动．离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动．下列说法正确的是 ( )
A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金从热水中吸收的热量
C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高
D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
【答案】BD
【解析】根据能量守恒定律知，形状记忆合金从热水中吸收热量后，一部分能量在伸展划水时转变为水和转轮的动能，另一部分释放到空气中．转轮转动的过程中克服摩擦力做功，转轮的速度越来越小，所以要维持转轮转动需要外力做功，故A错误，B正确．转动的叶片不断搅动热水的过程是水对转轮做功的过程，同时水会向四周放出热量，根据热力学第一定律可知水的内能减小，故水温降低，故C错误．根据热力学第二定律，物体不可能从单一热源吸收能量全部用来对外做功而不引起其他变化，故叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量，也一定大于水和转轮获得的动能，故D正确．
6．[物理观念](多选)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图像如图所示，已知气体处于状态A时的温度为300 K，则下列判断正确的是 ( )
A．气体处于状态B时的温度为900 K
B．气体处于状态C时的温度为300 K
C．从状态A变化到状态C过程气体内能一直
增大
D．从状态A变化到状态B过程气体放热
【答案】AB
7．[科学思维](多选)(2023年广东学业考试)将一个踩扁的乒乓球放到热水中，乒乓球会恢复原形，则在乒乓球恢复原形的过程中，球内气体 ( )
A．吸收的热量等于其增加的内能
B．压强变大，分子平均动能变大
C．吸收的热量大于其增加的内能
D．对外做的功大于其吸收的热量
【答案】BC
【解析】将一个踩扁的乒乓球放入热水中，一段时间后，乒乓球恢复为球形，是因为乒乓球中的气体吸收热量，温度升高，气体内能增大；压强变大，体积膨胀，所以对外做功．吸收的热量一部分转化为气体的内能，一部分用来对外做功，因此吸收的热量大于其增加的内能，B、C正确．
8．[科学思维](多选)(2022年天津卷)采用涡轮增压技术可提高汽车发动机效率．将涡轮增压简化为两个过程：一定质量的理想气体首先经过绝热过程被压缩，然后经过等压过程回到初始温度，则 ( )
A．绝热过程中，气体分子平均动能增加
B．绝热过程中，外界对气体做负功
C．等压过程中，外界对气体做正功
D．等压过程中，气体内能不变
【答案】AC
9．[科学思维](2023年梅州联考)在党的二十大会议中要求坚定实施创新驱动发展战略，向创新要动力．压缩空气储能(CAES)是一种利用压缩空气来储存能量的新型储能技术，绝热压缩空气储能方式是压缩空气并将产生的热能储存在各种介质当中，比如混凝土、石头、矿洞矿石中等．需要发电的时候让压缩空气推动发电机工作，这种方式能够将压缩空气储能的效率提升．对于上述过程的理解，下列说法正确的是 ( )
A．绝热压缩空气，分子平均动能不变
B．绝热压缩空气，温度升高，气体内能一定增大
C．该方式能够将压缩空气储能的效率提升到100%
D．压缩空气推动发电机工作，是气体对外做功，内能增大
【答案】B
【解析】绝热压缩空气前后，外界对气体做功，根据热力学第一定律，内能增大，温度升高，分子平均动能增大，A错误，B正确；压缩空气储能的过程涉及热运动的能量转换过程，任何转换过程效率都不可能达到100%，C错误；压缩空气膨胀推动发电机工作，是气体体积增大对外做功，根据热力学第一定律可知，内能减少，D错误．
10．[科学思维]在如图所示的坐标系中，一定质量的某种理想气体发生以下两种状态变化：第一种变化是从状态A到状态B，外界对该气体做功为6 J；第二种变化是从状态A到状态C，该气体从外界吸收的热量为9 J，图线AC的反向延长线通过坐标原点O，B、C两状态的温度相同，理想气体的分子势能为零，求：
(1)从状态A到状态C的过程，外界对该气体做的功W1和气体内能的增量ΔU1；
(2)从状态A到状态B的过程，该气体内能的增量ΔU2及其从外界吸收的热量Q2.
解：(1)从状态A到状态C过程，气体发生等容变化，该气体对外界做功W1＝0，
根据热力学第一定律有ΔU1＝W1＋Q1，
内能的增量ΔU1＝Q1＝9 J.
(2)已知从状态A到状态B的过程中，外界对气体做功，体积减小，温度升高，
由B、C两状态的温度相同，知该气体内能的增量
ΔU2＝ΔU1＝9 J，
根据热力学第一定律有ΔU2＝W2＋Q2，
从外界吸收的热量Q2＝ΔU2－W2＝3 J．(共45张PPT)
第二章 气体、液体和固体
本章小结
构建知识网络
归纳专题小结
1．宏观区别
专题1 晶体和非晶体的宏观区别与微观成因
比较 外形 物理性质 熔点
晶体 单晶体 有规则外形 各向异性 有确定熔点
多晶体 无规则外形 各向同性
非晶体 无确定熔点
说明：(1)由表可看出，晶体和非晶体不能从外形上进行区别，而应从有无确定熔点上区别．
(2)单晶体的各向异性不是指所有的物理性质，而是指某一方面的物理性质，如导热性、导电性、传光性等．
2．微观成因
晶体和非晶体的宏观差别是由它们各自不同的微观结构决定的．组成晶体的微粒，按照一定的规则在空间中整齐地排列，即形成空间点阵结构．微粒间的相互作用很强，热运动不足以克服它们间的相互作用来使它们远离，微粒只在平衡位置附近做微小振动．而组成非晶体的微粒则是杂乱无章的聚合在一起，微粒间的相互作用力很弱．
例1 关于晶体和非晶体，下列说法正确的是 ( )
A．可以根据各向异性或各向同性来鉴别晶体和非晶体
B．一块均匀薄片，沿各个方向对它施加拉力，发现其强度一样，则此薄片一定是非晶体
C．一个固体球，如果沿其各条直径方向的导电性能不同，则该球体一定是单晶体
D．一块晶体，若其各个方向的导热性能相同，则这块晶体一定是多晶体
解析：根据各向异性和各向同性只能确定是否为单晶体，无法用来鉴别晶体和非晶体，A错误；薄片在力学性质上表现为各向同性，也无法确定薄片是多晶体还是非晶体，B错误；固体球在导电性质上表现为各向异性，则一定是单晶体，C正确；某一晶体的物理性质显示各向同性，并不意味着该晶体一定是多晶体，D错误．
答案 C
1．理想气体状态方程与气体实验定律的关系
专题2 气体实验定律和理想气体状态方程的应用
2．两个重要的推论
3．气体实验定律和理想气体状态方程的应用，常常是连续发生的两个或三个变化的多过程的问题，求解这类问题的关键是分清气体状态的变化过程，一般按连续发生的划分变化过程，弄清过程前、后状态和连接不同过程的各个状态的物理量，建立清晰的物理情境，再对每一过程分别选择相应的气体实验定律进行列式求解．
例2 如图所示，哑铃状玻璃容器由两段粗管和一段细管连接而成，容器竖直放置，容器粗管的截面积为S1＝2 cm2，细管的截面积S2＝1 cm2，开始时粗、细管内水银长度分别为h1＝h2＝2 cm，整个细管长为h＝4 cm，封闭气体长度为L＝6 cm，大气压强为p0＝76 cmHg，气体初始温度为27 ℃，问：
(1)第一次若要使水银刚好离开下面的粗管，封闭气体的温度应为多少K
(2)第二次若在容器中再倒入同体积的水银，且使容器中气体体积不变，封闭气体的温度应为多少K
解：(1)开始时气体的压强为
p1＝p0＋ph1＋ph2＝80 cmHg，
体积为V1＝LS1，温度T1＝300 K.
水银全离开下面的粗管时，设水银进入上面的粗管中的高度为h3，
则h1S1＋h2S2＝2h2S2＋h3S1，
解得h3＝1 cm.
此时粗管中气体的压强为
p2＝p0＋2ph2＋ph3＝81 cmHg，
此时粗管中气体体积为V2＝(L＋h1)S1，
(2)再倒入同体积的水银，粗管里气体的体积不变，则粗管里气体的压强为
p3＝p0＋2(ph2＋ph1)＝84 cmHg，
专题3 理想气体的图像问题
例3 (多选)一定质量的理想气体的状态变化过程的p－V图像如图所示，其中A是初状态，B、C是中间状态，A→B是等温变化，如将上述变化过程改用p－T图像和V－T图像表示，则下列各图像中正确的是( )
答案 BD
分析变质量问题时，可以通过巧妙选择合适的研究对象，使这类问题转化为定质量的气体问题，用理想气体状态方程求解．
1．打气问题
向球、轮胎中充气是一个典型的气体变质量的问题．只要选择球内原有气体和即将打入的气体作为研究对象，就可以把充气过程中的气体质量变化的问题转化为定质量气体的状态变化问题．
专题4 气体变质量问题的处理方法
2．抽气问题
从容器内抽气的过程中，容器内的气体质量不断减小，这属于变质量问题．分析时，将每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象，质量不变，故抽气过程可看作是膨胀的过程．
3．灌气问题
将一个大容器中的气体分装到多个小容器中的问题也是一个典型的变质量问题．分析这类问题时，可以把大容器中的气体和多个小容器中的气体看作是一个整体来研究，可将变质量问题转化为定质量问题．
4．漏气问题
容器漏气过程中气体的质量不断发生变化，属于变质量问题，不能用理想气体状态方程求解．如果选容器内剩余气体与漏出的气体为研究对象，便可使问题变成定质量的气体状态变化的问题，可用理想气体状态方程求解．
例4 用来喷洒农药的压缩喷雾器的结构如图所示，A的容积为7.5 L，装入药液后，药液上方空气体积为1.5 L.关闭阀门K.用打气筒B每次打进105 Pa的空气250 cm3.假设整个过程温度不变，求：
(1)要使药液上方气体的压强为4×105 Pa，应打气几次？
(2)当A中有4×105 Pa的空气后，打开阀门K可喷洒药液，直到不能喷洒时，喷雾器内剩余药液的体积是多少？(忽略喷管中药液产生的压强)
解：(1)设原来药液上方空气体积为V，每次打入空气的体积为V0，打n次后压强由p0变为p1，以A中原有空气和n次打入A中的全部气体为研究对象，由玻意耳定律得p0(V＋nV0)＝p1V，
典练素养提升
1．[物理观念]关于液体，下列说法正确的是 ( )
A．小液滴成球状，说明液体有一定形状和体积
B．液体的性质介于气体和固体之间，更接近固体
C．液面为凸形时表面张力使表面收缩，液面为凹形时表面张力使表面伸张
D．硬币能浮在水面上是因为所受浮力大于重力
【答案】B
【解析】小液滴成球状，这是由于表面张力的缘故，故A错误；液体的性质介于气体和固体之间，更接近固体，故B正确；液体浸润时容器壁对液体的吸引力较强，附着层内分子密度较大，分子间距较小，故液体分子间作用力表现为斥力，附着层内液面升高，故浸润液体呈凹液面，不浸润液体呈凸液面，故C错误；硬币能浮在水面上是因为表面张力的缘故，故D错误．
2．[科学思维]容积为20 L的钢瓶充满氧气后，压强为150 atm，打开钢瓶的阀门让氧气同时分装到容积为5 L的小瓶中，若小瓶原来是真空的，小瓶中充气后压强为10 atm，分装过程中无漏气，且温度不变，那么最多能分装 ( )
A．4瓶 B．50瓶
C．56瓶 D．60瓶
【答案】C
3．[科学思维]汽车未装载货物时，某个轮胎内气体的体积为V0，压强为p0.装载货物后，该轮胎内气体的压强增加Δp.若轮胎内气体视为理想气体，其质量、温度在装载货物前后均不变，则装载货物前后此轮胎内气体体积的减少量为 ( )
【答案】A
4．[物理观念](多选)下列说法正确的是 ( )
A．在毛细现象中，毛细管中的液面有的升高，有的降低，这与液体的种类和毛细管的材质有关
B．脱脂棉脱脂的目的在于使它从不被水浸润变为可以被水浸润，以便吸取药液
C．烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体
D．在空间站完全失重的环境下，水滴能收缩成标准的球形是因为液体表面张力的作用
【答案】ABD
【解析】在毛细现象中，毛细管中的液面有的升高，有的降低，这与液体的种类和毛细管的材质有关，A正确；脱脂棉脱脂的目的在于使它从不被水浸润变为可以被水浸润，以便吸取药液，B正确；烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明云母片的物理性质具有各向异性，云母片是单晶体，C错误；在空间站完全失重的环境下，水滴能收缩成标准的球形是因为液体表面张力的作用，D正确．
A．a→b，压强减小、温度不变、体积增大
B．b→c，压强增大、温度降低、体积减小
C．c→d，压强不变、温度降低、体积减小
D．d→a，压强减小、温度升高、体积不变
【答案】AC
6．[科学思维](多选)下列四幅图中，四个两端封闭、粗细均匀的玻璃管内的空气被一段水银柱隔开，按图中标明的条件，当玻璃管水平放置时，水银柱处于静止状态．如果管内两端的空气都升高相同的温度，则水银柱向左移动的是 ( )
【答案】CD
7．[科学思维]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．
解：(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，被密封气体的体积为V，压强为p；细管倒置时，气体体积为V1，压强为p1.由玻意耳定律有
pV＝p1V1，①
由力的平衡条件有
p＝p0＋ρgh，②
p1＝p0－ρgh，③
式中，ρ、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(l－h1－h)，④
V1＝S(l－h)，⑤
由①②③④⑤式和题给条件得l＝41 cm.⑥
(2)设气体被加热前后的温度分别为T0和T，由盖 吕萨克定律有
8．[科学态度与责任](2023年湖南卷)汽车刹车助力装置能有效为驾驶员踩刹车省力．如图，刹车助力装置可简化为助力气室和抽气气室等部分构成，连杆AB与助力活塞固定为一体，驾驶员踩刹车时，在连杆AB上施加水平力推动液压泵实现刹车．助力气室与抽气气室用细管连接，通过抽气降低助力气室压强，利用大气压与助力气室的压强差实现刹车助力．每次抽气时，K1打开，K2闭合，抽气活塞在外力作用下从抽气气室最下端向上运动，助力气室中的气体充满抽气气室，达到两气室压强相等；
然后K1闭合，K2打开，抽气活塞向下运动，抽气气室中的全部气体从K2排出，完成一次抽气过程．已知助力气室容积为V0，初始压强等于外部大气压强p0，助力活塞横截面积为S，抽气气室的容积为V1.假设抽气过程中，助力活塞保持不动，气体可视为理想气体，温度保持不变．
(1)求第1次抽气之后助力气室内的压强p1；
(2)第n次抽气后，求该刹车助力装置为驾驶员省力的大小ΔF.
解：(1)以助力气室内的气体为研究对象，则初态压强p0，体积V0，第一次抽气后，气体体积V＝V0＋V1，
根据玻意耳定律p0V0＝p1V，
