[热点新题]人教新课标版高三二轮复习专题：分子动理论 气体及热力学定律

[热点新题]人教新课标版高三二轮复习专题：分子动理论 气体及热力学定律
热点一、分子动理论和热力学定律
典型例题（2012四平高三一轮质量检测）(1)如图所示，某种自动洗衣机进水时，洗衣机缸内水位升高，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气，通过压力传感器感知管中的空气压力，从而控制进水量．当洗衣缸内水位缓慢升高时，设细管内空气温度不变，则被封闭的空气________．
A．分子间的引力和斥力都增大
B．分子的热运动加剧
C．分子的平均动能增大
D．体积变小，压强变大
(2)若密闭的空气可视为理想气体，在上述(1)中空气体积变化的过程中，外界对空气做了0.6 J的功，则空气________(选填“吸收”或“放出”)了________J的热量；当洗完衣服缸内水位迅速降低时，则空气的内能________(选填“增加”或“减小”)．
(3)若密闭的空气体积V＝1 L，密度ρ＝1.29 kg/m3，平均摩尔质量M＝0.029 kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023 mol-1，试估算该气体分子的总个数(结果保留一位有效数字)．
解析：(1)被封闭的空气体积变小，压强变大，分子之间的距离减小，故分子间的引力和斥力都增大，A、D对；被封闭的空气温度保持不变，所以B、C都错．
(2)根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，被封闭的空气内能保持不变，故空气放出0.6 J的热量；当洗完衣服缸内水位迅速降低时，被封闭的空气对外做功，则空气的内能减小．
(3)物质的量n＝
分子总数N＝nNA＝NA
代入数据得N＝2.68×1022≈3×1022.
答案：　(1)AD　(2)放出　0.6　减小　(3)3×1023
规律方法
热力学第一定律的灵活应用
(1)应用热力学第一定律时，要注意各符号正负的规定，并要充分考虑改变内能的两个因素：做功和热传递．不能认为物体吸热(或对物体做功)，物体的内能一定增加．
(2)若研究物体为气体，对气体做功的正负由气体的体积决定，气体体积增大，气体对外做功，W为负值；气体的体积减小，外界对气体做功，W为正值．
变式训练
(1)下列说法正确的是________．
A．布朗运动就是分子的热运动
B．气体温度升高，气体分子的平均动能增大
C．分子间距离增大，分子势能不一定增大
D．液体表面分子间表现为引力
(2)用活塞压缩气缸里的空气，对空气做了900 J的功，同时气缸向外散热210 J，气缸里空气的内能________(填“增加”或“减少”)了________J.
(3)我国陆地面积9.6×1012m2，若地面大气压p0＝1.0×105 Pa，地面附近重力加速度g＝10 m/s2，空气平均摩尔质量为M0＝3.0×10－2 kg·mol－1，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 mol－1，估算我国陆地上空空气的总质量M和我国陆地上空空气的分子总数N.(结果保留两位有效数字)
解析：(1)布郎运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，不是分子的热运动．气体温度升高，气体分子的平均动能增大．分子间距离增大时，分子势能不一定增大．液体表面分子的平均距离比较大，分子间表现为引力．
(2)ΔU＝Q＋W＝－210 J＋900 J＝690 J，故内能增加690 J.
(3)大气压可看做是由空气重量产生的，p0＝
代入数据解出M＝9.6×1016 kg
分子总数N总＝NA＝1.9×1042个．
答案：　(1)BCD　(2)增加　690　(3)1.9×1042
热点二、三个实验定律和气体状态方程的应用
典型例题（2012海宁高三质量检测）一活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，初始时气体体积为3.0×10－3 m3.用DIS实验系统测得此时气体的温度和压强分别为300 K和1.0×105 Pa.加热气体缓慢推动活塞，某时刻测得气体的温度和压强分别为320 K和1.0×105 Pa.
(1)求此时气体的体积；
(2)保持温度为320 K不变，缓慢改变作用在活塞上的力，使气体压强变为8.0×104 Pa，求此时气体的体积．
解析：(1)由气体状态方程知＝，
将V0＝3.0×10－3 m3，T0＝300 K，p0＝1.0×105 Pa，T1＝320 K，p1＝1.0×105 Pa代入上式，解得V1＝3.2×10－3 m3.
(2)气体发生等温变化，根据玻意耳定律有p1V1＝p2V2将p2＝8.0×104 Pa代入可得，V2＝4.0×10－3 m3.
答案：　(1)3.2×10－3 m3　(2)4.0×10－3 m3
规律方法：
利用三个实验定律及气态方程解决问题的基本思路
(1)选对象——根据题意，选出所研究的某一部分气体，这部分气体在状态变化过程中，其质量必须保持一定．
(2)找参量——找出作为研究对象的这部分气体发生状态变化前后的一组p、V、T数值或表达式，压强的确定往往是个关键，常需结合力学知识(如力平衡条件或牛顿运动定律)才能写出表达式．
(3)认过程——过程表示两个状态之间的一种变化方式，除题中条件已直接指明外，在许多情况下，往往需要通过对研究对象与周围环境的相互关系的分析才能确定，认清变化过程是正确选用物理规律的前提．
(4)列方程——根据研究对象状态变化的具体方式，选用气态方程或某一实验定律，代入具体数值，最后分析讨论所得结果的合理性及其物理意义．
变式训练
(2012·邯郸第一次模拟)如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再从状态B变化到状态C.已知状态A的温度为480 K，求：
(1)气体在状态C时的温度；
(2)试分析从状态A变化到状态B的整个过程中，气体是从外界吸收热量还是放出热量．
解析：(1)A、C两状态体积相等，则有＝
得：TC＝TA＝ K＝160 K.
(2)由理想气体状态方程
＝
得：TB＝TA＝ K＝480 K
由此可知A、B两状态温度相同，故A、B两状态内能相等而该过程体积增大，气体对外做功，气体吸收热量．
答案：　(1)160 K　(2)吸收热量
热点三、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用
如图所示：在水平固定的筒形绝热气缸中，用绝热的活塞封闭一部分气体，活塞与气缸之间无摩擦且不漏气．活塞的横截面积为0.2 m2，外界大气压强为105 Pa，气体温度为27 ℃时，活塞与汽缸底相距45 cm.用一个电阻丝R给气体加热，活塞将会缓慢移动，使气缸内温度升高到77 ℃.
(1)活塞移动了多大距离？
(2)已知被封闭气体的温度每升高1 ℃，其内能增加74.8 J，求电阻丝对气体提供的热量为多少？
(3)请分析说明，升温后单位时间内气体分子对器壁单位面积的碰撞次数如何变化．
解析：(1)气体发生的是等压变化，设活塞面积S，开始时V1＝SL1，T1＝360 K，升温后V2＝SL2，T2＝350 K
应有＝
解得：L2＝＝52.5 cm
活塞移动的距离x＝L2－L1＝7.5 cm.
(2)气体对外做功W＝p0Sx＝1 500 J
气体内能增加量ΔU＝74.8×50＝3 740 J
由热力学第一定律得Q＝ΔU＋W＝5 240 J.
答案：　(1)7.5 cm　(2)5 240 J
(3)温度升高后，分子热运动平均动能增加，平均每次对器壁的撞击力度增加，而压强不变，所以单位时间内对器壁单位面积的撞击次数减少．
规律方法：
理想气体内能变化类问题的分析思路
(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，气体内能增大；温度降低，气体内能减小．
(3)由热力学第一定律ΔU＝W＋Q判断气体是吸热还是放热．
变式训练：
一定质量的理想气体经历了温度缓慢升高的变化，如图所示，p－T和V－T图各记录了其部分变化过程，试求：
(1)温度为600 K时气体的压强；
(2)在p－T图象上将温度从400 K升高到600 K的变化过程补充完整．
解析：(1)取400 K和600 K两种状态，由理想气体的状态方程得＝
代入数据＝
得p2＝1.25×105 Pa.
(2)两段直线，如图所示
答案：　(1)1.25×105 Pa （2）见上图