2025届高考物理三轮冲刺学案：分子动理论 热力学定律

分子动理论 热力学定律 一、分子动理论 1. 两种分子模型 (1)球体模型： (d为球体直径，固体、液体用此模型)； (2)立方体模型：( 气体一般用此模型， a理解为相邻分子间的平均距离)。 2. 分子力、分子势能与分子间距离的关系 (1)，，表现为斥力， 当r减小时，分子力做负功，分子势能增加。 (2)，，，(最小值) (3)，，表现为引力 当r 增大时，分子力做负功，分子势能增加。 (4)，，， 3. 布朗运动 布朗运动是悬浮在液体(或气体)中的固体微粒的无规则运动。布朗运动不是分子本身的运动， 但它间接地反映了液体(气体)分子的无规则运动。颗粒越小，运动越明显；温度越高，运动越剧烈 4. 物体的内能明确以下几点： (1)内能是对物体的大量分子而言的，不存在某个分子内能的说法。 (2)决定内能大小的因素与温度、体积、分子数，还与物态有关系。 (3)通过做功或热传递可以改变物体的内能。 (4)温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子热运动的平均动能越大。 (5)一定质量理想气体的内能只与温度有关。 二 、气体 1. 热学研究对象 — — 气体 (1)主要分析依据： ① 理想气体状态方程与气体实验定律 ＝ ② 热力学第 一 定律△U=Q+W (2)理想气体的四种过程的判断 ①等温过程——环境温度不变，器壁导热，且变化过程缓慢， pV=C, 理想气体内能不变，即 △U=0, 则 W+Q=0; ② 等容过程——气体体积不变， , 且外界对气体不做功，即 W=0, 则 Q=△U; ③ 等压过程 — — 液柱或活塞受力情况未发生变化，, 此 时，做功的正负看体积：体积增大，气体对外做功， W为负；体积缩小，外界对气体做功， W为正； ④ 绝热过程—— 容器壁、活塞绝热，或者变化过程极快(来不及与外界发生热交换)，则 Q =0，W=△U; ⑤ 自由膨胀—— 气体在膨胀时只有受到外界的阻碍作用，如有活塞密闭、活塞外有气体等情 况，即所谓有“外界”的存在，才会对外做功，而一旦所谓的“外界”没有的话，如活塞无质 量，活塞另一侧是真空等情况，气体膨胀时就不对外做功，即 W=0. (3)气体实验定律的图像 等温变化 等容变化 等压变化 (4)分析气体状态变化的问题要抓住三点 ①弄清一个物理过程分为哪几个阶段。 ②找出几个阶段之间是由什么物理量联系起来的。 ③明确哪个阶段应遵循什么实验定律。 (5)热力学第二定律 ①克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传递到高温物体而不产生其他影响； ② 开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量使之全部变为有用的功而不产生其他影响。 2. 力学研究对象——液柱、活塞 (1)分析依据：平衡条件、牛顿定律 由于活塞处于平衡状态 由于液柱处于平衡状态 p0S＋mg＝pS pS＋mg＝p0S 则气体的压强为 则气体的压强为 p＝p0＋ p＝p0－＝p0－ρ液gh (2)一个基本常识：连通器原理——同一均匀连续液体，等高处压强处处相等。 (3)一个注意事项：对力学对象，必须列平衡或牛顿定律方程，不要直接写压强表达式。 练习： 1．(2023海南卷)下列关于分子力和分子势能的说法正确的是(　　) A．分子间距离大于r0时，分子间表现为斥力 B．分子从无限远靠近到距离r0处过程中分子势能变大 C．分子势能在r0处最小 D．分子间距离小于r0且减小时，分子势能在减小 2．(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．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．盐水温度升高，每个盐分子运动的速率都一定会增大 3．(2023辽宁卷)“空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能的装置，可在用电低谷时储存能量、用电高峰时释放能量。“空气充电宝”某个工作过程中，一定质量理想气体的p-T图像如图所示。该过程对应的p-V图像可能是(　　) A　　　　　　　　B C　　　　　　　　D 4．(2022山东卷)如图所示，内壁光滑的绝热汽缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始时汽缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将汽缸缓慢转动90°过程中，缸内气体(　　) A．内能增加，外界对气体做正功 B．内能减小，所有分子热运动速率都减小 C．温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少 D．温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加 5．(多选)(20241月九省联考广西卷)等量同种理想气体分别经绝热过程①和一般过程②，温度均从Ta升至Tb，p-V图像如图，过程①外界对理想气体做功为W1，过程②外界对理想气体做功为W2，则(　　) A．过程②内能的增量等于W1 B．过程①和过程②相比，W1>W2 C．过程②理想气体向外界放出热量 D．过程①理想气体从外界吸收的热量等于W1 6．(2021 ·福建T10)如图，一定质量的理想气体由状态A变化到状态B，该过程气体对外___________（填“做正功”“做负功”或“不做功”），气体的温度___________（填“升高”“降低”“先升高后降低”“先降低后升高”或“始终不变”）。 7．(2022 ·福建T10)带有活塞的汽缸内封闭一定质量的理想气体，气体开始处于a状态，然后经过状态变化过程到达c状态。在图中变化过程如图所示。 （1）气体从a状态经过到达b状态的过程中压强_________。（填“增大”、“减小”或“不变”） （2）气体从b状态经过到达c状态的过程要___________。（填“吸收”或“放出”）热量。 8．(2023 ·福建T11) 一定质量的理想气体经历了A→B→C→D→A的循环过程后回到状态A，其图如图所示。完成一次循环，气体内能________（填“增加”“减少”或“不变”），气体对外界_________（填“做正功”“做负功”或“不做功”），气体______（填“吸热”“放热”“不吸热”或“不放热”）。 9．(2024 ·福建T9) 夜间环境温度为时，某汽车轮胎的胎压为个标准大气压，胎内气体视为理想气体，温度与环境温度相同，体积和质量都保持不变。次日中午，环境温度升至，此时胎压为_____个标准大气压，胎内气体的内能_____（填“大于”“等于”或“小于”）时的内能。（计算时取 参考答案 1、C　[分子间距离大于r0，分子间表现为引力，分子从无限远靠近到距离r0处过程中，引力做正功，分子势能减小，则在r0处分子势能最小；继续减小距离，分子间表现为斥力，分子力做负功，分子势能增大。故选C。] 2、AC　[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现象，温度越高现象越明显，B错误；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，C正确；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速率减小，D错误。] 3、B　[根据＝C，可得p＝T，从a到b，气体压强不变，温度升高，则体积变大；从b到c，气体压强减小，温度降低，因c点与原点连线的斜率小于b点与原点连线的斜率，c点处气体的体积大于b点处气体的体积。故选B。] 4、C　[初始时气体的压强p1＝p0＋，体积为V1，温度为T1；将汽缸缓慢转过90°后，气体的压强为p2＝p0，体积为V2，温度为T2，易知V2>V1，故气体对外界做功，因汽缸和活塞都是绝热的，根据热力学第一定律可得ΔU<0，由于理想气体内能只与气体温度有关，所以T1>T2，A、D错误；内能减小，不是所有气体分子热运动速率都减小，但速率大的分子数占总分子数的比例减小，B错误，C正确。] 5、AC　[由题意可知，①为绝热过程，所以该过程气体既不从外界吸收热量，也不向外界释放热量，故D项错误；①为绝热过程，气体内能的变化量等于外界对气体做的功，即ΔU1＝W1，由于理想气体的内能只与温度有关，而两过程的初末状态的温度相同，所以其初末状态的内能相同，即内能变化相同，即ΔU2＝ΔU1＝W1，故A项正确；由气体的p-V图像可知，其图像与坐标轴围成的面积为气体做的功，由题图可知，②过程做的功大于①过程，过程①和过程②相比，W1<W2，故B项错误；由热力学第一定律有ΔU2＝W2＋Q2，又因为ΔU2＝W1，且W1<W2，结合上述分析可知Q2<0，所以该过程气体向外界放出热量，故C项正确。故选AC。] 6、 ①. 做正功 ②. 先升高后降低 【详解】[1]该过程气体体积增大，对外做正功。 [2]由题图可知，从状态A到状态B，p与V的乘积先增大后减小，根据理想气体状态方程： 可知气体的温度先升高后降低。 7、 ①. 增大 ②. 放出 【详解】（1）由图像可知，气体从a状态经过到达b状态的过程中，气体的体积保持不变，温度升高，根据：，可知气体的压强增大。 （2）由图像可知，气体从b状态经过到达c状态的过程，气体的温度保持不变，则气体的内能保持不变；气体的体积减小，则外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知，气体对外放出热量。 8、 ①. 不变 ②. 做正功 ③. 吸热 【详解】[1]完成一次循环，回到初始状态，理想气体温度不变，而一定质量的气体的内能仅由温度决定，所以整个过程气体的内能不变； [2][3]对p-V图像来说，图像与坐标轴所围图形的面积表示气体做功情况，其中从A→B→C的过程气体的体积减小是外界对气体做功的过程，从C→D→A的过程气体的体积增大，是气体对外做功的过程，且从C→D→A的过程图像与坐标轴所围的面积大于从A→B→C的过程图像与坐标轴所围的面积，即气体对外做的功大于外界对气体做的功，则整个过程中表现为气体对外界做正功；根据热力学第一定律 因为，可知因：W＜0 则：Q＞0 所以气体从外界吸收热量。 9、 ①. 3.0 ②. 大于 【解析】 【详解】[1]设大气压强为，初始时： ， 末状态时： 根据查理定律： 代入数值解得： [2]一定质量的理想气体的内能只与温度有关，故温度升高时内能增大，故时胎内气体的内能大于时的内能。 4 学科网（北京）股份有限公司 $$