高考物理专题复习精品学案系列 热力学和量子论

高考物理专题复习精品学案系列 热力学和量子论内容摘要：

1、第 1 页 共 29 页高考物理专题复习精品学案 热力学和量子论第一部分、热学【命题趋向】热学部分共有 12 个知识点，全部为类要求，其中分子动理论的三个观点及微观量的估算、内能、热力学定律和气体压强是重点。 热学基本上是独立成体系，在每年的高考中都是单独命题，主要题型为选择题。 利用阿伏加德罗常数求分子的直径、分子的质量、估算分子个数以及布朗运动、分子间相互作用力随分子间距离变化的关系、内能、热力学第一、二定律是高考常考知识点，气体压强的知识考查也有上升趋势，难度中等或中等偏下的。 【考点透视】一、分子动理论的三个观点及微观量的估算1分子估算的有关量和几个关系，其中阿伏加德罗常数 子的体积计算时要 2、注意建立几种模型。 2分子热运动：扩散现象是分子的无规则运动；而布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，是液体分子的无规则运动的反应，恰好说明了分子运动的无规则、永不停息、与温度有关。 3分子间存在相互作用力：重点理解分子力变化曲线和引力和斥力都随距离的变化而变化，但斥力随距离的变化快的规律。 二、物体的内能1物体内所有分子的动能和势能的总和叫物体的内能。 温度是分子平均动能的标志。 2分子势能由分子间的相互作用和相对位置决定，分子势能变化与分子力做功有关。 分子力做正功，分子势能减小。 3物体的内能由物质的量、温度、体积共同决定。 4改变物体的内能有两种方式：做功和热传递。 三、热力学定律1热力学第一定律的数学表达式 3、为： ，表达了功和热量与物体内能变化之间确定的数量关系。 2热力学第二定律的两种表述的实质是：从做功与热传递两个角度描述了与热现象有关的宏观过程都具有方向性，这种方向性是自然发生的，要使其反方向发生必须提供一定的条件而引起一些其他变化。 3能量守恒定律是自然界的普遍规律。 四、气体的状态参量的关系1气体的压强：气体的压强是由于气体分子频繁碰撞器壁而产生的，气体的压强与单位体积的分子数和分子的平均动能有关。 第 2 页 共 29 页2气体的体积、压强和温度的关系：对一定质量的理想气体（实际气体在常温下可视为理想气体） 恒量）。 【例题解析】题型一 热现象和概念辨析题型特点：题目一般选教材中一些重要的演示 4、实验、常见热现象、重要概念的理解写成选项，考查对重要热现象和热学概念的掌握情况。 解题策略：这类题目较基础，属于送分题。 在平常的学习中，要关注对物理概念辨析的有关说法（或否定）特例进行积累，正确理解基本概念、基本定律的形成过程。 例 1下列叙述正确的是 （ ）A理想气体压强越大，分子的平均动能越大B自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性C外界对理想气体做正功，气体的内能不一定增大D温度升高，物体内每个分子的热运动速率都增大解析：气体的压强是大量分子对器壁碰撞产生的，影响气体压强的因素有两个：分子的平均动能和气体分子密度，故 A 错；自发的热现象都具有方向性，所以 B 正确；改变物体的内能有 5、两种方式，若对气体做正功的同时放出热量，则内能有可能减小，所以 C 也正确；单个分子的热运动具有无规则性和随机性，所以 D 选项错误，正确选项为 拨：该题重点是对有关热现象进行辨析，虽然是对多个现象进行了组合，但题目都比较简单，完全来源于教材。 因此，在学习中要做到理解、识记基本的现象和一些特例，善于比较、鉴别一些似是而非的说法。 变式训练 1：下列说法中正确的是 （ ）A理想气体的压强是由于其受重力作用而产生的B热力学第二定律使人们认识到，自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性C热力学温度的零度是一切物体低温的极限，只能无限接近，但不可能达到D气体分子的热运动的速率是遵循统计规律的 （答 6、案：型二 微观量的估算题型特点：题目一般要以阿伏加德罗常数为联系桥梁对分子、原子或原子核进行有关量的计算，考查对分子数量、分子大小的理解情况。 解题策略：这类题目较难度不是太大，但往往比较繁杂。 在平常的学习中，要关注运算能力的培养，要过细完成具体的运算过程。 例 2 粒子与金原子核发生对心碰撞时，m，第 3 页 共 29 页已知金原子的摩尔质量为 kg/伏加德罗常数为 ，则由此可估算出金原子核的平均密度为 （ ）A 1533.0/ B 1539.8/ 8 D 0解析：任何物质，都含有 伏加德罗常数)个分子(或原子) ，其摩尔质量A 个分子(或原子 )质量为 m 的质量总和，据此可求出一个分子( 或 7、原子)的质量为 把上述思路用于本题，一个金原子的质量为 金原子核几乎集中了金原子的全部质量，故可认为金原子核的质量 似等于金原子的质量 m，如果把金原子核想象成一个球体，由 粒子能够接近金原子核中心的最小距离可推知，金原子核的半径 r 近似等于且不会大于这一最小距离，综合上述两点，便可求出金原子核的平均密度 近似等于且不会小于下式所求的值1()核，故选项 B 正确。 点拨：估算固体或液体个分子(或原子) 的直径和质量，要理解如下两个要点：忽略分子的间隙，建立理想化的微观结构模型，这是估算个分子(或原子) 的体积和直径数量级的基础。 用阿伏加德罗常数 宏现量摩尔质量 摩尔体积 微观量分子质量 联系起 8、来。 变式训练 2：假如全世界 60 亿人同时数 1 g 水的分子个数，每人每小时可以数 5000个，不间断地数，则完成任务所需时间最接近(阿伏加德罗常数 1023 )（ ）A10 年 B 1 千年 C10 万年 D1 千万年（答案：C）20090318第 4 页 共 29 页题型三 热学概念与规律的理解题型特点：该类试题重点考查对热学基本概念与基本规律的理解，题目叙述简单但各个选项迷惑性强，似是而非。 解题策略：正确解决热学问题的首要要求是清楚基本概念和基本规律， 概念重在理解，一定要清楚它是从什么现象引出的，要注意各个基本概念之间常常存在因果关系，只有善于把握这种因果关系才能抓住解决问题的关 9、键。 例 3对一定量的气体，下列说法正确的是 （ ）A在体积缓慢地不断增大的过程中，气体一定对外界做功B在压强不断增大的过程中，外界对气体一定做功C在体积不断增大的过程中，内能一定增加D在与外界没有发生热量交换的过程中，内能一定不变解析：只要气体体积膨胀，气体就一定会对外界做功。 故选项 A 正确；气体压强在不断增大的过程中，外界不一定对气体做功，因为有可能是气体体积不变，从外界吸热，自身温度升高，压强增大的情况，故选项 B 错误；气体体积在不断被压缩的过程中，外界对气体做了功，但其内能不一定增加，因为有可能对外放出了热量，如果放出的热量大于外界对气体做的功，其自身内能还要降低，故选项 C 错误； 10、当气体在与外界没有发生任何热量交换的过程中内能有可能要改变，因为改变内能有两种方式：做功和热传递，故选项 D 错误。 点拨：根据能量守恒定律、热力学第一定律来分析问题，先要弄清楚能量的转化关系和转化的方向，即物体是吸热还是放热，是物体对外做功还是外界对物体做功，最后判断内能是增加还是减少。 变式训练 3：地面附近有一正在上升的空气团，该气团在此上升过程中（不计气团内分子间的势能）（ ）度降低 度降低 度不变 （答案：C）题型四 气体压强与气缸的应用题型特点：气缸活塞类试题是考查气体压强问题的极好载体，对近几年各类考试题第 5 页 共 29 页（尤其是高考）进行研究，可以发现气缸活塞类问题是高考中的 11、“常客”，该类试题重点考查对热学基本规律的综合应用。 解题策略：一是要能够利用物体平衡条件求气体压强。 对于求用固体（如活塞等）封闭在静止容器内的气体压强问题，应对固体（如活塞等）进行受力分析，然后根据平衡条件求解。 二是要会用理想气体状态参量的关系分析问题。 例 4如图所示，密闭绝热的具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计，置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为 簧处于自然长度时的弹性势能为零)，现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡态，经过此过程 （ ）A 12、E P 全部转换为气体的内能BE P 一部分转换成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能CE P 全部转换成活塞的重力势能和气体的内能DE P 一部分转换成活塞的重力势能，一部分转换为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能解析：以活塞为研究对象，设初态时气体压强为 塞质量为 m，截面积为 S，末态时的压强为 态： 1弹 ，由题意可得末态位置必须高于初态位置，否则不能平衡，则由 和 0（绝热），W 为正， U也必为正,温度升高,内能增加，活塞重力势能增加，末态时，由力的平衡条件知： 2弹 ，仍然具有一定弹性势能，D 正确。 点拨：本题考查力学与气体、与热力学第一定律的综合应用，解答本题的关键是 13、中间过程不考虑，只考虑初、末状态，热力学第一定律是研究内能、热量与功之间关系的，20090318第 6 页 共 29 页反映了改变内能的方式既可以通过做功也可以通过热传递。 变式训练 4：如图所示，绝热气缸直立于地面上，光滑绝热活塞封闭一定质量的气体并静止在 A 位置，气体分子间的作用力忽略不计，现将一个物体轻轻放在活塞上，活塞最终静止在 B 位置(图中未画出)，则活塞 （ ）A在 B 位置时气体的温度与在 A 位置时气体的温度相同B在 B 位置时气体的压强比在 A 位置时气体的压强大C在 B 位置时气体单位体积内的分子数比在 A 位置时气体单位体积内的分子数少D在 B 位置时气体分子的平均速率 14、比在 A 位置时气体分子的平均速率大 （答案 专题训练与高考预测】1关于分子力，下列说法中正确的是 （ ）A碎玻璃小能拼合在一起，说明分子间存在斥力B将两块铅压紧以后能连成一块，说明分子间存在引力C水和酒精混合后的体积小于原来体积之和，说明分子间存在引力D固体很难被拉伸，也很难被压缩，说明分子间既有引力又有斥力2下列说法中正确的是 （ ）A常温常压下，质量相等、温度相同的氧气和氢气比较，氢气的内能比氧气的内能大B0的冰融化为 0水时，分子平均动能一定增大C随着分子间距离的增大，分子引力和分子斥力的合力(即分子力)一定减小D用打气简不断给自行车轮胎加气时，由于空气被压缩，空气分子间的斥力增大，所以越来越费力3根据热力学定律，可知下列说法中正确的是 （ ）A利用浅层海水和深层海水间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的B可以利用高科技手段，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用C可以将冰箱内的热量传到外界空气中而不引起其他变化D满足能量守恒定律的客观过程并不是都可能自发地进行第 7 页 共 29 页4已知离地面愈高，大气压强愈小，温度也愈低，现有一气球由地面向上缓慢升起，则大气压强与温度对此气球体。