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选修3-3核心考点点击

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选修3-3(热学)是高中物理的重要组成部分,也是高考重要考点.热学的核心考点主要有:分子动理论、气体、物态和物态变化、热力学定律.

核心考点一 分子动理论

【知识和方法精讲】

1.分子动理论的基本观点是:物质是由大量分子组成,分子永不停息的做无规则运动,分子之间总是同时存在相互作用的引力和斥力.布朗运动的永不停息,说明液体分子运动的永不停息;布朗运动的无规则性,说明液体分子运动是无规则的.分子力是斥力和引力的合力.

2.解答分子动理论中的估算问题是对分子进行合理抽象、建立模型的过程.由于固体和液体分子其间距很小,因此可以把固体和液体分子看作紧密排列的球体,小球直径即为分子直径.一般情况下利用球体模型估算固体和液体分子个数、质量、体积、直径等.设n为物质的量,m为物质质量,v为物质体积,M为摩尔质量,V为摩尔体积,ρ为物质的密度.则分子数N=nNA=mMNA=ρvMNA=vVNA;分子质量m0=MNA=ρVNA;分子体积v0=VNA=MρNA;对于固体或液体,把分子看作小球,则分子直径d=36v0π=36VπNA.

对于气体,分子之间距离很大,可把每个气体分子所占空间想象成一个立方体,该立方体的边长即为分子之间的平均距离.每个气体分子所占空间体积v0=VNA=MρNA.气体分子间距d=3v0=3VNA=MρNA.若标准状态下气体体积为V0,则气体物质的量n=V022.4×10-3.

3.“用油膜法估测分子的大小”实验是利用油酸分子的一端具有亲水性,另一端具有憎水性,从而使滴在水面的油酸在水面上布散开,形成单分子油膜.实验中的两个假设是:把液体中油酸分子看作紧密排列的小球,把油膜厚度看作分子直径.

4.物体内所有分子动能的平均值叫作分子平均动能.温度是分子平均动能的标志.任何物体,只要温度相同,其分子平均动能就相等.温度越高,分子平均动能越大.由分子之间的相互作用和相对位置所决定的能,叫作分子势能.分子势能与体积有关.要注意体积增大,分子势能不一定增大.物体中所有分子热运动的动能与分子势能之和叫作物体内能.任何物体都有内能.

【典例精析】

典例1 (2012•全国理综)下列关于布朗运动的说法,正确的是()

A.布朗运动是液体分子的无规则运动

B.液体温度越高,悬浮粒子越小,布朗运动越剧列

C.布朗运动是由于液体各部分的温度不同而引起的

D.布朗运动是由液体分子从各个方向对悬浮粒子撞击作用的不平衡引起的

解析:布朗运动是悬浮在液体中的微粒的运动,是液体分子的无规则运动的反映,布朗运动不是由于液体各部分的温度不同而引起的,选项AC错误;液体温度越高,悬浮粒子越小,布朗运动越剧列,选项B正确;布朗运动是由液体分子从各个方向对悬浮粒子撞击作用的不平衡引起的,选项D正确.

答案:BD

点评:布朗运动是证明分子运动的重要实验,要理解知道布朗运动的实质和影响因素.

典例2 (2010•江苏物理)已知潜水员在岸上和海底吸入空气的密度分别为1.3kg/m3和2.1kg/m3,

空气的摩尔质量为0.029kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol-1.若潜水员呼吸一次吸入2L空气,试估算潜水员在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空气的分子数.(结果保留一位有效数字)

解析:设空气的摩尔质量为M=0.029kg/mol,在岸上和海底的密度分别为ρ1=1.3kg/m3和ρ2=2.1kg/m3.一次吸入空气的体积为V=2L,则在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空气的分子数Δn=ρ2VMNA-ρ1VMNA=(ρ2-ρ1)VMNA,代入数据得Δn=3×1022.

点评:阿伏加德罗常数NA是连接宏观量(密度、物质的量、摩尔质量、摩尔体积等)和微观量(分子质量、分子体积、分子数等)的桥梁.解答相关分子的估算问题,需要用到阿伏加德罗常数.

典例3 (2013•全国新课标理综Ⅰ)两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动,直至不再靠近.在此过程中,下列说法正确的是()

A.分子力先增大,后一直减小

B.分子力先做正功,后做负功

C.分子动能先增大,后减小

D.分子势能先增大,后减小

E.分子势能和动能之和保持不变

解析:由分子力作用曲线可知,两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动,直至不再靠近的过程中,分子力先增大,后减小到零再增大,选项A错误.分子力先做正功(距离大于r0,表现为引力),动能增大;后做负功(距离小于r0,表现为斥力),动能减小,选项BC正确.由于只有分子力做功,分子势能和动能之和保持不变,动能增大时分子势能减小,动能减小时分子势能增大,分子势能先减小后增大,选项D错误E正确.

答案:BCE

点评:分子力做功可类比于重力做功,分子力做正功,分子势能减小;克服分子力做功,分子势能增大.

典例4 (2011•江苏物理)某同学在进行

“用油膜法估测分子的大小”的实验前,查阅数据手册得知:油酸的摩尔质量M=0.283kg•mol-1,

密度ρ=0.895×103kg•m-3.若100滴油酸的体积为1mL,则1滴油酸所能形成的单分子油膜的面积约是多少?(取NA=6.02×1023mol-1.球的体积V与直径D的关系为V=16πD3,结果保留一位有效数字)

解析:由M=NAρV0得一个油酸分子的体积V0=MρNA,而V0=16πD3,联立解得分子直径D=36MπρNA=1×10-9m,一滴油酸体积V=10-6100m3=1×10-8m3,最大面积S=V/D=1×101m2.

点评:此题考查“用油膜法估测分子的大小”实验的有关计算,实验中把油酸分子看作小球,油酸液体中分子小球紧密排列,形成的油膜厚度为分子直径.由于题目要求结果保留一位有效数字,所以答案单分子油膜的面积必须写成1×101m2.

核心考点二 气体

【知识和方法精讲】

1.理想气体的内能只与温度有关.气体的压强宏观上与温度和体积有关,微观上与单位体积内的分子数、分子平均速率有关.对于一定质量的理想气体,单位体积内的分子数越多、分子平均速率越大,则单位时间内对单位面积器壁的撞击次数越多、每次的撞击力也越大,压强越大.

2.气体实验定律包括一定质量的气体等温变化遵循的玻意耳定律(pV=常量)、等容变化遵循的查理定律(p/T=常量)、等压变化遵循的盖•吕萨克定律(V/T=常量).理想气体是在任何温度、任何压强下都遵循实验定律的气体.理想气体状态方程可表述为pV/T=恒量.

3.运用气体实验三定律和理想气体状态方程解答相关问题的策略可归纳为:选对象、认过程、找参量、列方程、解答案.