2019年高考物理一轮复习 第十三章 热学（课件+学案+练习）（打包8套）.zip

1第 1 讲 分子动理论 热力学定律微知识 1 分子动理论的基本观点和实验依据 阿伏加德罗常数1．物体是由大量分子组成的(1)分子很小①直径数量级为 10－10 m。②质量数量级为 10－26 kg。(2)分子数目特别大阿伏加德罗常数 NA＝6.02×10 23 mol－1 。2．分子的热运动(1)布朗运动①永不停息、无规则运动。②颗粒越小，运动越显著。③温度越高，运动越剧烈。④运动轨迹不确定，只能用不同时刻的位置连线确定微粒做无规则运动。⑤不能直接观察分子的无规则运动，而是用悬浮的固体小颗粒的无规则运动来反映液体分子的无规则运动。(2)热运动：物体分子永不停息地无规则运动，这种运动跟温度有关(填“有关”或“无关”)。3．分子间的相互作用力(1)引力和斥力同时存在，都随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而增大，斥力比引力变化更快。(2)分子力的特点① r＝ r0时( r0的数量级为 10－10 m)， F 引 ＝ F 斥 ，分子力 F＝0。② rr0时， F 引 F 斥 ，分子力 F 表现为引力。④ r10r0时， F 引 、 F 斥 迅速减为零，分子力 F＝0。(3)分子力随分子间距离的变化图象如图所示。2微知识 2 温度 内能1．温度一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。2．两种温标摄氏温标和热力学温标。关系： T＝ t＋273.15 K。3．分子的动能(1)分子动能是分子热运动所具有的动能。(2)分子热运动的平均动能是所有分子热运动的动能的平均值，温度是分子热运动的平均动能的标志；(3)分子热运动的总动能是物体内所有分子热运动动能的总和。4．分子的势能(1)意义：由于分子间存在着引力和斥力，所以分子具有由它们的相对位置决定的能。(2)分子势能的决定因素微观上——决定于分子间距离和分子排列情况；宏观上——决定于体积和状态。5．物体的内能(1)等于物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和，是状态量。(2)对于给定的物体，其内能大小由物体的温度和体积决定。(3)物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关(填“有关”或“无关”)。一、思维辨析(判断正误，正确的画“√” ，错误的画“×” 。)1．布朗运动是分子的运动。(×)2．分子间相互作用的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小。(√)3．做功和热传递的实质是相同的。(×)4．物体吸收热量同时对外做功，内能可能不变。(√)5．热机中，燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变化。(×)二、对点微练1．(微观量的计算)已知铜的摩尔质量为 M，铜的密度为 ρ ，阿伏加德罗常数为 NA，下列说法正确的是( )3A．1 个铜原子的质量为NAMB．1 个铜原子的质量为MNAC．1 个铜原子所占的体积为MNAρD．1 个铜原子所占的体积为ρ MNA解析 1 mol 铜的质量等于 NA个铜原子的质量之和，所以一个铜原子的质量为 m＝ ，A 项MNA错误，B 项正确；1 mol 铜的体积为 ，这是所有铜原子所占体积的总和，所以每个铜原子Mρ所占的体积为 ，C、D 项错误。Mρ NA答案 B 2．(分子热运动与布朗运动)(多选)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，悬浮颗粒越小，布朗运动越剧烈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 布朗运动是悬浮颗粒的无规则运动，不是液体分子的运动，选项 A 错；液体的温度越高，悬浮颗粒越小，布朗运动越剧烈，选项 B 正确；布朗运动是由于液体分子从各个方向对悬浮颗粒撞击作用的不平衡引起的，选项 C 错，选项 D 正确。答案 BD 3．(分子作用力)(多选)图为两分子系统的势能 Ep与两分子间距离 r 的关系曲线。下列说法正确的是( )A．当 r 大于 r1时，分子间的作用力表现为引力B．当 r 小于 r1时，分子间的作用力表现为斥力C．当 r 等于 r2时，分子间的作用力为零D．在 r 由 r1变到 r2的过程中，分子间的作用力做负功解析 本题考查分子力做功与分子势能的关系。对两分子组成的系统，分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增加。结合图象可知，分子距离由非常近到 r1时，Ep减少，分子力做正功；当分子距离由 r1到 r2时， Ep减小，分子力做正功，故分子力为斥力，A 项错，B 项对，D 项错；分子间距离由 r2继续增大时，分子势能增加，说明分子力做4负功，即分子间表现为引力，故分子间距离为 r2时，分子间作用力为零，C 项正确。答案 BC 4．(物体的内能)关于温度的概念，下述说法正确的是( )A．温度是分子平均动能的标志，物体温度越高，则分子的平均动能越大B．温度是分子平均动能的标志，温度升高，则物体的每一个分子的动能都增加C．当某物体内能增加时，该物体的温度一定升高D．甲物体的温度比乙物体的温度高，则甲物体分子的平均速率比乙物体分子的平均速率大解析 由分子动理论内容得：温度是分子平均动能的标志，物体温度越高，则分子的平均动能就越大，所以选项 A 正确；温度升高，但是每一个分子的动能不一定全变大，而是分子的平均动能增加，选项 B 错误；物体的内能是由两方面共同决定的：分子动能和分子势能，所以当物体内能增加时，单一地说该物体的温度升高是错误的，所以选项 C 错误；两个物体温度高低比较，温度高的则分子的平均动能大，但是不能说明是平均速率大，所以选项 D 错误。答案 A 5．(热力学定律)(多选)下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是( )A．第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律B．能量耗散过程中能量不守恒C．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违背了热力学第二定律D．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性解析 第一类永动机是指不消耗能量却可以不断对外做功的机器，违背了能量守恒定律，A 项正确；电冰箱在电机做功情况下，不断地把冰箱内的热量传到外界，没有违背热力学第二定律，C 项错误；D 项是热力学第二定律另外一种表述，故 D 项正确。答案 AD 见学生用书 P190微考点 1 阿伏加德罗常数及微观量的计算 核|心|微|讲1．两种分子模型物质有固态、液态和气态三种情况，不同物态下应将分子看成不同的模型。(1)固体、液体分子一个一个紧密排列，可将分子看成球形或立方体形，如图所示，分子间距等于小球的直径或立方体的棱长，所以 d＝ (球体模型)或 d＝ (立方体模型)。36Vπ 3V5(2)气体分子不是一个一个紧密排列的，它们之间的距离很大，所以气体分子的大小不等于分子所占有的平均空间。如图所示，此时每个分子占有的空间视为棱长为 d 的立方体，所以 d＝ 。3V2．宏观量与微观量的相互关系(1)微观量：分子体积 V0、分子直径 d、分子质量 m0。(2)宏观量：物体的体积 V、摩尔体积 Vm，物体的质量 m、摩尔质量 M、物体的密度 ρ 。(3)相互关系①一个分子的质量： m0＝ ＝ 。MNA ρ VmNA②一个分子的体积： V0＝ ＝ 。(注：对气体 V0为分子所占空间体积)VmNA Mρ NA③物体所含的分子数n＝ ·NA＝ ·NA或 n＝ ·NA＝ ·NA。VVm mρ Vm mM ρ VM④单位质量中所含的分子数： n′＝ 。NAM典|例|微|探【例 1】 (多选)某气体的摩尔质量为 Mmol，摩尔体积为 Vmol，密度为 ρ ，每个分子的质量和体积分别为 m 和 V0，每个分子占有的体积为 V。则阿伏加德罗常数 NA可表示为( )A． NA＝ B． NA＝Mmolm VmolV6C． NA＝ D． NA＝VmolV0 Mmolρ V0【解题导思】(1)任何 1 mol 物质内都含有阿伏加德罗常数个微粒，对吗？答：对。(2)气体的摩尔体积等于每个分子体积的阿伏加德罗常数倍吗？答：不等，气体分子之间距离较大，分子平均占有的体积比分子体积大得多。解析 阿伏加德罗常数 NA＝ ＝ ＝ ，其中 V 应为每个气体分子所占有的体积，Mmolm ρ Vmolm VmolV而 V0是气体分子的体积，故 C 项错误；D 中 ρV 0不是气体分子的质量，因而也是错误的。答案 AB题|组|微|练1．已知地球大气层的厚度 h 远小于地球半径 R，空气平均摩尔质量为 M，阿伏加德罗常数为 NA，地面大气压强为 p0，重力加速度大小为 g。由此可估算得，地球大气层空气分子总数为____________，空气分子之间的平均距离为__________。解析 可认为地球大气对地球表面的压力是由其重力引起的，即 mg＝ p0S＝ p0×4π R2，故大气层的空气总质量 m＝ ，空气分子总数 N＝ NA＝ 。由于 h≪R，则大气4π p0R2g mM 4π p0NAR2Mg层的总体积 V＝4π R2h，每个分子所占空间设为一个棱长为 a 的正方体，则有 Na3＝ V，可得分子间的平均距离 a＝ 。3 Mghp0NA答案 4π p0NAR2Mg 3 Mghp0NA2．石墨烯是目前发现的最薄、最坚硬、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。已知 1 g石墨烯展开后面积可以达到 2 600 m2，则每 1 m2的石墨烯所含碳原子的个数为________________。(阿伏加德罗常数 NA＝6.0×10 23mol－1 ，碳的摩尔质量 M＝12 g/mol，计算结果保留两位有效数字)解析 由题意可知，1 g 石墨烯展开后面积可以达到 2 600 m2，则 1 m2石墨烯的质量 m＝ g，12 600则 1 m2石墨烯所含碳原子个数n＝ NA＝1.9×10 19。mM答案 1.9×10 197微考点 2 分子力与分子势能 核|心|微|讲名称项目 分子间的相互作用力 F 分子势能 Ep与分子间距的关系图象典|例|微|探【例 2】 下列关于分子力和分子势能的说法，正确的是( )A．当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而增大B．当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而减小C．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大D．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而减小【解题导思】8(1)分子力随分子间距离的增大如何变化？答：分子间距离 rr0时，分子力表现为引力且随分子间距离的增大而先增大后减小。(2)分子势能随分子间距离的增大如何变化？答：分子间距离 rr0时，随分子间距离的增大分子力做负功，分子势能增加。解析 当分子间距离为 r0时为平衡位置，当 r＞ r0时分子间表现为引力，且分子力随 r 的增大而先增大后减小，而分子力做负功，分子势能增大，故 A、B 项错；当 r＜ r0时分子间表现为斥力，且分子力随着 r 的减小而增大，当 r 减小时分子力做负功，分子势能增大，故 C 项正确，D 项错。答案 C【反思总结】判断分子势能变化的两种方法1．根据分子力做功判断分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增加。2．利用分子势能与分子间距离的关系图线判断但要注意此图线和分子力与分子间距离的关系图线形状虽然相似但意义不同，不要混淆。题|组|微|练3．如图所示，甲分子固定在坐标原点 O 处，乙分子位于 r 轴上，甲、乙两分子间作用力与分子间距离关系图象如图。现把乙分子从 r3处由静止释放，则( )A．乙分子从 r3到 r1一直加速B．乙分子从 r3到 r2加速，从 r2到 r1减速C．乙分子从 r3到 r1过程中，两分子间的分子势能一直增大D．乙分子从 r3到 r1过程中，两分子间的分子势能先减小后增大解析 由题图可知乙分子从 r3到 r1始终受分子引力，即乙分子始终加速。在 r2处引力最大，加速度最大，故选项 A 对，B 项错；此过程中引力做正功，分子势能减小，故选项 C、D 错。答案 A 4．(多选)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( )9A．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不变解析 两个分子相距较远时表现为引力，相互靠近时分子力先增大后减小，减小到零后分子力变为斥力，分子减速至不再靠近，因此分子力经历了增大、减小再反向增大的过程，故 A 项错误；分子不断靠近，分子力先做正功后做负功，动能先增大后减小，B、C 项正确；分子力做正功分子势能减小，分子力做负功分子势能增大，所以 D 项错误；整个过程中只有分子力做功，动能与势能之和不变，E 项正确。答案 BCE 微考点 3 物体的内能 热力学第一定律核|心|微|讲1．温度、内能、热量、功的比较2.改变内能的两种方式的比较10典|例|微|探【例 3】 (多选)关于热力学定律，下列说法正确的是( )A．气体吸热后温度一定升高B．对气体做功可以改变其内能C．理想气体等压膨胀过程一定放热D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体E．如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡【解题导思】改变物体内能的方式有几种？外界对物体做功，物体的内能一定增加吗？答：有两种：做功和热传递；外界对物体做功，物体的内能不一定增加，因为不清楚物体是吸热还是放热。解析 根据热力学第一定律，气体吸热的同时若对外做功，则内能不一定增大，温度不一定升高，选项 A 错误；对气体做功可以改变其内能，选项 B 正确；理想气体等压膨胀过程，对外做功，由理想气体状态方程可知，气体温度升高，内能增大，故气体一定吸热，选项C 错误；根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，选项 D 正确；根据热平衡定律，如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系11统彼此之间也必定达到热平衡，选项 E 正确。答案 BDE【反思总结】应用热力学第一定律的三点注意1．做功看体积：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。气体向真空中自由膨胀，对外界不做功， W＝0。2．与外界绝热，则不发生热传递，此时 Q＝0。3．由于理想气体没有分子势能，所以当它的内能变化时，主要体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化。题|组|微|练5．(多选)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图所示，充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体( )A．体积减小，内能增加B．体积减小，压强减小C．对外界做负功，内能增加D．对外界做正功，压强减小解析 充气袋被挤压时，气体体积减小，外界对气体做正功，由于袋内气体与外界无热交换，据热力学第一定律判知气体内能增加，故 A、C 项正确；袋内气体温度升高，体积减小，由方程 ＝ C 判知pVT气体压强变大，故 B、D 项错误。答案 AC 6．一定质量的气体，在从状态 1 变化到状态 2 的过程中，吸收热量 280 J，并对外做功120 J，问：(1)这些气体的内能怎样发生变化？变化了多少？(2)如果这些气体又返回原来的状态，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？解析 (1)由热力学第一定律可得 Δ U＝ W＋ Q＝－120 J＋ 280 J＝160 J，气体的内能增加了 160 J。(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从状态 2 回到状态 1 的过程中内能应减少，其12减少量应等于从状态 1 到状态 2 的过程中内能的增加量，则从状态 2 到状态 1 的内能应减少 160 J，即 Δ U′＝－160 J，又 Q′＝－240 J，根据热力学第一定律得：Δ U′＝ W′＋ Q′，所以 W′＝Δ U′－ Q′＝－160 J－(－ 240 J)＝80 J，即外界对气体做功 80 J。答案 (1)增加 160 J (2)外界对气体做功 80 J微考点 4 热力学第二定律 核|心|微|讲1．对热力学第二定律关键词的理解在热力学第二定律的表述中， “自发地” “不产生其他影响”的涵义。(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助。(2)“不产生其他影响”的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响。如吸热、放热、做功等。2．热力学第二定律的实质自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。如(1)高温物体 低温物体                 热 量 Q能 自 发 传 给 热 量 Q不 能 自 发 传 给(2)功 热                   能 自 发 地 完 全 转 化 为 不 能 自 发 地 且 不 能 完 全 转 化 为(3)气体体积 V1 气体体积 V2(较大)― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― ― →能 自 发 膨 胀 到 不 能 自 发 收 缩 到(4)不同气体 A 和 B 混合气体 AB               能 自 发 混 合 成 不 能 自 发 分 离 成3．两类永动机的比较13典|例|微|探【例 4】 关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是( )A．第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律B．第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律C．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能D．由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的【解题导思】热力学第二定律能说明宏观的热现象都具有方向性吗？答：能，通过揭示大量分子参与的宏观过程的方向性说明自然界中涉及热现象的宏观过程具有方向性。解析 第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机违反热力学第二定律，A、B 项错；由热力学第一定律可知 W≠0， Q≠0，但 Δ U＝ W＋ Q 可以等于 0，C 项错；由热力学第二定律可知 D 选项中现象是可能的，但会引起其他变化，D 项对。答案 D题|组|微|练7．(多选)如图所示，为电冰箱的工作原理示意图，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列说法正确的是 ( )14A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律D．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律解析 由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传给高温物体，除非有外界的影响或帮助。电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部，需要压缩机的帮助并消耗电能。答案 BC 8．能是当今社会快速发展所面临的一大难题，由此，人们想到了永动机。关于第二类永动机，甲、乙、丙、丁 4 名同学争论不休。甲：第二类永动机不违反能量守恒定律，应该可以制造成功。乙：虽然内能不可能全部转化为机械能，但在转化过程中可以不引起其他变化。丙：摩擦、漏气等因素导致能量损失，第二类永动机才因此不能制成。丁：内能与机械能之间的转化具有方向性才是第二类永动机不可能制成的原因。你认为________的说法是正确的。A．甲 B．乙 C．丙 D．丁解析 内能与机械能之间的转化具有方向性才是第二类永动机不可能制成的原因，正确的选项为 D。答案 D 见学生用书 P193扩散现象、布朗运动与分子热运动素能培养1．扩散现象直接反映了分子的无规则运动，并且可以发生在固体、液体、气体任何两种物质之间。2．布朗运动不是分子的运动，是液体分子无规则运动的反映。经典考题 (多选)下列有关扩散现象与布朗运动的叙述中，正确的是( )15A．扩散现象与布朗运动都能说明分子在做永不停息的无规则运动B．扩散现象与布朗运动没有本质的区别C．扩散现象突出说明了物质分子的迁移规律，布朗运动突出说明了分子运动的无规则性规律D．布朗运动是扩散的形成原因，扩散是布朗运动的宏观表现解析 扩散现象与布朗运动都能说明分子做永不停息的无规则运动，故 A 项正确；扩散是物质分子的迁移，布朗运动是宏观颗粒的运动，是两种完全不同的运动，故 B 项错误；两个实验现象说明了分子运动的两个不同规律，则 C 项正确；布朗运动与扩散的成因均是分子的无规则运动，两者之间不具有因果关系，故 D 项错误。答案 AC 对法对题1．(多选)墨滴入水，扩而散之，徐徐混匀。关于该现象的分析正确的是( )A．混合均匀主要是由于碳粒受重力作用B．混合均匀的过程中，水分子和碳粒都做无规则运动C．使用碳粒更小的墨汁，混合均匀的过程进行得更迅速D．墨汁的扩散运动是由于碳粒和水分子发生化学反应引起的解析 墨汁与水混合均匀的过程，是水分子和碳粒做无规则运动的过程，这种运动与重力无关，也不是化学反应引起的。微粒越小、温度越高，无规则运动越剧烈，可见，B、C 项正确，A、D 项错误。答案 BC 2．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．布朗运动是指悬浮在液体中的颗粒内固体分子的无规则运动C．布朗运动说明了液体分子与悬浮颗粒之间存在着相互作用力D．观察布朗运动会看到，悬浮的颗粒越小，温度越高，布朗运动越剧烈解析 布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，小颗粒由许多分子组成，所以布朗运动不是分子的无规则运动，也不是指悬浮颗粒内固体分子的无规则运动，故 A、B项错误；布朗运动虽然是由液体分子与悬浮颗粒间相互作用引起的，但其重要意义是反映了液体分子的无规则运动，而不是反映了分子间的相互作用，故 C 项错误；观察布朗运动会看到固体颗粒越小，温度越高，布朗运动越明显，故 D 项正确。答案 D 见学生用书 P1931．(多选)以下关于分子动理论的说法正确的是( )A．物质是由大量分子组成的B．－2 ℃时水已经结为冰，部分水分子已经停止了热运动C．分子势能随分子间距离的增大，可能先减小后增大D．分子间的引力与斥力都随分子间距离的增大而减小解析 物质是由大量分子组成的，A 项正确；分子是永不停息地做无规则运动的，B 项错误；16在分子间距离增大时，如果先是分子力做正功，后是分子力做负功，则分子势能是先减小后增大的，C 项正确；分子间的引力与斥力都随分子间距离的增大而减小，但斥力变化得快，D 项正确。答案 ACD 2．(多选)如图为某实验器材的结构示意图，金属内筒和隔热外筒间封闭了一定体积的空气，内筒中有水，在水加热升温的过程中，被封闭的空气( )A．内能增大B．压强增大C．分子间引力和斥力都减小D．所有分子运动速率都增大解析 气体为封闭气体，体积不变，分子平均间距不变，分子引力和斥力不变，C 项错误；外筒隔热，气体温度升高，内能增大，A 项正确；由理想气体状态方程可知，气体温度升高，体积不变，压强增大，B 项正确；温度升高，分子平均速率增大，但不是所有气体分子速率都增大，D 项错误。答案 AB 3．(多选)用显微镜观察水中的花粉，追踪某一个花粉颗粒，每隔 10 s 记下它的位置，得到了 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 等点，再用直线依次连接这些点，如图所示。则下列说法正确的是( )A．花粉颗粒的运动就是热运动B．这些点连接的折线就是这一花粉颗粒运动的轨迹C．在这六段时间内花粉颗粒运动的平均速度大小不等D．从花粉颗粒处于 a 点开始计时，经过 36 s，花粉颗粒可能不在 de 连线上解析 热运动是分子的运动，而不是固体颗粒的运动，故 A 项错误；既然无规则，微粒在每个 10 秒内也是做无规则运动，并不是沿连线运动，故 B 项错误；在这 6 段时间内的位移大小并不相同，故平均速度大小不等，故 C 项正确；由运动的无规则性知 D 项正确。17答案 CD 4．如图所示，某种自动洗衣机进水时，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气，通过压力传感器知管中的空气压力，从而控制进水量。设温度不变，洗衣缸内水位升高，则细管中被封闭的空气( )A．放热B．压强减小C．分子的热运动加剧D．分子间的引力和斥力都减小解析 温度不变，洗衣缸内水位升高时，封闭气体体积减小，压强增大，外界对气体做功，W0，又因 Δ U＝0，由 Δ U＝ W＋ Q 知， Q0，即气体放出热量，A 项正确，B 项错误；因为温度不变，C 项错误；因为气体体积减小，所以分子间的引力和斥力都增大，D 项错误。答案 A 1配餐作业 分子动理论 热力学定律A 组·基础巩固题1．(多选)关于扩散现象，下列说法正确的是( )A．温度越高，扩散进行得越快B．扩散现象是由物质分子无规则运动产生的C．扩散现象在气体、液体和固体中都能发生D．液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的解析 扩散现象是分子无规则热运动的反映，B 项正确、D 项错误；温度越高，分子热运动越激烈，扩散越快，A 项正确；气体、液体、固体的分子都在不停地进行着热运动，扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，C 项正确。答案 ABC2．(多选)下面关于分子力的说法正确的是( )A．铁丝很难被拉长，这一事实说明铁分子间存在引力B．水很难被压缩，这一事实说明水分子间存在斥力C．将打气管的出口端封住，向下压活塞，当空气被压缩到一定程度后很难再压缩，这一事实说明这时空气分子间表现为斥力D．磁铁可以吸引铁屑，这一事实说明分子间存在引力解析 逐项分析：原来分子间距 r 等于 r0，拉长时 rr0，表现为引力，A 项对；压缩时 rr0，表现为斥力，B 项对；压缩到一定程度后，空气很难再压缩，是气体分子频繁撞击活塞产生的气体压强增大的结果，C 项错；磁铁吸引铁屑是磁场力的作用，不是分子力的作用，D 项错。答案 AB3．(多选)下列说法正确的是( )A．气体放出热量，其分子的平均动能可能增大B．布朗运动不是液体分子的运动，但它可以说明分子在永不停息地做无规则运动C．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大D．第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第一定律E．某气体的摩尔体积为 V，每个分子的体积 V0，则阿伏加德罗常数可表示为 NA＝VV0解析 气体放出热量，若外界对气体做功，温度升高，分子的平均动能增大，故 A 项正确；布朗运动是固体小颗粒的运动，它是分子无规则运动的反映，故 B 项正确；当分子间是斥力时，分子力随距离的减小而增大；分子力做负功，故分子势能也增大，故 C 项正确；第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，故 D 项错误；若气体的摩尔体积为 V，每个分子的体积为 V0，由于气体分子之间的距离远大于分子的直径所以阿伏加德罗常数不能表示为 NA＝ ，气体此式不成立，故 E 项错误。VV0答案 ABC 4．地球上有很多的海水，它的总质量约为 1.4×1018吨，如果这些海水的温度降低0.1 ℃，将要放出 5.8×1023焦耳的热量，有人曾设想利用海水放出的热量使它完全变成2机械能来解决能源危机，但这种机器是不能制成的，其原因是 ( )A．内能不能转化成机械能B．内能转化成机械能不满足热力学第一定律C．只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能的机器不满足热力学第二定律D．上述三种原因都不正确解析 内能可以转化为机械能，如热机，A 项错误；内能转化成机械能的过程满足热力学第一定律，即能量守恒定律，B 项错误；热力学第二定律告诉我们：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化，C 项正确。答案 C5．(多选)下列对热力学定律的理解正确的是( )A．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功B．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能C．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量D．热量不可能由低温物体传给高温物体E．如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能可能减少解析 在引起其他变化的情况下，从单一热源吸收热量可以将其全部变为功，A 项正确；由热力学第一定律可知，当 W≠0， Q≠0 时，Δ U＝ W＋ Q，可以等于 0，B 项错误；空调机在制冷过程中消耗了电能，总体上是放出热量，C 项正确；热量可以由低温物体传给高温物体，D 项错误；物体从外界吸收热量，可能同时对外做功，如果对外做的功大于从外界吸收的热量，则物体的内能减少，E 项正确。故选 ACE。答案 ACE6．(多选)以下说法正确的是( )A．在教室内空气中的氮气和氧气的分子平均动能相同B．用活塞压缩气缸里的空气，活塞对空气做功 52 J，这时空气的内能增加了 76 J，则空气从外界吸热 128 JC．有一分子 a 从无穷远处靠近固定不动的分子 b，当 a、 b 间分子力为零时，它们具有的分子势能一定最小D．显微镜下观察到的布朗运动是液体分子的无规则运动E．一切与热现象有关的宏观物理过程都是不可逆的解析 在教室内空气中的氮气和氧气的温度相等，分子的平均动能相同，A 项正确；用活塞压缩汽缸里的空气，活塞对空气做功 52 J，这时空气的内能增加了 76 J，根据热力学第一定律 Δ U＝ W＋ Q，可知，空气从外界吸收的热量 Q＝Δ U－ W＝76 J－52 J＝24 J，B项错误； a、 b 间分子力为零时，它们具有的分子势能一定最小，C 项正确；显微镜下观察到的布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，不是液体分子的无规则运动，D 项错误；根据热力学第二定律，一切与热现象有关的宏观物理过程都是不可逆的，E 项正确。答案 ACE7．下列关于热现象的描述正确的一项是( )3A．根据热力学定律，热机的效率可以达到 100%B．做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的C．温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同D．物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规则的解析 根据热力学第二定律可知，热机不可能从单一热源吸收热量全部用来做功而不引起其他变化，因此，热机的效率不可能达到 100%，A 项错误；做功是通过能量转化的方式改变系统的内能，热传递是通过能量的转移的方式改变系统的内能，B 项错误；温度是表示热运动的物理量，热传递过程中达到热平衡时，温度相同，C 项正确；单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动表现出统计规律，D 项错误。答案 C8．(2017·北京)以下关于热运动的说法正确的是( )A．水流速度越大，水分子的热运动越剧烈B．水凝结成冰后，水分子的热运动停止C．水的温度越高，水分子的热运动越剧烈D．水的温度升高，每一个水分子的运动速率都会增大解析 水流速度是机械运动速度，不能反映热运动情况，故 A 项错误；分子在永不停息地做无规则运动，故 B、D 项错误，C 项正确。答案 C 9．(2017·全国卷Ⅱ)(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E．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变解析 气体向真空扩散过程中不对外做功，且又因为汽缸绝热，可知气体自发扩散前后内能相同，A 项正确，C 项错误；气体在被压缩的过程中活塞对气体做功，因汽缸绝热，则气体内能增大，B、D 项正确；气体在被压缩的过程中，因气体内能增加，则温度升高，气体分子的平均动能增加，E 项错误。故选 ABD 项。答案 ABD 4B 组·能力提升题10．(多选)下列说法正确的是( )A．显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这反映了液体分子运动的无规则性B．分子间的相互作用力随着分子间距离的增大，一定先减小后增大C．分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大D．在真空、高温条件下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素E．当温度升高时，物体内每一个分子热运动的速率一定都增大解析 根据布朗运动的定义，显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，不是分子运动，是小炭粒的无规则运动。但却反映了小炭粒周围的液体分子运动的无规则性，A 项正确；分子间的相互作用力随着分子间距离的增大，可能先增大后减小，也可能一直减小，B 项错误；由于分子间的距离不确定，故分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大，也可能一直增大，C 项正确；由扩散现象可知，在真空、高温条件下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素，D 项正确；当温度升高时，分子的热运动加剧，但不是物体内每一个分子热运动的速率都增大，E 项错误。答案 ACD 11．(多选)下列说法正确的是( )A．布朗运动就是液体分子的无规则运动B．空气的相对湿度定义为空气中所含水蒸气压强与同温度水的饱和蒸汽压的比值C．尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到 100%，制冷机却可以使温度降至热力学零度D．将一个分子从无穷远处无限靠近另一个分子，则这两个分子间分子力先增大后减小最后再增大，分子势能是先减小再增大E．一定质量的理想气体，在体积不变时，分子每秒平均碰撞次数随着温度降低而减小解析 布朗运动是指悬浮在液体中的微小的花粉颗粒的无规则运动(在显微镜下观察)，它是液体分子的无规则运动引起的，故 A 项错误；空气的绝对湿度指大气中水蒸气的实际压强，相对湿度是指水蒸气的实际压强与该温度下水蒸气的饱和压强之比，故 B 项正确；根据热力学第二定律，热机的效率不可能达到 100%，温度是分子热运动平均动能的标志，分子热运动的平均动能与物体的温度成正比，故绝对零度是不可能达到的，故 C 项错误；两个分子相距无穷远时，分子力为零，逐渐靠近的过程，分子力先表现为引力，引力先增大后减小，减小到零后，又随距离的减小而表现为斥力，所以两个分子相互靠近时，分子力先做正功再做负功，分子力先增大后减小最后再增大，分子势能先减小后增大，故 D 项正确；一定质量的气体，在体积不变时，分子个数不变，温度降低则气体的平均动能减少，气体的分子的平均速率减小，故气体分子每秒平均碰撞次数减小，故 E 项正确。答案 BDE12．(多选)下列说法正确的是( )A．悬浮在液体中的小颗粒越小，布朗运动越明显B．当分子间距离增大时，分子间作用力减小，分子势能增大C．液晶具有光学的各向异性5D．单位时间内气体分子对容器壁单位面积上碰撞次数减小，气体的压强可能增大E．自然界凡是符合能量守恒定律的宏观过程都能自然发生解析 悬浮在液体中的小颗粒越小，布朗运动越明显，A 项正确；当分子间距离从 0增大时，分子间作用力先减小后增加，再减小，分子势能先减小后增大，B 项错误；液晶既像液体一样具有流动性，又跟某些晶体一样具有光学性质的各向异性，C 项正确；单位时间内气体分子对容器壁单位面积上碰撞次数减小，如果气体的温度升高，气体对器壁的碰撞力变大，则气体的压强也可能增大，D 项正确；自然界凡是符合能量守恒定律的宏观过程有的具有方向性，不一定都能自然发生，E 项错误。故选 ACD 项。答案 ACD 13．一种海浪发电机的气室如图所示。工作时，活塞随海浪上升或下降，改变气室中空气的压强，从而驱动进气阀门和出气阀门打开或关闭。气室先后经历吸入、压缩和排出空气的过程，推动出气口处的装置发电。气室中的空气可视为理想气体。(1)(多选)下列对理想气体的理解，正确的是________。(填选项字母)A．理想气体实际上并不存在，只是一种理想模型B．只要气体压强不是很高就可视为理想气体C．一定质量的某种理想气体的内能与温度、体积都有关D．在任意温度、任何压强下，理想气体都遵循气体实验定律(2)压缩过程中，两个阀门均关闭。若此过程中，气室中的气体与外界无热量交换，内能增加了 3.4×104 J，则该气体的分子平均动能__________(填“增大” “减小”或“不变”)，活塞对该气体所做的功______(填“大于” “小于”或“等于”)3.4×10 4 J。(3)上述过程中，气体刚被压缩时的温度为 27 ℃，体积为 0.224 m3，压强为 1 个标准大气压。已知 1 mol 气体在 1 个标准大气压、0 ℃时的体积为 22.4 L，阿伏加德罗常数NA＝6.02×10 23mol－1 。计算此时气室中气体的分子数。(计算结果保留一位有效数字)解析 (1)理想气体是一种理想化的模型，实际并不存在，A 项正确；在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过标准大气压的几倍时，把实际气体当成理想气体来处理，B 项错误；一定质量的理想气体的内能只与温度有关，C 项错误；在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律，这样的气体是理想气体，D 项正确。(2)气室中的气体与外界无热交换，内能增加，同时外界对气体做功，故密闭气体的温度升高，气体分子的平均动能增大。根据热力学第一定律 Δ U＝ Q＋ W 可知，Q＝0， W＝Δ U，所以活塞对该气体所做的功等于 3.4×104 J。(3)设气体在标准状态时的体积为 V1，等压过程＝ ，VT V1T16气体物质的量 n＝ ，且分子数V1V0N＝ nNA，解得 N＝ NA，VT1V0T代入数据得 N＝5×10 24。答案 (1)AD (2)增大 等于 (3)5×10 2414．(1)若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变，则在此过程中关于气泡中的气体，下列说法中正确的是__________。(填选项字母)A．气体分子间的作用力增大B．气体分子的平均速率增大C．气体分子的平均动能减小D．气体组成的系统的熵增加(2)若将气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底上升到湖面的过程中，对外界做了0.6 J 的功，则此过程中的气泡__________( 填“吸收”或“放出”)的热量是__________J。气泡到达湖面后，温度上升的过程中，又对外界做了 0.1 J 的功，同时吸收了 0.3 J 的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了__________J。(3)已知气泡内气体的密度为 1.29 kg/m3，平均摩尔质量为 0.029 kg/mol，阿伏加德罗常数 NA＝6.02×10 23mol－1 ，取气体分子的平均直径为 2×10－10 m，若气泡内的气体能完全变为液体，请估算液体体积与原来气体体积的比值。(结果保留一位有效数字)解析 (1)掌握分子动理论和热力学定律才能准确处理本题。气泡的上升过程，气泡内的压强减小，温度不变，分子平均动能不变，由玻意耳定律知，上升过程中体积增大，微观上体现为分子间距增大，分子间引力减小，温度不变，所以气体分子的平均动能、平均速率不变，此过程为自发过程，故熵增大。D 项正确。(2)本题从热力学第一定律入手，抓住理想气体内能只与温度有关的特点进行处理。理想气体等温过程中内能不变，由热力学第一定律 Δ U＝ Q＋ W，物体对外做功 0.6 J，则一定同时从外界吸收热量 0.6 J，才能保证内能不变。而温度上升的过程，内能增加了 0.2 J。(3)微观量的运算，注意从单位制检查运算结论，最终结果只要保证数量级正确即可。设气体体积为 V0，液体体积为 V1，气体分子数n＝ NA，ρ V0mV1＝ n (或 V1＝ nd3)，π d36则 ＝ π d3NAV1V0 ρ6m(或 ＝ d3NA)，V1V0 ρ m解得 ＝1×10 －4 。(9×10 －5 ～2×10 －4 都算对)V1V0答案 (1)D (2)吸收 0.6 0.2(3)1×10－4 (9×10－5 ～2×10 －4 都算对)