1、1专题十五 分子动理论 气体及热力学定律考点 1| 分子动理论、内能及热力学定律难度：低档题 题型：选择题 五年 7 考(2015全国卷T 33(1)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扩散现象是不同物质间的一种化学反应C扩散现象是由物质分子无规则运动产生的D扩散现象在气体、液体和固体中都能发生E液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的【解题关键】 解答本题时应注意以下三点：(1)理解扩散现 象的本质是分子的无规则运动(2)温度越高，分子运动越剧烈(3)扩散现象在气体、液体和固体中都能发生2ACD 扩散现象与温度有关，温度越高，扩散进行得越快，选项 A 正确 扩散现象
2、是由于分子的无规则运动引起的，不是一种化学反应，选项 B、E 错误，选项 C 正确，.扩散现象在气体、液体和固体中都能 发 生， 选项 D 正确(2016全国乙卷T 33(1)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【解题关键】 解答本题时应从以下两点进行分析：(1)理解热力学第一定律 UWQ 中各量的意义(2)理解热力学第二定律 热传递的方向性BDE 根据热力学定律，气体吸热后如果对外
3、做功，则温度不一定升高，说法 A 错误改变物体内能的方式有做功和 热传递， 对气体做功可以改变其内能，说法 B 正确理想气体等压膨胀对外做功，根据 恒量知，膨胀过程一定吸热，pVT说法 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，说法 D 正确两个系统达到 热平衡时，温度相等，如果这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，说法E 正确故 选 B、D、E.1高考考查特点(1)本部分知识 点多，考查点也多，高考常以多选题的形式考查(2)考查点主要集中于分子动理论、分子力和物体的内能2解题的常见误区及提醒(1)常常分不清分子的热
4、运动和布朗运动的区别(2)准确掌握物体内能的微观决定因素和宏观因素是解题关键(3)宏观自发过 程都具有方向性，理解热力学第二定律，注意不产生其他影响3的含义考向 1 分子动理论1.下列说法中正确的是( )A悬浮在液体中的微粒越小，在某一瞬间跟它相撞的液体分子数越少，布朗运动越不明显B把两块纯净的铅压紧，它们会“粘”在一起，说明分子间存在引力C破碎的玻璃不能重新拼接在一起是因为其分子间存在斥力D分子 a 从无穷远处由静止开始接近固定不动的分子 b，只受分子力作用，当 a 受到分子力为 0 时，a 的动能一定最大E空气中单个分子的运动是无规则的，但大量分子的运动是有规律的【解析】 悬浮微粒越小，在
5、某一瞬间撞击它的液体分子数就越少，那么它受力越难趋于平衡，微粒越容易运动，布朗运 动就越明 显， 选项 A 错误；把两块纯净的铅压紧，它们会“粘 ”在一起， 说明分子间存在引力，故 B 正确；破碎的玻璃分子间距离较大，不存在作用力，所以 C 错误 ；分子 a 在分子力作用上从无穷远处趋近固定不动的分子 b，表现为引力，引力做正功， 动能增大，当 b 对 a 的作用力为零时 a 的动能最大， D 正确；单个分子的运 动是无规则的，但大量分子的运动是具有统计规律的， 选项 E 正确【答案】 BDE考向 2 物体的内能2(2016全国丙卷 T33(1)关于气体的内能，下列说法正确的是( ) 【导学号
6、：37162083】A质量和温度都相同的气体，内能一定相同B气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大C气体被压缩时，内能可能不变D一定量的某种理想气体的内能只与温度有关E一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加CDE 气体的内能由物质的量、温度和体积决定，质量和温度都相同的气4体，内能可能不同，说法 A 错误内能与物体的运动速度无关，说法 B 错误气体被压缩时，同时对外传热，根据 热力学第一定律知内能可能不变， 说法 C 正确一定量的某种理想气体的内能只与温度有关，说法 D 正确根据理想气体状态方程，一定量的某种理想气体在压强不变的情况下，体积变大， 则温度一定升高，内能一定增加，
7、说法 E 正确考向 3 热力学定律3根据热力学定律，下列说法正确的是( )A电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递B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C科技的进步可以使内燃机成为单一的热源热机D对能源的过度消耗使自然界的能量不断减少，形成 “能源危机”E第二类永动机不可能制成，因违背了热力学第二定律ABE 在外界帮助的情况下，热量可以从低温物体向高温物体传递，A 对；空调在制冷时，把室内的热 量向室外释放，需要消耗电能，同 时产生热量，所以向室外放出的热量大于从室内吸收的热量，B 对；根据 热力学第二定律，可知内燃机不可能成为单一热源的热机，C 错，E 对
8、因为自然界的能量是守恒的，能源的消耗并不会使自然界的总能量减少，D 错 1必须掌握的三个问题(1)必须掌握微 观量估算的两个模型球模型：V R3(适用于估算液体、固体分子直径 )43立方体模型：Va 3(适用于估算气体分子 间距)(2)必须明确反映分子运 动规律的两个实例布朗运动：研究对象：悬浮在液体或气体中的固体小颗粒运动特点：无规则、永不停息相关因素：颗粒大小、温度扩散现象5产生原因：分子永不停息的无规则运动相关因素：温度(3)必须弄清的分子力和分子势能分子力：分子间引力与斥力的合力分子间距离增大，引力和斥力均减小；分子间距离减小，引力和斥力均增大，但斥力总比引力 变化得快分子势能：分子力
9、做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增大；当分子间距为 r0(分子间的距离为 r0时，分子间作用的合力为 0)时，分子势能最小2物体的内能与热力学定律(1)物体内能变 化的判定：温度变化引起分子平均动能的变化；体积变化，分子间的分子力做功，引起分子 势能的变化(2)热力学第一定律公式：U WQ；符号规定：外界对系统做功，W0；系统对外界做功，W0.系统从外界吸收热量， Q 0；系统向外界放出 热量， Q0，即气体吸 热，选项 D 错误 1对晶体、非晶体特性的理解(1)只有单晶体才可能具有各向异性(2)各种晶体都具有固定熔点，晶体熔化时，温度不变，吸收的热量全部用于分子势能的增加(3)晶
10、体与非晶体可以相互转化(4)有些晶体属于同素异构体，如金刚石和石墨2对液晶特性的理解(1)液晶是一种特殊的物质状态，所处的状态介于固态和液态之间液晶具有流动性，在光学、 电学物理性质上表现出各向异性(2)液体的表面张力使液体表面具有收缩到最小的趋势，表面张力的方向跟液面相切考点 3| 气体实验定律和理想气体状态方程 难度：中高档题 题型：计算题 五年 10 考(2016全国乙卷T 33(2)在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强，两压强差 p 与气泡半径 r 之间的关系为 p ，其中 0.070 2r9N/m.现让水下 10 m 处一半径为 0.50 cm 的气泡缓慢上升已知大气压强p
11、01.010 5 Pa，水的密度 1.010 3 kg/m3，重力加速度大小 g10 m/s 2.(i)求在水下 10 m 处气泡内外的压强差；(ii)忽略水温随水深的变化，在气泡上升到十分接近水面时，求气泡的半径与其原来半径之比的近似值【解题关键】 解答本题时应从以下三点进行分析：(1)利用题中信息 p 求解2r(2)明确各状态对应 的压强和体积(3)综合利用力的平衡、玻意耳定律以及理想化条件进行求解【解析】 () 当气泡在水下 h10 m 处时，设其半径为 r1，气泡内外压强差为 p1，则p1 2r1代入题给数据得p128 Pa. ()设气泡在水下 10 m 处时，气泡内空气的压强为 p1
12、，气泡体积为 V1；气泡到达水面附近时，气泡内空气 压强为 p2，内外 压强 差为 p2，其体积为 V2，半径为 r2.气泡上升过程中温度不变，根据玻意耳定律有p1V1p 2V2 由力学平衡条件有p1p 0gh p1 p2p 0p 2 气泡体积 V1 和 V2 分别为V1 r 43 31V2 r 43 32联立式得103 (r1r2) p0 p2gh p0 p1由式知，p ip 0，i1,2，故可略去式中的 pi项代入题给数据得 1.3. r2r1 32【答案】 ()28 Pa () 或 1.332(2016 全国丙卷 T33(2)一 U 形玻璃管竖直放置，左端开口，右端封闭，左端上部有一光滑
13、的轻活塞初始时，管内汞柱及空气柱长度如图 1 所示用力向下缓慢推活塞，直至管内两边汞柱高度相等时为止求此时右侧管内气体的压强和活塞向下移动的距离已知玻璃管的横截面积处处相同；在活塞向下移动的过程中，没有发生气体泄漏；大气压强 p075.0 cmHg，环境温度不变图 1【解题关键】 关键语句 信息解读左端开口光滑的轻活塞 左端气体压强和大气压强相等直至管内两边汞柱高度相等 汞柱两端的气体压强相等没有发生气体泄漏环境温度不变可视为一定质量的理想气体，利用理想气体状态方程或玻意耳定律求解【解析】 设初始时，右管中空气柱的压强为 p1，长度为 l1；左管中空气柱的压强为 p2p 0，长度为 l2.活塞
14、被下推 h 后，右管中空气柱的压强为 p1，长度为l1；左管中空气柱的压强为 p2，长度为 l2.以 cmHg 为压强单位由题给条件得p1p 0(20.05.00)cmHg 11l1 cm (20.0 20.0 5.002 )由玻意耳定律得 p1l1p 1l1 联立式和题给条件得p1144 cmHg. 依题意 p2p 1 l24.00 cm cmh 20.0 5.002由玻意耳定律得 p2l2p 2l2 联立式和题给条件得 h9.42 cm. 【答案】 144 cmHg 9.42 cm1高考考查特点(1)本考点为高考 热点，考查题型多为计算题，题目综合难度大；(2)考点主要集中在理想气体状态方
15、程定量计算的考查上，多以对本知识点的单独考查，有时结合压强 的微观解释、 热力学第一定律、气体图象等进行命题2解题的常见误区及提醒(1)没有弄清理想气体状态方程的应用条件是一定质量的理想气体是常见的解题误区；(2)对于多过程 问题不能判断状态参量中的不变量，错误的选取气体实验定律考向 1 “液柱”类问题6(2013全国卷 T 33(2)如图 2 所示，一上端开口、下端封闭的细长玻璃管竖直放置玻璃管的下部封有长 l125.0 cm 的空气柱，中间有一段长 l225.0 cm 的水银柱，上部空气柱的长度 l340.0 cm.已知大气压强为 p075.0 cmHg.现将一活塞(图中未画出) 从玻璃管
16、开口处缓慢往下推，使管下部空气柱长度变12为 l120.0 cm.假设活塞下推过程中没有漏气，求活塞下推的距离图 2【解析】 研究玻璃管上、下两端封闭气体的初态和末态的状态参量，根据大气压强和水银柱长可求出封闭气体的压强，结合玻意耳定律求解 以 cmHg 为压强单 位在活塞下推前，玻璃管下部空气柱的压强为p1p 0l 2 设活塞下推后，下部空气柱的压强为 p1，由玻意耳定律得p1l1p 1l1 如图，设活塞下推距离为 l，则此时玻璃管上部空气柱的长度为l3l 3l 1l 1l 设此时玻璃管上部空气柱的压强为 p2，则p2p 1l 2 由玻意耳定律得p0l3p 2l3 由至式及题给数据解得l 1
17、5.0 cm. 【答案】 15.0 cm7(2015全国卷 T 33(2)如图 3 所示，一粗细均匀的 U 形管竖直放置，A侧上端封闭，B 侧上端与大气相通，下端开口处开关 K 关闭；A 侧空气柱的长度 l10.0 cm，B 侧水银面比 A 侧的高 h3.0 cm.现将开关 K 打开，从 U 形管中放出部分水银，当两侧水银面的高度差为 h110.0 cm 时将开关 K 关闭已知大气压强 p075.0 cmHg.13图 3(1)求放出部分水银后 A 侧空气柱的长度；(2)此后再向 B 侧注入水银，使 A、B 两侧的水银面达到同一高度，求注入的水银在管内的长度【导学号：37162084】【解析】
18、(1)以 cmHg 为压强单位 设 A 侧空气柱长度 l10.0 cm 时的压强为 p；当两侧水银面的高度差为 h110.0 cm 时，空气柱的长度为 l1，压强为 p1.由玻意耳定律得 plp 1l1 由力学平衡条件得pp 0h 打开开关 K 放出水银的过程中，B 侧水银面处的压强始终为 p0，而 A 侧水银面处的压强随空气柱长度的增加逐渐减小，B、 A 两 侧水银面的高度差也随之减小，直至 B 侧 水银面低于 A 侧水银面 h1为止由力学平衡条件有p1p 0h 1 联立式，并代入题给数据得l112.0 cm. (2)当 A、B 两侧的水银面达到同一高度时，设 A 侧空气柱的 长度为 l2，
19、压强为 p2.由玻意耳定律得plp 2l2 由力学平衡条件有p2p 0 联立式，并代入题给数据得l210.4 cm 设注入的水银在管内的长度为 h，依 题意得14h2( l1l 2)h 1 联立式，并代入题给数据得h13.2 cm. 【答案】 (1)12.0 cm (2)13.2 cm考向 2 汽缸类问题8(2015 全国卷T 33(2)如图 4 所示，一固定的竖直汽缸由一大一小两个同轴圆筒组成，两圆筒中各有一个活塞已知大活塞的质量为 m12.50 kg，横截面积为 S180.0 cm2；小活塞的质量为 m21.50 kg，横截面积为 S240.0 cm2；两活塞用刚性轻杆连接，间距保持为 l
20、40.0 cm；汽缸外大气的压强为p1.0010 5 Pa，温度为 T303 K初始时大活塞与大圆筒底部相距 ，两活l2塞间封闭气体的温度为 T1495 K现汽缸内气体温度缓慢下降，活塞缓慢下移忽略两活塞与汽缸壁之间的摩擦，重力加速度大小 g 取 10 m/s2.求：图 4(1)在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间，汽缸内封闭气体的温度；(2)缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时，缸内封闭气体的压强【解析】 (1)设初始时气体体积为 V1，在大活塞与大 圆筒底部刚接触时，缸内封闭气体的体积为 V2，温度为 T2.由题给条件得V1S 1 S 2 (l2) (l l2)V2S 2l 在活塞缓慢下移的过
21、程中，用 p1 表示缸内气体的压强，由力的平衡条件得S1(p1 p)m 1gm 2gS 2(p1p) 故缸内气体的压强不变由盖吕萨克定律有15 V1T1 V2T2联立式并代入题给数据得T2330 K (2)在大活塞与大圆筒底部刚接触时，被封闭气体的压强为 p1.在此后与汽缸外大气达到热平衡的过程中，被封闭气体的体积不变设达到热平衡时被封闭气体的压强为 p，由查理定律，有 pT p1T2联立式并代入题给数据得p1.0110 5 Pa. 【答案】 (1)330 K (2)1.0110 5 Pa9(2014 全国卷T 33(2)如图 5 所示，两汽缸 A、B 粗细均匀、等高且内壁光滑，其下部由体积可
22、忽略的细管连通；A 的直径是 B 的 2 倍，A 上端封闭，B 上端与大气连通；两汽缸除 A 顶部导热外，其余部分均绝热两汽缸中各有一厚度可忽略的绝热轻活塞 a、b，活塞下方充有氮气，活塞 a 上方充有氧气当大气压为 p0、外界和汽缸内气体温度均为 7 且平衡时，活塞 a 离汽缸顶的距离是汽缸高度的 ，活塞 b 在汽缸正中间14图 5(1)现通过电阻丝缓慢加热氮气，当活塞 b 恰好升至顶部时，求氮气的温度；(2)继续缓慢加热，使活塞 a 上升当活塞 a 上升的距离是汽缸高度的 时，116求氧气的压强【解析】 (1)活塞 b 升至顶部的过程中，活塞 a 不动，活塞 a、b 下方的氮气做等压变化，
23、设汽缸 A 的容积为 V0，氮气初 态体 积为 V1，温度为 T1，末态体积16为 V2，温度为 T2，按题意，汽缸 B 的容积为 ，由题给 数据和盖吕萨克定律得V04V1 V0 V0 34 12 V04 78V2 V0 V0V 0 34 14 V1T1 V2T2由式和题给数据得T2320 K.(2)活塞 b 升至 顶部后，由于继续缓慢加热，活塞 a 开始向上移动，直至活塞上升的距离是汽缸高度的 时，活塞 a 上方的氧气做等温变化，设氧气初态体积116为 V1，压强为 p1，末 态体 积为 V2，压强为 p2，由题给 数据和玻意耳定律得V1 V0，p1p 0，V2 V0 14 316p1V1p
24、 2V2 由式得 p2 p0.43【答案】 (1)320 K (2) p043考向 3 图象类问题10使一定质量的理想气体的状态按图 6 甲中箭头所示的顺序变化，图线BC 是一段以纵轴和横轴为渐近线的双曲线(1)已知气体在状态 A 的温度 TA300 K，问气体在状态 B、C 和 D 的温度各是多大？(2)请在图乙上将上述气体变化过程在 VT 图中表示出来(图中要标明A、B、C 、D 四点，并且要画箭头表示变化方向)17图 6【解析】 (1)根据气体状态方程有 pAVATA pCVCTC得 TC TA 300 K600 KpCVCpAVA 240410由 pAVAT pDVDTD得 TD TA
25、 300 K300 KpDVDpAVA 220410TBT C600 K.(2)由状态 B 到状态 C 为等温 变化，由玻意耳定律得pBVBp CVCVB L20 LpCVCpB 2404上述过程在 VT 图上状态变化过程的图线如图所示【答案】 (1)600 K 600 K 300 K(2) 见解析1压强的计算(1)被活塞、汽缸封闭的气体，通常分析活塞或汽缸的受力，应用平衡条件或牛顿第二定律列式计算(2)被液柱封闭 的气体的压强，若应用平衡条件或牛顿第二定律求解，得出的压强单位为 Pa.2合理选取气体变化所遵循的规律列方程18(1)若气体质量一定，p、V、T 均发生变化，则选用理想气体状态方程列方程求解(2)若气体质量一定，p、V、T 中有一个量不发生变化，则选用对应的实验定律列方程求解3多个研究对象的问题由活塞、液柱相联系的“两团气”问题，要注意 寻找“两团气”之间的压强、体积或位移关系，列出辅助方程，最后联立求解
