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专题14 选修3-3近几年高考题对3-3的考查仍分为两部分,选择题部分注重基本概念、现象和规律的定性考查,计算题部分则注意气体实验定律及热力学定律的应用.复习过程中要加强对基本概念和基本规律的理解,例如分子动理论的基本内容,阿伏加德罗常数的理解,内能基本概念的理解;强化概念规律的应用,例如气体实验定律,热力学定律及能量守恒定律.【备考建议】【经典例题】考点一微观量的估算【典例1】(2018江苏连云港模拟)科学家已创造出一种利用细菌将太阳能转化为液体燃料的“人造树叶”系统,使太阳能取代石油成为可能.假设该“人造树叶”工作一段时间后,能将10-6g的水分解为氢气和氧气.已知水的密度=1.0103 kg/m3,摩尔质量M=1.810-2 kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.0 1023mol-1.试求:(结果均保留一位有效数字)(1) 被分解的水中含有水分子的总数N;(2) 一个水分子的体积V考点二布朗运动与分子热运动【典例2】(2018福建福州模拟)如图所示,是关于布朗运动的实验,下列说法正确的是( )A.图中记录的是分子无规则运动的情况B.图中记录的是微粒做布朗运动的轨迹C.实验中可以看到,微粒越大,布朗运动越明显D.实验中可以看到,温度越高,布朗运动越剧烈解析:图中记录的是每隔若干时间微粒位置的连线,不是微粒的运动轨迹,也不是分子无规则运动的情况,且在此段时间内微粒的运动情况不得而知,虽然图示所反映的不是微粒的轨迹,但却可以看出其运动的无规则性,做布朗运动的微粒都很小,微粒做布朗运动的根本原因是各个方向的液体分子对它的碰撞不平衡,因此,只有微粒越小、温度越高时液体分子对它的碰撞越不平衡,布朗运动才越激烈,选项D正确.【典例3】(2018辽宁阜新质检)(多选)下列关于布朗运动和扩散现象的说法正确的是( )A.布朗运动和扩散现象都能在气体、液体和固体中发生B.布朗运动和扩散现象都是分子的运动C.布朗运动和扩散现象都是温度越高越明显D.布朗运动和扩散现象都能说明分子的运动是永不停息的考点三分子力、分子势能与分子间距离的关系【典例4】 (2018山东济南质检)如图所示,甲分子固定于坐标原点O,乙分子从无穷远a点处由静止释放,在分子力的作用下靠近甲.图中b点合外力表现为引力,且为数值最大处,d点是分子靠得最近处.则下列说法正确的是( )A.乙分子在a点势能最小B.乙分子在b点动能最大C.乙分子在c点动能最大D.乙分子在d点加速度为零解析:乙分子由a运动到c,分子力表现为引力,分子力做正功,动能增大,分子势能减小,所以乙分子在c点分子势能最小,在c点动能最大,选项A,B错误,C正确;由题图可知,乙分子在d点时受到分子斥力,所以乙分子在d点的加速度不为零,选项D错误.【典例5】(2018黑龙江牡丹江质检)(多选)两分子间的距离为r0时,其合力为零,图中能反映分子势能Ep与分子间的距离r变化关系的有( )解析:当rr0时分子力表现为引力,当r增大时,分子力做负功,分子势能增大.所以当r=r0时,分子势能最小,若选无穷远处分子势能为零,则当r=r0时,分子势能Ep0,选项A正确.若选r=r0时分子势能为零,选项C正确.考点四物体的内能【典例6】(2018辽宁鞍山质检)若某种实际气体分子间的作用力表现为引力,则一定质量的该气体内能的大小与气体体积和温度的关系是( )A.如果保持其体积不变,温度升高,内能增大B.如果保持其体积不变,温度升高,内能减少C.如果保持其温度不变,体积增大,内能不变D.如果保持其温度不变,体积增大,内能减少考点五用油膜法估测分子的大小【典例7】(2018吉林长春质检)在“用油膜法估测分子的大小”的实验中,所用油酸酒精溶液的浓度为每104 mL溶液中有纯油酸6 mL,用注射器测得1 mL上述溶液为75滴.把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里,待水面稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔在玻璃板上描出油膜的轮廓,再把玻璃板放在坐标纸上,其形状和尺寸如图所示,坐标纸中正方形方格的边长为1 cm.则:(1)油酸薄膜的面积是_cm2.(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是_mL.(取一位有效数字)(3)按以上实验数据估测出油酸分子直径约为_m.(取一位有效数【典例8】 (2018内蒙古包头质检)“用油膜法估测分子的大小”实验的简要步骤如下.A.将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,数出轮廓内的方格数(不足半个的舍去,多于半个的算一个),再根据方格的边长求出油酸膜的面积S.B.将一滴油酸酒精溶液滴在水面上,待油酸膜的形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上.C.用浅盘装入约2 cm深的水.D.用公式d=,求出薄膜厚度,即油酸分子直径的大小.E.根据油酸酒精溶液的浓度,算出一滴溶液中纯油酸的体积V.(1)上述步骤中有步骤遗漏或步骤不完整的,请指出:_.上述实验步骤的合理顺序是_.(2)某同学实验中最终得到的计算结果和大多数同学的比较,数据偏大,对出现这种结果的原因,下列说法中可能正确的是 _ .A.错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算B.计算油酸膜面积时,错将不完整的方格作为完整方格处理C.计算油酸膜面积时,只数了完整的方格数D.水面上痱子粉撒得较多,油酸膜没有充分展开解析:(1)上述步骤中有步骤遗漏:C步骤中,要在水面上撒上痱子粉或细石膏粉;步骤不完整的:用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒,记下量筒内增加一定体积时液滴的数目;“油膜法估测油酸分子的大小”实验步骤为:配制酒精油酸溶液(教师完成,记下配制比例)测定一滴酒精油酸溶液的体积V=准备浅水盘形成油膜描绘油膜边缘测量油膜面积计算分子直径,故实验步骤为CFBAED;(2)某同学实验中最终得到的计算结果和大多数同学的比较,发现自己所测数据偏大,根据公式d=可知出现这种结果的原因可能是公式中的体积偏大或计算的油膜的面积偏小的原因,错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算,V偏大,选项A正确;计算油膜面积时,错将不完整的方格作为完整方格处理,则油膜的面积偏大,选项B错误;计算油膜面积时,只数了完整的方格数,则油膜的面积偏小,选项C正确;水面上痱子粉撒得较多,油膜没有充分展开,则油膜的面积偏小,选项D正确.考点六 固体、液体、气体的性质【典例9】(2018河北秦皇岛质检)(多选)下列说法正确的是( )A.液体表面张力的方向与液面相切B.单晶体有固定的熔点,多晶体没有固定的熔点C.单晶体中原子(或分子、离子)的排列具有空间周期性D.通常金属在各个方向的物理性质都相同,所以金属是非晶体E.液晶具有液体的流动性,同时具有单晶体的各向异性特征【典例10】(2017全国卷,33)(多选)氧气分子在0 和100 温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示.下列说法正确的是( )A.图中两条曲线下面积相等B.图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形C.图中实线对应于氧气分子在100 时的情形D.图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目E.与0 时相比,100 时氧气分子速率出现在0400 m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大解析:温度是分子平均动能的标志,温度升高分子的平均动能增加,不同温度下相同速率的分子所占比例不同,温度越高,速率大的分子占比例越高,故虚线为0 对应的曲线,实线是100 对应的曲线,曲线下的面积都等于1,选项A,B,C正确;由图像可知选项D错误;0 时300400 m/s速率的分子最多,100时400500 m/s速率的分子最多,选项E错误.考点七 气体实验定律的应用【典例11】（2019广东七校联考）（10分）如图所示，一圆柱形绝热气缸竖直放置，通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体活塞的质量为m，横截面积为S，与容器底部相距h，此时封闭气体的温度为T1现通过电热丝缓慢加热气体，当气体吸收热量Q时，气体温度上升到T2已知大气压强为p0，重力加速度为g，T1 和T2均为热力学温度，不计活塞与气缸的摩擦。求：活塞上升的高度；加热过程中气体的内能增加量【命题意图】本题考查理想气体状态方程和热力学第一定律及其相关知识点。【典例12】（2019成都摸底考试）（8分）如图，A为竖直放置的导热气缸，其质量M50kg、高度L12cm，B气缸内的导热活塞，其质量m10kg；B与水平地面间连有劲度系数k100N/cm的轻弹簧，A与B的横截面积均为S100cm2。初始状态下，气缸A内封闭着常温常压下的气体，A、B和弹簧均静止，B与气缸底端相平。设活塞与气缸间紧密接触且无摩擦，活塞厚度不计，外界大气压强p01105Pa。重力加速度g10m/s2。（i）求初始状态下气缸内气体的压强；（ii）用力缓慢向下压气缸A（A的底端始终未接触地面），使活塞B下降lcm，求此时B到气缸顶端的距离。【命题意图】此题考查平衡条件和玻意耳定律及其相关知识点。【解题思路】（i）初态，A受重力、大气向下压力P0S和内部气体向上压力P1S作用处于平衡状态由力的平衡条件有：Mgp0Sp1S（2分）代入数据解得：p11.5105Pa（1分）设此时A内气体压强为P2对B，由力的平衡条件有：mgp2Sp0SF2（1分）代入数据得：p21.6105Pa设此时B到A顶端的距离为LA内气体：初态体积V1LS，末态体积V2LS由玻意耳定律有：p1LSp2LS（1分）代入数据解得：L11.25cm（1分）考点八 气体状态变化中的图像问题【典例13】(2018山东青岛模拟)如图所示,一定质量的理想气体从状态A经B,C,D再回到A,问AB,BC,CD,DA分别是什么过程?已知在状态A时体积为1 L,请把此图改画为p-V图像.解析:AB过程是等容升温升压;BC过程是等压升温增容,即等压膨胀;CD过程是等温减压增容,即等温膨胀;DA过程是等压降温减容,即等压压缩.已知VA=1 L,则VB=1 L(等容变化),由=(等压变化)得VC=TC=900 L=2 L由pDVD=pCVC(等温变化)得VD=VC=2 L=6 L改画的p-V图像如图所示. 【典例14】（2018江苏盐城期末）一定质量的理想气体，其状态变化的p-V图象如图所示，已知气体在状态A时的温度为73C，从状态A变化到状态C的过程中气体内能变化了200J已知标准状态（1个大气压，273K）下1mol理想气体体积为22.4L，NA=6.01023mol-1求：气体在状态C的温度；气体的分子个数（保留两位有效数字）；从状态A变化到状态C的过程中，气体与外界交换的热量Q【名师解析】由理想气体状态方程得： 解得=267K N =1.11023个 从状态A到状态C,图线与水平轴围成的面积为气体对外做的功 W=-900J 从状态A到状态C，由热力学第一定律得， =1100J 即吸收热量1100焦 考点九 热力学第一定律【典例15】(2017全国卷,33)(多选)如图,一定质量的理想气体从状态a出发,经过等容过程ab到达状态b,再经过等温过程bc到达状态c,最后经等压过程ca回到初态a.下列说法正确的是( )A.在过程ab中气体的内能增加B.在过程ca中外界对气体做功C.在过程ab中气体对外界做功D.在过程bc中气体从外界吸收热量E.在过程ca中气体从外界吸收热量考点十 热力学第二定律【典例16】(2018辽宁大连模拟)(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( )A.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二定律E.电冰箱的效率不可能达到100%考点十一 热力学定律与气体实验定律的综合【典例17】2018福建厦门质检)如图所示,一根两端开口、横截面积为S=2 cm2足够长的玻璃管竖直插入水银槽中并固定(插入水银槽中的部分足够深).管中有一个质量不计的光滑活塞,活塞下封闭着长L=21 cm的气柱,气体的温度为t1 =7 ,外界大气压取p0=1.0105 Pa(相当于75 cm高的汞柱的压强).(1)若在活塞上放一个质量为m=0.1 kg的砝码,保持气体的温度t1不变,则平衡后气柱为多长?(g=10 m/s2)(2)若保持砝码的质量不变,对气体加热,使其温度升高到t2= 77 ,此时气柱为多长?(3)若在(2)过程中,气体吸收的热量为10 J,则气体的内能增加多少?解析:(1)被封闭气体的初状态为p1=p0=1.0105 Pa=75 cmHg,V1=LS=21S,T1=280 K末态为p2=p0+=1.05105 Pa=78.75 cmHg,V2=L2S,T2=T1=280 K根据玻意耳定律有p1V1=p2V2即p1L1=p2L2得L2= cm=20 cm.【典例18】(2018河南开封模拟)如图,体积为V、内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞;汽缸内密封有温度为2.4T0、压强为1.2p0的理想气体.p0和T0分别为大气的压强和温度.已知气体内能U与温度T的关系为U=T,为正的常量;容器内气体的所有变化过程都是缓慢的.求:(1)汽缸内气体与大气达到平衡时的体积V1;(2)在活塞下降过程中,汽缸内气体放出的热量Q.解析:(1)在气体由压强p=1.2p0到p0时,V不变,温度由2.4T0变为T1,由查理定律得=,得T1=2T0,在气体温度由T1变为T0的过程中,体积由V减小到V1,气体压强不变,由盖吕萨克定律得=解得V1=.(2)活塞下降过程中,活塞对气体的功为W=p0(V-V1),即W=,在这一过程中,气体内能的减少为U=(T1-T0),由热力学第一定律得,汽缸内气体放出的热量为 Q=W+U,由以上可得Q=+T0. 走进高考1关于分子动理论，下列说法正确的是A. 气体扩散的快慢与温度无关B. 布朗运动是液体分子的无规则运动C. 分子间同时存在着引力和斥力D. 分子间的引力总是随分子间距增大而增大【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（北京卷）2如图所示，一支温度计的玻璃泡外包着纱布，纱布的下端浸在水中纱布中的水在蒸发时带走热量，使温度计示数低于周围空气温度当空气温度不变，若一段时间后发现该温度计示数减小，则_A. 空气的相对湿度减小B. 空气中水蒸汽的压强增大C. 空气中水的饱和气压减小D. 空气中水的饱和气压增大【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（江苏卷）3一定量的氧气贮存在密封容器中，在T1和T2温度下其分子速率分布的情况见右表则T1_（选填“大于”“小于”或“等于”）T2若约10%的氧气从容器中泄漏，泄漏前后容器内温度均为T1，则在泄漏后的容器中，速率处于400500 m/s区间的氧气分子数占总分子数的百分比_（选填“大于”“小于”或“等于”）18.6%【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（江苏卷）4对于实际的气体，下列说法正确的是_。（填正确答案标号，选对1个给2分，选对2个得4分，选对3个得5分，每选错1个扣3分，最低得分0分）A气体的内能包括气体分子的重力势能B气体的内能包括分子之间相互作用的势能C气体的内能包括气体整体运动的动能D气体体积变化时，其内能可能不变E气体的内能包括气体分子热运动的动能【来源】2018年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国II卷）5.（2018江西赣中南五校联考）如图，质量为 M 的导热性能极好的气缸，高为 L，开口向上置于水平 地面上，气缸中有横截面积为 S、质量为 m 的光滑活塞，活塞将一定质量的理想气体封闭在气缸内。外界温度为 t1、大气压为 p0，此时气柱高度为 l，气缸和活塞的厚度均可忽略不计，重力加速度为 g。(1)用竖直向上的力作用在活塞上使气缸能离开地面，则需要施加的最小力 F1 多大？ (2)将气缸固定在地面上，如果气体温度保持不变，将活塞缓慢拉至气缸顶端，求在顶端 处，竖直拉力 F2 的大小。(3)如果外界温度由 t1 缓慢升高到恰使活塞移至气缸顶端，则此时外界温度为多少摄氏 度？6（2018金考卷）如图所示，一圆筒形汽缸静止于地面上，汽缸的质量为M，活塞(连同手柄)的质量为m，汽缸内部的横截面积为S，大气压强为0，平衡的汽缸内的容积为V0，现用手握住活塞手柄缓慢向上提.设汽缸足够长，在整个上提过程中气体的温度保持不变，不计汽缸内气体的重力与活塞与汽缸壁间的摩擦，求汽缸刚提离地面时活塞上升的距离.7.（2018广州一模）一定质量的理想气体从状态A变化到状态B再变化到状态C，其状态变化过程的pV图象如图所示。已知该气体在状态C时的温度为300K。求：(i)该气体在状态A、B时的温度分别为多少？(ii)该气体从状态A到B是吸热还是放热？请写明理由。8.(2016兰州市诊断)一定质量的理想气体体积V与热力学温度T的关系图象如图所示，气体在状态A时的压强pAp0，温度TA T0，线段AB与V轴平行，BC的延长线过原点。求：(1)气体在状态B时的压强pB；(2)气体从状态A变化到状态B的过程中，对外界做的功为10 J，该过程中气体吸收的热量为多少；(3)气体在状态C时的压强pC和温度TC。9 (1)下列说法中正确的是_。(填正确答案标号)A2时水已经结为冰，水分子停止了热运动B物体温度越高，物体内部分子热运动的平均动能越大C内能不同的物体，物体内部分子热运动的平均动能可能相同D一定质量的气体分子的平均速率增大，气体的压强可能减小E热平衡是指一个系统内部的状态不再改变时所处的状态(2)一定质量的理想气体经历了如图1所示的状态变化。 图1 ()已知从A到B的过程中，气体对外放出600 J的热量，则从A到B，气体的内能变化了多少？ ()试判断气体在状态B、C的温度是否相同。如果知道气体在状态C时的温度TC300 K，则气体在状态A时的温度为多少？10 (1)下列说法正确的是_。(填正确答案标号)A布朗运动反映了组成固体小颗粒的分子的无规则运动B热量可以从低温物体传递到高温物体 C一定质量的理想气体，体积减小、温度不变时，气体的内能不变D温度降低，物体内分子运动的速率不一定都变小E随着科学技术的发展，人类终会制造出效率为100%的热机 (2)在一端封闭、内径均匀的光滑直玻璃管内，有一段长为l16 cm的水银柱封闭着一定质量的理想气体。当玻璃管水平放置达到平衡时如图2甲所示，被封闭气柱的长度l123 cm；当管口向上竖直放置时，如图乙所示，被封闭气柱的长度l219 cm。已知重力加速度g10 m/s2，不计温度的变化。求： 图2 ()大气压强p0(用cmHg表示)； ()当玻璃管开口向上以a5 m/s2的加速度匀加速上升时，水银柱和玻璃管相对静止时被封闭气柱的长度。12(1)下列说法中正确的是_。(填正确答案标号)A物体中分子热运动动能的总和等于物体的内能B橡胶无固定熔点，是非晶体C饱和汽压与分子密度有关，与温度无关D热机的效率总小于1 E对于同一种气体，温度越高，分子平均动能越大 (2)如图3甲所示，封闭有一定质量理想气体的汽缸固定在水平桌面上，开口向右放置，活塞的横截面积为S。活塞通过轻绳连接了一个质量为m的小物体，轻绳跨在定滑轮上。开始时汽缸内外压强相同，均为大气压p0(mgTB 可知内能变化U0 根据热力学第一定律U=W+Q 得Q0即放热 8.【参考答案】(1)p0(2)10 J(3)p0T09()根据理想气体状态方程有TB(pBVB)TC(pCVC)代入数据可得TBTC根据理想气体状态方程有TA(pAVA)TC(pCVC)代入数据可得TA1 200 K答案 (1)BCD (2)()300 J ()1 200 K11 答案 (1)BCD (2)()76 cmHg ()17.48 cm12 T2ST02p0S(p0Smg)T0()如图所示 答案 (1)BDE (2)()p0S(p0Smg)T0 ()2p0S(p0Smg)T0 ()见解析13积的分子数增加，所以气体压强一定增大，选项D正确；若一定质量的理想气体分子平均动能减小，说明温度降低，内能减小，即U0，又外界对气体做功，即W0，根据热力学第一定律UQW知，Q0，即气体一定放热，选项E正确。(2)()B刚要离开桌面时弹簧拉力为kx1mg由活塞受力平衡得p2Sp0Skx1根据理想气体状态方程有T1(p0L1S)T2(p2（L1x1）S)代入数据解得T2207 K当B刚要离开桌面时缸内气体的温度t266 ()由()得x15 cm当温度降至66 之后，若继续降温，则缸内气体的压强不变，根据盖吕萨克定律有T2(（L1x1）S)T3(（L2x1H）S)代入数据解得H15 cm答案 (1)BDE (2)()66 ()15 cm。23
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