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第16讲分子动理论气体及热力学定律,1(2018课标)(1)(多选)对于实际的气体，下列说法正确的是 _。 A气体的内能包括气体分子的重力势能 B气体的内能包括气体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气体的体积变化时，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,(2)如图，一竖直放置的汽缸上端开口，汽缸壁内有卡口a和b，a、b间距为h，a距缸底的高度为H；活塞只能在a、b间移动，,其下方密封有一定质量的理想气体。已知活塞质量为m，面积为S，厚度可忽略；活塞和汽缸壁均绝热，不计它们之间的摩擦。开始时活塞处于静止状态，上、下方气体压强均为p0，温度均为T0。现用电热丝缓慢加热汽缸中的气体，直至活塞刚好到达b处。求此时汽缸内气体的温度以及在此过程中气体对外所做的功。重力加速度大小为g。,解析 (1)气体的内能是指所有气体分子的动能和分子间的势能之和，故A、C项错误。 (2)开始时活塞位于a处，加热后，汽缸中的气体先经历等容过程，直至活塞开始运动，设此时汽缸中气体的温度为T1，压强为p1，根据查理定律有 ,根据力的平衡条件有 p1Sp0Smg 联立式可得 T1 T0 此后，汽缸中的气体经历等压过程，直至活塞刚好到达b处，设此时汽缸中气体的温度为T2；活塞位于a处和b处时气体的体积分别为V1和V2。根据盖吕萨克定律有 ,式中 V1SH V2S(Hh) 联立式解得 T2 T0 从开始加热到活塞到达b处的过程中，汽缸中的气体对外做的功为 W(p0Smg)h 答案 (1)BDE,2(2018课标)(1)(多选)如图，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程、到达状态e。对此气体，下列说法正确的是_。,A过程中气体的压强逐渐减小 B过程中气体对外界做正功 C过程中气体从外界吸收了热量 D状态c、d的内能相等 E状态d的压强比状态b的压强小,(2)如图，容积为V的汽缸由导热材料制成，面积为S的活塞将汽缸分成容积相等的上下两部分，汽缸上部通过细管与装有某种液体的容器相连，细管上有一阀门K。开始时，K关闭，汽缸内上下两部分气体的压强均为p0。现将K打开，容器内的液体缓慢地流入汽缸，当流入的液体体积为时 ，将K关闭，活塞平衡时其下方气体的体积减小了 。不计活塞的质量和体积，外界温度保持不变，重力加速度大小为g。求流入汽缸内液体的质量。,解析 (1)过程是等容升温过程，由 ，可知压强逐渐增大，A项错误。过程中气体膨胀，故气体对外界做正功，B项正确。过程为等容降温过程，气体向外放出热量，C项错误。一定质量的理想气体的内能只与温度有关，而TcTd，所以状态c、d的内能相等，D项正确。由理想气体状态方程 C得pC ，由题图可知 ，则pbpd，E项正确。,(2)设活塞再次平衡后，活塞上方气体的体积为V1，压强为p1；下方气体的体积为V2，压强为p2。在活塞下移的过程中，活塞上、下方气体的温度均保持不变，由玻意耳定律得 P0 p1V1 P0 p2V2 由已知条件得 V1 V V2 ,设活塞上方液体的质量为m，由力的平衡条件得 p2Sp1Smg 联立以上各式得 m ,3(2018课标)(1)如图，一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p-V图中从a到b的直线所示。在此过程中_。,A气体温度一直降低B气体内能一直增加 C气体一直对外做功 D气体一直从外界吸热 E气体吸收的热量一直全部用于对外做功,(2)在两端封闭、粗细均匀的U形细玻璃管内有一段水银柱，水银柱的两端各封闭有一段空气。当U形管两端竖直朝上时，左、右两边空气柱的长度分别为l118.0 cm和l212.0 cm，左边气体的压强为12.0 cmHg。现将U形管缓慢平放在水平桌面上，没有气体从管的一边通过水银逸入另一边。求U形管平放时两边空气柱的长度。在整个过程中，气体温度不变。,解析 (1)对于一定量的理想气体有 恒量。从a到b，p逐渐增大，V逐渐增大，所以p与V的乘积pV增大，可知T增大，则气体的内能一直增加，故A错误、B正确。由于V逐渐增大，可知气体一直对外做功，故C正确。由热力学第一定律UQW，因U0，W0，即气体一直从外界吸热，且吸收的热量大于对外做的功，故D正确、E错误。 (2)设U形管两端竖直朝上时，左、右两边气体的压强分别为p1和p2。U形管水平放置时，两边气体压强相等，设为p，此时原左、右两边气柱长度分别变为l1和l2。,由力的平衡条件有 p1p2g(l1l2) 式中为水银密度，g为重力加速度大小。,由玻意耳定律有 p1l1pl1 p2l2pl2 两边气柱长度的变化量大小相等 l1l1l2l2 由式和题给条件得： l122.5 cm l27.5 cm 答案 (1)BCD(2)见解析,4(2017课标)(1)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,(2)一热气球体积为V，内部充有温度为Ta的热空气，气球外冷空气的温度为Tb。已知空气在1个大气压、温度T0时的密度为0，该气球内、外的气压始终都为1个大气压，重力加速度大小为g。 ()求该热气球所受浮力的大小； ()求该热气球内空气所受的重力； ()设充气前热气球的质量为m0，求充气后它还能托起的最大质量。,解析 (1)气体自发扩散时不对外做功，W0，汽缸绝热，Q0，由热力学第一定律得UWQ0，故气体内能不变，选项A正确，C错误；气体被压缩的过程中体积缩小，外界对气体做功，W0，Q0，故U0，气体内能增大，故理想气体的温度升高，则分子平均动能增大，选项B、D正确，选项E错误。 (2)()设1个大气压下质量为m的空气在温度为T0时的体积为V0，密度为 0 ,在温度为T时的体积为VT，密度为 (T) 由盖吕萨克定律得 联立式得 (T)0 气球所受到的浮力为 f(Tb)gV 联立式得,fVg0 ()气球内热空气所受的重力为 G(Ta)Vg 联立式得GVg0 ()设该气球还能托起的最大质量为m，由力的平衡条件得 mgfGm0g 联立式得mV0T0 m0,1分子模型、分子数： (1)分子模型：球模型：V R3，立方体模型：Va3。 (2)分子数：NnNA NA NA。 2分子运动：分子做永不停息的无规则运动，温度越高，分子的无规则运动越剧烈。,3分子势能、分子力与分子间距离的关系：,创新预测 1下列四幅图中，能正确反映分子间作用力f和分子势能Ep随分子间距离r变化关系的图线是(),解析 当rr0时引力与斥力的合力为零，即分子力为零，A、D错；当分子间的距离大于或小于r0时，分子力做负功，分子势能增加，rr0时分子势能最小，B对，C错。 答案 B,2(多选)关于扩散现象，下列说法正确的是_。(填正确答案标号) 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,解析 扩散现象是物质分子做无规则运动产生的，在气体、液体、固体中都能发生；温度越高，扩散现象越明显；这是一种物理现象，不是化学反应，所以选项A、C、D正确，选项B、E错误。 答案 ACD,3下列叙述正确的是() A布朗运动是固体小颗粒的运动，是液体分子的热运动的反映 B分子间距离越大，分子势能越大 C两个铅块紧压后能连在一起，说明分子间有引力 D用打气筒向篮球充气时需用力，说明气体分子间有斥力 E温度升高，物体的内能却不一定增大,解析 布朗运动是悬浮在液体中的小颗粒的运动，它反映了液体分子的运动，A正确；若取两分子相距无穷远时的分子势能为零，则当两分子间距离大于r0时，分子力表现为引力，分子势能随间距的减小而减小(此时分子力做正功)，当分子间距离小于r0时，分子力表现为斥力，分子势能随分子间距的减小而增大(此时分子力做负功)，B错误；两个铅块紧压后能连在一起，说明分子间有引力，C正确；用打气筒向篮球充气时需用力，是由于篮球内气体压强在增大，不能说明分子间有斥力，D错误；物体的内能取决于温度、体积及物体的质量，温度升高，内能不一定增大，E正确。 答案 ACE,创新预测 4下列对气体、液体和固体相关知识的理解正确的是() A用热针尖接触蜡纸，蜡纸上的石蜡熔解区域呈圆形，这是非晶体各向同性的表现 B一定温度下饱和蒸气的分子数密度为一定值，温度升高，饱和蒸气的分子数密度增大 C如果气体分子总数不变，而气体温度升高，气体的平均动能一定增大，因此压强也必然增大 D夏季天旱时，给庄稼松土是为了破坏土壤中的毛细管，减少水分蒸发,E饱和蒸气是指液体不再蒸发，蒸气不再液化时的状态 解析 用热针尖接触蜡纸，蜡纸上的石蜡熔解区域呈圆形，这是非晶体各向同性的表观，A选项正确；一定温度下饱和蒸气的分子数密度为一定值，温度升高，饱和蒸气的分子数密度增大，B选项正确；温度升高，分子平均动能增大，但是压强与分子平均动能和分子密集程度有关，C选项错误；经常松土，可以使土壤疏松，破坏土壤中的毛细管，减少水分蒸发，D选项正确；饱和蒸气是指液体蒸发与蒸气液化相平衡的状态，液体仍在蒸发，蒸气仍在液化，E选项错误。 答案 ABD,5下列说法中正确的是() A石墨和金刚石是晶体，玻璃和木炭是非晶体 B同种元素形成的晶体只能有一种排列规律 C晶体的分子(或原子、离子)排列是有规则的 D晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点 E晶体的物理性质是各向异性的，非晶体是各向同性的,解析 根据晶体和非晶体的特性和分类知A项正确；同种元素原子可以按不同结构排列，即具有不同的空间点阵，物理性质则不同，如石墨和金刚石，B项错误；晶体的分子(或原子、离子)排列规则，构成空间点阵，非晶体的分子(或原子、离子)排列不规则，C项正确；由于物质内部原子排列的明显差异，导致了晶体与非晶体物理化学性质的巨大差别，晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，D项正确；单晶体的物理性质是各向异性的，多晶体和非晶体的物理性质是各向同性的，故E项错误。 答案 ACD,6(2017江西南昌二模)关于固体、液体和气体，下列说法正确的是() A固体可以分为晶体和非晶体两类，非晶体和多晶体都没有确定的几何形状 B液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些多晶体相似，具有各向同性 C在围绕地球运行的“天宫一号”中，自由飘浮的水滴呈球形，这是表面张力作用的结果 D空气的相对湿度越大，空气中水蒸气的压强越接近同一温度时水的饱和汽压,E大量气体分子做无规则运动，速率有大有小，但分子的速率按“中间少，两头多”的规律分布 解析 非晶体与多晶体没有规则的几何形状，选项A正确；液晶既有晶体的特性(各向异性)又有液体的流动性。选项B错误；在完全失重时，由于表面张力作用，水滴呈球形，选项C正确；空气湿度越大，空气中的水蒸气越接近饱和状态，选项D正确；分子速率分布规律是“中间多，两头少”，选项E错误。 答案 ACD,1理清知识体系,2应用气体实验定律或气体状态方程解题的步骤,例1如图，容积均为V的汽缸A、B下端有细管(容积可忽略)连通，阀门K2位于细管的中部，A、B的顶部各有一阀门K1、K3；B中有一可自由滑动的活塞(质量、体积均可忽略)。初始时，三个阀门均打开，活塞在B的底部；关闭K2、K3，通过K1给汽缸充气，使A中气体的压强达到大气压p0的3倍后关闭K1。已知室温为27，汽缸导热。,(1)打开K2，求稳定时活塞上方气体的体积和压强； (2)接着打开K3，求稳定时活塞的位置； (3)再缓慢加热汽缸内气体使其温度升高20，求此时活塞下方气体的压强。,解析 (1)设打开K2后，稳定时活塞上方气体的压强为p1，体积为V1。依题意，被活塞分开的两部分气体都经历等温过程。由玻意耳定律得 p0Vp1V1 (3p0)Vp1(2VV1) 联立式得 V1 p12p0,(2)打开K3后，由式知，活塞必定上升。设在活塞下方气体与A中气体的体积之和为V2(V22V)时，活塞下气体压强为p2，由玻意耳定律得 (3p0)Vp2V2 由式得 p2 p0 由式知，打开K3后活塞上升直到B的顶部为止： 此时p2为p2 p0,(3)设加热后活塞下方气体的压强为p3，气体温度从T1300 K升高到T2320 K的等容过程中，由查理定律得 将有关数据代入式得 p31.6p0,创新预测 7(2018安徽合肥市第二次检测)如图为一上粗下细且下端开口的薄壁玻璃管，管内有一段被水银密闭的气体，下管足够长，图中管的截面积分别为S12 cm2，S21 cm2，管内水银长度为h1h22 cm，封闭气体长度L10 cm，大气压强为p076 cmHg，气体初始温度为300 K，若缓慢升高气体温度，试求：,(1)当粗管内的水银刚被全部挤出时气体的温度； (2)当气体温度为525 K时，水银柱上端距玻璃管底部的距离。,解析 (1)设全部进入细管水银长度为x V水银h1S1h2S2xS2 x 6 cm。 p1p0(h1h2)72 cmHg p2p0 x70 cmHg。 由理想气体状态方程 ，解得：T2350 K,(2)水银柱上端气体经历等压过程： 解得V336 cm3 设水银又下移了h3，则S1(Lh1)S2h336 cm3， 解得h312 cm， 因此水银柱上端距玻璃管底部的距离为 hh3h1L24 cm。 答案 (1)350 K(2)24 cm,8一U形玻璃管竖直放置，左端开口，右端封闭，左端上部有一光滑的轻活塞。初始时，管内汞柱及空气柱长度如图所示。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。,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p2p0，长度为l2。活塞被下推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p1p0(20.05.00)cmHg l1 cm 由玻意耳定律得p1l1Sp1l1S 联立式和题给条件得 p1144 cmHg 依题意p2p1,l24.00 cm cmh 由玻意耳定律得p2l2Sp2l2S 联立式和题给条件得h9.42 cm。 答案 144 cmHg9.42 cm,1热力学第一定律公式UQW符号的规定,2.热力学第二定律的两种表述 (1)不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化。 (2)不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功，而不引起其他变化。,创新预测 9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,解析 由p-V图可知，在过程ab中体积不变，气体不对外做功，W0，压强增大，温度升高，气体内能增加，选项A正确，C错误；过程bc为等温变化过程，理想气体内能不变，而体积增大，气体对外做功，W0，气体从外界吸收热量，选项D正确；过程ca为等压变化过程，体积减小，外界对气体做功，W0，由盖吕萨克定律知气体温度降低，内能减小，由UWQ知Q0，气体放出热量，选项B正确，E错误。 答案 ABD,10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,解析 根据热力学定律，气体吸热后如果对外做功，则温度不一定升高，选项A错误。改变物体内能的方式有做功和传热，对气体做功可以改变其内能，选项B正确。理想气体等压膨胀对外做功，根据 恒量知，膨胀过程一定吸热，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。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，选项E正确。 答案 BDE,11一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p-T图像如图所示，其中对角线ac的延长线过原点O。下列判断正确的是_。,A气体在a、c两状态的体积相等 B气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能 C在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功 D在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功 E在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功,解析 由ac的延长线过原点O知，直线Oca为一条等容线，气体在a、c两状态的体积相等，选项A正确；理想气体的内能由其温度决定，故在状态a时的内能大于在状态c时的内能，选项B正确；过程cd是等温变化，气体内能不变，由热力学第一定律知，气体对外放出的热量等于外界对气体做的功，选项C错误；过程da气体内能增大，从外界吸收的热量大于气体对外界做的功，选项D错误；由理想气体状态方程知 C，即paVaCTa，pbVbCTb，pcVcCTc，pdVdCTd。设过程bc中压强为p0pbpc，,过程da中压强为p0pdpa。由外界对气体做功WpV知，过程bc中外界对气体做的功Wbcp0(VbVc)C(TbTc)，过程da中气体对外界做的功Wdap0(VaVd)C(TaTd)，TaTb，TcTd，故WbcWda，选项E正确。 答案 ABE,
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