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专题七 分子动理论 气体及热力学定律,【高考这样考】 1.(多选)(2015全国卷)下列说法正确的是( ) A.将一块晶体敲碎后,得到的小颗粒是非晶体 B.固体可以分为晶体和非晶体两类,有些晶体在不同方向上有不同的光学性质 C.由同种元素构成的固体,可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体,D.在合适的条件下,某些晶体可以转变为非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体 E.在熔化过程中,晶体要吸收热量,但温度保持不变,内能也保持不变 【解析】选B、C、D。晶体敲碎后仍为晶体,故A错误;有些晶体(如有些单晶体)在不同的方向上有不同的光学性质,即具有各向异性,B正确;碳元素由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体,如石墨和金刚石,故C正确;在合适的条件下,某些晶体和非晶体可以相互转化,如二氧化硅晶体加热再凝固后成为玻璃,D正确;在熔化过程中,晶体的内能要增大,E错误。,2.(2015福建高考)下列有关分子动理论和物质结构的认识,其中正确的是( ) A.分子间距离减小时分子势能一定减小 B.温度越高,物体中分子无规则运动越剧烈 C.物体内热运动速率大的分子数占总分子数比例与温度无关 D.非晶体的物理性质各向同性而晶体的物理性质都是各向异性,【解析】选B。若分子间距离减小时分子力做负功,分子势能增大,A错;温度越高,分子无规则运动越剧烈,运动速率大的分子数增多,B对、C错;多晶体的物理性质具有各向同性,D错。,3.(2015重庆高考)某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的,且车胎体积增大。若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体,那么( ) A.外界对胎内气体做功,气体内能减小 B.外界对胎内气体做功,气体内能增大 C.胎内气体对外界做功,内能减小 D.胎内气体对外界做功,内能增大,【解析】选D。由理想气体状态方程 =C可知,对于一定质量的理想气体,压强和体积都增大时温度一定升高;而一定质量的理想气体,其内能仅与温度有关,温度升高时内能增大;因为车胎体积增大,所以胎内气体对外界做功;综上可知,选项D正确,选项A、B、C错误。,4.(2015福建高考)如图,一定质量的理想气体,由状态a经过ab过程到达状态b或者经过ac过程到达状态c。设气体在状态b和状态c的温度分别为Tb和Tc,在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac,则( ) A.TbTc,QabQac B.TbTc,QabQac D.Tb=Tc,QabQac,【解析】选C。p-V图像中状态c、b所围的面积相等,Tb=Tc,因此在过程ab和ac中,内能变化相等,过程ac不做功,过程ab气体对外做功,据热力学定律U=W+Q可知,QabQac,故选C。,5.(多选)(2015广东高考)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】选A、B。空气体积不变,故做功为0,即W=0。又因为外壁隔热,而内壁由于水的升温会吸收热量,故Q0,由热力学第一定律U=W+Q可得U0,内能增加,A正确;空气体积不变,分子数密度不变,气体内能增加,温度升高,分子热运动变剧烈,对器壁撞击加强,故压强变大,B正确;分子间距离不变,故作用力大小不变,C错误;气体温度升高,分子的平均热运动速率加快,不代表每一个分子运动都加快,D错误。,【考情分析】 主要题型：选择题、填空题、计算题 命题特点： 1.选择题形式的命题有时单纯考查一个知识点,有时涉及的内容会比较琐碎。 2.计算题形式的命题多是一个情景下多个设问,综合考查多个知识点。例如,对气体实验定律与热力学第一定律综合考查。 3.填空题形式的命题多是针对一些物理量的判断或简单计算。,【主干回顾】,【要素扫描】 (1)分子动理论：分子直径的数量级是_;分子永不停息地做 _;分子间存在相互作用的_。 (2)气体实验定律和理想气体状态方程 _ ,10-10m,无规则运动,引力和斥力,p1V1=p2V2,(3)热力学定律 热力学第一定律：U=_。 热力学第二定律：自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都 _。,W+Q,具有方向性,热点考向1 分子动理论、固体、液体 【典例1】(多选)清晨,草叶上的露珠是由空气中的水汽凝结成的水珠。这一物理过程中,水分子间的( ) A.斥力消失,引力增大 B.引力、斥力都减小 C.引力、斥力都增大 D.分子势能增大 E.分子势能减小,【名师解读】 (1)命题立意：考查分子间的引力、斥力以及分子势能与分子间距离的关系。 (2)关键信息：“水汽凝结成的水珠”。 (3)答题必备：分子间引力与斥力都随分子间距离的减小而增大,但斥力变化快;分子间距离等于r0时,分子势能最小。 (4)易错警示：误认为水汽凝结成水珠的过程中,分子间作用力表现为引力是由于斥力消失,而误选A。,【解析】选C、E。当水汽凝结成水珠时,水分子之间的距离减小,分子间的引力和斥力同时增大,只是斥力比引力增加得更快一些,选项C正确。水汽分子间距离远大于r0,水珠分子间距离近似等于r0,由水汽凝结成水珠时,分子势能减小,选项E正确。,【典例2】(多选)(2014新课标全国卷)下列说法正确的是( ) A.悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动 B.空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果 C.彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点 D.高原地区水的沸点较低,这是高原地区温度较低的缘故 E.干湿泡温度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度,这是湿泡外纱布中的水蒸发吸热的结果,【解题探究】 (1)布朗运动是_的无规则运动,反映了液体分子的 无规则运动。 (2)表面张力使液体表面有_。 (3)液晶的某些性质具有_的特点。,液体中悬浮微粒,收缩的趋势,各向异性,【解析】选B、C、E。悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了水分子的无规则热运动,A错误;空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果,B正确;彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点,C正确;高原地区水的沸点较低,是由于高原地区气压低,故水的沸点也较低,D错误;干湿泡温度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度,是由于湿泡外纱布中水蒸发吸收热量,使湿泡的温度降低,E正确。,【规律总结】分子动理论的三个核心规律 1.分子模型、分子数： (1)分子模型：球模型：V= R3,立方体模型：V=a3。 (2)分子数： 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：,【题组过关】 1.以下说法正确的是( ) A.无论什么物质,只要它们的摩尔数相同就含有相同的分子数 B.分子引力不等于分子斥力时,违背了牛顿第三定律 C.1 g氢气和1 g氧气含有的分子数相同,都是6.021023个 D.阳光从缝隙射入教室,从阳光中看到的尘埃的运动就是布朗运动,【解析】选A。摩尔数就是表示物质的量,A正确;分子引力与分子斥力不是一对作用力和反作用力,它们的大小不一定相等,选项B错误;氢气分子和氧气分子的摩尔质量不同,所以1 g氢气和1 g氧气含有的分子数不同,选项C错误;布朗运动只有在显微镜下才能看到,直接用肉眼是看不到的,从阳光中看到的尘埃的运动是物体的机械运动,选项D错误。,2.(多选)下列说法正确的是( ) A.液体的分子势能与体积有关 B.落在荷叶上的水呈球状是因为液体表面存在张力 C.饱和蒸汽是指液体不再蒸发,蒸汽不再液化时的状态 D.布朗运动表明了分子越小,分子运动越剧烈 E.物体的温度升高,并不表示物体中所有分子的动能都增大,【解析】选A、B、E。液体的体积与液体分子之间的距离有关,所以液体的分子势能与液体的体积有关,选项A正确;荷叶上的水呈球形是水的表面张力作用的结果,选项B正确;饱和状态下液体仍在蒸发,蒸汽仍在液化,只是蒸发与液化处于动态平衡,选项C错误;布朗运动表明微粒越小,布朗运动越剧烈,并不能说明分子越小,分子运动越剧烈,选项D错误;物体温度升高,表示物体分子的平均动能增大,但并不一定是物体中所有分子的动能都增大,选项E正确。,3.(多选)(2015全国卷)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,【解析】选A、C、D。温度越高,分子运动越剧烈,扩散进行得越快,A项正确;扩散现象是不同物质相互进入到间隙中,不是化学反应,B项错;扩散现象说明分子是无规则运动的,C项正确;扩散现象在气体、液体和固体中都能发生,D项正确;液体中的扩散现象与对流没有关系,E项错。,【加固训练】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=0.283 kg/mol,密度=0.895 103kg/m3。若100滴油酸的体积为1 mL,则1滴油酸所能形成的单分 子油膜的面积约是多少?(取NA=6.021023mol-1,球的体积V与直径D的 关系为V= D3,结果保留一位有效数字),【解析】一个油酸分子的体积V0= 由球的体积与直径的关系得分子直径D= 一滴油酸的体积V= m3=110-8m3 1滴油酸所形成的单分子油膜的面积S= 解得：S=1101m2 答案：1101m2,热点考向2 气体实验定律的应用 【典例3】(2015全国卷)如图,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m1= 2.50kg,横截面积为S1=80.0cm2,小活塞的质量为m2=1.50kg,横截面积 为S2=40.0cm2;两活塞用刚性轻杆连接,间距保持为l=40.0cm,汽缸外大 气的压强为p=1.00105Pa,温度为T=303K。初始时大活塞与大圆筒底 部相距 ,两活塞间封闭气体的温度为T1=495K,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10m/s2。求： (1)在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间,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。,【名师解读】 (1)命题立意：考查气体实验定律的应用及应用平衡条件分析压强的能力。 (2)关键信息：“忽略两活塞与汽缸壁之间的摩擦”,两圆筒横截面积S1、S2。 (3)答题必备：盖-吕萨克定律 ,查理定律 ,共点力平衡条件。 (4)易错警示：误认为活塞下移时,封闭气体等容变化,计算(1)问时错用查理定律。,【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V1= V2=S2l 在活塞缓慢下移的过程中,用p1表示缸内气体的压强,由力的平衡条件得S1(p1-p)=m1g+m2g+S2(p1-p) 故缸内气体的压强不变。由盖-吕萨克定律有 联立式并代入题给数据得T2=330K ,(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 联立式并代入题给数据得 p=1.01105Pa 答案：(1)330 K (2)1.01105Pa,【典例4】(9分)(2014新课标全国卷)一定质量的理想气体被活 塞封闭在竖直放置的圆柱形汽缸内,汽缸壁导热良好,活塞可沿汽缸壁 无摩擦地滑动。开始时气体压强为p,活塞下表面相对于汽缸底部的高 度为h,外界的温度为T0。现取质量为m的沙子缓慢地倒在活塞的上表 面,沙子倒完时,活塞下降了 。若此后外界的温度变为T,求重新达 到平衡后气体的体积。已知外界大气的压强始终保持不变,重力加速 度大小为g。,【拿分策略】 按照过程列方程,就能拿到4分,若能正确计算求出S,并进一步求出最终结果再拿下5分,则得满分9分。,【解析】设汽缸的横截面积为S,沙子倒在活塞上后,对气体产生的 压强为p,由玻意耳定律得 phS=(p+p)(h- h)S (2分) 解得p= p (1分) 外界的温度变为T后,设活塞距底部的高度为h。根据盖-吕萨克定律, 得 (2分),解得h= (1分) 据题意可得p= (1分) 气体最后的体积为V=Sh (1分) 联立式得V= (1分) 答案：,【迁移训练】,迁移1：改为分析内能变化、热传递 【典例4】中,若环境温度不变,活塞下降 后。气体的内能_ (选填“不变”“升高”或“降低”),气体_(选填“吸热”或“放热”)。 【解析】汽缸壁导热良好,缸内气体温度不变,所以气体的内能不变。此过程气体被压缩,外界对气体做功,根据热力学第一定律分析可得,气体向外界放热。 答案：不变 放热,迁移2：改变条件：导热变为绝热 【典例4】中,若汽缸壁和活塞绝热性能良好,活塞面积为S,沙子倒完时,封闭气体温度变为T,求此时气体的体积。 【解析】沙子倒在活塞上后,气体的压强 p= 根据理想气体状态方程 解得：V= 答案：,迁移3：改为考查分子动能、分子势能、撞击次数 【典例4】中,外界温度升高为T之后与倒沙子之前比较,气体分子平均动能_(选填“不变”“增大”或“减小”),气体分子势能_(选填“不变”“增大”或“减小”),单位时间内气体分子对活塞的撞击次数_(选填“不变”“增多”或“减少”)。,【解析】温度是分子平均动能的标志,所以温度升高时气体分子平均动能增大;理想气体忽略分子间作用力,所以气体分子势能不变;气体分子平均动能增大,密集程度增加,所以单位时间内气体分子对活塞的撞击次数增多。 答案：增大 不变 增多,【规律总结】应用气体实验定律的解题思路 (1)选择研究对象一定质量的理想气体。 (2)分析状态参量。 利用液体压强公式、连通器原理(被液体封闭的气体)或平衡条件(被活塞封闭的气体)分析被封闭气体的压强特点。 注意容器的导热性能,分析被封闭气体的温度特点。 根据题中条件分析被封闭气体的体积特点。,(3)认识过程、选定规律：认清变化过程,选用合适的气体实验定律或理想气体状态方程列式求解。,【加固训练】一定质量理想气体的状态变化如图所示,则该气体( ) A.状态b的压强大于状态c的压强 B.状态a的压强大于状态b的压强 C.从状态c到状态d,体积减小 D.从状态a到状态c,温度不变,【解析】选A。根据理想气体状态方程 =C可得,p= C,可见,图线上各点处的压强与该点和坐标原点连线的斜率成反比,状态b处的斜率小于c处的斜率,说明状态b的压强大于状态c的压强,选项A正确;同理,状态a处的斜率大于b处的斜率,说明状态b的压强大于状态a的压强,选项B错误;根据题图,从状态c到状态d,气体的温度降低,体积增大,选项C错误;从状态a到状态c,温度升高,选项D错误。,热点考向3 热力学第一定律的综合应用 【典例5】如图所示,一定质量的理想气体从状态A经等压过程到状态B。此过程中,气体压强p=1.0105Pa,吸收的热量Q=7.0102J,求此过程中气体内能的增量。,【解题探究】 计算气体内能增量的思维轨迹：_ _ _,先根据盖吕萨克定律计算状态B,时的体积;然后计算外界对气体做的功;最后根据热力学第一定律,求出气体内能的增量。,【解析】理想气体经历等压变化,由盖-吕萨克定律得 解得：VB=8.010-3m3 外界对气体做的功 W=p(VA-VB)=1.0105(6.010-3-8.010-3)J=-2102J 根据热力学第一定律U=W+Q 解得U=5.0102J 答案：5.0102J,【规律总结】分析理想气体U、W、Q的常用思路 (1)由体积变化分析气体做功情况：体积膨胀,气体对外界做功W0。 (2)由温度变化判断气体内能变化情况：温度升高,气体内能增大U0;温度降低,气体内能减小U0。 (3)由热力学第一定律U=Q+W判断物体是吸热还是放热。,【题组过关】 1.(多选)夏天将密闭有空气的矿泉水瓶放进低温的冰箱 中会变扁,此过程中瓶内空气(可看成理想气体)( ) A.内能不变 B.放出热量 C.外界对气体做功 D.分子的平均动能增加,【解析】选B、C。因为瓶子变扁体积减小,所以外界对它做功,因为温度降低,瓶子内气体内能减小,分子的平均动能减小,又根据热力学第一定律,瓶子中的空气向冰箱中释放热量,选项B、C正确。,2.(2015北京高考)下列说法正确的是( ) A.物体放出热量,其内能一定减小 B.物体对外做功,其内能一定减小 C.物体吸收热量,同时对外做功,其内能可能增加 D.物体放出热量,同时对外做功,其内能可能不变,【解析】选C。改变内能有两种方式做功和热传递,物体放出热量,内能不一定减少,物体对外做功,内能也不一定减少,选项A、B错误;物体吸收热量大于对外做功,内能可能增加,选项C正确;物体放出热量,同时对外做功,其内能一定减少,选项D错误。,3.(2015孝感一模)如图所示,在竖直放置的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分气体,活塞与容器壁间能无摩擦滑动,容器的横截面积为S,将整个装置放在大气压恒为p0的空气中,开始时气体的温度为T0,活塞与容器底的距离为h0,当气体从外界吸收热量Q后,活塞缓慢上升d后再次平衡,问：,(1)外界空气的温度是多少? (2)在此过程中的密闭气体的内能增加了多少?,【解析】(1)取密闭气体为研究对象,活塞上升过程为等压变化, 由盖-吕萨克定律有 得外界温度T= T0 (2)活塞上升的过程,密闭气体克服大气压力和活塞的重力做功,所以外界对系统做的功 W=-(mg+p0S)d 根据热力学第一定律得,密闭气体增加的内能 U=Q+W=Q-(mg+p0S)d,答案：(1) T0 (2)Q-(mg+p0S)d,【加固训练】给旱区送水的消防车停在水平地面上,在缓慢放水过程 中,若车胎不漏气,胎内气体温度不变,不计分子间势能,则胎内气体 ( ) A.从外界吸热 B.对外界做负功 C.分子平均动能减小 D.内能增加 【解析】选A。由于车胎内温度保持不变,故分子的平均动能不变,内能不变。放水过程中,车胎内气体体积增大,对外做功,由热力学第一定律可知,胎内气体吸热。A选项正确。,
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