专题五-分子动理论-气体及热力学定律

专题五-分子动理论-气体及热力学定律“物理观念”构建一、分子动理论及热力学定律1.估算问题“物理观念”构建一、分子动理论及热力学定律2.反映分子热运动规律的两个实例 (1)布朗运动：悬浮在液体或气体中的固体小颗粒做无规则、永不停息的运动，与颗粒大小、温度有关。 (2)扩散现象：产生原因是分子永不停息地做无规则运动，与温度有关。3.对热力学定律的理解 (1)热力学第一定律ΔU＝Q＋W，其中W和Q的符号可以这样确定：只要对内能增加有正贡献的就为正值。 (2)对热力学第二定律的理解：热量可以由低温物体传到高温物体，也可以从单一热源吸收热量全部转化为功，但这些过程不可能自发进行而不产生其他影响。2.反映分子热运动规律的两个实例二、气体实验定律和理想气体状态方程二、气体实验定律和理想气体状态方程“科学思维”展示一、两种模型二、宏观量与微观量的转换桥梁“科学思维”展示二、宏观量与微观量的转换桥梁三、应用热力学第一定律的看到与想到1.看到“绝热过程”，想到Q＝0，则W＝ΔU。2.看到“等容过程”，想到W＝0，则Q＝ΔU。3.看到“等温过程”，想到ΔU＝0，则W＋Q＝0。三、应用热力学第一定律的看到与想到热学基础知识考向一分子动理论【典例1】

(2018·北京卷，2)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解析在其他条件不变的情况下，温度越高，气体扩散得越快，故A错误；布朗运动是固体小颗粒的运动，不是液体分子的运动，故B错误；分子间同时存在着引力和斥力，故C正确；分子间的引力总是随着分子间距增大而减小，故D错误。答案C热学基础知识考向一分子动理论A.气体扩散的快慢与温度无关 考向二固体和液体【典例2】

(多选)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，某些晶体可以转化为非晶体，某些非晶体也可以转化为晶体解析晶体敲碎为小颗粒，仍是晶体，选项A错误；固体分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上光学性质不同，表现为晶体具有各向异性，选项B正确；同种元素可能由于原子的排列方式不同而形成不同的晶体，如金刚石和石墨，选项C正确；晶体的分子排列结构如果遭到破坏就可能形成非晶体，反之亦然，选项D正确。答案

BCD考向二固体和液体A.将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是非晶体考向三气体分子的速率分布【典例3】

(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1中两条曲线所示。下列说法正确的是(

)图1A.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解析根据图线的物理意义可知，曲线下的面积表示总分子数，所以图中两条曲线下面积相等，选项A正确；温度是分子平均动能的标志，且温度越高，速率大的分子比例较大，所以图中实线对应于氧气分子平均动能较大的情形，虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形，选项B、C正确；根据曲线不能求出任意区间的氧气分子数目，选项D错误。答案ABC考向三气体分子的速率分布【典例3】(多选)氧气分子在0考向四热力学第二定律【典例4】

(多选)(2019·山东聊城质检)下列说法中正确的是(

)A.相互间达到热平衡的两物体的内能一定相等B.民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病，方法是将点燃的纸片放入火罐内，当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上。其原因是火罐内的气体体积不变时，温度降低，压强减小C.空调既能制热又能制冷，说明在不自发的条件下，热传递可以逆向D.自发的热传递过程是向着分子热运动无序性增大方向进行的解析达到热平衡的两个物体的温度相同，即两物体的分子平均动能相同，但两物体的物质的量不一定相同，则内能不一定相等，故A错误；气体等容变化时，温度降低，压强减小，故B正确；空调制冷就是在强制措施下热量由低温物体向高温物体传递，故C正确；热传递的方向性是熵增加的过程，故D正确。答案BCD考向四热力学第二定律A.相互间达到热平衡的两物体的内能一定1.(多选)(2019·南昌市模拟)下列说法正确的是(

)A.水由液态变为气态，分子势能增加B.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C.已知水的摩尔质量和水分子的质量，可以计算出阿伏加德罗常数D.当分子力表现为引力时，分子力和分子势能都是随分子间距离的增大而增大解析水由液态变为气态，吸收热量，分子势能增加，选项A正确；在晶体熔化过程中，分子势能会发生改变，内能也会改变，选项B错误；已知水的摩尔质量和水分子的质量，可以计算出阿伏加德罗常数，选项C正确；当分子力表现为引力时，分子势能都是随分子间距离的增大而增大，分子力随分子间距离的增大先增大后减小，选项D错误。答案AC1.(多选)(2019·南昌市模拟)下列说法正确的是()2.(2019·北京卷，15)下列说法正确的是(

)A.温度标志着物体内大量分子热运动的剧烈程度B.内能是物体中所有分子热运动所具有的动能的总和C.气体压强仅与气体分子的平均动能有关D.气体膨胀对外做功且温度降低，分子的平均动能可能不变解析温度是分子平均动能的量度(标志)，A正确；内能是物体内所有分子的分子动能和分子势能的总和，B错误；气体压强不仅与分子的平均动能有关，还与分子的密集程度有关，C错误；温度降低，则分子的平均动能变小，D错误。答案A2.(2019·北京卷，15)下列说法正确的是()A.温3.(多选)(2019·山东省青岛二中模考)下列说法正确的是(

)A.水的饱和汽压随温度的升高而增大B.浸润和不浸润现象是液体分子间相互作用的表现C.一定质量的0℃的水的内能大于等质量的0℃的冰的内能D.一些昆虫可以停在水面上，是由于水表面存在表面张力的缘故解析饱和汽压与液体种类和温度有关，温度越高，饱和汽压越大，故A正确；浸润与不浸润均是分子作用的表现，是由于液体的表面层与固体表面的分子之间相互作用的结果，故B错误；由于水结冰要放热，故一定质量的0℃的水的内能大于等质量的0℃的冰的内能

，故C正确；小昆虫可以停在水面上，是由于水表面存在表面张力的缘故，故D正确。答案ACD3.(多选)(2019·山东省青岛二中模考)下列说法正确的是4.(多选)(2019·兰州模拟)下列说法中正确的是(

)A.水中的花粉颗粒在不停地做无规则运动，反映了液体分子运动的无规则性B.压缩气体、液体和固体需要用力，都是因为分子间存在斥力的缘故C.拉伸和压缩固体都会使固体内分子势能增大D.衣柜中充满卫生球的气味，是因为卫生球发生了升华和扩散现象解析水中的花粉颗粒在不停地做无规则运动，反映了液体分子运动的无规则性，选项A正确；压缩气体需要用力，是因为压缩气体，体积减小压强增大，选项B错误；由于分子处于平衡状态分子势能最小，所以拉伸和压缩固体都会使固体内分子势能增大，选项C正确；衣柜中充满卫生球的气味，是因为卫生球发生了升华和扩散现象，选项D正确。答案ACD4.(多选)(2019·兰州模拟)下列说法中正确的是()考向一气体实验定律在“汽缸”模型中的应用【典例1】

[2019·全国卷Ⅱ，33(2)]如图2，一容器由横截面积分别为2S和S的两个汽缸连通而成，容器平放在水平地面上，汽缸内壁光滑。整个容器被通过刚性杆连接的两活塞分隔成三部分，分别充有氢气、空气和氮气。平衡时，氮气的压强和体积分别为p0和V0，氢气的体积为2V0，空气的压强为p。现缓慢地将中部的空气全部抽出，抽气过程中氢气和氮气的温度保持不变，活塞没有到达两汽缸的连接处，求气体实验定律及理想气体状态方程的应用图2考向一气体实验定律在“汽缸”模型中的应用气体实验定律及理想(1)抽气前氢气的压强；(2)抽气后氢气的压强和体积。解析(1)设抽气前氢气的压强为p10，根据力的平衡条件得(p10－p)·2S＝(p0－p)S①(2)设抽气后氢气的压强和体积分别为p1和V1，氮气的压强和体积分别为p2和V2。根据力的平衡条件有p2S＝p1·2S③由玻意耳定律得p1V1＝p10·2V0④(1)抽气前氢气的压强；(2)设抽气后氢气的压强和体积分别为p2V2＝p0V0⑤由于两活塞用刚性杆连接，故V1－2V0＝2(V0－V2)⑥p2V2＝p0V0⑤考向二气体实验定律在“液柱”模型中的应用【典例2】

[2019·全国卷Ⅲ，33(2)]如图3，一粗细均匀的细管开口向上竖直放置，管内有一段高度为2.0cm的水银柱，水银柱下密封了一定量的理想气体，水银柱上表面到管口的距离为2.0cm。若将细管倒置，水银柱下表面恰好位于管口处，且无水银滴落，管内气体温度与环境温度相同。已知大气压强为76cmHg，环境温度为296K。图3(1)求细管的长度；(2)若在倒置前，缓慢加热管内被密封的气体，直到水银柱的上表面恰好与管口平齐为止，求此时密封气体的温度。考向二气体实验定律在“液柱”模型中的应用【典例2】[20解析(1)设细管的长度为L，横截面的面积为S，水银柱高度为h；初始时，设水银柱上表面到管口的距离为h1，被密封气体的体积为V，压强为p，细管倒置时，气体体积为V1，压强为p1。由玻意耳定律有pV＝p1V1①由力的平衡条件有p＝p0＋ρgh②p1＝p0－ρgh③式中，ρ、g分别为水银的密度和重力加速度的大小，p0为大气压强。由题意有V＝S(L－h1－h)④V1＝S(L－h)⑤由①②③④⑤式和题给条件得L＝41cm⑥由④⑤⑥⑦式和题给数据得T＝312K⑧答案(1)41cm

(2)312K解析(1)设细管的长度为L，横截面的面积为S，水银柱高度为考向三气体变质量问题【典例3】

[2019·全国卷Ⅰ，33(2)]热等静压设备广泛应用于材料加工中。该设备工作时，先在室温下把惰性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中，然后炉腔升温，利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理，改善其性能。一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为0.13m3，炉腔抽真空后，在室温下用压缩机将10瓶氩气压入到炉腔中。已知每瓶氩气的容积为3.2×10－2m3，使用前瓶中气体压强为1.5×107Pa，使用后瓶中剩余气体压强为2.0×106Pa；室温温度为27℃。氩气可视为理想气体。(1)求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强；(2)将压入氩气后的炉腔加热到1227℃，求此时炉腔中气体的压强。考向三气体变质量问题(1)求压入氩气后炉腔中气体在室温下的解析(1)设初始时每瓶气体的体积为V0，压强为p0；使用后气瓶中剩余气体的压强为p1。假设体积为V0、压强为p0的气体压强变为p1时，其体积膨胀为V1。由玻意耳定律p0V0＝p1V1①被压入炉腔的气体在室温和p1条件下的体积为V1′＝V1－V0②设10瓶气体压入完成后炉腔中气体的压强为p2，体积为V2。由玻意耳定律p2V2＝10p1V1′③联立①②③式并代入题给数据得p2＝3.2×107Pa④(2)设加热前炉腔的温度为T0，加热后炉腔温度为T1，气体压强p3。联立④⑤式并代入题给数据得p3＝1.6×108Pa⑥答案(1)3.2×107Pa

(2)1.6×108Pa解析(1)设初始时每瓶气体的体积为V0，压强为p0；使用后考向四关联气体问题图4考向四关联气体问题图4设活塞上方液体的质量为m，由力的平衡条件得p2S＝p1S＋mg⑤设活塞上方液体的质量为m，由力的平衡条件得p2S＝p1S＋m1.(2019·广东深圳市二模)某同学设计了测量液体密度的装置。如图5，左侧容器开口；右管竖直，上端封闭，导热良好，管长L0＝1m，粗细均匀，底部有细管与左侧连通，初始时未装液体。现向左侧容器缓慢注入某种液体，当左侧液面高度为h1＝0.7m时，右管内液柱高度h2＝0.2m。已知右管横截面积远小于左侧横截面积，大气压强P0＝1.0×105Pa，取g＝10m/s2。图5(1)求此时右管内气体压强及该液体的密度；(2)若此时右管内气体温度T＝260K，再将右管内气体温度缓慢升高到多少K时，刚好将右管中液体全部挤出？(不计温度变化对液体密度的影响)1.(2019·广东深圳市二模)某同学设计了测量液体密度的装解析(1)设右侧管的横截面积为S对右侧管内气体，由等温变化规律得p0V0＝p1V1其中V0＝L0S，V1＝(L0－h2)S解得p1＝1.25×105Pa又p1＝p0＋ρg(h1－h2)解得ρ＝5×103kg/m3其中p2＝p0＋ρgh1解得T′＝351K答案(1)1.25×105Pa

5×103kg/m3

(2)351K解析(1)设右侧管的横截面积为S其中p2＝p0＋ρgh12.(2019·广东茂名市一模)如图6所示，开口向上、放在地面上的汽缸内用活塞封闭一定质量的气体，活塞的质量为m，横截面的面积为S。一质量为2m的物块放在缸底，用细线(不可伸长)与活塞相连接且细线刚好拉直，这时缸内气体的温度为T0，大气压强为p0，不计活塞与缸壁间的摩擦，现对缸内气体缓慢加热，重力加速度为g。图6(1)当缸底物块对缸底的压力刚好为零时，缸内气体温度T1为多大？(2)当缸内气体体积为原来的1.2倍时，缸内气体温度是多少？若此时细线断了，细线断开的一瞬间，活塞的加速度多大？2.(2019·广东茂名市一模)如图6所示，开口向上、放在地此时细线断了，当细线断开的一瞬间，根据牛顿第二定律有(p2－p0)S－mg＝ma解得a＝2g此时细线断了，当细线断开的一瞬间，根据牛顿第二定律有(p2－3.[2018·全国卷Ⅲ，T33(2)]如图7所示，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l1＝18.0cm和l2＝12.0cm，左边气体的压强为12.0cmHg。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。图7解析设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3.[2018·全国卷Ⅲ，T33(2)]如图7所示，在两端p1＝p2＋ρg(l1－l2)①式中ρ为水银密度，g为重力加速度大小。由玻意耳定律有p1l1＝pl1′②p2l2＝pl2′③两边气柱长度的变化量大小相等l1′－l1＝l2－l2′④由①②③④式和题给条件得l1′＝22.5cml2′＝7.5cm答案22.5cm

7.5cmp1＝p2＋ρg(l1－l2)①图8图8解析(1)对活塞受力分析如图所示。(2)设弹簧恢复原长时气体的压强为p2根据平衡条件有mg＋p0S＝p2S可得p2＝2p0解析(1)对活塞受力分析如图所示。(2)设弹簧恢复原长时气考向一热力学第一定律的理解【典例1】

(多选)关于热力学定律，下列说法正确的是(

)热力学定律的理解及其与气体状态方程的综合应用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考向一热力学第一定律的理解热力学定律的理解及其与气体状态方答案BD答案BD考向二热力学第一定律与气体状态方程的综合应用【典例2】

(多选)如图9所示，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①、②、③、④到达状态e。对此气体，下列说法正确的是(

)图9A.过程①中气体的压强逐渐减小

B.过程②中气体对外界做正功C.过程④中气体从外界吸收了热量

D.状态c、d的内能相等考向二热力学第一定律与气体状态方程的综合应用【典例2】(答案BD答案BD气体实验定律与热力学定律的综合问题的处理方法气体实验定律与热力学定律的综合问题的处理方法1.(多选)如图10，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(

)图10A.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，气体分子的平均动能不变1.(多选)如图10，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧解析因为汽缸、活塞都是绝热的，隔板右侧是真空，所以理想气体在自发扩散的过程中，既不吸热也不放热，也不对外界做功。根据热力学第一定律可知，气体自发扩散前后，内能不变，选项A正确，选项C错误；气体被压缩的过程中，外界对气体做功，气体内能增大，又因为一定质量的理想气体的内能只与温度有关，所以气体温度升高，分子平均动能增大

，选项B正确，选项D错误。答案

AB解析因为汽缸、活塞都是绝热的，隔板右侧是真空，所以理想气体2.(2019·河南洛阳市二模)如图11所示，用导热性能良好的汽缸和活塞封闭一定质量的理想气体，气体的体积V1＝8.0×10－3m3，温度T1＝4.0×102K现使外界环境温度缓慢降低至T