【模型与方法】2025届高考物理二轮复习热点题型归类选择11 分子动理论 气体固体液体 理想气体与热力学定律（原卷版）

选择11分子动理论气体固体液体理想气体与热力学定律考点内容考情分析考向一分子动理论热力学，常会以计算题或选择题的形式考察。其中计算题主要考察理想气体状态方程，求解气体压强是解题关键，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求解。考向二固体、液体考向三变质量气体模型考向四热力学定律与气体实验定律相结合1.思想方法一、两种模型1.球体模型：一个分子体积V=42.立方体模型：一个分子占据的平均空间V=d3二、气体实验定律与理想气体状态方程1.压强的计算(1)被活塞或汽缸封闭的气体，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求解，压强单位为Pa。(2)水银柱密封的气体，应用p=p0+ph或p=p0-ph计算压强，压强p的单位为cmHg或mmHg。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=△U。2.看到“等容过程”，想到W=0,则Q=△U。3.对于理想气体看到“等温过程”，想到△U=0,则W十Q=0。2.模型建构一、微观量的估算1．微观量：分子体积V0、分子直径d、分子质量m0.2．宏观量：物体的体积V、摩尔体积Vmol、物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ.3．关系(1)分子的质量：m0＝eq\f(M,NA)＝eq\f(ρVmol,NA).(2)分子的体积：V0＝eq\f(Vmol,NA)＝eq\f(M,ρNA).(3)物体所含的分子数：N＝eq\f(V,Vmol)·NA＝eq\f(m,ρVmol)·NA或N＝eq\f(m,M)·NA＝eq\f(ρV,M)·NA.2．对于气体分子，d＝eq\r(3,V0)的值并非气体分子的大小，而是两个相邻的气体分子之间的平均距离．二、布朗运动与分子热运动布朗运动热运动活动主体固体小颗粒分子区别是固体小颗粒的运动，较大的颗粒不做布朗运动，能通过光学显微镜直接观察到是指分子的运动，分子不论大小都做热运动，热运动不能通过光学显微镜直接观察到共同点都是永不停息的无规则运动，都随温度的升高而变得更加激烈，都是肉眼所不能看见的联系布朗运动是由于小颗粒受到周围分子做热运动的撞击作用不平衡而引起的，它是分子做无规则运动的反映三、分子间的作用力与分子势能1．分子间的相互作用力分子力是引力与斥力的合力．分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而增大，但总是斥力变化得较快，如图1所示．(1)当r＝r0时，F引＝F斥，F＝0；(2)当r<r0时，F引和F斥都随距离的减小而增大，但F引＜F斥，F表现为斥力；(3)当r＞r0时，F引和F斥都随距离的增大而减小，但F引＞F斥，F表现为引力；(4)当r＞10r0(10－9m)时，F引和F斥都已经十分微弱，可以认为分子间没有相互作用力(F＝0)．2．分子势能分子势能是由分子间相对位置而决定的势能，它随着物体体积的变化而变化，与分子间距离的关系为：(1)当r>r0时，分子力表现为引力，随着r的增大，分子引力做负功，分子势能增大；(2)r<r0时，分子力表现为斥力，随着r的减小，分子斥力做负功，分子势能增大；(3)当r＝r0时，分子势能最小，但不一定为零，可为负值，因为可选两分子相距无穷远时分子势能为零；(4)分子势能曲线如图所示．四、固体与液体的性质1．晶体与非晶体单晶体多晶体非晶体外形规则不规则不规则熔点确定确定不确定物理性质各向异性各向同性各向同性典型物质石英、云母、食盐、硫酸铜玻璃、蜂蜡、松香形成与转化有的物质在不同条件下能够形成不同的形态．同一物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体.2.液体的表面张力(1)作用：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势．(2)方向：表面张力跟液面相切，跟这部分液面的分界线垂直．3．液晶的物理性质(1)具有液体的流动性．(2)具有晶体的光学各向异性．(3)从某个方向看其分子排列比较整齐，但从另一方向看，分子的排列是杂乱无章的．五、气体压强的产生与计算1．产生的原因由于大量分子无规则运动而碰撞器壁，形成对器壁各处均匀、持续的压力，作用在器壁单位面积上的压力叫做气体的压强．2．决定因素(1)宏观上：决定于气体的温度和体积．(2)微观上：决定于分子的平均动能和分子的密集程度．3．平衡状态下气体压强的求法(1)液片法：选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程，消去面积，得到液片两侧压强相等方程，求得气体的压强．(2)力平衡法：选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得气体的压强．(3)等压面法：在连通器中，同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等．液体内深h处的总压强p＝p0＋ρgh，p0为液面上方的压强．4．加速运动系统中封闭气体压强的求法选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象，进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程求解．六、气体实验定律的应用1．气体实验定律玻意耳定律查理定律盖—吕萨克定律内容一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积与热力学温度成正比表达式p1V1＝p2V2eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)或eq\f(p1,p2)＝eq\f(T1,T2)eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)或eq\f(V1,V2)＝eq\f(T1,T2)图象2.理想气体的状态方程(1)理想气体①宏观上讲，理想气体是指在任何条件下始终遵守气体实验定律的气体，实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下，可视为理想气体．②微观上讲，理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力，即分子间无分子势能．(2)理想气体的状态方程一定质量的理想气体状态方程：eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)或eq\f(pV,T)＝C.气体实验定律可看做一定质量理想气体状态方程的特例．考向一分子动理论（2024•邗江区模拟）分子势能随分子间距离变化的图像如图所示。分子间距为x1时，分子力大小为F1，分子间距为x2时，分子力为F2，则（）A．F1＞F2 B．F1＜F2 C．F1与F2均为引力 D．F1与F2均为斥力（2024•昌平区二模）在做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验时，每1000mL油酸酒精溶液中有纯油酸2mL，用量筒测得1mL上述溶液为100滴。在浅盘里盛上水，将爽身粉均匀地撒在水面上。把1滴上述溶液滴入浅盘里，等油膜形状稳定后，把带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上，并描画出油膜的轮廓，油膜所占正方形方格数为75个，每个方格边长为2cm。下列说法正确的是（）A．1滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸的体积约为2×10﹣11m3 B．油酸分子的直径约为6.7×10﹣9m C．若所撒爽身粉过厚，会导致估测出的分子直径偏小 D．若描画油膜轮廓时油酸未完全散开，会导致估测出的分子直径偏小（2024•天山区校级二模）以下是两个估测微观粒子大小的实验：实验1为“用油膜法估测分子的大小”，500mL油酸酒精溶液中含有纯油酸1mL，用量筒测得40滴上述溶液体积为1mL，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘内，稳定后油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图甲所示，正方形方格的边长为1cm，油膜所占方格数约为260；实验2中用扫描隧道显微镜拍下一个“量子围栏”的照片如图乙所示，这个量子围栏由48个铁原子在铜的表面排列成周长为4.4×10﹣8m的圆周。由上述数据估算出油酸分子和铁原子直径分别是（）A．2×10﹣9m；9×10﹣10m B．2×10﹣10m；9×10﹣9m C．5×10﹣10m；9×10﹣10m D．5×10﹣9m；9×10﹣11m考向二固体、液体（2024•泰州一模）2023年5月，中国科学技术大学团队利用纳米纤维与合成云母纳米片研制出一种能适应极端环境的纤维素基纳米纸材料。如图所示为某合成云母的微观结构示意图，则该合成云母（）A．是非晶体 B．没有规则的外形 C．有固定的熔点 D．各向性质均相同（2024秋•崇川区月考）在不同温度下某物质材料的分子排列如图所示，甲图对应的温度为T1，乙图对应的温度为T2，则（）A．T1＞T2 B．甲、乙两图中的分子都在做热运动 C．甲图中沿不同方向单位长度上的分子数相同 D．乙图中沿不同方向单位长度上的分子数相同（2024春•开封期末）石墨烯是一种由碳原子紧密堆积成单层二维六边形晶格结构的新材料，一层层叠起来就是石墨，1毫米厚的石墨约有300万层石墨烯。下列关于石墨、石墨烯的说法正确的是（）A．石墨是晶体，石墨烯是非晶体 B．石墨烯熔解过程中吸热，碳原子的平均动能不变 C．单层石墨烯的厚度约3μm D．碳纳米管是管状的纳米级石墨，碳原子之间的化学键属于强相互作用（2024•广东三模）石墨烯是一种由碳原子紧密堆积成单层二维六边形晶格结构的新材料，一层层叠起来就是石墨，1毫米厚的石墨约有300万层石墨烯。下列关于石墨烯的说法正确的是（）A．石墨是晶体，石墨烯是非晶体 B．石墨烯中的碳原子始终静止不动 C．石墨烯熔化过程中碳原子的平均动能不变 D．石墨烯中的碳原子之间只存在引力作用如图所示，水滴在洁净的玻璃面上扩展形成薄层，附着在玻璃上；在蜡面上可来回滚动而不会扩展成薄层。下列说法正确的是（）A．水浸润石蜡 B．玻璃面上的水没有表面张力 C．蜡面上水滴呈扁平形主要是由于表面张力 D．水与玻璃的相互作用比水分子间的相互作用强雨滴在空中形成后，在重力和空气阻力的作用下下落到地面，若下落过程中，周围空气的温度越来越高，最终达到匀速，则下列说法正确的是（）A．雨滴下落过程中内能逐渐增大，是因为速度在逐渐增大 B．雨滴下落过程中机械能守恒 C．雨滴在空中近似成球形，是因为液体表面有张力 D．雨滴下落过程中，雨滴内所有水分子的动能都增大考向三变质量气体模型（2024•中山区校级模拟）学校举行趣味运动会，某同学用气泵给“陆地龙舟”充气。“陆地龙舟”里原有压强为1atm的空气0.6m3，气泵每秒钟能把体积为5.0×10﹣4m3，压强为1atm的空气打入“陆地龙舟”中。请估算气泵工作多长时间能使“陆地龙舟”里的压强达到1.1atm（近似认为“陆地龙舟”的体积和温度保持不变）（）A．0.5min B．1.0min C．2.0min D．3.0min如图所示，导热良好的密闭容器内封闭有压强为p0的空气，现用抽气筒缓慢从容器底部的阀门处（只出不进）抽气两次。已知抽气筒每次抽出空气的体积为容器容积的15A．1125 B．1425 C．2514（2024•市中区校级模拟）某研究小组对山地车的气压避震装置进行研究，其原理如图乙所示，在倾角为θ＝30°的光滑斜面上放置一个带有活塞A的导热气缸B，活塞用劲度系数为k＝300N/m的轻弹簧拉住，弹簧的另一端固定在斜面上端的一块挡板上，轻弹簧平行于斜面，初始状态活塞到气缸底部的距离为L1＝27cm，气缸底部到斜面底端的挡板距离为L2＝1cm，气缸内气体的初始温度为T1＝270K。对气缸进行加热，气缸内气体的温度从T1上升到T2，此时气缸底部恰好接触到斜面底端的挡板，继续加热，当温度达到T3时使得弹簧恰好恢复原长。已知该封闭气体的内能U与温度T之间存在关系U＝kT，k＝2×10﹣3J/K，已知气缸质量为M＝0.4kg，活塞的质量为m＝0.2kg，气缸容积的横截面积为S＝1cm2，活塞与气缸间密封一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动，重力加速度为g＝10m/s2，大气压为p0＝1.0×105Pa，下列说法正确的是（）A．初始状态下气缸内气体压强p1为6×104Pa B．从T1上升到T2过程中气体吸收的热量Q＝0.1J C．温度为T3时气缸内气体压强为1.2×105Pa D．温度为380K时弹簧处于压缩状态（2024•河西区二模）气压式电脑升降桌通过汽缸上下运动来支配桌子升降，其简易结构如图所示。圆柱形汽缸与桌面固定连接，柱状活塞与底座固定连接。可自由移动的汽缸与活塞之间封闭着一定质量的理想气体，汽缸导热性能良好，活塞可在气缸内无摩擦活动。设气体的初始状态为A，将电脑放在桌面上保持不动，桌子缓慢下降一段距离后达到稳定状态B。打开空调一段时间后，室内温度降低到设定温度，稳定后气桌面体状态为C。则气体从状态A→B→C的过程中，下列说法正确的是（）A．从A到B的过程中，气体等温压缩，压强增大 B．从A到B的过程中，气体从外界吸热 C．从B到C的过程中，气体等压降温，体积增大 D．从B到C的过程中，气体从外界吸热考向四热力学定律与气体实验定律相结合（2024•江汉区模拟）一定质量的理想气体从状态A开始，发生如图所示的一系列变化，最终回到状态A。其中，从状态B到状态C过程中气体对外界做功为W0（W0＞0）。下列说法错误的是（）A．A→B过程中外界对气体不做功，气体从外界吸热 B．B→C过程中气体从外界吸热，且吸收的热量等于W0 C．状态A与C相比，气体分子碰撞单位面积器壁的平均力更大 D．A→B→C→A整个过程中，气体总体从外界吸热（2024•东湖区校级模拟）一定质量的理想气体从状态A缓慢经过状态B、C、D再回到状态A，其压强p与体积V的关系图像如图所示，下列说法正确的是（）A．A→B过程中气体对外界做的功等于吸收的热量 B．A→B过程中气体对外界做的功小于吸收的热量 C．B→C过程中气体分子在单位时间内对单位面积容器壁的平均碰撞次数不断增加 D．B→C过程中气体分子在单位时间内对单位面积容器壁的平均碰撞次数不变（2024•龙凤区校级模拟）在学校春季运动会上释放的气球是充有氦气的可降解气球。释放前工作人员用容积为30L、压强为1.0×107Pa的氦气罐给气球充气（充气过程温度不变），要求充气后气球体积为5L、压强为1.0×105Pa；气球释放后飘向高空，当气球体积膨胀到8L时就会爆裂落回地面。已知高度每升高1000m，大气温度下降6℃，高度每升高1m，大气压减小11Pa，庆祝现场地面空气温度为27℃，大气压为1.0×105Pa，不计充气过程的漏气和气球内原有气体，下列说法正确的是（）A．用一个氦气罐可以充出600个符合要求的气球 B．当气球发生爆裂时，气球离地面的高度为3846m C．用氮气罐给气球充气过程中，氦气放出热量 D．要降低气球发生爆裂时的高度，在地面充气时可使充气后的气球体积适当减小（2024•市中区校级模拟）某校物理学科周活动中，出现了不少新颖灵巧的作品。如图所示为高二某班同学制作的《液压工程类作业升降机模型》，通过针筒管活塞的伸缩推动针筒内的水，进而推动支撑架的展开与折叠，完成货物平台的升降。在某次实验中，针筒连接管的水中封闭了一段空气柱（空气可视为理想气体），该同学先缓慢推动注射器活塞将针筒内气体进行压缩，若压缩气体过程中针筒内气体温度不变，装置不漏气，则下列说法中正确的是（）A．针筒内气体压强减小 B．针筒内气体吸热 C．单位时间、单位面积撞击针筒内壁的气体分子数减少 D．用国际单位制单位表示的状态参量在P−1（2024•泰州模拟）一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a，其p﹣V图像如图所示。下列判断正确的是（）A．气体在a→b过程中做等温变化 B．气体在b→c过程中内