专题12 分子动理论 气体及热力学定律(高考押题)-2016年高考物理考纲解读及热点难点试题演练(解析版)

高三物理分子动理论试题答案及解析1.前段时间南京地区空气污染严重，出现了持续的雾霾天气，一位同学受桶装纯净水的启发，提出用桶装的净化压缩空气供气，每个桶能装10atm的净化空气20L，如果人每分钟吸入1atm的净化空气8L。

求：①外界气压在1atm的情况下，打开桶盖，待稳定后桶中剩余气体的质量与打开桶盖前的质量之比；②在标准状况下，1mol空气的体积是22.4L，阿伏伽德罗常数NA＝6.0×1023mol－1，请估算人在27℃气温下每分钟吸入空气的分子数（保留一位有效数字）。

【答案】①；②2×1023个【解析】①由等温变化规律有：p1V1＝p2V2桶内剩余气体质量所占比例为：＝代入数据解得：＝②设人吸入的空气分子数为N，则：N＝NA＝2×1023个【考点】本题主要考查了理想气体实验定律的应用以及有关阿伏伽德罗常数的计算问题。

2.关于热现象，下列说法正确的是_____________。

（填选项前的字母）A．气体压强是由气体重力产生的B．布朗运动就是液体分子的运动C．气体吸收热量，内能一定增加D．自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性【答案】D【解析】气体压强是由气体分子的撞击产生的，A错误；布朗运动是花粉颗粒的运动，间接反应了液体分子的运动，B错误；根据热力学第一定律可得如果气体吸收热量的同时还对外做功，则气体内能可能减小，可能不变，也可能增加，C错误；热力学第二定律表明，自然界中进行的一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，D正确．【考点】考查了气体压强的产生，布朗运动的理解，热力学定律3.以下说法正确的是（填选项前的字母）A．气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，仅与单位体积内的分子数有关B．布朗运动是液体分子的运动，它说明分子不停息地做无规则热运动C．当分子间的引力和斥力平衡时，分子势能最小D．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【答案】C【解析】气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，以及温度有关，决定气体的压强，因此与单位体积内分子数和气体的温度有关，故A错误．布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，反映的是液体分子的无规则运动，故B错误．当分子间的引力和斥力平衡时，靠近分子力表现为斥力，做负功分子势能增加；远离分子力表现为引力，也做负功，分子势能也增加；故当分子间的引力和斥力平衡时，分子势能最小，故C正确．温度是分子平均动能的唯一标志，但不能决定压强，如温度升高，而膨胀，则其压强可能减小，故D错误．【考点】考查了布朗运动；气体压强的微观意义．4.下列说法中正确的是_________。

1.（1）下列说法正确的是（ ）A.显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停的作无规则运动，这反映了液体分子运动的无规则性 B.分子间的相互作用力随着分子间距离的增大，一定先减小后增大 C.分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大D.在真空、高温条件下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其它元素E.当温度升高时，物体内每一个分子热运动的速率一定都增大（2）如图所示，两个截面积均为S 的圆柱形容器，左、右两边容器高均为H ，右边容器上端封闭，左边容器上端是一个可以在容器内无摩擦滑动的轻活塞（重力不计）,两容器由装有阀门的极细管道（体积忽略不计）相连通.开始 时阀门关闭,左边容器中装有热力学温度为T 0的理想气体,平衡时活塞到容器 底的距离为H ，右边容器内为真空.现将阀门缓慢打开，活塞便缓慢下降，直 至系统达到平衡，此时被封闭气体的热力学温度为T ，且T ＞T 0.求此过程中外界对气体所做的功.（已知大气压强为P 0）（2）打开阀门后，气体通过细管进入右边容器,活塞缓慢向下移动，气体作用于活塞的压强仍为p 0，活塞对气体的压强也是p 0 设达到平衡时活塞的高度为x ，气体的温度为T ， 根据理想气体状态方程得p 0SH T 0＝p 0S （x ＋H ）T解得x ＝（TT 0－1）H此过程中外界对气体所做的功W ＝p 0S （H －x ）＝p 0SH （2－TT 0）答案 （1）ACD （2）p 0SH （2－TT 0）2.（1）下列说法正确的是（ ）A.布朗运动就是液体分子的运动B.两分子之间同时存在着引力和斥力，引力和斥力都随分子间的距离增大而减小，但斥力比引力减小得更快 C.热力学温标的最低温度为0 K,它没有负值，它的单位是物理学的基本单位之一D.气体的温度越高，每个气体分子的动能越大（2）如图所示，一直立的气缸用一质量为m 的活塞封闭一定量的理想气体，活塞横截面积为S ，气缸内壁光滑且缸壁是导热的，开始活塞被固定在A 点，打开固定螺栓K,活塞下落，经过足够长时间后，活塞停在B 点，已知AB ＝h ，大气压强为p 0，重力加速度为g .①求活塞停在B 点时缸内封闭气体的压强；②设周围环境温度保持不变，求整个过程中通过缸壁传递的热量Q （一定量 理想气体的内能仅由温度决定）.（2）①设封闭气体的压强为p ，活塞受力平衡，则 p 0S ＋mg ＝pS 解得p ＝p 0＋mgS②由于气体的温度不变，则内能的变化ΔU ＝0 外界对气体做的功W ＝（p 0S ＋mg ）h 由热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q 可得Q ＝－W ＝－（p 0S ＋mg ）h 即气体通过缸壁放热（p 0S ＋mg ）h答案 （1）BC （2）①p 0＋mgS ②（P 0S ＋mg ）h3.（1）关于分子动理论的规律，下列说法正确的是（ ）A.扩散现象说明物质分子在做永不停息的无规则运动B.压缩气体时气体会表现出抗拒压缩的力是由于气体分子间存在斥力的缘故C.两个分子距离减小时，分子间引力和斥力都在增大D.如果两个系统分别于第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡，用来表征它们所具有的“共同热学性质”的物理量叫做内能 E.两个分子间的距离为r 0时，分子势能最小（2）如图所示,竖直放置的圆柱形气缸内有一不计质量的活塞，可在气缸内作无摩擦滑动，活塞下方封闭一定质量的气体.已知活塞截面积为100 cm 2，大气压强为1.0×105 Pa ，气缸内气体温度为27℃，试求：①若保持温度不变，在活塞上放一重物，使气缸内气体的体积减小一半，这 时气体的压强和所加重物的重力；②在加压重物的情况下，要使气缸内的气体恢复原来体积，应对气体加热， 使温度升高到多少摄氏度.（2）①若保持温度不变，在活塞上放一重物,使气缸内气体的体积减小一半， 根据理想气体的等温变化有p 1V 1＝p 2V 2 其中p 1＝1×105 Pa V 1＝V V 2＝V 2解得p 2＝2×105 Pa 由p 2＝p 0＋GS其中S ＝100×10－4 m 2＝10－2m 2解得所加重物的重力G ＝1 000 N②在加压重物的情况下，保持气缸内压强不变，要使气缸内的气体恢复原来 体积，应对气体加热，已知p 3＝2×105 Pa ，V 3＝V T 3＝T 1＝（273＋27） K ＝300 K 根据理想气体状态方程得p 3V 3T 3＝p 1V 1T 1解得T 3＝600 K所以t ＝T 3－273℃＝327℃。

拾躲市安息阳光实验学校提能专训(十二) 分子动理论、气体及热力学定律1．对于一定量的理想气体，下列四个论述中正确的是( )A．当分子热运动变剧烈时，压强必变大B．当分子热运动变剧烈时，压强可以不变C．当分子间的平均距离变大时，压强必变小D．当分子间的平均距离变大时，压强必变大答案：B 解析：根据理想气体状态方程知pVT＝恒量，分子热运动变剧烈时，T增大，由于不知V如何变化，故不知p如何变化，A错误，B正确；当分子间的平均距离变大时，V增大，由于不知T如何变化，故不知p如何变化，C、D 错误．2．(2013·苏北四市调研)下列说法正确的是( )A．液体的分子势能与液体的体积无关B．为了保存玉米地的水分，可以锄松地面，破坏土壤里的毛细管C．从微观角度看，气体对容器的压强是大量气体分子对容器壁的频繁碰撞引起的D．扩散现象可以在液体、气体中进行，不能在固体中发生答案：BC 解析：液体的体积决定了液体分子间的距离，进而决定液体分子势能，A错误；锄松地面可以破坏土壤里的毛细管，从而保存玉米地里的水分，B正确；气体压强是大量气体分子频繁撞击器壁引起的，C正确；固体、液体、气体都可以发生扩散现象，只是固体扩散得慢，D错误．3．带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体．气体开始处于状态a，然后经过过程ab到状态b或经过过程ac到状态c，b、c状态温度相同，如图V－T 图线所示．设气体在状态b和状态c的压强分别为p b和p c，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Q ab和Q ac，则( )A．p b>p c，Q ab>Q acB．p b>p c，Q ab<Q acC．p b<p c，Q ab>Q acD．p b<p c，Q ab<Q ac答案：C 解析：本题考查气体状态方程和热力学第一定律．由pVT＝C知，温度T相同，体积越大气体的压强越小，则p b<p c，A、B错误；对过程ab，气体体积增大，克服外界压力做功，W为负值；对过程ac，气体体积不变，对外界不做功，W＝0，而两个过程的温度变化相同即气体内能的增量相同，由ΔU ＝W＋Q知，Q ab>Q ac，故C正确，D错误．4．(2013·开封模拟)如图所示，固定在地面上的水平气缸内由活塞B封闭着一定量的气体，气体分子之间的相互作用力可以忽略，假设气缸壁导热性能很好，环境的温度保持不变，若用外力F将活塞B缓慢地水平向右拉动，则在拉动活塞的过程中，下列关于气缸内气体的结论，正确的是( ) A．气体做等温膨胀，气体分子的平均速率不变，气体的压强不变B．气体做等温膨胀，气体分子单位时间内对气缸壁单位面积碰撞的次数将变少C．因为气体内能不变，所以气体从外界吸收的热量全部用来对外做功D．气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，因此此过程违背热力学第二定律答案：BC 解析：气体等温膨胀，平均动能不变，平均速率不变，体积增大，压强减小，单位时间对单位面积碰撞次数减少，A错误，B正确；气体对外做功，吸收的热量全部对外做功，此过程不违背热力学第二定律，C正确，D 错误．5．如图是分子间引力(或斥力)大小随分子间距离变化的图象，下列说法正确的是( )A．ab表示引力图线B．cd表示引力图线C．当分子间距离等于两曲线交点横坐标时，分子势能为零D．当分子间距离等于两曲线交点横坐标时，分子力为零E．当分子间距离小于两曲线交点横坐标时，分子力表现为斥力答案：ADE 解析：根据分子动理论，分子间相互作用的引力和斥力同时存在，都随分子间距离的增大而减小，但分子间斥力减小快，所以A正确、B错误；当分子间距离等于两曲线交点横坐标时，引力等于斥力，D正确；当分子间距离等于两曲线交点横坐标时，分子势能最小，但不一定为零，C错误；当分子间距离小于两曲线交点横坐标时，斥力大于引力，分子力表现为斥力，E 正确．6．(2013·保定调研)我国已开展空气中PM2.5浓度的监测工作．PM2.5是指空气中直径等于或小于2.5 μm的悬浮颗粒物，其飘浮在空中做无规则运动，很难自然沉降到地面，吸入后对人体形成危害，矿物燃料燃烧排放的烟尘是形成PM2.5的主要原因，下列关于PM2.5的说法中正确的是( ) A．PM2.5的尺寸与空气中氧分子尺寸的数量级相当B．PM2.5在空气中的运动属于分子热运动C．PM2.5的运动轨迹只是由大量空气分子对PM2.5无规则碰撞的不平衡决定的D．倡导低碳生活，减少煤和石油等燃料的使用能有效减小PM2.5在空气中的浓度E．PM2.5必然有内能答案：DE 解析：PM2.5的尺寸比空气中氧分子的尺寸大得多，A错误；PM2.5在空气中的运动不属于分子热运动，B错误；PM2.5的运动轨迹是由大量空气分子对PM2.5无规则碰撞的不平衡和气流的运动决定的，C错误；倡导低碳生活，减少煤和石油等燃料的使用能有效减小PM2.5在空气中的浓度，PM2.5必然有内能，D、E正确．7．关于分子动理论和热力学定律，下列说法正确的有( )A．两个分子相互靠近的过程中，分子力做正功B．热量一定不能从低温物体传给高温物体C．一定质量的气体，当体积和压强不变时，气体的内能一定不变D．单位面积上撞击器壁的气体分子数增加，气体压强一定增大E．物体温度升高时，物体的每个分子速率都会变大答案：C 解析：本题考查分子力、热传导、气体的内能、气体压强的微观解释以及温度的微观意义．两个分子靠近时，当分子间距离r>r0时，分子力做正功；当分子间距离r<r0时，分子力做负功，A错误；在热机的作用下，热量可以从低温物体传给高温物体，B错误；一定质量的气体，当体积和压强不变时，温度也不变，所以内能不变，C正确；单位面积上撞击器壁的气体分子数增加，如果分子速率较小，作用力不能增大，气体压强不会增大，D错误；物体温度升高时，物体的分子平均速率增大，但是每个分子的速率是不确定的，E 错误．故选C.8．如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示，F>0为斥力，F<0为引力．a、b、c、d为x轴上四个特定的位置．现把乙分子从a处由静止释放，若规定无穷远处分子势能为零，则下列说法正确的是( )A．乙分子在b处分子势能最小B．乙分子在b处动能最大C．乙分子在c处分子势能最小D．乙分子在c处动能最大E．乙分子从c到d分子力和分子势能随距离的减小都增加答案：CDE 解析：本题考查分子间的作用力、分子势能与分子间距离的关系．乙分子由a到c，分子力表现为引力，引力做正功，分子势能减小，分子动能增大；分子由c到d，分子力表现为斥力且斥力不断增大，斥力做负功，分子势能增大，分子动能减小，因此乙分子在c处分子势能最小，分子动能最大，A、B错误，C、D、E正确．9．[物理——选修3－3](1)如图甲所示是一晶体物质微粒在平面上的排列情况，图中三条等长线AB、AC、AD上物质微粒的数目不同，由此得出晶体具有________的性质．如图乙所示，液体表面层分子比较稀疏，分子间距离大于分子平衡距离r0，因此表面层分子间作用表现为________．甲乙(2)图中A、B气缸的长度和截面积均为30 cm和20 cm2，C是气缸内可无摩擦滑动、体积不计的活塞，D为阀门．整个装置均由导热材料制成．起初阀门关闭，A内有压强p A＝2.0×105Pa的氮气，B内有压强p B＝1.0×105Pa的氧气，阀门打开后，活塞C向右移动，最后达到平衡(假定氧气和氮气均为理想气体，环境温度不变，连接气缸的管道体积可忽略)．求：①活塞C移动的距离及平衡后B中气体的压强；②简要说明活塞C移动过程中A中气体是吸热还是放热．答案：(1)各向异性引力(2)①10 cm 1.5×105 Pa②吸热解析：(1)由于沿着不同方向微粒的数目和微粒间的距离不同，使得晶体具有各向异性；当分子间的距离等于分子间的平衡距离时，分子间的引力等于斥力，合力为零，当分子间的距离大于分子间的平衡距离时，引力和斥力都减小，但斥力减小得快，合力表现为引力．(2)①设活塞C向右移动x cm，由玻意耳定律得对A部分气体有p A LS＝p(L＋x)S对B部分气体有p B LS＝p(L－x)S代入相关数据解得x＝10 cm，p＝1.5×105 Pa.②由热力学第一定律可知，活塞C向右移动的过程中A中气体对外做功，而气体发生等温变化，内能不变，故A中气体从外界吸热．10．[物理——选修3－3](1)下列关于热学的说法正确的是( )A．气体对器壁的压强就是大量气体分子单位时间作用在器壁上的总压力B．分子间的引力和斥力，都随分子间距离的增大而减小，但斥力比引力变化快C．热机工作过程中，若没有摩擦，则它可以将吸收的热量全部转化为机械能D．一定质量的理想气体体积增大，内能一定减小E．一定质量的理想气体在等温变化过程中，若吸热，则一定对外做功(2)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.现通过电热丝缓慢加热气体，当气体吸收热量Q时，活塞上升，气体体积加倍，此时气体的温度为T1.已知大气压强为p0，重力加速度为g，不计活塞与气缸的摩擦．①求加热过程中气体的内能增加量；②现停止对气体加热，同时在活塞上缓慢添加砂粒，当添加砂粒的质量为m0时，活塞恰好回到原来的位置，求此时气体的温度．答案：(1)BE (2)①Q－(p0S＋mg)h②12⎝⎛⎭⎪⎫1＋m0gp0S＋mgT1解析：(1)气体压强是气体分子对器壁持续不断地撞击产生的，是大量气体分子作用在器壁单位面积上的压力，不是单位时间作用在器壁上的压力，A 错误；分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，但斥力变化快，B 正确；能量的传递具有方向性，不可能把热能完全转化为机械能而不引起其他变化，C 错误；一定质量的理想气体体积增大时，气体对外做功，因不知吸热还是放热，根据热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q 可知，无法判断内能的变化情况，D错误；理想气体等温变化过程中，气体的内能不变，若吸热，根据ΔU ＝W ＋Q ，可知气体一定对外做功，E 正确．(2)①取活塞为研究对象，由受力平衡得p ＝p 0＋mgS①气体对外做功W ＝pSh ②由热力学第一定律得ΔU ＝Q －W ③ 解得ΔU ＝Q －(p 0S ＋mg )h ④②设温度为T 1时的气体状态为初状态，此时体积为V 1、压强为p ＝p 0＋mgS活塞回到原位置时，气体状态为末状态，则压强为p 2＝p 0＋m 0＋m gS⑤体积为V 2＝V 12、温度为T 2由理想气体状态方程得pV 1T 1＝p 2V 2T 2⑥ 解得T 2＝12⎝⎛⎭⎪⎫1＋m 0g p 0S ＋mg T 1⑦ 11．[物理——选修3－3] (1)下列说法正确的是( )A ．分子间的距离增大时，分子间的引力增大而斥力减小B ．悬浮在液体中的固体微粒越小，布朗运动就越明显C ．单晶体和多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点D ．从单一热源吸收热量，使之完全变成功是不可能的E ．一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行(2)如图所示，开口向上导热性能良好、长度为l ＝75 cm 的粗细均匀的细玻璃管竖直放置．用长为h ＝45 cm 的水银柱封闭一定质量的空气(可视为理想气体)，此时管内水银面与玻璃管上端平齐．现保持环境温度T ＝300 K 不变，将玻璃管绕底端在竖直面内缓慢转动一周，在转动过程中没有漏气．已知大气压强为75 cmHg ，求：①玻璃管中剩余水银柱的长度；②在转动一周后对玻璃管进行缓慢加热，当管内水银面再次与玻璃管上端平齐时，管内气体的温度是多少？答案：(1)BCE (2)见解析解析：(1)本题考查热学知识的理解．当分子间的距离增大时，分子间的引力和斥力均减小，A 错误；根据热力学第二定律知，从单一热源吸收热量，使之完全变成功是可能的，D 错误．(2)本题考查理想气体状态方程的相关计算．①玻璃管开口向上时，空气柱的压强为p 1＝p 0＋ρgh ，玻璃管开口向下时，水银有一部分要流出，设剩余水银柱的长度为x ，此时空气压强为p 2＝p 0－ρgx由玻意耳定律得p 1(l －h )S ＝p 2(l －x )S 解得x ＝15 cm②玻璃管加热后，管内水银柱上端再次与玻璃管上端平齐时，空气柱的压强为p 3＝p 0＋ρgx设气体的温度是T ′，由查理定律得p 2T ＝p 3T ′解得T ′＝450 K。

两种微观模型 4 d3 1 3 (1)球体模型(适用于固体、液体)：一个分子的体积 V0＝ π2 ＝ πd ，d 为分子的 直径 。 3 6 (2)立方体模型(适用于气体)：一个分子占据的平均空间 V0＝d3，d 为分子间的 距离 。
热点考向· 突破提升
1 分子动理论、内能 一般以选择题形式考查，常涉及分子力、分子力做功 与分子势能变化，内能的影响因素，微观量的估算等 知识。
拓展提升 热力学第一定律的灵活应用 (1)应用热力学第一定律时，要注意各符号正负的规定，并要充分考虑改变内能的两个因素：做功和热 传递。不能认为物体吸热(或对物体做功)，物体的内能一定增加。 (2)若研究物体为气体，对气体做功的正负由气体的体积决定，气体体积增大，气体对外做功，W 为负 值；气体的体积减小，外界对气体做功，W 为正值。 (3)三种特殊情况 ①若过程是绝热的，则 Q＝0，W＝ΔU，外界对物体(物体对外界)做的功等于物体内能的增加量 (减少 量)。 ②若过程中不做功，即 W＝0，Q＝ΔU，物体吸收(放出)的热量等于物体内能的增加量(减少量)。 ③若过程的始、末状态物体的内能不变，即 ΔU＝0，则 W＋Q＝0 或 W＝－Q，外界对物体做的功等于 物体放出的热量(物体对外界做的功等于物体吸收的热量)。
2．[2015· 太原模拟](多选)根据分子动理论，下列说法正确的是( B．在一定条件下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素
)
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A．水和酒精混合后的体积小于原来体积之和，说明分子间存在引力 C．一个气体分子的体积等于气体的摩尔体积与阿伏加德罗常数之比 D．分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大 E．墨水中小炭粒在不停地做无规则运动，反映液体分子在做无规则运动