高考导练2017年高考物理一轮复习第十一章热学第1讲分

第十一章热学第1讲分子动理论内能考纲下载：1.分子动理论的基本观点和实验依据(Ⅰ) 2.阿伏加德罗常数(Ⅰ) 3．气体分子运动速率的统计分布(Ⅰ) 4.温度是分子平均动能的标志、内能(Ⅰ)主干知识·练中回扣——忆教材夯基提能1．分子动理论的基本观点和实验依据、阿伏加德罗常数(1)物体是由大量分子组成的①分子的大小a．分子的直径(视为球模型)：数量级为 10－10m；b．分子的质量：数量级为10－26kg。

②阿伏加德罗常数a．1 mol的任何物质都含有相同的粒子数。

通常可取N A＝6.02×1023mol－1；b．阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁。

(2)分子永不停息地做无规则运动①扩散现象a．定义：不同物质能够彼此进入对方的现象；b．实质：扩散现象并不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果，而是由分子的无规则运动产生的物质迁移现象，温度越高，扩散现象越明显。

②布朗运动a．定义：悬浮在液体中的小颗粒的永不停息地无规则运动；b．实质：布朗运动反映了液体分子的无规则运动；c．特点：颗粒越小，运动越明显；温度越高，运动越剧烈。

③热运动a．分子永不停息地做无规则运动叫做热运动；b．特点：分子的无规则运动和温度有关，温度越高，分子运动越激烈。

(3)分子间同时存在引力和斥力①物质分子间存在空隙，分子间的引力和斥力是同时存在的，实际表现出的分子力是引力和斥力的合力；②分子力随分子间距离变化的关系：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，但斥力比引力变化得快；③分子力与分子间距离的关系图线由分子间的作用力与分子间距离关系图线(如图所示)可知：a．当r＝r0时，F引＝F斥，分子力为零；b．当r>r0时，F引>F斥，分子力表现为引力；c．当r<r0时，F引<F斥，分子力表现为斥力；d．当分子间距离大于10r0(约为10－9m)时，分子力很弱，可以忽略不计。

第十一章 热学[选修 3－3]
[备考指南]
考点 内容 要求 考点
内容
要求
分子动理论 的基本观点 Ⅰ
固体的微观结构、 Ⅰ
晶体和非晶体
一、 和实验依据
二、固 液晶的微观结构 Ⅰ
分子
动理 阿伏加德罗 Ⅰ 体、液 液体的表面张力现 Ⅰ
论内 常数
体和气 象
能 气体分子运
体
气体实验定律
Ⅰ
动速率的统 Ⅰ 计分布
子间距等于小球的直径或立方体
图 11-1-1
的棱长，所以 d＝ 3 6πV(球体模型)或 d＝3 V(立方体模型)。
(2)气体分子不是一个一个紧密排列的，它们之间的距 离很大，所以气体分子的大小不等于分子所占有的平均空 间。如图 11-1-2 所示，此时每个分子占有的空间视为棱长 为 d 的立方体，所以 d＝3 V。
图 11-1-2
2．宏观量与微观量的转换桥梁 作为宏观量的摩尔质量 Mmol 、摩尔体积 Vmol 、密度 ρ 与作为微观量的分子直径 d、分子质量 m、每个分子的 体积 V0 都可通过阿伏加德罗常数联系起来。如下所示。
(1)一个分子的质量：m＝MNmAol。
(2)一个分子所占的体积：V0＝VNmAol(估算固体、液体分 子的体积或气体分子平均占有的空间)。
解析
3．(2015·海南高考)已知地球大气层的厚度 h 远小于地球半 径 R，空气平均摩尔质量为 M，阿伏加德罗常数为 NA， 地面大气压强为 p0，重力加速度大小为 g。由此可以估 算得，地球大气层空气分子总数为________，空气分子 之间的平均距离为________。
解析
要点二 布朗运动与分子热运动
单位和其 他物理量 的单位
实验十二 用油膜法估测分 子的大小

热学时间：60分钟 分值：100分一、单项选择题(每小题6分，共30分)1．液体的饱和汽压随温度的升高而增大( )A ．其变化规律遵循查理定律B ．是因为饱和汽的质量随温度的升高而增大C ．是因为饱和汽的体积随温度的升高而增大D ．是因为饱和汽密度和蒸汽分子的平均速率都随温度的升高而增大解析：当温度升高时，蒸汽分子的平均动能增大，导致饱和汽压增大；同时，液体中平均动能大的分子数增多，从液面飞出的分子数将增多，在体积不变时，将使饱和汽的密度增大，也会导致饱和汽压增大，故选D.答案：D 2.如图，一定量的理想气体从状态a 沿直线变化到状态b ，在此过程中，其压强( )A ．逐渐增大B ．逐渐减小C ．始终不变D ．先增大后减小解析：由图象可得，体积V 减小，温度T 增大，由公式pV T＝C 得压强p 一定增大．故答案选A.答案：A3．给一定质量的温度为0 ℃的水加热，在水的温度由0 ℃上升到4 ℃的过程中，水的体积随着温度的升高反而减小，我们称之为“反常膨胀”．某研究小组通过查阅资料知道：水分子之间存在着一种结合力，这种结合力可以形成多分子结构，在这种结构中，水分子之间也存在着相互作用的势能．在水反常膨胀的过程中，体积减小是由于水分子之间的结构发生了变化，但所有水分子间的总势能是增大的．关于这个问题，下列说法中正确的是( )A ．水分子的平均动能减小，吸收的热量一部分用于分子间的结合力做正功B ．水分子的平均动能减小，吸收的热量一部分用于克服分子间的结合力做功C ．水分子的平均动能增大，吸收的热量一部分用于分子间的结合力做正功D ．水分子的平均动能增大，吸收的热量一部分用于克服分子间的结合力做功解析：温度升高，水分子的平均动能增大，体积减小，分子间的结合力做负功，水分子间的总势能增大，选项D正确．答案：D4．地球上有很多的海水，它的总质量约为1.4×1018t，如果这些海水的温度降低0.1 ℃，将要放出5.8×1023 J的热量，有人曾设想利用海水放出的热量使它完全变成机械能来解决能源危机，但这种机器是不能制成的，其原因是( )A．内能不能转化成机械能B．内能转化成机械能不满足热力学第一定律C．只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能的机器不满足热力学第二定律D．上述三种原因都不正确解析：内能可以转化成机械能，如热机，A错误；内能转化成机械能的过程满足热力学第一定律， B错误；热力学第二定律告诉我们：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化，C正确，D错误．答案：C5．根据你所学热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是( )A．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功以转化成机械能B．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体C．尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机却可以使温度降到－293 ℃D．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以制造出来解析：机械能可以全部转化为内能，而内能在引起其他变化时也可以全部转化为机械能，A正确；凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，也能从低温物体传递给高温物体，但必须借助外界的帮助，B错误；尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机也不能使温度降到－293 ℃，只能无限接近－273 ℃，却永远不能达到，C错误；第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律，第二类永动机不可能制造出来，D错误．答案：A二、多项选择题(每小题8分，共24分)6．关于分子间作用力，下列说法中正确的是(r0为分子间的平衡位置)( )A．当分子间距离为r0时，它们之间既没有引力，也没有斥力B．分子间的平衡距离r0可以近似看成分子直径的大小，其数量级为10－10 mC．两个分子间的距离由较大逐渐减小到r＝r0的过程中，分子力先增大后减小，分子力表现为引力D．两个分子间的距离由极小逐渐增大到r＝r0的过程中，引力和斥力都同时减小，分子力表现为斥力解析：分子之间的引力和斥力是同时存在的，r＝r0时合力等于零，但引力和斥力仍存在，A错；r0可看成是分子直径的大小，数量级为10－10 m，B对；r>r0时分子力表现为引力，在无穷远处分子力趋于零，分子间距由较大逐渐减小到r＝r0的过程中，分子力先增大后减小，C对；r<r0时分子力表现为斥力，分子间距由极小增大到r＝r0的过程中，分子间的引力和斥力都同时减小，D对．答案：BCD7.右图为某同学设计的喷水装置，内部装有2 L水，上部密封1 atm的空气0.5 L，保持阀门关闭，再充入1 atm的空气0.1 L，设在所有过程中空气可看作理想气体，且温度不变，下列说法正确的有( )A．充气后，密封气体压强增加B．充气后，密封气体的分子平均动能增加C．打开阀门后，密封气体对外界做正功D．打开阀门后，不再充气也能把水喷光解析：由pV＝nRT知，当V、T不变时，n增加，p增大，故A对；物体的温度不变，分子的平均动能就不变，故B错；通过公式p1V1＋p2V2＝pV1计算出，密封气体压强变为1.2 atm，大于外界压强，故打开阀门后气体就会压水把水喷出，显然气体对外界做正功，体积变大，压强变小，当密封气体压强与装置内剩余水的压强之和与外界压强相等的时候，就不再喷水了，故C对，D错．答案：AC8.如图所示，固定在地面上的水平汽缸内由活塞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．假设汽缸壁的导热性能很好，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，关于此汽缸内气体的下列结论中，正确的是( )A ．气体做等温膨胀，分子的平均速率不变，气体的压强不变B ．气体做等温膨胀，气体分子单位时间对汽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能全用来对外做功D ．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律解析：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，气体做等温膨胀，分子的平均速率不变，气体的体积增大，压强减小，A 错误；气体压强减小，则可知气体分子单位时间内对汽缸单位面积碰撞的次数将减少，B 正确；因为气体内能不变，所以气体从外界吸收的热能全部用来对外做功，C 正确；气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，但是体积增大，引起了其他变化，所以此过程不违反热力学第二定律，D 错误．答案：BC三、非选择题(共46分)9．(6分)在“用油膜法估测分子的大小”实验中，用a mL 的纯油酸配制成b mL 的油酸酒精溶液，再用滴管取1 mL 油酸酒精溶液，让其自然滴出，共n 滴．现在让其中一滴落到盛水的浅盘内，待油膜充分展开后，测得油膜的面积为S cm 2，则：(1)估算油膜分子的直径大小是________cm.(2)用油膜法测出油酸分子的直径后，要测定阿伏加德罗常数，还需要知道油酸的________．A ．摩尔质量B ．摩尔体积C ．质量D ．体积 解析：(1)油酸酒精溶液的浓度为a b ，一滴油酸酒精溶液的体积为1nmL ，一滴油酸酒精溶液含纯油酸a bn mL ，则油酸分子的直径大小为d ＝a bSncm. (2)设一个油酸分子体积为V ，则V ＝43π(d 2)3，由N A ＝V mol V可知，要测定阿伏加德罗常数，还需知道油酸的摩尔体积．答案：(1)a bSn(2)B 10.(12分)如图所示，一根两端开口、横截面积为S ＝2 cm 2足够长的玻璃管竖直插入水银槽中并固定(插入水银槽中的部分足够深)．管中有一个质量不计的光滑活塞，活塞下封闭着长L ＝21 cm 的气柱，气体的温度为t 1＝7 ℃，外界大气压取p 0＝1.0×105 Pa(相当于75 cm 高的汞柱的压强)．(1)若在活塞上放一个质量为m ＝0.1 kg 的砝码，保持气体的温度t 1不变，则平衡后气柱为多长？(g ＝10 m/s 2)(2)若保持砝码的质量不变，对气体加热，使其温度升高到t 2＝77 ℃，此时气柱为多长？(3)若在(2)过程中，气体吸收的热量为10 J ，则气体的内能增加多少？解析：(1)被封闭气体的初状态为p 1＝p 0＝1.0×105 Pa V 1＝LS ＝42 cm 3，T 1＝280 K末状态压强p 2＝p 0＋mg S ＝1.05×105Pa V 2＝L 2S ，T 2＝T 1＝280 K根据玻意耳定律，有p 1V 1＝p 2V 2，即p 1L ＝p 2L 2得L 2＝p 1p 2L ＝20 cm.(2)对气体加热后，气体的压强不变，p 3＝p 2，V 3＝L 3S ， T 3＝350 K根据盖—吕萨克定律，有V 2T 2＝V 3T 3，即L 2T 2＝L 3T 3得L 3＝T 3T 2L 2＝25 cm.(3)气体对外做的功W ＝p 2Sh ＝p 2S (L 3－L 2)＝1.05 J根据热力学第一定律得ΔU ＝W ＋Q ＝－1.05 J ＋10 J ＝8.95 J即气体的内能增加8.95 J.答案：(1)20 cm (2)25 cm (3)8.95 J11．(13分)一种海浪发电机的气室如图所示．工作时，活塞随海浪上升或下降，改变气室中空气的压强，从而驱动进气阀门和出气阀门打开或关闭．气室先后经历吸入、压缩和排出空气的过程，推动出气口处的装置发电．气室中的空气可视为理想气体．(1)(多选)下列对理想气体的理解，正确的有________．A ．理想气体实际上并不存在，只是一种理想模型B ．只要气体压强不是很高就可视为理想气体C ．一定质量的某种理想气体的内能与温度、体积都有关D ．在任何温度、任何压强下，理想气体都遵循气体实验定律(2)压缩过程中，两个阀门均关闭．若此过程中，气室中的气体与外界无热量交换，内能增加了 3.4×104J ，则该气体的分子平均动能________(选填“增大”、“减小”或“不变”)，活塞对该气体所做的功________(选填“大于”、“小于”或“等于”)3.4×104 J.(3)上述过程中，气体刚被压缩时的温度为27 ℃，体积为0.224 m 3，压强为1个标准大气压．已知1 mol 气体在1个标准大气压、0 ℃时的体积为22.4 L ，阿伏加德罗常数N A ＝6.02×1023 mol －1.计算此时气室中气体的分子数．(计算结果保留一位有效数字)解析：(1)理想气体是一种理想化模型，忽略了气体分子之间的相互作用，实际上并不存在，A 对；只有当气体的温度不太低，压强不太高时，实际气体才可视为理想气体，B 错；一定质量的某种理想气体的内能只与温度有关，与体积无关，C 错；不论在何种温度和压强下，理想气体都遵循气体实验定律，D 对．(2)气体被压缩，外界对气体做功，内能增大，温度升高，气体分子的平均动能增大，由热力学第一定律ΔU ＝W ＝3.4×104 J.(3)设气体在标准状态时的体积为V 1，等压过程 V T ＝V 1T 1气体物质的量n ＝V 1V 0，且分子数N ＝nN A ，解得N ＝VT 1V 0TN A 代入数据得N ＝5×1024个(或N ＝6×1024个)．答案：(1)AD (2)增大 等于 (3)5×1024个(或6×1024个)12．(15分)(2013·江苏高考)如图所示，一定质量的理想气体从状态A 依次经过状态B 、C 和D 后再回到状态A .其中，A →B 和C →D 为等温过程，B →C 和D →A 为绝热过程(气体与外界无热量交换)．这就是著名的“卡诺循环”．(1)该循环过程中，下列说法正确的是________．A ．A →B 过程中，外界对气体做功B ．B →C 过程中，气体分子的平均动能增大C ．C →D 过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多D ．D →A 过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化(2)该循环过程中，内能减小的过程是________(选填“A →B ”“B →C ”“C →D ”或“D →A ”)．若气体在A →B 过程中吸收63 kJ 的热量，在C →D 过程中放出38 kJ 的热量，则气体完成一次循环对外做的功为________kJ.(3)若该循环过程中的气体为1 mol ，气体在A 状态时的体积为10 L ，在B 状态时压强为A 状态时的23.求气体在B 状态时单位体积内的分子数．(已知阿伏加德罗常数N A ＝6.0×1023 mol －1，计算结果保留一位有效数字)解析：(1)本题考查气体状态变化图象问题，意在考查考生根据图象分析问题的能力．A →B 过程中，气体体积变大，气体对外做功，A 项错误；B →C 为绝热过程，气体体积增大，气体对外界做功，内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，B 项错误；C →D 为等温过程，气体的温度不变，体积减小，压强增大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，C 项正确；D →A 过程中，气体的温度升高，因此气体分子的速率分布曲线的最大值向速率大的方向偏移，D 项错误．(2)该循环过程中，B →C 气体温度降低，内能减小．由于一个循环中气体的内能不变，B →C 、D →A 是绝热过程，没有热量交换，因此整个过程吸收的热量为63 kJ －38 kJ ＝25 kJ ，根据热力学第一定律可知，对外做的功为25 kJ.(3)本题考查玻意耳定律及分子数的求解，意在考查考生对玻意耳定律及分子数求法的掌握．A →B 为等温过程，由玻意耳定律，p A V A ＝p B V B单位体积内的分子数n ＝N A V B解得n ＝N A p B p A V A代入数据得n＝4×1025 m－3.答案：(1)C (2)B→C25 (3)4×1025 m－3。

分子动理论与统计观点1．做布朗运动实验，得到某个观测记录如图所示，图中记录的是( )A．分子无规则运动的情况B．某个微粒做布朗运动的轨迹C．某个微粒做布朗运动的速度—时间图线D．按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线答案：D解析：微粒在周围液体分子无规则地碰撞作用下，做布朗运动，轨迹是无规则的，实际操作中不易描绘出微粒的实际轨迹；而按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线的无规则，也能充分反映微粒布朗运动的无规则性，本实验记录描绘的正是某一粒子位置的连线，故选D项．2．(多选)(2015·江苏卷)对下列几种固体物质的认识，正确的有( )A．食盐熔化过程中，温度保持不变，说明食盐是晶体B．烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体C．天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列不规则D．石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质微粒排列结构不同答案：AD解析：晶体都具有固定的熔点，选项A正确；蜂蜡是非晶体，选项B错误；晶体的微粒在空间的排列是规则的，选项C错误；石墨和金刚石的物质微粒排列结构不同，导致了它们的物理性质不同，选项D正确．3．(多选)(2015·全国新课标Ⅱ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答案：ACD解析：温度越高，分子的热运动越剧烈，扩散进行得越快，选项A、C正确；扩散现象是一种物理现象，不是化学反应，选项B 错误；扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，选项D正确；液体中的扩散现象是由液体分子的无规则运动而产生的，选项E错误．4．(多选)(2015·山东卷)墨滴入水，扩而散之，徐徐混匀．关于该现象的分析正确的是( )A．混合均匀主要是由于碳粒受重力作用B．混合均匀的过程中，水分子和碳粒都做无规则运动C．使用碳粒更小的墨汁，混合均匀的过程进行得更迅速D．墨汁的扩散运动是由于碳粒和水分子发生化学反应引起的答案：BC解析：墨滴入水后碳粒的运动是布朗运动，是由于受水分子撞击不平衡引起的，是水分子无规则运动的反映，碳粒越小，布朗运动越明显，综上所述，选项A、D错误，选项B、C正确．5．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，下列四个图分别表示乙分子的速度、加速度、势能、动能与两分子间距离的关系，其中大致正确的是 ( )答案：B解析：根据牛顿第二定律可知，乙分子在C位置的分子力为零，分子的速率最大，A项错误；加速度与力的大小成正比，方向与力相同，故B项正确；乙分子从A处由静止释放，分子势能不可能增大到正值，故C项错误；分子动能不可能为负值，故D项错误．6．(多选)雾霾天气造成城市里大面积低能见度的情况．在早上或夜间相对湿度较大的时候，形成的是雾；在白天气温上升、湿度下降的时候，逐渐转化成霾．这种现象既有气象原因，也有污染排放原因.2013年1月9日以来，全国中东部地区陷入严重的雾霾和污染中，中央气象台将大雾蓝色预警升级至黄色预警，13日10时北京甚至发布了北京气象史上首个雾霾橙色预警．从东北到西北，从华北到中部导致黄淮、江南地区，都出现了大范围的重度和严重污染．下列有关说法中正确的是( )A．雾霾天气时，空气中的微粒做布朗运动B．雾霾天气时，空气中的微粒做机械运动C．一定质量0 ℃水的分子势能比0 ℃冰的分子势能小D．一定质量0 ℃水的分子势能比0 ℃冰的分子势能大答案：BD解析：布朗运动是悬浮在液体或气体中的固体小颗粒的无规则运动，雾霾中的微粒在空气流动下有规律地做机械运动，A 项错误，B 项正确；0 ℃的水放出热量凝结成0 ℃的冰，所以一定质量0 ℃水的分子势能比0 ℃冰的分子势能大，C 项错误，D 项正确．7．钻石是首饰和高强度钻头、刻刀等工具中的主要材料，设钻石的密度为ρ(单位为kg/m 3)，摩尔质量为M (单位为g /mol)，阿伏加德罗常数为N A .已知1克拉＝0.2克．则 ( )A ．a 克拉钻石所含有的分子数为0.2×10－3aN A MB ．a 克拉钻石所含有的分子数为aN A MC ．每个钻石分子直径的表达式为 36M ×10－3N A ρπ(单位为m) D ．每个钻石分子直径的表达式为6M N A ρπ(单位为m)答案：C解析：a 克拉钻石所含的分子数为0.2a MN A ，选项A 、B 错误；把分子看作球体模型，然后用国际单位，则M ×10－3ρ·N A ＝16πD 3，所以分子直径D ＝36M ×10－3N A ρπ，选项C 正确．8．教育部办公厅和卫生部办公厅联合发布了《关于进一步加强学校控烟工作的意见》．《意见》中要求，教师在学校的禁烟活动中应以身作则、带头戒烟，通过自身的戒烟，教育、带动学生自觉抵制烟草的诱惑．试估算一个高约2.8 m ，面积约10 m 2的两人办公室，若只有一人吸了一根烟．求：①估算被污染的空气分子间的平均距离；②另一不吸烟者呼吸一次大约吸人多少个被污染过的空气分子．(人正常呼吸一次吸人气体300 cm 3，一根烟大约吸10次)答案：①7×10－8 m ②8.7×1017个解析：①吸烟者吸一根烟吸入气体的总体积为10×300 cm 3含有空气分子数为n ＝10×300×10－622.4×10－3×6.02×1023＝8.1×1022(个) 办公室单位体积空间内含被污染的空气分子数为8.1×102210×2.8＝2.9×1021(个/m 3)每个污染分子所占体积为V ＝12.9×1021 m 3所以平均距离为L ＝3V ＝7×10－8 m .②被动吸烟者一次吸入被污染的空气分子数为2.9×1021×300×10－6＝8.7×1017(个)．。