高中物理分子动理论气体与热力学定律专题讲练.docx
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高中物理分子动理论气体与热力学定律专题讲练
《分子动理论气体与热力学定律》专题讲练
一、考纲要求
六.分子动理论、热和功、气体
内 容
要求
说明
42．物质是由大量分子组成的．阿伏伽德罗常数．分子的热运动.布朗运动.分子间的相互作用力
43．分子热运动的动能．温度是物体的热运动平均动能的标志．物体分子间的相互作用势能．物体的内能
44．做功和热传递是改变物体内能的两种方式．热量．能量守恒定律
45．热力学第一定律
46．热力学第二定律
47．永动机不可能
48．绝对零度不可达到
49．能源的开发和利用．能源的利用与环境保护
50．气体的状态和状态参量．热力学温度
51．气体的体积、温度、压强之间的关系
52．气体分子运动的特点
53．气体压强的微观意义
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全部是
Ⅰ级内容
热学部分在高考理综中仅仅以一道选择题的形式出现，分值：
６分。
知识要点是分子动理论、内能、热力学三定律及能量守恒定律和气体的性质。
二、典例分类评析
1、分子的两种模型及宏观量、微观量的计算
（1）分子的两种模型
①球体模型：
常用于固体、液体分子。
V=1/6πd3
②立方体模型：
常用于气体分子。
V=d3
（2）宏观量、微观量的计算
在此所指的微观量为:
分子体积
，分子的直径
，分子的质量
．宏观物理量为：
物质的体积
、摩尔体积
、物质的质量m、摩尔质量M、物质的密度
。
阿伏加德罗常数是联系微观物理量和宏观物理量的桥梁。
由宏观量去计算微观量，或由微观量去计算宏观量，都要通过阿伏加德罗常数建立联系．所以说阿伏加德罗常数是联系宏观量与微观量的桥梁．
①计算分子的质量：
②计算分子的体积：
，进而还可以估算分子的直径（线度）
，把分子看成小球，由
，得
（注意：
此式子对固体、液体成立）
③计算物质所含的分子数：
．
例1、下列可算出阿伏加德罗常数的一组数据是 （）
A．水的密度和水的摩尔质量
B．水的摩尔质量和水分子的体积
C．水分子的体积和水分子的质量
D．水分子的质量和水的摩尔质量
例2、只要知道下列哪一组物理量，就可以估算出气体中分子间的平均距离 （）
A.阿伏加德罗常数，气体摩尔质量和质量
B．阿伏加德罗常数，气体摩尔质量和密度
C．阿伏加德罗常数，气体质量和体积
D．该气体的密度、体积和摩尔质量
例3、某固体物质的摩尔质量为M，密度为
，阿伏加德罗常数为
，则每个分子的质量和单位体积内所含的分子数分别是 （）
A．
、
B．
、
C．
、
D．
、
例4、若以μ表示水的，υ表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积，ρ为表示在标准状态下水蒸气的密度，NA为阿伏加德罗常数，m、Δ分别表示每个水分子的质量和体积，下面是四个关系式中正确的是（）A．NA=υρB．ρ=μAΔC．m=μAD．Δ=υA
例5、已知地球半径约为6.4×106m，空气的摩尔质量约为29×10-3kg/mol,一个标准大气压约为1.0×105Pa.利用以上数据可估算出地球表面大气在标准状况下的体积为（）
A.4×1016m3B.4×1018m3
C.4×1030m3D.4×1022m3
2、分子热运动和布朗运动
（1）布朗运动
①布朗运动是指悬浮小颗粒的运动，布朗运动不是一个单一的分子的运动——单个分子是看不见的，悬浮小颗粒是千万个分子组成的粒子，形成布朗运动的原因是悬浮小颗粒受到周围液体、气体分子紊乱的碰撞和来自各个方向碰撞效果的不平衡，因此，布朗运动不是分子运动，但它间接证明了周围液体、气体分子在永不停息地做无规则运动，
②布朗运动与扩散现象是不同的现象．布朗运动是悬浮在液体中的微粒所做的无规则运动．其运动的激烈程度与微粒的大小和液体的温度有关．扩散现象是两种不同物质在接触时，没有受到外力影响。
而能彼此进到对方里去的现象．气、液、固体都有扩散现象，扩散快慢除和温度有关外，还和物体的密度差、溶液的浓度有关．物体的密度差（或浓度差）越大，温度越高，扩散进行的越快．
③布朗运动的激烈程度与微粒的大小和液体的温度有关。
颗粒越小，布朗运动越明显；温度越高，布朗运动越明显。
（2）分子热运动
物理上把分子的无规则运动叫热运动，因为分子的运动与温度有关，温度越高，分子运动的越剧烈。
例1、在显微镜下观察布朗运动时，布朗运动的激烈程度 （）
A.与悬浮颗粒大小有关，微粒越小，布朗运动越激烈
B．与悬浮颗粒中的分子大小有关，分子越小，布朗运动越激烈
C．与温度有关，温度越高布朗运动越激烈
D．与观察的时间长短有关，观察时间越长布朗运动越趋于平缓
例2、如图是观察记录做布朗运动的一个微粒的运动路线。
从微粒在A点开始记录，每隔30秒记录下微粒的一个位置，得到B、C、D、E、F、G等点，则微粒在75秒末时的位置（）
A．一定在CD连线的中点B．一定不在CD连线的中点
C．可能在CD连线上，但不一定在CD连线的中点
D．可能在CD连线以外的某点
例3、关于布朗运动的激烈程度，下列说法正确的是（）
A．固体微粒越小，布朗运动越显著
B．液体的温度越高，布朗运动越显著
C．与固体微粒相碰撞的液体分子数目越多，布朗运动越显著
D．与固体微粒相碰撞的液体分子数目越少，布朗运动越显著
例4、用显微镜观察液体中的布朗运动，实验记录如图所示，下列说法中正确的是（）
A、图中记录的是小颗粒分子做无规则运动的轨迹
B、图中记录的是小颗粒做布朗运动的轨迹
C、图中记录的是小颗粒运动的位置连线
D、实验中可以看到，微粒越小，布朗运动越不明显
E、实验中可以看到，温度越高，布朗运动越剧烈
3、分子之间的相互作用力和分子势能
（1）分子之间的作用力
①分子间引力和斥力的大小跟分子间距离的关系
②由于分子间同时存在引力和斥力，两种力的合力又叫做分子力。
分子间距离当r＜r0时，分子间引力和斥力都随距离减小而增大，但斥力增加得更快，因此分子间作用力表现为斥力。
当r＞r0时，引力和斥力都随距离的增大而减小，但是斥力减小的更快，因而分子间的作用力表现为引力，但它也随距离增大而迅速减小，当分子距离的数量级大于10-9m时，分子间的作用力变得十分微弱，可以忽略不计了。
（2）分子势能
①分子势能与分子之间间距的关系
②分子间距离以r0为数值基准，r不论减小或增大，分子势能都增大。
所以说，分子在平衡位置处是分子势能最低点。
如果分子间距离是无限远时，取分子势能为零值，分子间距离从无限远逐渐减少至r0以前过程，分子间的作用力表现为引力，而且距离减少，分子引力做正功，分子势能不断减小，其数值将比零还小为负值。
当分子间距离到达r0以后再减小，分子作用力表现为斥力，在分子间距离减小过程中，克服斥力做功，使分子势能增大。
其数值将从负值逐渐变大至零，甚至为正值。
分子势能随分子间距离r的变化情况可以在上图的图象中表现出来。
从图中看到分子间距离在r0处，分子势能最小。
例1、有甲、乙两个分子，甲分子固定不动，乙分子由无穷远处逐渐向甲靠近，直到不再靠近为止，在这整个过程中（）
A．分子力总对乙做正功
B．乙总是克服分子力做功
C．先是分子力对乙做正功，然后乙克服分子力做功
D．乙先克服分子力做功，然后分子力对乙做正功
例2、以下关于分子力的说法，正确的是（）
A.分子间既有引力作用又有斥力作用
B.温度和质量都相同的水和水蒸气具有相同的分子势能
C.当两分子间的距离大于平衡位置的间距r0时，分子间的距离越大，分子势能越小
D.气体分子的平均动能越大，其压强一定越大
例3、设物质分子间的距离为r0时，分子间的引力和斥力大小相等，则以下关于分子势能的说法中正确的是（）
A．分子间距越大，分子势能越大，分子间距越小，分子势能越小
B．分子间距越大，分子势能越小，分子间距越小，分子势能越大
C当分子距离为r0时，分子具有最大势能。
距离增大或减小，分子势能都变小
D当分子间距离为r0时，分子具有最小势能，距离增大或减小，分子势能都增大
O
例4、甲、乙两分子间作用力与距离的关系图象如图所示，现把甲分子固定在坐标原点
，乙分子从
轴上的
处由静止释放，则乙分子（）
A.从
到
一直加速
B.从
到
加速，从
到
减速
C.从
到
过程中，两分子间的分子势能一直减小
D.从
到
过程中，两分子间的分子势能先减小后增加
x
例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的曲线所示，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，则（）
A.乙分子从a到b做加速运动，由b到c做减速运动
B.乙分子从a到c做匀加速运动，到达c时速度最大
C.乙分子从a到b的过程中，两分子间的分子势能一直减小
D.乙分子到达c时，两分子间的分子势能最小为零
4、物体的内能、热力学第一定律
（1）物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。
一切物体都是由不停地做无规则热运动并且相互作用着的分子组成，因此任何物体都是有内能的。
（2）决定物体内能的因素：
从宏观上看，物体内能的大小由物体的摩尔数、温度和体积三个因素决定；从微观上看，物体内能的大小由组成物体的分子总数、分子的平均动能和分子势能三个因素决定．
（3）物体的内能改变的两种方式：
做功和热传递。
做功和热传递对改变物体的内能是等效的。
（4）分子的平均动能：
物体里所有分子的动能的平均值，叫做分子热运动的平均动能．
（5）温度的微观含义：
温度是物体分子热运动的平均动能的标志．温度越高，分子热运动的平均动能越大。
（6）在同一温度下，不同物质分子的平均动能都相同．但由于不同物质的分子质量不一定相同，所以分子热运动的平均速率也不一定相同．
（7）热力学第一定律表示的是功、热量跟内能之间的定量关系．表达式为：
W、Q、ΔU正负号确定．
①W：
外界对物体做功，W取正值；物体对外界做功，W取负值．
②Q：
物体吸热，Q取正值；物体放热．Q取负值．
③ΔU：
物体内能增加，ΔU取正值；物体内能减少，ΔU取负值．
（8）永动机不可能制成：
人们把设想中的不消耗任何能量却可以源源不断地对外做功的机器叫做永动机，能量守恒定律的发现使人们认识到：
任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有地制造能量，因此第一类永动机是不可能造成的．
例１.lg100℃的水与1g100℃的水蒸气相比较，下述说法中正确的是（）
A.分子的平均动能与分子的总动能都相同
B．分子的平均动能相同，分子的总动能不同
C．内能相同
D．1g100℃的水的内能小于1g100℃的水蒸气的内能
例2.关于温度的概念，下述说法中正确的是（）
A.温度是分子平均动能的标志，物体温度高，则分子的平均动能大
B．温度是分子平均动能的标志，温度升高，则物体的每一个分子的动能都增大
C．某物体当其内能增大时,则该物体的温度一定升高
D．甲物体的温度比乙物体高，则甲物体分子平均速率比乙物体分子平均速率大
例3.一定质量的0℃的水在凝结成0℃的冰的过程中，体积变大，它内能的变化是（）
A．分子平均动能增加．分子势能减少
B．分子平均动能减小．分子势能增加
C．分子平均动能不变．分子势能增加
D．分子平均动能不变．分子势能减少
例4．质量相同的氢气和氧气，温度相同，则（）
A．氧气的内能较大
B．氢气的内能较大
C．所有氢气分子和氧气分子的动能均相同
D．氢气分子的平均速率较大
例5.关于温度、热量、内能，以下说法正确的是（）
A.同一物体，温度高时，含有的热量多
B．物体的内能越大，含有的热量就越多，温度也越高
C.热量总是从内能大的物体传给内能小的物体
D．热量总是从温度高的物体传给温度低的物体
例6．如图中活塞将气缸分成甲、乙两气室，气缸、活塞（连同拉杆）是绝热的，且不漏气，以
、
分别表示两气室气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中（ ）
A．
不变，
减小
B．
增大，
不变
C．
增大，
减小
D．
不变，
不变
5、热力学第二定律、热力学第三定律
（1）热力学第二定律的两种表述
表述一（按照热传导的方向性来表述）：
不可能使热量由低温物体传到高温物体，而不引起其他变化。
表述二（按照机械能与内能转化过程的方向性来表述）：
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。
它也可以表述为：
第二类永动机是不可能制成的。
以上两种表述是等价的，即可以从一种表述导出另一种表述。
（2）热力学第二定律的实质
热力学第二定律揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
（3）热力学第三定律：
绝对零度不可能达到
（4）能量耗散:
流散的内能没办法从新收集起来加以应用的现象叫能量耗散．能量耗散从能的转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性。
例、关于第二类永动机，下列说法中正确的是（）
A．没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机
B．第二类永动机违反了能量守恒定律，所以不可能制成
C．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化为机械能
D．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化
6、气体
（1）气体的压强
①气体分子的速率分布情况：
呈现“两头少，中间多”的分布规律。
（如右图所示）
②气体压强产生的原因：
气体分子（在容器里）的数目是大量的，又因为气体分子的运动特点是快速频繁的，会频繁地碰撞器壁，这样就会对器壁产生持续、均匀的压力．在单位面积上的平均作用力也就是气体的压强。
③气体压强的大小：
从宏观角度来看，气体压强的大小跟两个因素有关：
一个是气体的温度，一个是气体的密度；从微观角度来看，气体压强的大小跟两个因素有关：
一个是气体分子的平均动能，一个是分子的密集程度。
④理想气体：
分子之间无相互作用力无分子势能的气体，内能仅仅有温度来决定。
（2）气体的压强体积温度间的关系
①等温变化：
对于一定质量的气体，在温度不变的情况下，体积减小时，压强增大；体积增大时，压强减小．
微观解释：
温度保持不变，气体的分子平均动能保持不变，气体的压强只与单位体积内的分子数有关，气体的质量一定，所以气体的总分子数一定．当体积减小时，单位体积中的分子数增大，分子密度增大，所以压强增大；当体积增大时，单位体积中的分子数减少，所以压强减小。
②等容变化：
对于一定质量的气体，在体积不变的情况下，温度越高时，压强越大；温度越低时，压强越小。
微观解释：
当气体的体积保持不变时，分子的疏密程度也不改变．当温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子的平均动能增大，撞击器壁时对器壁的作用力变大，所以气体的压强增大。
当温度降低时，分子的热运动变得缓慢，分子的平均动能减小，撞击器壁时对器壁的作用力变小，所以气体的压强变小．
③等压变化：
对于一定质量的气体，在压强不变的情况下，温度越高时，体积越大；温度越低时，体积越小。
微观解释：
一定质量的气体保持压强不变而发生状态变化，即决定气体压强的两个因素都要发生变化，但要保持压强不变，就必须使一个因素增大的同时另一个因素减小，且二者的乘积不变．如果温度升高，分子平均动能增大，此时气体体积增大，分子密度变小；反之当温度降低时，分子平均动能减小，此时气体体积减小，分子密度变大，以保证气体的压强不变．
例1、下列关于气体压强的说法中，正确的是（）
A．气体分子的平均速率增大，则气体的压强一定增大
B．气体分子的密度增大，则气体的压强一定增大
C．气体分子的平均动能增大，则气体的压强一定增大
D．气体分子的平均动能增大，气体的压强可能减小
例2、对一定质量的气体，下列四种状态变化中，哪些是可能实现的（）
A.增大压强时，温度降低，体积增大
B.升高温度时，压强增大，体积减小
C.降低温度时，压强增大，体积不变
D.降低温度时，压强减小，体积增大
例3.对一定质量的气体，下列说法正确的是（）
A.压强增大，体积增大，分子的平均动能一定增大
B.压强减小，体积减小，分子的平均动能一定增大
C.压强减小，体积增大，分子的平均动能一定增大
D.压强增大，体积减小，分子的平均动能一定增大
例4.如图所示,固定容器及可动活塞P都是绝热的,中间有一导热的固定隔板B,B的两边分别盛有气体甲和乙.现将活塞P缓慢地向B移动一段距离,已知气体的温度随其内能的增加而升高,则在移
动P的过程中（）
A.外力对乙做功,甲的内能不变
B.外力对乙做功,乙的内能不变
C.乙传递热量给甲,乙的内能增加
D.乙的内能增加,甲的内能不变
例5、一定量的理想气体，处在某一初始状态。
现在要使它的温度经过状态变化后回到初始状态的温度，用下列哪些过程可能实现？
（）
A、先保持压强不变而使它的体积膨胀，接着保持体积不变而减小压强
B、先保持压强不变而使它的体积减小，接着保持体积不变而减小压强
C、先保持体积不变而增大压强，接着保持压强不变而使它的体积膨胀
D、先保持体积不变而减小压强，接着保持压强不变而使它的体积膨胀
例6、一定质量的气体处于平衡状态I,现设法使其温度降低而压强升高,达到平衡状态II.则
A.状态I时气体的密度比状态II时的大
B.状态I时分子的平均动能比状态II时的大
C.状态I时分子间的平均距离比状态II时的大
D.状态I时每个分子的动能都比状态II时的分子平均动能大
例7、如图所示，质量为m的活塞将一定质量的气体封闭在气缸内，活塞与气缸之间无磨擦，a态是气缸放在冰水混合物中气体达到的平衡状态，b态是气缸从容器中移出后，在室温（27℃）中达到的平衡状态，气体从a态变化到b态的过程中大气压强保持不变。
若忽略气体分子之间的热能，下列说法中正确的是（）
A.与b态相比，a态的气体分子在单位时间内撞击活塞的个数较多
B.与a态相比，b态的气体分子在单位时间内对活塞的冲量较在
C.在相同时间内，a,b两态的气体分子对活塞的冲量相等
D.从a态到b态，气体的内能增加，外界对气体做功，气体向外界释放了热量
例8、用隔板将一绝热容器隔成A和B两部分，A中盛有一定质量的理想气体，B为真空（如
图①）。
现把隔板抽去，A中的气体自动充满整个容器（如图②），这个过程称为气体
的自由膨胀。
下列说法正确的是（）
A．自由膨胀过程中，气体不对外做功
B．自由膨胀前后，气体的压强不变
C．自由膨胀前后，气体的温度不变
D．容器中的气体在足够长的时间内，能全部自动回到A部分
《分子动理论气体与热力学定律》专题演练
1．阿伏加德罗常量是Nmol-1，铜的摩尔质量是Mkg·mol-1，铜的密度是ρkg·m-3，则下述说法中错误的是：
（）
A.1m3铜所含的原于数目是
B.1kg铜所含原子数目是ρN
C.1个铜原子的质量是
D.1个铜原于占有体积是
２.在用油膜法估测分子大小的实验中，已知纯油酸的摩尔质量为M，密度为ρ，一滴油酸溶液中含纯油酸的质量为m，一滴油酸溶液滴在水面上扩散后形成的纯油酸油膜最大面积为S，阿伏加德罗常数为NA.以上各量均采用国际单位制，对于油酸分子的直径和分子数量有如下判断：
①油酸分子直径
②油酸分子直径
③一滴油酸溶液中所含油酸分子数
④一滴油酸溶液中所含油酸分子数
以上判断正确的是 （ ）
A．①和③ B．①和④ C．②和④ D．②和③
３．利用油膜法可粗略地测定分子的大小和阿伏加德罗常数．若已知n滴油的总体积为V，一滴油形成的油膜面积为S，这种油的摩尔质量为μ、密度为ρ，则每个油分子的直径d和阿伏加德罗常数NA分别为 （ ）
A.d= B.d= C.A= D.NA=
４．用原子级显微镜观察高真空度的空间，结果发现有一对分子甲和乙环绕一个共同“中心”旋转，从而形成一个“双分子”体系，观测中同时发现此“中心”离甲分子较近，那么在上述“双分子”体系中（ ）
A.甲、乙两分子间一定只存在分子引力，不可能存在分子斥力
B.甲分子的质量一定大于乙分子的质量
C.甲分子旋转的周期一定小于乙分子旋转的周期
D.甲分子的动量大小和乙分子的动量大小一定相等
x
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的曲线所示，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，则 （ ）
A.乙分子从a到b做加速运动，由b到c做减速运动
B.乙分子从a到c做匀加速运动，到达c时速度最大
C.乙分子从a到b的过程中，两分子间的分子势能一直减小
D.乙分子到达c时，两分子间的分子势能最小为零
６.以下关于分子力的说法，正确的是 （ ）
A.分子间既有引力作用又有斥力作用
B.温度和质量都相同的水和水蒸气具有相同的分子势能
C.当两分子间的距离大于平衡位置的间距r0时，分子间的距离越大，分子势能越小
D.气体分子的平均动能越大，其压强一定越大
７．下列说法正确的是：
（ ）
A．布朗运动的无规则性反映了液体分子运动的无规则性
B．盛有恒温气体的密闭容器作减速运动时，容器中气体的压强随之减小
C．物体的温度为0℃时，物体的分子平均动能为零
D．热量从低温物体传给高温物体是不可能的
８．下列说法中正确的是 （ ）
A.对于理想热机，若无摩擦、漏气等能量损失，就能使热机效率达到100％
B.热量不能从低温物体传到高温物体
C.一切物理过程都具有方向性
D.由热力学定律可推断出某个物理过程是否能自发进行
９.下列说法正确的是 （ ）
A．一定质量的气体被压缩时，气体压强一定增大
B．一定质量的气体吸热后，温度就会升高
C．满足能量守恒的物理过程不一定都能自发进行
D．在失重情况下，密闭容器内的气体对器壁没有压强
１０.下列说法中正确的有 （ ）
A．第二类永动机和第一类永动机一样，都违背了能量守恒定律
B．热机的效率从原理上讲可达100%
C．因为能量守恒，所以“能源危机”是不可能的
D．自然界中的能量尽管是守恒的，但有的能量便于利用，有的不便于利用，故要节约能源
１１.根据热力学定律和分子动理论，下列说法正确的是 （ ）
A．布朗运动是液体分子的运动，它说明了分子在永不停息地做无规则运动
B．密封在容积不变的容器内的气体，若温度升高，则气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大
C．第二类永动机违反了能量守恒定律，所以不可能制成
D．根据热力学第二定律可知，热量能够从高温物体传到低温物体，但不可能从低温物体传到高温物体
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