第十四章 热学.docx
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第十四章热学
分子动理论
考向
扫描
1
考查分子间的相互作用力的特点
2
考查布朗运动
3
考查阿伏加德罗常数的应用
备考
点拨
1.考题往往结合物理实例,物质的各物态微观特点考查分子的动理论规律
2.近年考题还结合各种图形、图象,分子模型来考查对分子间各种性质、作用、规律的理解,复习中要熟记各条规律并与实例相结合理解
1.(2012年全国大纲卷,14,6分)下列关于布朗运动的说法,正确的是( )
A.布朗运动是液体分子的无规则运动
B.液体温度越高,悬浮粒子越小,布朗运动越剧烈
C.布朗运动是由于液体各部分的温度不同而引起的
D.布朗运动是由液体分子从各个方向对悬浮粒子撞击作用的不平衡引起的
解析:
①布朗运动是悬浮在液体或者气体中的固体小颗粒的无规则运动,可见A错误;②布朗运动是由于悬浮颗粒受到液体或者气体分子来自各个方向上的不平衡性造成的,因此C错误,D正确;③温度越高,分子的无规则运动就越剧烈,悬浮粒子越小,这种碰撞的不平衡性就越明显,所以B正确.
答案:
BD.
2.(2012年广东理综,13,4分)清晨,草叶上的露珠是由空气中的水汽凝结成的水珠,这一物理过程中,水分子间的( )
A.引力消失,斥力增大
B.斥力消失,引力增大
C.引力、斥力都减小
D.引力、斥力都增大
解析:
水汽凝结成水珠过程中,分子间距离变小,引力、斥力都增大,A、B、C错误,D正确.
答案:
D.
3.(2012年四川理综,14,6分)物体由大量分子组成,下列说法正确的是( )
A.分子热运动越剧烈,物体内每个分子的动能越大
B.分子间引力总是随着分子间的距离减小而减小
C.物体的内能跟物体的温度和体积有关
D.只有外界对物体做功才能增加物体的内能
解析:
物体是由大量分子组成的,分子都在做永不停息的,无规则的热运动.温度越高,分子热运动越剧烈,分子平均动能越大,但不是每个分子的动能都越大,故A选项错误;分子间同时存在引力和斥力,且都随分子间距离增大而减小,斥力减小得快一些,故B选项错误;物体的内能等于物体内所有分子的动能和势能之和,温度是分子平均动能的标志,分子势能与分子间距离有关,宏观上与物体体积有关,故C选项正确;改变物体内能有两种方式:
做功和热传递,故D选项错误.
答案:
C.
4.(2012年山东理综,36
(1),4分,节选)以下说法正确的是 .
a.水的饱和汽压随温度的升高而增大
b.扩散现象表明分子在永不停息地运动
c.当分子间距离增大时,分子间引力增大,分子间斥力减小
d.一定质量的理想气体,在等压膨胀过程中,气体分子的平均动能减小
解析:
水的饱和汽压随温度的升高而增大,a正确;扩散现象是由于分子的无规则运动形成的,b正确;当分子间距离增大时分子间引力和斥力都减小,只是斥力变化的更快一些,c错误;由盖—吕萨克定律
=
可知,一定质量的理想气体在等压膨胀时温度升高,则分子平均动能增加,d错误.
答案:
ab
5.(2011年四川理综,14,6分)气体能够充满密闭容器,说明气体分子除相互碰撞的短暂时间外( )
A.气体分子可以做布朗运动
B.气体分子的动能都一样大
C.相互作用力十分微弱,气体分子可以自由运动
D.相互作用力十分微弱,气体分子间的距离都一样大
解析:
①布朗运动是固体颗粒的运动,不是分子的运动,但可以反映分子的运动,所以A错误;②气体分子间距较大,相互作用力微弱,分子速率分布遵循“中间多,两头少”的统计规律,所以C正确,B、D错误.
答案:
C.
6.(2011年广东理综,13,4分)如图所示,两个接触面平滑的铅柱压紧后悬挂起来,下面的铅柱不脱落,主要原因是( )
A.铅分子做无规则热运动
B.铅柱受到大气压力作用
C.铅柱间存在万有引力作用
D.铅柱间存在分子引力作用
解析:
铅柱不脱落的原因主要是铅柱间存在分子引力作用,D正确,A、B、C错误.
答案:
D.
7.(2010年福建理综,28
(1),3分)1859年麦克斯韦从理论上推导出了气体分子速率的分布规律,后来有许多实验验证了这一规律.若以横坐标v表示分子速率,纵坐标f(v)表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比.下面四幅图中能正确表示某一温度下气体分子速率分布规律的是 .(填选项前的字母)
解析:
分子的速率分布遵循“中间多两头少”的统计规律,即分子平均速率附近的分子最多,与平均速率差距越大的分子越少,速率为0的分子几乎不存在,所以选项D正确.
答案:
D.
8.(2010年上海物理卷,14,3分)分子间的相互作用力由引力与斥力共同产生,并随着分子间距的变化而变化,则( )
A.分子间引力随分子间距的增大而增大
B.分子间斥力随分子间距的减小而增大
C.分子间相互作用力随分子间距的增大而增大
D.分子间相互作用力随分子间距的减小而增大
解析:
①分子间引力或斥力都随分子间距的增大而减小,或随分子间距的减小而增大,故A错误,B正确;②如图,从r→0开始,随着r增大,分子间相互作用力先减小、后增大、再减小,故C错误;③从r→+∞开始,随着r减小,分子间相互作用力先增大,后减小,再增大,故D错误.
答案:
B.
考查分子间的作用力是高考考查的热点之一,对此需明确以下三点:
(1)分子间同时存在引力和斥力,且随分子间距离的增大,两者都要减小,只是分子斥力减小的快;
(2)F
r图象的正、负表示分子力合力为斥力还是引力,并不表示大小;(3)r0处分子力合力为零.
9.(2011年大纲全国卷,22,6分)在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中,有下列实验步骤:
①往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水,待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上.
②用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上,待薄膜形状稳定.
③将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上,计算出油膜的面积,根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小.
④用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,记下量筒内每增加一定体积时的滴数,由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积.
⑤将玻璃板放在浅盘上,然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上.
完成下列填空:
(1)上述步骤中,正确的顺序是 .(填写步骤前面的数字)
(2)将1cm3的油酸溶于酒精,制成300cm3的油酸酒精溶液:
测得1cm3的油酸酒精溶液有50滴.现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上,测得所形成的油膜的面积是0.13m2.由此估算出油酸分子的直径为 m.(结果保留1位有效数字)
解析:
(1)用油膜法估测分子大小,应先配制溶液,测出一滴溶液中纯油酸的体积,然后向小盘中倒水,撒痱子粉,进行实验,最后画图,数小格进行计算,所以顺序为④①②⑤③
(2)油酸浓度n=
1滴溶液的体积V=
×10-6m3
1滴溶液中纯油酸的体积V0=V·n,分子直径d=
由以上四式得:
d=5×10-10m.
答案:
(1)④①②⑤③
(2)5×10-10
10.(2011年江苏卷,12A-(3),4分)某同学在进行“用油膜法估测分子的大小”的实验前,查阅数据手册得知:
油酸的摩尔质量M=0.283kg·mol-1,密度ρ=0.895×103kg·m-3.若100滴油酸的体积为1mL,则1滴油酸所能形成的单分子油膜的面积约是多少?
(取NA=6.02×1023mol-1,球的体积V与直径D的关系为V=
πD3,结果保留一位有效数字)
解析:
一个油酸分子的体积V=
①
又V=
πD3②
由①②两式得:
分子直径D=
最大面积:
S=
=1×10-8m3×
=1×101m2
答案:
1×101m2
气体实验定律 理想气体
考向
扫描
1
考查气体压强的微观解释
2
考查气体实验定律的应用
备考
点拨
1.考题往往结合“导热材料”、“恒温水槽”、“水银柱”、“连通器”、“有质量的活塞”等考查对密闭气体的温度、压强的确定,从而选用气体实验定理解决问题
2.近年高考还结合现实生活模型命题,从生活材料中提炼出物理模型,进而确定三个状态参量是解决这类问题的关键
1.(2012年广东理综,14,4分)景颇族的祖先发明的点火器如图所示,用牛角做套筒,木制推杆前端粘着艾绒.猛推推杆,艾绒即可点燃,对筒内封闭的气体,在此压缩过程中( )
A.气体温度升高,压强不变
B.气体温度升高,压强变大
C.气体对外界做正功,气体内能增加
D.外界对气体做正功,气体内能减少
解析:
①猛推推杆,压缩气体,未来得及发生热传递,由热力学第一定律W+Q=ΔU得套筒内气体的内能增加,而一定质量的筒内气体可视为理想气体,其内能仅与温度有关,内能增加,则温度T上升,由
=C可推得压强p增大,A错误,B正确;②气体体积减小,外界对气体做正功,气体内能增加,C、D错误.
答案:
B.
(1)要注意关键字眼和隐含条件,“猛推”表明体积减小,同时热传递尚未发生,“筒内气体”可视为理想气体.
(2)要找到W+Q=ΔU和
=C的结合点,综合考虑.
2.(2012年重庆理综,16,6分)如图为伽利略设计的一种测温装置示意图,玻璃管的上端与导热良好的玻璃泡连通,下端插入水中,玻璃泡中封闭有一定量的空气,若玻璃管内水柱上升,则外界大气的变化可能是( )
A.温度降低,压强增大
B.温度升高,压强不变
C.温度升高,压强减小
D.温度不变,压强减小
解析:
对玻璃泡中的空气,较低温度时,空气收缩、液面上升,而外界大气温度降低,但大气压强不确定,故A选项正确.
答案:
A.
3.(2012年福建理综,28
(2),6分,节选)空气压缩机的储气罐中储有1.0atm的空气6.0L,现再充入1.0atm的空气9.0L.设充气过程为等温过程,空气可看作理想气体,则充气后储气罐中气体压强为 .(填选项前的字母)
A.2.5atmB.2.0atm
C.1.5atmD.1.0atm
解析:
本题考查气体实验定律及其应用.由pV=nRT知,p1V1+p2V2=pV1①,
p=
=
atm=2.5atm,故A正确,B、C、D错误.
答案:
A.
4.(2010年广东理综,15,4分)如图所示,某种自动洗衣机进水时,与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气,通过压力传感器感知管中的空气压力,从而控制进水量.设温度不变,洗衣缸内水位升高,则细管中被封闭的空气( )
A.体积不变,压强变小B.体积变小,压强变大
C.体积不变,压强变大D.体积变小,压强变小
解析:
洗衣缸内水位升高,则被封闭的空气的压强增加,由玻意耳定律可知空气的体积变小,故B项正确.
答案:
B.
本题是以现实生活模型为素材考查玻意耳定律的应用,从材料中提炼出物理模型是分析该类问题的关键.
5.(2012年全国新课标卷,33
(2),9分,节选)
如图,由U形管和细管连接的玻璃泡A、B和C浸泡在温度均为0℃的水槽中,B的容积是A的3倍.阀门S将A和B两部分隔开.A内为真空,B和C内都充有气体.U形管内左边水银柱比右边的低60mm.打开阀门S,整个系统稳定后,U形管内左右水银柱高度相等.假设U形管和细管中的气体体积远小于玻璃泡的容积.
(ⅰ)求玻璃泡C中气体的压强(以mmHg为单位);
(ⅱ)将右侧水槽的水从0℃加热到一定温度时,U形管内左右水银柱高度差又为60mm,求加热后右侧水槽的水温.
解析:
(ⅰ)在打开阀门S前,两水槽水温均为T0=273K.设玻璃泡B中气体的压强为p1,体积为VB,玻璃泡C中气体的压强为pC,依题意有p1=pC+Δp①
式中Δp=60mmHg.打开阀门S后,两水槽水温仍为T0,设玻璃泡B中气体的压强为pB.
依题意,有pB=pC②
玻璃泡A和B中气体的体积为V2=VA+VB③
根据玻意耳定律得p1VB=pBV2④
联立①②③④式,并代入题给数据得pC=
Δp=180mmHg.⑤
(ⅱ)当右侧水槽的水温加热至T'时,U形管左右水银柱高度差为Δp.玻璃泡C中气体的压强为pC'=pB+Δp⑥
玻璃泡C的气体体积不变,根据查理定理得
=
⑦
联立②⑤⑥⑦式,并代入题给数据得
T'=364K.⑧
答案:
见解析
6.(2011年海南卷,17
(2),8分)如图,容积为V1的容器内充有压缩空气.容器与水银压强计相连,压强计左右两管下部由软胶管相连.气阀关闭时,两管中水银面等高,左管中水银面上方到气阀之间空气的体积为V2.打开气阀,左管中水银面下降;缓慢地向上提右管,使左管中水银面回到原来高度,此时右管与左管中水银面的高度差为h.已知水银的密度为ρ,大气压强为p0,重力加速度为g;空气可视为理想气体,其温度不变.求气阀打开前容器中压缩空气的压强p1.
解析:
两部分气体合成一部分,质量不变,温度不变.
由玻意耳定律得:
p1V1+V2p0=(V1+V2)(p0+ρgh)
解得:
p1=p0+(1+
)ρgh.
答案:
p0+(1+
)ρgh
7.(2011年新课标全国理综,33
(2),9分)如图所示,一上端开口、下端封闭的细长玻璃管,下部有长l1=66cm的水银柱,中间封有长l2=6.6cm的空气柱,上部有长l3=44cm的水银柱,此时水银面恰好与管口平齐.已知大气压强为p0=76cmHg.如果使玻璃管绕底端在竖直平面内缓慢地转动一周,求在开口向下和转回到原来位置时管中空气柱的长度.封入的气体可视为理想气体,在转动过程中没有发生漏气.
解析:
玻璃管开口向上时,空气柱的压强为p1=p0+l3①
玻璃管开口向下时,原来上部的水银有一部分流出,封闭端有部分真空,设此时开口端剩下的水银柱长度为l3',则气体压强p2=p0-l3'=l1②
对空气柱,设其长度为l2',由玻意耳定律,得:
p1·l2·S=p2·l2'·S③
联立①②③解得:
l2'=12cm l3'=10cm
玻璃管转动一周后,设空气柱长度为l2″,由玻意耳定律
p1·l2·S=p3·l2″·S④
其中p3=p0+l3'⑤
联立①④⑤,解得:
l2″≈9.2cm.
答案:
12cm 9.2cm
8.(2011年山东理综,36
(2),6分)
气体温度计结构如图所示.玻璃测温泡A内充有理想气体,通过细玻璃管B和水银压强计相连.开始时A处于冰水混合物中,左管C中水银面在O点处,右管D中水银面高出O点h1=14cm.后将A放入待测恒温槽中,上下移动D,使C中水银面仍在O点处,测得D中水银面高出O点h2=44cm.(已知外界大气压为1个标准大气压,1标准大气压相当于76cmHg)
①求恒温槽的温度.
②此过程A内气体内能 (填“增大”或“减小”),气体不对外做功,气体将 (填“吸热”或“放热”).
解析:
①设恒温槽的温度为T2,由题意T1=273K
A内气体发生等容变化,据查理定律得
=
①
p1=p0+ph1②
p2=p0+ph2③
联立①②③式,代入数据得T2=364K(或t2=91℃)
此过程中A内气体温度升高,内能增大,据热力学第一定律,气体不对外做功,气体将吸热.
答案:
①364K(或91℃) ②增大 吸热
气体实验定律和热力学第一定律是高考的热点,用气体实验定律,要弄清分析的是哪一部分气体,解决热力学第一定律问题时,从温度和体积入手.
9.(2010年课标全国理综,39
(2),10分)如图所示,一开口气缸内盛有密度为ρ的某种液体;一长为l的粗细均匀的小瓶底朝上漂浮在液体中,平衡时小瓶露出液面的部分和进入小瓶中液柱的长度均为l/4.现用活塞将气缸封闭(图中未画出),使活塞缓慢向下运动,各部分气体的温度均保持不变.当小瓶的底部恰好与液面相平时,进入小瓶中的液柱长度为l/2,求此时气缸内气体的压强.大气压强为p0,重力加速度为g.
解析:
设当小瓶内气体的长度为
l时,压强为p1;当小瓶的底部恰好与液面相平时,瓶内气体的压强为p2,气缸内气体的压强为p3.
依题意p1=p0+
ρgl①
由玻意耳定律p1
S=p2(l-
l)S②
式中S为小瓶的横截面积.
联立①②两式,得p2=
(p0+
ρgl)③
又有p2=p3+
ρgl④
联立③④式,得p3=
p0+
.
答案:
p0+
内能 热力学定律
考向
扫描
1
结合气体实验定律考查热力学第一定律的应用
2
考查分子势能Ep与两分子间距离r的关系
3
考查能量守恒定律
备考
点拨
1.考题往往结合“绝热过程”、“做功的正负”、“热传递的正负”考查对热力学第一定律的理解
2.近年高考还结合“气体体积变化”考查做功情况,结合“气体温度变化”考查内能变化情况.熟记内能概念,准确分析做功情况,吸、放热情况是灵活运用热力学第一定律的关键
1.(2012年全国新课标卷,33
(1),6分,节选)关于热力学定律,下列说法正确的是 (填入正确选项前的字母,选对1个给3分,选对2个给4分,选对3个给6分;每选错1个扣3分,最低得分为0分).
A.为了增加物体的内能,必须对物体做功或向它传递热量
B.对某物体做功,必定会使该物体的内能增加
C.可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功
D.不可能使热量从低温物体传向高温物体
E.功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程
解析:
增加物体的内能,可以对物体做功或向它传递热量,也可以既对物体做功又对物体传递热量,A正确;对某物体做功时,物体可能吸热或放热,不一定会使该物体的内能增加,B错误;不可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功,而不产生其他影响,但产生其他影响时,就可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功,C正确;热量不能自发的从低温物体传向高温物体,而在产生其他影响时就可以使热量从低温物体传向高温物体,例如冰箱,D错误;功可以全部变成热,而热不能全部变成功,所以功转变为热的实际宏观过程是不可逆的,E正确.
答案:
ACE.
2.(2012年福建理综,28
(1),6分,节选)关于热力学定律和分子动理论,下列说法正确的是 .(填选项前的字母)
A.一定量气体吸收热量,其内能一定增大
B.不可能使热量由低温物体传递到高温物体
C.若两分子间距离增大,分子势能一定增大
D.若两分子间距离减小,分子间引力和斥力都增大
解析:
①根据热力学第一定律,W+Q=ΔU,内能增加要取决于做功和热传递两方面,吸收热量,气体的内能不一定增大,A错误;②根据热力学第二定律,热量可以从低温物体传递到高温物体,但会产生其他影响,B错误;③若分子间距r
答案:
D.
3.(2011年广东理综,14,4分)图为某种椅子与其升降部分的结构示意图,M、N两筒间密闭了一定质量的气体,M可沿N的内壁上下滑动,设筒内气体不与外界发生热交换,在M向下滑动的过程中( )
A.外界对气体做功,气体内能增大
B.外界对气体做功,气体内能减小
C.气体对外界做功,气体内能增大
D.气体对外界做功,气体内能减小
解析:
M向下运动,气体体积减小,外界对气体做功;又没有热交换,由热力学第一定律可知:
气体的内能增大,A正确,B、C、D错误.
答案:
A.
4.(2011年重庆理综,15,6分)某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置,它主要由汽缸和活塞组成.开箱时,密闭于汽缸内的压缩气体膨胀,将箱盖顶起,如图所示.在此过程中,若缸内气体与外界无热交换,忽略气体分子间相互作用,则缸内气体( )
A.对外做正功,分子的平均动能减小
B.对外做正功,内能增大
C.对外做负功,分子的平均动能增大
D.对外做负功,内能减小
解析:
①开箱时汽缸内气体膨胀,对外做功,气体与外界无热交换即Q=0,由热力学第一定律ΔU=W+Q.知ΔU<0,内能减小;②气体分子间不计相互作用,无分子势能,所以气体温度降低,平均动能减小,故答案为A.
答案:
A.
5.(2011年大纲全国理综卷,14,6分)关于一定量的气体,下列叙述正确的是( )
A.气体吸收的热量可以完全转化为功
B.气体体积增大时,其内能一定减少
C.气体从外界吸收热量,其内能一定增加
D.外界对气体做功,气体内能可能减少
解析:
①据热力学第二定律,气体在一定条件下可将吸收的热量完全转化为功,所以A正确;②据热力学第一定律:
ΔU=W+Q,改变系统内能有两种方式:
做功和热传递,所以B、C错误,D正确.
答案:
AD.
6.(2011年江苏卷,12A-
(1),4分)如题图所示,一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成,轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片.轻推转轮后,进入热水的叶片因伸展而“划水”,推动转轮转动.离开热水后,叶片形状迅速恢复,转轮因此能较长时间转动.下列说法正确的是( )
A.转轮依靠自身惯性转动,不需要消耗外界能量
B.转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C.转动的叶片不断搅动热水,水温升高
D.叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
解析:
①据能量守恒定律,A、B、C错误;②叶片在热水中吸收的热量等于在空气中释放的热量和叶片转动的机械能之和,故D正确.
答案:
D.
7.(2011年福建理综,28
(2),6分)一定量的理想气体在某一过程中,从外界吸收热量2.5×104J,气体对外界做功1.0×104J,则该理想气体的 .(填选项前的字母)
A.温度降低,密度增大B.温度降低,密度减小
C.温度升高,密度增大D.温度升高,密度减小
解析:
据热力学第一定律知,气体吸收热量多于对外做功;气体的内能增加,温度升高,气体体积增大,故密度减小,D正确,ABC错误.
答案:
D.
8.(2011年新课标全国理综,33
(1),6分)对于一定量的理想气体,下列说法正确的是 .
A.若气体的压强和体积都不变,其内能也一定不变
B.若气体的内能不变,其状态也一定不变
C.若气体的温度随时间不断升高,其压强也一定不断增大
D.气体温度每升高1K所吸收的热量与气体经历的过程有关
E.当气体温度升高时,气体的内能一定增大
解析:
①理想气体内能只与温度有关,温度不变,内能不变,温度升高,内能增大,反之,内能减小,所以E正确,②由理想气体状态方程知A正确,B、C错误.③由热力学第一定律知,改变内能有两种方式:
做功和热传递,即ΔU=W+Q,所以D正确.
答案:
ADE.
9.(2010年福建理综,28
(2),6分)如图所示,一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中,容器内装有一可以活动的绝热活塞.今对活塞施以一竖直向下的压力F,使活塞缓慢向下移动一段距离后,气体的体积减小.若忽略活塞与容器壁间的摩擦力,则被密封的气体 .(填选项前的字母).
A.温度升高,压强增大,内能减少
B.温度降低,压强增大,内能减少
C.温度升高,压强增大,内能增加
D.温度降低,压强减小,内能增加
解析:
由热力学第一定律得:
W+Q=ΔU,
又Q=0,W>0,故ΔU>0,内能增加.因是理想气体,故温度升高.又加上力F后,压强显然增大,故C正确.
答案:
C.
- 配套讲稿:
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- 第十四章 热学 第十四