1、专题六热学近代物理初步第13讲分子动理论热力学定律1.分子动理论：(1)分子的大小。分子很小，其直径的数量级为_。如果用V表示一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积，用S表示单分子油膜的面积，用D表示分子的直径，则D=。阿伏加德罗常数表示1 mol任何物质中含有相同的微粒个数NA=_。10-10 m6.021023 mol-1(2)估算微观量的两种模型。球体模型：对固体、液体、气体均适用，认为分子为一个球体，直径为d=。立方体模型：一般适用于气体，认为一个分子占据的空间为一个立方体，边长为d=。(3)说明分子永不停息地做无规则热运动的两个实例。扩散现象的特点：温度越高，_。布朗运动的特点：永不停息、_
2、运动；颗粒越小，运动越_；温度越高，运动越_；运动轨迹不确定。扩散越快无规则剧烈剧烈(4)分子间的相互作用力和分子势能。分子力：分子间同时存在引力和斥力，分子间距增大，引力和斥力均_，且_比引力变化更快。减小斥力分子势能。a.分子力做正功，分子势能_；b.分子力做负功，分子势能_；c.当分子间距为r0时，分子势能_，但不一定是零。减小增大最小2.固体、液体和气体：(1)晶体和非晶体。比较晶体非晶体单晶体多晶体形状_熔点_特性_规则不规则不规则固定固定不固定各向异性各向同性各向同性(2)理想气体状态方程：。当T1=T2时，_(玻意耳定律)。当V1=V2时，(查理定律)。当p1=p2时，(盖-吕萨
3、克定律)。p1V1=p2V23.热力学定律：(1)内能的变化。温度变化引起物体分子_的变化。体积变化，分子间的分子力做功，引起_的变化。(2)热力学第一定律。公式：_。平均动能分子势能UWQ符号正负的判断。做功W外界对物体做功_物体对外界做功_吸、放热Q物体从外界吸收热量_物体向外界放出热量_内能变化U物体内能增加_物体内能减少_W0W0Q0Up0,打开阀门,水就会在气体压力作用下外流,气体膨胀对外做功,C选项正确;当封闭气体压强变小与外界大气压压强相等时,上部的空气变为0.6 L,喷出0.1L的水后就不再喷水了,故D选项错误。2.(2013山东高考)下列关于热现象的描述正确的一项是()A.根
4、据热力学定律，热机的效率可以达到100%B.做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的C.温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同D.物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规律的【解析】选C。根据热力学第二定律可知，热机不可能从单一热源吸收热量全部用来做功而不引起其他变化，因此，热机的效率不可能达到100，选项A错误；做功是通过能量转化改变系统的内能，热传递是通过能量的转移改变系统的内能，选项B错误；温度是表示热运动的物理量，热传递过程中达到热平衡时，温度相同，选项C正确；单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动表现出统计规律
5、，选项D错误。3.(2012广东高考)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】选B。由于套筒内封闭着一定质量的气体，当猛推推杆时推杆迅速压缩气体，外界对气体做正功。由于这一过程进行得很快，可以看成是一个近似的绝热过程，即整个系统来不及向外界传递热量。根据热力学第一定律，这时外力做的功只能用来增加气体的内能。这就使气体分子的运动加剧，引起气体分子平均动能增加，气体温度升高。所以艾绒
6、即刻被点燃。由于被封闭的气体质量不变，温度升高，而体积变小，则由气体状态方程知压强变大。故B选项正确，其他选项都错。4.(2012广东高考)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】选D。因为空气中的水汽凝结成水珠时，分子间的距离变小，而分子引力和分子斥力均随着分子间距离的减小而增大。故D选项正确，其他选项都错。5.(2011广东高考)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
7、间存在万有引力作用D.铅柱间存在分子引力作用【解析】选D。挤压后的铅分子之间的距离可以达到分子之间存在相互作用力的距离范围内，故不脱落的主要原因是分子之间的引力，故D正确，A、B、C错误。6.(2011广东高考)如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】选A。M向下滑动的过程中，气体体积减小，故外界对气体做功，由热力学第一定律知，Q=0，内能的改变取决
8、于做功，因外界对气体做功，故气体的内能增大，A正确，B、C、D错误。7.(2012福建高考)关于热力学定律和分子动理论,下列说法正确的是()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】选D。据热力学第一定律U=W+Q可知气体吸收热量对外做功，内能不一定增大，A错；热量可以由低温物体传递到高温物体但要引起其他变化，B错；两分子间距离减小，分子间引力和斥力都增大，D对；当分子间作用力表现为斥力时，距离增大，分子势能减小，C错。8.(双选)(2012山东高考)以下说法正确的
9、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】选A、B。液体的饱和汽压与温度有关。温度越高，饱和汽压越大，A对；扩散现象表明，分子在永不停息地运动，温度越高，分子的运动越剧烈，B对；当分子间距离增大时，分子间引力和斥力都减小，只是斥力减小得更快些，C错；由盖吕萨克定律可知，在压强保持不变的条件下，体积与热力学温度成正比，体积变大，温度升高，气体的平均动能增大，D错。热点考向 1 分子动理论问题【典例1】(2013广州二模)设r0为两个分子
10、间分子引力和斥力平衡的距离，r为两个分子的实际距离，选取无穷远处为零势面，则以下说法正确的是()A.r=r0时，分子间的引力和斥力都为零B.r0r2r0时，分子间只有引力而无斥力C.当r由大于2r0逐渐减小到等于r0的过程中，分子间的分子势能始终小于零D.当r由小于r0逐渐增大到2r0的过程中，分子间的分子势能先增大后减小【解题探究】(1)r=r0时,分子力有什么特点?提示:r=r0时,分子间的斥力和分子间的引力相等,其合力等于零。(2)r由小于r0增大至2r0的过程中,分子势能怎么变?提示:r由小于r0增大至r0的过程中,分子斥力做正功,分子势能减小,r由r0增至2r0的过程中,分子引力做负
11、功,分子势能增大。【解析】选C。r=r0时,分子间的斥力和引力均不等于零,只是合力等于零,A错。在r0r2r0时,分子间既有斥力,也有引力,合力表现为引力,B错。r由大于2r0减小到r0的过程中,分子力做正功,分子势能减小,由于选无穷远处为零势面,故分子势能为负值,C对。当r由小于r0增大到2r0的过程中,分子势能先减小后增大,D错。【总结提升】理解记忆分子力、分子势能的变化规律把分子力随r的变化图线与分子势能随r的变化图线放在同一坐标系下比较、理解和记忆。【变式训练】(双选)如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子沿x轴运动，两分子间的分子势能Ep与两分子间距离的关系如图中曲线所示。图中分子
12、势能的最小值为-E0。若两分子所具有的总能量为0，则下列说法中正确的是()A.乙分子在P点(x=x2)时,加速度最大B.乙分子在P点(x=x2)时,其动能为E0C.乙分子在Q点(x=x1)时,处于平衡状态D.乙分子的运动范围为xx1【解析】选B、D。分子处于r0位置时所受分子合力为零,加速度为零,此时分子势能最小,分子的动能最大,总能量保持不变。由图可知x2位置即是r0位置,此时加速度为零,A项错;x=x2位置,分子势能为-E0,因总能量为零,则动能为E0,B项正确;在Q点,Ep=0但分子力不为零,分子并非处于平衡状态,C项错;在乙分子沿x轴向甲分子靠近的过程中,分子势能先减小后增大,分子动能
13、先增大后减小,即分子的速度先增大后减小,到Q点分子的速度刚好减为零,此时由于分子斥力作用,乙分子再远离甲分子返回,即乙分子运动的范围为xx1,D项正确。热点考向 2 热力学定律的综合应用【典例2】(2013湛江二模)内燃机做功冲程使高温高压气体在极短时间内膨胀推动活塞对外做功，若把气体看作一定质量的理想气体，则()A.气体温度上升B.气体分子动能不变C.气体内能增加D.气体内能减少【解题探究】(1)“极短时间”的含义是什么？提示：因时间极短，不考虑气体与外界的热量交换。(2)热力学第一定律的表达式是_。一定质量的理想气体的内能决定于_。U=W+Q温度【解析】选D。时间极短，气体与外界热交换Q=
14、0，气体膨胀对外做功，由U=W+Q得，气体内能减少，则温度降低，分子的平均动能减小，故只有D正确。【总结提升】分析理想气体内能变化的三条思路(1)由体积变化分析气体做功情况：体积膨胀，气体对外做功；气体被压缩，外界对气体做功；(2)由温度变化判断气体内能变化：温度升高，气体内能增大；温度降低，气体内能减小；(3)由热力学第一定律U=W+Q判断气体是吸热还是放热。【变式训练】(双选)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】选A、D。如果气体等温膨胀，则气
15、体的内能不变，吸收的热量全部用来对外做功，A正确；当气体体积增大时，对外做功，若同时吸收热量，且吸收的热量大于或等于对外做功的数值时，内能不会减少，所以B错误；若气体吸收热量同时对外做功，其内能也不一定增加，C错误；若外界对气体做功同时气体向外放出热量，且放出的热量多于外界对气体所做的功，则气体内能减少，所以D正确。【变式备选】给旱区送水的消防车停在水平地面上，在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体()A.从外界吸热B.对外界做负功C.分子平均动能减小D.内能增加【解析】选A。该题考查了热力学定律。由于车胎内温度保持不变，故分子的平均动能不变，内能不变。放
16、水过程中体积增大，对外做功，由热力学第一定律可知，胎内气体吸热。A选项正确。热点考向 3 气体性质与实验定律【典例3】(2013深圳二模)如图是某种简易喷雾器的示意图。在储液筒装入一些液体后将密封盖盖好。多次拉压活塞后，把空气打入储液桶内，打开喷嘴开关，药液就可以持续地喷出。若药液喷出过程中温度保持不变，则储液桶内的空气()A.体积不变，压强变小B.体积变大，压强变大C.体积变大，压强变小D.体积不变，压强变大【解题探究】(1)喷雾器内的气体可视为_，在温度不变时，满足的气体实验定律为_。(2)药液喷出后，桶内空气体积_。【解析】选C。桶内液体喷出后，内部空气体积变大，在温度不变时，由玻意耳定
17、律知，压强变小，C正确。理想气体玻意耳定律变大【总结提升】运用气体实验定律的解题思路(1)选择对象即某一定质量的理想气体;(2)找出参量气体在始末状态的参量p1、V1、T1及p2、V2、T2;(3)认识过程认清变化过程是正确选用物理规律的前提;(4)列出方程选用某一实验定律或气态方程,代入具体数值求解,并讨论结果的合理性。【变式训练】(2013梅州二模)一定质量的理想气体由状态A经过如图所示过程变到状态B，在此过程中气体的密度()A.一直变大B.一直变小C.先变小后变大D.先变大后变小【解析】选B。一定质量的理想气体由A状态沿题图中直线变化到B状态的过程中，体积一直变大，故气体的密度一直减小，
18、B正确。1.(2013汕头二模)用显微镜观察墨汁液滴，追踪一个小炭粒的运动，每隔30 s记录炭粒的位置并连线，记录的结果如图所示，下面表述正确的是()A.炭粒沿着图示的折线运动B.炭粒的位置变化是由于分子间斥力的作用C.炭粒的位置变化由液体分子无规则运动引起D.液体表面张力使炭粒做无规则运动【解析】选C。题图记录的是每隔30 s炭粒位置的连线，并非轨迹，A错。炭粒的运动是由液体分子的无规则撞击引起的，B、D错，C对。2.(2013福建高考)下列四幅图中，能正确反映分子间作用力f和分子势能Ep随分子间距离r变化关系的图线是()【解析】选B。当r=r0时引力与斥力的合力为零,即分子力为零，A、D错
19、；当分子间的距离大于或小于r0时，分子力做负功，分子势能增加，r=r0时分子势能最小，B对，C错。3.(2013上海高考)液体与固体具有的相同特点是()A.都具有确定的形状B.体积都不易被压缩C.物质分子的位置都确定D.物质分子都在固定位置附近振动【解析】选B。液体没有确定的形状，不易被压缩，物质分子的位置不确定；固体有确定的形状，不易被压缩，物质分子在固定位置附近振动。因此液体与固体具有的相同特点是体积都不易被压缩，选项B正确。4.(2013重庆高考)某未密闭房间内的空气温度与室外的相同，现对该室内空气缓慢加热，当室内空气温度高于室外空气温度时()A.室内空气的压强比室外的小B.室内空气分子
20、的平均动能比室外的大C.室内空气的密度比室外的大D.室内空气对室外空气做了负功【解析】选B。房间未密闭，气体做等压变化，A错误；温度升高，室内空气分子平均动能增大，B正确；根据盖吕萨克定律体积变大，室内有一部分空气膨胀到房间外,室内空气的密度比室外小，且室内空气对外做正功，C、D错误。5.(双选)下列说法中正确的是()A随着温度升高，同种气体分子的平均速率将增大B多晶体在物理性质上也具有各向异性C一定量的气体，在与外界没有发生热量交换的过程中，内能一定不变D由于液体表面分子间的距离大于液体内部分子间的距离，液面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势【解析】选A、D。随着温度升高，同种气体
21、分子的平均速率将增大，选项A正确；多晶体在物理性质上具有各向同性，选项B错误；一定量的气体，在与外界没有发生热量交换的过程中，若对外做功，则内能减小，选项C错误；由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，液面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势，选项D正确。6.用气筒给自行车打气，筒壁的温度会升高，产生这种现象的主要原因是()A.气筒的活塞与筒壁摩擦而生热B.筒中气体从筒外吸热后升温，将热量传递给筒壁C.筒壁外周围的空气温度高于筒壁，将热量传递给筒壁D.气筒活塞压缩筒内气体做功，使气体温度升高，将热量传递给筒壁【解析】选D。给自行车打气，打气筒筒壁温度升高的主要原因是气筒活塞压缩
22、筒内气体做功，使气体温度升高，将热量传递给筒壁，故选D。7.(双选)以下说法正确的是()A.当分子间距离增大时，分子间作用力减小，分子势能增大B.某固体物质的摩尔质量为M，密度为，阿伏加德罗常数为NA，则该物质的分子体积为C.液晶既具有液体的流动性，又具有单晶体的光学各向异性的特点D.自然界发生的一切过程能量都是守恒的，符合能量守恒定律的宏观过程都能自然发生【解析】选B、C。当分子间距离由小于平衡位置距离增大到平衡位置时，分子间作用力减小，分子势能减小，选项A错误；某固体物质的摩尔质量为M，密度为，阿伏加德罗常数为NA，则该物质的分子体积为选项B正确；液晶既具有液体的流动性，又具有单晶体的光学各向异性的特点，选项C正确；自然界发生的一切过程能量都是守恒的，符合能量守恒定律的宏观过程不是都能自然发生的，选项D错误。
