备战高考物理 考前30天冲刺押题 专题12 分子动理论热力学定律气体.docx

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备战高考物理考前30天冲刺押题专题12分子动理论热力学定律气体

【备战2013】高考物理考前30天冲刺押题专题12分子动理论、热力学定律、气体

【2013高考考纲解读】

内容

要求

1．物质是由大量分子组成的。

阿伏加德落罗常数。

分子的热运动、布朗运动。

分子间的相互作用力

2．分子热运动的动能。

温度是物体分子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

3．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

4．热力学第一定律

5．热力学第二定律

6．永动机不可能

7．绝对零度不可达到

8．能源的开发和利用。

能源的利用与环境保护

9．气体的状态和状态参量。

热力学温度

10．气体的体积、温度、压强之间的关系

11．气体分子运动的特点

12．气体压强的微观意义

本部分内容要求虽然都是

级要求，但却是高考必考内容。

这部分内容一般单独命题，绝大部分以选择题的形式出现，难度不会太大。

主要涉及分子的微观估算、分子力和分子势能的变化、布朗运动的理解、热学两大定律的理解和应用、气体压强的相关分析、物体的内能等。

其中物体内能的变化，气体的温度、体积、压强之间的关系，热力学第一定律的理解和应用是命题率极高的重点内容。

对这部分知识的复习，重在对基本概念和基本原理的透彻理解，此外，应特别注意对“热力学第一定律”、“热力学第二定律”、“气体分子运动的特点”、“气体压强的微观意义”这些知识点的理解和掌握。

【题型示例】

【示例1】下列叙述中正确的是

A．布朗运动就是液体分子的无规则运动

B．当分子力表现为引力时，分子势能随分子间距离的增加而增加

C．对于一定质量的理想气体，温度升高时，压强必增大

D．已知水的密度和水的摩尔质量，则可以计算出阿伏加德罗常数

【示例2】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、乙环绕一个共同“中心”旋转，从而形成一个“双分子”体系（类似“双星”体系），观测中同时发现此“中心”离甲分子较近。

如果这两个分子间距离r＝r0时其间相互作用力（即：

分子力）恰好为零，那么在上述“双分子”体系中

A．甲乙两分子间距离一定大于r0

B．甲乙两分子间距离一定小于r0

C．甲乙两分子质量一定不等且甲的质量小于乙的质量

D．甲乙两分子运动速率一定不等且甲的速率大于乙的速率

【解析】在“双分子”体系中，两分子做匀速圆周运动，向心力由它们相互之间的引力来提供，因此两分子间表现为引力，分子间距离一定大于r0，A项正确，B项错误；两分子具

【示例3】飞机在万米高空飞行时，舱外气温往往在－50℃以下。

在研究大气现象时可把温度、压强相同的一部分气体作为研究对象，叫做气团。

气团直径可达几千米，由于气团很大，边缘部分与外界的热交换对整个气团没有明显影响，可以忽略不计。

用气团理论解释高空气温很低的原因，可能是

A．地面气团上升到高空的过程中膨胀，同时大量对外放热，气团温度降低

B．地面气团上升到高空的过程中膨胀，气团对外做功，气团内能大量减少，气团温度降低

C．地面气团上升到高空的过程中收缩，同时从周围吸收大量热量，气团周围温度降低

D．地面气团上升到高空的过程中收缩，外界对气团做功，气团周围温度降低

【解析】地面气团上升到高空的过程中，外界压强减小，气团膨胀，对外做功，由于气团与外界几乎没有热交换，即Q＝0，由热力学第一定律Ｗ＋Ｑ＝ΔＵ，气团内能减少，温度降低，Ｂ项正确。

【答案】B

【名师解读】本题涉及到气体的体积、温度、压强之间的关系、热力学第一定律等知识点，考查理解能力和分析综合能力，体现了《考试大纲》中对“理解物理概念、物理规律的确切含义，能够鉴别关于概念和规律的似是而非的说法”和“能够理论联系实际，运用物理知识综合解决所遇到的问题”的能力要求。

本题需要处理做功、传热和内能变化（温度变化）问题，必须应用热力学第一定律Ｗ＋Ｑ＝ΔＵ，而不能凭感觉判断。

【示例4】通过大量实验可以得出一定种类的气体在一定温度下，其分子速率的分布情况，下表为0℃时空气分子的速率分布，图6－1为速率分布图线。

由图可知

A．速率特别大的分子与速率特别小的分子都比较少

B．在400－500m/s这一速率间隔中分子数占的比例最大

C．若气体温度发生变化将不再有如图所示“中间多，两头少”的规律

D．当气体温度升高时，并非每个气体分子的速率均增大，而是速率大的气体分子所占的比例增大，使得气体分子平均速率增大。

【解析】由图线中的数据可以看出，分子速率在400－500m/s这一间隔中分子数占的比例最大，而速率特别大的分子与速率特别小的分子都比较少，A项、B项都正确；气体分子速率分布在“中间多，两头少”的规律，并且这种现象不受温度影响，C项不正确；气体分子速率分布是大量分子的统计规律，单个气体分子速率具有偶然性，气体温度升高时，速率大的气体分子所占的比例增大，使得气体分子平均速率增大，D项正确。

【答案】ABD

【名师解读】本题涉及气体分子运动的特点等知识点，考查理解能力应用数学处理物理问题的能力，体现了《考试大纲》中对“理解物理概念、物理规律的确切含义，能够鉴别关于概念和规律的似是而非的说法”和“必要时能运用几何图形、函数图像进行表达、分析”的能力要求。

微观世界与宏观世界有不同的规律，不能乱用。

从本题的表格的图形中可以看出，分子热运动速率具有统计规律，符合正态分布，即“中间多，两头少”。

【专家预测】

1．下列说法中正确的是（　　）

A．已知某物质的摩尔质量和分子质量，可以算出阿伏加德罗常数

B．已知某物质的摩尔质量和分子体积，可以算出阿伏加德罗常数

C．当两个分子之间的距离增大时，分子引力和斥力的合力一定减小

D．当两个分子之间的距离增大时，分子势能一定减小

2．由于两个分子间的距离变化而使得分子势能变小，可确定在这一过程中（　　）

A．两分子间相互作用的力一定表现为引力

B．一定克服分子间的相互作用力做功

C．两分子间距离一定增大

D．两分子间的相互作用力可能增大

【答案】D

【解析】根据分子势能变小，分子力做正功，由分子力做功与分子势能变化关系可知：

分子力做正功时，分子势能减小，有两种可能性，一是rr0，分子间表现为引力，且分子间距离减小．综上分析可知ABC选项错误，D正确．

3．对于分子动理论和物体内能的理解，下列说法正确的是（　　）

A．温度高的物体内能不一定大，但分子平均动能一定大

B．一定质量的理想气体在等温变化时，内能不改变，因而与外界不发生热交换

C．布朗运动是液体分子的运动，它说明分子永不停息地做无规则运动

D．扩散现象说明分子间存在斥力

【答案】A

4．如图所示，纵坐标表示两个分子间引力、斥力的大小，横坐标表示两个分子间的距离，图中两条曲线分别表示两分子间引力、斥力的大小随分子间距离的变化关系，e为两曲线的交点，则下列说法正确的是（　　）

A．ab为斥力曲线，cd为引力曲线，e点横坐标的数量级为10－10m

B．ab为引力曲线，cd为斥力曲线，e点横坐标的数量级为10－10m

C．若两个分子间距离大于e点的横坐标，则分子间作用力的合力表现为斥力

D．若两个分子间距离越来越大，则分子势能亦越来越大

【答案】B

【解析】e点横坐标等于分子平衡距离r0，其数量级应为10－10m，因平衡距离之内，分子斥力大于分子引力，分子力表现为斥力．则ab为引力曲线，cd为斥力曲线，B对．两分子间距离大于e点的横坐标，即r>r0时，作用力的合力表现为引力，C错．若r

5．如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于r轴上距原点r3的位置．虚线分别表示分子间斥力F斥和引力F引的变化情况，实线表示分子间的斥力与引力的合力F合的变化情况．若把乙分子由静止释放，则乙分子（　　）

A．从r3到r1做加速运动，从r1向O做减速运动

B．从r3到r2做加速运动，从r2到r1做减速运动

C．从r3到r1分子势能先减少后增加

D．从r3到r1分子势能减少

7．在用油膜法估测分子的大小实验中，已知一滴溶液中油酸的体积为V，配制的油酸溶液中，纯油酸与溶液体积之比为1500,1mL溶液油酸25滴，那么一滴溶液的体积是________mL，所以一滴溶液中油酸体积为________cm3，若实验中测得结果如下表所示，请根据所给数据填写出空白处的数值，并与公认的油酸分子长度值L0＝1.12×10－10m做比较，并判断此实验是否符合数量级的要求.

次数

S/cm2

L＝

/10－7cm

L的平均值

1

533

2

493

3

563

8．油酸的分子式为C17H33COOH，它的一个分子可以看成由两部分组成：

一部分是C17H33—，另一部分是—COOH，—COOH对水有很强的亲和力．当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸就在水面上散开，其中的酒精溶于水中，并很快挥发，油酸中C17H33—部分冒出水面，而—COOH部分留在水中．油酸分子就直立在水面上，形成一个单分子层油膜．现有按酒精与油酸的体积比为mn配制好的油酸酒精溶液置于容器中，还有一个装有约2cm深水的浅盘，一支滴管，一个量筒．

请补充下述估测分子大小的实验步骤：

（1）________（需测量的物理量自己用字母表示）．

（2）用滴管将一滴油酸酒精溶液滴入浅盘，待油酸薄膜稳定后，将薄膜轮廓描绘在坐标纸上，如图所示．（已知坐标纸上每个小方格面积为S，求油膜面积时，半个以上方格面积记为S，不足半个舍去）则油膜面积为________．

（3）估算油酸分子直径的表达式为d＝________.

【答案】

（1）N、V　

（2）8S　（3）

【解析】

（1）用滴管向量筒内加入N滴油酸酒精溶液，读出其体积V.

（2）利用补偿法，可得8S.

（3）1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为V′＝

·

，油膜面积S′＝8S，由d＝

，得d＝

.

9．实际应用中，常用到一种双金属片温度计，如图乙所示．已知其中双金属片被加热时，其弯曲程度会增大，则：

（1）说明该温度计的测温原理．

（2）结合图甲判断双金属片温度计的内、外层分别为何种金属．

（3）这种温度计与水银温度计相比，有什么优点和缺点？

10．一滴水的体积为1.2×10－5cm3，如果放在开口容器中，由于蒸发每分钟跑出的水分子数为6.0×108个，需要多长时间跑完？

【答案】6.7×108min

【解析】水的摩尔体积为V＝1.8×10－5m3/mol

一滴水中含水分子个数为

N＝

NA＝

×6.02×1023＝4.0×1017（个）

水分子跑完的时间为

t＝

＝

＝6.7×108min

我们知道，在开口容器中蒸发掉一滴水，根本不需要6.7×108min的时间，原因在于实际生活中每分钟跑出的水分子个数比6.7×108还要多得多．

11．要落实好国家提出“以人为本，创建和谐社会”的号召，不只是政府的事，要落实到我们每个人的生活中，比如说公共场所禁止吸烟，我们知道被动吸烟比主动吸烟害处更多．试估算一个高约2.8m，面积约10m2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）另一不吸烟者一次呼吸大约吸入多少个被污染过的空气分子．（人正常呼吸一次吸入气体300cm3，一根烟大约吸10次）

12．利用油膜法可以粗略测出阿伏加德罗常数，把密度ρ＝0.8×103kg/m3的某种油，用滴管滴出一滴油在水面上形成油膜，已知这滴油的体积为V＝0.5×10－3cm3，形成的油膜面积为S＝0.7m2，油的摩尔质量M0＝0.09kg/mol.若把油膜看成是单分子层，每个油分子看成球形，那么：

（1）油分子的直径是多少？

（2）由以上数据可精确测出阿伏加德罗常数NA是多少？

先列出文字计算式，再代入数据计算，只要求保留一位有效数字．

【答案】

（1）7.1×10－10m　

（2）6×1023mol－1

【解析】

（1）油膜法可测分子直径

利用油膜法测出分子直径

d＝

＝

m＝7.1×10－10m

（2）已知油的摩尔质量M0，若求出一个油分子的质量m，即可根据NA＝

，求出阿伏加德罗常数．

13．在中国探月工程一期即“嫦娥一号”圆满成功的同时，中国探月工程二期也已启动．其中，嫦娥二号卫星将于2011年底前完成发射．已知大气压强是由于大气的重力而产生的，某学校兴趣小组的同学，通过查资料知道：

月球半径R＝1.7×106m，月球表面重力加速度g＝1.6m/s2.为开发月球的需要，设想在月球表面覆盖一层厚度为h的大气，使月球表面附近的大气压达到p0＝1.0×105Pa，已知大气层厚度h＝1.3×103m比月球半径小得多，假设月球表面初始没有空气．试估算

（1）应在月球表面添加的大气层的总质量m；

（2）月球大气层的分子数为多少？

（3）分子间的距离为多少？

（空气的平均摩尔质量M＝2.9×10－2kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023mol－1）

【答案】

（1）2.27×1018kg　

（2）4.7×1043个　（3）1.0×10－9m

【解析】

（1）月球的表面积S＝4πR2，月球大气的重力与大气压力大小相等mg＝p0S，所以大气的总质量m＝

代入数据可得

m＝

×1.0×105kg≈2.27×1018kg.

14．用长度放大600倍的显微镜观察布朗运动．估计放大后的小颗粒（炭粒）体积为0.1×10－9m3，碳的密度是2.25×103kg/m3，摩尔质量是1.2×10－2kg/mol，阿伏加德罗常数为6.0×1023mol－1，则该小炭粒含分子数约为多少个？

（结果取一位有效数字）

【解析】设小颗粒边长为a，放大600倍后，则其体积

V＝（600a）3＝0.1×10－9m3，

实际体积V′＝a3＝

m3，

质量m＝ρV′＝

×10－15kg，

含分子数为N＝

×6.0×1023个≈5×1010个．

【答案】5×1010个

15．

（1）下列关于分子运动和热现象的说法正确的是________（填入正确选项前的字母，每选错一个扣1分，最低得分为0分）．

A．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间存在势能的缘故

B．一定量100℃的水变成100℃的水蒸气，其分子之间的势能增加

C．对于一定量的气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸热

D．如果气体分子总数不变，而气体温度升高，气体分子的平均动能增大，因此压强必然增大

E．一定量气体的内能等于其所有分子热运动动能和分子之间势能的总和

F．如果气体温度升高，那么所有分子的速率都增加

（2）如图5所示，由导热材料制成的汽缸和活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，活塞与汽缸壁之间无摩擦，活塞上方存有少量液体．将一细管插入液体，由于虹吸现象，活塞上方液体逐渐流出．在此过程中，大气压强与外界的温度保持不变．关于这一过程，下列说法正确的是________．（填入选项前面的字母，有填错的不得分）

A．气体分子的平均动能逐渐增大

B．单位时间内气体分子对活塞撞击的次数增多

C．单位时间内气体分子对活塞的冲量保持不变

D．气体对外界做功等于气体从外界吸收的热量

16.如图6所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在可导热的汽缸内，活塞相对于底部的高度为h，可沿汽缸无摩擦地滑动．取一小盒沙子缓慢地倒在活塞的上表面上．沙子倒完时，活塞下降了h/4，再取相同质量的一小盒沙子缓慢地倒在活塞的上表面上．外界大气的压强和温度始终保持不变，求此次沙子倒完时活塞距汽缸底部的高度．

17．一气象探测气球，在充有压强为1.00atm（即76.0cmHg）、温度为27.0℃的氦气时，体积为3.50m3.在上升至海拔6.50km高空的过程中，气球内氦气压强逐渐减小到此高度上的大气压36.0cmHg，气球内部因启动一持续加热过程而维持其温度不变．此后停止加热，保持高度不变．已知在这一海拔高度气温为－48.0℃.求：

（1）氦气在停止加热前的体积；

（2）氦气在停止加热较长一段时间后的体积．

【解析】

（1）在气球上升至海拔6.50km高空的过程中，气球内氦气经历一等温过程，根据玻意耳定律有

p1V1＝p2V2①

式中，p1＝76.0cmHg，V1＝3.50m3，p2＝36.0cmHg，V2是在此等温过程末氦气的体积．由

18．

（1）随着科技的迅猛发展和人们生活水平的提高，下列问题一定能够实现或完成的是（　　）

A．假如全世界60亿人同时数1g水的分子个数，每人每小时可以数5000个，不间断地数，则大约20年能数完（阿伏加德罗常数NA取6.0×1023个/mol）

B．热量可以从低温物体传到高温物体

C．热机的效率达到100%

D．太阳能的利用普及到老百姓的日常生活中

（2）某学校研究性学习小组组织开展一次探究活动，想估算地球周围大气层空气的分子个数和早晨同中午相比教室内的空气的变化情况．一学生通过网上搜索，查阅得到以下几个物理量数据：

地球的半径R＝6.4×106m，地球表面的重力加速度g＝9.8m/s2，大气压强p0＝1.0×105Pa，空气的平均摩尔质量M＝2.9×10－2kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023个/mol.另一个同学用温度计测出早晨教室内的温度是7℃，中午教室内的温度是27℃.

①第一位同学根据上述几个物理量能估算出地球周围大气层空气的分子数吗？

若能，请说明现由；若不能，也请说明理由．

②根据上述几个物理量能否估算出中午跑到教室外的空气是早晨教室内的空气的几分之几？

【解析】

（1）可估算需要10万年才能数完，所以A错；热力学第二定律告诉我们B正确；热机是把内能转化为机械能的机器，根据热力学第二定律可知C错；太阳能的开发和利用是人类开发新能源的主要思路，完全可以实现全民普及太阳能，所以D正确．正确的答案为B、D.

（2）①能．因为大气压强是由大气重力产生的，

19．由于生态环境的破坏，地表土裸露，大片土地沙漠化，加上春季干旱少雨，所以近年来我国北方地区3、4月份扬尘天气明显增多．特别是2006年的3月26日至28日，由于南下的冷空气所带来的大风，席卷了我国从新疆到沿海的北方大部分地区，出现了罕见的沙尘暴天气．据环保部门测定，在北京地区沙尘暴严重时，最大风速达到12m/s，同时大量的微粒在空中悬浮．沙尘暴使空气中的悬浮微粒的最高浓度达到5.8×10－6kg/m3，悬浮微粒的密度为2.0×103kg/m3，其中悬浮微粒的直径小于10－7m的称为“可吸入颗粒物”，对人体的危害最大．北京地区出现上述沙尘暴时，设悬浮微粒中总体积的1/50为可吸入颗粒物，并认为所有可吸入颗粒物的平均直径为5.0×10－8m，求1.0cm3的空气中所含可吸入颗粒物的数量是多少？

（计算时可把可吸入颗粒物视为球形，计算结果保留1位有效数字）

【解析】出沙尘暴天气时，1m3的空气中所含悬浮微粒的总体积为

V＝

＝

m3＝2.9×10－9m3

那么1m3中所含的可吸入颗粒物的体积为

V′＝

＝5.8×10－11m3