高三物理一轮复习 第十一章 热学（选修3-3）试题

第十一章热学[备考指南]考点内容要求考点内容要求一、分子动理论内能分子动理论的基本观点和实验依据Ⅰ二、固体、液体和气体固体的微观结构、晶体和非晶体Ⅰ液晶的微观结构Ⅰ阿伏加德罗常数Ⅰ液体的表面张力现象Ⅰ气体分子运动速率的统计分布Ⅰ气体实验定律Ⅰ理想气体Ⅰ温度是分子平均动能的标志、内能Ⅰ饱和蒸气、未饱和蒸气、饱和蒸气压Ⅰ相对湿度Ⅰ中学物理中涉及的国际单位制的基本单位和其他物理量的单位Ⅰ三、热力学定律与能量守恒定律热力学第一定律Ⅰ能量守恒定律Ⅰ热力学第二定律Ⅰ实验十二用油膜法估测分子的大小把握考情找规律：在新课标省区的高考中，对该部分内容的考查只在选考题部分出现，考查的知识不会面面俱到，重点考查分子动理论、阿伏加德罗常数的应用、气体实验定律及热力学第一定律等知识。明热点：预计在2017年高考中，对本部分内容的考查仍将以分子动理论、热力学定律及气体状态方程的应用为主。第1节分子动理论内能(1)布朗运动是液体分子的无规则运动。(×)(2)温度越高，布朗运动越剧烈。(√)(3)分子间的引力和斥力都随分子间距的增大而增大。(×)(4)－33°C＝240K。(√)(5)分子动能指的是由于分子定向移动具有的能。(×)(6)当分子力表现为引力时，分子势能随分子间距离的增大而增大。(√)(7)内能相同的物体，它们的分子平均动能一定相同。(×)要点一微观量的估算1．两种分子模型物质有固态、液态和气态三种情况，不同物态下应将分子看成不同的模型。(1)固体、液体分子一个一个紧密排列，可将分子看成球形或立方体形，如图11­1­1所示，分子间距等于小球的直径或立方体的棱长，所以d＝eq\r(3,\f(6V,π))(球体模型)或d＝eq\r(3,V)(立方体模型)。图11­1­1(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11­1­2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＝eq\r(3,V)。图11­1­22．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＝eq\f(Mmol,NA)。(2)一个分子所占的体积：V0＝eq\f(Vmol,NA)(估算固体、液体分子的体积或气体分子平均占有的空间)。(3)1mol物质的体积：Vmol＝eq\f(Mmol,ρ)。(4)质量为M的物体中所含的分子数：n＝eq\f(M,Mmol)NA。(5)体积为V的物体中所含的分子数：n＝eq\f(ρV,Mmol)NA。[多角练通]1．(2016·盐城二模)某教室的空间体积约为120m3。试计算在标准状况下，教室里空气分子数。已知：阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023mol－1，标准状况下摩尔体积V0＝22.4×10－3解析：设空气摩尔数为n，则n＝eq\f(V,V0)，设气体分子数为N，则N＝nNA，代入数据联立求解得：N＝3×1027个。答案：3×1027个2．冬天到了，很多人用热水袋取暖。现有一中号热水袋，容积为1000cm3，正常使用时，装水量为80%，请估算该热水袋中水分子的数目约为多少个？(计算结果保留1位有效数字，已知1mol水的质量为18g，水的密度取1.0×103kg/m3，阿伏加德罗常数取6×1023mol解析：热水袋内水的物质的量为n＝eq\f(m,Mmol)＝eq\f(ρ·80%V,Mmol)热水袋内水分子数为N＝n·NA代入数值得N＝3×1025个。答案：3×1025个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：设大气层中气体的质量为m，由大气压强产生的原因可知mg＝p0S，即：m＝eq\f(p0S,g)，分子数n＝eq\f(mNA,M)＝eq\f(p0SNA,Mg)＝eq\f(4πR2p0NA,Mg)，假设每个分子占据一个小立方体，各小立方体紧密排列，则小立方体边长即为空气分子平均间距，设为a，大气层中气体总体积为V，a＝eq\r(3,\f(V,n))，而V＝4πR2h，所以a＝eq\r(3,\f(Mgh,p0NA))。答案：eq\f(4πR2p0NA,Mg)eq\r(3,\f(Mgh,p0NA))要点二布朗运动与分子热运动布朗运动与分子热运动的比较如下布朗运动分子热运动共同点都是无规则运动，都随温度的升高而变得更加剧烈不同点小颗粒的运动分子的运动使用光学显微镜观察使用电子显微镜观察联系布朗运动是由于小颗粒受到周围分子热运动的撞击力而引起的，反映了分子做无规则运动[多角练通]1．(多选)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个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：选BD布朗运动是悬浮颗粒的无规则运动，A错误；温度越高，颗粒越小，布朗运动越剧烈，B正确；布朗运动是液体分子撞击的不平衡引起的，间接反映了液体分子的无规则运动，C错误，D正确。2．(多选)(2015·全国卷Ⅱ)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解析：选ACD根据分子动理论，温度越高，扩散进行得越快，故A正确；扩散现象是由物质分子无规则运动产生的，不是化学反应，故C正确、B错误；扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，故D正确；液体中的扩散现象不是由于液体的对流形成的，是液体分子无规则运动产生的，故E错误。3．(2016·台州模拟)小张在显微镜下观察水中悬浮的细微粉笔末的运动。他把小颗粒每隔一定时间的位置记录在坐标纸上，如图11­1­3所示，下列判断正确的是()图11­1­3A．图中的折线就是粉笔末的运动轨迹B．图中的折线就是水分子的运动轨迹C．从整体上看粉笔末的运动是无规则的D．图中折线表明水分子在短时间内运动是有规则的解析：选C粉笔末在水分子的无规则碰撞作用下做布朗运动，图中是每隔一定时间记录粉笔末的位置，而不是记录其运动轨迹，粉笔末的运动轨迹是不可能通过这类实验记录下来的，正确的答案只有C项。要点三分子力、分子势能与分子间距离的关系分子力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图11­1­4所示(取无穷远处分子势能Ep＝0)。图11­1­4(1)当r＞r0时，分子力为引力，当r增大时，分子力做负功，分子势能增加。(2)当r＜r0时，分子力为斥力，当r减小时，分子力做负功，分子势能增加。(3)当r＝r0时，分子势能最小。[典例](2016·济南三模)如图11­1­5所示，甲分子固定于坐标原点O，乙分子从无穷远a处由静止释放，在分子力的作用下靠近甲。图中b点合外力表现为引力，且为数值最大处，d点是分子靠得最近处。则下列说法正确的是()图11­1­5A．乙分子在a点势能最小B．乙分子在b点动能最大C．乙分子在c点动能最大D．乙分子在d点加速度为零[解析]乙分子由a运动到c，分子力表现为引力，分子力做正功，动能增大，分子势能减小，所以乙分子在c处分子势能最小，在c处动能最大，故A、B错误，C正确；由题图可知，乙在d点时受到的分子力最大，所以乙分子在d处的加速度最大，故D错误。[答案]C[方法规律](1)分子势能在平衡位置有最小值，无论分子间距离如何变化，靠近平衡位置，分子势能减小，反之增大。(2)判断分子势能的变化有两种方法①看分子力的做功情况。②直接由分子势能与分子间距离的关系图线判断，但要注意其和分子力与分子间距离的关系图线的区别。[针对训练]1．(2016·岳阳二模)两个分子相距r1时，分子力表现为引力，相距r2时，分子力表现为斥力，则()A．相距r1时，分子间没有斥力存在B．相距r2时的斥力大于相距r1时的斥力C．相距r2时，分子间没有引力存在D．相距r1时的引力大于相距r2时的引力解析：选B分子间的相互作用力由引力f引和斥力f斥两部分组成，这两种力同时存在，实际的分子力是引力和斥力的合力，故A、C错误；两个分子相距为r1，分子间的相互作用力表现为引力，相距为r2时，表现为斥力，故r1＞r2；分子间的引力和斥力都随着分子间距的增加而减小，故相距为r2时，分子间的斥力大于相距为r1时的斥力，相距r2时分子间的引力大于相距r1时的引力，故B正确，D错误。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，分子间作用力f＝0，分子势能Ep最小，排除A、C、D，选B。3．(多选)(2016·宝鸡联考)如图11­1­6，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，两分子之间的相互作用力F与两分子间距离x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，则()图11­1­6A．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做加速运动，经过c点时速度最大C．乙分子由a到c的过程中，两分子的势能一直减少D．乙分子由a到d的过程中，两分子的势能一直减少解析：选BC根据图像可以看出分子力的大小变化，在横轴下方的为引力，上方的为斥力，把乙分子沿x轴负方向从a处移动到d处过程中，在c位置分子间作用力最小。乙分子由a到c一直受引力，随距离减小，分子力做正功，分子势能减小；从c到d分子力是斥力且不断增大，随距离减小分子力做负功，分子势能增大，故在c位置分子势能最小，动能最大。故B、C正确，A、D错误。要点四物体的内能1．物体的内能与机械能的比较内能机械能定义物体中所有分子热运动动能与分子势能的总和物体的动能、重力势能和弹性势能的统称决定因素与物体的温度、体积、物态和分子数有关跟宏观运动状态、参考系和零势能点的选取有关量值任何物体都有内能可以为零测量无法测量可测量本质微观分子的运动和相互作用的结果宏观物体的运动和相互作用的结果运动形式热运动机械运动联系在一定条件下可以相互转化，能的总量守恒2．内能和热量的比较内能热量区别是状态量，状态确定系统的内能随之确定。一个物体在不同的状态下有不同的内能是过程量，它表示由于热传递而引起的内能变化过程中转移的能量联系在只有热传递改变物体内能的情况下，物体内能的改变量在数值上等于物体吸收或放出的热量[典例](多选)(2016·天水模拟)关于物体的内能、温度和分子的平均动能，下列说法正确的是()A．温度低的物体内能一定小B．温度低的物体分子平均动能一定小C．外界对物体做功时，物体的内能不一定增加D．物体自由下落时速度增大，所以物体分子的平均动能也增大[解析]物体的内能与温度、体积、物质的量均有关，物体的温度低，其分子平均动能一定小，但其内能不一定小，A错误，B正确；外界对物体做功，物体同时向外界散热，其内能不一定增加，C正确；物体的运动速度大，其运动的动能增大，但物体内部分子的平均热运动动能不一定增大，D错误。[答案]BC[方法规律]分析物体的内能问题的技巧分析物体的内能问题应当明确以下四点：(1)内能是对物体的大量分子而言的，不存在某个分子内能的说法。(2)决定内能大小的因素为温度、体积、分子数，还与物态有关系。(3)通过做功或热传递可以改变物体的内能。(4)温度是分子平均动能的标志，相同温度的任何物体，分子的平均动能相同。[针对训练]1．(2014·北京高考)下列说法中正确的是()A．物体温度降低，其分子热运动的平均动能增大B．物体温度升高，其分子热运动的平均动能增大C．物体温度降低，其内能一定增大D．物体温度不变，其内能一定不变解析：选B根据温度是分子平均动能的标志知，温度升高，分子热运动的平均动能增大；温度降低，分子热运动的平均动能减小，选项A错误，B正确。理想气体的温度升高，内能增大；温度降低，内能减小，选项C错误。晶体熔化或凝固时温度不变，但是内能变化，熔化时吸收热量，内能增大；凝固时放出热量，内能减小，选项D错误。2．(多选)(2016·唐山摸底)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．外界对物体做功，物体内能一定增加C．温度越高，布朗运动越显著D．当分子间的距离增大时，分子间作用力就一直减小E．当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的减小而增大解析：选ACE温度高的物体分子平均动能一定大，但是内能不一定大，选项A正确；外界对物体做功，若物体散热，物体内能不一定增加，选项B错误；温度越高，布朗运动越显著，选项C正确；当分子间的距离增大时，分子间作用力可能先增大后减小，选项D错误；当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的减小而增大，选项E正确。对点训练：微观量的估算1．(多选)(2016·大连模拟)某气体的摩尔质量为Mmol，摩尔体积为Vmol，密度为ρ，每个分子的质量和体积分别为m和V0，则阿伏加德罗常数NA不可表示为()A．NA＝eq\f(Mmol,m) B．NA＝eq\f(ρVmol,m)C．NA＝eq\f(Vmol,V0) D．NA＝eq\f(Mmol,ρV0)解析：选CD阿伏加德罗常数NA＝eq\f(Mmol,m)＝eq\f(ρVmol,m)＝eq\f(Vmol,V)，其中V应为每个气体分子所占有的体积，而V0是气体分子的体积，故C错误。D中ρV0不是气体分子的质量，因而也是错误的。2．(2015·郑州模拟)很多轿车为了改善夜间行驶时的照明问题，在车灯的设计上选择了氙气灯，因为氙气灯灯光的亮度是普通灯灯光亮度的3倍，但是耗电量仅是普通灯的一半，氙气灯使用寿命则是普通灯的5倍，很多车主会选择含有氙气灯的汽车，若氙气充入灯头后的容积V＝1.6L，氙气密度ρ＝6.0kg/m3。已知氙气摩尔质量M＝0.131kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6×1023mol－1。试估算：(结果保留一位有效数字)(1)灯头中氙气分子的总个数N；(2)灯头中氙气分子间的平均距离。解析：(1)设氙气的物质的量为n，则n＝eq\f(ρV,M)，氙气分子的总数N＝eq\f(ρV,M)NA≈4×1022个。(2)每个分子所占的空间为V0＝eq\f(V,N)设分子间平均距离为a，则有V0＝a3，即a＝eq\r(3,\f(V,N))≈3×10－9m。答案：(1)4×1022(个)(2)3×10－9对点训练：布朗运动与扩散现象3．(多选)(2015·山东高考)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解析：选BC墨滴入水，最后混合均匀，这是扩散现象，碳粒做布朗运动，水分子做无规则的热运动；碳粒越小，布朗运动越明显，混合均匀的过程进行得越迅速，选项B、C正确。4．(多选)(2015·保定期末)我国已开展空气中PM2.5浓度的监测工作。PM2.5是指空气中直径等于或小于2.5μm的悬浮颗粒物，其飘浮在空中做无规则运动，很难自然沉降到地面，吸入后对人体形成危害。矿物燃料燃烧的排放物是形成PM2.5的主要原因。下列关于PM2.5的说法中正确的是()A．PM2.5的尺寸与空气中氧分子的尺寸的数量级相当B．PM2.5在空气中的运动属于分子热运动C．PM2.5的运动轨迹只是由大量空气分子对PM2.5无规则碰撞的不平衡决定的D．倡导低碳生活，减少煤和石油等燃料的使用，能有效减小PM2.5在空气中的浓度E．PM2.5必然有内能解析：选DEPM2.5的尺寸比空气中氧分子的尺寸大得多，A错误；PM2.5在空气中的运动不属于分子热运动，B错误；PM2.5的运动轨迹是由大量空气分子对PM2.5无规则碰撞的不平衡和气流的运动决定的，C错误；倡导低碳生活，减少煤和石油等燃料的使用，能有效减小PM2.5在空气中的浓度，PM2.5必然有内能，D、E正确。对点训练：分子力、分子势能与分子间距离的关系5．(2016·石家庄质检)如图1所示，用细线将一块玻璃板水平地悬挂在弹簧测力计下端，并使玻璃板贴在水面上，然后缓慢提起弹簧测力计，在玻璃板脱离水面的一瞬间，弹簧测力计读数会突然增大，主要原因是()图1A．水分子做无规则热运动B．玻璃板受到大气压力作用C．水与玻璃间存在万有引力作用D．水与玻璃间存在分子引力作用解析：选D在玻璃板脱离水面的一瞬间，弹簧测力计读数会突然增大的主要原因是：水与玻璃间存在分子引力作用，选项D正确。6．(2015·广州二模)气体温度升高，则该气体()A．每个分子的体积都增大B．每个分子的动能都增大C．速率大的分子数量增多D．分子间引力和斥力都增大解析：选C温度是分子平均动能的标志，气体温度升高，平均动能增大，但不是每个分子的动能都增大；速率大的分子数量增多；温度升高，气体的体积不一定大，更不会影响单个分子的体积，分子间的作用力大小不能判断。故选C。7．(多选)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10－10C．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：选BCD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10－10m，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＝r08．(2015·焦作二模)甲和乙两个分子，设甲固定不动，乙从无穷远处(此时分子间的分子力可忽略，取无穷远时它们的分子势能为0)逐渐向甲靠近直到不能再靠近的过程中()A．分子间的引力和斥力都在减小B．分子间作用力的合力一直增大C．分子间的力先做负功后做正功D．分子势能先减小后增大解析：选D分子间的引力和斥力都随分子之间距离的减小而增大，故A错误；开始时由于两分子之间的距离大于r0，分子力表现为引力，并且随距离的减小，先增大后减小；当分子间距小于r0，分子力为斥力，随分子距离的减小而增大，故B错误；开始时由于两分子之间的距离大于r0，因此分子力为引力，当相互靠近时分子力做正功，分子势能减少；当分子间距小于r0，分子力为斥力，相互靠近时，分子力做负功，分子势能增加，故C错误，D正确。9．(2013·全国卷Ⅰ)两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动，直至不再靠近。在此过程中，下列说法正确的是()A．分子力先增大，后一直减小B．分子力先做正功，后做负功C．分子动能先增大，后减小D．分子势能先增大，后减小E．分子势能和动能之和不变解析：选BCE分子力应先增大，后减小，再增大，所以A选项错误；分子力先为引力，做正功，再为斥力，做负功，B选项正确；根据动能定理可知分子动能先增大后减小，分子势能先减小后增大，分子动能和分子势能之和保持不变，所以C、E选项正确，D错误。10．分子势能与分子力随分子间距离r变化的情况如图2甲所示。现将甲分子固定在坐标原点O，乙分子只受两分子间的作用力沿x轴正方向运动，两分子间的分子势能Ep与两分子间距离x的变化关系如图乙所示。设在移动过程中两分子所具有的总能量为0，则()图2A．乙分子在P点时加速度最大B．乙分子在Q点时分子势能最小C．乙分子在Q点时处于平衡状态D．乙分子在P点时分子动能最大解析：选D根据题意，乙分子的分子动能和两分子间的分子势能之和为零，所以当分子势能最小时，乙分子的分子动能最大；当分子势能为零时，乙分子的分子动能也为零。再观察题图乙可知，乙分子在P点时分子势能最小，乙分子的分子动能最大，此处分子力为零，加速度为零，选项A错误，D正确。乙分子在Q点时分子势能为零，乙分子的分子动能也为零，分子动能最小，分子势能最大，此处，分子力不为零，加速度不为零，选项B、C错误。对点训练：物体的内能11．(2015·潍坊一模)下列说法正确的是()A．0°C的冰与0°C的水分子的平均动能相同B．温度高的物体内能一定大C．分子间作用力总是随分子间距离的增大而减小D．随着制冷技术的不断提高，绝对零度一定能在实验室中达到解析：选A温度是分子平均动能的标志，A正确；物体的内能与温度、体积、物质的量相联系，B错误；当r＜r0时，分子间作用力随分子间距离的增大而减小，当r＞r0时，分子间作用力随分子间距离的增大先增大后减小，C错误；绝对零度不可能达到，D错误。12．(2015·广州二模)子弹射入静止于光滑水平地面上的木块，则()A．做功使木块的内能增大B．热传递使木块的动能增大C子弹损失的机械能等于木块增加的内能D．子弹损失的机械能等于木块增加的动能解析：选A子弹与木块之间的摩擦力做功，使子弹和木块的内能都增大，A项正确、B项错；子弹损失的能量转化为木块的动能以及系统的内能，故C、D项错。13．下列关于温度及内能的说法中正确的是()A．温度是分子平均动能的标志，所以两个动能不同的分子相比，动能大的温度高B．两个不同的物体，只要温度和体积相同，内能就相同C．质量和温度相同的冰和水，内能是相同的D．一定质量的某种物质，即使温度不变，内能也可能发生变化解析：选D温度是大量分子热运动的客观体现，单个分子不能比较温度大小，A错误；物质的内能由温度、体积、物质的量共同决定，故B、C均错误；一定质量的某种物质，温度不变而体积发生变化时，内能也可能发生变化，D正确。14．(多选)气态的N2可视为理想的气体，对于一定质量的N2在不同物态下的内能，下列说法中正确的是()A．固态的N2熔化为同温度的液态N2时内能增大B．固态的N2熔化为同温度的液态N2时，由于分子力做负功将分子动能转化为分子势能，即其内能保持不变C．液态N2汽化为同温度的气体时内能增大D．气态的N2温度升高时内能因所有分子动能增大而增大解析：选AC固态的N2熔化为同温度的液态N2时因需要吸收热量其内能增大，A正确，B错误；液态N2汽化为同温度的气体时，因为分子的平均动能只与物体的温度有关，所以N2的分子平均动能不变，而分子势能增大，即内能增大，C正确；气态的N2温度升高时，分子的平均动能增大，但并不是所有分子的动能都增大，D错误。考点综合训练15．以下说法正确的是()A．无论什么物质，只要它们的摩尔数相同就含有相同的分子数B．分子引力不等于分子斥力时，违背了牛顿第三定律C．1g氢气和1g氧气含有的分子数相同，都是6.02×1023个D．阳光从缝隙射入教室，从阳光中看到的尘埃的运动就是布朗运动解析：选A一摩尔任何物质都含有阿伏加德罗常数个分子，A正确；分子引力与分子斥力不是一对作用力和反作用力，它们的大小不一定相等，B错误；氢气分子和氧气分子的质量不同，所以1g氢气和1g氧气含有的分子数不同，C错误；布朗运动只有在显微镜下才能看到，人的肉眼是看不到的，从阳光中看到的尘埃的运动是物体的机械运动，D错误。16．已知气泡内气体的密度为1.29kg/m3，平均摩尔质量为0.029kg/mol。阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023mol－1，取气体分子的平均直径为2×10－10m解析：设气体体积为V0，变为液体后体积为V1，气体分子数n＝eq\f(ρV0,M)NA，V1＝neq\f(πd3,6)(或V1＝nd3)则eq\f(V1,V0)＝eq\f(ρ,6M)πd3NA(或eq\f(V1,V0)＝eq\f(ρ,M)d3NA)解得eq\f(V1,V0)≈1×10－4(9×10－5～2×10－4都对)。答案：1×10－4(9×10－5～2×10－4皆可)第2节固体、液体和气体,(1)大块塑料粉碎成形状相同的颗粒，每个颗粒即为一个单晶体。(×)(2)单晶体的所有物理性质都是各向异性的。(×)(3)晶体有天然规则的几何形状，是因为物质微粒是规则排列的。(√)(4)液晶是液体和晶体的混合物。(×)(5)船浮于水面上不是由于液体的表面张力。(√)(6)水蒸气达到饱和时，水蒸气的压强不再变化，这时，水不再蒸发和凝结。(×)(7)压强极大的气体不遵从气体实验定律。(√)要点一固体、液体的性质1．晶体和非晶体(1)单晶体具有各向异性，但不是在各种物理性质上都表现出各向异性。(2)只要是具有各向异性的物体必定是晶体，且是单晶体。(3)只要是具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体。(4)晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。2．液体表面张力形成原因表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大，分子间的相互作用力表现为引力表面特性表面层分子间的引力使液面产生了表面张力，使液体表面好像一层绷紧的弹性薄膜表面张力的方向和液面相切，垂直于液面上的各条分界线表面张力的效果表面张力使液体表面具有收缩趋势，使液体表面积趋于最小，而在体积相同的条件下，球形的表面积最小[多角练通]1．(2016·广东第二次大联考)下列说法正确的是()A．气体的内能是分子热运动的平均动能与分子间势能之和B．气体的温度变化时，气体分子的平均动能一定改变C．晶体有固定的熔点且物理性质各向异性D．在完全失重的环境中，空中的水滴是个标准的球体E．金属在各个方向具有相同的物理性质，但它是晶体解析：选BDE由热力学知识知：气体的内能是分子热运动的动能与分子间势能之和，A错误；气体的温度变化时，气体分子的平均动能变化，B正确；晶体分为单晶体和多晶体，单晶体具有各向异性，多晶体是各向同性的，C错误；完全失重情况下，液体各方向的力都一样，所以会成为一个标准的球形，D正确；通常金属在各个方向具有相同的物理性质，它为多晶体，E正确。2．(多选)(2015·全国卷Ⅰ)下列说法正确的是()A．将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是非晶体B．固体可以分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上有不同的光学性质C．由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体D．在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体E．在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，内能也保持不变解析：选BCD将一晶体敲碎后，得到的小颗粒仍是晶体，故选项A错误。单晶体具有各向异性，有些单晶体沿不同方向上的光学性质不同，故选项B正确。金刚石和石墨由同种元素构成，但由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体，故选项C正确。晶体与非晶体在一定条件下可以相互转化，如天然水晶是晶体，熔融过的水晶(即石英玻璃)是非晶体，也有些非晶体在一定条件下可转化为晶体，故选项D正确。熔化过程中，晶体的温度不变，但内能改变，故选项E错误。要点二气体压强的产生与计算1．产生的原因由于大量分子无规则运动而碰撞器壁，形成对器壁各处均匀、持续的压力，作用在器壁单位面积上的压力叫做气体的压强。2．决定因素(1)宏观上：决定于气体的温度和体积。(2)微观上：决定于分子的平均动能和分子的密集程度。3．平衡状态下气体压强的求法液片法选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程，消去面积，得到液片两侧压强相等方程，求得气体的压强力平衡法选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得气体的压强等压面法在连通器中，同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等。液体内深h处的总压强p＝p0＋ρgh，p0为液面上方的压强4．加速运动系统中封闭气体压强的求法选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象，进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程求解。[典例]如图11­2­1所示，一气缸水平固定在静止的小车上，一质量为m，面积为S的活塞将一定量的气体封闭在气缸内，平衡时活塞与气缸底相距L。现让小车以一较小的水平恒定加速度向右运动，稳定时发现活塞相对于气缸移动了距离d。已知大气压强为p0，不计气缸和活塞间的摩擦；且小车运动时，大气对活塞的压强仍可视为p0；整个过程温度保持不变。求小车加速度的大小。图11­2­1[解析]设小车加速度大小为a，稳定时气缸内气体的压强为p1，则活塞受到气缸内外气体的压力分别为：F1＝p1S，F0＝p0S由牛顿第二定律得：F1－F0＝ma小车静止时，在平衡情况下，气缸内气体的压强应为p0。由玻意耳定律得：p1V1＝p0V0式中V0＝SL，V1＝S(L－d)联立以上各式得：a＝eq\f(p0Sd,mL－d)[答案]eq\f(p0Sd,mL－d)[方法规律]封闭气体压强的求解方法封闭气体的压强，不仅与气体的状态变化有关，还与相关的水银柱、活塞、气缸等物体的受力情况和运动状态有关。解决这类问题的关键是要明确研究对象，然后分析研究对象的受力情况，再根据运动情况，列研究对象的力学方程，然后解方程，就可求得封闭气体的压强。[针对训练]1．(多选)(2016·聊城模拟)对于一定质量的理想气体，下列论述中正确的是()A．若单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，压强一定变大B．若单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，压强可能不变C．若气体的压强不变而温度降低时，则单位体积内分子个数一定增加D．若气体的压强不变而温度降低时，则单位体积内分子个数可能不变E．气体的压强由温度和单位体积内的分子个数共同决定解析：选ACE单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，单位面积上的碰撞次数和碰撞的平均力都增大，因此这时气体压强一定增大，故A正确，B错误；若气体的压强不变而温度降低时，气体分子热运动的平均动能减小，则单位体积内分子个数一定增加，故C正确，D错误；气体的压强与气体的温度和单位体积内的分子个数共同决定，E正确。2．(2016·廊坊期末)如图11­2­2所示，一圆筒形气缸静止于地面上，气缸的质量为M，活塞(连同手柄)的质量为m，气缸内部的横截面积为S，大气压强为p0，平衡时气缸内的容积为V。现用手握住活塞手柄缓慢向上提。设气缸足够长，不计气缸内气体的重力和活塞与气缸壁间的摩擦，求开始气缸内封闭气体的压强和刚提离地面时封闭气体的压强。图11­2­2解析：开始时由于活塞处于静止，由平衡条件可得p0S＋mg＝p1S，则p1＝p0＋eq\f(mg,S)当气缸刚提离地面时气缸处于静止，气缸与地面间无作用力，因此由平衡条件可得p2S＋Mg＝p0S则p2＝p0－eq\f(Mg,S)。答案：p0＋eq\f(mg,S)p0－eq\f(Mg,S)3．若已知大气压强为p0，在图11­2­3中各装置均处于静止状态，图中液体密度均为ρ，求被封闭气体的压强。图11­2­3解析：在甲图中，以高为h的液柱为研究对象，由二力平衡知p气S＝－ρghS＋p0S所以p气＝p0－ρgh在图乙中，以B液面为研究对象，由平衡方程F上＝F下有：p气S＋pghS＝p0Sp气＝p0－ρgh在图丙中，仍以B液面为研究对象，有p气＋ρghsin60°＝pB＝p0所以p气＝p0－eq\f(\r(3),2)ρgh在图丁中，以液面A为研究对象，由二力平衡得p气S＝(p0＋ρgh1)S所以p气＝p0＋ρgh1。答案：甲：p0－ρgh乙：p0－ρgh丙：p0－eq\f(\r(3),2)ρgh丁：p0＋ρgh1要点三气体实验定律的应用1．三大气体实验定律(1)玻意耳定律(等温变化)：p1V1＝p2V2或pV＝C(常数)。(2)查理定律(等容变化)：eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)或eq\f(p,T)＝C(常数)。(3)盖—吕萨克定律(等压变化)：eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)或eq\f(V,T)＝C(常数)。2．利用气体实验定律解决问题的基本思路[典例](2015·全国卷Ⅰ)如图11­2­4所示，一固定的竖直气缸由一大一小两个同轴圆筒组成，两圆筒中各有一个活塞。已知大活塞的质量为m1＝2.50kg，横截面积为S1＝80.0cm2；小活塞的质量为m2＝1.50kg，横截面积为S2＝40.0cm2；两活塞用刚性轻杆连接，间距保持为l＝40.0cm；气缸外大气的压强为p＝1.00×105Pa，温度为T＝303K。初始时大活塞与大圆筒底部相距eq\f(l,2)，两活塞间封闭气体的温度为T1＝495K。现气缸内气体温度缓慢下降，活塞缓慢下移。忽略两活塞与气缸壁之间的摩擦，重力加速度大小g取10m/s2。求：图11­2­4(1)在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间，气缸内封闭气体的温度；(2)缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时，缸内封闭气体的压强。[解析](1)设初始时气体体积为V1，在大活塞与大圆筒底部刚接触时，缸内封闭气体的体积为V2，温度为T2。由题给条件得V1＝S1eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(l,2)))＋S2eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(l－\f(l,2))) ①V2＝S2l 在活塞缓慢下移的过程中，用p1表示缸内气体的压强，由力的平衡条件得S1(p1－p)＝m1g＋m2g＋S2(p1－p)故缸内气体的压强不变。由盖—吕萨克定律有eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2) ④联立①②④式并代入题给数据得T2＝330K ⑤(2)在大活塞与大圆筒底部刚接触时，被封闭气体的压强为p1。在此后与气缸外大气达到热平衡的过程中，被封闭气体的体积不变。设达到热平衡时被封闭气体的压强为p′，由查理定律，有eq\f(p′,T)＝eq\f(p1,T2) ⑥联立③⑤⑥式并代入题给数据得p′＝1.01×105Pa。 ⑦[答案](1)330K(2)1.01×105Pa[易错提醒](1)大活塞与筒底接触之前，两活塞处于动态平衡，受力不变，气体的压强也不变。(2)大活塞与筒底接触之后，气体的体积不再变化，随着温度的继续降低，气体压强减小。[针对训练]1．(2015·山东高考)扣在水平桌面上的热杯盖有时会发生被顶起的现象。如图11­2­5所示，截面积为S的热杯盖扣在水平桌面上，开始时内部封闭气体的温度为300K，压强为大气压强p0。当封闭气体温度上升到303K时，杯盖恰好被整体顶起，放出少许气体后又落回桌面，其内部气体压强立刻减为p0，温度仍为303K。再经过一段时间，内部气体温度恢复到300K。整个过程中封闭气体均可视为理想气体。求：图11­2­5(1)当温度上升到303K且尚未放气时，封闭气体的压强；(2)当温度恢复到300K时，竖直向上提起杯盖所需的最小力。解析：(1)以开始封闭的气体为研究对象，由题意可知，初状态温度T0＝300K，压强为p0，末状态温度T1＝303K，压强设为p1，由查理定律得eq\f(p0,T0)＝eq\f(p1,T1) ①代入数据得p1＝eq\f(101,100)p0。 ②(2)设杯盖的质量为m，刚好被顶起时，由平衡条件得p1S＝p0S＋mg ③放出少许气体后，以杯盖内的剩余气体为研究对象，由题意可知，初状态温度T2＝303K，压强p2＝p0，末状态温度T3＝300K，压强设为p3，由查理定律得eq\f(p2,T2)＝eq\f(p3,T3) ④设提起杯盖所需的最小力为F，由平衡条件得F＋p3S＝p0S＋mg ⑤联立②③④⑤式，代入数据得F＝eq\f(201,10100)p0S。 ⑥答案：(1)eq\f(101,100)p0(2)eq\f(201,10100)p0S2．(2015·海南高考)如图11­2­6所示，一底面积为S，内壁光滑的圆柱形容器竖直放置在水平地面上，开口向上，内有两个质量均为m的相同活塞A和B；在A和B之间、B与容器底面之间分别封有一定量的同样的理想气体，平衡时体积均为V。已知容器内气体温度始终不变，重力加速度大小为g，外界大气压强为p0。现假设活塞B发生缓慢漏气，致使B最终与容器底面接触。求活塞A移动的距离。图11­2­6解析：设平衡时，A与B之间、B与容器底面之间的气体压强分别为p1、p2，在漏气前，对A分析有p1＝p0＋eq\f(mg,S)，对B有p2＝p1＋eq\f(mg,S)B最终与容器底面接触后，AB间的压强为p，气体体积为V′，则有p＝p0＋eq\f(mg,S)因为温度始终不变，对于混合气体有(p1＋p2)·V＝pV′设活塞B厚度为d，漏气前A距离底面的高度为h＝eq\f(2V,S)＋d漏气后A距离底面的高度为h′＝eq\f(V′,S)＋d联立可得Δh＝h－h′以上各式联立化简得Δh＝eq\f(mg,p0S＋mg)·eq\f(V,S)。答案：eq\f(mg,p0S＋mg)·eq\f(V,S)要点四理想气体状态方程的应用1．理想气体(1)宏观上讲，理想气体是指在任何条件下始终遵守气体实验定律的气体，实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下，可视为理想气体。(2)微观上讲，理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力，分子本身没有体积，即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间。2．状态方程：eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)或eq\f(pV,T)＝C。3．应用状态方程解题的一般步骤(1)明确研究对象，即某一定质量的理想气体；(2)确定气体在始末状态的参量p1、V1、T1及p2、V2、T2；(3)由状态方程列式求解；(4)讨论结果的合理性。[典例](2016·北京朝阳区二模)如图11­2­7所示，有两个不计质量不计厚度的活塞M、N将两部分理想气体A、B封闭在绝热气缸内，温度均是27℃。M活塞是导热的，N活塞是绝热的，均可沿气缸无摩擦地滑动，已知活塞的横截面积均为S＝2cm2，初始时M活塞相对于底部的高度为h1＝27cm，N活塞相对于底部的高度为h2＝18cm。现将一质量为m＝1kg的小物体放在M活塞的上表面上，活塞下降。已知大气压强为p0＝1.0×105Pa。(g＝10m/s2)图11­2­7(1)求下部分气体的压强多大；(2)现通过加热丝对下部分气体进行缓慢加热，使下部分气体的温度变为127℃，求稳定后活塞M、N距离底部的高度。[审题指导](1)M活塞是导热的，N活塞是绝热的，保证上部气体温度不变。(2)在放上小物体m，又对下部气体加热的过程中，下部分气体温度、压强、体积均变化，应用理想气体状态方程求解。[解析](1)对两个活塞和重物作为整体进行受力分析得：pS＝mg＋p0S得p＝p0＋eq\f(mg,S)＝1.0×105Pa＋eq\f(1×10,2×10－4)Pa＝1.5×105Pa。(2)对下部分气体进行分析，初状态压强为p0，体积为h2S，温度为T1，末状态压强为p，体积设为h3S，温度为T2由理想气体状态方程可得：eq\f(p0h2S,T1)＝eq\f(ph3S,T2)得：h3＝eq\f(p0T2,pT1)h2＝eq\f(1×105×400,1.5×105×300)×18cm＝16cm对上部分气体进行分析，根据玻意耳定律可得：p0(h1－h2)S＝pLS得：L＝6cm故此时活塞M距离底端的距离为h4＝16cm＋6cm＝22cm。[答案](1)1.5×105Pa(2)22cm16cm[针对训练]1．(2016·贵州七校高三联考)如图11­2­8所示，水平放置一个长方体的封闭气缸，用无摩擦活塞将内部封闭气体分为完全相同的A、B两部分。初始时两部分气体压强均为p、热力学温度均为T。使A的温度升高ΔT而保持B部分气体温度不变。则A部分气体的压强增加量为多少？图11­2­8解析：设温度升高后，AB压强增加量都为Δp，A部分气体升高温度后体积为VA，由理想气体状态方程得：eq\f(pV,T)＝eq\f(p＋ΔpVA,T＋ΔT)对B部分气体，升高温度后体积VB，由玻意耳定律得：pV＝(p＋Δp)VB两部分气体总体积不变：2V＝VA＋VB解得：Δp＝eq\f(pΔT,2T)。答案：eq\f(pΔT,2T)2．(2016·佳木斯重点中学一模)如图11­2­9所示，在两端封闭粗细均匀的竖直长管道内，用一可自由移动的活塞A封闭体积相等的两部分气体。开始时管道内气体温度都为T0＝500K，下部分气体的压强p0＝1.25×105Pa，活塞质量m＝0.25kg，管道的内径横截面积S＝1cm2。现保持管道下部分气体温度不变，上部分气体温度缓慢降至T，最终管道内上部分气体体积变为原来的eq\f(3,4)，若不计活塞与管道壁间的摩擦，g＝10m/s2，求此时上部分气体的温度T。图11­2­9解析：设初状态时两部分气体体积均为V0，对下部分气体，等温变化，根据玻意耳定律知：p0V0＝pV，其中：V＝eq\f(5,4)V0解得：p＝eq\f(4,5)×1.25×105Pa＝1×105Pa对上部分气体，初态：p1＝p0－eq\f(mg,S)＝1×105Pa末态：p2＝p－eq\f(mg,S)＝0.75×105Pa根据理想气体状态方程，有：eq\f(p1V0,T0)＝eq\f(p2\f(3,4)V0,T)解得：T＝281.25K。答案：281.25K要点五气体状态变化的图像问题一定质量的气体不同图像的比较过程类别图线特点示例等温过程p­VpV＝CT(其中C为恒量)，即pV之积越大的等温线温度越高，线离原点越远p­eq\f(1,V)p＝CTeq\f(1,V)，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高等容过程p­Tp＝eq\f(C,V)T，斜率k＝eq\f(C,V)，即斜率越大，体积越小等压过程V­TV＝eq\f(C,p)T，斜率k＝eq\f(C,p)，即斜率越大，压强越小[典例](2016·兰州一模)一定质量的理想气体体积V与热力学温度T的关系图像如图11­2­10所示，气体在状态A时的压强pA＝p0，温度TA＝T0，线段AB与V轴平行，BC的延长线过原点。求：图11­2­10(1)气体在状态B时的压强pB；(2)气体在状态C时的压强pC和温度TC。[解析](1)A到B是等温变化，压强和体积成反比，根据玻意耳定律有：pAVA＝pBVB解得：pB＝eq\f(p0,2)。(2)由B到C是等压变化，根据盖—吕萨克定律得：eq\f(VB,TB)＝eq\f(VC,TC)解得：TC＝eq\f(1,2)T0A到C是等容变化，根据查理定律得：eq\f(pA,TA)＝eq\f(pC,TC)解得：pC＝eq\f(p0,2)。[答案](1)eq\f(p0,2)(2)eq\f(p0,2)eq\f(T0,2)[方法规律]气体状态变化的图像的应用技巧(1)明确点、线的物理意义：求解气体状态变化的图像问题，应当明确图像上的点表示一定质量的理想气体的一个平衡状态，它对应着三个状态参量；图像上的某一条直线段或曲线段表示一定质量的理想气体状态变化的一个过程。(2)明确斜率的物理意义：在V­T图像(p­T图像)中，比较两个状态的压强(或体积)大小，可以比较这两个状态到原点连线的斜率的大小，其规律是：斜率越大，压强(或体积)越小；斜率越小，压强(或体积)越大。[针对训练]1．(2016·福州二模)如图所示的四个图像，有一个是表示一定质量的某种理想气体从状态a等温压缩到状态b的过程，这个图像是()解析：选B气体做等温压缩变化，根据玻意耳定律得压强应增大，故A错误；气体做等温压缩变化，故B正确；气体做等温压缩变化，而图像中T减小，故C错误；箭头方向表示气体体积在增大，与题目不符，故D错误。2．(2016·广东第二次大联考)如图11­2­11所示为一定质量理想气体的体积V与温度T的关系图像，它由状态A经等温过程到状态B，再经等容过程到状态C。设A、B、C状态对应的压强分别为pA、pB、pC，则下列关系式中正确的是()图11­2­11A．pA＜pB，pB＜pC B．pA＞pB，pB＝pCC．pA＞pB，pB＜pC D．pA＝pB，pB＞pC解析：选A由eq\f(pV,T)＝常量得：A到B过程，T不变，体积减小，所以pA＜pB，B经等容过程到C，V不变，温度升高，pB＜pC，所以A正确。3．(多选)(2016·潍坊模拟)如图11­2­12所示，一定质量的理想气体，从图示A状态开始，经历了B、C，最后到D状态，下列判断中正确的是()图11­2­12A．A→B温度升高，压强不变B．B→C体积不变，压强变大C．B→C体积不变，压强不变D．C→D体积变小，压强变大解析：选AD由图像可知，在A→B的过程中，气体温度升高体积变大，且体积与温度成正比，由eq\f(pV,T)＝C，气体压强不变，故A正确；由图像可知，在B→C的过程中，体积不变而热力学温度降低，由eq\f(pV,T)＝C可知，压强p减小，故B、C错误；由图像可知，在C→D的过程中，气体温度不变，体积减小，由eq\f(pV,T)＝C可知，压强p增大，故D正确。对点训练：固体、液体的性质1．(2015·南京一模)如图1所示，把玻璃管的裂口放在火焰上烧熔，它的尖端就变钝了。产生这一现象的原因是()图1A．玻璃是非晶体，熔化再凝固后变成晶体B．玻璃是晶体，熔化再凝固后变成非晶体C．熔化的玻璃表面分子间表现为引力使其表面绷紧D．熔化的玻璃表面分子间表现为斥力使其表面扩张解析：选C玻璃是非晶体，熔化再凝固后仍然是非晶体，故A、B错误；细玻璃棒尖端放在火焰上烧熔后尖端变成球形，是表面张力的作用，因为表面张力具有使液体表面绷紧即减小表面积的作用，而体积相同情况下球的表面积最小，故呈球形，故C正确，D错误。2．(2015·福建高考)下列有关分子动理论和物质结构的认识，其中正确的是()A．分子间距离减小时分子势能一定减小B．温度越高，物体中分子无规则运动越剧烈C．物体内热运动速率大的分子数占总分子数比例与温度无关D．非晶体的物理性质各向同性而晶体的物理性质都是各向异性解析：选B当分子间距r<r0时，分子间距r减小，分子势能增大，选项A错误。分子热运动的剧烈程度只与温度有关，温度越高，运动越剧烈，选项B正确。温度越高，热运动速率大的分子数占总分子数的比例越大，选项C错误。多晶体的物理性质为各向同性，选项D错误。3．(多选)(2015·江苏高考)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解析：选AD晶体在熔化过程中温度保持不变，食盐具有这样的特点，则说明食盐是晶体，选项A正确；蜂蜡的导热特点是各向同性的，烧热的针尖使蜂蜡熔化后呈椭圆形，说明云母片的导热特点是各向异性的，故云母片是晶体，选项B错误；天然石英表现为各向异性，则该物质微粒在空间的排列是规则的，选项C错误；石墨与金刚石皆由碳原子组成，但它们的物质微粒排列结构是不同的，选项D正确。对点训练：气体压强及实验定律4．(2015·怀化二模)如图2所示，玻璃管的横截面S＝1cm2，在玻璃管内有一段质量为m＝0.1kg的水银柱和一定量的理想气体，当玻璃管平放时气体柱的长度为l0＝10cm，现把玻璃管正立，过较长时间后再将玻璃管倒立，经过较长时间后，求玻璃管由正立至倒立状态，水银柱相对于管底移动的距离是多少？(假设环境温度保持不变，大气压强取p0＝1×105Pa)图2解析：气体做等温变化，当玻璃管平放时有p1＝p0V1＝l0S玻璃管正立时，对水银柱受力分析：p2S＝p0S＋mg故p2＝p0＋eq\f(mg,S)V2＝l2S玻璃管倒立时，对水银柱受力分析，p0S＝p3S＋mg有：p3＝p0－eq\f(mg,S)V3＝l3S根据玻意耳定律，得p1V1＝p2V2p2V2＝p3V3由以上各式联立解得⇒Δl＝l3－l2＝eq\f(2mgp0l0,p02S－\f(mg2,S))＝eq\f(2×104,106－104)cm≈2cm。答案：2cm5．(2015·南京一模)导热良好的圆柱形气缸置于水平地面上，用质量为M的光滑活塞密封一定质量的理想气体，活塞横截面积为S。开始时气缸开口向上，被封气体的体积为V0，如图3甲所示，现将气缸平放，如图乙所示。已知外界大气压强为p0，环境温度不变，待系统重新稳定后，求活塞相对于缸底移动的距离。图3解析：对活塞受力分析：Mg＋p0S＝pS得：p＝eq\f(Mg＋p0S,S)气缸平放后：对活塞受力分析得：p1＝p0对封闭气体运用玻意耳定律：pV0＝p1V1得：V1＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(Mg,S)＋p0))V0,p0)所以：Δh＝eq\f(V1－V0,S)＝eq\f(MgV0,p0S2)。答案：eq\f(MgV0,p0S2)6．(2015·全国卷Ⅱ)如图4所示，一粗细均匀的U形管竖直放置，A侧上端封闭，B侧上端与大气相通，下端开口处开关K关闭；A侧空气柱的长度l＝10.0cm，B侧水银面比A侧的高h＝3.0cm。现将开关K打开，从U形管中放出部分水银，当两侧水银面的高度差为h1＝10.0cm时将开关K关闭。已知大气压强p0＝75.0cmHg。图4(1)求放出部分水银后A侧空气柱的长度；(2)此后再向B侧注入水银，使A、B两侧的水银面达到同一高度，求注入的水银在管内的长度。解析：(1)以cmHg为压强单位。设A侧空气柱长度l＝10.0cm时的压强为p；当两侧水银面的高度差为h1＝10.0cm时，空气柱的长度为l1，压强为p1。由玻意耳定律得pl＝p1l1 由力学平衡条件得p＝p0＋h ②打开开关K放出水银的过程中，B侧水银面处的压强始终为p0，而A侧水银面处的压强随空气柱长度的增加逐渐减小，B、A两侧水银面的高度差也随之减小，直至B侧水银面低于A侧水银面h1为止。由力学平衡条件有p1＝p0－h1 ③联立①②③式，并代入题给数据得l1＝12.0cm ④(2)当A、B两侧的水银面达到同一高度时，设A侧空气柱的长度为l2，压强为p2。由玻意耳定律得pl＝p2l2 由力学平衡条件有p2＝p0 ⑥联立②⑤⑥式，并代入题给数据得l2＝10.4cm ⑦设注入的水银在管内的长度为Δh，依题意得Δh＝2(l1－l2)＋h1 ⑧联立④⑦⑧式，并代入题给数据得Δh＝13.2cm ⑨答案：(1)12.0cm(2)13.2cm对点训练：气体状态变化的图像问题7．(多选)(2014·全国卷Ⅰ)一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其p­T图像如图5所示。下列判断正确的是__________。图5A．过程ab中气体一定吸热B．过程bc中气体既不吸热也不放热C．过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热D．a、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小E．b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同解析：选ADE过程ab，理想气体等容变化，温度升高，理想气体的内能增大，气体一定吸热，A正确；过程bc，理想气体等温变化，压强减小，容器壁单位面积单位时间内受到分子撞击的次数减小，E正确；而体积变大，气体对外做功，气体一定吸热，B错误；过程ca，理想气体的压强不变，温度降低，内能减小，体积减小，外界对气体做功，气体对外放出的热量大于外界对气体做的功，C错误；根据上述三过程可知：在a、b、c三个状态中，状态a的温度最低，根据温度是分子平均动能的标志，其分子的平均动能最小，D正确。8．(2016·高密模拟)带有活塞的气缸内封闭一定量的理想气体。气体开始处于状态A，由过程AB到达状态B，后又经过过程BC到达状态C，如图6所示。设气体在状态A时的压强、体积和温度分别为pA、VA和TA。在状态B时的体积为VB，在状态C时的温度为TC。图6(1)求气体在状态B时的温度TB；(2)求气体在状态A的压强pA与状态C的压强pC之比。解析：(1)由题图知，A→B过程为等压变化。由盖—吕萨克定律有eq\f(VA,TA)＝eq\f(VB,TB)，解得TB＝eq\f(TAVB,VA)。(2)由题图知，B→C过程为等容变化，由查理定律有eq\f(pB,TB)＝eq\f(pC,TC)A→B过程为等压变化，压强相等，有pA＝pB，由以上各式得eq\f(pA,pC)＝eq\f(TAVB,TCVA)。答案：(1)eq\f(TAVB,VA)(2)eq\f(TAVB,TCVA)对点训练：理想气体状态方程9．(多选)(2014·大纲卷)对于一定量的稀薄气体，下列说法正确的是()A．压强变大时，分子热运动必然变得剧烈B．保持压强不变时，分子热运动可能变得剧烈C．压强变大时，分子间的平均距离必然变小D．压强变小时，分子间的平均距离可能变小解析：选BD根据理想气体的状态方程eq\f(pV,T)＝C，当压强变大时，气体的温度不一定变大，分子热运动也不一定变得剧烈，选项A错误；当压强不变时，气体的温度可能变大，分子热运动也可能变得剧烈，选项B正确；当压强变大时，气体的体积不一定变小，分子间的平均距离也不一定变小，选项C错误；当压强变小时，气体的体积可能变小，分子间的平均距离也可能变小，选项D正确。10．(2015·银川一模)如图7所示，在一端开口、一端封闭粗细均匀的玻璃管内，一段长为h＝25cm的水银柱封闭着一定质量的理想气体，当玻璃管水平放置时，管内封闭的气柱长度为L1＝20cm(如图甲)，这时的大气压强p0＝75cmHg，室温是t1＝27℃。将玻璃管缓慢地转过90°，使它开口向上，并竖直浸入热水中(如图乙)，待稳定后，测得玻璃管内气柱的长度L2＝17.5cm。图7(1)求此时管内气体的温度t2；(2)保持管内气体的温度t2不变，往玻璃管内缓慢加入水银，当封闭的气柱长度L3＝14cm时，加入的水银柱长度Δh是多少(玻璃管足够长)。解析：(1)根据理想气体状态方程得，eq\f(p0L1,273＋t1)＝eq\f(p0＋hL2,273＋t2)，代入数值解得：t2＝77℃；(2)根据玻意耳定律得，(p0＋h)L2＝(p0＋h＋Δh)L3，代入数值解得Δh＝25cm。答案：(1)77℃(2)25cm第3节热力学定律(1)做功和热传递的实质是相同的。(×)(2)绝热过程中，外界压缩气体做功20J，气体的内能一定减少。(×)(3)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变。(√)(4)在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是因为外界对气体做功。(√)(5)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量正在消失。(×)(6)利用河水的能量使船逆水航行的设想，符合能量守恒定律。(√)(7)热机中，燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变化。(×)要点一热力学第一定律1．改变内能的两种方式的比较做功热传递区别内能变化情况外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少从运动形式上看做功是宏观的机械运动向物体的微观分子热运动的转化热传递则是通过分子之间的相互作用，使同一物体的不同部分或不同物体间的分子热运动发生变化，是内能的转移从能量的角度看做功是其他形式的能与内能相互转化的过程不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移能的性质变化情况能的性质发生了变化能的性质不变联系做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的2．温度、内能、热量、功的比较含义特点温度表示物体的冷热程度，是物体分子平均动能大小的标志，它是大量分子热运动的集体表现，对个别分子来说，温度没有意义状态量内能(热能)物体内所有分子动能和势能的总和，它是由大量分子的热运动和分子的相对位置所决定的能热量是热传递过程中内能的改变量，热量用来量度热传递过程中内能转移的多少过程量功做功过程是机械能或其他形式的能和内能之间的转化过程3．对公式ΔU＝Q＋W符号的确定符号WQΔU＋外界对物体做功物体吸收热量内能增加－物体对外界做功物体放出热量内能减少4．三种特殊情况(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加。(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量。[多角练通]1．(多选)(2015·广东高考)图11­3­1为某实验器材的结构示意图，金属内筒和隔热外筒间封闭了一定体积的空气，内筒中有水，在水加热升温的过程中，被封闭的空气()图11­3­1A．内能增大B．压强增大C．分子间引力和斥力都减小D．所有分子运动速率都增大解析：选AB在水加热升温的过程中，封闭气体的温度升高，内能增大，选项A正确；根据eq\f(p,T)＝C知，气体的压强增大，选项B正确；气体的体积不变，气体分子间的距离不变，分子间的引力和斥力不变，选项C错误；温度升高，分子热运动的平均速率增大，但并不是所有分子运动的速率都增大，选项D错误。2．(2015·北京高考)下列说法正确的是()A．物体放出热量，其内能一定减小B．物体对外做功，其内能一定减小C．物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加D．物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变解析：选C根据热力学第一定律(公式ΔU＝Q＋W)可知，做功和热传递都可以改变物体的内能，当外界对物体做的功大于物体放出的热量或物体吸收的热量大于物体对外做的功时，物体的内能增加，选项A、B错误，选项C正确；物体放出热量同时对外做功，则Q＋W<0，内能减小，选项D错误。3．(2014·重庆高考)重庆出租车常以天然气作为燃料。加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中，若储气罐内气体体积及质量均不变，则罐内气体(可视为理想气体)()A．压强增大，内能减小B．吸收热量，内能增大C．压强减小，分子平均动能增大D．对外做功，分子平均动能减小解析：选B温度是分子平均动能的宏观标志，故天然气的温度升高过程中，分子平均动能增大，又天然气可视为理想气体，不需要考虑分子势能，而气体质量不变，气罐内天然气分子数不变，所以气体分子总动能增大，故内能增大，A、D项错；由热力学第一定律可知，气体体积不变，内能增大，则一定从外界吸收热量，B项对；天然气体积不变，随温度升高，气体压强增大，C项错。要点二热力学第二定律1．在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”的涵义(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助。(2)“不产生其他影响”的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响。如吸热、放热、做功等。2．热力学第一、第二定律的比较热力学第一定律热力学第二定律定律揭示的问题它从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改变量三者的定量关系它指出自然界中出现的过程是有方向性的机械能和内能的转化当摩擦力做功时，机械能可以全部转化为内能内能不可能在不引起其他变化的情况下完全变成机械能热量的传递热量可以从高温物体自发传向低温物体说明热量不能自发地从低温物体传向高温物体表述形式只有一种表述形式有多种表述形式两定律的关系在热力学中，两者既相互独立，又互为补充，共同构成了热力学知识的理论基础3．两类永动机的比较第一类永动机第二类永动机设计要求不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器不可能制成的原因违背能量守恒不违背能量守恒，违背热力学第二定律[典例]根据你学过的热学中的有关知识，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；尽管科技不断进步，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－273.15℃，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，而是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[方法规律]4个常见的宏观热现象方向性实例(1)高温物体eq\o(,\s\up7(热量Q能自发传递),\s\do5(热量Q不能自发传递))低温物体(2)功eq\o(,\s\up7(能独立全转化为),\s\do5(不能独立地完全转化为))热量(3)气体体积V1eq\o(,\s\up7(能自发膨胀),\s\do5(不能自发压缩))气体体积V2(V2＞V1)(4)不同气体A和Beq\o(,\s\up7(能自发混合),\s\do5(不能自发分离))混合气体AB[针对训练]1．下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是()A．第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律B．能量耗散过程中能量不守恒C．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违背了热力学第二定律D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性E．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功解析：选ADE第一类永动机是指不消耗能量却可以不断对外做功的机器，违背了能量守恒定律，A正确；能量耗散过程中能量仍是守恒的，B错误；电冰箱在电机做功情况下，不断地把冰箱内的热量传到外界，没有违背热力学第二定律，C错误；能量耗散具有方向性，D正确；物体在引起其他变化时可以从单一热源吸收热量并全部用于做功，E正确。2．(多选)(2016·唐山二模)根据热力学定律，下列说法正确的是()A．第二类永动机违反能量守恒定律，因此不可能制成B．效率为100%的热机是不可能制成的C．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递D．从单一热源吸收热量，使之完全变为功是提高机械效率的常用手段E．吸收了热量的物体，其内能也不一定增加解析：选BCE第二类永动机不可能制成，是因它违反了热力学第二定律，故A错误；效率为100%的热机是不可能制成的，故B正确；电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递，故C正确；从单一热源吸收热量，使之完全变为功是不可能实现的，故D错误；改变内能的方式有做功和热传递，吸收了热量的物体，其内能也不一定增加，E正确。要点三气体实验定律与热力学定律的结合[典例](2016·潍坊模拟)如图11­3­2所示在绝热气缸内，有一绝热轻活塞封闭一定质量的气体，开始时缸内气体温度为27℃，封闭气柱长9cm，活塞横截面积S＝50cm2。现通过气缸底部电阻丝给气体加热一段时间，此过程中气体吸热22J，稳定后气体温度变为127℃。已知大气压强等于105Pa，求：图11­3­2(1)加热后活塞到气缸底端的距离；(2)此过程中气体内能改变了多少。[解析](1)取被封闭的气体为研究的对象，开始时气体的体积为L1S，温度为：T1＝(273＋27)K＝300K，末状态的体积为：L2S，温度为：T2＝(273＋127)K＝400K气体做等压变化，则：eq\f(L1S,T1)＝eq\f(L2S,T2)代入数据得：L2＝12cm。(2)在该过程中，气体对外做功：W＝F·ΔL＝p0S(L2－L1)＝105×50×10－4×(12－9)×10－2J＝15J，由热力学第一定律：ΔU＝Q－W＝22J－15J＝7J。[