模块综合检测
(时间：100分钟，满分：100分)
一、选择题(本题共10个小题，每小题5分，共50分．在每小题给出的四个选项中，有一个或多个选项符合题目要求，全选对的得5分，选对但不全的得3分，选错或不选的均得0分．)
1．关于布朗运动，下列说法中不正确的是( )
A．布朗运动是微观粒子的运动，牛顿运动定律不再适用
B．布朗运动是液体分子无规则运动的反映
C．强烈的阳光射入较暗的房间内，在光束中可以看到悬浮在空气中的微尘不停地做无规则运动，这也是一种布朗运动
D．因为布朗运动的激烈程度跟温度有关，所以布朗运动也叫做热运动
【解析】 布朗运动是宏观粒子的运动，其运动规律同样遵循牛顿运动定律，选项A错误；布朗运动虽然是固体小颗粒的运动，但却反映了液体分子的无规则运动，选项B正确；光束中的粒子的运动是受小范围气流的影响而引起的，不是布朗运动，选项C错误；热运动指分子的无规则运动，布朗运动不能称为热运动，选项D错误．
【答案】 ACD
2．(2013·广东汕头质检)下列说法正确的是( )
A．知道某种物质的摩尔质量和分子的质量可求出阿伏加德罗常数
B．内能不同的物体，它们的分子热运动的平均动能不可能相同
C．没有漏气、没有摩擦的理想热机，其效率也不可能是100%
D．液晶既有液体的流动性，又有光学的各向同性
【解析】 阿伏伽德罗常数是联系微观与宏观的桥梁，设分子质量为m0，由NA＝可知，选项A正确；温度是分子平均动能的标志，选项B错误；液晶既有液体的流动性，又有光学的各向异性，选项D错误；本题正确选项为A、C.
【答案】 AC
3．下列叙述正确的是( )
A．悬浮在液体中的固体微粒越大，布朗运动就越明显
B．物体的温度越高，分子热运动的平均动能越大
C．当分子间的距离增大时，分子间的引力变大而斥力减小
D．物体的温度随着科学技术的发展可以降低到绝对零度
【解析】 本题易错选选项C，分子间的引力、斥力都随着分子间距的增大而减小．
【答案】 B
4．(2013·汉中检测)下列叙述中正确的是( )
A．当分子之间的距离等于r0(r0＝10－10 m)时，分子之间的引力和斥力相平衡，合力为零，此时无论是增大分子间距还是缩小分子间距，分子势能都将增大
B．在太空运行的飞船中，宇航员将一瓶液体从瓶中倒出，则液体由于重力的原因成为椭圆形的球体
C．第一类永动机和第二类永动机虽然不能够实现，但第二类永动机不违背能量守恒定律
D．物质是晶体还是非晶体是绝对的，在任何情况下都不会发生两者之间的转化
【解析】 当分子间距r＝r0时，无论增大还是减小分子间距，分子力做负功，分子势能增大，故A正确；太空中处于完全失重状态，液体由表面张力的作用成球体，B错误；第二类永动机违背热力学第二定律，不违背能量守恒定律，故C正确；晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化，故D错误．
【答案】 AC
5．(2012·四川高考)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】 分子热运动越剧烈，分子的平均动能越大，但某一分子的动能不一定大，选项A错误；分子间引力总是随分子间距离的减小而增大，选项B错误；物体的内能是所有分子动能和分子势能之和，分子动能与温度有关，分子势能与体积有关，所以物体的内能跟物体的温度和体积有关，选项C正确；由热力学第一定律知，做功和热传递都可以改变物体的内能，选项D错误．
【答案】 C
6．(2013·北京高考)下列说法正确的是( )
A．液体中悬浮微粒的无规则运动称为布朗运动
B．液体分子的无规则运动称为布朗运动
C．物体从外界吸收热量，其内能一定增加
D．物体对外界做功，其内能一定减少
【解析】 根据布朗运动的定义及热力学第一定律来判断．布朗运动是指液体中悬浮微粒的无规则运动，而不是指液体分子的运动，选项A正确，选项B错误；改变物体内能的方式有做功和传热，当仅知道物体从外界吸收热量或者物体对外界做功时无法判断物体内能的变化，选项C、D错误．
【答案】 A
7．我们在河边会发现有些小昆虫能静止于水面上，这是因为( )
A．小昆虫的重力可忽略
B.小昆虫的重力与浮力平衡
C．小昆虫的重力与表面张力平衡
D．表面张力使水面收缩成“弹性薄膜”，对小昆虫产生一个向上的支持力，小昆虫的重力和支持力平衡
【解析】 小昆虫静止在水面上是因为小昆虫所受的合外力为零；表面张力不是作用于小昆虫上的力，而是产生于液体表面层中的力．
【答案】 D
8．关于气体的压强，下列说法正确的是( )
A．气体分子频繁地碰撞器壁是产生压力形成压强的重要因素
B．大量气体分子对器壁的碰撞满足统计规律，机会均等，故器壁各部分压强相等
C．温度升高，分子对器壁碰撞频繁，压强增大
D．温度一定时，体积变小，单位体积内分子数增多，对器壁碰撞更加频繁，压强增大
【解析】 从分子动理论观点看，气体压强就是大量气体分子对器壁单位面积上的压力．与气体对器壁碰撞的频繁程度和每次撞击力的大小有关，即决定于单位体积内的分子数和大量分子运动的平均速率．大量分子的运动遵从统计规律，故器壁各部分的压强相等．所以选项A、B、D正确．
【答案】 ABD
图1
9．(2010·全国高考)如图1，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分．已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空．抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态．在此过程中，( )
A．气体对外界做功，内能减少
B．气体不做功，内能不变
C．气体压强变小，温度降低
D．气体压强变小，温度不变
【解析】 a内气体进入b的过程为自由扩散过程，气体虽然体积增大，但不对外做功，又由于容器绝热，因而内能不变，温度不变，由玻意耳定律知，气体压强减小，故选B、D.
【答案】 BD
10．(2013·琼中检测)
图2
一定质量的理想气体的状态发生变化，经历了如图2图示A→B→C→A的循环过程，则下列说法正确的是( )
A．气体在状态C和状态A的内能相等
B．从状态C变化到状态A的过程中，气体一定放热
C．从状态B变化到状态C的过程中，气体一定吸热
D．从状态B变化到状态C的过程中，气体分子平均动能减小
【解析】 理想气体的内能由温度决定，TA≠TC故A错；从状态C变化到状态A由查理定律知，温度升高，内能增加，从外界吸热，B错误；从状态B变化到状态C，由盖·吕萨克定律知，温度降低内能减少，又由体积减小，外界对气体做正功，变化过程中一定放热，所以C错误，D正确．
【答案】 D
二、非选择题(本大题共6小题，共50分．按题目要求作答，解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位．)
图3
11．(6分)实验室内，某同学用导热性能良好的汽缸和活塞将一定质量的理想气体密封在汽缸内(活塞与汽缸壁之间无摩擦)，活塞的质量为m，汽缸内部的横截面积为S，用滴管将水缓慢滴注在活塞上，最终水层的高度为h，如图3所示．在此过程中，若大气压强恒为p0，室内的温度不变，水的密度为ρ，重力加速度为g，则：
(1)图示状态汽缸内气体的压强为________；
(2)以下图象中能反映密闭气体状态变化过程的是________．
【解析】 (1)汽缸内气体的压强等于大气压强、水和活塞重力产生的压强之和．
(2)汽缸导热性能良好，故气体发生的是等温变化，随着水缓慢滴注在活塞上，气体压强不断增大，由pV＝C(常量)可知，气体体积不断减小，符合题意的只有选项A正确．
【答案】 (1)p0＋ρgh＋ (2)A
12．(6分)在做“用油膜法估测分子大小”的实验时，油酸酒精溶液的浓度为每1 0000 mL.溶液中有纯油酸1 mL，用注射器测得1 mL上述溶液有200滴，把一滴该溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的浅盘里，待水面稳定后，测得油酸膜的近似轮廓如图4所示，图中小方格的边长为1 cm，则每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积约是________mL，油酸膜的面积是________cm2.根据上述数据，估测出油酸分子的直径是________nm.
图4
【答案】 5×10－7 40 0.125
13．(10分)(2012·江苏高考)(1)下列现象中，能说明液体存在表面张力的有________．
A．水黾可以停在水面上
B．叶面上的露珠呈球形
C．滴入水中的红墨水很快散开
D．悬浮在水中的花粉做无规则运动
(2)密闭在钢瓶中的理想气体，温度升高时压强增大．从分子动理论的角度分析，这是由于分子热运动的增大了．该气体在温度T1、T2时的分子速率分布图像如题图5所示，则T1________(选填“大于”或“小于”)T2.
(3)如题图6所示，一定质量的理想气体从状态A经等压过程到状态B.此过程中，气体压强p＝1.0×105 Pa，吸收的热量Q＝7.0×102 J，求此过程中气体内能的增量．
图5 图6
【解析】 (1)红墨水散开和花粉的无规则运动直接或间接说明分子的无规则运动，选项C、D错误；水黾停在水面上、露珠星球形均是因为液体存在表面张力，选项A、B正确．
(2)温度升高时，气体分子平均速率变大，平均动能增大，即分子的速率较大的分子占总分子数比例较大，所以T1＜T2.
(3)等压变化＝，对外做的功W＝p(VB－VA)
根据热力学第一定律ΔU＝Q－W，
解得ΔU＝5.0×102 J.
【答案】 (1)AB (2)平均动能 小于 (3)5.0×102 J
图7
14．(8分)(2011·山东高考)气体温度计结构如图7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＝14 cm，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＝44 cm.(已知外界大气压为1个标准大气压，1标准大气压相当于76 cmHg)
(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，由题意知T1＝273 K
A内气体发生等容变化，根据查理定律得
＝①
p1＝p0＋ph1②
p2＝p0＋ph2③
联立①②③式，代入数据得
T2＝364 K(或91 °C)．
(2)温度升高，A内气体内能增大．根据热力学第一定律W＋Q＝ΔU，W＝0，ΔU>0，所以Q>0，即吸热．
【答案】 (1)91°C (2)增大 吸热
15．(10分)(2013·黄冈高二检测)一定质量的理想气体由状态A变为状态D，其有关数据如图8甲所示，若状态D的压强是2×104 Pa.求
(1)状态A的压强．
(2)请在图乙中画出该状态变化过程的p－t图象，并分别标出A、B、C、D各个状态，不要求写出计算过程．
甲 乙
图8
【解析】 (1)根据理想气体状态方程：＝
得pA＝＝4×104 Pa.
(2)p－t图象及A、B、C、D各个状态如图所示：
【答案】 (1)4×104 Pa (2)见解析
16．(10分)(2013·新课标Ⅰ)如图9，两个侧壁绝热、顶部和底部都导热的相同气缸直立放置，气缸底部和顶部均有细管连通，顶部的细管带有阀门K.两气缸的容积均为V0，气缸中各有一个绝热活塞(质量不同，厚度可忽略)．开始时K关闭，两活塞下方和右活塞上方充有气体(可视为理想气体)，压强分别为p0和；左活塞在气缸正中间，其上方为真空；右活塞上方气体体积为.现使气缸底与一恒温热源接触，平衡后左活塞升至气缸顶部，且与顶部刚好没有接触；然后打开K，经过一段时间，重新达到平衡．已知外界温度为T0，不计活塞与气缸壁间的摩擦．求：
图9
(1)恒温热源的温度T；
(2)重新达到平衡后左气缸中活塞上方气体的体积Vx.
【解析】
(1)与恒温热源接触后，在K未打开时，右活塞不动，两活塞下方的气体经历等压过程，由盖·吕萨克定律得
＝①
由此得
T＝T0②
(2)由初始状态的力学平衡条件可知，左活塞的质量比右活塞的大．打开K后，左活塞下降至某一位置，右活塞必须升至气缸顶，才能满足力学平衡条件．
气缸顶部与外界接触，底部与恒温热源接触，两部分气体各自经历等温过程，设左活塞上方气体压强为p，由玻意耳定律得
pVx＝·③
(p＋p0)(2V0－Vx)＝p0·V0④
联立③④式得
6V－V0Vx－V＝0
其解为
Vx＝V0⑤
另一解Vx＝－V0，不合题意，舍去．
【答案】 (1)T0 (2)V0
模块高考热点透视
模块
内容
高考回顾
鲁
科
选
修
3
|
3
分子动理论
2013全国新课标ⅠT33(1)选择，北京高考T13选择，福建高考T29(1)选择
2012广东理综T13，四川理综T14，全国大纲T14，上海单科T19
2011广东理综T13，四川理综T14，全国T22实验，江苏单科T12A(3)
固体、液体和气体
2013新课标ⅠT33(2)计算，新课标ⅡT33(2)计算，山东高考T36(2)计算，广东高考T18选择，福建高考T24(2)选择
2012福建理综T28(2)，重庆理综T16，广东理综T14，山东理综T36，全国课标T33，海南单科T17
2011福建理综T28(1)，山东理综T36，海南单科T17，全国课标T33(2)
热力学定律与能量守恒 能源
2013新课标ⅡT33(1)选择，大纲卷T15选择，山东高考T36(1)选择
2012全国课标T33(1)，福建理综T28(1)，四川理综T14，山东理综T36(2)，江苏单科T12A
2011全国ⅠT14，江苏单科T12A，重庆理综T15，福建理综T28(2)，全国课标T33(1)，山东理综T36(2)
分子动理论、内能
1．此部分内容常以选择题形式考查，出现在某个选项中，热点集中在分子热运动、布朗运动、分子间作用力，微观量的计算．难度较低．
2．(1)布朗运动与分子运动的关系问题
①关于布朗运动，要注意以下几点：
a．形成条件是固体颗粒足够小，很难直接用肉眼观察，一般都是在显微镜下观察的．
b．观察到的是固体颗粒的无规则运动，反映的是液体分子运动的无规则性．
c．温度越高，布朗运动越剧烈，说明温度越高，液体分子的无规则运动越剧烈．
②分子运动是看不见的，布朗运动虽然不是分子运动，但是可以间接证明分子永不停息地做无规则运动．
(2)分子势能与分子间距离(r)的关系
①当r＞r0时，分子间作用力表现为引力，分子间距离增大时，分子力做负功，分子势能增大，反之减小．
②当r＜r0时，分子间作用力表现为斥力，分子间距离减小时，分子力做负功，分子势能增大，反之减小．
③当r＝r0时，分子力为零，分子势能最小，但不一定为零(这与零势能面的选取有关)．
图1
④分子势能曲线(设r→∞处势能为零)如图1所示．
(3)温度、内能、热量间的关系
①温度是描述物体热运动状态的基本参量之一，是大量分子热运动的集体表现，是物体大量分子的平均动能的标志，对个别分子讲温度无意义．温度高表明分子的平均动能大，但此时物体内部也存在着动能很小的分子．不同物质的物体，如果温度相同，则它们的分子的平均动能相同；但由于它们的分子质量不同，所以分子的平均速率不同．还要注意，分子的平均动能与宏观上物体的运动速度无关．
②内能是物体内所有分子动能和势能的总和，内能多的物体温度未必高，温度高的物体内能也未必一定多，热能则是内能的一种通俗而不确切的说法．
③热量是指热传递过程中内能的改变量，物理学中用它来量度热传递过程中内能转移的能量．一个物体的内能多少是无法测定的，而某过程中内能的转移量是可以测量的，热量就是用来测定内能变化的物理量．
(2012·海南单科)两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图2中曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为r0.相距很远的两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近．若两分子相距无穷远时分子势能为零，下列说法正确的是________(填入正确选项前的字母．)
图2
A．在r＞r0阶段，F做正功，分子动能增加，势能减小
B．在r＜r0阶段，F做负功，分子动能减小，势能也减小
C．在r＝r0时，分子势能最小，动能最大
D．在r＝r0时，分子势能为零
E．分子动能和势能之和在整个过程中不变
【解析】 由Ep－r图可知：
在r＞r0阶段，当r减小时F做正功，分子势能减小，分子动能增加，故选项A正确．
在r＜r0阶段，当r减小时F做负功，分子势能增加，分子动能减小，故选项B错误．
在r＝r0时，分子势能最小，动能最大，故选项C正确．
在r＝r0时，分子势能最小，但不为零，故选项D错误．
在整个相互接近的过程中分子动能和势能之和保持不变，故选项E正确．
【答案】 ACE
1．如果M表示摩尔质量，m表示分子质量，V0表示分子的体积，Vm表示摩尔体积，NA表示阿伏伽德罗常数，n0表示单位体积的分子数，ρ表示物质密度．那么，反映这些量之间关系的下列各式中，正确的是( )
A．Vm＝ B．m＝ρV0
C．NA＝ D．ρ＝n0
【解析】 固体和液体分子可看成紧密堆集在一起的，分子的体积V0＝，仅适用于固体和液体，对气体不适用．对于气体分子，由于气体分子间绝大部分是空隙，d＝的值并非气体分子的大小，而是相邻的两个气体分子之间的平均距离，由于本题没有指明是固体、液体还是气体，上面的四个表达中，A、D对任何形式的物质都适用，B、C只对固体和液体适用，对气体不适用．
【答案】 AD
2．下列关于分子和分子热运动的说法中正确的是( )
A．用显微镜观察液体中悬浮微粒的布朗运动，观察到的是微粒中分子的无规则运动
B．分子a只在分子力作用下从远处由静止开始靠近固定不动的分子b，当a受到的分子力最大时，a的动能一定最大
C．气体的温度升高时，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增大，从而气体的压强一定增大
D．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
【解析】 观察到的是微粒的运动，不是分子，故A错．当a的动能最大时，分子力为零，故B错．气体压强取决于温度与体积，故C错．
【答案】 D
3．下列说法中正确的有( )
A．0 ℃的冰变成0 ℃的水时，体积变小，分子间势能变小
B．橡皮条拉伸时，分子间势能增加
C．物体体积变化时，分子间势能会变化
D．把液体内的两个分子压缩到不能再压缩，此过程中分子间势能先变小后变大
【解析】 0 ℃水变成0 ℃水时，体积变小，吸热分子间势能变大，故A错．
【答案】 BCD
固体、液体、气体
1．固体、液体以选择题形式出现，气体实验定律多以计算题形式出现，通常是一个小综合题，难度适中，其中气体实验定律是3－3中的重点，必考内容．
2．(1)固体
①固体可分为晶体和非晶体，晶体又可分为单晶体和多晶体．
②单晶体、多晶体、非晶体之间的区别如下表：
分类
比较
晶体
非晶体
单晶体
多晶体
外形
规则
不规则
不规则
熔点
确定
不确定
物理性质
各向异性
各向同性
原子排列
有规则
每个晶粒间的排列无规则
无规则
形成与转化
有的物质在不同条件下能够形成不同的形态．同一物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，有些非晶体，在一定条件下也可能转化为晶体
典型物质
石英、云母、食盐、硫酸铜
玻璃、蜂蜡、松香
由以上表格内容可知：
a．同一种物质在不同的条件下可能是晶体也可能是非晶体．
b．晶体中的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)液体
①液体的性质
液体的宏观性质包括：
a．液体具有一定的体积，不易被压缩．
b．液体没有一定的形状，具有流动性．
c．液体在物理性质上表现为各向同性．
②液体的微观结构特点
液体的微观结构特点有三个：
a．分子间的距离很小．
b．液体分子间的相互作用力很大．
c．分子的热运动特点表现为振动与移动相结合．
③表面张力
液体表面层的特点：
a．表面层的位置处在与气体接触处．
b．表面层中的分子要比液体内部稀疏些，即表面层中液体分子间的距离比液体内部的大一些，在表面层中分子间的相互作用表现为引力，使液面各部分分子间产生相互吸引的表面张力．
液体温度越高，表面张力越小；当液体中溶有杂质时，表面张力变小；液体的密度越大，表面张力越大．
④毛细现象
浸润液体在细管里升高的现象和不浸润液体在细管里降低的现象，叫毛细现象．
(3)液晶
①液晶是一种特殊的物质状态，介于固体和液体之间，其产生可用图示表示：.
②物理性质
a．具有液体的流动性．
b．具有晶体的光学各向异性．
c．在某个方向上看其分子排列比较整齐，但从另一个方向看，分子的排列是杂乱无章的．
③液晶的应用
a．液晶显示器：用于电子手表、计算器、微电脑等．
b．利用温度改变时，液晶颜色会发生改变的性质来探测温度．
c．在电子工业、航空、生物医学等领域应用广泛．
(4)理想气体状态方程
①一定质量的理想气体，p、T、V三者的关系是＝C，C是一个定值．
②气体实验定律可看成理想气体状态方程的特例
当m不变，T1＝T2时，p1V1＝p2V2——玻意耳定律．
当m不变，V1＝V2时，＝——查理定律．
当m不变，p1＝p2时，＝——盖·吕萨克定律．
(5)饱和汽与饱和汽压
液体处于动态平衡的蒸汽叫做饱和汽；没有达到饱和状态的蒸汽叫未饱和汽．在一定温度下，饱和汽的分子数密度是一定的，因而饱和汽的压强也是一定的，这个压强叫做这种液体的饱和汽压．饱和汽压随温度升高而增大．
(6)相对湿度
空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比叫做空气的相对湿度．即相对湿度(B)＝×100%.
(2012·山东高考)(1)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
图3
(2)如图3所示，粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U型管竖直放置，右端与大气相通，左端封闭气柱长l1＝20 cm(可视为理想气体)，两管中水银面等高．现将右端与一低压舱(未画出)接通，稳定后右管水银面高出左管水银面h＝10 cm.(环境温度不变，大气压强p0＝75 cmHg)
①求稳定后低压舱内的压强(用“cmHg”作单位)；
②此过程中左管内的气体对外界________(填“做正功”“做负功”或“不做功”)，气体将________(填“吸热”或“放热”)．
【解析】 (1)饱和汽压随温度的升高而增大，选项a正确；扩散现象说明分子在永不停息地运动，选项b正确；当分子间距离增大时，分子间引力和斥力都减小，选项c错误；根据＝C知，一定质量的理想气体，在等压膨胀时，温度升高，分子的平均动能增大，选项d错误．
(2)①设U型管横截面积为S，右端与大气相通时左管中封闭气体压强为p1，右端与一低压舱接通后，左管中封闭气体的压强为p2，气柱长度为l2，稳定后低压舱内的压强为p.左管中封闭气体发生等温变化，根据玻意耳定律得“
p1V1＝p2V2①
p1＝p0②
p2＝p＋ph③
V1＝l1S④
V2＝l2S⑤
由几何关系得h＝2(l2－l1)⑥
联立①②③④⑤⑥式，代入数据得p＝50 cmHg
②左管内气体膨胀，气体对外界做正功，温度不变，ΔU＝0，根据热力学第一定律，ΔU＝Q＋W且W＜0，所以Q＝－W＞0，气体将吸热．
【答案】 (1)ab (2)①50 cmHg ②做正功 吸热
4．我国“蛟龙”号深海探测船载人下潜超过七千米，再创载人深潜新纪录．在某次深潜实验中，“蛟龙”号探测到990 m深处的海水温度为280 K．某同学利用该数据来研究气体状态随海水深度的变化．如图4所示，导热良好的气缸内封闭一定质量的气体，不计活塞的质量和摩擦，气缸所处海平面的温度T0＝300 K，压强p0＝1 atm，封闭气体的体积V0＝3 m3，如果将该气缸下潜至990 m深处，此过程中封闭气体可视为理想气体．
图4
(1)求990 m深处封闭气体的体积(1 atm相当于10 m深的海水产生的压强)．
(2)下潜过程中封闭气体________(填“吸热”或“放热”)，传递的热量________(填“大于”或“小于”)外界对气体所做的功．
【解析】 (1)当气缸下潜至990 m时，设封闭气体的压强为p，温度为T，体积为V，由题意可知p＝100 atm①
根据理想气体状态方程得
＝②
代入数据得
V＝2.8×10－2 m3③
(2)放热；大于．
【答案】 (1)2.8×10－2 m3 (2)放热 大于
5．如图5甲所示，内壁光滑的导热汽缸竖直浸放在盛有冰水混合物的水槽中，用不计质量的活塞封闭压强为1.0×105 Pa、体积为2.0×10－3 m3的理想气体．现在活塞上方缓慢倒上沙子，使封闭气体的体积变为原来的一半，然后将汽缸移出水槽，缓慢加热，使气体温度变为127 ℃.
甲 乙
图5
(1)求汽缸内气体的最终体积；
(2)在p－V图上画出整个过程中汽缸气体的状态变化．
【解析】 (1)在活塞上方倒沙子的过程中，温度保持不变，对气体，由玻意耳定律得：p0V0＝p1V1，代入数据，得p1＝p0＝2.0×105 Pa.
在缓慢加热到127 ℃的过程中，气体压强保持不变，由盖—吕萨克定律得：V1/T0＝V2/T2，代入数据得V2＝V1＝1.5×10－3 m3.
(2)如图所示．
【答案】 (1)1.5×10－3 m3 (2)见解析
6．如图6所示，汽缸放置在水平台上，活塞的质量为5 kg，面积为25 cm2，厚度不计，汽缸全长25 cm，大气压强为1×105 Pa，当温度为27 ℃时，活塞封闭的气柱长10 cm，若保持气体温度不变，将汽缸缓慢竖起倒置．(g取10 m/s2)
图6
(1)汽缸倒置过程中，下列说法中正确的是( )
A．单位时间内汽缸单位面积上气体分子撞击的次数增多
B．单位时间内汽缸单位面积上气体分子撞击的次数减少
C．吸收热量，对外做功
D．外界气体对缸内气体做功，放出热量
(2)求汽缸倒置后气柱的长度；
(3)汽缸倒置后，温度升至多高时，活塞刚好接触平台(活塞摩擦不计)?
【解析】 (1)对活塞进行受力分析，开始状态：mg＋p0S＝p1S，倒置后：mg＋p2S＝p0S，所以p2＜p1；由于气体温度不变，所以，单位时间内汽缸单位面积上气体分子撞击的次数减少，故B正确．气体的体积增大，气体对外做功，而气体的温度不变，即内能不变，所以气体将从外界吸收热量，故C正确．
(2)因1→2状态为等温变化，有p1＝p0＋＝1.2×105 Pa，p2＝p0－＝0.8×105 Pa，l1＝10 cm，由p1l1＝p2l2，得l2＝15 cm.
(3)因2→3状态为等压变化，且T2＝T1＝300 K，l2＝15 cm，l3＝25 cm，
由＝，得T3＝T2＝T2＝500 K(或t＝227 ℃)．
【答案】 (1)BC (2)15 cm (3)227 ℃
热力学定律与能量守恒
1．热力学第一定律、热力学第二定律是考查的重点，主要注意运用热力学第一定律分析问题以及求解一些小计算题．考查形式为选择、计算．难度较低．
2．(1)热力学第一定律
①内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和．
②公式：ΔU＝W＋Q.
③理解：a.外界对物体做功W＞0，反之W＜0.
b．物体从外界吸热Q＞0，反之Q＜0.
c．ΔU＞0，内能增加；ΔU＜0，内能减少．
(2)热力学第二定律
热力学第二定律有多种等价的表述：
表述一：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化．
表述二：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．
此定律说明：第二类永动机是无法制成的，并且能量守恒的热力学过程具有方向性．
(3)能量守恒定律
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化和转移的过程中其总量不变．
(2012·浙江高考)一定质量的理想气体，状态从A→B→C→D→A的变化过程可用如图7所示的P－V图描述，图中p1、p2、V1、V2和V3为已知量．
图7
(1)气体状态从A到B是________过程(填“等容”、“等压”或“等温”)；
(2)状态从B到C的变化过程中，气体的温度________(填“升高”、“不变”或“降低”)；
(3)状态从C到D的变化过程中，气体________(填“吸热”或“放热”)；
(4)状态从A→B→C→D的变化过程中，气体对外界所做的总功为________．
【解析】 (1)A→B，对应压强值恒为p2，等压．
(2)B→C，由＝恒量，V不变，p减小，T降低．
(3)C→D，由＝恒量，p不变，V减小，可知T降低，V减小，外界对气体做功，T降低，内能减小，由ΔU＝W＋Q可知C→D过程放热．
(4)A→B，气体对外界做功WAB＝p2(V3－V1)
B→C，V不变，气体不做功
C→D，V减小，外界对气体做功WCD＝－p1(V3－V2)
状态从A→B→C→D的变化过程中，气体对外界做的总功W＝WAB＋WBC＋WCD＝p2(V3－V1)－p1(V3－V2)．
【答案】 (1)等压 (2)降低 (3)放热 (4)p2(V3－V1)－p1(V3－V2)
7．关于热力学定律，下列说法中正确的是( )
A．在一定条件下物体的温度可以降到0 K
B．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功
C．吸收了热量的物体，其内能一定增加
D．压缩气体总能使气体的温度升高
【解析】 0 K是低温的极限，任何物体的温度只能接近而不能达到，所以A错误；根据热力学第二定律，物体不可能从单一热源吸收热量全部用来对外做功而不产生其他影响，但在“产生其他影响的情况”下，也可以将从单一热库吸收的热量全部用于做功，所以B正确；内能的改变与热传递和做功同时有关，所以C、D错误．
【答案】 B
8．飞机通常在万米高空中飞行，而舱外气温一般在零下50 ℃以下．此时高空中的大气压(约为0.5标准大气压)比舱内气压小得多，要使舱内获得新鲜空气，必须使用空气压缩机将舱外的空气压进来，而在这个过程中，空气压缩机对空气做功，温度升高，如果没有其他设施，舱内气温可以达到50 ℃左右，实际上飞机是通过空调的作用使舱内产生温暖如春的环境．根据材料信息判断下列相关说法中正确的是 ( )
A．飞机舱内维持正常温度时，压缩机压缩气体做的功与空调向舱外散失的热量相等
B．冰雹在天空中降落的过程中，内能增加量大于吸收的热量
C．在地面上温度为30 ℃的气团，升入万米高空后，体积约增大2倍
D．气团在上升过程中内能的减少量等于气团对外界做的功
资料说明：通常将温度和压强都相同的一部分气体作为研究对象，称之为气团．气团的直径约为几千米，由于气团很大，边缘部分和外界的热交换对整个气团没有什么影响，即Q＝0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，气团的内能增减只与外界对它做功的多少或它对外界做功的多少有关，即ΔU＝W.由于变热的气团在上升的过程中膨胀，因而要推挤周围的空气做功，这样气团的内能就要减少，温度就要降低，故越高的地方气体温度越低．
【解析】 由于飞机舱内维持正常温度时比外界温度高，所以有热量通过舱壁向外散热，故可知压缩机压缩气体做的功要大于空调向舱外散失的热量，则A错误；冰雹在天空中降落的过程中，周围环境温度升高，同时有重力对其做功，故其内能增加量大于从周围环境吸收的热量，则B正确；对于选项C，根据材料可知，气团在地面的状态参量为：p1＝p0，V1＝V0，T1＝303 K，在高空中的状态参量为：p2＝0.5p0，T1＝223 K，由＝得：V2≈1.5V0，则C错误；根据材料可知，气团上升的过程是个绝热的过程，故气团内能的减少量等于气团对外界做的功，则D正确．
【答案】 BD
9．一定质量的非理想气体(分子间的作用力不可忽略)，从外界吸收了4.2×105 J的热量，同时气体对外做了6×105 J的功，则：
(1)气体的内能________(填“增加”或“减少”)了，其变化的量的大小为________J.
(2)气体的分子势能________(填“增加”或“减少”)．
(3)分子平均动能如何变化？
【解析】 (1)因气体从外界吸收热量，所以Q＝4.2×105 J，气体对外做功6×105 J，则外界对气体做功W＝－6×105 J，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，得ΔU＝－1.8×105 J，所以物体的内能减少了1.8×105 J.
(2)因为气体对外做功，体积膨胀，分子间距离增大了，分子力做负功，气体的分子势能增加了．
(3)因为气体内能减少了，而分子势能增加了，所以分子平均动能必然减少了，且分子平均动能的减少量一定大于分子势能的增加量．
【答案】 (1)减少 1.8×105 (2)增加 (3)见解析
课件58张PPT。分子动理论、内能 ( 固体、液体、气体 热力学定律与能量守恒
