2011年高中物理二轮总复习：第15讲 分子热运动、气体

第十五讲 分子热运动、气体
命题点1 分子动理论
Ⅲ 新高考命题方向预测
1 在做“用油膜法估测分子的大小”实验中，油酸洒精溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸6mL．用注射器测得1 mL上述溶液中有液滴50滴．把1滴该溶液滴人盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描出油膜的轮廓，随后把玻璃板放在坐标纸上，其形状如图15-1-2所示，坐标中正方形小方格的边长为20mm．求：
(1)油酸膜的面积是多少
(2)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少
(3)根据上述数据，估测出油酸分子的直径多少
答案：(1)248 cm2 (2)1．2×10-5mL (3)4．8×10-l0m
指导：(1)由图中数得油酸薄膜轮廓内约包含62个方格，每个方格的面积为2×2=4cm2，所以总面积约248cm．
(2)由题知每滴酒精油酸溶液的体积是mL，由于油酸的浓度为每104mL中占6mL，所以每滴溶液中含有纯油酸的体积是：
V=
(3)根据上述数据，测出油酸分子的大小为：
d= (cm)≈4．8×10-l0m
2 只要知道下列哪一组物理量，就可以估算出气体中分子间的平均距离
A.阿伏加德罗常数，该气体的摩尔质量和质量
B．阿伏加德罗常数，该气体的摩尔质量和密度
C.阿伏加德罗常数，该气体的质量和密度
D．该气体的密度、体积和摩尔质量
答案： B 指导：以NA、M、P分别表示阿佛伽德罗常数，气体的摩尔质量和密度，相邻分子间距离为工，则由NA·L3=得L=得
3 关于布朗运动的实验下列说法正确的是
A.图15-1-3中记录了分子无规则运动的情况
B．图15-1-3中记录的是微粒作布朗运动的轨迹
C.实验中可以看到，温度越高，布朗运动越激烈
D．实验中可以看到，微粒越大，布朗运动越明显
答案： C 指导：布朗运是指悬浮在液体中的微粒不停地做无规则的运动．它是分子无规则热运动的反映．而分子无规则热运动是产生布朗运动的原因．温度越高，分子运动的越激烈．因而布朗运动也越激烈．可见A错，C对．微粒越小，某一瞬间，跟它相撞的分子数越少，撞击作用的不平衡性表现得越明显．即布朗运动越显著故D错．题图中每个拐点记录的微粒每隔30s内微粒作的也是无规则运动，而不是直线运动，故B错．
4 分子间的引力、斥力都与分子间距离有关，下列说法中正确的是
A.无论分子间的距离怎样变化，分子间的引力、斥力总是 相等的
B．无论分子间的距离怎样变化，分子间的斥力总小于引力
C.当分子处于平衡位置时，分子间的斥力和引力的大小相等
D．当分子间距离增大时，分子间的斥力比引力减小得快
答案： CD 指导：分子间距离处于平衡位置时，分子间的斥力和引力大小相等．与分子间距离增大时，分子引力和斥力都减小，斥力减小的快；与分子间距离减小时，分子引力和斥力都增大．斥力增大的快．
5 用r表示两个分子间的距离，EP表示两个分子间相互作用的势能，当r=ro时分子间的斥力等于引力，设两个分子相距很远时EP=0．下列说法正确的是
A．当r>ro时，EP随r增大而增加
B．当rC．当r>ro时，EP不随r而变
D．当r=ro时，Ep=0
答案： AB 指导：当r=r0时分子间合力为零；当r>r0时，分子力表现为引力，r增大时，需克服引力做功，EP增大；当r=r0，EP最小但不为零．
命题点2 内能和内能的变化、气体
Ⅲ 新高考命题方向预测
1 扩理想气体封闭在绝热的气缸内，当活塞压缩气体时，下述有关气体分子的各量，哪些是增大的
A.所有分子的速率
B．气体分子的平均动能
C.气体分子的密度
D．单位时间内气体分子碰撞器壁单位面积上的次数
答案： BCD 指导：对理想气体外界对它做功时分子的平均动能就一定增大，温度一定升高；大量分子做无规则运动的平均速率增大，但对个别分子来讲也可能速率减小．
2 关于物体内能及其变化，下列说法中正确的是
A.物体的温度改变时，其内能必定改变
B．物体对外做功，其内能不一定改变；向物体传递热量，其内能也不一定改变
C.对物体做功．其内能必定改变；物体向外传出一定热量，其内能必定改变
D.若物体与外界不发生热交换，则物体的内能必定不变
答案： B指导：一定质量的物体，其内能由温度和体积共同来决定，物体的温度改变时，其内能不一定改变，所以A错误．做功和热传递是改变物体内能的两种方式．若物体对外做功 WJ，同时吸收～的热量，且(1)W>Q，则物体的内能减小 (2)W二Q，则物体的内能不变；(3)W3 以下说法正确的是
A.热量可能从低温物体传递到高温物体
B．第二类永动机违反能量守恒，所以无法制造成功
C.温度高的物体比温度低的物体含热量多
D.静止的物体没有内能
答案： A 指导：热量可以从低温物体传递到高温物体；第二类永动机违反热力学第二定律，不违反能量守恒定律；热量是热传递中能量转移的量度，不能说某物体含热量多或少；内能和动能以及机械能要区分开．
4 27g铝和18g水的温度相同，则下列判断中正确的是
A.分子数不同，而分子平均动能相同
B．分子数相同，而分子平均动能不同
C.分子数相同，而分子平均动能也相同
D.分子动能相同，分子势能也相同，所以内能也相同
答案： C 指导：因为铝和水的摩尔质量分别是27g/mol和 18g/mol，故它们的分子数相同，而温度是物体分子平均动能的标志，温度相同，分子平均动能就相同．
5 100℃的水完全变成100℃的水蒸气的过程中
A.水分子的平均动能增加
B．水分子的势能增加
C．水所增加的内能小于所吸收的热量
D．水所增加的内能等于所吸收的热量
答案： BC 指导：水完全变成水蒸气的过程中要吸收一定的热量，吸收的热量一部分用来破坏化学键，使分子间距发生变化，内能增加；一部分能量损失掉．水由液态变成气态时，吸收了热量，内能增加了，由于温度没变，故分子平均动能不变，又分子个数不变，所以分子势能增大了．B正确．由于有能量损失，故增加的内能小于吸收的热量，C正确．D错误
考场热身
探究性命题综合测试
1 扩关于热现象，以下说法中正确的是
A.温度升高，物体内所有的分子的运动速度都变大
B．所有自发的热现象都具有方向性
C.我们可以制造效率为100％的热机
D.摩擦力做功的过程中必定有机械能转化为内能
答案： B指导：所有自发的热现象都具有方向性，如热量自高温物体传递到低温物体．
2 在观察布朗运动时，从微粒a点开始计时，每隔30 s记下微粒的一个位置，得b、c、d、ef、g等点，然后用直线依次连接，如图Z15-1所示，则微粒在75s末时的位置
A.一定在cd的中点
B.在cd的连线上，但不一定在cd的中点
C．一定不在cd连线的中点
D．可能在cd连线以外的某点
答案： D 指导：花粉颗粒的运动是无规则运动，在任意一段时间内的运动都是无规则的，题中观察到的各点只是某一时刻颗粒所在的位置，在两个位置对应的时间间隔内花粉颗粒并不沿直线运动．
3 关于物体的内能变化，下列说法中正确的是
A.物体吸收热量，内能一定增大
B．物体对外做功，内能一定减小
C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变
D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变
答案： C 指导：该题考查改变物体内能的两种方式和热力学第一定律．改变物体内能有两种方式，一是做功，二是热传递．热力学第一定律，ΔU=W+Q．如果吸收热量少，对外做功多．物体内能减小，A错．物体对外做功少，从外界吸收的热量多，物体0内能增加，B错．物体放出热量，又对外做功，内能一定减少，D错．如果物体吸收热量与对外做功相同，物体内能不变，所以C对．
4 下列关于物体内能的说法中，正确的是
A.质量相同的0℃的水和0℃的冰，具有相同的内能
B．一定质量的理想气体，当它温度保持不变而体积膨胀的过程中，内能大小保持不变
C．两个容积大小不同的容器，分别储有温度相同的同种理想气体，它们具有的内能一定相同
D．两个容积相同的容器，分别储有温度相同但压强不同的同种理想气体，它们具有的内能一定相同
答案： B 指导：物体的内能是所有分子的动能与相互作用的势能的总和，显然内能与物体的温度，分子相互作用的情况以及分子的总数有关，对于理相气体来讲，由于忽略了分子之间的相互作用力，因而也忽略了分子相互作用的势能，所以，一定质量的理想气体的内能只有温度和分子的总数有关，即理想气体的内能仅由它的质量和温度决定与体积无关．故B正确．由于没有考虑分子势能，可能会错选答案丸分析 C、D两答案时要注意，容积内的分子数是不同的．
5 下列关于温度，热量和内能的说法正确的是
A.温度是分子动能的标志，动能越大的分子其温度也就越高
B．静止的物体没有内能
C．温度高的物体比温度低的物体含的热量多
D．分子势能跟物体的体积有关
答案： D 指导：从分子动理论的观点看，分子动能是大量分子热运动的平均动能，对于个别分子来说没有意义，A错误．物体的内能是对分子而言的，它是组成物体所有分子热运动的动能和分子势能的总和，静止的物体动能为零，属于机械能的范畴，则B错误．热量是一个过程量，它是内能传递的一种量度，只有在热传递的过程中才有意义，它量度了热传递过程中内能转移的数量，则C错误．因为物体的体积改变，分子间的距离随着改变，当r>r0时，分子力为引力，分子势能随着分子间的距离增大而增大；当r6 如图Z15-2所示，导热气缸开口向下，内有理想气体，缸内活塞下挂一个砂桶，砂桶装满砂子时，恰好静止，现在把砂桶底部钻一个小洞，细砂慢慢漏出，并缓慢降低气缸外部环境温度，则
A.气体压强增大，内能可能不变
B．外界对气体做功，气体温度可能降低
C.气体体积减小，压强增大，内能一定减小
D．外界对气体做功，气体内能一定增加
答案： C 指导：缓慢降低导热气缸外部的环境温度，可认为气缸内气体温度始终与外界温度相同，因此气缸内温度也在降低，又因理想气体的内能只取决于温度，因此缸内气体内能一定减小．由活塞的受力分析可知，由于砂子的漏出导致活塞及砂子的重力减小，而活塞平衡，所以只能是缸内气体压强变大．
7 如图Z15-3，用绝热活塞把绝热容器隔成容积相同的两部分，先把活塞锁住，将质量和温度都相同的氢气和氧气分别充人容器的两部分，然后提起销子S，使活塞可以无摩擦地滑动，当活塞平衡时
A.氢气的温度不变 B．氢气的压强增大
C．氢气的体积增大 D．氧气的温度升高
答案： CD 指导：相同质量的氢气和氧气，氢气分子的数目多，又体积和温度相同，故氢气产生的压强大，氢气的体积将增大．C正确．外界对氧气做功，氧气温度升高D正确．
8 如图Z15-4所示，A、B两点表示一定质量的某种理想气体的两个状态．当气体自状态A变化到状态B时
A.体积必然变大
B．有可能经过体积减小的过程
C．外界必然对气体做功
D．气体必然从外界吸热
答案： ABD 指导：因为O状态比A状态温度高、压强小，从微观角度思考，数目的气体分子，在温度高、无规则热运动剧烈时，对器壁的撞击产生持续压力变小，只可能是体积变大，分子密集程度变小，所以A正确．由于未限制自状态A变化到状态B的过程，所以可以先减小气体体积，再增大气体体积到O状态，故B正确．由于是终体积变大，气体对外界做功，温度上升，理想气体内能增加，根据学第一定律，ΔU=W +Q，知气体必须从外界吸热，所以C错D对．
9 据报道，美国的一个研究组利用激光冷却，将铯原子冷却 到了290纳开的极低温度，这一温度是______K，某人体温是36.5℃也可以说体温为_____K；某人体温升高1.5℃，也可以说体温升高了_______K．
答案：2．9×10-7309．5;1．5 指导略
10 一个汽缸里的气体膨胀时推动活塞做了3.1×104J的功，气体的内能应减少_____；如果气体从外界吸引了4.2×102J的热量，则气体内能应增加______；如果上述两个过程同时进行，则气体的内能_____(填“增大”或“减小”)了________(填数值)．
答案：3．1×104J；4．2×102J；减小；3．058×104J 指导略
11 1967年，托雷—坎永号油轮在英吉利海峡触礁，使大约八万吨原油溢出，污染了英国一百多千米的海岸线，使二万五千只海鸥死亡石油流人海中，危害极大大海洋中泄漏1t原油可覆盖1.2×104m2的海面，试计算油膜的厚度大约是分子直径的______倍．(设原油的密度为0.91×103kg／m3)
答案：9×105倍 指导：1t原油的体积：油膜的厚度：h≈所以h≈0．9×10-4 m.因此油膜厚度约是分子直径的9×105倍．
12 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(碳)体积为0.1×10-9 m3，碳的密度是2.25x103kg／m3，摩尔质量是1.2×10-2kg／mol，阿伏加德罗常数为6.0×1023 mol-1，则该小碳粒含分子数约为多少个 (取1位有效数字)
答案：5×1010个 指导：设小颗粒边长为a，放大600倍后，则其体积为：
V=(600a)3=0．1×10-9m3．实际体积，51010个.