第八单元 热 学第40讲 分子动理论1.下面关于分子力的说法中，错误的选项是( )A.铁丝很难被拉长，这一事实说明铁丝分子间存在相互作用的引力B.水很难被压缩，这一事实说明水分子间存在相互作用的斥力C.将打气管的出口端封住后向下压活塞，当空气被压缩到一定程度后很难再被压缩，这一事实说明此时空气分子间的作用力表现为斥力D.磁铁可以吸引铁屑，这一事实说明分子间存在相互作用的引力答案：CD2.如以下图，设有一分子位于图中的坐标原点O处不动，另一分子可位于x轴正方向上不同位置处.纵坐标表示这两个分子间分子力的大小，两条曲线分别表示斥力(或引力)f的大小随两分子间距离x变化的关系，e为两曲线的交点.那么( )A.ab线表示引力，cd线表示斥力，e点的横坐标约为10－15mB.ab线表示斥力，cd线表示引力，e点的横坐标约为10－10mC.ab线表示引力，cd线表示斥力，e点的横坐标约为10－10mD.ab线表示斥力，cd线表示引力，e点的横坐标约为10－15m答案：C3.关于分子力和分子势能，以下说法正确的选项是( )A.当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而增大B.当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而减小C.当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大D.当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而减小答案：C4.根据以下数据可以算出阿伏加德罗常数的是( )A.水的密度和水的摩尔质量B.水的摩尔质量和水分子的体积C.水分子的体积和水分子的质量D.水分子的质量和水的摩尔质量答案：D5.分子动理论较好地解释了物质的宏观热学性质，据此可判断以下说法中错误的选项是[2022年高考·江苏物理卷]( )A.显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规那么运动，这反映了液体分子运动的无规那么性B.分子间的相互作用力随着分子间距离的增大，一定先减小后增大C.分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大D.在真空、高温条件下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素解析：显微镜下观察到的墨水中的小炭粒的无规那么运动，是布朗运动，反映了液体分子运动的无规那么性，应选项A正确；分子间的相互作用力只有在分子间的距离从小于平衡位置的距离r0增大到远大于平衡位置的距离r0的过程中，才会先减小后增大，最后又减小，应选项B错误；分子间的距离从小于r0增大到大于r0的过程中，分子势能先减小后增大，应选项C正确；在真空、高温条件下，是可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素的，应选项D正确.答案：B6.钻石是制作首饰和高强度的钻头、刻刀等工具的主要材料，设钻石的密度为ρ(单位为kg/m3)，摩尔质量为M(单位为g/mol)，阿伏加德罗常数为NA，请写出a克拉钻石所含有的分子个数和钻石分子直径的表达式.(1克拉＝0.2g)解析：a克拉钻石的摩尔数为，所含的分子数为： n＝NA7/7\n钻石的摩尔体积为：V＝每个钻石分子的体积为：V′＝＝设钻石分子直径为d，那么V′＝π()3所以d＝.答案：n＝NA d＝7/7\n第41讲 热和功 气体状态和状态参量体验成功1.以下事例中，通过做功改变物体内能的是( )A.古人钻木取火B.用火炉把水烧开C.将一铁丝反复弯折，铁丝变热D.瓶内的高压气体将瓶塞冲开，瓶内气体的温度降低解析：钻木取火是摩擦力做功改变物体的内能，选项A正确；火炉烧水是热传递，选项B错误；弯折铁丝改变铁丝形状对其做功，选项C正确；冲开瓶塞，气体对外做功，内能转化为机械能，选项D正确.答案：ACD2.以下说法正确的选项是[2022年高考·全国理综卷Ⅰ]( )A.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B.气体的体积变小时，单位体积的分子数增多，单位时间内打到器壁单位面积上的分子数增多，从而气体的压强一定增大C.压缩一定量的气体，气体的内能一定增加D.分子a从远处趋近固定不动的分子b，当a到达受b的作用力为零处时，a的动能一定最大解析：气体的压强从微观上来看，与分子的平均动能和分子的密集程度有关；从宏观上来看，与气体的温度和体积有关.气体升温时，分子的平均动能增大，但气体体积可能增大，所以气体压强不一定增大，选项A错误；气体体积变小时，单位体积的分子数增多，但气体的温度可能降低，气体压强不一定增大，选项B错误；压缩一定量的气体，外界对气体做功，但气体可能放热，气体内能不一定增加，选项C错误；当分子a从远处趋近固定不动的分子b时，分子间开场表现为引力，分子力做正功，分子a的动能一直增加；当a到达受b的作用力为零处，即平衡位置时，此后分子间表现为斥力，分子力做负功，分子a的动能逐渐减小，所以当a到达受b的作用力为零处时，a的动能一定最大，应选项D正确.此题考察气体知识、分子动理论、热力学第一定律.答案：D3.对一定量的气体，假设用N表示单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数，那么[2022年高考·全国理综卷Ⅱ]( )A.当体积减小时，N必定增加B.当温度升高时，N必定增加C.当压强不变而体积和温度变化时，N必定变化D.当压强不变而体积和温度变化时，N可能不变解析：单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数与气体的密集程度和分子的平均动能有关，即与气体的体积和温度有关.当体积减小时，单位体积内的分子数增加，但温度变化未知，N不一定增加，选项A错误；当温度升高时，分子的平均动能增大，但气体体积可能增大，N不一定增加，选项B错误；当压强不变而体积和温度变化时，即单位时间内器壁单位面积的压力不变，分子的平均动能变化，那么N必定变化，选项C正确、D错误.此题考察气体压强的微观解释.答案：C4.17世纪70年代，英国赛斯特城的主教约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”，其构造如以下图.在斜面顶端放一块强磁铁M，斜面上下端各有一个小孔P、Q，斜面下有一个连接两个小孔的弯曲轨道.维尔金斯认为：如果在斜坡底部放一个铁球，那么在磁铁的引力作用下，铁球会沿斜面向上运动，当球运动到P孔时，它会漏下，再沿着弯曲轨道返回到Q，由于这时球具有速度可以对外做功，然后又在磁铁的吸引下回到上端，到P处又漏下……关于这个设计，以下判断正确的选项是( )A.满足能量转化和守恒定律，所以可行B.不满足热力学第二定律，所以不可行C.不满足机械能守恒定律，所以不可行D.不满足能量守恒定律，所以不可行 7/7\n解析：这种运动不能往复进展，就算弯曲轨道光滑，假设磁场力能把小球从Q吸至P点，那么在沿弯曲轨道下滑时，也会受磁场吸引力而停顿，不能再回到Q点，这属于第一类永动机.答案：D5.图示为电冰箱的工作原理示意图.压缩机工作时，强迫致冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，在蒸发器中致冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时致冷剂液化，放出热量到箱体外.以下说法正确的选项是[2022年高考·广东物理卷]( )A.热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B.电冰箱的致冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能C.电冰箱的工作原理不违反热力学第二定律D.电冰箱的工作原理违反了热力学第一定律解析：由热力学第二定律知，热量不能自发地由低温物体传给高温物体，除非施加外界的影响和帮助.电冰箱把热量从低温的冰箱内部传给高温的冰箱外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，应选项B、C正确.答案：BC6.封有理想气体的导热汽缸，开口向下且被竖直悬挂，活塞下系有钩码，整个系统处于静止状态，如以下图.假设大气压恒定，系统状态变化得足够缓慢.以下说法正确的选项是( )A.外界温度升高，气体压强一定增大B.外界温度升高，外界可能对气体做正功C.保持气体内能不变，增加砝码质量，气体一定吸热D.保持气体内能不变，增加砝码质量，气体体积一定减小解析：外界温度升高，气体膨胀，体积增大，气体对外做功，选项B错误；对活塞进展受力分析可知，气体压强不变，仍等于大气压强，选项A错误；假设砝码质量增加，那么气体体积增大，压强减小，温度降低，要保持气体内能不变，那么一定吸热，所以选项C正确、D错误.答案：C7/7\n金典练习二十一 分子动理论 热和功 气体状态和状态参量选择题局部共10小题，每题6分.在每题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确. 1.以下说法正确的选项是( )A.外界对气体做功，气体的内能一定增大B.气体从外界吸收热量，气体的内能一定增大C.气体的温度降低，气体的每个分子无规那么运动的速率均减小D.气体的温度升高，气体分子无规那么运动的平均动能增大答案：D2.一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程.设气体分子间的势能可忽略，那么在此过程中( )A.外界对气体做功，气体分子的平均动能增加B.外界对气体做功，气体分子的平均动能减少C.气体对外界做功，气体分子的平均动能增加D.气体对外界做功，气体分子的平均动能减少答案：D3.以下说法正确的选项是( )A.电热器消耗的电能可以全部变成内能B.在火力发电中，蒸汽的内能可以全部转化为电能C.在手机中，电池的电能全部转化为声音振动的机械能D.可以制造一种传热物体，能使热量自发地从物体的低温端传给高温端答案：A4.以下说法正确的选项是( )A.推动活塞压缩汽缸内的气体需加一定的力，这说明气体分子间存在着斥力B.拉动活塞使汽缸内气体体积增大需加一定的力，这说明气体分子间存在着引力C.水的体积很难被压缩，这说明水分子间存在着斥力D.气体总是很容易充满容器，这说明气体分子间存在着斥力解析：压缩气体需加一定的力是因为分子热运动对器壁冲力产生的压强大于大气压；拉活塞需要力是因为汽缸内压强小于大气压；气体总是充满整个容器也是因为分子的热运动.应选项A、B、D错误.在一个大气压和常温下，水分子的间距与平衡间距相近，再受到压缩时，分子斥力急剧增大，故难以压缩，选项C正确.答案：C5.2022年9月27日下午，举世瞩目的神舟七号实现了航天员出舱和太空行走，从电视转播中可以看到翟志刚和刘伯明穿上加气压的舱外服在(与返回舱隔离的)轨道舱中协同作业，16：35：12翟志刚在经过几次尝试后奋力向内翻开舱盖，太空在中国人面前豁然翻开！以下关于轨道舱内气压的猜测中，正确的选项是( )A.翟志刚需要用很大的力才能把舱盖翻开是因为舱内有接近一个大气压的空气压强，而舱外的太空气压为零B.翟志刚翻开舱盖前，轨道舱中应该已经过泄压，舱内接近真空C.翟志刚翻开舱盖时，轨道舱内有与地表附近相似的空气，但由于完全失重，这些空气产生的气压为零D.翟志刚翻开舱盖时，轨道舱内和舱外的太空都有约为一个大气压的空气压强解析：在太空中，舱外为真空，气压为零，选项D错误；假设舱内气压为一个大气压，那么内外压力差F≈1.0×105×S≈2.5×104N，用人力无法翻开舱盖，应选项A错误；舱内假设有与地表相似的空气，即使完全失重也会产生约一个大气压的压强，应选项C错误.答案：B6.以下说法正确的选项是( )A.密闭钢筒中的油在高压下沿筒壁溢出说明分子间有间隙7/7\nB.用气筒给自行车打气时，要用力才能压缩空气，这主要是由于此时空气分子间的作用力是斥力的缘故C.化学反响说明分子间有作用力D.植物的根能吸收水分靠的是分子间的吸引力解析：油沿筒壁溢出说明分子间有间隙，选项A正确.打气时需要用力才能压缩空气是由于大量气体分子持续地碰撞器壁而产生压强的缘故，选项B错误.化学反响是由于反响物质的离子键的作用，而不是由于分子间的作用力形成的，选项C错误.植物的根能吸收水分，靠的是半透膜和根的功能，选项D错误.答案：A7.在标准状况下，水蒸气分子的间距约是水分子直径的( )A.1倍 B.10倍 C.100倍 D.1000倍解析：在标准状况下，水蒸气的摩尔体积为：V气＝22.4×10－3m3/mol1mol水蒸气含有的分子数为：N＝6.02×1023个每个水蒸气分子所占体积为：V0＝＝m3＝3.72×10－26m3把每个水蒸气分子所占体积看成一个小立方体，分子的平均间距可以看成是相邻两个小立方体中心的间距，它等于每个小立方体的边长.即：d＝＝m≈3.35×10－9m水的摩尔体积为：V水＝18cm3/mol＝18×10－6m3/mol把水分子看成紧挨着的一个个小球，那么其直径为：D＝＝m≈3.85×10－10m.所以d≈10D，应选项B正确.答案：B8.质量为m1的密闭绝热汽缸放在光滑的水平面上，缸内用隔板将汽缸分成两局部，左侧为真空，右侧是质量为m2的气体，隔板的质量为m3，隔板用销钉K钉在缸壁上(隔板与缸壁可无摩擦滑动).假设将销钉K竖直向上拔出(设隔板与汽缸内壁接触后就粘在一起)，那么( )A.汽缸将静止不动B.汽缸将向右移动一定距离后静止C.缸内气体压强不变D.缸内气体内能不变解析：汽缸、隔板及缸内的气体组成的系统动量守恒，故气体彭胀使隔板向左运动时，汽缸向右运动，隔板与汽缸左内壁碰撞后汽缸静止，应选项A错误、B正确；气体膨胀的过程对隔板做功，内能减小，温度降低，压强变小，应选项C、D错误.答案：B9.如以下图，带有活塞的汽缸中封闭着一定质量的气体(不计气体的分子势能和重力势能)，已知汽缸和活塞都是绝热的，将一个热敏电阻置于汽缸中，热敏电阻与汽缸外的多用电表的欧姆挡连接.汽缸固定不动，缸内活塞可以自由移动且不漏气.今在活塞上端悬挂一桶沙，细沙从小桶下边的小孔中缓慢流出，在此过程中( )A.气体的内能减小B.气体分子的平均动能不变C.汽缸内壁单位时间内单位面积上受到的冲量增大D.多用电表的指针逐渐向左偏转解析：压缩气体做功，气体的内能增加，温度升高，压强增加.答案：C10.如以下图，容器A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定.7/7\nA、B的底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热.原先，A中水面比B中的高，翻开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后到达平衡.在这个过程中( )A.大气压力对水做功，水的内能增加B.水抑制大气压力做功，水的内能减少C.大气压力对水不做功，水的内能不变D.大气压力对水不做功，水的内能增加解析：大气压力做功W气＝p0·ΔV，故大气压力对两侧活塞做功的总和为零.又由能量的转化和守恒定律知，水的机械能减小，内能增加.答案：D非选择题局部共3小题，共40分.11.(13分)空气压缩机在一次压缩过程中，活塞对汽缸中的空气做功2.5×105J，同时汽缸向外散热0.8×105J.在此压缩过程中，汽缸中的空气的内能变化量为多少？解析：由热力学第一定律有：ΔU＝W＋Q据题意可知：W＝2.5×105JQ＝－0.8×105J所以：ΔU＝2.5×105J＋(－0.8×105)J＝1.7×105J.答案：1.7×105J12.(13分)1100kg的气锤从2.5m的高处自由落下，打在质量为200kg的铁块上(不反弹)，气锤撞击铁块时转化的内能有60%用来升高铁块的温度.要使铁块的温度升高40℃以上，气锤至少应落下多少次？[取g＝10m/s2，铁的比热容c＝4.6×102J/(kg·℃)]解析：气锤在撞击铁块的过程中，转化的内能等于气锤机械能的减少ΔE＝mgh＝2.75×104J设n次撞击后使铁块的温度升高了40℃，有：n·ΔE×60%＝cm·Δtn＝≈223.答案：22313.(14分)在常温下，氧分子热运动的平均速率约为500m/s.如果一个氧分子以这个速率垂直地打在容器壁上，并以相同速率反弹回来，那么氧分子对容器壁的冲量为多少？如果常温下某容器内氧气的压强为1atm，试估算1s内打在1cm2面积上的氧分子数.(假定每个氧分子都以平均速率垂直于容器壁的方向撞击器壁并以原速率弹回，一个氧分子的质量m＝5.3×10－26kg,1atm＝1×105Pa)解析：对氧分子用动量定理有：I＝Δp＝2mv＝2×5.3×10－26×500N·s＝5.3×10－23N·s设S面积的器壁受n个氧分子碰撞，平均作用力为F，所受压强为p1，那么由动量定理Ft＝Δp得：p1St＝2n·mv所以1s内打在1cm2面积上的氧分子数为：n＝＝个＝1.89×1023个.答案：5.3×10－23N·s 1.89×1023个7/7
