【优化探究】2014年新课标高考总复习人教物理选修3-3-1分子动理论热力学定律与能量守恒

分子动理论热力学定律与能量守恒1．分子动理论较好地解释了物质的宏观热学性质．据此可判断下列说法中错误的是()A．显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这反映了液体分子运动的无规则性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：选项A中小炭粒做布朗运动反映了液体分子的无规则热运动，故A是正确的；B选项中分子间的相互作用力在间距rr0的范围内，随分子间距的增大而减小，而在rr0的范围内，随r由r0开始增大，分子力先增大后减小，故B是错误的；C选项中分子势能在rr0时，分子势能随r的增大而减小，r0处最小，在rr0时，分子势能随r的增大而增大，故C选项是正确的；D选项中真空环境是为防止其他杂质的介入，而高温条件下，分子热运动剧烈，有利于所掺入元素分子的扩散，故错误选项为B.答案：B2．(2012年高考四川理综)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，但不一定是每个分子的动能都大，故A错；分子间的引力和斥力都是随着分子间距离的减小而增大，故B错；物体的内能由物质的量、物态、体积及温度决定，即所有分子动能和分子势能之和，故C正确；物体内能的变化由做功和热传递共同决定，故D错．答案：C3．(2012年高考新课标全国卷)关于热力学定律，下列说法正确的是________．A．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量B．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加C．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功D．不可能使热量从低温物体传向高温物体E．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程解析：由ΔU＝Q＋W可知做功和热传递是改变内能的两种途径．它们具有等效性，故A正确、B错误；由热力学第二定律可知，可以从单一热源吸收热量，使之全部变为功，但会产生其他影响，故C正确；同样热量只是不能自发的从低温物体传向高温物体，则D项错；一切与热现象有关的宏观过程不可逆，则E正确．答案：ACE4．一气泡从湖底上升到湖面，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．若气泡内的气体能完全变为液体，请估算液体体积与原来气体体积的比值．(结果保留一位有效数字)解析：题目考查利用阿伏加德罗常数进行估算．设气体体积为V1，液体体积为V2，由此可知，气泡内气体的质量为：m＝ρV1，物质的量为：n＝mM.则气泡内的分子个数为：N＝nNA＝ρV1MNA.将分子视为球体，每个分子的体积：V分＝16πd3.对液体来说，忽略分子间隙，则液体体积为：V2＝NV分＝Nπd36＝πρd3V1NA6M，由此可知：V2V1＝πρd3NA6M.代入数据解得V2V1≈1×10－4.(9×10－5～2×10－4都算正确)答案：见解析(时间：45分钟，满分：100分)[命题报告·教师用书独具]一、选择题(本题共10小题，每小题7分，共70分，每小题至少有一个选项正确，把正确选项前的字母填在题后的括号内)1．(2012年高考全国卷)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：布朗运动是悬浮在液体中的粒子的无规则运动，而不是液体分子的无规则运动，A项错误；液体温度越高，分子热运动越剧烈，液体分子对悬浮粒子撞击力越大；悬浮粒子越小，对其撞击的液体分子数越少，悬浮粒子受到液体分子撞击作用的平衡性越弱，因而布朗运动越剧烈，B、D正确，C项错误．答案：BD2．(2012年高考广东理综)清晨，草叶上的露珠是由空气中的水汽凝结成的水珠．这一物理过程中，水分子间的()A．引力消失，斥力增大B．斥力消失，引力增大C．引力、斥力都减小D．引力、斥力都增大解析：因为空气中水汽凝结成水珠时水分子间距离减小，再根据分子力与分子间距离的关系可知，当分子间距离减小时斥力、引力同时增大，所以只有D项正确．答案：D3．(2011年高考广东卷)如图所示，将两个接触面平滑的铅柱压紧后悬挂起来，下面的铅柱不脱落，主要原因是()A．铅分子做无规则热运动B．铅柱受到大气压力作用C．铅柱间存在万有引力作用D．铅柱间存在分子引力作用解析：由于铅柱较软，且接触面平滑，用力压紧，使得铅分子间的距离小到分子力起作用的距离，分子引力的作用使铅柱在钩码的拉力下未分开，D正确．答案：D4．关于一定量的气体，下列叙述正确的是()A．气体吸收的热量可以完全转化为功B．气体体积增大时，其内能一定减少C．气体从外界吸收热量，其内能一定增加D．外界对气体做功，气体内能可能减少解析：由热力学第二定律知，热量可以完全转化为功，但要引起其他变化，A选项对．由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，改变物体内能的两种方式是做功和热传递，B项只说明气体对外做功，没有考虑热传递；C项只说明气体从外界吸收热量，没有考虑做功情况，故B、C选项均错，D选项对．答案：AD5．轨道车运行时，车与轨道摩擦使轨道温度升高．下列说法正确的是()A．温度升高，但轨道的内能不增加B．温度升高，但轨道不会产生热辐射C．摩擦生热与摩擦生电一样，都涉及能量转化D．轨道对车的摩擦力方向与车的运动方向无关解析：温度是分子平均动能的标志，对于轨道，温度升高时分子平均动能增大，其内能也增大，A错误；轨道温度升高后与周围环境间存在温差而发生热传递，其中包括传导、对流、辐射三种方式，B错误；从能量转化的情况来看，摩擦生热是机械能转化为内能，摩擦生电是机械能转化为电能，故C正确；轨道对车的摩擦力方向总是在作为动力时与车的运动方向相同，作为阻力时与车的运动方向相反，故D错误．答案：C6．设某种物质的摩尔质量为μ，分子间平均距离为d，已知阿伏加德罗常数为NA，则该物质的密度ρ可表示为()A．ρ＝6μπd3NAB．ρ＝μd3NAC．ρ＝3μ4πd3NAD．ρ＝8μπdNA解析：分子为球形时，1mol物质的体积：16πd3NA，则ρ＝μ16πd3NA＝6μπd3NA，故A正确；分子为正方体时，1mol物质的体积：d3NA，则ρ＝μd3NA，故B正确．答案：AB7．(2012年高考福建理综)关于热力学定律和分子动理论，下列说法正确的是________．(填选项前的字母)A．一定量气体吸收热量，其内能一定增大B．不可能使热量由低温物体传递到高温物体C．若两分子间距离增大，分子势能一定增大D．若两分子间距离减小，分子间引力和斥力都增大解析：由热力学第一定律知内能的变化取决于做功和热传递两个方面，故A错误；由热力学第二定律知在引起其他影响的情况下热量也可由低温物体传递到高温物体，B错误；当r＞r0时分子力表现为引力，分子距离增大时分子势能增大，而r＜r0时则相反，故C错误；分子间引力和斥力都是随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而增大，故D正确．答案：D8．如图所示，用F表示两分子间的作用力，Ep表示分子间的分子势能，在两个分子之间的距离由10r0变为r0的过程中()A．F不断增大，Ep不断减小B．F先增大后减小，Ep不断减小C．F不断增大，Ep先增大后减小D．F、Ep都是先增大后减小解析：分子间的作用力是矢量，分子势能是标量，由图象可知F先增大后减小，Ep则不断减小，B正确．答案：B9．(2011年高考重庆理综)某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成．开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示．在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体()A．对外做正功，分子的平均动能减小B．对外做正功，内能增大C．对外做负功，分子的平均动能增大D．对外做负功，内能减少解析：气体膨胀，气体对外做正功，又因气体与外界无热交换，由热力学第一定律可知气体内能减小，因忽略气体分子间相互作用，没有分子势能，所以分子的平均动能减小，选项A正确．答案：A10．A、B两装置均由一支一端封闭、一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他条件都相同．将两管状容器抽成真空后，开口竖直向下插入水银槽中(插入过程中没有空气进入管状容器内)，两水银柱上升至如图所示位置然后停止．假设这一过程中水银与外界没有热交换，则下列说法正确的是()A．A中水银的内能增量大于B中水银的内能增量B．B中水银的内能增量大于A中水银的内能增量C．A和B中水银体积保持不变，故内能增量相同D．A和B中水银温度始终相同，故内能增量相同解析：在水银进入管状容器中的过程中，大气压力对水银做功，把大气的能量转化为水银的内能和重力势能，在一定的大气压下，A、B中水银柱在稳定后，两者的高度是相同的，且进入管中的水银体积相同，所以大气压力做功相同．但两装置中水银重力势能的增量不同，所以两者内能的改变也不同，由图可知B中水银的重力势能较小，所以B管中水银的内能增量较大，故选项B正确．答案：B二、非选择题(本题共2小题，共30分，解答时应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)11．(15分)(1)蒸汽机、内燃机等热机以及电冰箱工作时都利用了气体状态变化来实现能量的转移和转化，我们把这些气体称为工质．某热机经过一个循环后，工质从高温热源吸热Q1，对外做功W，又向低温热源放热Q2，工质完全恢复初始状态，内能没有变化．根据热力学第一定律，在工质的一个循环中，Q1、Q2、W三者之间满足的关系是________．热机的效率η＝WQ1不可能达到100%，从能量转换的角度，说明________能不能完全转化为________能．(2)如图表示一定质量的某气体在不同温度下的两条等温线．图中等温线Ⅰ对应的温度比等温线Ⅱ对应的温度要__________________(选填“高”或“低”)．在同一等温线下，如果该气体的压强变为原来的2倍，则气体的体积应变为原来的________________．解析：(1)由热力学第一定律、热量、做功、内能的符号规定得Q1＋(－Q2)＋(－W)＝0，即Q1－Q2＝W.再由热力学第二定律知，内能不可能全部转化成机械能而不产生其他影响．(2)质量相同的气体，pV之积越大，则温度越高．取相同的体积V，观察对应的压强p，便可以比较出等温线Ⅱ的温度高．再由玻意耳定律，p1V1＝p2V2，当p2＝2p1时，得V2＝12V1.答案：(1)Q1－Q2＝W内机械(2)低1212．(15分)一个标准足球场的面积为105m×68m＝7140m2.通常用空气湿度(相对湿度、绝对湿度)表示空气中含有水蒸气的情况，若球场附近一定体积的空气中所含的水蒸气凝结成水后的体积为103cm3，已知水的密度为ρ＝1.0×103kg/m3，水的摩尔质量Mmol＝1.8×10－2kg/mol，一标准大气压为1.0×105Pa，试求：(1)该足球场上方空气的质量；(2)水蒸气凝结成的水中含多少水分子；(3)估算一个水分子的直径为多大．(以上计算结果均保留一位有效数字)解析：(1)由p0S＝mg得：m＝p0Sg≈1×105×714010kg≈7×107kg.(2)水的摩尔体积为V0＝Mmolρ＝1.8×10－21.0×103m3/mol≈2×10－5m3/mol水分子数：n＝V水NAV0＝103×10－6×6.02×10232×10－5个≈3×1025个．(3)建立水分子的球模型有16πd3＝V0NA得水分子直径d＝36V0πNA＝36×2×10－53.14×6.02×1023m≈4×10－10m.答案：(1)7×107kg(2)3×1025个(3)4×10－1