人教版 (新课标)选修3选修3-3第十章 热力学定律3 热力学第一定律 能量守恒定律巩固练习

专题八（选修3-3）    分子动理论 气体及热力学定律

【核心要点突破】

知识链接

一、分子动理论

1. 微观物理量的估算问题：

2.分子力与分子势能

（1）分子间存在着相互作用的分子力。

分子力有如下几个特点：分子间同时存在引力和斥力；分子间的引力和斥力都随分子间的距离增大而减小，随分子距离的减小而增大，但斥力比引力变化更快。实际表现出来的是引力和斥力的合力。

（2）分子势能

（1）分子间由于存在相互作用而具有的，大小由分子间相对位置决定的能叫做分子势能。

（2）分子势能改变与分子力做功的关系：分子力做功，分子势能减少；克服分子力做功，分子势能增加；且分子力做多少功，分子势能就改变多少。分子势能与分子间距的关系（如右图示）：

二、热力学定律

1、 热力学第一定律ΔE=Q+W  

2、热力学第二定律

表述：

（1）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（按热传导的方向性表述）。

（2）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（按机械能和内能转化过程的方向性表述）。或第二类永动机是不可能制成的。

3、热力学第三定律：热力学零度不可达到｛宇宙温度下限：－273.15摄氏度（热力学零度）｝

三、气体实验定律

1、等温过程：p1V1=p2V2=k（玻－马定律）

2、等容过程：（查理定律）

3、等压过程：（盖·吕萨克定律）

4、理想气体状态方程：pV/T=恒量或=

深化整合

【典例训练1】一滴油酸酒精溶液含质量为m的纯油酸，滴在液面上扩散后形成的最大面积为S.已知纯油酸的摩尔质量为M、密度为ρ，阿伏加德罗常数为NA.下列表达式正确的有（   ）

二、 温度、内能、热量、功的理解

【典例训练2】（2010.海南理综T17） (1)下列说法正确的是（填入正确选项前的字母，每选错一个扣2分，最低得分为0分）。

(A)当一定质量的气体吸热时，其内能可能减小

(B)玻璃、石墨和金刚石都是晶体，木炭是非晶体

(C)单晶体有固定的熔点，多晶体和非晶体没有固定的熔点

(D)当液体与大气相接触时，液体表面层内的分子所受其它分子作用力的合力总是指向液体内部

(E)气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，与单位体积内气体的分子数和气体温度有关

【命题立意】考查内能、晶体、表面张力气体的压强等

【规范解答】选ADE，一定质量的气体吸热时，如果同时对外做功，且做的功大于吸收的热量，则内能减小，(A)正确；玻璃是非晶体，(B)错；多晶体也有固定的熔点，(C)错；液体表面层内的分子液体内部分子间距离的密度都大于大气，因此分子力的合力指向液体内部，(D)正确；气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，决定气体的压强，因此与单位体积内分子数和气体的温度有关，(E)对。

【典例训练3】（2010·全国Ⅱ理综·T16）如图，一绝热容器被隔板K 隔开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

【命题立意】本题以气体为研究对象，考查了气体的三个状态参量变化，涉及到内能、气体的自由膨胀、热力学第一定律、理想气体状态方程等。

【思路点拨】解答本题时可按以下思路分析：

【规范解答】选B、D，a内的稀薄气体抽开隔板K后，进入真空b内，a内的稀薄气体做功,绝热容器不与外界发生热传递，则，根据热力学第一定律：，可得，则内能不变，故A错误，B正确；稀薄气体可看作理想气体，内能仅由温度决定，由于ΔＵ＝0，则气体温度不变.又根据理想气体状态方程：，气体体积变大，而温度不变，则压强变小，故C错误，D正确。

【高考真题探究】

1.（2010·福建理综·T28）

（1）1859年麦克斯韦从理论上推导出了气体分子速率的分布规律，后来有许多实验验证了这一规律。若以横坐标表示分子速率，纵坐标表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比。下面四幅图中能正确表示某一温度下气体分子速率分布规律的是     。（填选项前的字母）

【命题立意】本题以物理学史为背景，考查知识性的内容，这是3-3每年高考中常考的题型。

【思路点拨】知道气体分子速率分布规律

【规范解答】选D。气体分子速率分布规律是中间多两边少，且一切分子都在不停地做无规则运动，故选D。

2.（2010·福建理综·T28）（2）如图所示，一定质量的理想气体密封在绝热（即与外界不发生热交换）容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞。今对活塞施以一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小。若忽略活塞与容器壁间的摩擦力，则被密封的气体      。（填选项前的字母）

   A．温度升高，压强增大，内能减少   

B．温度降低，压强增大，内能减少

   C．温度升高，压强增大，内能增加   

D．温度降低，压强减小，内能增加

【命题立意】本题以压缩活塞为背景，考查热力学第一定律和理想气体状态方程。

【思路点拨】明确研究对象是密闭的气体，由热力学第一定律得出密闭的气体的温度T，再利用理想气体状态方程求解。

【规范解答】选C。由F对密闭的气体做正功W>0，绝热活塞，则Q=0。由热力学第一定律知理想气体内能增大，T升高，再根据PV/T=C，V减小，P增大，故选C。

3.（2010·广东理综·T14）图是密闭的气缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800J，同时气体向外界放热200J，缸内气体的

A．温度升高，内能增加600J    B．温度升高，内能减少200J

C．温度降低，内能增加600J    D．温度降低，内能减少200J

【命题立意】本题主要考查热力学第一定律、理想气体及内能的决定因素。

【思路点拨】解答本题时可按以下思路分析：

【规范解答】选A。由热力学第一定律知：由得：

，一定质量的理想气体的内能大小只与温度有关，，故温度一定升高，选A选项正确。

4.（2010·广东理综·T15）如图所示，某种自动洗衣机进水时，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气，通过压力传感器感知管中的空气压力，从而控制进水量。设温度不变，洗衣缸内水位升高，则细管中被封闭的空气

A．体积不变，压强变小    B. 体积变小，压强变大

C. 体积不变，压强变大    D. 体积变小，压强变小

【命题立意】本题主要考查理想气体状态方程及玻马定律。

【思路点拨】解答本题时可按以下思路分析：

【规范解答】选B。由图可知空气被封闭在细管内，水面升高时，根据玻马定律，气体压强增大，气体体积减小，B选项正确。

5.（2010·江苏物理卷·T12）A．（选修模块3-3）（12分）

（1）为了将空气装入气瓶内，现将一定质量的空气等温压缩，空气可视为理想气体。下列图象能正确表示该过程中空气的压强p和体积V关系的是    ▲   。

（2）在将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，外界做了24KJ的功。现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底，若在此过程中，瓶中空气的质量保持不变，且放出了5KJ的热量。在上述两个过程中，空气的内能

共减小  ▲  KJ,空气  ▲  （选填“吸收”或“放出”）

（3）已知潜水员在岸上和海底吸入空气的密度分别为1.3kg/和2.1kg/，空气的摩尔质量为0.029kg/mol，阿伏伽德罗常数=6.02。若潜水员呼吸一次吸入2L空气，试估算潜水员在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空气的分子数。（结果保留一位有效数字）。

【规范解答】（1）选B。由PV=C，P与成正比，本题考查P—图象。

（2）根据热力学第一定律，第一阶段，，所以，放热。第二阶段，，所以，两过程 共放热，内能变化，即减少5J。

（3）设空气的摩尔质量为M，在海底和岸上的密度分别为和，一次吸入空气的体积为V，则有，代入数据得。

【答案】（1）B；（2）-5J，放出；（3）。

6.（2010·山东理综·T36）（8分）

一太阳能空气集热器，底面及侧面为隔热材料，顶面为透明玻璃板，集热器容积为V0，开始时内部封闭气体的压强为P0。经过太阳暴晒，气体温度由T0=300K升至T1=350K。

（1）求此时气体的压强。

（2）保持T1=350K不变，缓慢抽出部分气体，使气体压强再变回到P0。求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值。判断在抽气过程中剩余气体是吸热还是放热，并简述原因。

【命题立意】本题以封闭气体为研究对象，结合变质量问题，突出了高考对理解能力、推理能力的要求。主要考查查理定律、玻意耳定律、热力学第一定律等知识点。

【思路点拨】解答本题时可按以下思路分析：

【规范解答】（1）设升温后气体的压强为P1，由查理定律得         ①

代入数据得         ②

（2）抽气过程可视为等温膨胀过程，设膨胀后的总体积为V，由玻意耳定律得    ③

联立②③式解得          ④

设剩余气体的质量与原来气体的总质量之比为K，由题意得             ⑤

联立④⑤式解得          ⑥

吸热。因为抽气过程中剩余气体温度不变，故内能不变，而剩余气体膨胀对外做功，所以根据热力学第一定律可知剩余气体要吸热。

【答案】（1）；（2），吸热

【备课资源】

1.对一定量的气体，下列说法正确的是（   ）

A.气体的体积是所有气体分子的体积之和

B.气体分子的热运动越剧烈，气体温度就越高

C.气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的

D.当气体膨胀时，气体分子之间的势能减小，因而气体的内能减小

【解析】选B、C.气体分子距离远大于分子大小，所以气体的体积远大于所有气体分子体积之和，A项错；温度是物体分子平均动能的标志，是表示分子热运动剧烈程度的物理量，B项正确；气体压强的微观解释是大量气体分子频繁撞击产生的，C项正确；气体膨胀，说明气体对外做功，但不能确定吸、放热情况，故不能确定内能变化情况，D项错.

2.(1)以下说法正确的是（   ）

A.用手捏面包，面包体积会缩小，说明分子之间有间隙

B.温度相同的氢气和氧气，氢气分子和氧气分子的平均速率相同

C.夏天荷叶上小水珠呈球状，是由于液体表面张力使其表面积具有收缩到最小趋势的缘故

D.自然界中进行的一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性

(2)如图所示是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开始时封闭的空气柱长度为22 cm，现用竖直向下的外力F以适当的速度压缩气体，使封闭的空气柱长度变为2 cm，已知人对活塞做功50 J，压缩过程中气体向外散失的热量为15 J，求气体的内能增加多少？（大气压强为p0=1×105 Pa，活塞的横截

面积S=1 cm2不计活塞重力）

【解析】（1）C、D

（2）大气压力对活塞做功W1=p0S（l0-l）=2 J，人做功W2=50 J，由热力学第一定律：ΔU=W1+W2+Q，

将Q=-15 J等代入，解出ΔU=37 J.

答案：（1）C、D  （2）37 J

3.（2010·江西理综·T19）右图３为两分子系统的势能Ep与两分子间距离r的关系曲线。下列说法正确的是

A．当r大于r1时，分子间的作用力表现为引力

B．当r小于r1时，分子间的作用力表现为斥力

C．当r等于r2时，分子间的作用力为零

D．在r由r1变到r2的过程中，分子间的作用力做负功

【命题立意】本题以两分子系统势能与距离的关系曲线图象为题意,要考生根据图象判断两分子距离为哪个值时,它们之间的作用力表现为引力还是斥力,本题的图象很容易与教材中分子作用力与它们之间距离关系的曲线图混淆,是道中等难度的试题,主要考查分子间距与分子力、分子势能的关系.

【思路点拨】解答本题时可按以下思路分析：

【规范解答】选ＢＣ，分子间距等于r0时分子势能最小，即r0= r2。当r小于r1时分子力表现为斥力；当r大于r1小于r2时分子力表现为斥力；当r大于r2时分子力表现为引力，所以A错BC正确。在r由r1变到r2的过程中，分子斥力做正功分子势能减小，D错误。

4.（2010·四川理综·T14）下列现象中不能说明分子间存在分子力的是

  A．两铅块能被压合在一起             B．钢绳不易被拉断

C．水不容易被压缩                   D．空气容易被压缩

【命题立意】考察分子间力的特点及宏观表现.

【思路点拨】解答本题时可按以下思路分析：

【规范解答】选D，两铅块能被压合在一起、钢绳不易被拉断说明分子之间存在引力；而水不容易压缩是因为分子间距小轻微压缩都使分子力表现为斥力，因此ABC正确。空气容易被压缩是因为分子间距大的原因，而不是因为分子间存在分子力的原因，因此D错误．

5.（2010.重庆理综T15）．给旱区送水的消防车停于水平面，在缓缓放水的过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子势能，则胎内气体

   A．从外界吸热                              B.对外界做负功

   B.分子平均动能减少                          D.内能增加

【命题立意】考查热力学第一定律

【思路点拨】在缓缓放水的过程中，压强减小，体积膨胀，对外做功。

【规范解答】选A，胎内气体经历了一个温度不变，压强减小，体积增大的过程。温度不变，分子平均动能和内能不变。体积增大气体对外界做正功。根据热力学第一定律气体一定从外界吸热。A正确。

6.（2010.上海物理卷T10）. 如图，玻璃管内封闭了一段气体，气柱长度为，管内外水银面高度差为，若温度保守不变，把玻璃管稍向上提起一段距离，则

（A）均变大                     （B）均变小

（C）变大变小                   （D）变小变大

【命题立意】本题考查气体状态方程。

【思路点拨】首先以气体为研究对象，判断气体压强的变化情况，然后再以水银柱为研究对象，判断液柱高度的变化

【规范解答】选D，根据，变大，变小，根据，变大。

7.（2010.上海物理卷T14）分子间的相互作用力由引力与斥力共同产生，并随着分子间距的变化而变化，则

（A）分子间引力随分子间距的增大而增大

（B）分子间斥力随分子间距的减小而增大

（C）分子间相互作用力随分子间距的增大而增大

（D）分子间相互作用力随分子间距的减小而增大

【命题立意】本题考查分子间相互作用力与分子间距的关系.

【思路点拨】画出分子间相互作用力与分子间距离关系的图像

【规范解答】选B，分子力和分子间距离关系图象如图所示，根据该图像可判断分子间斥力随分子间距的减小而增大，B正确。

8.（2010.上海物理卷T17）一定质量理想气体的状态经历了如图所示的、、、四个过程，其中的延长线通过原点，垂直于且与水平轴平行，与平行，则

气体体积在

（A）过程中不断增加

（B）过程中保持不变

（C）过程中不断增加

（D）过程中保持不变

【命题立意】本题考查气体的图象的理解。

【思路点拨】作出过原点与a的一条等容线，作为重要的辅助线。，

【规范解答】选AB，首先，因为的延长线通过原点，所以是等容线，即气体体积在过程中保持不变，B正确；是等温线，压强减小则体积增大，A正确；是等压线，温度降低则体积减小，C错误；连接ao交cd于e，则ae是等容线，即，因为，所以，所以过程中体积不是保持不变，D错误.