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挑战2020年高考物理必须突破15个必考热点
热点（14）分子动理论　气体及热力学定律
考向一:分子动理论
【真题引领】
(2015·福建高考)下列有关分子动理论和物质结构的认识，其中正确的是
(　　)
A.分子间距离减小时分子势能一定减小
B.温度越高，物体中分子无规则运动越剧烈
C.物体内热运动速率大的分子数占总分子数比例与温度无关
D.非晶体的物理性质各向同性而晶体的物理性质都是各向异性
【答案】B
(1)题眼解读：
解析：若分子间距离减小时分子力做负功，分子势能增大，A错；温度越高，分子无规则运动越剧烈，运动速率大的分子数增多，B对、C错；多晶体的物理性质具有各向同性，D错。
(2)错因警示：
警示1：不是分子间距越小，分子势能越小，当r警示2：只有单晶体，才可能具有各向异性。
分子动理论解题思路：
(1)分子势能与分子距离和分子力的关系：
(2)分子运动与温度关系：
(3)易错警示：
警示1：不能从分子力做功的角度分析分子势能的变化
警示2：将布朗运动和分子运动搞混
警示3：温度是统计学上的概念，与单个分子运动无关
警示4：晶体与非晶体的区别是有无熔点。
考场练兵：
1.由于水的表面张力，荷叶上的小水滴总是球形的。在小水滴表面层中，水分子之间的相互作用总体上表现为_______(选填“引力”或“斥力”)。分子势能Ep和分子间距离r的关系图象如图所示，能总体上反映小水滴表面层中水分子Ep的是图中_______(选填“A”“B”或“C”)的位置。?
【答案】引力　C
解析：小水滴表面层的分子比液体内部的分子稀疏一些，分子间的距离大于液体内部分子引力和斥力相平衡的距离，表现为引力，小水滴表面层中的分子的势能处于图中C的位置。
2.关于分子动理论，下列说法正确的是
(　　)
A.气体扩散的快慢与温度无关
B.布朗运动是液体分子的无规则运动
C.分子间同时存在着引力和斥力
D.分子间的引力总是随分子间距增大而增大
【答案】C
解析：扩散的快慢与温度有关，温度越高，扩散越快，故A错误；布朗运动为悬浮在液体中固体小颗粒的运动，不是液体分子的热运动，固体小颗粒运动的无规则性，是液体分子运动的无规则性的间接反映，故B错误；在一定的范围内，分子间斥力与引力同时存在，而分子力是斥力与引力的合力，分子间的引力和斥力都是随分子间距增大而减小；当分子间距小于平衡位置时，表现为斥力，即引力小于斥力，而分子间距大于平衡位置时，表现为引力，即斥力小于引力，但总是同时存在的，故C正确，D错误。
3.已知地球大气层的厚度h远小于地球半径R，空气平均摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，地面大气压强为p0，重力加速度大小为g。由此可估算得，地球大气层空气分子总数为_______，空气分子之间的平均距离为_______。?
【答案】　
解析：设大气层中气体的质量为m，
由大气压强产生原因可知，mg=p0S，
即：m=
分子数n===，
假设每个分子占据一个小立方体，各小立方体紧密排列，则小立方体边长即为空气分子平均间距，设为a，大气层中气体总体积为V，a=，而
V=4πR2h，所以a=。
考向二：气体实验定律
【真题引领】
(2019·全国卷Ⅰ)热等静压设备广泛应用于材料加工中。该设备工作时，先在室温下把惰性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中，然后炉腔升温，利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理，改善其性能。一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为0.13
m3，炉腔抽真空后，在室温下用压缩机将10瓶氩气压入到炉腔中。已知每瓶氩气的容积为3.2×10-2
m3，使用前瓶中气体压强为1.5×107
Pa，使用后瓶中剩余气体压强为2.0×106
Pa；室温温度为27
℃。氩气可视为理想气体。
(1)求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强；
(2)将压入氩气后的炉腔加热到1
227
℃，求此时炉腔中气体的压强。
【答案】(1)3.2×107
Pa　(2)1.6×108
Pa
(1)情景转化：
解析：(1)设初始时每瓶气体的体积为V0，压强为p0；使用后气瓶中剩余气体的压强为p1。假设体积为V0、压强为p0的气体压强变为p1时，其体积膨胀为V1。由玻意耳定律p0V0=p1V1
①
被压入进炉腔的气体在室温和p1条件下的体积为V1′=V1-V0
②
设10瓶气体压入完成后炉腔中气体的压强为p2，体积为V2。由玻意耳定律
p2V2=10p1V1′
③
联立①②③式并代入题给数据得
p2=3.2×107
Pa
④
(2)设加热前炉腔的温度为T0，加热后炉腔温度为T1，气体压强为p3，由查理定律
=
⑤
联立④⑤式并代入题给数据得
p3=1.6×108
Pa
⑥
(2)错因警示：
警示1：计算气体压强时，计算易错。
警示2：读题草率，不能正确构建模型。
警示3：变质量问题不能转化为定质量问题。
警示4：注意压强、体积和温度的单位。
气体实验定律问题的解题流程：
考场练兵：
1.如图，一容器由横截面积分别为2S和S的两个汽缸连通而成，容器平放在地面上，汽缸内壁光滑。整个容器被通过刚性杆连接的两活塞分隔成三部分，分别充有氢气、空气和氮气。平衡时，氮气的压强和体积分别为p0和V0，氢气的体积为2V0，空气的压强为p。现缓慢地将中部的空气全部抽出，抽气过程中氢气和氮气的温度保持不变，活塞没有到达两汽缸的连接处，求：
(1)抽气前氢气的压强；
(2)抽气后氢气的压强和体积。
【答案】(1)(p0+p)　(2)p0+p　
解析：(1)设抽气前氢气的压强为p10，以两个活塞整体为研究对象，活塞水平方向受力如图
根据活塞受力平衡可得
p·2S+p0S=p10·2S+pS
解得p10=(p0+p)
(2)设抽气后氢气的压强和体积分别为p1和V1，氮气的压强和体积分别为
p2和V2，
活塞受力如图所示
根据活塞受力平衡可得p2S=p1·2S
由玻意耳定律得p1V1=p10·2V0
p2V2=p0V0
由于两活塞用刚性杆连接，设活塞向右移动，故V1-2V0=2(V0-V2)
联立解得
p1=p0+p，V1=
2.如图，由U形管和细管连接的玻璃泡A、B和C浸泡在温度均为0
℃的水槽中，B的容积是A的3倍。阀门S将A和B两部分隔开。A内为真空，B和C内都充有气体。U形管内左边水银柱比右边的低60
mm。打开阀门S，整个系统稳定后，U形管内左右水银柱高度相等。假设U形管和细管中的气体体积远小于玻璃泡的容积。
(1)求玻璃泡C中气体的压强(以mmHg为单位)。
(2)将右侧水槽的水从0
℃加热到一定温度时，U形管内左右水银柱高度差又为60
mm，求加热后右侧水槽的水温。
【答案】(1)180
mmHg　(2)364
K
解析：(1)在打开阀门S前，
两水槽水温均为T0=273
K。
设玻璃泡B中气体压强为p1，体积为VB，
玻璃泡C中气体压强为pC，依题意有
p1=pC+Δp
式中Δp=60
mmHg。
在打开阀门S后，两水槽水温均为T0。
设最终玻璃泡B中气体压强为pB，
依题意，有
pB=pC
玻璃泡A和B中气体的体积为
V2=VA+VB
根据玻意耳定律得p1VB=pBV2
pC=Δp=180
mmHg
(2)当右侧水槽的水温加热至T′时，
U形管左右水银柱高度差为Δp。
玻璃泡C中气体压强为
p′C=pB+Δp
玻璃泡C的气体体积不变，根据查理定律得
=联立并代入题给数据得
T′=364
K
考向三：热力学定律
【真题引领】
(多选)(2019·海南高考)一定量的理想气体从状态M出发，经状态N、P、Q回到状态M，完成一个循环。从M到N、从P到Q是等温过程；从N到P、从Q到M是等容过程；其体积—温度图象(V-T图)如图所示。下列说法正确的是
(　　)
A.从M到N是吸热过程
B.从N到P是吸热过程
C.从P到Q气体对外界做功
D.从Q到M是气体对外界做功
E.从Q到M气体的内能减少
【答案】B、C、E
(1)题眼解读：
　解析：由体积—温度图象(V-T图)可以看出，从M到N理想气体的体积减小，温度不变，外界对气体做功，理想气体的内能不变，所以是放热过程，选项A错误；从N到P气体的体积不变温度升高，即外界对气体不做功而气体的内能增大，所以是吸热过程，选项B正确；从P到Q理想气体的体积增大、温度不变，气体对外界做功，选项C正确；从Q到M气体的体积不变、温度降低，气体不对外界做功，内能减少，选项E正确、D错误。
(2)错因警示：
警示1：理想气体的内能只与温度有关。
警示2：不能认为物体吸热(或对物体做功)，物体的内能一定增加。
解决热力学定律问题的一般流程：
.易错警示：
警示1：在外力作用下，可以实现热量由低温向高温的传递，热力学第二定律强调的是没有外力的自然宏观过程。
警示2：内能永远不可能全部转化为机械能，因为分子不可能停止运动，即绝对零度永远达不到。
考场练兵：
1.(多选)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.不可能使热量由低温物体传递到高温物体
C.功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程
D.可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功
【答案】A、C、D　
解析：做功和热传递都可以改变物体的内能，选项A正确；热量可以由低温物体传递到高温物体但要引起其他变化，B错；所有的实际宏观热过程都是不可逆的，C正确；由热力学第二定律可知，通过外界作用可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，D正确。
2.(多选)根据热力学定律，下列说法中正确的是　
(　　)
A.电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递
B.空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量
C.科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机
D.对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成“能源危机”
【答案】A、B　
解析：热量可以从低温物体向高温物体传递，但要引起其他变化，如电冰箱要消耗电能，A对；由于电能转化为内能，故从室内吸收的热量少于向室外放出的热量，B对；单一热源的热机违反了热力学第二定律，C错；对能源的过度消耗使自然界的“能源”不断减少，形成“能源危机”，并不是“能量”不断减少，D错。
3.下列关于热现象的描述正确的一项是　
(　　)
A.根据热力学定律，热机的效率可以达到100%
B.做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的
C.温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同
D.物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规律的
【答案】C　
解析：根据热力学第二定律可知，热机不可能从单一热源吸收热量全部用来做功而不引起其他变化，因此，热机的效率不可能达到100%，选项A错误；做功是通过能量转化改变系统的内能，热传递是通过能量的转移改变系统的内能，选项B错误；温度是表示热运动的物理量，热传递过程中达到热平衡时，温度相同，选项C正确；单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动表现出统计规律，选项D错误。

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