专题04 分子动理论、气体实验定律和热力学定律-2022-2023学年高二物理下学期期中期末考点大串讲（人教版2019）

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专题04 分子动理论、气体实验定律和热力学定律





一、 固体液体气体分子大小估算
1.已知固体和液体（气体不适用）的摩尔体积Vmol和一个分子的体积V0，则NA=VmolV0；反之亦可估算分子体积的大小。
2.已知物质（所有物质，无论液体、固体还是气体均适用）的摩尔质量M和一个分子的质量m0，则NA=Mm0；反之亦可估算分子的质量。
3.已知物体（无论固体、液体还是气体均适用）的体积V和摩尔体积Vmol，则物体含有的分子数n=VVmolNA=mρVmolNA。其中ρ是物体的密度，m是物体的质量。
4.已知物体（无论液体、固体还是气体均适用）的质量m和摩尔质量M，则物体含有的分子数n=mMNA。
5.分子体积V0=VmolNA=MρNA（一般适用于固体和液体），如果把分子简化成球体，可进一步求出分子的直径d=36V0π=36MρNAπ。
6.估算气体分子间的距离

气体分子间的间隙不能忽略，设想气体分子均匀分布，且每个气体分子平均占有的空间为一个小立方体，气体分子间的距离就等于小立方体的边长，如图所示。每个气体分子平均占有的空间体积V0'=VmolNA=MρNA ,分子间的距离d=3V0'。
【例1】如图所示为食盐晶体结构中钠离子和氯离子的空间分布的示意图，图中相邻离子的中心用线连起来了，组成了一个个大小相等的立方体。已知食盐的密度为，食盐的摩尔质量为M，阿伏伽德罗常数NA，食盐晶体中两个最近的钠离子中心间的距离为（　　）

A． B．
C． D．
【答案】D
【详解】1mol的氯化钠的体积为由题可知1mol氯化钠的离子组成的立方体个数为2NA，所以每个小立方体体积为每个小立方体的边长为则相邻的钠离子中心间的距离为
故选D。
二、扩散现象与布朗运动
1.扩散现象的特点
（1）在气体、液体、固体中均能发生，而气体的扩散现象最明显。
（2）扩散快慢与温度有关，温度越高，扩散越快，表明温度越高，分子运动越剧烈。
（3）从浓度高处向浓度低处扩散，且受“已进入对方”的分子浓度的限制，当进入对方的分子浓度较低时，扩散现象较为显著。
2.布朗运动的理解
（1）无规则性：悬浮微粒受到液体分子在各个方向上撞击的不平衡是形成布朗运动的原因。由于液体分子的运动是无规则的，使微粒受到较强撞击的方向也不确定，所以布朗运动是无规则的。
（2）影响因素
①微粒越小，布朗运动越明显：悬浮微粒越小，某时刻与它相撞的分子数越少，来自各方向的冲击力越不平衡；另外微粒越小，其质量也就越小，相同冲击力下产生的加速度越大。因此，微粒越小，布朗运动越明显。
②温度越高，布朗运动越剧烈：温度越高，液体分子的运动（平均）速率越大，对悬浮微粒的撞击作用也越大，产生的加速度也越大，因此温度越高，布朗运动越剧烈。
（3） 布朗运动的实质：布朗运动不是分子的运动，而是悬浮微粒的运动。布朗运动的无规则性反映了液体分子运动的无规则性。布朗运动与温度有关，表明液体分子运动的剧烈程度与温度有关。
【例2】雾霾中，各种悬浮颗粒物形状不规则，但可视为密度相同、直径不同的球体，并用PM10、PM2.5分别表示直径小于或等于10μm、2.5μm的颗粒物。科研机构的检测结果表明，在静稳的雾霾天气中，近地面高度百米的范围内，PM10的浓度随高度的增加略有减小，大于PM10的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小，且两种浓度分布基本不随时间变化。据此材料，以下叙述正确的是（　　）
A．PM2.5表示直径小于或等于2.5×10-6m的悬浮颗粒物
B．PM10受到的空气分子作用力的合力始终大于其受到的重力
C．PM10和PM2.5非常小，因此在空中的运动都属于分子的运动
D．根据材料推算，PM2.5的浓度基本不随高度的增加而变化
【答案】AD
【详解】A．由题意知：PM2.5表示直径小于或等于的2.5μm=2.5×10-6m悬浮颗粒，故A正确；
B．由题意知，PM10、PM2.5是直径小于或等于10μm、2.5μm的颗粒物，在空气分子作用力的合力作用下做无规则运动，合力不可能始终大于其受到的重力，选项B错误；
C．PM10和PM2.5都在空气中做布朗运动，不属于分子运动，选项C错误；
D．由材料可知，近地面高度百米的范围内，直径越大的颗粒的浓度随高度的增加减小的越多，可知颗粒直径较小的PM2.5的浓度随高度的增加减小的很小，甚至基本不随高度的增加而变化，故D正确。故选AD。
三、分子间的相互作用力
分子力与分子间距离变化的关系
分子力F与分子间距离r的关系图像
分子间距离
分子力

r=r0
零
r 表现为斥力，且分子力随分子间距离的增大而减小
r>r0
表现为引力，且分子力随分子间距离的增大，先增大后减小
r≥10r0
分子力十分微弱，可认为分子力为零
【例3】如图所示，甲分子固定在坐标原点，乙分子位于轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示，为斥力，为引力，、、、为轴上四个特定的位置，现把乙分子从处由静止释放，若规定无限远处分子势能为零，则下列说法正确的是（　　）

A．乙分子在处加速度为零，速度最大
B．乙分子从a到d的加速度先减小后增大
C．乙分子从a到c先加速后减速
D．乙分子从a到d先加速后减速
【答案】AD
【详解】AC．由于乙分子从处由静止释放，在a、c间一直受到甲分子的引力作用而做加速运动，到达c点处所受分子力是零，加速度是零，速度最大，A正确，C错误；
B．由题图可知，乙分子从a到b受分子力由小逐渐增大，从b到c，分子力由大逐渐减小到零，由c到d，分子力为斥力，由零逐渐增大，因此乙分子从a到d的加速度先增大后减小再增大，B错误；
D．乙分子从a到c，受甲分子的引力作用，一直做加速运动，从c到d，受甲分子斥力作用，乙分子做减速运动，因此乙分子从a到d先加速后减速，D正确。故选AD。
四、物体内能
1.分子的平均动能
（1）温度是大量分子无规则热运动的宏观表现，具有统计意义。温度升高，分子平均动能增大，但不是每一个分子的动能都增大。个别分子动能可能增大也可能减小，个别分子甚至几万个分子热运动的动能大小不受温度影响，但总体上所有分子的动能之和一定是增加的。
（2）只要温度相同，任何分子的平均动能都相同。由于不同物质的分子质量不一定相同，所以同一温度下，不同物质分子运动的平均速率一般不相同。
2.分子势能与分子间距离的关系
分子间距离
r=r0
r>r0，r增大
r 分子力
等于零
表现为引力
表现为斥力
分子力做功
—
分子力做负功
分子力做负功
分子势能
最小
随分子间距离的增大而增大
随分子间距离的减小而增大
3.分子势能曲线
分子势能曲线如图所示，

4.内能的决定因素
（1）从宏观上看：物体内能的大小由物体的物质的量、温度和体积三个因素决定。
（2）从微观上看：物体的内能由组成物体的分子总数、分子热运动的平均动能和分子势能三个因素决定。
【例4】关于温度的概念，下述说法中正确的是（　　）
A．温度升高，物体内所有分子的动能都增大
B．当某物体的内能增加时，则该物体的温度一定升高
C．温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子平均动能越大
D．甲物体的温度比乙物体的温度高，则甲物体分子平均速率比乙物体分子平均速率大
【答案】C
【详解】A．温度升高，物体内分子的平均动能增大，但不是每个分子的动能都增大，故A错误；
B．物体的内能大小与物体的质量、体积、温度及构成物体的物质种类都有关系，当某物体的内能增加时，则该物体的温度不一定升高，故B错误；
C．温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子平均动能越大，故C正确；
D．甲物体的温度比乙物体的温度高，则甲物体分子平均动能比乙物体分子平均动能大，故D错误。故选C。
五、气体状态变化的图像问题
1．一定质量的气体不同图像的比较
类别
特点(其中C为常量)
举例
p­V
pV＝CT，即pV之积越大的等温线温度越高，线离原点越远

p­
p＝CT，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高

p­T
p＝T，斜率k＝，即斜率越大，体积越小

V­T
V＝T，斜率k＝，即斜率越大，压强越小


[注意]　上表中各个常量“C”意义有所不同。可以根据pV＝nRT确定各个常量“C”的意义。
2．气体状态变化图像的分析方法
(1)明确点、线的物理意义：求解气体状态变化的图像问题，应当明确图像上的点表示一定质量的理想气体的一个平衡状态，它对应着三个状态参量；图像上的某一条直线段或曲线段表示一定质量的理想气体状态变化的一个过程。
(2)明确图像斜率的物理意义：在V­T图像(p­T图像)中，比较两个状态的压强(或体积)大小，可以比较这两个状态到原点连线的斜率的大小，其规律是：斜率越大，压强(或体积)越小；斜率越小，压强(或体积)越大。
(3)明确图像面积的物理意义：在p­V图像中，p­V图线与V轴所围面积表示气体对外界或外界对气体所做的功。
【例5】气压式升降椅通过气缸上下运动来支配椅子升降，其简易结构如图乙所示，圆柱形气缸与椅面固定连接，柱状气缸杆与底座固定连接。可自由移动的气缸与气缸杆之间封闭一定质量的理想气体，设气缸气密性、导热性能良好，忽略摩擦力。设气体的初始状态为A，某人坐上椅面后，椅子缓慢下降一段距离达到稳定状态。然后打开空调，一段时间后，室内温度降低到设定温度，稳定后气体状态为C（此过程人的双脚悬空）；接着人缓慢离开座椅，直到椅子重新达到另一个稳定状态D，室内大气压保持不变，则气体从状态A到状态D的过程中，关于p、V、T的关系图正确的是（　　）

A． B．
C． D．
【答案】B
【详解】从状态A到状态B过程中，气体等温压缩，体积减小，压强增大，温度不变，从B到C，气体等压降温，温度降低，体积减小，压强不变，从C到D过程中，气体等温膨胀，体积变大，压强减小，且D状态的压强恢复为原A状态的压强。故选B。
六、气体实验定律在气缸类模型中的应用
解决汽缸类问题的一般思路：
1.弄清题意，确定研究对象。一般研究对象分两类：一类是热学研究对象(一定质量的理想气体)；另一类是力学研究对象(汽缸、活塞或某系统)。
2.分析清楚题目所述的物理过程，对热学研究对象分析清楚初、末状态及状态变化过程，依据气体实验定律或理想气体状态方程列出方程；对力学研究对象要正确地进行受力分析，依据力学规律列出方程。
3.注意挖掘题目中的隐含条件，如几何关系、体积关系等，列出辅助方程。
4.多个方程联立求解。对求解的结果注意分析它们的合理性。
【例6】8．如图所示，隔热气缸（内壁光滑）呈圆柱形，上部有挡板，内部高度为d。筒内一个厚度不计的活塞封闭一定量的理想气体，活塞的横截面积为S、质量（g为重力加速度）。开始时活塞处于离气缸底部的高度，外界大气压强，温度为27℃。
（1）求开始时气体的压强。
（2）现对气缸内气体加热，当气体温度达到387℃时，求气体的压强。

【答案】（1）；（2）
【详解】（1）以封闭气体为研究对象，则有解得
（2）开始时气体状态有，设温度升高到T时，活塞刚好到达气缸口，封闭气体做等压变化，此时有根据盖—吕萨克定律有解得因加热后封闭气体先做等压变化，活塞到达气缸口之后做等容变化，由查理定律得解得
七、气体实验定律在管类模型中的应用
解答管类问题，关键是液柱封闭气体压强的计算，求液柱封闭的气体压强时，一般以液柱为研究对象分析受力、列平衡方程，要注意：
1.液体因重力产生的压强大小为p＝ρgh(其中h为至液面的竖直高度)；
2.不要漏掉大气压强，同时又要尽可能平衡掉某些大气的压力；
3.有时可直接应用连通器原理——连通器内静止的液体，同种液体在同一水平面上各处压强相等；
4.当液体为水银时，可灵活应用压强单位“cmHg”等，使计算过程简捷。
【例7】如图所示，开口竖直向上的细玻璃管内有一段长为L2=15cm的水银柱，封闭了一段长度为L1=20cm的气体，此时封闭气体温度为300K，水银柱的上端距离管口的距离为L3=5cm，已知大气压强为p0=75cmHg。现把玻璃管缓慢旋转90°至水平位置保持不动，然后对玻璃管缓慢加热到水银柱刚好没流出管口，求：
①玻璃管旋转90°时，封闭气体的长度为多少？
②水银柱刚好没流出管口时，此时玻璃管中封闭气体的温度为多少K？

【答案】①24cm；②312.5K
【详解】①初态； 玻璃管旋转90°时；等温变化
解得气体长度为
②水平升温前升温后等压变化解得
八、气体实验定律在气联体模型中的应用
处理气联体模型的技巧：
1.分析“两团气”初状态和末状态的压强关系。
2.分析“两团气”的体积及其变化关系。
3.分析“两团气”状态参量的变化特点，选取合适的实验定律列方程。
【例8】如图所示，一可自由移动的绝热活塞M将一横截面积为400cm2的绝热气缸分为A、B两个气缸，A气缸装有体积为12L、压强为1atm、温度为23℃的理想气体，A的左边是一导热活塞N，N的左边与大气相通；B气缸中气体的温度为27℃，体积为30L。现给左边的活塞N施加一推力，使其缓慢向右移动，同时给B中气体加热，此过程中A气缸中的气体温度保持不变，活塞M保持在原位置不动。阿伏伽德罗常数为NA=6.0×1023mol-1，标准状态下（压强为1atm，温度为0℃）1mol任何气体的体积为22.4L，外界大气压强为p0=1atm=105Pa。不计活塞与气缸壁间的摩擦，绝对零度对应-273℃。当推力F=2×103N时，求：
（1）未施加推力F时，B气缸中气体的分子数。（结果保留一位有效数字）
（2）活塞N向右移动的距离；
（3）B气缸中的气体升温到多少摄氏度。

【答案】（1）个；（2）10cm；（3）
【详解】（1）未施加推力F时，根据平衡条件A和B中气体压强与外界大气压相同，此时若将B等压降温到0℃，根据代入数据解得，此时B的体积为，则B气缸中气体的分子个数为个
（2）对A中气体分析，初状态； ；
活塞N向右移动后，A气体状态；根据玻意耳定律
解得则活塞N向右移动的距离
（3）对B中气体分析，初状态； ；
活塞N向右移动后，B气体状态；
B发生等容变化，有解得则
九、气体实验定律在变质量问题中的应用
在充气、抽气、灌气时，将充进（放出）的气体和容器内的原有气体为研究对象时，这些气体的质量是不变的。这样，可将“变质量”的问题转化成“定质量”问题。
【例9】如图所示，潜水艇的高压气瓶与水箱相连，阀门K可以控制高压气瓶的排气量。当高压气瓶中的部分空气压入水箱后，推动活塞使水箱中的水通过通海口向外排出，可使潜水艇浮起。潜水艇高压气瓶贮有容积为V1=2m3、压强为p1=2×107Pa的压缩空气。在一次上浮操作前，活塞处于水箱的最右端，利用高压气瓶内的压缩空气将水箱中体积为V=10m3的水排出，此时高压气瓶内剩余空气的压强为p2=1.0×107pa，设在排水过程中压缩空气的温度不变，不计高压气瓶与水箱之间连接管道内气体的体积，不计活塞与水箱之间的摩擦力，求：
（1）高压气瓶压入水箱的空气质量与高压气瓶中的原有空气质量m的比值；
（2）排水后水箱内气体的压强p。

【答案】（1）；（2）p=2.0×106Pa
【详解】（1）设压强p1=2×107Pa、体积V1=2m3的压缩空气都变成压强p2=1.0×107Pa压缩气体，其体积为V2。
由玻意尔定律p1V1=p2V2排水过程中排出压强p2=1.0×107Pa的压缩空气的体积为高压气瓶压入水箱的空气质量与高压气瓶中的原有空气质量m的比值
（2）压强p2=1.0×107Pa、体积为的压缩空气，变成压强为p的空气的体积为V=10m3。
由玻意尔定律解得p=2.0×106Pa
十、固体和液体
1.单晶体、多晶体及非晶体的异同
分类
微观结构
宏观表现
外形
物理性质
晶体
单晶体
组成晶体的物质微粒（原子、分子、离子）在空间按一定规则排列——空间点阵
几何形状天然、有规则
某些物理性质各向异性
有确定的熔点
多晶体
由无数的晶体微粒（小晶粒）无规则排列组成
无天然、规则的几何外形
各向同性
非晶体
内部物质微粒是无规律排列的
没有一定的熔化温度
2.液体表面张力的成因分析
(1)分子间距离的特点：由于蒸发现象，液体表面层分子比内部分子分布得稀疏。
(2）分子力的特点：液体内部分子间引力、斥力基本上相等，而液体表面层分子之间距离较大，分子力表现为引力。
(3)液体表面的特性：表面层分子之间的引力使液面产生了表面张力，使液体表面形成一层绷紧的膜
3.表面张力及其作用
(1)表面张力使液体表面具有收缩趋势，使液体表面积趋于最小。而在体积相同的条件下，球形的表面积最小。例如，吹出的肥皂泡呈球形，滴在洁净玻璃板上的水银滴呈球形(但由于受重力的影响，往往呈扁球形，在完全失重条件下才呈球形）。
(2)表面张力的大小除了跟边界线长度有关外，还跟液体的种类、温度有关。
4.毛细现象的产生原因
毛细现象的产生与表面张力及浸润现象都有关系。如图所示，甲是浸润情况，此时管内液面呈凹形，因为液体表面张力的作用，液体会受到向上的作用力，因而管内液面要比管外高；乙是不浸润情况，此时管内液面呈凸形，因为表面张力的作用，液体会受到向下的作用力，因而管内液面比管外低。
【例10】关于固体和液体，下列说法正确的是（    ）
A．若某种固体的物理性质表现为各向同性，则该固体一定是非晶体
B．唐诗《观荷叶露珠》中有“霏微晓露成珠颗”句，诗中荷叶和露水表现为浸润
C．缝衣针能静止在水面上是因为表面张力与重力平衡
D．大量气体分子做无规则运动时按“中间多，两头少”的规律分布
【答案】D
【详解】A．单晶体具有各向异性，多晶体具有各向同性，故A错误；
B．唐诗《观荷叶露珠》中有“霏微晓露成珠颗”句，诗中荷叶和露水表现为不浸润，故B错误；
C．缝衣针能静止在水面上是因为表面张力使水面收缩成“弹性薄膜”，对针产生一个向上的支持力与针的重力大小相等方向相反，都作用在针上，两力平衡，故C错误；
D．大量气体分子做无规则运动时的速率有大有小，分子速率按统计规律分布，分子数百分率呈现“中间多，两头少”的统计规律，故D正确。故选D。
十一、热力学第一定律和热力学第二定律
（一）热力学第一定律
1.公式ΔU=Q+W的符号规定
符号
W
Q
ΔU
+
体积减小，外界对热力学系统做功
热力学系统吸收热量
内能增加
-
体积增大，热力学系统对外界做功
热力学系统放出热量
内能减少
2.对于理想气体来说，因不考虑分子势能，故其内能为所有分子动能的总和（即等于分子数与分子热运动的平均动能的乘积）。内能仅由分子数与温度决定，因此对于一定质量的理想气体来说，内能是否变化取决于其温度是否变化。升温，ΔU为正;降温，ΔU为负;温度不变，ΔU=0。
3.理想气体是否做功，取决于其体积的变化。若体积变大，则气体对外界做功；体积变小，则外界对气体做功；体积不变，则做功为零。
4.热量Q取决于容器是绝热的还是导热的，并不是温度升高吸热，温度降低放热。
5.外界对理想气体做功或理想气体对外界做功时，若恒压膨胀，即压强不变时，功的计算公式为W=pΔV(p为理想气体的压强、ΔV为理想气体体积的变化量）。
（二）热力学第二定律
1.热力学第二定律的两种表述
（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(按照热传递的方向性来表述)。
（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。也可表述为第二类永动机是不可能制成的。(按照机械能与内能转化的方向性来表述)热力学第二定律揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性(自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性)，是独立于热力学第一定律的一个重要的自然规律。不管如何表述，热力学第二定律的实质在于揭示了一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。
2.在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不可能”“不产生其他影响”的内涵：
(1)“自发地”是指热量从高温物体“自发地”传给低温物体的方向性，且在传递过程中不会对其他物体产生影响或不需借助其他物体提供能量等。
(2)关于“不可能”：实际上，热机或制冷机系统循环终了时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低温热库传到高温热库以外，所产生的其他一切影响，不论用任何曲折复杂的办法都不可能加以消除。
(3)“不产生其他影响”是指发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响，如吸热、放热、做功等。
【例11】如图所示，一绝热容器中间有一挡板，右半边封闭有理想气体，左半边是真空。若把挡板抽开，右边气体将向左边膨胀，最后气体将均匀分布在整个容器中，下列说法正确的是（　　）

A．气体对外做功，内能减小
B．气体温度不变，压强减小
C．气体分子单位时间对气壁单位面积的碰撞次数减小
D．根据热力学第二定律，抽开挡板，挡板左侧气体分子不能全部自发地回到右侧
【答案】BCD
【详解】A．挡板抽开后，由于左侧为真空，因此气体不对外做功，容器绝热，根据热力学第一定律得气体的内能不变，A错误；
B．对理想气体有内能不变温度不变，根据玻意耳定律，气体体积增大，所以压强减小，B正确；
C．温度不变分子平均动能不变，压强减小则气体分子单位时间对气壁单位面积的碰撞次数减小，C正确；
D．根据热力学第二定律可知热力学过程是有方向的，所以挡板左侧气体分子不能全部自发地回到右侧，D正确。
故选BCD。


1．（2022春·江苏盐城·高二盐城市伍佑中学校考期中）严冬时节，梅花凌寒盛开，淡淡的花香沁人心脾，我们能够闻到花香，这与分子的热运动有关，关于热学中的分子，下列说法中正确的是（　　）
A．布朗运动就是液体分子的无规则运动
B．扩散现象是由物质分子的无规则运动产生的，扩散能在气体和液体中进行，也能在固体中进行
C．两个分子间距离小于时，分子间只有斥力没有引力
D．物体的温度升高时，每个分子的速率都增大
【答案】B
【详解】A．布朗运动是悬浮于液体中的固体小颗粒的运动，是液体分子运动发反映，故A错误；
B．扩散现象是由物质分子的无规则运动产生的，扩散能在气体和液体中进行，也能在固体中进行，故B正确；
C．当两个分子间距离小于时，分子间斥力和引力都存在，只是斥力大于引力，分子力表现为斥力，故C错误；
D．物体的温度升高时，分子的平均速率增大，是统计规律，具体到少数个别分子，其速率变化不能确定，也可能出现分子速率变小的情况，故D错误。故选B。
2．（2022春·福建福州·高二福建师大附中校考期中）下列说法不正确的是（　　）

A．图甲中，状态①的温度比状态②的温度高
B．图甲中，两条曲线下的面积相等
C．由图乙可知，当分子间的距离从逐渐减小为时，分子力先做正功后做负功
D．由图乙可知，当分子间的距离从逐渐减小为时，分子势能不断减小
【答案】C
【详解】A．由图可知，①中速率大的分子占据的比例较大，说明①对应的平均动能较大，故①对应的温度较高，故A正确；
B．由题图可知，在两种不同情况下各速率区间的分子数占总分子数的百分比与分子速率间的关系图线与横轴所围面积都应该等于1，即相等，故B正确；
CD．由图乙可知，当分子间的距离从逐渐减小为时，分子力一直做正功，分子势能不断减小。C错误，D正确。本题选择不正确的，故选C。
3．（2022春·江苏宿迁·高二统考期中）2021年12月9日，在“天宫课堂”中王亚平往水球中注入一个气泡，如图所示，气泡静止在水中，此时（　　）

A．气泡受到浮力
B．因处于完全失重状态，所以不会有水分子进入气泡中
C．气泡内气体在界面处对水产生压力
D．水与气泡界面处，水分子间作用力表现为斥力
【答案】C
【详解】A．由于在失重状态下，气泡不会受到浮力，A错误；
B．水分子在平衡位置附近做无规则的热运动，会有很少的水分子（界面附近）进入气泡内，B错误；
C．由于在失重状态下，气泡内气体在界面处存在压力差，所以对水产生压力，C正确；
D．水与气泡界面处，水分子较为稀疏，水分子间作用力表现为引力，D错误。故选C。
4．（2022春·广东佛山·高二佛山一中期中）液体和晶体是两种常见的物质分子聚集形态，下列关于液体和晶体的说法正确的是（　　）
A．硬币能够浮在水面上是因为其所受浮力等于重力
B．表面张力是由于液体表面层分子比液体内部分子密集，分子间作用力表现为引力
C．所有晶体的共性是有固定的熔点，物理性质表现为各向异性
D．金属晶体的原子在微观上呈周期性排列，且其晶格尺寸与电子的德布罗意波长相当，可用来证明电子的波动性
【答案】D
【详解】A．硬币能够浮在水面上是因为水的表面张力作用的结果，选项A错误；
B．表面张力是由于液体表面层分子比液体内部分子稀疏，分子间作用力表现为引力，选项B错误；
C．所有晶体的共性是有固定的熔点，但是只有单晶体的物理性质表现为各向异性，选项C错误；
D．金属晶体的原子在微观上呈周期性排列，且其晶格尺寸与电子的德布罗意波长相当，可用来证明电子的波动性，选项D正确。故选D。
5．（2022春·江苏常州·高二校联考期中）戴一次性医用防护口罩是预防新冠肺炎的有效措施之一，合格的一次性医用防护口罩内侧所用材料对水都是不浸润的，图为一滴水滴在某一次性防护口罩内侧的照片，对此以下说法正确的是（　　）

A．照片中的口罩一定为不合格产品 B．照片中水滴表面分子比水滴的内部密集
C．照片中附着层内分子比水滴的内部稀疏 D．水对所有材料都是不浸润的
【答案】C
【详解】A．合格的一次性医用防护口罩内侧所用材料对水都不浸润的，照片中的口罩正好发生了不浸润现象，A错误；
B．照片中水滴为球形，水滴表面分子比水的内部分子间距大，分子之间的作用力为引力形成的，是表面的张力，则照片中水滴表面分子应比水的内部稀疏，B错误；
C．根据照片所示，水发生了不浸润现象，则附着层内分子比水的内部稀疏，C正确；
D．水不是对所有材料都是不浸润的，比如水可以浸润玻璃，D错误。故选C。
6．（2021春·湖北武汉·高二湖北省武昌实验中学校考期中）研究表明，新冠病毒耐寒不耐热，温度在超过时，30分钟就可以灭活。如图所示，含有新冠病毒的气体被轻质绝热活塞封闭在绝热气缸下部内，气缸顶端有一绝热阀门，气缸底部接有电热丝，气缸的总高度。缸内被封闭气体初始温度，活塞与底部的距离，活塞和气缸间的摩擦不计。若阀门始终打开，电热丝通电一段时间，稳定后活塞与底部的距离，关于上述变化过程，下列说法正确的是（　　）

A．气缸中气体对外做的功一定小于其增加的内能
B．稳定后，气缸内气体温度为
C．气缸中逸出的气体占原气缸中气体的
D．稳定后，保持该温度不变再持续30分钟，气缸内新冠病毒能够被灭活
【答案】C
【详解】C．由题意可知，原b气缸的高度当a气缸稳定后活塞与底部的距离
此时b气缸的高度设S为活塞的面积，那么b气缸中逸出的气体占原b气缸中气体为
，C正确；
A．a气缸中的气体吸收热量，对外做功,由热力学第一定律，a气缸中的气体温度升高，内能增加。，，，气缸中气体对外做的功不一定小于其增加的内能。A错误；
BD．由于K始终打开，a气缸中的气体的压强不变，可得代值求得温度没有超过，保持不变再持续30分钟，气缸内新冠病毒不能够被灭活。BD错误。故选C。
7．（2021春·江苏南京·高二南京外国语学校校考期中）一定量的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，垂直于且与轴平行，和平行．则气体在（  ）

A．过程中体积不断减小 B．过程中体积保持不变
C．过程中内能保持不变 D．过程中内能不断减少
【答案】D
【详解】A．从p-T图像知道ab过程中，温度不变，压强减小，根据气体状态方程所以体积不断增加，故A错误；
B．根据可知可知，因d点与O点连线的斜率大于a点与O点连线的斜率，可知d点对应的体积小于a点的体积，故B错误；
C．cd过程中，压强不变，温度降低，则内能减小，故C错误；
D．气体在bc过程中，温度降低，内能减小，故D正确。故选D。
8．（2022春·黑龙江大庆·高二大庆市东风中学期中）一定质量的理想气体状态变化的过程如图所示，则（　　）

A．从状态c到状态a，压强先减小后增大
B．在a、b、c、d四个状态中，气体在状态b时压强最大
C．状态d时单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数比b状态多
D．状态c每个分子的速率都比状态a的大
【答案】B
【详解】AB．由可得题图中曲线上各点与原点连线的斜率表示。从状态c到状态a，斜率k一直在增大，则压强一直在减小；气体在状态b时，与原点连线的斜率最小，此时气体压强最大，A错误，B正确；
C．同理可知气体在状态b时压强大于状态d对应的压强，由压强的微观意义可知状态d时，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数比b状态少，C错误；
D．状态c到状态a，气体温度降低，体积不变，则压强减小，状态c分子的平均速率比状态a的大，并非每个分子，D错误。故选B。
9．（2019春·内蒙古鄂尔多斯·高二鄂尔多斯市第一中学校考期中）设钻石的密度为ρ（单位：kg／m3），摩尔质量为M（单位：g／mol），阿伏伽德罗常数为NA．已知1克拉＝0.2克，则（    ）
A．a克拉钻石所含有的分子数为
B．a克拉钻石所含有的分子数为
C．每个钻石分子直径的表达式为（单位：m）
D．每个钻石分子的质量为（单位：g）
【答案】AD
【详解】a克拉钻石的质量为0.2a克，得摩尔数为，所含分子数为为，故A正确，故B错误；每个钻石分子的体积为，固体分子看作球体，联立解得分子直径（m），故C错误；每个钻石分子的质量等于总质量除以分子个数，则计算式为 （单位：g），故D正确.
10．（2021春·广东深圳·高二深圳市宝安中学（集团）校考期中）物体体积变化时，分子间距离会随之变化，分子势能也会发生变化．图为分子势能与分子间距离的关系曲线，以下判断正确的是（　　）

A．当大于时，分子间的作用力表现为引力
B．当时，分子间的引力与斥力大小相等
C．在由变到的过程中，分子间作用力的合力做正功
D．在由逐渐增大的过程中，分子间作用力的合力做负功
【答案】BD
【详解】AB．该图中为平衡位置，当分子间的距离为时，分子间的引力等于斥力，而当分子间的距离小于时，分子间的作用力表现为斥力，当分子间的距离大于时，分子间的作用力表现为引力，故A错误，B正确；
C．在由变到的过程中，分子间的作用力表现为斥力，随着分子间距的减小，分子间作用力的合力做负功，分子势能增加，故C错误；
D．在由逐渐增大的过程中，分子间的作用力表现为引力，随着分子间距的增大，分子间作用力的合力做负功，分子势能增加，故D正确。故选BD。
11．（2022春·吉林长春·高二期中）下列说法正确的是（　　）
A．单晶体和多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点
B．单位时间内，气体分子对容器壁单位面积上的碰撞次数减少，气体的压强一定减小
C．从窗户射入的阳光中可以看到灰尘飞舞，这是布朗运动
D．液晶显示器是利用了液晶对光具有各向异性的特点
【答案】AD
【详解】A．晶体和非晶体的区别是晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，单晶体和多晶体都是晶体，都有固定的熔点，故A正确；
B．气体的压强与单位时间内气体分子对容器壁单位面积上的碰撞次数以及分子对器壁的平均撞击力有关，若温度升高，分子对器壁的平均撞击力增大，则单位时间内，气体分子对容器壁单位面积上的碰撞次数减少，气体的压强不一定减小，故B错误；
C．布朗运动时悬浮微粒的运动，肉眼看不见，灰尘飞舞是空气对流引起的，故C错误；
D．液晶显示器是利用了液晶对光具有各向异性的特点，故D正确。故选AD。
12．（2021春·湖北武汉·高二湖北省武昌实验中学校考期中）如图所示，一定质量理想气体从状态依次经过状态，和后再回到状态，其中和为等温过程， 和为绝热过程（气体与外界无热量交换）。这就是著名的“卡诺循环”，该循环过程中，下列说法正确的是（　　）

A．过程中，气体虽对外界做功，但内能不变
B．过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化
C．状态与状态，相等时间内气体分子对器壁单位面积的冲量
D．该循环过程中，气体吸热
【答案】AD
【详解】A．过程中，气体体积变大，气体对外界做功，为等温过程，内能不变，A正确；
B．过程为绝热过程，气体体积变小，外界对气体做功，气体温度升高，气体分子的速率分布曲线会发生变化，B错误；
C．由图像可知，状态压强比状态压强大，则相等时间内气体分子对器壁单位面积的冲量，C错误；
D．由图像面积表示做功，可知气体对外界做的功大于外界对气体做的功，则该循环过程中，外界对气体做负功，气体内能不变，由热力学第一定律可知，气体从外界吸热，D正确。
故选AD。
13．（2022春·黑龙江大庆·高二大庆市东风中学期中）如图，一定质量的理想气体从状态（、、）经热力学过程、、后又回到状态。对于、、三个过程，下列说法正确的是（　　）

A．过程中，气体始终吸热
B．过程中，气体始终放热
C．过程中，气体的温度先升高后降低
D．过程中，气体对外界做功
【答案】ABC
【详解】A．由理想气体的图可知，理想气体经历ab过程，压强增大，体积不变，气体不对外界做功，即，由；可知，理想气体的温度升高，则内能，则，即气体一直吸热，故A正确；
BD．理想气体经历ca过程为等压压缩，则外界对气体做功，由；知温度降低，即内能减少，则，即气体放热，故B正确，D错误；
C．由可知，图像的坐标值的乘积反映温度，b状态和c状态的坐标值的乘积相等，而中间状态的坐标值乘积更大，故bc过程的温度先升高后降低，故C正确。故选ABC。
14．（2022春·吉林长春·高二统考期中）如图所示，水平放置的密封气缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在气缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝。气缸壁和隔板均绝热。初始时隔板静止，左右两边气体温度相等。现给电热丝提供微弱电流，通电一段时间后切断电源。当缸内气体再次达到平衡时，与初始状态相比（　　）

A．右边气体温度升高，左边气体温度不变
B．左右两边气体温度都升高
C．左边气体压强增大
D．右边气体压强增大，左边气体压强减小
【答案】BC
【详解】ABC．当电热丝通电后，右边气体温度升高，气体膨胀，将隔板向左推，对左边气体做功，左边气体产生绝热变化，由热力学第一定律可知左边气体内能增加，左边气体的温度升高，左边气体体积减小，由理想气体状态方程可知，左边气体压强增大，A错误，BC正确；
D．由以上分析可知，左右两边气体温度都升高，左边气体压强增大，当缸内气体再次达到平衡时，说明右边气体压强也增大，D错误。故选BC。
15．（2022春·山东聊城·高二山东聊城一中校考期中）如图所示，一个圆筒形导热气缸开口向上竖直放置，内有活塞，其横截面积为S=1×10﹣4m2，质量为m=1kg，活塞与气缸之间无摩擦且不漏气，其内密封有一定质量的理想气体，气柱高度h=0.2m。已知大气压强p0=1.0×105Pa，重力加速度g=10m/s2。
（1）如果在活塞上缓慢堆放一定质量的细砂，气柱高度变为原来的，求砂子的质量；
（2）如果在（1）基础上给气缸底缓慢加热，使活塞恢复到原高度，此过程中气体吸收热量5J，求气体内能的增量；
（3）如果在（1）的基础上，向缸内缓慢充气，使活塞恢复到原高度，已知待充入的气体压强为大气压强p0，求需充入气体的体积V0。

【答案】（1）m砂=1kg；（2）；（3）V0=2×10-5m3
【详解】（1）因为在活塞上缓慢放置砂子，导热气缸中气体发生等温变化。
放置砂子前；放置砂子后；根据玻意耳定律
联立以上各式代入数据解得
（2）由（1）可得，使活塞恢复到原高度的过程，气体压强不变，气体对外做功为
代入数据解得由热力学第一定律得解得气体内能的增量为
（3）以待充入气缸的气体为研究对象，充入过程缓慢，即为等温变化。充入气缸之前气体的压强为p0，体积为V0，进入气体之后p3=p2；根据玻意耳定律得代入数据得
16．（2022春·广东佛山·高二佛山一中校考期中）为了方便监控高温锅炉外壁的温度变化，在紧贴锅炉的外壁上镶嵌一个导热性能良好的气缸，气缸内气体温度可视为与锅炉外壁温度相等。气缸开口竖直向上，用质量为的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞横截面积为。当气缸内温度为时，活塞与气缸底间距为L，活塞上部距活塞处有一用轻绳悬挂的重物M。当绳上拉力为零时，警报器会报警。已知缸外大气压强，活塞与器壁之间摩擦可忽略，取重力加速度，求：
（1）当活塞刚刚碰到重物时，锅炉外壁温度为多少？
（2）若锅炉外壁的安全温度为，那么悬挂的重物质量应为多少？

【答案】（1）；（2）
【详解】（1）活塞上升过程为等压变化，则由盖-吕萨克定律得式中；
解得
（2）活塞碰到重物后，直到绳的拉力为零，气体经历等容过程，设重物质量为M，则由查理定律得
由受力平衡，有；解得
17．（2022春·山东济南·高二山东师范大学附中期中）如图所示，一定质量的气体放在体积为V0的导热容器中，室温T0＝300 K，有一光滑导热活塞C（体积忽略不计）将容器分成A、B两室，B室的体积是A室的三倍，A室容器上连接有一管内体积不计的足够长的U形管，两侧水银柱高度差为76cm，A内有体积可以忽略的电阻丝，B室容器可通过一阀门K与大气相通。已知外界大气压p0＝76cmHg。
（1）此时B室内气体压强是多少；
（2）若A室内气体的温度保持不变，将阀门K打开，稳定后B室内剩余气体的质量和B室原有气体质量之比是多少；
（3）若打开阀门K稳定后，给A室内的电阻丝通电，将A室内气体温度加热到900 K，求此时A室内气体的压强。

【答案】（1）152 cmHg；（2） ；（3）114 cmHg
【详解】（1） 开始时，设A室内气体压强为pA0，则；；
（2）开始时，设A室内气体压强为pA0，则
A室的体积为阀门K打开后，A室内气体等温变化，稳定后压强为pA1，则体积设为VA1，根据玻意耳定律有解得，B室内气体等温变化，依题意有；；根据玻意耳定律有解得则稳定后B室内剩余气体的质量和B室原有气体质量之比为
（3）假设打开阀门后，气体从T0＝300 K升到T1时，活塞C恰好到达容器最左端，即A室内气体体积变为V0，压强始终为即为等压变化过程，根据盖—吕萨克定律有解得T1＝600 K因为
T2＝900 K > 600 K所以温度从T1＝600 K继续升高到T2＝900 K的过程中，A室内气体为等容变化过程，设其最终压强为pA2，根据查理定律有解得pA2＝114 cmHg
18．（2022春·江苏徐州·高二统考期中）如图所示为某同学设计的减震器原理图。导热性能良好的密闭气缸深度为h，横截面积为S，托盘、连杆及活塞总质量为M，将物体轻轻放在托盘上，气缸内的活塞会下沉。为保证减震效果，活塞与缸底间距不得小于0.1h。开始时环境温度为，托盘上未放置物体，活塞处于缸体的中间位置。已知气体内能和温度的关系式为（k为常数），外界大气压强为，重力加速度为g。
（1）求缸内气体的压强；
（2）若环境温度保持不变，求在托盘上放置物体的最大质量；
（3）现在托盘上放上质量为第（2）中所述的物体，稳定后，再对气缸缓慢加热一段时间，使活塞又回到缸体正中间。求加热过程中气体从外界吸收的热量Q。

【答案】（1）；（2）；（3）
【详解】（1）对活塞由平衡方程则故缸内气体的压强为。
（2）由玻意耳定律，有且解得故若环境温度保持不变，则托盘上放置物体的最大质量为。
（3）由盖-吕萨克定律且，由热力学第一定律
解得故加热过程中气体从外界吸收的热量为。
19．（2022春·黑龙江哈尔滨·高二哈尔滨三中期中）一根一端封闭的玻璃管竖直放置，内有一段高的水银柱，当温度为，封闭空气柱长为，则（外界大气压相当于高的水银柱产生的压强，取）
（1）如图甲所示，若玻璃管足够长，缓慢地将管转至水平，求此时封闭气柱的长度（此过程中气体温度不变）；
（2）如图乙所示，若玻璃管长，温度至少升到多少开尔文时，水银柱会全部从管中溢出？

【答案】（1） ；（2）
【详解】（1）气体初状态的压强转过90°后，气体的压强
气体做等温变化，由玻意耳定律可得代入数据解得
（2）由理想气体状态方程得可知，pV乘积越大，对应的温度T越高，假设管中还有长为x的水银柱尚未溢出，pV值最大，即的值最大，当时，取得最大值，代入数据解得
即管中水银柱由溢出到还剩下0.05 m的过程中，pV的乘积越来越大，这一过程必须是升温的，此后温度不必再升高（但是要继续给气体加热），水银柱也将继续外溢，直至全部溢出，由理想气体状态方程得代入数据得
20．（2022春·山东青岛·高二期中）自热食品近两年增速迅猛，尤其是2020年疫情期间，更是多次出现脱销的新闻。如图是一款自热盒饭的截面图，自热盒饭是夹层结构，其中上层饭盒用来装食材，下层用来放发热包，上下两层相对封闭。某学校兴趣小组对产品进行测试时，食材盒内气体初始压强与外部大气压p0相同，温度为27℃，发热包遇到水后温度上升来加热上层食材。检测人员把透气孔堵住，食材盒内封闭性能良好，可认为食材盒气体质量不变，气体可视为理想气体。
（1）加热时食材盒内气体压强达到1.2p0时，食材盒内气体膨胀，食材层容积变为原容积的1.1倍，则此时气体的温度为多少？
（2）测试人员表示，如果继续把透气孔堵塞盒子就极有可能会爆炸，于是迅速打开透气孔放出部分气体，使得饭盒内气体的压强与外界大气压强相等，设放气过程中温度保持不变，食材盒容积立即恢复到原容积。求放出的气体与盒内所留气体的质量之比。

【答案】（1）123℃；（2）
【详解】（1）根据理想气态方程解得即
（2）根据题意得解得得