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高中物理高考 2023届高考物理一轮复习 第29讲 热学
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这是一份高中物理高考 2023届高考物理一轮复习 第29讲 热学，共20页。试卷主要包含了实验，分子间存在分子力，温度 、温度计，内能等内容，欢迎下载使用。
第29讲 热学
知识图谱
热学
知识精讲
一． 分子动理论
1．实验：用油膜法估测分子的大小
实验目的：粗略测定单分子层油膜的分子直径
注意事项：（1）明确实验步骤；
（2）学会利用已知给点的参量，计算分子的直径；
2．扩散现象、布朗运动、分子热运动的区别与联系
扩散现象：不同物质相互接触时彼此进入对方的现象叫做扩散。
产生：物体分子无规则运动产生的。
特点：（1）从浓度高的向浓度低的扩散；（2）温度的越高扩散现象越明显；（3）扩散现象在气体、液体、固体中都能发生。
意义：扩散现象直接说明了组成物体的分子总是不停地做无规则运动。
布朗运动
定义：悬浮在液体中的固体微粒永不停息的无规则运动叫做布朗运动。它首先是由英国植物学家布朗在1827年用显微镜观察悬浮在水中的花粉微粒时发现的。
产生：大量液体分子永不停息地做无规则运动时，对悬浮在其中的微粒撞击作用的不平衡性是产生布朗运动的原因．简言之：液体分子永不停息的无规则运动是产生布朗运动的原因。
影响因素：（1）固体微粒的大小；（2）液体的温度。
意义：布朗运动本身不是分子的无规则运动，但它间接反映了液体分子永不停息地做无规则运动。
分子热运动
定义：物体内部大量分子永不停息的无规则运动叫做热运动。
特点：（1）永不停息；（2）运动无规则；（3）温度越高，分子的热运动越激烈。
扩散现象是分子热运动造成的，布朗运动间接证明了分子热运动。
3．分子间存在分子力
分子力变化规律：（1）分子力：分子间引力和斥力的合力。（2）分子力随距离的变化规律：如下图所示，F＞0为斥力，F＜0为引力。
当时，分子间引力和斥力相平衡，分子处于平衡位置，其中r0的数量级为；
当 时，分子间引力和斥力都随r的减小而增大，但斥力增加得更快一些，故斥力大于引力，对外表现的分子力F为斥力。
当 时，分子间引力和斥力都随r的增大而减小，但斥力减小得更快一些，故引力大于斥力，对外表现的分子力F为引力。
当 时，分子间相互作用力变得十分微弱，可认为分子力F为零（气体分子间可认为作用力为零）
4．温度 、温度计
摄氏温度与热力学温度的关系：热力学温度是规定摄氏温度-273.15°C为零值，即热力学温度(T)与摄氏温度(t)的关系为：
5．内能
分子动能：（1）在热力学中，重要的不是某个分子的动能，而是组成系统的大量分子动能的平均值，这个平均值就叫做分子热运动的平均动能。（2）温度是分子平均动能的唯一标志。
分子势能：组成系统的分子间存在相互作用力，分子间具有由它们的相对位置决定的势能，这就是分子势能。
影响分子势能大小的因素：随着分子间距离的变化，分子力做功，分子势能发生变化，分子间势能的变化微观上与分子间距离决定，宏观上与物体体积有关。
分子间距离
分子力
= 0
表现为引力
表现为斥力
分子力做功
增大时，做负功
减小时，做负功
分子势能
最小
增大时，增大
减小时，增大
内能：物体内所有分子的热运动动能与分子势能的总和叫物体的内能。微观上，物体的内能取决于物体所含的分子的总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离。宏观上，物体所含物质的多少、温度和体积。
二．气体
1．等温变化（玻意耳定律）
（1）内容：一定质量的气体，在温度不变的情况下，它的压强跟体积成反比。其压强随体积的变化叫做等温变化。
（2）表达式：， 式中C为常量。或者，其中p1、V1和p2、V2表示两个不同状态下的压强和体积。
（3）适用条件：所研究的气体质量不变，温度不变；压强不太大（和大气压比较）、温度不太低（和室温比较）的任何气体。
（4）气体等温变化的P-V图像：一定质量的气体发生等温变化时的p-V图像，如图所示，为双曲线的一支。
P
O
1/V
P
O
V
T1
T2
2．等容变化（查理定律）
（1）内容：一定质量的气体，在体积不变的情况下，它的压强跟热力学温度成正比，其压强随温度的变化叫做等容变化。
（2）表达式： ，式中C为常量。或者，其中p1、T1和p2、T2表示两个不同状态下的压强和温度。
（3）适用条件：所研究的气体质量不变，体积不变。
（4）气体等容变化的P-T图像：一定质量的气体发生等温变化时的p-T图像，如图所示。p-T图像为平过坐标原点的倾斜直线,体积越大斜率越小。p-t图像的延长线通过横轴t= -273.15°C。
P
O
T/K
p
O
t /°C
-273.15
P0
3．等压变化（盖—吕萨克定律）
（1）内容：一定质量的气体，在压强不变的情况下，它的体积跟热力学温度成正比。其体积随温度的变化叫做等压变化
（2）表达式 ，式中C为常量。或者，其中V1、T1和V2、T2表示两个不同状态下的压强和温度。
（3）适用条件：所研究的气体质量不变，压强不变。
（4）气体等压变化的V-T图像：V-T图像为平过坐标原点的倾斜直线，压强越大斜率越小。V-t图像的延长线通过横轴t= -273.15°C。
V
O
T/K
V
O
t /°C
-273.15
V0
4．理想气体状态方程
（1）理想气体：为了研究方便，我们假设这样一种气体，它在任何温度和任何压强下都能严格地遵循气体实验定律，我们把这样的气体叫做理想气体。没有特殊说明时，一般都可以将实际气体看作理想气体。
微观上来看，理想气体是指分子本身大小与分子间距离比可以忽略不计，分子间不存在相互作用那的引力、斥力，故理想气体无分子势能。理想气体的内能等于所有分子热运动动能之和，故一定质量的理想气体，内能只与温度有关。
（2）理想气体的状态方程：一定质量的理想气体，它的压强、体积的乘积与热力学温度的比值是一个常数。
数学表达式：，式中C是与p、V、T无关的常量。或者。适用条件：一定质量的理想气体。
5．气体热现象的微观意义
（1）气体分子运动的特点
单独来看，每个分子的运动都是不规则的，具有偶然性的，但总体来看，大量分子的运动服从一定的统计规律；大量气体分子的速率是按一定规律分布，呈“中间多，两头少”的分布规律，且这个分布状态与温度有关，温度升高时，平均速率会增大。
（2）气体温度的微观意义：通过定量分析可以得出，理想气体的热力学温度T与分子的平均动能成正比，即 ，因此，温度是分子热运动平均动能的标志。
（3）气体压强的微观意义：气体对容器壁的压强是大量分子对器壁连续不断地碰撞所产生的。决定气体压强的因素：从微观上讲，与气体分子的密集程度和气体分子的平均动能有关。从宏观上讲，有气体的温度和体积有关。
三．热力学定律
1．功和内能
（1）焦耳实验：让重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升。
（2）实验结论：对一个系统在绝热过程中，只要对系统做功相等，系统温度上升的数值相等，即系统的状态变化相同。
（3）内能变化和做功的关系：当系统从状态1经绝热过程达到状态2时，内能的增加量就等于外界对系统所做的功，即，外力做正功时内能增加，外力做负功时内能减小。
（4）热和内能：系统在单纯的传热过程中，内能的增加量等于外界向系统传递的热量，即，物体吸收热量内能增加，物体放出热量内能减小。
（5）做功和热传递的区别：做功是宏观的机械运动向物体的微观分子热运动的转化。热传递则是通过分子之间的相互作用，使不同物体间分子热运动变化，是内能的转移。前者能的性质发生了变化，后者能的性质不变。
2．热力学第一定律
一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和，这个关系叫做热力学第一定律。表达式为：。
3．热力学第二定律
（1）自然过程的方向性：
热传递具有方向性，两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，因为产生其他影响或产生其他变化。
气体扩散具有方向性：两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体。但混合后的气体不可能自发分开。
机械能和内能的转化过程具有方向性：物体在水平地面上运动，因摩擦而逐渐停止，但不可能因吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来。
气体向真空膨胀有方向性：气体可以自发地向真空膨胀，但不可能自发地使一个容器恢复真空。
整个自然界中，所有的宏观自发过程都具有单向性，都有一定的方向性，都是一种不可你过程。
（2）热力学第二定律的表述：一种表述是克劳修斯表述：热量不能自发的从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化。另一种表述为开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不引起其他影响。通常所说的第二类永动机就是指从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其它影响的机器。
（3）熵：在物理学中用字母表示一个宏观状态所对应的微观状态的数目，用字母S表示熵，则有，式中k叫做玻尔兹曼常数。在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵值不会减小，这就是用熵的概念表示的热力学第二定律，又叫做熵增加原理。
（4）热力学第二定律的微观解释
一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。这是热力学第二定律的微观意义。从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一个孤立系统总是从熵值小的状态向熵值大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展。
（5）热力学第一定律和热力学第二定律的异同
热力学第一定律和热力学第二定律是构成热力学知识的理论基础，前者指出在任何热力学过程中能量不会有任何增加或损失，反映的是能量守恒定律。后者则指出哪些过程可以自发地发生，哪些过程必须借助于外界条件才能进行。
三点剖析
课程目标：
1. 分子动理论、油膜法实验测量分子大小、热力学定律；
2. 固体、液体的性质；
3. 理想气体状态方程的应用；
分子动理论及热力学定律
例题1、 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，大气层中空气的总质量为m，重力加速度为g。可以估算出地球大气层空气分子总数为________，地面大气压强为________。
例题2、 如图所示，甲分子固定在坐标原点O，只在两分子间的作用力作用下，乙分子沿x轴方向运动，两分子间的分子势能EP与两分子间距离x的变化关系如图所示，设分子间在移动过程中所具有的总能量为0．则（ ）
A.乙分子在P点时加速度最大
B.乙分子在Q点时分子势能最小
C.乙分子在Q点时处于平衡状态
D.乙分子在P点时分子动能最大
例题3、 空调在制冷过程中，室内空气中的水蒸气接触蒸发器（铜管）液化成水，经排水管排走，空气中水分越来越少，人会感觉干燥。某空调工作一段时间后，排出液化水的体积V＝1.0×103cm3．已知水的密度P＝1.0×103kg／m3、摩尔质量M＝1.8×10－2kg／mol，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023mol－1．试求：（结果均保留一位有效数字）
（1）该液化水中含有水分子的总数N；
（2）一个水分子的直径d。
例题4、 （1）下列说法正确的是（ ）
A．温度越高，扩散进行的越快
B．悬浮在水中的花粉运动反映了花粉分子的热运动
C．当分子间表现为引力时，随分子间距离的增大分子间势能增大
D．当分子间的引力与斥力大小相等时，分子间势能最小
E．外界对物体做功，物体内能一定增加
（2）在做“用油膜法估测分子的大小”的实验中，油酸酒精溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸7mL，用注射器测得1mL上述溶液中有液滴50滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描述油膜的轮廓，随后把玻璃板放在坐标纸上，其形状如图所示，坐标纸中正方形小方格的边长为2cm，求：
①油酸膜的面积是多少？
②每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少？
③根据上述数据，估测油酸分子的直径是多少？
随练1、[多选题] 关于物体内能，下列说法正确的是（ ）
A.相同质量的两种物体，升高相同温度，内能增量相同
B.一定量0℃的水结成0℃的冰，内能一定减少
C.一定质量的气体体积增大，既不吸热也不放热，内能减少
D.一定质量的气体吸热，而保持体积不变，内能一定增大
随练2、 “用油膜法估测分子的大小”的实验
（1）“用油膜法估测分子的大小”实验的科学依据是________
A．将油酸形成的膜看成单分子油膜
B．不考虑各油酸分子间的间隙
C．考虑了各油酸分子间的间隙
D．将油酸分子看成球形
（2）某学生在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时，计算结果偏大，可能是由于________
A．油酸未完全散开
B．油酸溶液浓度低于实际值
C．计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格
D．求每滴体积时1mL的溶液的滴数多记了10滴
（3）在“用油膜法估测分子大小”实验中所用的油酸酒精溶液为1000mL溶液中有纯油酸 0.6mL，用量筒测得1mL上述溶液为80滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘内，让油膜在水面上尽可能散开，油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示，图中正方形方格的边长为1cm，试求：
①油酸膜的面积是________cm2．
②每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________m3
③实验测出油酸分子的直径是________m．（结果保留两位有效数字）
④实验中为什么要让油膜尽可能散开？________．
随练3、[多选题] 如图所示为分子势能Ep与分子间间距r的关系曲线，下列说法正确的是（ ）
A.理想气体的分子间平均距离为r2
B.液态油酸分子间的平均距离为r1
C.液体表面处分子间平均距离比r2略大
D.处于熔点的晶体熔化吸热过程中，分子间的平均距离r会发生变化
固体、液体特征
例题1、 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.悬浮在液体中的固体微粒越大，布朗运动越明显
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
例题2、 关于热现象和热力学规律的说法，正确的是（ ）
A.布朗运动就是液体分子的无规则运动
B.由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间距离，液面分子间作用力表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势
C.随着分子间距离减小，分子间引力减小，分子间斥力增大
D.晶体熔化时吸收热量，分子平均动能增大
例题3、 如图所示，曲线M、N分别表示晶体和非晶体在一定压强下的熔化过程，图中横轴表示时间t，纵轴表示温度T．从图中可以确定的是（填选项前的字母）（ ）
A.晶体和非晶体均存在固定的熔点T0
B.曲线M的bc段表示固液共存状态
C.曲线M的ab段、曲线N的ef段均表示固态
D.曲线M的cd段、曲线N的fg段均表示液态
例题4、[多选题] 关于热力学定律，下列说法中正确的是（ ）
A．理想气体的等压膨胀过程一定吸热
B．布朗运动是液体分子的运动，它说明液体分子不停息地做无规则热运动
C．气体温度越高，每个分子的速度一定越大
D．空气中小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果
E．能量耗散反映了热现象有关的宏观自然过程具有不可逆性
随练1、[多选题] 关于晶体的下列说法正确的是（ ）
A.多晶体都有固定的形状，确定的熔点
B.所有晶体由固态变成液态后，再由液态变成固态时，固态仍为晶体
C.液晶分子的空间排列虽然在特定的方向排列比较整齐，但是分子的排列是不稳定的
D.彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点
随练2、 以下关于晶体和液体的说法中正确的是（ ）
A.荷叶上的露珠呈球形是表面张力作用的结果
B.产生毛细现象时,液体在毛细管中一定上升
C.浸润液体呈凸液面,不浸润液体呈凹液面
D.液晶对不同颜色光的吸收强度随电场强度的变化而变化
气体定律及应用
例题1、 （1）关于热现象，下列说法中，正确的是________．
A．气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，与单位体积内的分子数及温度有关
B．同种物质在不同条件下所生成的晶体的微粒都按相同的规则排列
C．体积不变，压强减小的过程，气体一定放出热量，内能减小
D．－切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行
E．物体的内能是物体中所有分子热运动动能和分子势能的总和
（2）如图所示，可导热的汽缸内用很薄的质量不计的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞离汽缸底部的高度为h＝20cm，整体放在冰水混合物中．取一小盒砂子缓慢地倒在活塞的上表面上．砂子倒完时，活塞下降了Δh＝5cm．再取相同质量的一小盒砂子缓慢地倒在活塞的上表面上．外界的压强和温度始终保持不变，不计活塞与汽缸|7壁间的摩擦，求：
①第二次砂子倒完时活塞距汽缸底部的高度；
②在第二次倒砂子的过程中外界对气体做功70J，封闭气体吸热还是放热，传递的热量是多少．
例题2、 如图所示，两个截面积都为S的圆柱形容器，右边容器高为H，上端封闭，左边容器上端是一个可以在容器内无摩擦滑动的质量为M的活塞．两容器由装有阀门的极细管道相连，容器、活塞和细管都是绝热的．开始时阀门关闭，左边容器中装有理想气体，平衡时活塞到容器底的距离为H，右边容器内为真空．现将阀门缓慢打开，活塞便缓慢下降，直至系统达到新的平衡，此时理想气体的温度增加为原来的1.2倍，已知外界大气压强为P0，求此过程中气体内能的增加量．
例题3、 如图所示为农村家用液化气用完后罐装示意图，两个导热性能良好的完全相同的钢瓶，甲装有36L的液体和4L、6个大气压的高压气体；乙内有一个大气压的40L气体（瓶内液化气用完后仍有少量残液，体积不计）；现将甲瓶倒置按如图所示连接，将甲瓶内液体缓慢压装到乙瓶中。（不计连接管道的长度和体积以及液体产生的压强）
①试分析在压装过程中随甲瓶内液体减少，甲内部气体内能如何变化？钢瓶甲吸热还是放热？
②甲瓶最多可向乙瓶内压装多少液体？
例题4、 （1）下列说法中正确的是________
A．当液体与大气相接触时，液体表面层的分子间作用表现为相互吸引
B．内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能可能相同
C．一定质量的氧气在不同的温度下分子的速率分布情况如图所示，实线和虚线分别对应的温度为t1和t2，则由图可得t1大于t2
D．随着分子间距离的增大，分子间作用力减小，分子势能也减小
E．彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点
（2）如图所示，一根两端开口、横截面积S＝2cm2的足够长的玻璃管竖直插入水银槽中并固定（插入水银槽中的部分足够深）。管中有一个质量不计的光滑活塞，活塞上放一个质量m＝0.1kg的砝码，活塞下封闭着长L＝20cm的气柱，气体的温度t1＝7℃，外界大气压取p0＝1.0×105Pa（相当于75cm高的汞柱的压强），g＝10m／s2。
①对气体加热，使其温度升高到t2＝77℃，求此时气柱的长度。
②若在①过程中，气体吸收的热量为10J，则气体的内能增加了多少？
随练1、 如图所示，缸壁光滑的柱形气缸固定在水平面上，中间开口与大气相通，大气压强P0＝l×105Pa，一劲度系数k＝1×103N／m的弹簧与两活塞连接，处于原长，活塞截面积S＝1×10－3m2．A、B两室有同种理想气体，压强均为P0，两活塞距左、右两壁均为l0＝0.10m，除B室右壁导热外，其他缸壁和活塞均绝热。现对左室缓慢加热，当A室气体吸收1000J的热量时它对活塞做了200J的功，B室活塞向右移动了0.02m，该过程中设外界温度保持不变，A、B气室均不漏气。求：
①A中气体内能的变化量；
②A中活塞移动的距离。
随练2、 如图所示，水平放置的圆筒形气缸与一装有水银的U形管相连，气缸中封闭一定质量的理想气体．开始时U形管两臂中水银面齐平，活塞处于静止状态，此时气体体积为400mL．若用力F缓慢向左推动活塞，使活塞向左移动一段距离后，U形管两臂中的高度差为25cm，已知外界大气压强为750毫米汞柱，不计活塞与气缸内壁间的摩擦，试回答下列问题：
①简要说明气缸内气体对活塞的压力是怎样产生的；
②活塞移动过程中，气体内能如何变化？
③求活塞移动后气体的体积．
拓展
1、 在做“用油膜法估测分子大小”的实验中，每103mL油酸酒精溶液中有纯油酸2mL，用注射器测得1mL上述溶液有250滴，则每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为_______mL．在浅盘里倒入约2cm深的水，然后将痱子粉均匀地撒在水面上，如图所示，把1滴该溶液入浅盘里，待水里稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用笔在玻璃板上描出油酸的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，通过数方格数计算出单分子油膜的面积为400cm2，则该油酸分子的直径为_______m．若发现痱子粉撒得过多，则实验中得到的油酸分子的直径比油酸分子的真实直径_______（填“大”或“小”）
2、 为保证环境和生态平衡，在各种生产活动中都应严禁污染水源．在某一水库中，一艘年久失修的快艇在水面上违规快速行驶，速度为8m/s．导致油箱突然破裂，柴油迅速流入水中，从漏油开始到船员堵住漏油共用t=1.5min．测量时，漏出的油已在水面上形成宽约为B=100m的长方形厚油层，已知快艇匀速运动，漏出油的体积V=1.44×10﹣3m3．（已知油分子的直径约为10﹣10m）则：
（1）该厚油层的平均厚度D为多少？
（2）该厚油层的厚度D约为分子直径d的多少倍？
3、 据环保部门测定，在北京地区沙尘暴严重时，最大风速达到12m/s，同时大量的微粒在空中悬浮．沙尘暴使空气中的悬浮微粒的最高浓度达到5.8×10﹣6kg/m3，悬浮微粒的密度为2.0×103kg/m3，其中悬浮微粒的直径小于10﹣7m的称为“可吸入颗粒物”，对人体的危害最大．北京地区出现上述沙尘暴时，设悬浮微粒中总体积的为可吸入颗粒物，并认为所有可吸入颗粒物的平均直径为5.0×10﹣8m，求1.0cm3的空气中所含可吸入颗粒物的数量是多少？（计算时可把吸入颗粒物视为球形，计算结果保留一位有效数字）
4、 下列四幅图分别对应四种说法,其中正确的是（ ）
A.
三颗微粒运动位置的连线--微粒运动就是物质分子的无规则热运动,即布朗运动
B.
分子间的作用力与距离的关系--当两个相邻的分子间距离为r0时,它们间相互作用的引力和斥力大小相等
C.
食盐晶体--食盐晶体的物理性质沿各个方向都是一样的
D.
小草上的露珠-小草上的露珠呈球形的主要原因是液体表面张力的作用
5、 下列说法正确的是（ ）
A.将一块晶体敲碎后,得到的小颗粒是非晶体
B.固体可以分为晶体和非晶体两类,有些晶体在不同方向上有不同的光学性质
C.由同种元素构成的固体,可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体
D.在合适的条件下,某些晶体可以转变为非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体
E.在熔化过程中,晶体要吸收热量,但温度保持不变,内能也保持不变
6、[多选题] 下列关于热现象的说法正确的是（ ）
A．小草上的露珠呈球形的主要原因是液体表面张力
B．液体分子的无规则运动称为布朗运动
C．热量不可能从低温物体传到高温物体
D．分子间的距离增大时，分子势能可能减小
E．分子间的距离减小时，分子引力和斥力都增大
7、 （1）下列说法中正确的是________（填正确答案标号。）
A．当两分子间距离增大时，分子力一定减小而分子势能一定增加
B．布朗运动就是液体分子的热运动
C．机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机械能
D．气体向真空的自由膨胀是不可逆的
E．夏天将密闭有空气的矿泉水瓶放进低温的冰箱中会变扁，此过程中瓶内空气（可看成理想气体）的内能减小，向外放热
（2）如图所示，两端等高、粗细均匀、导热良好的U形管竖直放置，右端与大气相通，左端用水银柱封闭着长L1＝40cm的气柱（可视为理想气体），左右两管的水银面等高。现用小活塞把开口端封住，并向下缓慢推动活塞，使左管的水银面上升10cm。已知大气压强为p0＝75cmHg，求小活塞从开口端向下推动的距离L是多少？
8、 （1）下列说法正确的是________．
A．所有的固体都有固定的熔点，物理性质各向异性
B．气体从外界吸收热量，其内能不一定增加
C．布朗运动就是液体分子的无规则运动
D．荷叶上的水珠之所以表现为球状，是因为液体表面张力作用的结果
E．当两个分子处于平衡状态时，分子势能最小
（2）如图甲所示，一只一端封闭的导热玻璃管开口竖直向上，用一段长度为h的水银柱封住一部分空气，玻璃管静止时空气柱长度为L．现将该玻璃管放在倾角为θ的长斜面上由静止释放，如图乙所示，已知玻璃管与斜面之间的动摩擦因素为μ，大气压强为p0．当玻璃管在斜面上运动稳定时，求玻璃管内空气柱的长度．
答案解析
热学
分子动理论及热力学定律
例题1、
【答案】 ；
【解析】 （1）因为地球大气层空气分子总数等于摩尔数乘以阿伏伽德罗常数，即：；
（2）由于大气压力等于大气层中气体分子的总重力，即：P0S＝mg，解得：。
例题2、
【答案】 D
【解析】 A、由图象可知，乙分子在P点（x=x2）时，分子势能最小，此时分子处于平衡位置，分子引力与分子斥力大小相等，合力为零，加速度为零，故A错误
B、由图象可知，乙分子在Q点时分子势能为零，大于分子在P点的分子势能，因此在Q点分子势能不是最小，故B错误；
C、乙分子在Q点（x=x1）时，分子间距离小于平衡距离，分子引力小与分子斥力，合力表现为斥力，在Q点分子不处于平衡状态，故C错误；
D、乙分子在P点（x=x2）时，分子势能最小，由能量守恒定律则知，分子的动能最大，故D正确
例题3、
【答案】 （1）3×1025个
（2）4×10－10m
【解析】 （1）V＝1.0×103cm3水的摩尔数
水分子数：N＝nNA，
则得个
②建立水分子的球模型设其直径为d。由上题得：
每个水分子的体积为
又
故得水分子直径
代入解得d＝4×10－10m。
例题4、
【答案】
【解析】 （1）A、分子热运动与温度有关，温度越高，扩散进行的越快，故A正确；
B、悬浮在水中的花粉运动反映了液体分子的热运动，而不是反映花粉分子的运动，故B错误；
C、当分子间表现为引力时，随分子间距离的增大分子力做负功，故分子势能增大，故C正确；
D、根据分子势能与分子力做功的关系可知，当分子间的引力与斥力大小相等时，分子间势能最小，故D正确；
E、外界对物体做功时，如果没有热交换，则内能一定减小，故E错误．
故选：ACD．
（2）①由图示坐标纸可知，油膜所占方格数是60（超过半个算一个，不足半个舍去），则油膜的面积 S=60×（20×10﹣3）2=2.4×10﹣2m2；
②每一滴酒精油酸溶液含纯油酸的体积 V=×=1.4×10﹣5mL=1.4×10﹣5cm3=1.4×10﹣11m3；
③油酸分子的直径 d==m=5.8×10﹣10m；
随练1、[多选题]
【答案】 B C D
【解析】 暂无解析
随练2、
【答案】 （1）ABD
（2）AC
（3）①115；②7.5×10－12；③6.5×10－10；④这样做的目的是为了让油膜在水平面上形成单分子油膜
【解析】 （1）在“用油膜法估测分子的大小”实验中，实验的基本原理是：
①让油膜尽可能散开，形成单分子层；②把油酸分子看成球形；③不考虑分子之间空隙，故ABD正确，C错误．
（2）计算油酸分子直径的公式是，V是纯油酸的体积，S是油膜的面积．
A．油酸未完全散开，S偏小，故得到的分子直径d将偏大，故A正确；
B．如果油酸溶液浓度低于实际值，则油酸的实际体积偏小，则直径将偏小，故B错误；
C．计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格，S将偏小，故得到的分子直径将偏大，故C正确；
D．求每滴体积时，lmL的溶液的滴数误多记了10滴，由可知，纯油酸的体积将偏小，则计算得到的分子直径将偏小，故D错误；
（3）①由图示可知，由于每格边长为1cm，则每一格就是1cm2 ，估算油膜面积以超过半格以一格计算，小于半格就舍去的原则，估算出115格．则油酸薄膜面积S＝115cm2，
②一滴油溶液中含油的体积为 ＝7.5×10－6mL＝7.5×10－12 m3，
③所以油酸分子直径为 ＝6.5×10－10m；
④当油酸溶液滴在水面后，让油膜尽可能散开，目的是为了让油膜在水平面上形成单分子油膜．
随练3、[多选题]
【答案】 C D
【解析】 A、理想气体的分子式能为零，对应的分子间平均距离为大于r2，故A错误；
B、液态油酸分子间的平均距离为大于r1，故B错误；
C、r2处分子力为零，液体表面处分子力表现为引力，分子间平均距离应该比r2略大，故C正确；
D、处于熔点的晶体熔化吸热过程中，分子大小没有发生变化但分子的结构发生了变化，分子间的距离变小了。故D错误
固体、液体特征
例题1、
【答案】 B
【解析】 A、分子间距离r0时，分子势能最小，分子间距离＜r0，距离减小，分子势能增加，故A错误；
B、温度越高，物体中分子无规则运动越剧烈，故也称之为“分子热运动”，故B正确；
C、悬浮在液体中的固体微粒越大，惯性越大，周围的水分子越撞不动它，布朗运动越不明显，故C错误；
D、不是所有晶体的物理性质都是各向异性，例如金属晶体的整体表现出各向同性，故D错误。
例题2、
【答案】 B
【解析】 A、布朗运动是固体微粒的运动，是液体分子无规则热运动的反应，故A错误；
B、由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间距离，液面分子间作用力表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势，故B正确；
C、随着分子间距离减小，分子间引力、斥力都增大，只是斥力增加的快，故C错误；
D、晶体熔化时吸收热量，温度不一定升高，所以分子平均动能不一定增加，故D错误。
例题3、
【答案】 B
【解析】 A、晶体具有比较固定的熔点，非晶体则没有固定的熔点故A错误。
B、晶体是在固定的温度下熔化为液体，而非晶体是随着温度的升高逐渐由硬变软，最后变成液体。那么bc段表示晶体的固液共存状态，故B正确。
C、曲线M的ab段表示固态。由于非晶体没有一定熔点逐步熔化，曲线N是非晶体在一定压强下的熔化过程，晶体只要吸热，熔化过程就进行，所以曲线N的ef段不表示固态，故C错误。
D、曲线M的cd段表示液态。曲线N的fg段不表示液态，故D错误。
例题4、[多选题]
【答案】
【解析】 A、根据可知，理想气体的等压膨胀过程，对外做功，且温度升高，所以气体一定吸热，故A正确；
B、布朗运动是布朗粒子的运动，它说明液体分子不停息地做无规则热运动，故B错误；
C、气体温度越高，平均动能增大，但并不是每个分子的速度一定越大，故C错误；
D、由于表面张力的作用，使得空气中小雨滴呈球形，故D正确；
E、根据热力学第二定律可知，能量耗散反映了热现象有关的宏观自然过程具有方向性，是不可逆性，故E正确。
随练1、[多选题]
【答案】 C D
【解析】 A、所有晶体都有固定的熔点和沸点，单晶体有固定的形状，多晶体没有固定的形状。故A错误；
B、晶体状态的硫 由固态（晶体）熔化变成液态硫后，再由液态变成固态时，新的固态的硫不一定是晶体。故B错误。
C、液晶是一类比较特殊的物态，其分子排列的有序性介于晶体和液体之间，液晶分子在特定方向排列比较整齐，但不稳定。故C正确；
D、液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似具有各向异性，彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点。故D正确。
随练2、
【答案】 A D
【解析】 解:A、荷叶上的露珠呈球形是表面张力作用的结果,A正确; B、产生毛细现象时,也可能是液体在毛细管中下降,故B错误; C、浸润液体情况下容器壁对液体的吸引力较强,附着层内分子密度较大,分子间距较小,故液体分子间作用力表现为斥力,附着层内液面升高,故浸润液体呈凹液面,不浸润液体呈凸液面,故C错误; D、液晶对不同颜色光的吸收强度随电场强度的变化而变化,D正确. 故选:AD. 荷叶上的露珠呈球形是表面张力作用的结果; 浸润液体在毛细管中上升和不浸润液体在毛细管中下降都叫毛细现象; 浸润液体呈凹液面,不浸润液体呈凸液面; 液晶对不同颜色光的吸收强度随电场强度的变化而变化. 了解毛细现象的概念以及液晶的性质和表面张力的作用效果是解决该题的关键.
气体定律及应用
例题1、
【答案】 （1）ACE
（2）①12cm
②70J
【解析】 （1）ACE
（2）①设大气和活塞对气体的压强为p0，加一小盒沙子对气体产生的压强为p，由玻马定律得：
p0h＝（p0＋p）（h－Δh）
得
再加一小盒沙子后，气体的压强变为p0＋2P．设第二次加沙子后，活塞的高度为h'，由玻马定律得：
p0h＝（p0＋2p）h'
解得：h'＝0.6h＝12cm
②气体等温压缩，内能不变，外界对气体做功，故气体一定放出热量
根据学第一定律，有：ΔU＝W＋Q（分）
故Q＝－W＝－70J
气体放出热量70J．
例题2、
【答案】
【解析】 理想气体发生等压变化．设气体压强为p，活塞受力平衡：pS＝Mg＋p0S，
设气体初态的温度为T，系统达到新平衡时活塞下降的高度为x，由盖－－吕萨克定律得：；
解得：；
又系统绝热，即Q＝0；
外界对气体做功为：W＝pSx；
根据热力学第一定律有：△U＝W＋Q；
所以：；
答：此过程中气体内能的增加量为．
例题3、
【答案】 ①不变；吸热
②12.5L
【解析】 ①甲瓶内液体缓慢压装到乙瓶中，甲瓶内气体的温度可认为不变，则内能不变；体积变大，对外做功，则气体吸热。
②设甲内液体最多有xL进入乙瓶，乙瓶中气体灌装液体前，压强为P乙＝1atm，体积为V1＝40L；
灌装后体积最小为V乙′＝（40﹣x）L
此时乙瓶中压强与甲瓶中压强相等，均为P，
由等温变化可知：
甲瓶中气体气压为P甲＝6atm，体积为V甲＝4L，结束后压强为P，体积为V甲′＝（40＋x）L；
由等温变化可得：
联立解得x＝12.5L。
例题4、
【答案】 （1）A，B，E
（2）①25cm
②8.95J
【解析】 （2）①被封闭气体的初状态为：T1＝280K，L1＝20cm，V1＝L1S；末状态为：T2＝350K，V2＝L2S
因气体做等压变化，有：即
代入解得：L2＝25cm。
②在①过程中，被封闭气体的压强
则气体对外做的功W＝p1Sh＝p1S（L2－L1）＝1.05J
根据热力学第一定律得：ΔU＝－W＋Q＝－1.05J＋10J＝8.95J
即气体的内能增加了8.95J。
随练1、
【答案】 ①800J
②0.045m
【解析】 ①由题意得：A器室气体Q＝1000J、W＝－200J
由热力学第一定律得：ΔU＝Q＋W＝1000－200J＝800J
即内能增加800J；
②B室气体等温变化，由玻意耳定律得：
P0l0S＝PlS
l＝l0－002m＝0.08m
代入数据解得：P＝1.25×105Pa
B中活塞受力平衡：P0S＋kx＝PS
代入数据解得：x＝0.025m
所以A中活塞向右移动：x＋0.02m＝0.045m
随练2、
【答案】 ①大量气体分子不断碰撞活塞，从而对活塞产生持续的压力；
②活塞移动过程中，气体内能不变；
③300mL．
【解析】 （1）大量气体分子不断碰撞活塞，从而对活塞产生持续的压力
（2）气体做等温变化，内能不变
（3）P1=P0=750mmHg
V1=400mL P2=100mmHg
气体做等温变化，根据玻意耳定律 P1V1=P2V2
答：①大量气体分子不断碰撞活塞，从而对活塞产生持续的压力；
②活塞移动过程中，气体内能不变；
③活塞移动后气体的体积300mL．
拓展
1、
【答案】 8×10﹣6；2×10﹣10；大
【解析】 计算步骤：先计算一滴油酸酒精溶液中油酸的体积＝一滴酒精油酸溶液的体积×配制比例
V0mL＝8×10﹣6mL，
再计算油膜面积，最后计算分子直径为：
dm＝2×10﹣10m；
实验过程中，若撒的痱子粉过多，则油酸溶液在水面上形成的油膜面积偏小，由d可知，实验测量的油酸分子的直径偏大
2、
【答案】 （1）该厚油层的平均厚度D为2×10﹣8m（2）该厚油层的厚度D约为分子直径d的200倍
【解析】 （1）油层长度L=vt=8×90m=720m ①
所以油层厚度 D=②
（2）n= （倍） ③
3、
【答案】 1.0cm3的空气中所含可吸入颗粒物的数量是9×105个
【解析】 沙尘暴天气时，1m3的空气中所含悬浮微粒的总体积为V==m3=2.9×10﹣9m3
那么1m3中所含的可吸入颗粒物的体积为：V′==5.8×10﹣11m3
又因为每一个可吸入颗粒的体积为：V0=πd3≈6.54×10﹣23m3
所以1m3中所含的可吸入颗粒物的数量：n=≈8.9×1011个
故1cm3中的空气所含可吸入颗粒物的数量为：n′=n×10﹣6=9×105个
答：1.0cm3的空气中所含可吸入颗粒物的数量是9×105个
4、
【答案】 B D
【解析】 解:A、布朗运动是固体小颗粒的运动,它是分子热运动的间接反应,但不是分子热运动;故A错误; B、分子间作用力随分子间距离的增大而减小,当两个相邻的分子间距离为r0时,它们间相互作用的引力和斥力大小相等;故B正确; C、单晶体具有规则的形状,并且也具有各向异性,多晶体具有各向同性;故C错误; D、小草上的露珠呈球形的主要原因是液体表面张力的作用;故D正确; 故选:BD 布朗运动是指固体小颗粒的运动,不是分子的运动; 当两个相邻的分子间距离为r0时,它们间相互作用的引力和斥力大小相等; 分子力做正功时,分子势能减小;分子力做负功时,分子势能增大; 单晶体结构规则且具有各向异性; 液体表面存在表面张力的作用,露珠呈球形. 本题考查布朗运动,分子间的相互作用力、分子势能及单晶体的性质等,均属于选修3-3中的基础内容;要注意准确把握各种现象的本质内容.注意对3-3的全面把握.
5、
【答案】 B C D
【解析】 解:A、将一块晶体敲碎后,得到的小颗粒还是晶体,选项A错误.B、固体可以分为晶体和非晶体两类,有些晶体在不同方向上各向异性,具有不同的光学性质,选项B正确.C、由同种元素构成的固体,可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体,例如石墨和金刚石.选项C正确.D、在合适的条件下,某些晶体可以转变为非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体,例如天然石英是晶体,熔融过的石英却是非晶体.把晶体硫加热熔化(温度超过300∘C)再倒进冷水中,会变成柔软的非晶硫,再过一段时间又会转化为晶体硫.所以选项D正确.E、在熔化过程中,晶体要吸收热量,虽然温度保持不变,但是内能要增加.选项E错误 故选:BCD
6、[多选题]
【答案】
【解析】 A、表面层里的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大一些，分子间的相互作用表现为引力，小草上的露珠呈球形的主要原因是液体表面张力的作用。故A正确；
B、悬浮在液体里的固体小颗粒的无规则运动叫布朗运动，故B错误；
C、热量可以在一定的条件下由低温物体传到高温物体，如空调机。故C错误；
D、当分子间距小于r0时，分子力表现为斥力，随着分子间距的增大，分子势能减小，故D正确；
E、分子引力和斥力都随距离的增大两者都减小，随距离的减小都增大，故E正确。
7、
【答案】 （1）CDE（2）25cm
【解析】 暂无解析
8、
【答案】 （1）BDE（2）
【解析】 （1）BDE
（2）以玻璃管内气体为研究对象，设水银柱横截面积为S
初状态：p1＝p0＋ρgh① V1＝LS②
设玻璃管运动稳定时的加速度为a，由牛顿第二定律，得
Mgsinθ－μMgcosθ＝Ma③
mgsinθ＋P0S－P′S＝ma④
则末状态：p2＝p0＋μρghcosθ⑤V2＝L′S⑥
由玻意耳定律，得p1V1＝p2V2⑦
解得⑧
第29讲 热学
知识图谱
热学
知识精讲
一． 分子动理论
1．实验：用油膜法估测分子的大小
实验目的：粗略测定单分子层油膜的分子直径
注意事项：（1）明确实验步骤；
（2）学会利用已知给点的参量，计算分子的直径；
2．扩散现象、布朗运动、分子热运动的区别与联系
扩散现象：不同物质相互接触时彼此进入对方的现象叫做扩散。
产生：物体分子无规则运动产生的。
特点：（1）从浓度高的向浓度低的扩散；（2）温度的越高扩散现象越明显；（3）扩散现象在气体、液体、固体中都能发生。
意义：扩散现象直接说明了组成物体的分子总是不停地做无规则运动。
布朗运动
定义：悬浮在液体中的固体微粒永不停息的无规则运动叫做布朗运动。它首先是由英国植物学家布朗在1827年用显微镜观察悬浮在水中的花粉微粒时发现的。
产生：大量液体分子永不停息地做无规则运动时，对悬浮在其中的微粒撞击作用的不平衡性是产生布朗运动的原因．简言之：液体分子永不停息的无规则运动是产生布朗运动的原因。
影响因素：（1）固体微粒的大小；（2）液体的温度。
意义：布朗运动本身不是分子的无规则运动，但它间接反映了液体分子永不停息地做无规则运动。
分子热运动
定义：物体内部大量分子永不停息的无规则运动叫做热运动。
特点：（1）永不停息；（2）运动无规则；（3）温度越高，分子的热运动越激烈。
扩散现象是分子热运动造成的，布朗运动间接证明了分子热运动。
3．分子间存在分子力
分子力变化规律：（1）分子力：分子间引力和斥力的合力。（2）分子力随距离的变化规律：如下图所示，F＞0为斥力，F＜0为引力。
当时，分子间引力和斥力相平衡，分子处于平衡位置，其中r0的数量级为；
当 时，分子间引力和斥力都随r的减小而增大，但斥力增加得更快一些，故斥力大于引力，对外表现的分子力F为斥力。
当 时，分子间引力和斥力都随r的增大而减小，但斥力减小得更快一些，故引力大于斥力，对外表现的分子力F为引力。
当 时，分子间相互作用力变得十分微弱，可认为分子力F为零（气体分子间可认为作用力为零）
4．温度 、温度计
摄氏温度与热力学温度的关系：热力学温度是规定摄氏温度-273.15°C为零值，即热力学温度(T)与摄氏温度(t)的关系为：
5．内能
分子动能：（1）在热力学中，重要的不是某个分子的动能，而是组成系统的大量分子动能的平均值，这个平均值就叫做分子热运动的平均动能。（2）温度是分子平均动能的唯一标志。
分子势能：组成系统的分子间存在相互作用力，分子间具有由它们的相对位置决定的势能，这就是分子势能。
影响分子势能大小的因素：随着分子间距离的变化，分子力做功，分子势能发生变化，分子间势能的变化微观上与分子间距离决定，宏观上与物体体积有关。
分子间距离
分子力
= 0
表现为引力
表现为斥力
分子力做功
增大时，做负功
减小时，做负功
分子势能
最小
增大时，增大
减小时，增大
内能：物体内所有分子的热运动动能与分子势能的总和叫物体的内能。微观上，物体的内能取决于物体所含的分子的总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离。宏观上，物体所含物质的多少、温度和体积。
二．气体
1．等温变化（玻意耳定律）
（1）内容：一定质量的气体，在温度不变的情况下，它的压强跟体积成反比。其压强随体积的变化叫做等温变化。
（2）表达式：， 式中C为常量。或者，其中p1、V1和p2、V2表示两个不同状态下的压强和体积。
（3）适用条件：所研究的气体质量不变，温度不变；压强不太大（和大气压比较）、温度不太低（和室温比较）的任何气体。
（4）气体等温变化的P-V图像：一定质量的气体发生等温变化时的p-V图像，如图所示，为双曲线的一支。
P
O
1/V
P
O
V
T1
T2
2．等容变化（查理定律）
（1）内容：一定质量的气体，在体积不变的情况下，它的压强跟热力学温度成正比，其压强随温度的变化叫做等容变化。
（2）表达式： ，式中C为常量。或者，其中p1、T1和p2、T2表示两个不同状态下的压强和温度。
（3）适用条件：所研究的气体质量不变，体积不变。
（4）气体等容变化的P-T图像：一定质量的气体发生等温变化时的p-T图像，如图所示。p-T图像为平过坐标原点的倾斜直线,体积越大斜率越小。p-t图像的延长线通过横轴t= -273.15°C。
P
O
T/K
p
O
t /°C
-273.15
P0
3．等压变化（盖—吕萨克定律）
（1）内容：一定质量的气体，在压强不变的情况下，它的体积跟热力学温度成正比。其体积随温度的变化叫做等压变化
（2）表达式 ，式中C为常量。或者，其中V1、T1和V2、T2表示两个不同状态下的压强和温度。
（3）适用条件：所研究的气体质量不变，压强不变。
（4）气体等压变化的V-T图像：V-T图像为平过坐标原点的倾斜直线，压强越大斜率越小。V-t图像的延长线通过横轴t= -273.15°C。
V
O
T/K
V
O
t /°C
-273.15
V0
4．理想气体状态方程
（1）理想气体：为了研究方便，我们假设这样一种气体，它在任何温度和任何压强下都能严格地遵循气体实验定律，我们把这样的气体叫做理想气体。没有特殊说明时，一般都可以将实际气体看作理想气体。
微观上来看，理想气体是指分子本身大小与分子间距离比可以忽略不计，分子间不存在相互作用那的引力、斥力，故理想气体无分子势能。理想气体的内能等于所有分子热运动动能之和，故一定质量的理想气体，内能只与温度有关。
（2）理想气体的状态方程：一定质量的理想气体，它的压强、体积的乘积与热力学温度的比值是一个常数。
数学表达式：，式中C是与p、V、T无关的常量。或者。适用条件：一定质量的理想气体。
5．气体热现象的微观意义
（1）气体分子运动的特点
单独来看，每个分子的运动都是不规则的，具有偶然性的，但总体来看，大量分子的运动服从一定的统计规律；大量气体分子的速率是按一定规律分布，呈“中间多，两头少”的分布规律，且这个分布状态与温度有关，温度升高时，平均速率会增大。
（2）气体温度的微观意义：通过定量分析可以得出，理想气体的热力学温度T与分子的平均动能成正比，即 ，因此，温度是分子热运动平均动能的标志。
（3）气体压强的微观意义：气体对容器壁的压强是大量分子对器壁连续不断地碰撞所产生的。决定气体压强的因素：从微观上讲，与气体分子的密集程度和气体分子的平均动能有关。从宏观上讲，有气体的温度和体积有关。
三．热力学定律
1．功和内能
（1）焦耳实验：让重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升。
（2）实验结论：对一个系统在绝热过程中，只要对系统做功相等，系统温度上升的数值相等，即系统的状态变化相同。
（3）内能变化和做功的关系：当系统从状态1经绝热过程达到状态2时，内能的增加量就等于外界对系统所做的功，即，外力做正功时内能增加，外力做负功时内能减小。
（4）热和内能：系统在单纯的传热过程中，内能的增加量等于外界向系统传递的热量，即，物体吸收热量内能增加，物体放出热量内能减小。
（5）做功和热传递的区别：做功是宏观的机械运动向物体的微观分子热运动的转化。热传递则是通过分子之间的相互作用，使不同物体间分子热运动变化，是内能的转移。前者能的性质发生了变化，后者能的性质不变。
2．热力学第一定律
一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和，这个关系叫做热力学第一定律。表达式为：。
3．热力学第二定律
（1）自然过程的方向性：
热传递具有方向性，两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，因为产生其他影响或产生其他变化。
气体扩散具有方向性：两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体。但混合后的气体不可能自发分开。
机械能和内能的转化过程具有方向性：物体在水平地面上运动，因摩擦而逐渐停止，但不可能因吸收原来传递出去的热量后，在地面上重新运动起来。
气体向真空膨胀有方向性：气体可以自发地向真空膨胀，但不可能自发地使一个容器恢复真空。
整个自然界中，所有的宏观自发过程都具有单向性，都有一定的方向性，都是一种不可你过程。
（2）热力学第二定律的表述：一种表述是克劳修斯表述：热量不能自发的从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化。另一种表述为开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不引起其他影响。通常所说的第二类永动机就是指从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其它影响的机器。
（3）熵：在物理学中用字母表示一个宏观状态所对应的微观状态的数目，用字母S表示熵，则有，式中k叫做玻尔兹曼常数。在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵值不会减小，这就是用熵的概念表示的热力学第二定律，又叫做熵增加原理。
（4）热力学第二定律的微观解释
一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。这是热力学第二定律的微观意义。从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一个孤立系统总是从熵值小的状态向熵值大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展。
（5）热力学第一定律和热力学第二定律的异同
热力学第一定律和热力学第二定律是构成热力学知识的理论基础，前者指出在任何热力学过程中能量不会有任何增加或损失，反映的是能量守恒定律。后者则指出哪些过程可以自发地发生，哪些过程必须借助于外界条件才能进行。
三点剖析
课程目标：
1. 分子动理论、油膜法实验测量分子大小、热力学定律；
2. 固体、液体的性质；
3. 理想气体状态方程的应用；
分子动理论及热力学定律
例题1、 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，大气层中空气的总质量为m，重力加速度为g。可以估算出地球大气层空气分子总数为________，地面大气压强为________。
例题2、 如图所示，甲分子固定在坐标原点O，只在两分子间的作用力作用下，乙分子沿x轴方向运动，两分子间的分子势能EP与两分子间距离x的变化关系如图所示，设分子间在移动过程中所具有的总能量为0．则（ ）
A.乙分子在P点时加速度最大
B.乙分子在Q点时分子势能最小
C.乙分子在Q点时处于平衡状态
D.乙分子在P点时分子动能最大
例题3、 空调在制冷过程中，室内空气中的水蒸气接触蒸发器（铜管）液化成水，经排水管排走，空气中水分越来越少，人会感觉干燥。某空调工作一段时间后，排出液化水的体积V＝1.0×103cm3．已知水的密度P＝1.0×103kg／m3、摩尔质量M＝1.8×10－2kg／mol，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023mol－1．试求：（结果均保留一位有效数字）
（1）该液化水中含有水分子的总数N；
（2）一个水分子的直径d。
例题4、 （1）下列说法正确的是（ ）
A．温度越高，扩散进行的越快
B．悬浮在水中的花粉运动反映了花粉分子的热运动
C．当分子间表现为引力时，随分子间距离的增大分子间势能增大
D．当分子间的引力与斥力大小相等时，分子间势能最小
E．外界对物体做功，物体内能一定增加
（2）在做“用油膜法估测分子的大小”的实验中，油酸酒精溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸7mL，用注射器测得1mL上述溶液中有液滴50滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描述油膜的轮廓，随后把玻璃板放在坐标纸上，其形状如图所示，坐标纸中正方形小方格的边长为2cm，求：
①油酸膜的面积是多少？
②每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少？
③根据上述数据，估测油酸分子的直径是多少？
随练1、[多选题] 关于物体内能，下列说法正确的是（ ）
A.相同质量的两种物体，升高相同温度，内能增量相同
B.一定量0℃的水结成0℃的冰，内能一定减少
C.一定质量的气体体积增大，既不吸热也不放热，内能减少
D.一定质量的气体吸热，而保持体积不变，内能一定增大
随练2、 “用油膜法估测分子的大小”的实验
（1）“用油膜法估测分子的大小”实验的科学依据是________
A．将油酸形成的膜看成单分子油膜
B．不考虑各油酸分子间的间隙
C．考虑了各油酸分子间的间隙
D．将油酸分子看成球形
（2）某学生在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时，计算结果偏大，可能是由于________
A．油酸未完全散开
B．油酸溶液浓度低于实际值
C．计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格
D．求每滴体积时1mL的溶液的滴数多记了10滴
（3）在“用油膜法估测分子大小”实验中所用的油酸酒精溶液为1000mL溶液中有纯油酸 0.6mL，用量筒测得1mL上述溶液为80滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘内，让油膜在水面上尽可能散开，油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示，图中正方形方格的边长为1cm，试求：
①油酸膜的面积是________cm2．
②每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________m3
③实验测出油酸分子的直径是________m．（结果保留两位有效数字）
④实验中为什么要让油膜尽可能散开？________．
随练3、[多选题] 如图所示为分子势能Ep与分子间间距r的关系曲线，下列说法正确的是（ ）
A.理想气体的分子间平均距离为r2
B.液态油酸分子间的平均距离为r1
C.液体表面处分子间平均距离比r2略大
D.处于熔点的晶体熔化吸热过程中，分子间的平均距离r会发生变化
固体、液体特征
例题1、 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.悬浮在液体中的固体微粒越大，布朗运动越明显
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
例题2、 关于热现象和热力学规律的说法，正确的是（ ）
A.布朗运动就是液体分子的无规则运动
B.由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间距离，液面分子间作用力表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势
C.随着分子间距离减小，分子间引力减小，分子间斥力增大
D.晶体熔化时吸收热量，分子平均动能增大
例题3、 如图所示，曲线M、N分别表示晶体和非晶体在一定压强下的熔化过程，图中横轴表示时间t，纵轴表示温度T．从图中可以确定的是（填选项前的字母）（ ）
A.晶体和非晶体均存在固定的熔点T0
B.曲线M的bc段表示固液共存状态
C.曲线M的ab段、曲线N的ef段均表示固态
D.曲线M的cd段、曲线N的fg段均表示液态
例题4、[多选题] 关于热力学定律，下列说法中正确的是（ ）
A．理想气体的等压膨胀过程一定吸热
B．布朗运动是液体分子的运动，它说明液体分子不停息地做无规则热运动
C．气体温度越高，每个分子的速度一定越大
D．空气中小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果
E．能量耗散反映了热现象有关的宏观自然过程具有不可逆性
随练1、[多选题] 关于晶体的下列说法正确的是（ ）
A.多晶体都有固定的形状，确定的熔点
B.所有晶体由固态变成液态后，再由液态变成固态时，固态仍为晶体
C.液晶分子的空间排列虽然在特定的方向排列比较整齐，但是分子的排列是不稳定的
D.彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点
随练2、 以下关于晶体和液体的说法中正确的是（ ）
A.荷叶上的露珠呈球形是表面张力作用的结果
B.产生毛细现象时,液体在毛细管中一定上升
C.浸润液体呈凸液面,不浸润液体呈凹液面
D.液晶对不同颜色光的吸收强度随电场强度的变化而变化
气体定律及应用
例题1、 （1）关于热现象，下列说法中，正确的是________．
A．气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，与单位体积内的分子数及温度有关
B．同种物质在不同条件下所生成的晶体的微粒都按相同的规则排列
C．体积不变，压强减小的过程，气体一定放出热量，内能减小
D．－切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行
E．物体的内能是物体中所有分子热运动动能和分子势能的总和
（2）如图所示，可导热的汽缸内用很薄的质量不计的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞离汽缸底部的高度为h＝20cm，整体放在冰水混合物中．取一小盒砂子缓慢地倒在活塞的上表面上．砂子倒完时，活塞下降了Δh＝5cm．再取相同质量的一小盒砂子缓慢地倒在活塞的上表面上．外界的压强和温度始终保持不变，不计活塞与汽缸|7壁间的摩擦，求：
①第二次砂子倒完时活塞距汽缸底部的高度；
②在第二次倒砂子的过程中外界对气体做功70J，封闭气体吸热还是放热，传递的热量是多少．
例题2、 如图所示，两个截面积都为S的圆柱形容器，右边容器高为H，上端封闭，左边容器上端是一个可以在容器内无摩擦滑动的质量为M的活塞．两容器由装有阀门的极细管道相连，容器、活塞和细管都是绝热的．开始时阀门关闭，左边容器中装有理想气体，平衡时活塞到容器底的距离为H，右边容器内为真空．现将阀门缓慢打开，活塞便缓慢下降，直至系统达到新的平衡，此时理想气体的温度增加为原来的1.2倍，已知外界大气压强为P0，求此过程中气体内能的增加量．
例题3、 如图所示为农村家用液化气用完后罐装示意图，两个导热性能良好的完全相同的钢瓶，甲装有36L的液体和4L、6个大气压的高压气体；乙内有一个大气压的40L气体（瓶内液化气用完后仍有少量残液，体积不计）；现将甲瓶倒置按如图所示连接，将甲瓶内液体缓慢压装到乙瓶中。（不计连接管道的长度和体积以及液体产生的压强）
①试分析在压装过程中随甲瓶内液体减少，甲内部气体内能如何变化？钢瓶甲吸热还是放热？
②甲瓶最多可向乙瓶内压装多少液体？
例题4、 （1）下列说法中正确的是________
A．当液体与大气相接触时，液体表面层的分子间作用表现为相互吸引
B．内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能可能相同
C．一定质量的氧气在不同的温度下分子的速率分布情况如图所示，实线和虚线分别对应的温度为t1和t2，则由图可得t1大于t2
D．随着分子间距离的增大，分子间作用力减小，分子势能也减小
E．彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点
（2）如图所示，一根两端开口、横截面积S＝2cm2的足够长的玻璃管竖直插入水银槽中并固定（插入水银槽中的部分足够深）。管中有一个质量不计的光滑活塞，活塞上放一个质量m＝0.1kg的砝码，活塞下封闭着长L＝20cm的气柱，气体的温度t1＝7℃，外界大气压取p0＝1.0×105Pa（相当于75cm高的汞柱的压强），g＝10m／s2。
①对气体加热，使其温度升高到t2＝77℃，求此时气柱的长度。
②若在①过程中，气体吸收的热量为10J，则气体的内能增加了多少？
随练1、 如图所示，缸壁光滑的柱形气缸固定在水平面上，中间开口与大气相通，大气压强P0＝l×105Pa，一劲度系数k＝1×103N／m的弹簧与两活塞连接，处于原长，活塞截面积S＝1×10－3m2．A、B两室有同种理想气体，压强均为P0，两活塞距左、右两壁均为l0＝0.10m，除B室右壁导热外，其他缸壁和活塞均绝热。现对左室缓慢加热，当A室气体吸收1000J的热量时它对活塞做了200J的功，B室活塞向右移动了0.02m，该过程中设外界温度保持不变，A、B气室均不漏气。求：
①A中气体内能的变化量；
②A中活塞移动的距离。
随练2、 如图所示，水平放置的圆筒形气缸与一装有水银的U形管相连，气缸中封闭一定质量的理想气体．开始时U形管两臂中水银面齐平，活塞处于静止状态，此时气体体积为400mL．若用力F缓慢向左推动活塞，使活塞向左移动一段距离后，U形管两臂中的高度差为25cm，已知外界大气压强为750毫米汞柱，不计活塞与气缸内壁间的摩擦，试回答下列问题：
①简要说明气缸内气体对活塞的压力是怎样产生的；
②活塞移动过程中，气体内能如何变化？
③求活塞移动后气体的体积．
拓展
1、 在做“用油膜法估测分子大小”的实验中，每103mL油酸酒精溶液中有纯油酸2mL，用注射器测得1mL上述溶液有250滴，则每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为_______mL．在浅盘里倒入约2cm深的水，然后将痱子粉均匀地撒在水面上，如图所示，把1滴该溶液入浅盘里，待水里稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用笔在玻璃板上描出油酸的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，通过数方格数计算出单分子油膜的面积为400cm2，则该油酸分子的直径为_______m．若发现痱子粉撒得过多，则实验中得到的油酸分子的直径比油酸分子的真实直径_______（填“大”或“小”）
2、 为保证环境和生态平衡，在各种生产活动中都应严禁污染水源．在某一水库中，一艘年久失修的快艇在水面上违规快速行驶，速度为8m/s．导致油箱突然破裂，柴油迅速流入水中，从漏油开始到船员堵住漏油共用t=1.5min．测量时，漏出的油已在水面上形成宽约为B=100m的长方形厚油层，已知快艇匀速运动，漏出油的体积V=1.44×10﹣3m3．（已知油分子的直径约为10﹣10m）则：
（1）该厚油层的平均厚度D为多少？
（2）该厚油层的厚度D约为分子直径d的多少倍？
3、 据环保部门测定，在北京地区沙尘暴严重时，最大风速达到12m/s，同时大量的微粒在空中悬浮．沙尘暴使空气中的悬浮微粒的最高浓度达到5.8×10﹣6kg/m3，悬浮微粒的密度为2.0×103kg/m3，其中悬浮微粒的直径小于10﹣7m的称为“可吸入颗粒物”，对人体的危害最大．北京地区出现上述沙尘暴时，设悬浮微粒中总体积的为可吸入颗粒物，并认为所有可吸入颗粒物的平均直径为5.0×10﹣8m，求1.0cm3的空气中所含可吸入颗粒物的数量是多少？（计算时可把吸入颗粒物视为球形，计算结果保留一位有效数字）
4、 下列四幅图分别对应四种说法,其中正确的是（ ）
A.
三颗微粒运动位置的连线--微粒运动就是物质分子的无规则热运动,即布朗运动
B.
分子间的作用力与距离的关系--当两个相邻的分子间距离为r0时,它们间相互作用的引力和斥力大小相等
C.
食盐晶体--食盐晶体的物理性质沿各个方向都是一样的
D.
小草上的露珠-小草上的露珠呈球形的主要原因是液体表面张力的作用
5、 下列说法正确的是（ ）
A.将一块晶体敲碎后,得到的小颗粒是非晶体
B.固体可以分为晶体和非晶体两类,有些晶体在不同方向上有不同的光学性质
C.由同种元素构成的固体,可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体
D.在合适的条件下,某些晶体可以转变为非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体
E.在熔化过程中,晶体要吸收热量,但温度保持不变,内能也保持不变
6、[多选题] 下列关于热现象的说法正确的是（ ）
A．小草上的露珠呈球形的主要原因是液体表面张力
B．液体分子的无规则运动称为布朗运动
C．热量不可能从低温物体传到高温物体
D．分子间的距离增大时，分子势能可能减小
E．分子间的距离减小时，分子引力和斥力都增大
7、 （1）下列说法中正确的是________（填正确答案标号。）
A．当两分子间距离增大时，分子力一定减小而分子势能一定增加
B．布朗运动就是液体分子的热运动
C．机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机械能
D．气体向真空的自由膨胀是不可逆的
E．夏天将密闭有空气的矿泉水瓶放进低温的冰箱中会变扁，此过程中瓶内空气（可看成理想气体）的内能减小，向外放热
（2）如图所示，两端等高、粗细均匀、导热良好的U形管竖直放置，右端与大气相通，左端用水银柱封闭着长L1＝40cm的气柱（可视为理想气体），左右两管的水银面等高。现用小活塞把开口端封住，并向下缓慢推动活塞，使左管的水银面上升10cm。已知大气压强为p0＝75cmHg，求小活塞从开口端向下推动的距离L是多少？
8、 （1）下列说法正确的是________．
A．所有的固体都有固定的熔点，物理性质各向异性
B．气体从外界吸收热量，其内能不一定增加
C．布朗运动就是液体分子的无规则运动
D．荷叶上的水珠之所以表现为球状，是因为液体表面张力作用的结果
E．当两个分子处于平衡状态时，分子势能最小
（2）如图甲所示，一只一端封闭的导热玻璃管开口竖直向上，用一段长度为h的水银柱封住一部分空气，玻璃管静止时空气柱长度为L．现将该玻璃管放在倾角为θ的长斜面上由静止释放，如图乙所示，已知玻璃管与斜面之间的动摩擦因素为μ，大气压强为p0．当玻璃管在斜面上运动稳定时，求玻璃管内空气柱的长度．
答案解析
热学
分子动理论及热力学定律
例题1、
【答案】 ；
【解析】 （1）因为地球大气层空气分子总数等于摩尔数乘以阿伏伽德罗常数，即：；
（2）由于大气压力等于大气层中气体分子的总重力，即：P0S＝mg，解得：。
例题2、
【答案】 D
【解析】 A、由图象可知，乙分子在P点（x=x2）时，分子势能最小，此时分子处于平衡位置，分子引力与分子斥力大小相等，合力为零，加速度为零，故A错误
B、由图象可知，乙分子在Q点时分子势能为零，大于分子在P点的分子势能，因此在Q点分子势能不是最小，故B错误；
C、乙分子在Q点（x=x1）时，分子间距离小于平衡距离，分子引力小与分子斥力，合力表现为斥力，在Q点分子不处于平衡状态，故C错误；
D、乙分子在P点（x=x2）时，分子势能最小，由能量守恒定律则知，分子的动能最大，故D正确
例题3、
【答案】 （1）3×1025个
（2）4×10－10m
【解析】 （1）V＝1.0×103cm3水的摩尔数
水分子数：N＝nNA，
则得个
②建立水分子的球模型设其直径为d。由上题得：
每个水分子的体积为
又
故得水分子直径
代入解得d＝4×10－10m。
例题4、
【答案】
【解析】 （1）A、分子热运动与温度有关，温度越高，扩散进行的越快，故A正确；
B、悬浮在水中的花粉运动反映了液体分子的热运动，而不是反映花粉分子的运动，故B错误；
C、当分子间表现为引力时，随分子间距离的增大分子力做负功，故分子势能增大，故C正确；
D、根据分子势能与分子力做功的关系可知，当分子间的引力与斥力大小相等时，分子间势能最小，故D正确；
E、外界对物体做功时，如果没有热交换，则内能一定减小，故E错误．
故选：ACD．
（2）①由图示坐标纸可知，油膜所占方格数是60（超过半个算一个，不足半个舍去），则油膜的面积 S=60×（20×10﹣3）2=2.4×10﹣2m2；
②每一滴酒精油酸溶液含纯油酸的体积 V=×=1.4×10﹣5mL=1.4×10﹣5cm3=1.4×10﹣11m3；
③油酸分子的直径 d==m=5.8×10﹣10m；
随练1、[多选题]
【答案】 B C D
【解析】 暂无解析
随练2、
【答案】 （1）ABD
（2）AC
（3）①115；②7.5×10－12；③6.5×10－10；④这样做的目的是为了让油膜在水平面上形成单分子油膜
【解析】 （1）在“用油膜法估测分子的大小”实验中，实验的基本原理是：
①让油膜尽可能散开，形成单分子层；②把油酸分子看成球形；③不考虑分子之间空隙，故ABD正确，C错误．
（2）计算油酸分子直径的公式是，V是纯油酸的体积，S是油膜的面积．
A．油酸未完全散开，S偏小，故得到的分子直径d将偏大，故A正确；
B．如果油酸溶液浓度低于实际值，则油酸的实际体积偏小，则直径将偏小，故B错误；
C．计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格，S将偏小，故得到的分子直径将偏大，故C正确；
D．求每滴体积时，lmL的溶液的滴数误多记了10滴，由可知，纯油酸的体积将偏小，则计算得到的分子直径将偏小，故D错误；
（3）①由图示可知，由于每格边长为1cm，则每一格就是1cm2 ，估算油膜面积以超过半格以一格计算，小于半格就舍去的原则，估算出115格．则油酸薄膜面积S＝115cm2，
②一滴油溶液中含油的体积为 ＝7.5×10－6mL＝7.5×10－12 m3，
③所以油酸分子直径为 ＝6.5×10－10m；
④当油酸溶液滴在水面后，让油膜尽可能散开，目的是为了让油膜在水平面上形成单分子油膜．
随练3、[多选题]
【答案】 C D
【解析】 A、理想气体的分子式能为零，对应的分子间平均距离为大于r2，故A错误；
B、液态油酸分子间的平均距离为大于r1，故B错误；
C、r2处分子力为零，液体表面处分子力表现为引力，分子间平均距离应该比r2略大，故C正确；
D、处于熔点的晶体熔化吸热过程中，分子大小没有发生变化但分子的结构发生了变化，分子间的距离变小了。故D错误
固体、液体特征
例题1、
【答案】 B
【解析】 A、分子间距离r0时，分子势能最小，分子间距离＜r0，距离减小，分子势能增加，故A错误；
B、温度越高，物体中分子无规则运动越剧烈，故也称之为“分子热运动”，故B正确；
C、悬浮在液体中的固体微粒越大，惯性越大，周围的水分子越撞不动它，布朗运动越不明显，故C错误；
D、不是所有晶体的物理性质都是各向异性，例如金属晶体的整体表现出各向同性，故D错误。
例题2、
【答案】 B
【解析】 A、布朗运动是固体微粒的运动，是液体分子无规则热运动的反应，故A错误；
B、由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间距离，液面分子间作用力表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势，故B正确；
C、随着分子间距离减小，分子间引力、斥力都增大，只是斥力增加的快，故C错误；
D、晶体熔化时吸收热量，温度不一定升高，所以分子平均动能不一定增加，故D错误。
例题3、
【答案】 B
【解析】 A、晶体具有比较固定的熔点，非晶体则没有固定的熔点故A错误。
B、晶体是在固定的温度下熔化为液体，而非晶体是随着温度的升高逐渐由硬变软，最后变成液体。那么bc段表示晶体的固液共存状态，故B正确。
C、曲线M的ab段表示固态。由于非晶体没有一定熔点逐步熔化，曲线N是非晶体在一定压强下的熔化过程，晶体只要吸热，熔化过程就进行，所以曲线N的ef段不表示固态，故C错误。
D、曲线M的cd段表示液态。曲线N的fg段不表示液态，故D错误。
例题4、[多选题]
【答案】
【解析】 A、根据可知，理想气体的等压膨胀过程，对外做功，且温度升高，所以气体一定吸热，故A正确；
B、布朗运动是布朗粒子的运动，它说明液体分子不停息地做无规则热运动，故B错误；
C、气体温度越高，平均动能增大，但并不是每个分子的速度一定越大，故C错误；
D、由于表面张力的作用，使得空气中小雨滴呈球形，故D正确；
E、根据热力学第二定律可知，能量耗散反映了热现象有关的宏观自然过程具有方向性，是不可逆性，故E正确。
随练1、[多选题]
【答案】 C D
【解析】 A、所有晶体都有固定的熔点和沸点，单晶体有固定的形状，多晶体没有固定的形状。故A错误；
B、晶体状态的硫 由固态（晶体）熔化变成液态硫后，再由液态变成固态时，新的固态的硫不一定是晶体。故B错误。
C、液晶是一类比较特殊的物态，其分子排列的有序性介于晶体和液体之间，液晶分子在特定方向排列比较整齐，但不稳定。故C正确；
D、液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似具有各向异性，彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点。故D正确。
随练2、
【答案】 A D
【解析】 解:A、荷叶上的露珠呈球形是表面张力作用的结果,A正确; B、产生毛细现象时,也可能是液体在毛细管中下降,故B错误; C、浸润液体情况下容器壁对液体的吸引力较强,附着层内分子密度较大,分子间距较小,故液体分子间作用力表现为斥力,附着层内液面升高,故浸润液体呈凹液面,不浸润液体呈凸液面,故C错误; D、液晶对不同颜色光的吸收强度随电场强度的变化而变化,D正确. 故选:AD. 荷叶上的露珠呈球形是表面张力作用的结果; 浸润液体在毛细管中上升和不浸润液体在毛细管中下降都叫毛细现象; 浸润液体呈凹液面,不浸润液体呈凸液面; 液晶对不同颜色光的吸收强度随电场强度的变化而变化. 了解毛细现象的概念以及液晶的性质和表面张力的作用效果是解决该题的关键.
气体定律及应用
例题1、
【答案】 （1）ACE
（2）①12cm
②70J
【解析】 （1）ACE
（2）①设大气和活塞对气体的压强为p0，加一小盒沙子对气体产生的压强为p，由玻马定律得：
p0h＝（p0＋p）（h－Δh）
得
再加一小盒沙子后，气体的压强变为p0＋2P．设第二次加沙子后，活塞的高度为h'，由玻马定律得：
p0h＝（p0＋2p）h'
解得：h'＝0.6h＝12cm
②气体等温压缩，内能不变，外界对气体做功，故气体一定放出热量
根据学第一定律，有：ΔU＝W＋Q（分）
故Q＝－W＝－70J
气体放出热量70J．
例题2、
【答案】
【解析】 理想气体发生等压变化．设气体压强为p，活塞受力平衡：pS＝Mg＋p0S，
设气体初态的温度为T，系统达到新平衡时活塞下降的高度为x，由盖－－吕萨克定律得：；
解得：；
又系统绝热，即Q＝0；
外界对气体做功为：W＝pSx；
根据热力学第一定律有：△U＝W＋Q；
所以：；
答：此过程中气体内能的增加量为．
例题3、
【答案】 ①不变；吸热
②12.5L
【解析】 ①甲瓶内液体缓慢压装到乙瓶中，甲瓶内气体的温度可认为不变，则内能不变；体积变大，对外做功，则气体吸热。
②设甲内液体最多有xL进入乙瓶，乙瓶中气体灌装液体前，压强为P乙＝1atm，体积为V1＝40L；
灌装后体积最小为V乙′＝（40﹣x）L
此时乙瓶中压强与甲瓶中压强相等，均为P，
由等温变化可知：
甲瓶中气体气压为P甲＝6atm，体积为V甲＝4L，结束后压强为P，体积为V甲′＝（40＋x）L；
由等温变化可得：
联立解得x＝12.5L。
例题4、
【答案】 （1）A，B，E
（2）①25cm
②8.95J
【解析】 （2）①被封闭气体的初状态为：T1＝280K，L1＝20cm，V1＝L1S；末状态为：T2＝350K，V2＝L2S
因气体做等压变化，有：即
代入解得：L2＝25cm。
②在①过程中，被封闭气体的压强
则气体对外做的功W＝p1Sh＝p1S（L2－L1）＝1.05J
根据热力学第一定律得：ΔU＝－W＋Q＝－1.05J＋10J＝8.95J
即气体的内能增加了8.95J。
随练1、
【答案】 ①800J
②0.045m
【解析】 ①由题意得：A器室气体Q＝1000J、W＝－200J
由热力学第一定律得：ΔU＝Q＋W＝1000－200J＝800J
即内能增加800J；
②B室气体等温变化，由玻意耳定律得：
P0l0S＝PlS
l＝l0－002m＝0.08m
代入数据解得：P＝1.25×105Pa
B中活塞受力平衡：P0S＋kx＝PS
代入数据解得：x＝0.025m
所以A中活塞向右移动：x＋0.02m＝0.045m
随练2、
【答案】 ①大量气体分子不断碰撞活塞，从而对活塞产生持续的压力；
②活塞移动过程中，气体内能不变；
③300mL．
【解析】 （1）大量气体分子不断碰撞活塞，从而对活塞产生持续的压力
（2）气体做等温变化，内能不变
（3）P1=P0=750mmHg
V1=400mL P2=100mmHg
气体做等温变化，根据玻意耳定律 P1V1=P2V2
答：①大量气体分子不断碰撞活塞，从而对活塞产生持续的压力；
②活塞移动过程中，气体内能不变；
③活塞移动后气体的体积300mL．
拓展
1、
【答案】 8×10﹣6；2×10﹣10；大
【解析】 计算步骤：先计算一滴油酸酒精溶液中油酸的体积＝一滴酒精油酸溶液的体积×配制比例
V0mL＝8×10﹣6mL，
再计算油膜面积，最后计算分子直径为：
dm＝2×10﹣10m；
实验过程中，若撒的痱子粉过多，则油酸溶液在水面上形成的油膜面积偏小，由d可知，实验测量的油酸分子的直径偏大
2、
【答案】 （1）该厚油层的平均厚度D为2×10﹣8m（2）该厚油层的厚度D约为分子直径d的200倍
【解析】 （1）油层长度L=vt=8×90m=720m ①
所以油层厚度 D=②
（2）n= （倍） ③
3、
【答案】 1.0cm3的空气中所含可吸入颗粒物的数量是9×105个
【解析】 沙尘暴天气时，1m3的空气中所含悬浮微粒的总体积为V==m3=2.9×10﹣9m3
那么1m3中所含的可吸入颗粒物的体积为：V′==5.8×10﹣11m3
又因为每一个可吸入颗粒的体积为：V0=πd3≈6.54×10﹣23m3
所以1m3中所含的可吸入颗粒物的数量：n=≈8.9×1011个
故1cm3中的空气所含可吸入颗粒物的数量为：n′=n×10﹣6=9×105个
答：1.0cm3的空气中所含可吸入颗粒物的数量是9×105个
4、
【答案】 B D
【解析】 解:A、布朗运动是固体小颗粒的运动,它是分子热运动的间接反应,但不是分子热运动;故A错误; B、分子间作用力随分子间距离的增大而减小,当两个相邻的分子间距离为r0时,它们间相互作用的引力和斥力大小相等;故B正确; C、单晶体具有规则的形状,并且也具有各向异性,多晶体具有各向同性;故C错误; D、小草上的露珠呈球形的主要原因是液体表面张力的作用;故D正确; 故选:BD 布朗运动是指固体小颗粒的运动,不是分子的运动; 当两个相邻的分子间距离为r0时,它们间相互作用的引力和斥力大小相等; 分子力做正功时,分子势能减小;分子力做负功时,分子势能增大; 单晶体结构规则且具有各向异性; 液体表面存在表面张力的作用,露珠呈球形. 本题考查布朗运动,分子间的相互作用力、分子势能及单晶体的性质等,均属于选修3-3中的基础内容;要注意准确把握各种现象的本质内容.注意对3-3的全面把握.
5、
【答案】 B C D
【解析】 解:A、将一块晶体敲碎后,得到的小颗粒还是晶体,选项A错误.B、固体可以分为晶体和非晶体两类,有些晶体在不同方向上各向异性,具有不同的光学性质,选项B正确.C、由同种元素构成的固体,可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体,例如石墨和金刚石.选项C正确.D、在合适的条件下,某些晶体可以转变为非晶体,某些非晶体也可以转变为晶体,例如天然石英是晶体,熔融过的石英却是非晶体.把晶体硫加热熔化(温度超过300∘C)再倒进冷水中,会变成柔软的非晶硫,再过一段时间又会转化为晶体硫.所以选项D正确.E、在熔化过程中,晶体要吸收热量,虽然温度保持不变,但是内能要增加.选项E错误 故选:BCD
6、[多选题]
【答案】
【解析】 A、表面层里的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大一些，分子间的相互作用表现为引力，小草上的露珠呈球形的主要原因是液体表面张力的作用。故A正确；
B、悬浮在液体里的固体小颗粒的无规则运动叫布朗运动，故B错误；
C、热量可以在一定的条件下由低温物体传到高温物体，如空调机。故C错误；
D、当分子间距小于r0时，分子力表现为斥力，随着分子间距的增大，分子势能减小，故D正确；
E、分子引力和斥力都随距离的增大两者都减小，随距离的减小都增大，故E正确。
7、
【答案】 （1）CDE（2）25cm
【解析】 暂无解析
8、
【答案】 （1）BDE（2）
【解析】 （1）BDE
（2）以玻璃管内气体为研究对象，设水银柱横截面积为S
初状态：p1＝p0＋ρgh① V1＝LS②
设玻璃管运动稳定时的加速度为a，由牛顿第二定律，得
Mgsinθ－μMgcosθ＝Ma③
mgsinθ＋P0S－P′S＝ma④
则末状态：p2＝p0＋μρghcosθ⑤V2＝L′S⑥
由玻意耳定律，得p1V1＝p2V2⑦
解得⑧
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