高中物理 模块高考热点透视 鲁科版选修33

模块高考热点透视
1．此部分内容常以选择题形式考查，出现在某个选项中，热点集中在分子热运动、布朗运动、分子间作用力，微观量的计算．难度较低．
2．(1)布朗运动与分子运动的关系问题
①关于布朗运动，要注意以下几点：
a．形成条件是固体颗粒足够小，很难直接用肉眼观察，一般都是在显微镜下观察的．b．观察到的是固体颗粒的无规则运动，反映的是液体分子运动的无规则性．
c．温度越高，布朗运动越剧烈，说明温度越高，液体分子的无规则运动越剧烈．
②分子运动是看不见的，布朗运动虽然不是分子运动，但是可以间接证明分子永不停息地做无规则运动．
(2)分子势能与分子间距离(r)的关系
①当r＞r0时，分子间作用力表现为引力，分子间距离增大时，分子力做负功，分子势能增大，反之减小．
②当r＜r0时，分子间作用力表现为斥力，分子间距离减小时，分子力做负功，分子势能增大，反之减小．
③当r＝r0时，分子力为零，分子势能最小，但不一定为零(这与零势能面的选取有关)．
图1
④分子势能曲线(设r→∞处势能为零)如图1所示．
(3)温度、内能、热量间的关系
①温度是描述物体热运动状态的基本参量之一，是大量分子热运动的集体表现，是物体大量分子的平均动能的标志，对个别分子讲温度无意义．温度高表明分子的平均动能大，但此时物体内部也存在着动能很小的分子．不同物质的物体，如果温度相同，则它们的分子的平均动能相同；但由于它们的分子质量不同，所以分子的平均速率不同．还要注意，分子的平均动能与宏观上物体的运动速度无关．
②内能是物体内所有分子动能和势能的总和，内能多的物体温度未必高，温度高的物体内能也未必一定多，热能则是内能的一种通俗而不确切的说法．
③热量是指热传递过程中内能的改变量，物理学中用它来量度热传递过程中内能转移的能量．一个物体的内能多少是无法测定的，而某过程中内能的转移量是可以测量的，热量就是用来测定内能变化的物理量．
(2012·海南单科)两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图2中曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为r0.相距很远的两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近．若两分子相距无穷远时分子势能为零，下列说法正确的是________(填入正确选项前的字母．)
图2
A．在r＞r0阶段，F做正功，分子动能增加，势能减小
B．在r＜r0阶段，F做负功，分子动能减小，势能也减小
C．在r＝r0时，分子势能最小，动能最大
D．在r＝r0时，分子势能为零
E．分子动能和势能之和在整个过程中不变
【解析】由E p－r图可知：
在r＞r0阶段，当r减小时F做正功，分子势能减小，分子动能增加，故选项A正确．在r＜r0阶段，当r减小时F做负功，分子势能增加，分子动能减小，故选项B错误．在r＝r0时，分子势能最小，动能最大，故选项C正确．
在r＝r0时，分子势能最小，但不为零，故选项D错误．
在整个相互接近的过程中分子动能和势能之和保持不变，故选项E正确．
【答案】ACE
1．如果M 表示摩尔质量，m 表示分子质量，V 0表示分子的体积，V m 表示摩尔体积，N A 表示阿伏伽德罗常数，n 0表示单位体积的分子数，ρ表示物质密度．那么，反映这些量之间关系的下列各式中，正确的是( )
A ．V m ＝M ρ
B ．m ＝ρV 0
C ．N A ＝V m
V 0
D ．ρ＝n 0M N A
【解析】 固体和液体分子可看成紧密堆集在一起的，分子的体积V 0＝V m N A
，仅适用于固体和液体，对气体不适用．对于气体分子，由于气体分子间绝大部分是空隙，d ＝3
V 0的值并非气体分子的大小，而是相邻的两个气体分子之间的平均距离，由于本题没有指明是固体、液体还是气体，上面的四个表达中，A 、D 对任何形式的物质都适用，B 、C 只对固体和液体适用，对气体不适用．
【答案】 AD
2．下列关于分子和分子热运动的说法中正确的是( )
A ．用显微镜观察液体中悬浮微粒的布朗运动，观察到的是微粒中分子的无规则运动
B ．分子a 只在分子力作用下从远处由静止开始靠近固定不动的分子b ，当a 受到的分子力最大时，a 的动能一定最大
C ．气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子的平均动能增大，撞击器壁时对器壁的作用力增大，从而气体的压强一定增大
D ．当分子力表现为引力时，分子势能随分子间距离的增大而增大
【解析】 观察到的是微粒的运动，不是分子，故A 错．当a 的动能最大时，分子力为零，故B 错．气体压强取决于温度与体积，故C 错．
【答案】 D
3．下列说法中正确的有( )
A ．0 ℃的冰变成0 ℃的水时，体积变小，分子间势能变小
B ．橡皮条拉伸时，分子间势能增加
C ．物体体积变化时，分子间势能会变化
D ．把液体内的两个分子压缩到不能再压缩，此过程中分子间势能先变小后变大 【解析】 0 ℃水变成0 ℃水时，体积变小，吸热分子间势能变大，故A 错． 【答案】 BCD
1．固体、液体以选择题形式出现，气体实验定律多以计算题形式出现，通常是一个小综合题，难度适中，其中气体实验定律是3－3中的重点，必考内容．
2．(1)固体
①固体可分为晶体和非晶体，晶体又可分为单晶体和多晶体．
a．同一种物质在不同的条件下可能是晶体也可能是非晶体．
b．晶体中的单晶体具有各向异性，但不是在各种物理性质上都表现出各向异性．
(2)液体
①液体的性质
液体的宏观性质包括：
a．液体具有一定的体积，不易被压缩．
b．液体没有一定的形状，具有流动性．
c．液体在物理性质上表现为各向同性．
②液体的微观结构特点
液体的微观结构特点有三个：
a ．分子间的距离很小．
b ．液体分子间的相互作用力很大．
c ．分子的热运动特点表现为振动与移动相结合． ③表面张力
液体表面层的特点：
a ．表面层的位置处在与气体接触处．
b ．表面层中的分子要比液体内部稀疏些，即表面层中液体分子间的距离比液体内部的大一些，在表面层中分子间的相互作用表现为引力，使液面各部分分子间产生相互吸引的表面张力．
液体温度越高，表面张力越小；当液体中溶有杂质时，表面张力变小；液体的密度越大，表面张力越大．
④毛细现象
浸润液体在细管里升高的现象和不浸润液体在细管里降低的现象，叫毛细现象． (3)液晶
①液晶是一种特殊的物质状态，介于固体和液体之间，其产生可用图示表示：晶体――→加热
液晶――→加热液体.
②物理性质
a ．具有液体的流动性．
b ．具有晶体的光学各向异性．
c ．在某个方向上看其分子排列比较整齐，但从另一个方向看，分子的排列是杂乱无章的． ③液晶的应用
a ．液晶显示器：用于电子手表、计算器、微电脑等．
b ．利用温度改变时，液晶颜色会发生改变的性质来探测温度．
c ．在电子工业、航空、生物医学等领域应用广泛． (4)理想气体状态方程
①一定质量的理想气体，p 、T 、V 三者的关系是pV T
＝C ，C 是一个定值． ②气体实验定律可看成理想气体状态方程的特例 当m 不变，T 1＝T 2时，p 1V 1＝p 2V 2——玻意耳定律．
当m 不变，V 1＝V 2时，p 1T 1＝p 2T 2——查理定律．
当m 不变，p 1＝p 2时，V 1T 1＝V 2
T 2
——盖·吕萨克定律．
(5)饱和汽与饱和汽压
液体处于动态平衡的蒸汽叫做饱和汽；没有达到饱和状态的蒸汽叫未饱和汽．在一定温度下，饱和汽的分子数密度是一定的，因而饱和汽的压强也是一定的，这个压强叫做这种液体的饱和汽压．饱和汽压随温度升高而增大．
(6)相对湿度
空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比叫做空气的相对湿度．即相对湿度(B )＝水蒸气的实际压强p 同温下水的饱和汽压p s
×100%.
(2012·山东高考)(1)以下说法正确的是________．
a．水的饱和汽压随温度的升高而增大
b．扩散现象表明，分子在永不停息地运动
c．当分子间距离增大时，分子间引力增大，分子间斥力减小
d．一定质量的理想气体，在等压膨胀过程中，气体分子的平均动能减小
图3
(2)如图3所示，粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U型管竖直放置，右端与大气相通，左端封闭气柱长l1＝20 cm(可视为理想气体)，两管中水银面等高．现将右端与一低压舱(未画出)接通，稳定后右管水银面高出左管水银面h＝10 cm.(环境温度不变，大气压强p0＝75 cmHg)
①求稳定后低压舱内的压强(用“cmHg”作单位)；
②此过程中左管内的气体对外界________(填“做正功”“做负功”或“不做功”)，气体将________(填“吸热”或“放热”)．
【解析】(1)饱和汽压随温度的升高而增大，选项a正确；扩散现象说明分子在永不停息地运动，选项b正确；当分子间距离增大时，分子间引力和斥力都减小，选项c错误；根
据V
T
＝C知，一定质量的理想气体，在等压膨胀时，温度升高，分子的平均动能增大，选项d
错误．
(2)①设U型管横截面积为S，右端与大气相通时左管中封闭气体压强为p1，右端与一低
压舱接通后，左管中封闭气体的压强为p2，气柱长度为l2，稳定后低压舱内的压强为p.左管中封闭气体发生等温变化，根据玻意耳定律得“
p1V1＝p2V2①
p1＝p0②
p2＝p＋p h③
V1＝l1S④
V2＝l2S⑤
由几何关系得h＝2(l2－l1)⑥
联立①②③④⑤⑥式，代入数据得p＝50 cmHg
②左管内气体膨胀，气体对外界做正功，温度不变，ΔU＝0，根据热力学第一定律，ΔU ＝Q＋W且W＜0，所以Q＝－W＞0，气体将吸热．
【答案】(1)ab (2)①50 cmHg ②做正功吸热
4．我国“蛟龙”号深海探测船载人下潜超过七千米，再创载人深潜新纪录．在某次深潜实验中，“蛟龙”号探测到990 m深处的海水温度为280 K．某同学利用该数据来研究气体状态随海水深度的变化．如图4所示，导热良好的气缸内封闭一定质量的气体，不计活塞的质量和摩擦，气缸所处海平面的温度T0＝300 K，压强p0＝1 atm，封闭气体的体积V0＝3 m3，如果将该气缸下潜至990 m深处，此过程中封闭气体可视为理想气体．
图4
(1)求990 m深处封闭气体的体积(1 atm相当于10 m深的海水产生的压强)．
(2)下潜过程中封闭气体________(填“吸热”或“放热”)，传递的热量________(填“大于”或“小于”)外界对气体所做的功．
【解析】 (1)当气缸下潜至990 m 时，设封闭气体的压强为p ，温度为T ，体积为V ，由题意可知p ＝100 atm ①
根据理想气体状态方程得
p 0V 0T 0＝pV T
② 代入数据得
V ＝2.8×10－2 m 3③ (2)放热；大于．
【答案】 (1)2.8×10－2 m 3
(2)放热 大于
5．如图5甲所示，内壁光滑的导热汽缸竖直浸放在盛有冰水混合物的水槽中，用不计质
量的活塞封闭压强为1.0×105 Pa 、体积为2.0×10－3 m 3
的理想气体．现在活塞上方缓慢倒上沙子，使封闭气体的体积变为原来的一半，然后将汽缸移出水槽，缓慢加热，使气体温度变为127 ℃.
甲 乙
图5
(1)求汽缸内气体的最终体积；
(2)在p －V 图上画出整个过程中汽缸气体的状态变化．
【解析】 (1)在活塞上方倒沙子的过程中，温度保持不变，对气体，由玻意耳定律得：
p 0V 0＝p 1V 1，代入数据，得p 1＝p 0V 0
V 1
＝2.0×105 Pa.
在缓慢加热到127 ℃的过程中，气体压强保持不变，由盖—吕萨克定律得：V 1/T 0＝V 2/T 2，代入数据得V 2＝V 1T 2T 0＝1.5×10－3 m 3
.
(2)如图所示．
【答案】 (1)1.5×10－3 m 3 (2)见解析
6．如图6所示，汽缸放置在水平台上，活塞的质量为5 kg ，面积为25 cm 2，厚度不计，
汽缸全长25 cm ，大气压强为1×105 Pa ，当温度为27 ℃时，活塞封闭的气柱长10 cm ，若
保持气体温度不变，将汽缸缓慢竖起倒置．(g 取10 m/s 2)
图6
(1)汽缸倒置过程中，下列说法中正确的是( )
A ．单位时间内汽缸单位面积上气体分子撞击的次数增多
B ．单位时间内汽缸单位面积上气体分子撞击的次数减少
C ．吸收热量，对外做功
D ．外界气体对缸内气体做功，放出热量
(2)求汽缸倒置后气柱的长度；
(3)汽缸倒置后，温度升至多高时，活塞刚好接触平台(活塞摩擦不计)?
【解析】 (1)对活塞进行受力分析，开始状态：mg ＋p 0S ＝p 1S ，倒置后：mg ＋p 2S ＝p 0S ，所以p 2＜p 1；由于气体温度不变，所以，单位时间内汽缸单位面积上气体分子撞击的次数减少，故B 正确．气体的体积增大，气体对外做功，而气体的温度不变，即内能不变，所以气
体将从外界吸收热量，故C 正确．
(2)因1→2状态为等温变化，有p 1＝p 0＋mg S ＝1.2×105 Pa ，p 2＝p 0－mg S ＝0.8×105
Pa ，l 1＝10 cm ，由p 1l 1＝p 2l 2，得l 2＝15 cm.
(3)因2→3状态为等压变化，且T 2＝T 1＝300 K ，l 2＝15 cm ，l 3＝25 cm ，
由V 2T 2＝V 3T 3，得T 3＝V 3V 2T 2＝l 3l 2
T 2＝500 K(或t ＝227 ℃)． 【答案】 (1)BC (2)15 cm (3)227 ℃
1．热力学第一定律、热力学第二定律是考查的重点，主要注意运用热力学第一定律分析问题以及求解一些小计算题．考查形式为选择、计算．难度较低．
2．(1)热力学第一定律
①内容：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． ②公式：ΔU ＝W ＋Q .
③理解：a.外界对物体做功W ＞0，反之W ＜0.
b ．物体从外界吸热Q ＞0，反之Q ＜0.
c ．ΔU ＞0，内能增加；ΔU ＜0，内能减少．
(2)热力学第二定律
热力学第二定律有多种等价的表述：
表述一：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．
表述二：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． 此定律说明：第二类永动机是无法制成的，并且能量守恒的热力学过程具有方向性．
(3)能量守恒定律
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化和转移的过程中其总量不变．
(2012·浙江高考)一定质量的理想气体，状态从A →B →C →D →A 的变化过程可用如图7所示的P －V 图描述，图中p 1、p 2、V 1、V 2和V 3为已知量．
图7
(1)气体状态从A 到B 是________过程(填“等容”、“等压”或“等温”)；
(2)状态从B 到C 的变化过程中，气体的温度________(填“升高”、“不变”或“降低”)；
(3)状态从C 到D 的变化过程中，气体________(填“吸热”或“放热”)；
(4)状态从A →B →C →D 的变化过程中，气体对外界所做的总功为________．
【解析】 (1)A →B ，对应压强值恒为p 2，等压． (2)B →C ，由pV T
＝恒量，V 不变，p 减小，T 降低．
(3)C →D ，由pV T
＝恒量，p 不变，V 减小，可知T 降低，V 减小，外界对气体做功，T 降低，内能减小，由ΔU ＝W ＋Q 可知C →D 过程放热．
(4)A →B ，气体对外界做功W AB ＝p 2(V 3－V 1)
B →
C ，V 不变，气体不做功
C →
D ，V 减小，外界对气体做功W CD ＝－p 1(V 3－V 2)
状态从A →B →C →D 的变化过程中，气体对外界做的总功W ＝W AB ＋W BC ＋W CD ＝p 2(V 3－V 1)－p 1(V 3－V 2)．
【答案】 (1)等压 (2)降低 (3)放热 (4)p 2(V 3－V 1)－p 1(V 3－V 2)
7．关于热力学定律，下列说法中正确的是( )
A ．在一定条件下物体的温度可以降到0 K
B ．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功
C ．吸收了热量的物体，其内能一定增加
D ．压缩气体总能使气体的温度升高
【解析】 0 K 是低温的极限，任何物体的温度只能接近而不能达到，所以A 错误；根据热力学第二定律，物体不可能从单一热源吸收热量全部用来对外做功而不产生其他影响，但在“产生其他影响的情况”下，也可以将从单一热库吸收的热量全部用于做功，所以B 正确；内能的改变与热传递和做功同时有关，所以C 、D 错误．
【答案】 B
8．飞机通常在万米高空中飞行，而舱外气温一般在零下50 ℃以下．此时高空中的大气压(约为0.5标准大气压)比舱内气压小得多，要使舱内获得新鲜空气，必须使用空气压缩机将舱外的空气压进来，而在这个过程中，空气压缩机对空气做功，温度升高，如果没有其他设施，舱内气温可以达到50 ℃左右，实际上飞机是通过空调的作用使舱内产生温暖如春的环境．根据材料信息判断下列相关说法中正确的是 ( )
A ．飞机舱内维持正常温度时，压缩机压缩气体做的功与空调向舱外散失的热量相等
B ．冰雹在天空中降落的过程中，内能增加量大于吸收的热量
C ．在地面上温度为30 ℃的气团，升入万米高空后，体积约增大2倍
D ．气团在上升过程中内能的减少量等于气团对外界做的功
资料说明：通常将温度和压强都相同的一部分气体作为研究对象，称之为气团．气团的直径约为几千米，由于气团很大，边缘部分和外界的热交换对整个气团没有什么影响，即Q ＝0，由热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q ，气团的内能增减只与外界对它做功的多少或它对外界做功的多少有关，即ΔU ＝W .由于变热的气团在上升的过程中膨胀，因而要推挤周围的空气做功，这样气团的内能就要减少，温度就要降低，故越高的地方气体温度越低．
【解析】 由于飞机舱内维持正常温度时比外界温度高，所以有热量通过舱壁向外散热，故可知压缩机压缩气体做的功要大于空调向舱外散失的热量，则A 错误；冰雹在天空中降落的过程中，周围环境温度升高，同时有重力对其做功，故其内能增加量大于从周围环境吸收的热量，则B 正确；对于选项C ，根据材料可知，气团在地面的状态参量为：p 1＝p 0，V 1＝V 0，
T 1＝303 K ，在高空中的状态参量为：p 2＝0.5p 0，T 1＝223 K ，由p 1V 1T 1＝p 2V 2T 2
得：V 2≈1.5V 0，则C 错误；根据材料可知，气团上升的过程是个绝热的过程，故气团内能的减少量等于气团对外界做的功，则D 正确．
【答案】 BD
9．一定质量的非理想气体(分子间的作用力不可忽略)，从外界吸收了4.2×105 J 的热
量，同时气体对外做了6×105 J的功，则：
(1)气体的内能________(填“增加”或“减少”)了，其变化的量的大小为________J.
(2)气体的分子势能________(填“增加”或“减少”)．
(3)分子平均动能如何变化？
【解析】(1)因气体从外界吸收热量，所以Q＝4.2×105 J，气体对外做功6×105 J，则外界对气体做功W＝－6×105 J，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，得ΔU＝－1.8×105 J，所以物体的内能减少了1.8×105 J.
(2)因为气体对外做功，体积膨胀，分子间距离增大了，分子力做负功，气体的分子势能增加了．
(3)因为气体内能减少了，而分子势能增加了，所以分子平均动能必然减少了，且分子平均动能的减少量一定大于分子势能的增加量．
【答案】(1)减少 1.8×105(2)增加(3)见解析。