专题14 分子动理论与统计观点-高考物理备考中等生百日捷进提升系列

专题14 分子动理论与统计观点
第一部分名师综述
综合分析近几年的高考物理试题发现，试题在考查主干知识的同时，注重考查基本概念和基本规律。

更加注重：
(1)建立宏观量和微观量的对应关系，如分子动能与温度相对应，分子势能与体积相对应，物体的内能与温度、体积、物质的量相对应等；
(2)强化基本概念与基本规律的理解和记忆；
(3)建立统计的观点；
（1）考纲要求
掌握分子动理论的基本内容.2.知道内能的概念.3.会分析分子力、分子势能随分子间距离的变化．
（2）命题规律
高考热学命题的重点内容有：(1)分子动理论要点，分子力、分子大小、质量、数目估算；题型多为选择题和填空题，绝大多数选择题只要求定性分析，极少数填空题要求应用阿伏加德罗常数进行计算(或估算)。

第二部分知识背一背
（1）物体是由大量分子组成的
①多数分子大小的数量级为10－10 m.
②一般分子质量的数量级为10－26 kg.
（2）分子永不停息地做无规则热运动
说明分子永不停息地做无规则运动的两个实例
①扩散现象：由于分子的无规则运动而产生的物质迁移现象．温度越高，扩散越快．
②布朗运动：在显微镜下看到的悬浮在液体中的固体颗粒的永不停息地无规则运动．布朗运动反映了液体内部的分子的无规则运动．颗粒越小，运动越明显；温度越高，运动越剧烈．
（3）分子间存在着相互作用力
①分子间同时存在引力和斥力，实际表现的分子力是它们的合力．
②引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，但斥力比引力变化得快．
(4)温度和内能
①当分子力做正功时，分子势能减小；当分子力做负功时，分子势能增大．
②从分子动理论观点来看，温度是物体分子热运动平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能就越大；反之亦然．注意同一温度下，不同物质分子的平均动能都相同，但由于不同物质的分子质量不尽相同，所以分子运动的平均速率不尽相同。

③决定物体内能的是物体中所含分子的摩尔数、温度和体积三个因素。

第三部分 技能+方法 一、微观量的估算
① 微观量：分子体积V 0、分子直径d 、分子质量m 0.
② 宏观量：物体的体积V 、摩尔体积V m 、物体的质量m 、摩尔质量M 、物体的密度ρ. ③ 关系
(a)分子的质量： A
m A N V N M m ρ==
0 (b)分子的体积：A
A m N M N V V ρ==
0 (c)物体所含的分子数：A m A m N V m N V V N •=•=ρ或A A N M
V N M m N •=•=ρ ④）分子的两种模型：
(a)对于固体、液体，分析分子的直径时，可建立球体模型，分子直径3
6π
V d =。

(b)对于气体，分析分子间的平均距离时，可建立立方体模型，相邻分子间的平均距离为30V d =。

⑤特别提醒
(a)固体和液体分子都可看成是紧密堆积在一起的．分子的体积A
m
N V V =0，仅适用于固体和液体，对气体不适用．
(b)对于气体分子，30V d =的值并非气体分子的大小，而是两个相邻的气体分子之间的平均距离． 二、 布朗运动与分子热运动
①.
②布朗运动不是分子的运动，是液体分子无规则运动的反映．
三、分子间作用力
分子间总是同时存在着相互作用的引力和斥力，“分子力”是引力与斥力的合力．分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小、随分子间距离的减小而增大，但总是斥力变化得较快．如图所示．
(1)当r＝r0时，F引＝F斥，F＝0；
(2)当r<r0时，F引和F斥都随距离的减小而增大，但F引<F斥，F表现为斥力；
(3)当r>r0时，F引和F斥都随距离的增大而减小，但F引>F斥，F表现为引力；
(4)当r>10r0(10－9 m)时，F引和F斥都已经十分微弱，可以认为分子间没有相互作用力(F＝0)
第四部分基础练+测
1．大雾天气是由大量的小水珠漂浮在空气中形成的，而这些小水珠是由空气中的水蒸气在夜晚温度降低的过程中凝结而成的，这些漂浮在空中的小水珠又不停地做无规则运动。

下列说法中正确的是______________。

A．这些小水珠的运动是布朗运动
B．这些小水珠呈小球形是表面张力的原因
C．水蒸气凝结成小水珠后水分子间的斥力消失，引力增大
D．水蒸气凝结成小水珠后水分子的平均动能变小
E. 出现大雾的天气其相对湿度是比较大的
【答案】BDE
【解析】
【详解】
布朗运动是悬浮颗粒的运动，要在显微镜下才能观察到，肉眼不能直接见到，故A错误；小水珠呈小球形是由于液体表面张力的原因引起的，故B正确；水蒸气凝结成小水珠分子间距变小，所以分子间的引力、斥力都变大，故C错误；水蒸气在凝结成小水珠的过程中要释放能量，温度降低，故水蒸气凝结成小水珠后水分子的平均动能变小，故D正确。

在出现大雾的天气时，空气中的相对湿度是比较大的，故E正确。

2．下列说法中正确的是：
A．水与酒精混合后的总体积小于混合前两者体积之和，说明水与酒精分子间均存在间隙
B．在一锅水中撒一些胡椒粉，加热一段时间后发现水中的胡椒粉在不停翻滚，说明温度越高，布朗运动越剧烈
C．某些细小的昆虫能够在水面上自由运动而不下沉，说明水的表面具有张力作用
D．冰块打碎后具有各种不同的形状，说明冰不是晶体
E. 当人们感觉到很潮湿时，空气的相对湿度一定很大
【答案】ACE
【解析】
【详解】
A．水与酒精混合后的总体积小于混合前两者体积之和，说明水与酒精分子间均存在间隙，选项A正确；B．一锅水中撒一点胡椒粉，加热时发现水中的胡椒粉在翻滚是水的对流引起的，不是布朗运动，故B错误；C．某些细小的昆虫能够在水面上自由运动而不下沉，说明水的表面具有张力作用，选项C正确；
D．区分是不是晶体要看是否具体确定的熔点，冰具有确定的熔点，是晶体。

故D错误；
E．当人们感觉到很潮湿时，空气的相对湿度一定很大，选项E正确.
3．下列说法中正确的是________
A．古往今来许多人想制造第一类永动机都不可避免地失败了，因为第一类永动机违背了能量转化与守恒定律
B．布朗运动就是液体分子的热运动
C．热天自行车轮胎容易爆胎，是因为胎内气体的压强随温度升高而增大的缘故
D．气体从外界吸收热量，其内能一定会增加
E. 温度相同，氢气和氧气分子的平均动能相同，但氢气分子的平均速率更大
【答案】ACE
【解析】
【详解】
根据能量转化与守恒定律可知第一类永动机是不可能成功的，A正确。

布朗运动是悬浮在液体中的颗粒的无规则运动，不是液体分子本身的运动，B错。

热天自行车轮胎内气体的温度会随环境温度升高而升高，而车胎的体积几乎不变，根据气态方程可知，气体压强必增大，容易导致轮胎爆胎，C正确。

根据热力学第一定律ΔU=W+Q，气体吸收热量为Q，若此过程还对外做功，则内能可能减小，也可能增加，D错误。

温度是气体分子平均动能的标志，温度相同，平均动能则相同，而氢气分子的质量较小，故其平均速率较大，E正确.
4．下列说法正确的是
A．一定质量的气体,在体积不变时,分子每秒钟与嚣壁均碰次数随着温度降低而减少
B．晶体熔化时吸收热量,分子平均动能一定增大
C．干湿泡温度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度
D．外界对气体做功时,其内能一定会增大
E. 生产半导体器件时,需要在纯净的半导体材料中掺入其他元素,可以在高温条件下利用分子的扩散来完成【答案】ACE
【解析】
【详解】
A、一定量的气体，在体积不变时，温度降低，压强减小，根据气体压强原理知道分子每秒平均碰撞次数也减小，故选项A正确；
B、晶体都有固定的熔点，晶体熔化时温度不变，分子平均动能不变，故选项B错误；
C、干湿泡温度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度，是因为湿泡外纱布中的水蒸发吸热，故选项C正确；
D、根据热力学第一定律可知，当外界对气体做功的同时，对外放热，其内能可能会增大，也可能减小，也可为不变，故选项D错误；
E、生产半导体器件时，需要在纯净的半导体材料中掺入其他元素，可以在高温条件下利用分子的扩散来完成，故选项E正确；
5．空气能热水器采用“逆卡诺”原理，工作过程与空调相反，能将空气中免费热量搬到水中进行制热，即使在南极也有良好表现，高效节能，是广东在世界领先的核心技术。

如图，一定质量的理想气体从状态A 依次经过状态B、C和D后再回到状态A。

其中，A → B和C → D为等温过程，B → C和D → A为绝热过程。

该循环过程中，下列说法正确的是（）
A．A → B过程中，外界对气体做功
B．B → C过程中，气体分子的平均动能减小
C．C → D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多
D．D → A过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化
E. A → B过程中，气体从外界空气吸收大量热能
【答案】BCE
【解析】
【详解】
A → B过程中，体积变大，则气体对外界做功，因温度不变，内能不变，则气体从外界吸热，选项A错误，E正确；
B → C过程中，温度降低，则气体分子的平均动能减小，选项B正确；
C → D过程中，气体的压强变大，温度不变，分子平均速率不变，则气体分子对器壁的平均碰撞力不变，但是由于气体体积减小，
气体的密度增加，则单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，导致气体压强变大，选项C正确；D → A 过程中，由于气体的温度升高，则气体分子的速率分布曲线要发生变化，选项D错误；
6．表中数据是某地区1-6月份气温与气压的对照表：
6月份与1月份相比较,下列说法正确的是（）
A．空气中每个气体分子无规则热运动速度加快了
B．空气中气体分子的平均动能增加了
C．单位时间内空气分子对地面单位面积的撞击次数增加了
D．单位时间内空气分子对地面单位面积的撞击次数减少了
E. 速率大的空气分子比例较多
【答案】BDE
【解析】
【详解】
AB．6月份与1月份相比较，平均气温升高，空气中气体分子的平均动能增加了，但非每个气体分子无规则热运动速度都加快了，选项A错误，B正确；
CD．温度身高，每个分子对地面单位面积的碰撞力增加，但是由于压强减小，则单位时间内空气分子对地面单位面积的撞击次数减少了，选项C错误，D正确；
E．因平均速率变大，则速率大的空气分子比例较多，选项E正确；
7．下列说法中正确的是
A．一定质量的理想气体，其内能随着温度升高而增大
B．当分子间距r＞r0时，分子间的引力随着分子间距的增大而增大，分子间的斥力随着分子间距的增大而减小，所以分子力表现为引力
C．第一类永动机和第二类永动机研制失败的原因是违背了能量守恒定律
D．一定质量的理想气体在等压膨胀过程中，一定从外界吸收热量
E. 一定质量的单晶体在熔化过程中，分子势能一定增大
【答案】ADE
【解析】
【详解】
理想气体的内能只考虑分子动能，温度升高，分子动能增加，因此内能随着温度的升高而增加；A正确；分子间的引力和斥力都随着距离的增加而减小，随着距离的减小而增加，只是斥力变化的比引力快，故B错误；第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动机违反了能量的传递具有方向性；C错误；理想气体等压膨胀，体积增大，气体对外做功，温度升高气体的内能增加，由热力学第一定律可知气体需要从外界吸
收能量，故D正确；单晶体熔化过程温度不变其分子动能不变，熔化过程需要吸收热量故其分子势能增加，E正确。

8．下列说法正确的是__________
A．液体的饱和汽压随温度的升高而增大
B．温度相同的氮气和氧气的分子平均动能相同
C．做加速运动的物体，由于速度越来越大，因此物体分子的平均动能也越来越大
D．水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠，而在干净的玻璃板上却不能，这是油脂使水的表面张力增大的缘故
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温度都有关
【答案】ABE
【解析】
【详解】
A、温度越高，蒸发越快，故液体的饱和汽压随温度的升高而增大，故选项A正确；
B、温度是分子热运动平均动能的标志，故温度相同的氢气和氧气的分子平均动能也相同，故选项B正确；
C、做加速运动的物体，由于速度越来越大，物体分子的平均动能不一定增大，因为分子的平均动能是由温度决定，和物体的宏观运动无关，故选项C错误；
D、水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠，而在干净的玻璃板上却不能，是由于水浸润玻璃，但不浸润涂油的玻璃，故选项D错误；
E、气体压强取决于分子的数密度和分子热运动的平均动能的大小，故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温度都有关，故选项E正确；
故选选项ABE。

9．住在海边的小明，跟几个朋友自驾去某高原沙漠地区游玩，下列相关说法正确的是
A．出发前给汽车轮胎充气，气压不宜过高，因为汽车高速行驶时胎压会增大
B．小明在下雨时发现，雨水流过车窗时留有痕迹，说明水对玻璃是浸润的
C．到了高原地区，小明发现，尽管气温变化不大，但车上带的矿泉水瓶变得更鼓胀了，这是瓶内空气压强变大的缘故
D．小明发现在晴天大风刮起时，沙漠会黄沙漫天，海上不会水雾漫天，这是因为水具有表面张力的缘故E. 白天很热时，开空调给车内降温，此时空调机从车内吸收的热量多于向车外排放的热量
【答案】ABD
【解析】
【详解】
出发前给汽车轮胎充气，气压不宜过高，因为汽车高速行驶时，温度会升高，由气态方程可得，胎压会增大，选项A正确；雨水流过车窗时留有痕迹，说明水对玻璃是浸润的，选项B正确；高原地区，气压较低，瓶内的气体压强会大于瓶外的压强使得车上带的矿泉水瓶变得更鼓胀了，选项C错误；在晴天大风刮起时，
沙漠会黄沙漫天，海上不会水雾漫天，这是因为水具有表面张力的缘故，选项D正确；白天很热时，开空调给车内降温，因空调本身也要产生热量，则此时空调机从车内吸收的热量少于向车外排放的热量，选项E 错误.
10．下列说法正确的是___________
A．分子间距离减小时分子势能一定减小
B．即使水凝结成冰后，水分子的热运动也不会停止
C．将一块晶体敲碎，得到的小颗粒也是晶体
D．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
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
【答案】BCD
【解析】
【详解】
当分子间的距离大于r0时，分子间的距离减小分子间的势能减小，当分子间的距离小于r0时，分子间的距离减小分子间的势能增大，A错误；
只要温度高于绝对零度，分子间就一直有热运动，因此水结成冰分子间的热运动也不会停止，B正确；
将一块晶体敲碎不改变其性质，因此还是晶体，C正确；
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是对的，如石墨和金刚石，D 正确；
晶体在融化过程中吸热温度保持不变但是其分子势能发生了变化，内能是分子势能和分子动能组成的，因此其内能发生变化，E错误。

11．以下说法正确的是__________
A．气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，仅与单位体积内的分子数有关
B．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
C．悬浮在液体中的微粒运动的无规则性，间接地反映了液体分子运动的无规则性
D．当分子间的引力和斥力平衡时，分子势能最小
E. 若一定质量的理想气体温度升高，则气体分子的平均动能一定增大
【答案】CDE
【解析】
【详解】
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和温度有关，单位体积内的分子数越多碰撞次数越多，分子的平均动能越大，单位时间碰撞次数越多，而温度又是分子平均动能的标志，故A错误；
B、在熔化过程中，晶体固液共存，吸热但温度并不增加，分子平均动能不变，但分子势能增加，即内能发生变化，故B错误；
C、在液体中微粒的无规则运动是布朗运动，并不是分子运动，但微粒运动的无规则性，间接反映了液体分子运动的无规则性，故C正确；
D、根据分子力做功与分子势能关系可知，当分子间的引力和斥力平衡时，分子势能最小，故D正确；
E、温度是分子的平均动能的标志，气体的温度升高，气体分子的平均动能一定增大，故E正确。

12．下列说法中正确的是
A．温度相同的氢气和氮气，氢气分子比氮气分子的平均速率大
B．夏天荷叶上水珠呈球形，是由于液体表面张力使其表面积收缩的缘故
C．当理想气体的体积增加时，气体的内能一定增大
D．将碳素墨水滴入清水中，观察到布朗运动是碳分子的无规则运动
E. 容器内一定质量的理想气体体积不变，温度升高，则单位时间内撞击容器壁的分子数增加
【答案】ABE
【解析】
【详解】
温度相同的氢气和氮气，分子平均动能相同，由于氢气分子质量小于氮气分子质量，则氢气分子比氮气分子的平均速率大，选项A正确；夏天荷叶上水珠呈球形，是由于液体表面张力使其表面积收缩的缘故，选项B正确；当理想气体的体积增加时，气体对外做功，由于不知吸热放热情况，则不能确定气体的内能的变化情况，选项C错误；将碳素墨水滴入清水中，观察到布朗运动是碳颗粒的无规则运动，选项D错误；容器内一定质量的理想气体体积不变，则气体密度不变，温度升高，分子平均速率增加，则单位时间内撞击容器壁的分子数增加，选项E正确。

13．下列说法正确的是___________。

A．温度相同的物体，内能不一定相等
B．布朗运动是指在显微镜下观察到的液体分子的无规则运动
C．所有晶体都有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点
D．液体表面层分子的分布比内部稀疏，分子力表现为引力
E. 若不考虑分子势能，则质量、温度都相同的氢气和氧气内能相等
【答案】ACD
【解析】
【详解】
A、温度相同的物体，分子平均动能相同，但是物体的内能还与分子的数目有关，故内能不一定相等，故A 正确；
B、布朗运动时悬浮在液体中的小颗粒的运动，是液体分子无规则运动的反映，但不是液体分子的运动，故B错误；
C、区分晶体与非晶体要看有没有确定的熔点，可知所有晶体都有确定的熔点，所有非晶体都没有确定的熔点，故C正确；
D、与气体接触的液体表面层的分子间距离大于液体内部分子间距离，液体表面层的分子间同时存在相互作用的引力与斥力，但由于分子间的距离大于分子的平衡距离r0，分子引力大于分子斥力，分子力表现为引力，故D正确；
E、不考虑分子势能，则质量、温度相同的氢气和氧气的分子热运动的平均动能相同，但由于氢气分子的分子数多，故是氢气的内能大，故E错误；
14．下列说法正确的是___________
A．人们可以采用某种方式阻止分子热运动
B．两分子间的距离由处于平衡位置时的距离r逐渐增大至无穷远处的过程中，分子力先增大再减小C．a、b两物体的机械能相等，它们的内能也相等
D．气体的压强与气体分子的平均动能和分子的密集程度有关
E. 液晶具有一定的流动性和光学各向异性
【答案】BDE
【解析】
【详解】
A、分子永不停息地无规则运动是的分子运动的特性引起的，不能采用人为的方式阻止分子热运动，故选项A错误；
B、两个分子间的距离由r0逐渐增大至无穷远处的过程中，分子力先增大到某个最大值后再减小到零，故选项B正确；
C、机械能和内能是两个完全不同的概念，.物体的内能与机械能没有必然的联系，故选项C错误；
D、根据气体压强的微观解释知，气体的压强与气体分子的平均动能和分子的密集程度有关，故选项D正确；
E、液晶具有一定的流动性和光学各向异性，故选项E正确；
说法正确的是选BDE。

15．下列关于内能的说法正确的是______
A．系统的内能是由系统的状态决定的
B．不计分子之间的分子势能，质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能
C．1 g 100℃水的内能小于1 g100℃水蒸气的内能
D．内能少的物体也可以自发地将一部分内能转移给内能多的物体。

E. 理想气体在绝热膨胀的过程中，内能一定减小
【答案】ACD
【解析】
【详解】
内能是指物体内部的所有分子做无规则的运动所具有的分子动能和分子势能的总和，系统的内能是由系统的状态决定的，A正确；
温度相同，则分子的平均动能相同，但是质量相同的氢气和氧气的分子数不相同，因此不具有相同的内能，
B错误；
相同温度下的水变成水蒸气需要吸收热量，因此100°C的水的内能小于100°C的水蒸气的内能，C正确；
内能包含分子势能和分子动能，内能少的温度可能高，内能多的物体可能温度低，温度高就会发生热传递将内能传递给温度低的物体，D正确；
在真空中发生绝热膨胀即不对外做功也没有热传递，因此内能不变，E错误。

16．下列说法正确的是。

气体吸热后，温度一定升高热量不可能自发地从低温物体传到高温物体分子势能随分子距离的增大，可能先减小后增大气体压强的大小跟气体分子的平均动能、分子的密集程度有关单晶体和多晶体的物理性质是各向异性的，非晶体是各向同性的
【答案】BCD
【解析】
【详解】
A、气体吸热后，若再对外做功，温度一定升高，故A错误；
B、根据热力学第二定律热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，故B正确；
C、由于分子之间的距离比较大时，分子之间的作用力的引力，而分子之间的距离比较小时，分子之间的作用力的斥力，所以分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大，故C正确；
D、气体对容器壁的压强是由于大量气体分子对器壁碰撞作用产生的，压强的大小跟气体分子的平均动能、分子的密集程度有关，故D正确；
E、单晶体的物理性质是各向异性的，非晶体和多晶体是各向同性的，故E错误；
说法正确的是选BCD。

17．下列说法正确的有()
A．物体吸收的热量能通过做功全部转化为机械能而不引起其它变化
B．液晶具有流动性，其光学性质具有各向异性的特点
C．密封在体积不变的容器中的气体温度升高，气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大
D．只要知道气体的摩尔体积和阿伏伽德罗常数，就可以算出气体分子的体积
E. 1g水中所含的分子数目远大于地球的总人口数
【答案】BCE
【解析】
【详解】
A、由热力学第二定律知内能不能全部转化为机械能而不引起其它变化，故A错误；
B、液晶可以像液体一样流动(流动性)，但它的分子却是像道路一样取向有序的(各向异性)，故B正确
=恒量，可得体积不变温度升高，压强增大，故C正确
C、根据理想气体状态方程PV
T
D、气体分子间按距离很大，分子间都是空的，无法计算气体分子的体积，故D错误
E、1g水中所含的分子数目约为3.3×1022个远远大于60亿(6×109)地球的总人口数，故E正确。