2019年高考物理一轮规范练习：第13章 第1讲　分子动理论　热力学定律(含解析)

配餐作业　分子动理论　热力学定律

见学生用书P383

A组·基础巩固题

1．(多选)关于扩散现象，下列说法正确的是(　　)

A．温度越高，扩散进行得越快

B．扩散现象是由物质分子无规则运动产生的

C．扩散现象在气体、液体和固体中都能发生

D．液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的

解析　扩散现象是分子无规则热运动的反映，B项正确、D项错误；温度越高，分子热运动越激烈，扩散越快，A项正确；气体、液体、固体的分子都在不停地进行着热运动，扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，C项正确。

答案　ABC

2．(多选)下面关于分子力的说法正确的是(　　)

A．铁丝很难被拉长，这一事实说明铁分子间存在引力

B．水很难被压缩，这一事实说明水分子间存在斥力

C．将打气管的出口端封住，向下压活塞，当空气被压缩到一定程度后很难再压缩，这一事实说明这时空气分子间表现为斥力

D．磁铁可以吸引铁屑，这一事实说明分子间存在引力

解析　逐项分析：原来分子间距r等于r0，拉长时r>r0，表现为引力，A项对；压缩时r<r0，表现为斥力，B项对；压缩到一定程度后，空气很难再压缩，是气体分子频繁撞击活塞产生的气体压强增大的结果，C项错；磁铁吸引铁屑是磁场力的作用，不是分子力的作用，D项错。

答案　AB

3．(多选)下列说法正确的是(　　)

A．气体放出热量，其分子的平均动能可能增大

B．布朗运动不是液体分子的运动，但它可以说明分子在永不停息地做无规则运动

C．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大

D．第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第一定律

E．某气体的摩尔体积为V，每个分子的体积V0，则阿伏加德罗常数可表示为NA＝

解析　气体放出热量，若外界对气体做功，温度升高，分子的平均动能增大，故A项正确；布朗运动是固体小颗粒的运动，它是分子无规则运动的反映，故B项正确；当分子间是斥力时，分子力随距离的减小而增大；分子力做负功，故分子势能也增大，故C项正确；第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，故D项错误；若气体的摩尔体积为V，每个分子的体积为V0，由于气体分子之间的距离远大于分子的直径所以阿伏加德罗常数不能表示为NA＝，气体此式不成立，故E项错误。

答案　ABC　

4．地球上有很多的海水，它的总质量约为1.4×1018吨，如果这些海水的温度降低0.1 ℃，将要放出5.8×1023焦耳的热量，有人曾设想利用海水放出的热量使它完全变成机械能来解决能源危机，但这种机器是不能制成的，其原因是 (　　)

A．内能不能转化成机械能

B．内能转化成机械能不满足热力学第一定律

C．只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能的机器不满足热力学第二定律

D．上述三种原因都不正确

解析　内能可以转化为机械能，如热机，A项错误；内能转化成机械能的过程满足热力学第一定律，即能量守恒定律，B项错误；热力学第二定律告诉我们：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，C项正确。

答案　C

5．(多选)下列对热力学定律的理解正确的是(　　)

A．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功

B．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能

C．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

D．热量不可能由低温物体传给高温物体

E．如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能可能减少

解析　在引起其他变化的情况下，从单一热源吸收热量可以将其全部变为功，A项正确；由热力学第一定律可知，当W≠0，Q≠0时，ΔU＝W＋Q，可以等于0，B项错误；空调机在制冷过程中消耗了电能，总体上是放出热量，C项正确；热量可以由低温物体传给高温物体，D项错误；物体从外界吸收热量，可能同时对外做功，如果对外做的功大于从外界吸收的热量，则物体的内能减少，E项正确。故选ACE。

答案　ACE

6．(多选)以下说法正确的是(　　)

A．在教室内空气中的氮气和氧气的分子平均动能相同

B．用活塞压缩气缸里的空气，活塞对空气做功52 J，这时空气的内能增加了76 J，则空气从外界吸热128 J

C．有一分子a从无穷远处靠近固定不动的分子b，当a、b间分子力为零时，它们具有的分子势能一定最小

D．显微镜下观察到的布朗运动是液体分子的无规则运动

E．一切与热现象有关的宏观物理过程都是不可逆的

解析　在教室内空气中的氮气和氧气的温度相等，分子的平均动能相同，A项正确；用活塞压缩汽缸里的空气，活塞对空气做功52 J，这时空气的内能增加了76 J，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知，空气从外界吸收的热量Q＝ΔU－W＝76 J－52 J＝24 J，B项错误；a、b间分子力为零时，它们具有的分子势能一定最小，C项正确；显微镜下观察到的布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，不是液体分子的无规则运动，D项错误；根据热力学第二定律，一切与热现象有关的宏观物理过程都是不可逆的，E项正确。

答案　ACE

7．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则的

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%，A项错误；做功是通过能量转化的方式改变系统的内能，热传递是通过能量的转移的方式改变系统的内能，B项错误；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，C项正确；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，D项错误。

答案　C

8．(2017·北京)以下关于热运动的说法正确的是(　　)

A．水流速度越大，水分子的热运动越剧烈

B．水凝结成冰后，水分子的热运动停止

C．水的温度越高，水分子的热运动越剧烈

D．水的温度升高，每一个水分子的运动速率都会增大

解析　水流速度是机械运动速度，不能反映热运动情况，故A项错误；分子在永不停息地做无规则运动，故B、D项错误，C项正确。

答案　C　

9．(2017·全国卷Ⅱ)(多选)如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是(　　)

A．气体自发扩散前后内能相同

B．气体在被压缩的过程中内能增大

C．在自发扩散过程中，气体对外界做功

D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功

E．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变

解析　气体向真空扩散过程中不对外做功，且又因为汽缸绝热，可知气体自发扩散前后内能相同，A项正确，C项错误；气体在被压缩的过程中活塞对气体做功，因汽缸绝热，则气体内能增大，B、D项正确；气体在被压缩的过程中，因气体内能增加，则温度升高，气体分子的平均动能增加，E项错误。故选ABD项。

答案　ABD　

B组·能力提升题

10．(多选)下列说法正确的是(　　)

A．显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这反映了液体分子运动的无规则性

B．分子间的相互作用力随着分子间距离的增大，一定先减小后增大

C．分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大

D．在真空、高温条件下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素

E．当温度升高时，物体内每一个分子热运动的速率一定都增大

解析　根据布朗运动的定义，显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，不是分子运动，是小炭粒的无规则运动。但却反映了小炭粒周围的液体分子运动的无规则性，A项正确；分子间的相互作用力随着分子间距离的增大，可能先增大后减小，也可能一直减小，B项错误；由于分子间的距离不确定，故分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大，也可能一直增大，C项正确；由扩散现象可知，在真空、高温条件下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素，D项正确；当温度升高时，分子的热运动加剧，但不是物体内每一个分子热运动的速率都增大，E项错误。

答案　ACD　

11．(多选)下列说法正确的是(　　)

A．布朗运动就是液体分子的无规则运动

B．空气的相对湿度定义为空气中所含水蒸气压强与同温度水的饱和蒸汽压的比值

C．尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机却可以使温度降至热力学零度

D．将一个分子从无穷远处无限靠近另一个分子，则这两个分子间分子力先增大后减小最后再增大，分子势能是先减小再增大

E．一定质量的理想气体，在体积不变时，分子每秒平均碰撞次数随着温度降低而减小

解析　布朗运动是指悬浮在液体中的微小的花粉颗粒的无规则运动(在显微镜下观察)，它是液体分子的无规则运动引起的，故A项错误；空气的绝对湿度指大气中水蒸气的实际压强，相对湿度是指水蒸气的实际压强与该温度下水蒸气的饱和压强之比，故B项正确；根据热力学第二定律，热机的效率不可能达到100%，温度是分子热运动平均动能的标志，分子热运动的平均动能与物体的温度成正比，故绝对零度是不可能达到的，故C项错误；两个分子相距无穷远时，分子力为零，逐渐靠近的过程，分子力先表现为引力，引力先增大后减小，减小到零后，又随距离的减小而表现为斥力，所以两个分子相互靠近时，分子力先做正功再做负功，分子力先增大后减小最后再增大，分子势能先减小后增大，故D项正确；一定质量的气体，在体积不变时，分子个数不变，温度降低则气体的平均动能减少，气体的分子的平均速率减小，故气体分子每秒平均碰撞次数减小，故E项正确。

答案　BDE

12．(多选)下列说法正确的是(　　)

A．悬浮在液体中的小颗粒越小，布朗运动越明显

B．当分子间距离增大时，分子间作用力减小，分子势能增大

C．液晶具有光学的各向异性

D．单位时间内气体分子对容器壁单位面积上碰撞次数减小，气体的压强可能增大

E．自然界凡是符合能量守恒定律的宏观过程都能自然发生

解析　悬浮在液体中的小颗粒越小，布朗运动越明显，A项正确；当分子间距离从0增大时，分子间作用力先减小后增加，再减小，分子势能先减小后增大，B项错误；液晶既像液体一样具有流动性，又跟某些晶体一样具有光学性质的各向异性，C项正确；单位时间内气体分子对容器壁单位面积上碰撞次数减小，如果气体的温度升高，气体对器壁的碰撞力变大，则气体的压强也可能增大，D项正确；自然界凡是符合能量守恒定律的宏观过程有的具有方向性，不一定都能自然发生，E项错误。故选ACD项。

答案　ACD　

13．一种海浪发电机的气室如图所示。工作时，活塞随海浪上升或下降，改变气室中空气的压强，从而驱动进气阀门和出气阀门打开或关闭。气室先后经历吸入、压缩和排出空气的过程，推动出气口处的装置发电。气室中的空气可视为理想气体。

(1)(多选)下列对理想气体的理解，正确的是________。(填选项字母)

A．理想气体实际上并不存在，只是一种理想模型

B．只要气体压强不是很高就可视为理想气体

C．一定质量的某种理想气体的内能与温度、体积都有关

D．在任意温度、任何压强下，理想气体都遵循气体实验定律

(2)压缩过程中，两个阀门均关闭。若此过程中，气室中的气体与外界无热量交换，内能增加了3.4×104 J，则该气体的分子平均动能__________(填“增大”“减小”或“不变”)，活塞对该气体所做的功______(填“大于”“小于”或“等于”)3.4×104 J。

(3)上述过程中，气体刚被压缩时的温度为27 ℃，体积为0.224 m3，压强为1个标准大气压。已知1 mol气体在1个标准大气压、0 ℃时的体积为22.4 L，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023mol－1。计算此时气室中气体的分子数。(计算结果保留一位有效数字)

解析　(1)理想气体是一种理想化的模型，实际并不存在，A项正确；在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过标准大气压的几倍时，把实际气体当成理想气体来处理，B项错误；一定质量的理想气体的内能只与温度有关，C项错误；在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律，这样的气体是理想气体，D项正确。

(2)气室中的气体与外界无热交换，内能增加，同时外界对气体做功，故密闭气体的温度升高，气体分子的平均动能增大。根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，Q＝0，W＝ΔU，所以活塞对该气体所做的功等于3.4×104 J。

(3)设气体在标准状态时的体积为V1，等压过程

＝，

气体物质的量n＝，且分子数

N＝nNA，

解得N＝NA，

代入数据得N＝5×1024。

答案　(1)AD　(2)增大　等于　(3)5×1024

14．(1)若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变，则在此过程中关于气泡中的气体，下列说法中正确的是__________。(填选项字母)

A．气体分子间的作用力增大

B．气体分子的平均速率增大

C．气体分子的平均动能减小

D．气体组成的系统的熵增加

(2)若将气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底上升到湖面的过程中，对外界做了0.6 J的功，则此过程中的气泡__________(填“吸收”或“放出”)的热量是__________J。气泡到达湖面后，温度上升的过程中，又对外界做了0.1 J的功，同时吸收了0.3 J的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了__________J。

(3)已知气泡内气体的密度为1.29 kg/m3，平均摩尔质量为0.029 kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023mol－1，取气体分子的平均直径为2×10－10 m，若气泡内的气体能完全变为液体，请估算液体体积与原来气体体积的比值。(结果保留一位有效数字)

解析　(1)掌握分子动理论和热力学定律才能准确处理本题。气泡的上升过程，气泡内的压强减小，温度不变，分子平均动能不变，由玻意耳定律知，上升过程中体积增大，微观上体现为分子间距增大，分子间引力减小，温度不变，所以气体分子的平均动能、平均速率不变，此过程为自发过程，故熵增大。D项正确。

(2)本题从热力学第一定律入手，抓住理想气体内能只与温度有关的特点进行处理。理想气体等温过程中内能不变，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，物体对外做功0.6 J，则一定同时从外界吸收热量0.6 J，才能保证内能不变。而温度上升的过程，内能增加了0.2 J。

(3)微观量的运算，注意从单位制检查运算结论，最终结果只要保证数量级正确即可。设气体体积为V0，液体体积为V1，气体分子数

n＝NA，

V1＝n(或V1＝nd3)，

则＝πd3NA

(或＝d3NA)，

解得＝1×10－4。(9×10－5～2×10－4都算对)

答案　(1)D　(2)吸收　0.6　0.2

(3)1×10－4(9×10－5～2×10－4都算对)