高考物理二輪復習 第1部分 核心突破 專題6 選考部分 第1講 分子動理論氣體及熱力學定律特訓

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第1講 分子動理論，氣體及熱力學定律 1．(2016東北三省四市聯(lián)考一)(1)下列說法正確的是　A B D　. A．已知水的摩爾質量和水分子的質量，就可以計算出阿伏伽德羅常數(shù) B．布朗運動說明分子在永不停息地做無規(guī)則運動 C．兩個分子間由很遠(r>10－9 m)距離減小到很難再靠近的過程中，分子間作用力先減小后增大，分子勢能不斷增大 D．露珠呈球狀是由于液體表面張力的作用 E．熱量只能由高溫物體傳遞給低溫物體 (2)如圖所示，豎直放置且粗細均勻的U形玻璃管與容積為V0＝90 cm3的金屬球形空容器連通，用U形玻璃管中的水銀柱封閉一定質量的理想氣體，當環(huán)境濕度為27℃時，U形玻璃管右側水銀面比左側水銀面高出h1＝16 cm，水銀柱上方空氣長h0＝20 cm.現(xiàn)在對金屬球形容器緩慢加熱，當U形玻璃管左側水銀面比右側水銀面高出h2＝24 cm時停止加熱．已知大氣壓p0＝76 cmHg，U形玻璃管的橫截面積為S＝0.5 cm2，求此時金屬球形容器內氣體的溫度為多少攝氏度？ 解析：(1)水的摩爾質量除以水分子的質量等于每摩爾水中水分子的個數(shù)，即為阿伏伽德羅常數(shù)，選項A正確；布朗運動是懸浮在液體(或氣體)中的微小顆粒的無規(guī)則運動，是分子無規(guī)則運動的反映，選項B正確；兩個分子間由距離很遠減小到很難再靠近的過程中，分子間作用力先增大后減小再增大，分子力先做正功再做負功，故分子勢能先減小再增大，選項C錯誤；液體的表面張力使液面具有收縮的趨勢，故露珠呈球狀是由于液體表面張力的作用，選項D正確；根據熱力學第二定律，在不引起其他變化時，熱量不能從低溫物體傳到高溫物體，也就是說，熱量既可以由高溫物體傳遞給低溫物體，也可以在一定條件下由低溫物體傳遞給高溫物體，選項E錯誤． (2)初始狀態(tài)：p1＝p0－h(huán)1＝60 cmHg， V1＝V0＋h0S＝100 cm3， T1＝300 K， 末狀態(tài)：p2＝p0＋h2＝100 cmHg， V2＝V1＋＝110 cm3， T2＝(273＋t2) K. 由理想氣體狀態(tài)方程有＝， 代入數(shù)據解得t2＝277 ℃. 答案：277 ℃ 2．(2016江蘇蘇州調研)(1)下列說法中正確的是　C D　(填寫選項前的字母)． A．壓縮氣體需要做功，說明氣體分子間存在斥力 B．用手捏面包，面包體積會縮小，說明分子間有空隙 C．溫度相同的氫氣和氧氣，氫氣分子的平均動能和氧氣分子的相同 D．夏天荷葉上小水珠呈球形，是由于液體表面張力使其表面積具有收縮到最小趨勢的緣故 (2)如圖所示，氣缸內封閉一定質量的某種理想氣體，活塞距缸口0.2 m，活塞面積10 cm2，大氣壓強1.0105 Pa，物重50 N，活塞質量及活塞與氣缸的摩擦不計．緩慢升高環(huán)境溫度，使活塞剛好升到缸口，封閉氣體吸收了60 J的熱量．則封閉氣體的壓強__不變__(填“增加”“減小”或“不變”)，氣體內能變化量為__30__J. (3)如圖所示，一邊長為L的立方體容器內充有密度為ρ的某種氣體，已知該氣體的摩爾質量為μ，阿伏伽德羅常數(shù)為NA．求 ①容器內氣體的分子數(shù)； ②氣體分子間的平均間距． 解析：氣體分子間距很大，分子力很小，可以忽略不計，氣體壓強是大量分子對容器壁的無規(guī)則碰撞產生的，選項A錯誤；用手捏面包，面包體積會縮小，是由于面包氣孔多，選項B錯誤；溫度是分子平均動能的標志，故溫度相同的氫氣和氧氣，氫氣分子的平均動能和氧氣分子的相同，選項C正確；夏天荷葉上小水珠呈球形，是由于液體表面張力使其表面積具有收縮到最小趨勢的緣故，選項D正確． (2)封閉氣體的壓強等于大氣壓與物重產生的壓強之和，即p＝Pa＝1.5105 Pa，在活塞運動的過程中，壓強不變，根據熱力學第一定律可知氣體內能變化量為ΔU＝Q＋W＝60J－1.51051010－40.2 J＝30 J. (3)①容器內氣體的分子數(shù)n＝， ②氣體分子間的平均間距d＝ 答案：(3)①?、? 3．(2016湖南長郡中學月考三)(1)下列敘述中，正確的是　A C D　. A．同一溫度下，氣體分子速率呈現(xiàn)出“中間多，兩頭少”的分布規(guī)律 B．布朗運動是懸浮在液體中固體顆粒的分子無規(guī)則運動的反映 C．第二類永動機是不可能制造出來的，盡管它不違反熱力學一定律，但它違反熱力學第二定律 D．物體熔化時吸熱，分子平均動能不一定增加 E．只知道氣體的摩爾體積和阿伏伽德羅常數(shù)就可以算出氣體分子的體積 (2)如圖所示，用銷釘固定的導熱活塞把水平放置的導熱氣缸分隔成容積相等的兩部分，分別封閉著A、B兩部分理想氣體．A部分氣體壓強為pA0＝2.5105 Pa，B部分氣體壓強為pB0＝1.5105 Pa.現(xiàn)拔去銷釘，待活塞重新穩(wěn)定后：(外界溫度保持不變，活塞與氣缸間摩擦可忽略不計，整個過程無漏氣發(fā)生) ①求此時A部分氣體體積與原來體積之比； ②判斷此過程中A部分氣體是吸熱還是放熱，并簡述理由． 解析：(1)根據氣體分子速率分布特點，選項A正確；布朗運動反映了固體懸浮顆粒周圍的液體分子的無規(guī)則運動，選項B錯誤；第二類永動機不違反熱力學第一定律，但違反了熱力學第二定律，選項C正確；物體熔化時，如果溫度不變，分子的平均動能就不變，比如晶體的熔化過程，選項D正確；氣體分子間的距離比較大，只知道氣體的摩爾體積和阿伏伽德羅常數(shù)，無法算出氣體分子的體積，選項E錯誤． (2)①設A部分氣體原來體積為V，由玻意耳定律得 pA0V＝pA(V＋ΔV)， pB0V＝pB(V－ΔV)， 又因為pA＝pB， 由以上各式可解得ΔV＝， 因此，A部分氣體此時體積與原來體積之比為5∶4. ②A部分氣體由于溫度不變，所以內能不變；體積膨脹，對外做功，由熱力學第一定律可知，一定從外界吸收熱量． 4．(2016遼寧大連雙基測試)(1)下列說法中正確的是　A C　. A．若分子間距變大，則分子間引力減小，分子間斥力也減小 B．單晶體和多晶體都是各向異性的 C．熱力學第二定律表明：不違反能量守恒定律的熱現(xiàn)象不一定都能發(fā)生 D．氣體體積變小，單位體積內的分子數(shù)增多，氣體的壓強一定增大 E．熱傳遞一定是熱量從內能大的物體向內能小的物體轉移 (2)如圖所示，A氣缸截面積為500 cm2，A、B兩個氣缸中裝有體積均為10 L、壓強均為1 atm、溫度均為27℃的理想氣體，中間用細管連接．細管中有一絕熱活塞M，細管容積不計．現(xiàn)給左面的活塞N施加一個推力，使其緩慢向右移動，同時給B中氣體加熱，使此過程中A氣缸中的氣體溫度保持不變，活塞M保持在原位置不動．不計活塞與器壁間的摩擦，周圍大氣壓強為1 atm＝105 Pa，當推力F＝103 N時，求： ①活塞N向右移動的距離是多少厘米？ ②B氣缸中的氣體升溫到多少攝氏度？ 解析：(1)分子間距變大時，分子間的引力和斥力都減小，但斥力減小得快，選項A正確；多晶體具有各向同性，選項B錯誤；熱量不能自發(fā)地從低溫物體轉移到高溫物體，而不產生其他變化，內能大的物體溫度不一定高，可能是質量大，選項E錯誤；第二類永動機不違反能量守恒定律，但其不可制成，選項C正確；由理想氣體狀態(tài)方程知，當氣體體積減小、溫度變化不明時，氣體壓強變化不確定，選項D錯誤． (2)①p′A＝pA＋＝105 Pa， 對A中氣體，由pAVA＝p′AV′A， 得V′A＝　解得V′A＝VA， LA＝＝20 cm， L′A＝＝15 cm， Δx＝LA－L′A＝5 cm. ②對B中氣體，p′B＝p′A＝105Pa ＝ T′B＝TB＝400 K＝127 ℃. 答案：(1)AC　(2)①5 cm　②127 ℃ 5．(2016長沙模擬二)(1)如圖，質量為M的絕熱活塞把一定質量的理想氣體密封在豎直放置的絕熱氣缸內．活塞可在氣缸內無摩擦滑動．現(xiàn)通過電熱絲對理想氣體十分緩慢地加熱．設氣缸處在大氣中，大氣壓強恒定．經過一段較長時間后，下列說法正確的是BCE. A．氣缸中氣體的壓強比加熱前要大 B．氣缸中氣體的壓強保持不變 C．氣缸中氣體的體積比加熱前要大 D．氣缸中氣體的內能可能和加熱前一樣大 E．活塞在單位時間內受氣缸中氣體分子撞擊的次數(shù)比加熱前要少 (2)U形管兩壁粗細不等，左管開口向上，封閉的右管橫截面積是開口的左管的3倍，管中裝入水銀，大氣壓為p0＝76 cmHg.開口管中水銀面到管口距離為h1＝22 cm，且水銀面比封閉管內高Δh＝4 cm，封閉管內空氣柱長為h2＝11 cm，如圖所示．現(xiàn)用小活塞把開口端封住，并緩慢推動活塞，使兩管液面相平，推動過程中兩管的氣體溫度始終不變，試求： ①右管中氣體的最終壓強； ②活塞推動的距離． 解析：(1)電熱絲對氣體緩慢地加熱過程中，氣缸中氣體的壓強p＝p0＋，保持不變，選項A錯誤，B正確；氣缸中氣體溫度升高，壓強不變，故氣缸中氣體的體積比加熱前要大，內能變大，選項C正確，D錯誤；氣體的壓強是氣體分子頻繁撞擊器壁產生的，由氣體分子的平均動能和單位時間內分子撞擊的次數(shù)共同決定，氣缸中氣體溫度升高，氣體分子的平均動能增大，而氣體的壓強不變，故活塞在單位時間內受氣缸中氣體分子撞擊的次數(shù)比加熱前要少，選項E正確． (2)①設左管橫截面積為S，則右管橫截面積為3S 以右管封閉氣體為研究對象，初狀態(tài)的壓強為 p1＝p0＋Δh＝80 cmHg， 體積為V1＝3Sh2， 末狀態(tài)的壓強為p2 從初始狀態(tài)到末狀態(tài)，設左管水銀面下降Δh1，設右管水銀面上升Δh2，則 Δh1＋Δh2＝Δh， Δh1S＝3Δh2S， 故Δh1＝3Δh2＝＝3 cm 末狀態(tài)的體積為V2＝3S(h2－Δh2)， 由等溫變化有p1V1＝p2V2， 由以上各式得p2＝88 cmHg. ②以左管被活塞封閉氣體為研究對象 初狀態(tài)有：p3＝p0＝76 cmHg，體積為V3＝Sh1， 末狀態(tài)有：p4＝p2＝88 cmHg，體積為V4＝Sh4， 由等溫變化有p3V3＝p4V4， 由以上各式得h4＝19 cm， 活塞推動的距離L＝h1－h(huán)4＋Δh1＝6 cm. 答案：(2)①88 cmHg　②6 cm 6．(2016石家莊正定中學月考一)(1)下列說法正確的是　BCE　. A．當溫度升高時，物體內每一個分子熱運動的速率一定都增大 B．液體表面層分子間距離大于液體內部分子間距離，所以液體表面存在表面張力 C．兩個分子的間距從極近逐漸增大到10r0的過程中，它們之間的分子勢能先減小后增大 D．液晶具有流動性，其光學性質具有各向同性的特點 E．顯微鏡下觀察到墨水中的小炭粒在不停地做無規(guī)則運動，這反映了液體分子運動的無規(guī)則性 (2)如圖所示，用質量m＝1 kg的活塞在氣缸內封閉一定質量的理想氣體，活塞與氣缸壁間的摩擦忽略不計，開始時活塞距離氣缸底部的高度h1＝0.50 m，氣體的溫度t1＝27℃.給氣缸緩慢加熱至t2＝207℃，活塞緩慢上升到距離氣缸底某一高度h2處，此過程中被封閉氣體增加的內能ΔU＝300 J．已知大氣壓強p0＝1.0105 Pa，重力加速度g＝10 m/s2，活塞橫截面積S＝5.010－4 m2.求： ①初始時氣缸內氣體的壓強和緩慢加熱后活塞距離氣缸底部的高度h2； ②此過程中缸內氣體吸收的熱量Q. 解析：(1)當溫度升高時，物體內大多數(shù)分子熱運動的速率增大，但不是所有分子的動能都增大，選項A錯誤；液體表面存在表面張力的原因是液體表面層分子間距離大于液體內部分子間距離，選項B正確；當兩個分子的間距r＜r0時，分子間作用力表現(xiàn)為斥力，兩個分子的間距從極近增大到平衡位置的過程中，分子力做正功，分子勢能減小，當兩個分子的間距r>r0時，分子間作用力表現(xiàn)為引力，兩個分子間的間距從平衡位置到10r0的過程中，分子力做負功，分子勢能增大，選項C正確；液晶具有各向異性的特點，選項D錯誤；小炭粒的無規(guī)則運動反映了液體分子的無規(guī)則運動，選項E正確． (2)①初始時氣缸內氣體的壓強 p＝p0＋＝1.2105 Pa， 氣體做等壓變化，可得＝， 即＝， 解得h2＝0.80 m. ②在氣體膨脹過程中，氣體對外做功 W0＝pS(h2－h(huán)1) ＝[1.2105(0.80－0.50)5.010－4] J＝18 J 根據熱力學第一定律可得氣體內能的變化ΔU＝－W0＋Q 得Q＝ΔU＋W0＝318 J. 答案：(2)①0.80 m?、?18 J 7．(2016全國卷Ⅱ)一定量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經歷等溫或等壓過程ab、bc、cd、da回到原狀態(tài)，其pT圖象如圖所示，其中對角線ac的延長線過原點O.下列判斷正確的是　ABE　. A．氣體在a、c兩狀態(tài)的體積相等 B．氣體在狀態(tài)a時的內能大于它在狀態(tài)c時的內能 C．在過程cd中氣體向外界放出的熱量大于外界對氣體做的功 D．在過程da中氣體從外界吸收的熱量小于氣體對外界做的功 E．在過程bc中外界對氣體做的功等于在過程da中氣體對外界做的功 (2)一氧氣瓶的容積為0.08 m3，開始時瓶中氧氣的壓強為20個大氣壓．某實驗室每天消耗1個大氣壓的氧氣0.36 m3.當氧氣瓶中的壓強降低到2個大氣壓時，需重新充氣．若氧氣的溫度保持不變，求這瓶氧氣重新充氣前可供該實驗室使用多少天． 解析：(1) 選項 正誤 原因 A √ a、c在同一條等容線上，所以體積相同 B √ 由圖象可得，a溫度高于c的溫度，所以a的內能大于它在狀態(tài)c的內能 C 由熱力學第一定律得，cd是等溫變化，內能不變，但體積減小，所以外界對氣體做的功等于氣體向外界放出熱量 D 在da中，溫度升高內能增大，體積增大對外做功，所以由熱力學第一定律得，吸收的熱量要大于氣體對外做的功 E √ 把過程轉化為由d→a和由c→d研究，由熱力學第一定律，由于內能增量相同，所以做功大小一樣. (2)設氧氣開始時的壓強為p1，體積為V1，壓強變?yōu)閜2(2個大氣壓)時，體積為V2，根據玻意耳定律得 p1V1＝p2V2， ① 重新充氣前，用去的氧氣在p2壓強下的體積為 V3＝V2－V1， ② 設用去的氧氣在p0(1個大氣壓)壓強下的體積為V0，則有 p2V3＝p0V0， ③ 設實驗室每天用去的氧氣在p0下的體積為ΔV，則氧氣可用的天數(shù)為 N＝， ④ 聯(lián)立①②③④式，并代入數(shù)據得N＝4(天)． 答案：4(天)