高考物理二轮复习核心突破特训：专题6 第1讲 分子动理论气体及热力学定律【含解析】

第1讲 分子动理论，气体及热力学定律1．(2016·东北三省四市联考一)(1)下列说法正确的是 A B D .A ．已知水的摩尔质量和水分子的质量，就可以计算出阿伏伽德罗常数B ．布朗运动说明分子在永不停息地做无规则运动C ．两个分子间由很远(r >10－9m)距离减小到很难再靠近的过程中，分子间作用力先减小后增大，分子势能不断增大D ．露珠呈球状是由于液体表面张力的作用E ．热量只能由高温物体传递给低温物体(2)如图所示，竖直放置且粗细均匀的U 形玻璃管与容积为V0＝90 cm 3的金属球形空容器连通，用U 形玻璃管中的水银柱封闭一定质量的理想气体，当环境湿度为27℃时，U 形玻璃管右侧水银面比左侧水银面高出h 1＝16 cm ，水银柱上方空气长h 0＝20 cm.现在对金属球形容器缓慢加热，当U 形玻璃管左侧水银面比右侧水银面高出h 2＝24 cm 时停止加热．已知大气压p 0＝76 cmHg ，U 形玻璃管的横截面积为S ＝0.5 cm 2，求此时金属球形容器内气体的温度为多少摄氏度？解析：(1)水的摩尔质量除以水分子的质量等于每摩尔水中水分子的个数，即为阿伏伽德罗常数，选项A 正确；布朗运动是悬浮在液体(或气体)中的微小颗粒的无规则运动，是分子无规则运动的反映，选项B 正确；两个分子间由距离很远减小到很难再靠近的过程中，分子间作用力先增大后减小再增大，分子力先做正功再做负功，故分子势能先减小再增大，选项C 错误；液体的表面张力使液面具有收缩的趋势，故露珠呈球状是由于液体表面张力的作用，选项D 正确；根据热力学第二定律，在不引起其他变化时，热量不能从低温物体传到高温物体，也就是说，热量既可以由高温物体传递给低温物体，也可以在一定条件下由低温物体传递给高温物体，选项E 错误．(2)初始状态：p 1＝p 0－h 1＝60 cmHg ，V 1＝V 0＋h 0S ＝100 cm 3， T 1＝300 K ，末状态：p 2＝p 0＋h 2＝100 cmHg ，V 2＝V 1＋ h 1＋h 2 S 2＝110 cm 3， T 2＝(273＋t 2) K.由理想气体状态方程有p 1V 1T 1＝p 2V 2T 2， 代入数据解得t 2＝277 ℃.答案：277 ℃2．(2016·江苏苏州调研)(1)下列说法中正确的是 C D (填写选项前的字母)．A ．压缩气体需要做功，说明气体分子间存在斥力B ．用手捏面包，面包体积会缩小，说明分子间有空隙C ．温度相同的氢气和氧气，氢气分子的平均动能和氧气分子的相同D ．夏天荷叶上小水珠呈球形，是由于液体表面张力使其表面积具有收缩到最小趋势的缘故(2)如图所示，气缸内封闭一定质量的某种理想气体，活塞距缸口0.2 m ，活塞面积10 cm 2，大气压强1.0×105 Pa ，物重50 N ，活塞质量及活塞与气缸的摩擦不计．缓慢升高环境温度，使活塞刚好升到缸口，封闭气体吸收了60 J 的热量．则封闭气体的压强__不变__(填“增加”“减小”或“不变”)，气体内能变化量为__30__J.(3)如图所示，一边长为L 的立方体容器内充有密度为ρ的某种气体，已知该气体的摩尔质量为μ，阿伏伽德罗常数为N A ．求①容器内气体的分子数；②气体分子间的平均间距．解析：气体分子间距很大，分子力很小，可以忽略不计，气体压强是大量分子对容器壁的无规则碰撞产生的，选项A 错误；用手捏面包，面包体积会缩小，是由于面包气孔多，选项B 错误；温度是分子平均动能的标志，故温度相同的氢气和氧气，氢气分子的平均动能和氧气分子的相同，选项C 正确；夏天荷叶上小水珠呈球形，是由于液体表面张力使其表面积具有收缩到最小趋势的缘故，选项D 正确．(2)封闭气体的压强等于大气压与物重产生的压强之和，即p ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫1.0×105＋5010×10－4Pa ＝1.5×105 Pa ，在活塞运动的过程中，压强不变，根据热力学第一定律可知气体内能变化量为ΔU ＝Q ＋W ＝60J －1.5×105×10×10－4×0.2 J＝30 J.(3)①容器内气体的分子数n ＝ρL 3N A μ， ②气体分子间的平均间距d ＝3μρN A答案：(3)①ρL 3N A μ ②3μρN A 3．(2016·湖南长郡中学月考三)(1)下列叙述中，正确的是 A C D . A ．同一温度下，气体分子速率呈现出“中间多，两头少”的分布规律B ．布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的分子无规则运动的反映C ．第二类永动机是不可能制造出来的，尽管它不违反热力学一定律，但它违反热力学第二定律D ．物体熔化时吸热，分子平均动能不一定增加E ．只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(2)如图所示，用销钉固定的导热活塞把水平放置的导热气缸分隔成容积相等的两部分，分别封闭着A 、B 两部分理想气体．A 部分气体压强为pA 0＝2.5×105Pa ，B 部分气体压强为pB 0＝1.5×105 Pa.现拔去销钉，待活塞重新稳定后：(外界温度保持不变，活塞与气缸间摩擦可忽略不计，整个过程无漏气发生)①求此时A 部分气体体积与原来体积之比；②判断此过程中A 部分气体是吸热还是放热，并简述理由．解析：(1)根据气体分子速率分布特点，选项A 正确；布朗运动反映了固体悬浮颗粒周围的液体分子的无规则运动，选项B 错误；第二类永动机不违反热力学第一定律，但违反了热力学第二定律，选项C 正确；物体熔化时，如果温度不变，分子的平均动能就不变，比如晶体的熔化过程，选项D 正确；气体分子间的距离比较大，只知道气体的摩尔体积和阿伏伽德罗常数，无法算出气体分子的体积，选项E 错误．(2)①设A 部分气体原来体积为V ，由玻意耳定律得p A 0V ＝p A (V ＋ΔV )，p B 0V ＝p B (V －ΔV )，又因为p A ＝p B ，由以上各式可解得ΔV ＝V 4， 因此，A 部分气体此时体积与原来体积之比为5∶4.②A 部分气体由于温度不变，所以内能不变；体积膨胀，对外做功，由热力学第一定律可知，一定从外界吸收热量．4．(2016·辽宁大连双基测试)(1)下列说法中正确的是 A C .A ．若分子间距变大，则分子间引力减小，分子间斥力也减小B ．单晶体和多晶体都是各向异性的C ．热力学第二定律表明：不违反能量守恒定律的热现象不一定都能发生D ．气体体积变小，单位体积内的分子数增多，气体的压强一定增大E ．热传递一定是热量从内能大的物体向内能小的物体转移(2)如图所示，A 气缸截面积为500 cm 2，A 、B 两个气缸中装有体积均为10 L 、压强均为1 atm 、温度均为27℃的理想气体，中间用细管连接．细管中有一绝热活塞M ，细管容积不计．现给左面的活塞N 施加一个推力，使其缓慢向右移动，同时给B 中气体加热，使此过程中A 气缸中的气体温度保持不变，活塞M 保持在原位置不动．不计活塞与器壁间的摩擦，周围大气压强为1 atm ＝105 Pa ，当推力F ＝53×103 N 时，求： ①活塞N 向右移动的距离是多少厘米？②B 气缸中的气体升温到多少摄氏度？解析：(1)分子间距变大时，分子间的引力和斥力都减小，但斥力减小得快，选项A 正确；多晶体具有各向同性，选项B 错误；热量不能自发地从低温物体转移到高温物体，而不产生其他变化，内能大的物体温度不一定高，可能是质量大，选项E 错误；第二类永动机不违反能量守恒定律，但其不可制成，选项C 正确；由理想气体状态方程知，当气体体积减小、温度变化不明时，气体压强变化不确定，选项D 错误．(2)①p ′A ＝p A ＋F S ＝43×105 Pa ， 对A 中气体，由p A V A ＝p ′A V ′A ，得V ′A ＝p A V A p ′A 解得V ′A ＝34V A ， L A ＝V A S＝20 cm ， L ′A ＝V ′A S＝15 cm ， Δx ＝L A －L ′A ＝5 cm.②对B 中气体，p ′B ＝p ′A ＝43×105Pa p B T B ＝p ′B T ′BT ′B ＝p ′B p BT B ＝400 K ＝127 ℃. 答案：(1)AC (2)①5 cm ②127 ℃5．(2016·长沙模拟二)(1)如图，质量为M 的绝热活塞把一定质量的理想气体密封在竖直放置的绝热气缸内．活塞可在气缸内无摩擦滑动．现通过电热丝对理想气体十分缓慢地加热．设气缸处在大气中，大气压强恒定．经过一段较长时间后，下列说法正确的是BCE.A ．气缸中气体的压强比加热前要大B ．气缸中气体的压强保持不变C ．气缸中气体的体积比加热前要大D ．气缸中气体的内能可能和加热前一样大E ．活塞在单位时间内受气缸中气体分子撞击的次数比加热前要少(2)U 形管两壁粗细不等，左管开口向上，封闭的右管横截面积是开口的左管的3倍，管中装入水银，大气压为p 0＝76 cmHg.开口管中水银面到管口距离为h 1＝22 cm ，且水银面比封闭管内高Δh ＝4 cm ，封闭管内空气柱长为h 2＝11 cm ，如图所示．现用小活塞把开口端封住，并缓慢推动活塞，使两管液面相平，推动过程中两管的气体温度始终不变，试求：①右管中气体的最终压强；②活塞推动的距离．解析：(1)电热丝对气体缓慢地加热过程中，气缸中气体的压强p ＝p 0＋Mg S，保持不变，选项A 错误，B 正确；气缸中气体温度升高，压强不变，故气缸中气体的体积比加热前要大，内能变大，选项C 正确，D 错误；气体的压强是气体分子频繁撞击器壁产生的，由气体分子的平均动能和单位时间内分子撞击的次数共同决定，气缸中气体温度升高，气体分子的平均动能增大，而气体的压强不变，故活塞在单位时间内受气缸中气体分子撞击的次数比加热前要少，选项E 正确．(2)①设左管横截面积为S ，则右管横截面积为3S以右管封闭气体为研究对象，初状态的压强为p 1＝p 0＋Δh ＝80 cmHg ，体积为V 1＝3Sh 2，末状态的压强为p 2从初始状态到末状态，设左管水银面下降Δh 1，设右管水银面上升Δh 2，则Δh 1＋Δh 2＝Δh ，Δh 1S ＝3Δh 2S ，故Δh 1＝3Δh 2＝3Δh 4＝3 cm 末状态的体积为V 2＝3S (h 2－Δh 2)，由等温变化有p 1V 1＝p 2V 2，由以上各式得p 2＝88 cmHg.②以左管被活塞封闭气体为研究对象初状态有：p 3＝p 0＝76 cmHg ，体积为V 3＝Sh 1，末状态有：p 4＝p 2＝88 cmHg ，体积为V 4＝Sh 4，由等温变化有p 3V 3＝p 4V 4，由以上各式得h 4＝19 cm ，活塞推动的距离L ＝h 1－h 4＋Δh 1＝6 cm.答案：(2)①88 cmHg ②6 cm6．(2016·石家庄正定中学月考一)(1)下列说法正确的是 BCE .A ．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B ．液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，所以液体表面存在表面张力C ．两个分子的间距从极近逐渐增大到10r 0的过程中，它们之间的分子势能先减小后增大D ．液晶具有流动性，其光学性质具有各向同性的特点E ．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(2)如图所示，用质量m ＝1 kg 的活塞在气缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与气缸壁间的摩擦忽略不计，开始时活塞距离气缸底部的高度h 1＝0.50 m ，气体的温度t 1＝27℃.给气缸缓慢加热至t 2＝207℃，活塞缓慢上升到距离气缸底某一高度h 2处，此过程中被封闭气体增加的内能ΔU ＝300 J ．已知大气压强p 0＝1.0×105 Pa ，重力加速度g ＝10 m/s 2，活塞横截面积S ＝5.0×10－4 m 2.求：①初始时气缸内气体的压强和缓慢加热后活塞距离气缸底部的高度h 2；②此过程中缸内气体吸收的热量Q .解析：(1)当温度升高时，物体内大多数分子热运动的速率增大，但不是所有分子的动能都增大，选项A 错误；液体表面存在表面张力的原因是液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，选项B 正确；当两个分子的间距r ＜r 0时，分子间作用力表现为斥力，两个分子的间距从极近增大到平衡位置的过程中，分子力做正功，分子势能减小，当两个分子的间距r >r 0时，分子间作用力表现为引力，两个分子间的间距从平衡位置到10r 0的过程中，分子力做负功，分子势能增大，选项C 正确；液晶具有各向异性的特点，选项D 错误；小炭粒的无规则运动反映了液体分子的无规则运动，选项E 正确．(2)①初始时气缸内气体的压强 p ＝p 0＋mg S＝1.2×105 Pa ， 气体做等压变化，可得h 1S T 1＝h 2S T 2， 即0.50 m 273＋27 K ＝h 2 273＋207 K， 解得h 2＝0.80 m.②在气体膨胀过程中，气体对外做功W 0＝pS (h 2－h 1)＝[1.2×105×(0.80－0.50)×5.0×10－4] J ＝18 J根据热力学第一定律可得气体内能的变化ΔU ＝－W 0＋Q得Q ＝ΔU ＋W 0＝318 J.答案：(2)①0.80 m ②318 J7．(2016·全国卷Ⅱ)一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p­T图象如图所示，其中对角线ac的延长线过原点O.下列判断正确的是ABE .A．气体在a、c两状态的体积相等B．气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能C．在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功D．在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功E．在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功(2)一氧气瓶的容积为0.08 m3，开始时瓶中氧气的压强为20个大气压．某实验室每天消耗1个大气压的氧气0.36 m3.当氧气瓶中的压强降低到2个大气压时，需重新充气．若氧气的温度保持不变，求这瓶氧气重新充气前可供该实验室使用多少天．解析：(1)1122据玻意耳定律得p1V1＝p2V2，①重新充气前，用去的氧气在p2压强下的体积为V3＝V2－V1，②设用去的氧气在p0(1个大气压)压强下的体积为V0，则有p2V3＝p0V0，③设实验室每天用去的氧气在p0下的体积为ΔV，则氧气可用的天数为N＝V0ΔV，④联立①②③④式，并代入数据得N＝4(天)．答案：4(天)。