高三物理二輪復(fù)習(xí) 專題限時(shí)集訓(xùn) 第1部分 專題突破篇 專題15 分子動(dòng)理論 氣體及熱力學(xué)定律
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專題限時(shí)集訓(xùn)(十五) 分子動(dòng)理論 氣體及熱力學(xué)定律 (建議用時(shí):40分鐘) 1.(1)(5分)在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,1 g水在沸騰時(shí)吸收了2 260 J的熱量后變成同溫度的水蒸氣,對(duì)外做了170 J的功.已知阿伏加德羅常數(shù)NA=6.01023 mol-1,水的摩爾質(zhì)量M=18 g/mol.下列說(shuō)法中正確的是________. A.分子間的平均距離增大 B.水分子的熱運(yùn)動(dòng)變得更劇烈了 C.水分子總勢(shì)能的變化量為2 090 J D.在整個(gè)過(guò)程中能量是不守恒的 E.1 g水所含的分子數(shù)為3.31022個(gè) (2)(10分)如圖7所示,U形管右管橫截面積為左管橫截面積的2倍,在左管內(nèi)用水銀封閉一段長(zhǎng)為26 cm、溫度為280 K的空氣柱,左、右兩管水銀面高度差為36 cm,外界大氣壓為76 cmHg.若給左管的封閉氣體加熱,使管內(nèi)氣柱長(zhǎng)度變?yōu)?0 cm,則此時(shí)左管內(nèi)氣體的溫度為多少? 圖7 【解析】 (1)液體變成氣體后,分子間的平均距離增大了,選項(xiàng)A正確;溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)劇烈程度的標(biāo)志,由于兩種狀態(tài)下的溫度是相同的,故兩種狀態(tài)下水分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度是相同的,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;水發(fā)生等溫變化,分子平均動(dòng)能不變,因水分子總數(shù)不變,分子的總動(dòng)能不變,根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W,可得水的內(nèi)能的變化量為ΔU=2 260 J-170 J=2 090 J,即水的內(nèi)能增大2 090 J,則水分子的總勢(shì)能增大了2 090 J,選項(xiàng)C正確;在整個(gè)過(guò)程中能量是守恒的,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;1 g水所含的分子數(shù)為n=NA=6.01023=3.31022(個(gè)).選項(xiàng)E正確. (2)設(shè)U形管左管的橫截面為S,當(dāng)左管內(nèi)封閉的氣柱長(zhǎng)度變?yōu)?0 cm時(shí),左管水銀柱下降4 cm,右管水銀柱上升2 cm,即左、右兩端水銀柱高度差h′=30 cm 對(duì)左管內(nèi)封閉氣體,p1=p0-h(huán)=40 cmHg p2=p0-h(huán)′=46 cmHg V1=l1S=26S V2=30S T1=280 K T2=? 由理想氣體狀態(tài)方程可得= 可得T2=371.5 K. 【答案】 (1)ACE (2)371.5 K 2.(1)(5分)下列說(shuō)法正確的有__________. A.毛細(xì)現(xiàn)象是液體的表面張力作用的結(jié)果 B.晶體在熔化時(shí)要吸熱,說(shuō)明晶體在熔化過(guò)程中分子動(dòng)能增加 C.由同種元素構(gòu)成的固體,可能會(huì)由于原子的排方式不同而成為不同的晶體 D.用活塞壓縮氣缸里的空氣,對(duì)空氣做功3.0105 J,若空氣向外界放出熱量2.5105 J,則空氣內(nèi)能增加5104 J E.液晶像液體一樣具有流動(dòng)性,而其光學(xué)性質(zhì)和非晶體相似,具有各向同性 (2)(10分)如圖8所示,在圓柱形汽缸中用具有質(zhì)量的光滑導(dǎo)熱活塞密閉有一定質(zhì)量的理想氣體,在汽缸底部開(kāi)有一小孔,與U形水銀管相連,已知外界大氣壓為p0=75 cmHg,室溫t0=27 ℃,穩(wěn)定后兩邊水銀面的高度差為Δh=1.5 cm,此時(shí)活塞離容器底部的高度為L(zhǎng)=50 cm.已知柱形容器橫截面積S=0.01 m2,75 cmHg=1.0105 Pa,重力加速度g取10 m/s2. 圖8 ①求活塞的質(zhì)量; ②使容器內(nèi)溫度降至-63 ℃,求此時(shí)U形管兩側(cè)水銀面的高度差和活塞離容器底部的高度L′. 【解析】 (1)毛細(xì)現(xiàn)象是液體的表面張力作用的結(jié)果,A正確;晶體在熔化時(shí)要吸熱,說(shuō)明晶體在熔化過(guò)程中分子勢(shì)能增加,B錯(cuò)誤;由同種元素構(gòu)成的固體,可能會(huì)由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體,C正確;根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知,選項(xiàng)D正確;液晶像液體一樣具有流動(dòng)性,而其光學(xué)性質(zhì)和某些晶體相似,具有各向異性,E錯(cuò)誤. (2)①根據(jù)U形管兩側(cè)水銀面的高度差為Δh=1.5 cm,可知A中氣體壓強(qiáng)pA1=p0+pΔh=75 cmHg+1.5 cmHg=76.5 cmHg 而pA1=p0+p塞 所以活塞產(chǎn)生的壓強(qiáng)p塞=1.5 cmHg=1.5105 Pa=0.02105 Pa 由p塞=mg/S,解得m=2 kg. ②由于活塞光滑,所以氣體等壓變化,U形管兩側(cè)水銀面的高度差不變,仍為Δh=1.5 cm 初狀態(tài):溫度T1=300 K,體積V1=50 cmS 末狀態(tài):溫度T2=210 K,體積V2=L′S 由蓋呂薩克定律,得= 解得活塞離容器底部的高度L′=35 cm. 【答案】 (1)ACD (2)①2 kg?、?.5 cm 35 cm 3.(1)(5分)下列說(shuō)法正確的是________. A.液晶具有液體的流動(dòng)性,同時(shí)具有晶體的光學(xué)各向異性特征 B.第二類永動(dòng)機(jī)違反了能量守恒定律,所以它是制造不出來(lái)的 C.一定質(zhì)量的理想氣體,如果壓強(qiáng)不變,體積增大,那么它一定從外界吸熱 D.功變?yōu)闊岬膶?shí)際宏觀過(guò)程是不可逆的 E.空氣的相對(duì)濕度用空氣中所含水蒸氣的壓強(qiáng)表示 (2)(10分)如圖9所示,固定的絕熱汽缸內(nèi)有一質(zhì)量為m的“T”形絕熱活塞(體積可忽略),距汽缸底部h0處連接一U形管(管內(nèi)氣體的體積忽略不計(jì)).初始時(shí),封閉氣體溫度為T(mén)0,活塞距離汽缸底部為1.5h0,兩邊水銀柱存在高度差.已知水銀的密度為ρ,大氣壓強(qiáng)為p0,汽缸橫截面積為S,活塞豎直部分長(zhǎng)為1.2h0,重力加速度為g.求: 圖9 ①初始時(shí),水銀柱兩液面高度差; ②通過(guò)制冷裝置緩慢降低氣體溫度,當(dāng)溫度為多少時(shí)兩水銀面相平. 【導(dǎo)學(xué)號(hào):37162085】 【解析】 (1)液晶具有液體的流動(dòng)性,同時(shí)具有晶體的光學(xué)各向異性的特征,A選項(xiàng)是正確的.第二類永動(dòng)機(jī)違反了熱力學(xué)第二定律,沒(méi)有違反能量守恒定律,B選項(xiàng)是錯(cuò)誤的.一定質(zhì)量的理想氣體,如果壓強(qiáng)不變,體積增大,溫度一定升高,又因?yàn)轶w積增大,氣體對(duì)外做功,它一定從外界吸熱才行,C選項(xiàng)是正確的.由熱力學(xué)定律知D選項(xiàng)正確.空氣的相對(duì)濕度是用在某一溫度下,空氣中水蒸氣的壓強(qiáng)與同一溫度下水的飽和汽壓之比來(lái)表示,E選項(xiàng)是錯(cuò)誤的. (2)①選取活塞為研究對(duì)象,對(duì)其受力分析并根據(jù)平衡條件有p0S+mg=pS 可得被封閉氣體壓強(qiáng)p=p0+ 設(shè)初始時(shí)水銀柱液面高度差為h,則被封閉氣體壓強(qiáng) p=p0+ρgh 聯(lián)立以上三式可得,初始時(shí)液面高度差為h=. ②降低溫度直至兩液面相平的過(guò)程中,被封閉氣體先等壓變化,后等容變化. 初狀態(tài):p1=p0+,V1=1.5h0S,T1=T0; 末狀態(tài):p2=p0,V2=1.2h0S,T2=? 根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有= 代入數(shù)據(jù),可得T2=. 【答案】 (1)ACD (2)①?、? 4.(1)(5分)下列有關(guān)熱學(xué)的敘述中,正確的是________. A.布朗運(yùn)動(dòng)是指懸浮在液體中的花粉分子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng) B.隨著分子間距離的增大,若分子間的相互作用力先增大后減小,此時(shí)分子間的作用力一定是引力 C.熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律是相互矛盾的 D.一定質(zhì)量的理想氣體在等溫變化時(shí),其內(nèi)能一定不改變 E.熱量可以從低溫物體傳到高溫物體 (2)(10分)如圖10所示,一根粗細(xì)均勻的細(xì)玻璃管開(kāi)口朝上豎直放置,玻璃管中有一段長(zhǎng)為h=24 cm的水銀柱封閉了一段長(zhǎng)為x0=23 cm的空氣柱,系統(tǒng)初始溫度為T(mén)0=200 K,外界大氣壓恒定不變?yōu)閜0=76 cmHg.現(xiàn)將玻璃管開(kāi)口封閉,將系統(tǒng)溫度升至T=400 K,結(jié)果發(fā)現(xiàn)管中水銀柱上升了2 cm,若空氣可以看作理想氣體,試求: 圖10 ①升溫后玻璃管內(nèi)封閉的上下兩部分空氣的壓強(qiáng)分別為多少cmHg? ②玻璃管總長(zhǎng)為多少? 【解析】 (1)布朗運(yùn)動(dòng)指的是懸浮在液體中的花粉顆粒的運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;分子力表現(xiàn)為引力時(shí)(r>r0),才有隨分子間的距離增大,分子力是先增大后減小的可能,選項(xiàng)B正確;熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律是相互補(bǔ)充的關(guān)系,二者并不矛盾,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;因?yàn)槔硐霘怏w忽略分子勢(shì)能,所以一定質(zhì)量的理想氣體溫度一定時(shí),氣體內(nèi)能是不變的,選項(xiàng)D正確;熱量可以從低溫物體傳到高溫物體,只是一定會(huì)引起其他變化,選項(xiàng)E正確. (2)①設(shè)升溫后下部空氣壓強(qiáng)為p,玻璃管壁橫截面積為S,對(duì)下部氣體有= 代入數(shù)據(jù)得p=184 cmHg 此時(shí)上部氣體壓強(qiáng)p′=p-h(huán)=160 cmHg. ②設(shè)上部氣體最初長(zhǎng)度為x,對(duì)上部氣體有 = 代入數(shù)據(jù)得x=40 cm 所以管總長(zhǎng)為x0+h+x=87 cm. 【答案】 (1)BDE (2)①160 cmHg 184 cmHg ②87 cm 5.(1)(5分)在“用單分子油膜法估測(cè)分子大小”的實(shí)驗(yàn)中, ①某同學(xué)操作步驟如下: a.取一定量的無(wú)水酒精和油酸,制成一定濃度的油酸酒精溶液. b.在量筒中滴入一滴該溶液,測(cè)出它的體積. c.在蒸發(fā)皿內(nèi)盛一定量的水,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散開(kāi)穩(wěn)定. d.在蒸發(fā)皿上覆蓋透明玻璃,描出油膜形狀,用透明方格紙測(cè)量油膜的面積. 改正其中的錯(cuò)誤:________________________. ②若油酸酒精溶液體積濃度為0.10%,一滴溶液的體積為4.810-3 mL,其形成的油膜面積為40 cm2,則估測(cè)出油酸分子的直徑為_(kāi)_______m. (2)(10分)如圖11所示,兩個(gè)側(cè)壁絕熱、頂部和底部都導(dǎo)熱的相同汽缸直立放置,汽缸底部和頂部均有細(xì)管連通,頂部的細(xì)管帶有閥門(mén)K.兩汽缸的容積均為V0,汽缸中各有一個(gè)絕熱活塞(質(zhì)量不同,厚度可忽略).開(kāi)始時(shí)K關(guān)閉,兩活塞下方和右活塞上方充有氣體(可視為理想氣體),壓強(qiáng)分別為p0和;左活塞在汽缸正中間,其上方為真空;右活塞上方氣體體積為.現(xiàn)使汽缸底與一恒溫?zé)嵩唇佑|,平衡后左活塞升至汽缸頂部,且與頂部剛好沒(méi)有接觸;然后打開(kāi)K,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間,重新達(dá)到平衡.已知外界溫度為T(mén)0,不計(jì)活塞與汽缸壁間的摩擦.求: 圖11 ①恒溫?zé)嵩吹臏囟萒; ②重新達(dá)到平衡后左汽缸中活塞上方氣體的體積Vx. 【解析】 (1)①步驟b應(yīng)改為在量筒中滴入N滴該溶液,測(cè)出它的體積;步驟c應(yīng)改為:在蒸發(fā)皿內(nèi)盛一定量的水,先在水面上撒上痱子粉,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散開(kāi)穩(wěn)定. ②1滴該溶液含有純油酸的體積為 V=4.810-3 mL0.10%=4.810-6 mL=4.810-12 m3,已知油膜的面積是S=40 cm2=0.004 m2,所以d==1.210-9 m. (2)①與恒溫?zé)嵩唇佑|后,在K未打開(kāi)時(shí),右活塞不動(dòng),兩活塞下方氣體經(jīng)歷等壓過(guò)程,由蓋呂薩克定律得= ① 由此得T=T0. ② ②由初始狀態(tài)的力學(xué)平衡條件可知,左活塞的質(zhì)量比右活塞的大,打開(kāi)K后,左活塞下降至某一位置,右活塞必須升至汽缸頂,才能滿足力學(xué)平衡條件. 汽缸頂部與外界接觸,底部與恒溫?zé)嵩唇佑|,兩部分氣體各自經(jīng)歷等溫過(guò)程,設(shè)活塞上方氣體壓強(qiáng)為p,由玻意耳定律得 pVx= ③ (p+p0)(2V0-Vx)=p0 ④ 聯(lián)立③④式,得6V-V0Vx-V=0 其解為Vx=V0 另一個(gè)解Vx=-V0,不符合題意,舍去. 【答案】 (1)①b在量筒中滴入N滴該溶液,c在水面上先撒上痱子粉 ②1.210-9 (2)①T0?、赩0 6.(1)(5分)已知地球大氣層的厚度h遠(yuǎn)小于地球半徑R,空氣平均摩爾質(zhì)量為M,阿伏加德羅常數(shù)為NA,地面大氣壓強(qiáng)為p0,重力加速度大小為g.由此可估算得,地球大氣層空氣分子總數(shù)為_(kāi)_______,空氣分子之間的平均距離為_(kāi)_______. (2)(10分)如圖12所示,一底面積為S,內(nèi)壁光滑的圓柱形容器豎直放置在水平地面上,開(kāi)口向上,內(nèi)有兩個(gè)質(zhì)量均為m的相同活塞A和B;在A與B之間、B與容器底面之間分別封有一定量的同樣的理想氣體,平衡時(shí)體積均為V.已知容器內(nèi)氣體溫度始終不變,重力加速度大小為g,外界大氣壓強(qiáng)為p0.現(xiàn)假設(shè)活塞B發(fā)生緩慢漏氣,致使B最終與容器底面接觸.求活塞A移動(dòng)的距離. 圖12 【解析】 (1)設(shè)大氣層中氣體的質(zhì)量為m,大氣壓強(qiáng)由重力產(chǎn)生,mg=p0S,即m= 分子數(shù)n===,假設(shè)每個(gè)分子占據(jù)一個(gè)小立方體,各小立方體緊密排列,則小立方體邊長(zhǎng)即為空氣分子平均間距,設(shè)為a,大氣層中氣體總體積為V,a=,而V=4πR2h,所以a=. (2)A與B之間、B與容器底面之間的氣體壓強(qiáng)分別為p1、p2,在漏氣前,對(duì)A分析有p1=p0+,對(duì)B分析有 p2=p1+ B最終與容器底面接觸后,AB間的壓強(qiáng)為p,氣體體積為V′,則有p=p0+ 因?yàn)闇囟仁冀K不變,對(duì)于混合氣體有p1V+p2V=pV′ 設(shè)活塞B厚度為d,漏氣前A距離底面的高度為 h=+d 漏氣后A距離底面的高度為h′=+d 活塞A移動(dòng)的距離Δh=h′-h(huán) 以上各式聯(lián)立化簡(jiǎn)得 Δh=. 【答案】 (1) (2)- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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