人教版高中物理选修33河北省衡水市景县梁集中学高三二轮分子动理.docx

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人教版高中物理选修33河北省衡水市景县梁集中学高三二轮分子动理

高中物理学习材料

（灿若寒星**整理制作）

河北省衡水市景县梁集中学2014-2015学年度高三二轮分子动理论气体及热力学定律专项训练

姓名：

___________班级：

___________考号：

___________

分子动理论气体及热力学定律

（45分钟,100分）

1.（10分）（2014·孝感模拟）

（1）1mol任何气体在标准状况下的体积都是22.4L。

试估算温度为0℃,压强为2个标准大气压时单位体积内气体分子数目为　　　　（结果保留两位有效数字）。

（2）如图所示,在两端封闭、粗细均匀的竖直长管道内,用一可自由移动的活塞A封闭体积相等的两部分气体。

开始时管道内气体温度都为T0=500K,下部分气体的压强p0=1.25×105Pa,活塞质量m=0.25kg,管道的内径横截面积S=1cm2。

现保持管道下部分气体温度不变,上部分气体温度缓慢降至T,最终管道内上部分气体体积变为原来的

若不计活塞与管道壁间的摩擦,g取10m/s2,求此时上部分气体的温度T。

【解析】

（1）温度为0℃,压强为2个标准大气压时,1mol气体的体积为V2,根据查理定律p0V0=2p0V2,可得：

V2=11.2L,单位体积内气体分子数目：

N=

=5.4×1022L-1=5.4×1025m-3

（2）设初状态时两部分气体体积均为V0

下部分气体做等温变化,根据玻意耳定律有

p0V0=pV　V=

V0

解得p=1×105Pa

对于上部分气体,初态p1=p0-

=1×105Pa

末态p2=p-

=0.75×105Pa

根据理想气体状态方程,有

=

解得T=281.25K

答案：

（1）5.4×1022L-1或5.4×1025m-3　

（2）281.25K

2.（12分）（2014·株洲模拟）

（1）下列说法正确的是（　　）

A.气体对外做功,其内能一定减小

B.热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体

C.能量耗散说明能量不会凭空产生,但可以凭空消失

D.单晶体具有规则的几何外形,物理性质具有各向异性

E.单晶体、多晶体都具有固定的熔点

（2）用传统的打气筒给自行车打气时,不好判断是否已经打足了气。

某研究性学习小组的同学们经过思考,解决了这一问题。

他们在传统打气筒基础上进行了如图所示的改装：

圆柱形打气筒高H,内部横截面积为S,底部有一单向阀门K,厚度不计的活塞上提时外界大气可从活塞四周进入,活塞下压时可将打气筒内气体推入容器B中,B的容积VB=3HS,向B中打气前A、B中气体初始压强均为p0,该组同学设想在打气筒内壁焊接一卡环C（体积不计）,C距气筒顶部高度为h=

H,这样就可以自动控制容器B中的最终压强。

求：

①假设气体温度不变,则第一次将活塞从打气筒口压到C处时,容器B内的压强是多少?

②要使容器B内压强不超过5p0,h与H之比应为多少?

【解析】

（1）选B、D、E。

气体对外做功时,可能吸热也可能放热,所以内能如何变化不确定,A项错误。

根据热力学第二定律,B项正确。

能量耗散说明了能量转化的方向性,C项错误。

根据单晶体的特点,D项正确。

根据晶体的特点,E项正确。

（2）①第一次将活塞从打气筒口压到C处时,设容器B内的压强为pB,C距底部H-h=

由玻意耳定律得p0（VB+HS）=pB（VB+

）

解得pB=1.2p0

②对打气筒内的气体,要使容器B内压强不超过5p0,意味着活塞从顶端下压至C处时,打气筒C处以下的压强不能超过5p0,

由玻意耳定律得p0HS=5p0（H-h）S

解得

=

答案：

（1）B、D、E　

（2）①1.2p0　②

3.（15分）

（1）气体膨胀对外做100J的功,同时从外界吸收120J的热量,则这个过程气体的内能　　　　（选填“增加”或“减少”）　　　　J。

在任何自然过程中,一个孤立系统的熵是　　　　（选填“增加”“减少”或“不变”）的。

（2）如图所示,一定质量的理想气体,由状态A沿直线AB变化到状态B。

在此过程中,气体分子平均速度的变化情况是　　　　　　　　　　。

（3）密闭容器内充满100℃的水的饱和汽。

此时容器内压强为1标准大气压,若保持温度不变,使其体积变为原来的一半,此时容器内水蒸气的压强等于　　　标准大气压。

【解析】

（1）根据热力学第一定律

ΔU=W+Q=-100J+120J=20J

即内能增加20J

根据热力学第二定律：

任何自然过程中,一个孤立系统的熵是增加的。

（2）根据p-V图像的性质判断,沿直线从A到B的过程中,会经过一系列等温线,这些等温线温度逐渐升高达最高后再逐渐降低最后回到原来的等温线上。

（3）不能用p1V1=p2V2解题,因为压强增大后,水蒸气会变成水,即气体的质量变小了,所以仍然保持原来的压强。

答案：

（1）增加　20　增加　

（2）先增大后减小　（3）1

4.（12分）（2014·潍坊模拟）

（1）下列说法正确的是（　　）

A.0℃的冰与0℃的水分子的平均动能相同

B.温度高的物体内能一定大

C.分子间作用力总是随分子间距离的增大而减小

D.随着制冷技术的不断提高,绝对零度一定能在实验室中达到

（2）一定质量的理想气体压强p与热力学温度T的关系图像如图所示,气体在状态A时的体积V0=2m3,线段AB与p轴平行。

①求气体在状态B时的体积;

②气体从状态A变化到状态B过程中,对外界做功30J,问该过程中气体吸热还是放热?

传递的热量为多少?

【解析】

（1）温度是分子平均动能的标志,A正确;物体的内能与温度、体积、物质的量相联系,B错误;当rr0时,分子间作用力随分子间距离的增大先增大后减小,C错误;绝对零度不可能达到,D错误。

（2）①气体从状态A变化到状态B发生等温变化,根据玻意耳定律得：

p0V0=2p0VB,解得VB=

V0=1m3。

②A→B：

ΔU=0,W=-30J

由ΔU=Q+W得Q=-W=30J

该过程中气体吸热,吸收热量为30J。

答案：

（1）A　

（2）①1m3　②吸热　30J

5.（12分）（2014·山东高考）

（1）如图,内壁光滑、导热良好的汽缸中用活塞封闭有一定质量的理想气体。

当环境温度升高时,缸内气体（　　）

A.内能增加

B.对外做功

C.压强增大

D.分子间的引力和斥力都增大

（2）一种水下重物打捞方法的工作原理如图所示。

将一质量M=3×103kg、体积V0=0.5m3的重物捆绑在开口朝下的浮筒上。

向浮筒内充入一定量的气体,开始时筒内液面到水面的距离h1=40m,筒内气体体积V1=1m3。

在拉力作用下浮筒缓慢上升,当筒内液面到水面的距离为h2时,拉力减为零,此时气体体积为V2,随后浮筒和重物自动上浮。

求V2和h2。

（已知大气压强p0=1×105Pa,水的密度ρ=1×103kg/m3,重力加速度的大小g=10m/s2。

不计水温变化,筒内气体质量不变且可视为理想气体,浮筒质量和筒壁厚度可忽略。

）

【解析】

（1）选A、B。

当环境温度升高时,压强不变,缸内气体膨胀对外做功,理想气体不考虑分子力,内能仅由物质的量和温度决定,温度升高,气体的内能增加,正确选项为A、B。

（2）当F=0时,由平衡条件得Mg=ρg（V0+V2）　①

代入数据得V2=2.5m3②

设筒内气体初态、末态的压强分别为p1、p2,由题意得

p1=p0+ρgh1　③

p2=p0+ρgh2　④

在此过程中筒内气体的温度和质量不变,由玻意耳定律得p1V1=p2V2　⑤

联立②③④⑤式代入数据得h2=10m

答案：

（1）A、B　

（2）2.5m3　10m

6.（15分）（2014·抚顺模拟）

（1）某日白天空气中水蒸气的压强是1.1×103Pa,此时空气的相对湿度是50%,则同温度水的饱和汽压是　　　　　Pa。

（2）某兴趣小组利用废旧物品制作了一个简易气温计：

如图所示,在一个空酒瓶中插入一根两端开口的玻璃管,玻璃管内有一段长度可忽略的水银柱,接口处用蜡密封,将酒瓶水平放置。

已知酒瓶的容积为480cm3,玻璃管内部横截面积为0.4cm2,瓶口外的有效长度为50cm。

当气温为280K时,水银柱刚好处在瓶口位置。

①求该气温计能测量的最高气温;

②在水银柱从瓶口处缓慢移动到最右端的过程中,密封气体是吸热还是放热?

简要说明理由。

【解析】

（1）根据相对湿度的定义：

50%=

　p=2.2×103Pa

（2）①当水银柱到达管口时,所测气温最高,设为T2,此时气体体积为V2,则

初状态：

T1=280K,V1=480cm3

末状态：

V2=（480+50×0.4）cm3=500cm3

由盖—吕萨克定律得

=

代入数据解得T2≈291.7K或18.7℃

②吸热。

当环境温度升高时,水银柱从瓶口处缓慢向右移动,此过程密封气体的内能增大,同时对外做功,由热力学第一定律ΔU=W+Q可知,气体要从外界吸收热量。

答案：

（1）2.2×103　

（2）①291.7K或18.7℃　

②见解析

7.（12分）在“用单分子油膜估测分子大小”实验中,

（1）某同学操作步骤如下：

①取一定量的无水酒精和油酸,制成一定浓度的油酸酒精溶液;

②在量筒中滴入一滴该溶液,测出它的体积;

③在蒸发皿内盛一定量的水,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定;

④在蒸发皿上覆盖透明玻璃,描出油膜形状,用透明方格纸测量油膜的面积。

改正其中的错误：

　。

（2）若油酸酒精溶液体积浓度为0.10%,一滴溶液的体积为4.8×10-3mL,其形成的油膜面积为40cm2,则估测出油酸分子的直径为　　　　　　　m。

【解析】

（1）步骤②应改为在量筒中滴入N滴该溶液,测出它的体积;步骤③应改为：

在蒸发皿内盛一定量的水,先在水面上撒上痱子粉,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定。

（2）1滴该溶液含有纯油酸的体积为

V=4.8×10-3mL×0.10%=4.8×10-6mL=4.8×10-12m3,已知油膜的面积是

S=40cm2=0.004m2,所以d=

=1.2×10-9m。

答案：

（1）②在量筒中滴入N滴该溶液　③在水面上先撒上痱子粉　

（2）1.2×10-9

8.（12分）（2014·新课标全国卷Ⅰ）

（1）一定量的理想气体从状态a开始,经历三个过程ab、bc、ca回到原状态,其p-T图像如图所示。

下列判断正确的是（　　）

A.过程ab中气体一定吸热

B.过程bc中气体既不吸热也不放热

C.过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热

D.a、b和c三个状态中,状态a分子的平均动能最小

E.b和c两个状态中,容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同

（2）一定质量的理想气体被活塞封闭在竖直放置的圆柱形汽缸内,汽缸壁导热良好,活塞可沿汽缸壁无摩擦地滑动。

开始时气体压强为p,活塞下表面相对于汽缸底部的高度为h,外界的温度为T0。

现取质量为m的沙子缓慢地倒在活塞的上表面,沙子倒完时,活塞下降了

。

若此后外界的温度变为T,求重新达到平衡后气体的体积。

已知外界大气的压强始终保持不变,重力加速度大小为g。

【解析】

（1）选A、D、E。

本题考查了气体性质。

因为

=常数,从图中看,a→b过程

不变,则体积V不变,因此a→b过程是温度升高,压强增大,体积不变,一定是吸热过程,A正确;b→c过程温度不变,但是压强减小,体积膨胀对外做功,应该是吸收热量,B错误;c→a过程压强不变,温度降低,体积减小,外界对气体做功小于气体放出的热量,C错误;状态a温度最低,而温度是分子平均动能的标志,D正确;b→c过程体积增大了,容器内分子数密度减小,温度不变,分子平均速率不变,因此c状态容器壁单位面积单位时间受到分子碰撞的次数减少了,E正确。

（2）设汽缸的横截面积为S,沙子倒在活塞上后,对气体产生的压强为Δp,由玻意耳定律得

phS=（p+Δp）（h-

h）S　①

解得Δp=

p　②

外界的温度变为T后,设活塞距底部的高度为h′。

根据盖-吕萨克定律,得

=

　③

解得h′=

h　④

据题意可得Δp=

　⑤

气体最后的体积为V=Sh′　⑥

联立②④⑤⑥式得V=

答案：

（1）A、D、E　

（2）