2019-2020年高三物理二輪復習 第一部分 診斷卷(十八)專題六 選考模塊 第一講 分子動理論 氣體及熱力學定律.doc
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1.(xx海南高考)(1)已知地球大氣層的厚度h遠小于地球半徑R,空氣平均摩爾質量為M,阿伏加德羅常數(shù)為NA,地面大氣壓強為p0,重力加速度大小為g。由此可以估算得,地球大氣層空氣分子總數(shù)為________,空氣分子之間的平均距離為________。 (2)如圖1,一底面積為S、內壁光滑的圓柱形容器豎直放置在水平地面上,開口向上,內有兩個質量均為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,平衡時體積均為v。已知容器內氣體溫度始終不變,重力加速度大小為g,外界大氣壓強為p0?,F(xiàn)假設活塞B發(fā)生緩慢漏氣,致使B最終與容器底面接觸。求活塞A移動的距離。 2019-2020年高三物理二輪復習 第一部分 診斷卷(十八)專題六 選考模塊 第一講 分子動理論 氣體及熱力學定律 2.(xx山東高考)(1)墨滴入水,擴而散之,徐徐混勻。關于該現(xiàn)象的分析正確的是________。(雙選,填正確答案標號) a.混合均勻主要是由于碳粒受重力作用 b.混合均勻的過程中,水分子和碳粒都做無規(guī)則運動 c.使用碳粒更小的墨汁,混合均勻的過程進行得更迅速 d.墨汁的擴散運動是由于碳粒和水分子發(fā)生化學反應引起的 (2)扣在水平桌面上的熱杯蓋有時會發(fā)生被頂起的現(xiàn)象。如圖2,截面積為S的熱杯蓋扣在水平桌面上,開始時內部封閉氣體的溫度為300 K,壓強為大氣壓強p0。當封閉氣體溫度上升到303 K時,杯蓋恰好被整體頂起,放出少許氣體后又落回桌面,其內部氣體壓強立刻減為p0,溫度仍為303 K。再經(jīng)過一段時間,內部氣體溫度恢復到300 K。整個過程中封閉氣體均可視為理想氣體。求: 圖2 (ⅰ)當溫度上升到303 K且尚未放氣時,封閉氣體的壓強; (ⅱ)當溫度恢復到300 K時,豎直向上提起杯蓋所需的最小力。 3.(xx全國卷Ⅰ)(1)下列說法正確的是____________。 A.將一塊晶體敲碎后,得到的小顆粒是非晶體 B.固體可以分為晶體和非晶體兩類,有些晶體在不同方向上有不同的光學性質 C.由同種元素構成的固體,可能會由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體 D.在合適的條件下,某些晶體可以轉變?yōu)榉蔷w,某些非晶體也可以轉變?yōu)榫w E.在熔化過程中,晶體要吸收熱量,但溫度保持不變,內能也保持不變 (2)如圖3,一固定的豎直氣缸由一大一小兩個同軸圓筒組成,兩圓筒中各有一個活塞。已知大活塞的質量為m1=2.50 kg,橫截面積為S1=80.0 cm2;小活塞的質量為m2=1.50 kg,橫截面積為S2=40.0 cm2;兩活塞用剛性輕桿連接,間距保持為l=40.0 cm;氣缸外大氣的壓強為p=1.00105 Pa,溫度為T=303 K。初始時大活塞與大圓筒底部相距,兩活塞間封閉氣體的溫度為T1=495 K?,F(xiàn)氣缸內氣體溫度緩慢下降,活塞緩慢下移。忽略兩活塞與氣缸壁之間的摩擦,重力加速度大小g取10 m/s2。求: 圖3 (ⅰ)在大活塞與大圓筒底部接觸前的瞬間,氣缸內封閉氣體的溫度; (ⅱ)缸內封閉的氣體與缸外大氣達到熱平衡時,缸內封閉氣體的壓強。 4.(1)(xx懷化二模)下列說法正確的是________。 A.不能將工廠里擴散到外界的能量收集起來重新利用 B.溫度升高,說明物體中所有分子的動能都增大 C.氣體對容器壁有壓強是因為氣體分子對容器壁頻繁碰撞的結果 D.分子間的距離增大時,分子間的引力和斥力都減小 E.在一個絕熱容器內,不停地攪拌液體,可使液體的溫度升高 (2)如圖4所示,玻璃管的橫截面積S=1 cm2,在玻璃管內有一段質量為m=0.1 kg的水銀柱和一定量的理想氣體,當玻璃管平放時氣體柱的長度為l0=10 cm,現(xiàn)把玻璃管正立,過較長時間后再將玻璃管倒立,經(jīng)過較長時間后,求玻璃管由正立至倒立狀態(tài),水銀柱相對于管底移動的距離是多少?(假設環(huán)境溫度保持不變,大氣壓強取p0=1105 Pa) 圖4 5.(xx西安交大附中二模)(1)下列說法中正確的是________。 A.一定量氣體膨脹對外做功100 J,同時從外界吸收120 J 的熱量,則它的內能增大20 J B.在使兩個分子間的距離由很遠(r>10-9 m)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 C.由于液體表面層分子間距離大于液體內部分子間距離,液體表面存在張力 D.用油膜法測出油分子的直徑后,要測定阿伏加德羅常數(shù),只需再知道油的密度即可 E.空氣相對濕度越大時,空氣中水蒸氣壓強越接近同溫度水的飽和氣壓,水蒸發(fā)越慢。 (2)一定質量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B,再變化到狀態(tài)C,其狀態(tài)變化過程的p v圖像如圖5所示。已知該氣體在狀態(tài)A時的溫度為27 ℃。則: 圖5 ①該氣體在狀態(tài)B、C時的溫度分別為多少℃? ②該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程中內能的變化量是多大? ③該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程中是吸熱,還是放熱?傳遞的熱量是多少? 6.(xx朝陽區(qū)二模)(1)下列說法中正確的是________。 A.氣體放出熱量,其分子的平均動能可能增大 B.布朗運動不是液體分子的運動,但它可以說明分子在永不停息地做無規(guī)則運動 C.當分子力表現(xiàn)為斥力時,分子力和分子勢能總是隨分子間距離的減小而增大 D.第二類永動機不違反能量守恒定律,但違反了熱力學第一定律 E.某氣體的摩爾體積為v,每個分子的體積為v0,則阿伏加德羅常數(shù)可表示為NA= (2)如圖6所示,一連通器與貯水銀的瓶M用軟管相連。連通器的兩支豎直放置、粗細相同且上端封閉的均勻直管A和B內充有水銀,水銀面的高度差為h。水銀上方都是空氣,氣柱長約為2h。當氣體的溫度為T0 K時,A管中氣體的壓強與3h高的水銀柱產(chǎn)生的壓強相等。現(xiàn)使氣體的溫度升高到1.5T0 K,同時調節(jié)M的高度,使B管中的水銀面的高度不變。問流入A管的水銀柱的長度為多少? 圖6 答 案 1.解析:(1)設大氣層中氣體的質量為m,則有mg=p0S,即:m=,分子數(shù)n===,假設每個分子占據(jù)一個小立方體,各小立方體緊密排列,則小立方體邊長即為空氣分子平均間距,設為a,大氣層中氣體總體積為V,a=,而V=4πR2h,所以a=。 (2)設平衡時,在A與B之間、B與容器底面之間氣體的壓強分別為p1和p2,由力的平衡條件有p1S=p0S+mg① p2S=p1S+mg② 漏氣發(fā)生后,設整個封閉氣體體積為V′,壓強為p′,由力的平衡條件有:p′S=p0S+mg③ 由玻意耳定律得p′V1′=p1V④ p′(V′-V1′)=p2V⑤ 式中,V1′是原來A與B之間的氣體在漏氣發(fā)生后所占的體積。 設活塞A移動的距離為l(取升高時為正),按幾何關系有 V′=2V+Sl⑥ 聯(lián)立可得l=。 答案:(1) (2)l= 2.解析:(1)墨滴入水,最后混合均勻,這是擴散現(xiàn)象,碳粒做布朗運動,水分子做無規(guī)則的熱運動;碳粒越小,布朗運動越明顯,混合均勻的過程進行得越迅速,選項b、c正確。 (2)(ⅰ)以開始封閉的氣體為研究對象,由題意可知,初狀態(tài)溫度T0=300 K,壓強為p0,末狀態(tài)溫度T1=303 K,壓強設為p1,由查理定律得=① 代入數(shù)據(jù)得p1=p0。② (ⅱ)設杯蓋的質量為m,剛好被頂起時,由平衡條件得 p1S=p0S+mg③ 放出少許氣體后,以杯蓋內的剩余氣體為研究對象,由題意可知,初狀態(tài)溫度T2=303 K,壓強p2=p0,末狀態(tài)溫度T3=300 K,壓強設為p3,由查理定律得=④ 設提起杯蓋所需的最小力為F,由平衡條件得 F+p3S=p0S+mg⑤ 聯(lián)立②③④⑤式,代入數(shù)據(jù)得F=p0S。⑥ 答案:(1)bc (2)(ⅰ)p0 (ⅱ)p0S 3.解析:(1)將一晶體敲碎后,得到的小顆粒仍是晶體,故選項A錯誤。單晶體具有各向異性,有些單晶體沿不同方向上的光學性質不同,故選項B正確。例如金剛石和石墨由同種元素構成,但由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體,故選項C正確。晶體與非晶體在一定條件下可以相互轉化。如天然水晶是晶體,熔融過的水晶(即石英玻璃)是非晶體,也有些非晶體在一定條件下可轉化為晶體,故選項D正確。熔化過程中,晶體的溫度不變,但內能改變,故選項E錯誤。 (2)(ⅰ)設初始時氣體體積為V1,在大活塞與大圓筒底部剛接觸時,缸內封閉氣體的體積為V2,溫度為T2。由題給條件得 V1=S1+S2① V2=S2l② 在活塞緩慢下移的過程中,用p1表示缸內氣體的壓強,由力的平衡條件得 S1(p1-p)=m1g+m2g+S2(p1-p)③ 故缸內氣體的壓強不變。由蓋—呂薩克定律有 =④ 聯(lián)立①②④式并代入題給數(shù)據(jù)得 T2=330 K。⑤ (ⅱ)在大活塞與大圓筒底部剛接觸時,被封閉氣體的壓強為p1。在此后與氣缸外大氣達到熱平衡的過程中,被封閉氣體的體積不變。設達到熱平衡時被封閉氣體的壓強為p′,由查理定律,有 =⑥ 聯(lián)立③⑤⑥式并代入題給數(shù)據(jù)得 p′=1.01105 Pa。⑦ 答案:(1)BCD (2)(ⅰ)330 K (ⅱ)1.01105 Pa 4.解析:(1)溫度升高,分子平均動能增大,但不是所有分子動能增大;氣體的壓強是由分子無規(guī)則運動對器壁頻繁碰撞產(chǎn)生的;分子間的引力和斥力都隨距離的增加而減少;在絕熱過程中,對物體做功可使物體溫度升高。 (2)氣體做等溫變化,當玻璃管平放時有 p1=p0 V1=l0S 玻璃管正立時有對水銀柱受力分析,p2S=p0S+mg 故p2=p0+ V2=l2S 玻璃管倒立時受力分析,p0S=p3S+mg 有:p3=p0- V3=l3S 根據(jù)玻意耳定律,得 p1V1=p2V2 p2V2=p3V3 由以上各式聯(lián)立解得?Δl=l3-l2== cm≈2 cm。 答案:(1)CDE (2)2 cm 5.解析:(1)根據(jù)熱力學第一定律知:ΔU=W+Q=-100 J+120 J=20 J,A正確;在使兩個分子間的距離由很遠(r>10-9 m)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,分子勢能先減小后增大,B錯誤;由于液體表面層分子間距離大于液體內部分子間距離,液體表面存在張力,C正確;用油膜法測出油分子的直徑后,要測定阿伏加德羅常數(shù),只需再知道油的摩爾體積即可,D錯誤;空氣相對濕度越大時,空氣中水蒸氣壓強越接近同溫度水的飽和氣壓,水蒸發(fā)越慢,E正確。 (2)①狀態(tài)A:tA=300 K,pA=3105 Pa,VA=110-3 m3 狀態(tài)B:tB=?pB=1105 Pa,VB=110-3 m3 狀態(tài)C:tC=?pC=1105 Pa,VC=310-3 m3 A到B過程等容變化,由等容變化規(guī)律得:=,代入數(shù)據(jù)得:tB=100 K=-173 ℃ B到C為等壓變化,由等壓變化規(guī)律得:=,代入數(shù)據(jù)得:tC=300 K=27 ℃。 ②因為狀態(tài)A和狀態(tài)C溫度相等,且氣體的內能是所有分子的動能之和,溫度是分子平均動能的標志 所以在這個過程中:ΔU=0。 ③由熱力學第一定律得:ΔU=Q+W,因為ΔU=0 故:Q=-W 在整個過程中,氣體在B到C過程對外做功,所以:W=-pΔV=-1105(310-3-110-3) J=-200 J 即:Q=200 J,是正值,故在這個過程中吸熱。 答案:(1)ACE (2)①-173 ℃ 27 ℃ ②0?、畚鼰帷?00 J 6.解析:(1)氣體放出熱量,若外界對氣體做功,溫度升高,其分子的平均動能增大,故A正確;布朗運動不是液體分子的運動,但它可以說明液體分子在永不停息地做無規(guī)則運動,故B正確;當分子力表現(xiàn)為斥力時,分子力和分子勢能總是隨分子間距離的減小而增大,故C正確;第二類永動機不違反能量守恒定律,但違反了熱力學第二定律,故D錯誤;某固體或液體的摩爾體積為V,每個分子的體積為V0,則阿伏加德羅常數(shù)可表示為NA=,而氣體此式不成立,故E錯誤。 (2)當溫度為T0 K時,B管中氣體的壓強 pB=pA+h=4h 當溫度為1.5T0 K時,B管中氣體體積不變,設其壓強為pB′,則有= 得pB′=6h 設A管中水銀面上升的高度為x,這時的壓強為pA′ pA′=pB′-(h+x) 得pA′=5h-x 這時A管中氣柱長為2h-x 由狀態(tài)方程= 得x2-7hx+h2=0 解得x≈0.15 h(另一根不合題意)。 答案:(1)ABC (2)0.15h- 配套講稿:
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