“分子動(dòng)理論氣體及熱力學(xué)定律”

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1、“分子動(dòng)理論氣體及熱力學(xué)定律”學(xué)前診斷 一、選擇題 1. （201Z全國(guó)卷I）氧氣分子在0 C和100 C溫度下單位速率間隔的分子數(shù)占總分子數(shù) 的百分比隨氣體分子速率的變化分別如圖中兩條曲線所示。下列說(shuō)法正確的是（） 單位速率間隔的分子數(shù) 占總分子數(shù)的百分比 0 200 400 600 800 w/(m-s_1) A. 圖中兩條曲線下面積相等 B. 圖中虛線對(duì)應(yīng)于氧氣分子平均動(dòng)能較小的情形 C. 圖中實(shí)線對(duì)應(yīng)于氧氣分子在100 °C時(shí)的情形 D. 圖中曲線給出了任意速率區(qū)間的氧氣分子數(shù)目 E. 與0 C時(shí)相比，100 C時(shí)氧氣分子速率出現(xiàn)在0?400 m/s區(qū)間內(nèi)的

2、分子數(shù)占總分子 數(shù)的百分比較大 解析：選ABC根據(jù)氣體分子單位速率間隔的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比隨氣體分子 速率的變化曲線的意義可知，題圖中兩條曲線下面積相等，選項(xiàng)A正確；題圖中虛線占百 分比較大的分子速率較小，所以對(duì)應(yīng)于氧氣分子平均動(dòng)能較小的情形，選項(xiàng)B正確；題圖 中實(shí)線占百分比較大的分子速率較大分子平均動(dòng)能較大根據(jù)溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志， 可知實(shí)線對(duì)應(yīng)于氧氣分子在100 C時(shí)的情形，選項(xiàng)C正確；根據(jù)分子速率分布圖可知，題 圖中曲線給出了任意速率區(qū)間的氧氣分子數(shù)目占總分子數(shù)的百分比不能得出任意速率區(qū)間 的氧氣分子數(shù)目，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；由分子速率分布圖可知，與0 C時(shí)相比，100 C時(shí)氧氣分子

3、 速率出現(xiàn)在0~400 m/s區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比較小，選項(xiàng)E錯(cuò)誤。 2. （2015?全國(guó)卷口）關(guān)于擴(kuò)散現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是（） A. 溫度越高，擴(kuò)散進(jìn)行得越快 B. 擴(kuò)散現(xiàn)象是不同物質(zhì)間的一種化學(xué)反應(yīng) C. 擴(kuò)散現(xiàn)象是由物質(zhì)分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的 D. 擴(kuò)散現(xiàn)象在氣體、液體和固體中都能發(fā)生 E. 液體中的擴(kuò)散現(xiàn)象是由于液體的對(duì)流形成的 解析：選ACD擴(kuò)散現(xiàn)象與溫度有關(guān)，溫度越高，擴(kuò)散進(jìn)行得越快，A正確。擴(kuò)散現(xiàn) 象是由于分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)引起的，不是一種化學(xué)反應(yīng)，B錯(cuò)誤，C正確，E錯(cuò)誤。擴(kuò)散現(xiàn) 象在氣體、液體和固體中都能發(fā)生，D正確。 3. （2015-全國(guó)卷I）

4、下列說(shuō)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(xué)性質(zhì) C. 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 D. 在合適的條件下，某些晶體可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷w，某些非晶體也可以轉(zhuǎn)變?yōu)榫w E. 在熔化過(guò)程中，晶體要吸收熱量，但溫度保持不變，內(nèi)能也保持不變 解析：選BCD將一晶體敲碎后，得到的小顆粒仍是晶體，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤。單晶體具 有各向異性，有些單晶體沿不同方向上的光學(xué)性質(zhì)不同，故選項(xiàng)B正確。例如金剛石和石 墨由同種元素構(gòu)成，但由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體，故選項(xiàng)C正確

5、。晶體 與非晶體在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。如天然水晶是晶體，熔融過(guò)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(zhuǎn)化為晶體，故選項(xiàng)D正確。熔化過(guò)程中，晶體的溫 度不變，但內(nèi)能改變，故選項(xiàng)E錯(cuò)誤。 4. （2016-全國(guó)卷I）關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說(shuō)法正確的是（） A. 氣體吸熱后溫度一定升高 B. 對(duì)氣體做功可以改變其內(nèi)能 C. 理想氣體等壓膨脹過(guò)程一定放熱 D. 熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體 E. 如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間 也必定達(dá)到熱平衡 解析：選BDE根據(jù)熱力學(xué)定律，氣體吸熱后如果對(duì)外做功，則溫度不一定升高

6、，說(shuō) 法A錯(cuò)誤。改變物體內(nèi)能的方式有做功和傳熱，對(duì)氣體做功可以改變其內(nèi)能，說(shuō)法8正確。 理想氣體等壓膨脹對(duì)外做功，根據(jù)學(xué)=恒量知，膨脹過(guò)程一定吸熱，說(shuō)法C錯(cuò)誤。根據(jù)熱 力學(xué)第二定律，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，說(shuō)法D正確。兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到 熱平衡時(shí)，溫度相等，如果這兩個(gè)系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩 個(gè)系統(tǒng)彼此之間也必定達(dá)到熱平衡，說(shuō)法E正確。 5. （2017-全國(guó)卷III）如圖，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a出發(fā)， 經(jīng)過(guò)等容過(guò)程ab到達(dá)狀態(tài)b，再經(jīng)過(guò)等溫過(guò)程bc到達(dá)狀態(tài)c，最后經(jīng) 等壓過(guò)程ca回到初態(tài)a。下列說(shuō)法正確的是（） A. 在過(guò)程ab中氣體的內(nèi)能增加

7、 B. 在過(guò)程ca中外界對(duì)氣體做功 C. 在過(guò)程ab中氣體對(duì)外界做功 D. 在過(guò)程bc中氣體從外界吸收熱量 E. 在過(guò)程ca中氣體從外界吸收熱量 解析：選ABD ab過(guò)程中氣體壓強(qiáng)增大，體積不變，則溫度升高，內(nèi)能增加，A項(xiàng)正 確；ab過(guò)程發(fā)生等容變化，氣體對(duì)外界不做功，C項(xiàng)錯(cuò)誤；一定質(zhì)量的理想氣體內(nèi)能僅由 溫度決定，bc過(guò)程發(fā)生等溫變化，內(nèi)能不變，bc過(guò)程中氣體體積增大，氣體對(duì)外界做正功， 根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w從外界吸收熱量，D項(xiàng)正確；ca過(guò)程發(fā)生等壓變化，氣體體 積減小，外界對(duì)氣體做功，B項(xiàng)正確；ca過(guò)程中氣體溫度降低，內(nèi)能減小，外界對(duì)氣體做 功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w向外

8、界放熱，E項(xiàng)錯(cuò)誤。 6. （2017-全國(guó)卷口）如圖，用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分，隔 隔板 == 活塞 板左側(cè)充有理想氣體，隔板右側(cè)與絕熱活塞之間是真空?，F(xiàn)將隔板 爨真空彳 抽開(kāi)，氣體會(huì)自發(fā)擴(kuò)散至整個(gè)汽缸。待氣體達(dá)到穩(wěn)定后，緩慢推壓r' 活塞，將氣體壓回到原來(lái)的體積。假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)不漏氣。下列說(shuō)法正確的是（） A. 氣體自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能相同 B. 氣體在被壓縮的過(guò)程中內(nèi)能增大 ^在自發(fā)擴(kuò)散過(guò)程中，氣體對(duì)外界做功 D. 氣體在被壓縮的過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功 E. 氣體在被壓縮的過(guò)程中，氣體分子的平均動(dòng)能不變 解析：選ABD抽開(kāi)隔板，氣體自發(fā)擴(kuò)散過(guò)程中，氣體對(duì)外界不做功，與外

9、界沒(méi)有熱 交換，因此氣體的內(nèi)能不變，A項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤；氣體在被壓縮的過(guò)程中，外界對(duì)氣體做 功，D項(xiàng)正確；由于氣體與外界沒(méi)有熱交換，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體在被壓縮的過(guò) 程中內(nèi)能增大，因此氣體的溫度升高，氣體分子的平均動(dòng)能增大，B項(xiàng)正確，E項(xiàng)錯(cuò)誤。 二、計(jì)算題 7. （2017-全國(guó)卷n）一熱氣球體積為V,內(nèi)部充有溫度為T(mén)a的熱空氣，氣球外冷空氣的 溫度為弓。已知空氣在1個(gè)大氣壓，溫度T0時(shí)的密度為/0，該氣球內(nèi)、外的氣壓始終都為 1個(gè)大氣壓，重力加速度大小為g。 （1） 求該熱氣球所受浮力的大?。? （2） 求該熱氣球內(nèi)空氣所受的重力； (3) 設(shè)充氣前熱氣球的質(zhì)量為m0，求充氣

10、后它還能托起的最大質(zhì)量。 解析：⑴設(shè)1個(gè)大氣壓下質(zhì)量為m的空氣在溫度為T(mén)0時(shí)的體積為V0，密度為〃0 =導(dǎo)① 在溫度為T(mén)時(shí)的體積為VT，密度為 P(T) = V ② T 由蓋-呂薩克定律得另=3 ③ 聯(lián)立①②③式得 P(T)=P& ④ 氣球所受到的浮力為 f=P(Tb)gV ⑤ 聯(lián)立④⑤式得 f = VgPT。 ⑥ ⑵氣球內(nèi)熱空氣所受的重力為 G=p(Ta)Vg ⑦ 聯(lián)立④⑦式得 T G = Vgp科 ⑧ (3)設(shè)該氣球還能托起的最大質(zhì)量為m ,由力的平衡條件得 mg=f-G- m0g ⑨ 聯(lián)立⑥⑧⑨式得m = Vp^fT ~T)~m0o TT 答案：(

11、1)Vgp0Tb (2)切為 ⑶叩。扁壽志)—外 8. (2015?全國(guó)卷I)如圖，一固定的豎直氣缸由一大一小兩個(gè)同軸圓筒 組成，兩圓筒中各有一個(gè)活塞。已知大活塞的質(zhì)量為m】=2.50 kg，橫截面 旨之 積為S1=80.0 cm2；小活塞的質(zhì)量為m2=1.50 kg，橫截面積為52=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(qiáng)為p= 1.00X105 Pa，溫度為T(mén)=303 K。初始時(shí)大活塞與大圓筒底部相距2,兩活塞間封閉氣體的 2 溫度為烏=495 K。現(xiàn)氣缸內(nèi)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，

12、重力加速度大小g取10 m/s2。求： (1) 在大活塞與大圓筒底部接觸前的瞬間，氣缸內(nèi)封閉氣體的溫度； (2) 缸內(nèi)封閉的氣體與缸外大氣達(dá)到熱平衡時(shí)，缸內(nèi)封閉氣體的壓強(qiáng)。 解析：⑴設(shè)初始時(shí)氣體體積為匕，在大活塞與大圓筒底部剛接觸時(shí)，缸內(nèi)封閉氣體的 體積為匕，溫度為馬。由題給條件得 匕邳1?2 + S209 ① V2 = SJ ② 在活塞緩慢下移的過(guò)程中，用pr表示缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)，由力的平衡條件得 S1(p1 -p) = mg + m2g + S2(p1 -p) ③ 故缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)不變。由蓋一呂薩克定律有 滂 ④ T1 T2 聯(lián)立①②④式并代入題給數(shù)據(jù)得 T2 = 3

13、30 Ko ⑤ (2)在大活塞與大圓筒底部剛接觸時(shí)，被封閉氣體的壓強(qiáng)為p1o在此后與氣缸外大氣達(dá) 到熱平衡的過(guò)程中，被封閉氣體的體積不變。設(shè)達(dá)到熱平衡時(shí)被封閉氣體的壓強(qiáng)為p‘，由 查理定律，有 『T ⑥ T T2 聯(lián)立③⑤⑥式并代入題給數(shù)據(jù)得 p' =1.01X105 Pa。 ⑦ 答案：(1)330 K (2)1.01X105 Pa 9. (2016?全國(guó)卷III)一 U形玻璃管豎直放置，左端開(kāi)口，右端封 ] 篇 — 閉，左端上部有一光滑的輕活塞。初始時(shí)，管內(nèi)汞柱及空氣柱長(zhǎng)度如 平^| 、 20.0 cm 圖所示。用力向下緩慢推活塞，直至管內(nèi)兩邊汞柱高度相等時(shí)為止。20.0

14、cm水銀 「 求此時(shí)右側(cè)管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)和活塞向下移動(dòng)的距離。已知玻璃管的橫 ，二:/5.. cm 截面積處處相同；在活塞向下移動(dòng)的過(guò)程中，沒(méi)有發(fā)生氣體泄漏；大氣壓強(qiáng)p0=75.0 cmHg。 環(huán)境溫度不變。 解析：設(shè)初始時(shí)，右管中空氣柱的壓強(qiáng)為P1，長(zhǎng)度為11 ;左管中空氣柱的壓強(qiáng)為p2= P0，長(zhǎng)度為12?；钊幌峦苃后，右管中空氣柱的壓強(qiáng)為p1 ，長(zhǎng)度為11'；左管中空氣柱 的壓強(qiáng)為p2'，長(zhǎng)度為l2'。以cmHg為壓強(qiáng)單位。由題給條件得 P1 =p0 + (20.0 - 5.00)cmHg ① ,/ ( 20.0 - 5.00^ l1 = R0.0 - —2—Jcm ②

15、由玻意耳定律得p1l1=p1' 11' ③ 聯(lián)立①②③式和題給條件得 p1' = 144 cmHg 依題意p2' =p1' l ' =4.00 cm + 2"0 ； 5.00 cm - h 22 由玻意耳定律得p2l2=p2' l2' ⑦ 聯(lián)立④⑤⑥⑦式和題給條件得h = 9.42 cm。 ⑧ 答案：144 cmHg 9.42 cm 10. （2017?全國(guó)卷I）如圖，容積均為V的汽缸A. B下端有細(xì)管（容 積可忽略）連通，閥門(mén)K2位于細(xì)管的中部，A、B的頂部各有一閥門(mén) K1、K3； B中有一可自由滑動(dòng)的活塞（質(zhì)量、體積均可忽略）。初始時(shí)，I 三個(gè)閥門(mén)均打開(kāi)，活塞在b的

16、底部；關(guān)閉k2、k3,通過(guò)K1給汽缸充——u 氣，使A中氣體的壓強(qiáng)達(dá)到大氣壓p0的3倍后關(guān)閉K1。已知室溫為27 °。汽缸導(dǎo)熱。 （1） 打開(kāi)K，求穩(wěn)定時(shí)活塞上方氣體的體積和壓強(qiáng)； 2 （2） 接著打開(kāi)K3,求穩(wěn)定時(shí)活塞的位置； （3） 再緩慢加熱汽缸內(nèi)氣體使其溫度升高20 °C,求此時(shí)活塞下方氣體的壓強(qiáng)。 解析：（1）設(shè)打開(kāi)k2后，穩(wěn)定時(shí)活塞上方氣體的壓強(qiáng)為p1，體積為V1。依題意，被活 塞分開(kāi)的兩部分氣體都經(jīng)歷等溫過(guò)程。由玻意耳定律得 p0V=pV1 (3p0)V=p1(2V—V1) 聯(lián)立①②式得 V - 匕=2 ③ p1 = 2p0。 ④ (2) 打開(kāi)K3后，由

17、④式知，活塞必定上升。設(shè)在活塞下方氣體旬中氣體的體積之和為 V2(V2W2V)時(shí)，活塞下氣體壓強(qiáng)為p2。由玻意耳定律得 MW ⑤ 由⑤式得 3V 〃2 =訝0 ⑥ 2 3 由⑥式知，打開(kāi)K3后活塞上升直到B的頂部為止；此時(shí)p2為p2' =2p0o (3) 設(shè)加熱后活塞下方氣體的壓強(qiáng)為p3，氣體溫度從T1 = 300 K升高到弓=320 K的等 容過(guò)程中，由查理定律得 牛=爭(zhēng) ⑦ T1 T2 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入⑦式得 p3=1-6p0o 答案：(1)V 2p0 (2)在汽缸B的頂部 ⑶1?6p0 11. (2017?全國(guó)卷III)一種測(cè)量稀薄氣體壓強(qiáng)的儀器如圖(a)所

18、示，玻璃泡M的上端和下 端分別連通兩豎直玻璃細(xì)管K和k2。K長(zhǎng)為L(zhǎng)頂端封閉，k2上端與待測(cè)氣體連通；M下 端經(jīng)橡皮軟管與充有水銀的容器R連通。開(kāi)始測(cè)量時(shí)，M與K2相通；逐漸提升&，直到 K2中水銀面與K1頂端等高，此時(shí)水銀已進(jìn)入K『且K1中水銀面比頂端低h,如圖(b)所示。 設(shè)測(cè)量過(guò)程中溫度、與K2相通的待測(cè)氣體的壓強(qiáng)均保持不變。已知K1和K2的內(nèi)徑均為d， M的容積為V0，水銀的密度為p重力加速度大小為g。求： (1)待測(cè)氣體的壓強(qiáng); (2)該儀器能夠測(cè)量的最大壓強(qiáng)。 解析：(1)水銀面上升至M的下端使玻璃泡中氣體恰好被封住，設(shè)此時(shí)被封閉的氣體的 體積為V,壓強(qiáng)等于待測(cè)氣體的壓強(qiáng)p。提升&，直到K2中水銀面與K頂端等高時(shí)，叫中 水銀面比頂端低h ；設(shè)此時(shí)封閉氣體的壓強(qiáng)為p1，體積為匕，則 1… 匕=4?d2h 由力學(xué)平衡條件得 p1=p+phg 整個(gè)過(guò)程為等溫過(guò)程，由玻意耳定律得 pV=p1V1 聯(lián)立①②③④式得 pnghd2 p = 4 V0 + nd2(l - h) (2)由題意知 hWl 聯(lián)立⑤⑥式有 p