2025屆高考物理二輪復(fù)習(xí)專(zhuān)題七第1講分子動(dòng)理論氣體及熱力學(xué)定律作業(yè)含解析

PAGE8-第1講分子動(dòng)理論、氣體及熱力學(xué)定律(45分鐘)[基礎(chǔ)題組專(zhuān)練]1．(2024·高考全國(guó)卷Ⅰ)(1)分子間作用力F與分子間距r的關(guān)系如圖所示，r＝r1時(shí)，F(xiàn)＝0。分子間勢(shì)能由r確定，規(guī)定兩分子相距無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)分子間的勢(shì)能為零。若一分子固定于原點(diǎn)O，另一分子從距O點(diǎn)很遠(yuǎn)處向O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，在兩分子間距減小到r2的過(guò)程中，勢(shì)能________(選填“減小”“不變”或“增大”)；在間距由r2減小到r1的過(guò)程中，勢(shì)能________(選填“減小”“不變”或“增大”)；在間距等于r1處，勢(shì)能________(選填“大于”“等于”或“小于”)零。(2)甲、乙兩個(gè)儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)存有同種氣體(可視為志向氣體)。甲罐的容積為V，罐中氣體的壓強(qiáng)為p；乙罐的容積為2V，罐中氣體的壓強(qiáng)為eq\f(1,2)p。現(xiàn)通過(guò)連接兩罐的細(xì)管把甲罐中的部分氣體調(diào)配到乙罐中去，兩罐中氣體溫度相同且在調(diào)配過(guò)程中保持不變，調(diào)配后兩罐中氣體的壓強(qiáng)相等。求調(diào)配后：①兩罐中氣體的壓強(qiáng)；②甲罐中氣體的質(zhì)量與甲罐中原有氣體的質(zhì)量之比。解析：(1)分子勢(shì)能與分子間距離變更的關(guān)系圖像如圖乙所示，兩分子間距減小到r2的過(guò)程中和由r2減小到r1的過(guò)程中，分子力做正功，分子勢(shì)能減小；在間距等于r1處，分子勢(shì)能最小，小于零。(2)①假設(shè)乙罐中的氣體被壓縮到壓強(qiáng)為p，其體積變?yōu)閂1，由玻意耳定律有eq\f(1,2)p(2V)＝pV1 ①現(xiàn)兩罐氣體壓強(qiáng)均為p，總體積為(V＋V1)。設(shè)調(diào)配后兩罐中氣體的壓強(qiáng)為p′，由玻意耳定律有p(V＋V1)＝p′(V＋2V) ②聯(lián)立①②式可得p′＝eq\f(2,3)p ③②若調(diào)配后甲罐中的氣體再被壓縮到原來(lái)的壓強(qiáng)p時(shí)，體積為V2，由玻意耳定律有p′V＝pV2④設(shè)調(diào)配后甲罐中氣體的質(zhì)量與甲罐中原有氣體的質(zhì)量之比為k，由密度的定義有k＝eq\f(V2,V)⑤聯(lián)立③④⑤式可得k＝eq\f(2,3) ⑥答案：(1)減小減小小于(2)①eq\f(2,3)p②eq\f(2,3)2．(2024·高考全國(guó)卷Ⅲ)(1)如圖，一開(kāi)口向上的導(dǎo)熱汽缸內(nèi)，用活塞封閉了肯定質(zhì)量的志向氣體，活塞與汽缸壁間無(wú)摩擦?，F(xiàn)用外力作用在活塞上，使其緩慢下降。環(huán)境溫度保持不變，系統(tǒng)始終處于平衡狀態(tài)。在活塞下降過(guò)程中________。A．氣體體積漸漸減小，內(nèi)能增加B．氣體壓強(qiáng)漸漸增大，內(nèi)能不變C．氣體壓強(qiáng)漸漸增大，放出熱量D．外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能不變E．外界對(duì)氣體做功，氣體汲取熱量(2)如圖，兩側(cè)粗細(xì)勻稱(chēng)、橫截面積相等、高度均為H＝18cm的U形管，左管上端封閉，右管上端開(kāi)口。右管中有高h(yuǎn)0＝4cm的水銀柱，水銀柱上表面離管口的距離l＝12cm。管底水平段的體積可忽視。環(huán)境溫度為T(mén)1＝283K，大氣壓強(qiáng)p0＝76cmHg。①現(xiàn)從右側(cè)端口緩慢注入水銀(與原水銀柱之間無(wú)氣隙)，恰好使水銀柱下端到達(dá)右管底部。此時(shí)水銀柱的高度為多少？②再將左管中密封氣體緩慢加熱，使水銀柱上表面恰與右管口平齊，此時(shí)密封氣體的溫度為多少？解析：(1)溫度不變，志向氣體的內(nèi)能不變，A錯(cuò)誤；依據(jù)玻意耳定律，體積減小，壓強(qiáng)增大，B正確；依據(jù)ΔU＝W＋Q，內(nèi)能不變，外界對(duì)氣體做功，氣體放出熱量，C、D正確，E錯(cuò)誤。(2)①設(shè)密封氣體初始體積為V1，壓強(qiáng)為p1，左、右管的橫截面積均為S，密封氣體先經(jīng)等溫壓縮過(guò)程體積變?yōu)閂2，壓強(qiáng)變?yōu)閜2。由玻意耳定律有p1V1＝p2V2 ①設(shè)注入水銀后水銀柱高度為h，水銀的密度為ρ，按題設(shè)條件有p1＝p0＋ρgh0 ②p2＝p0＋ρgh ③V1＝(2H－l－h(huán)0)S，V2＝HS ④聯(lián)立①②③④式并代入題給數(shù)據(jù)得h＝12.9cm ⑤②密封氣體再經(jīng)等壓膨脹過(guò)程體積變?yōu)閂3，溫度變?yōu)門(mén)2，由蓋—呂薩克定律有eq\f(V2,T1)＝eq\f(V3,T2) ⑥按題設(shè)條件有V3＝(2H－h(huán))S ⑦聯(lián)立④⑤⑥⑦式并代入題給數(shù)據(jù)得T2＝363K ⑧答案：(1)BCD(2)①12.9m②363K3．(1)水的摩爾質(zhì)量為M＝18g/mol，水的密度為ρ＝1.0×103kg/m3，阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.0×1023mol(2)中學(xué)物理課上一種演示氣體定律的好玩儀器——哈勃瓶，它是一個(gè)底部開(kāi)有圓孔，瓶頸很短、導(dǎo)熱性良好的平底大燒瓶。在一次試驗(yàn)中，體積為V＝1L的瓶?jī)?nèi)塞有一氣球，氣球的吹氣口反扣在瓶口上，瓶底的圓孔上配有一個(gè)截面積為S＝2cm2的輕質(zhì)橡皮塞，橡皮塞與玻璃瓶間的最大靜摩擦fm＝60N。瓶?jī)?nèi)由氣球和輕質(zhì)橡皮塞封閉肯定質(zhì)量的氣體，不計(jì)試驗(yàn)起先前氣球中的少量氣體和氣球膜厚度，向氣球中緩慢打氣，假設(shè)氣球緩慢膨脹過(guò)程中球內(nèi)、外氣壓近似相等。已知試驗(yàn)室環(huán)境溫度T＝290K恒定，環(huán)境空氣密度ρ＝1.20kg/m3，壓強(qiáng)為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓p0＝1×105Pa，求：①橡皮塞被彈出時(shí)瓶?jī)?nèi)氣體的壓強(qiáng)；②為了使橡皮塞被彈出，須要向氣球內(nèi)打入空氣的質(zhì)量。解析：(1)水分子的質(zhì)量等于摩爾質(zhì)量除以阿伏加德羅常數(shù)，即m＝eq\f(M,NA)代入數(shù)據(jù)得m＝3×10－26水分子數(shù)目為N＝eq\f(ρV,M)NA代入數(shù)據(jù)得N＝eq\f(1×103×600×10－6,18×10－3)×6×1023＝2×1025(個(gè))。(2)①橡皮塞即將彈出時(shí)，對(duì)瓶塞受力分析得pS＝p0S＋fm解得p＝p0＋eq\f(fm,S)＝4×105Pa。②瓶?jī)?nèi)氣體等溫變更：p0V＝pV1，則V1＝0.25L氣球內(nèi)氣體的體積V2＝V－V1＝0.75L氣球內(nèi)氣體壓強(qiáng)也為p等溫變更：p0V0＝pV2，可得V0＝3L打入空氣質(zhì)量m＝ρV0＝3.6×10－3kg答案：(1)3×10－262×1025(2)①4×105Pa②3.6×10－3[實(shí)力題組專(zhuān)練]4．(1)關(guān)于熱現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是________。A．氣體的溫度上升時(shí)，分子的平均動(dòng)能增大，撞擊器壁時(shí)對(duì)器壁的作用力增大，從而氣體的壓強(qiáng)肯定增大B．自然發(fā)生的熱傳遞過(guò)程是向著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性增大的方向進(jìn)行的C．在完全失重的狀況下，密閉容器內(nèi)的氣體對(duì)器壁壓強(qiáng)不變D．液晶顯示器是利用了液晶對(duì)光具有各向同性的特點(diǎn)E．肯定量100℃的水變成100℃的水蒸氣，其分子之間的勢(shì)能增加(2)如圖甲所示，開(kāi)口向上、內(nèi)壁光滑的圓柱形汽缸豎直放置，在汽缸P、Q兩處設(shè)有卡口，使厚度不計(jì)的活塞只能在P、Q之間運(yùn)動(dòng)。起先時(shí)活塞停在Q處，溫度為300K。現(xiàn)緩慢加熱缸內(nèi)氣體，直至活塞運(yùn)動(dòng)到P處，整個(gè)過(guò)程中的p-V圖線(xiàn)如圖乙所示。設(shè)外界大氣壓強(qiáng)p0＝1.0×105Pa。①寫(xiě)出圖乙中氣體狀態(tài)的變更過(guò)程，求出卡口Q下方氣體的體積以及兩卡口之間的汽缸的體積；②求活塞剛離開(kāi)Q處時(shí)氣體的溫度以及缸內(nèi)氣體的最高溫度。解析：(1)氣體的溫度上升時(shí)，分子的平均動(dòng)能增大，每次撞擊器壁時(shí)對(duì)器壁的作用力增大，但氣體的壓強(qiáng)不肯定增大，還與氣體的密集程度有關(guān)，A錯(cuò)誤；依據(jù)熱力學(xué)其次定律可知，自然發(fā)生的熱傳遞過(guò)程是向著分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序性增大的方向進(jìn)行的，B正確；氣體壓強(qiáng)是由于氣體分子頻繁撞擊器壁產(chǎn)生的，所以在完全失重的狀況下壓強(qiáng)不會(huì)變更，C正確；液晶顯示器是利用了液晶對(duì)光具有各向異性的特點(diǎn)，故D錯(cuò)誤；肯定量100℃的水變成100℃的水蒸氣，分子動(dòng)能之和不變，由于吸熱，內(nèi)能增大，則其分子之間的勢(shì)能增大，故E正確。(2)①?gòu)念}圖乙可以看出，氣體先做等容變更，然后做等壓變更，最終再做等容變更。由題圖乙可知，卡口Q下方氣體的體積V0＝1.0×10－3兩卡口之間的汽缸的體積ΔV＝1.2×10－3m3－1.0×10－3m3②從題圖乙可以看出起先時(shí)缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為0.9p0活塞剛離開(kāi)Q處時(shí)，氣體壓強(qiáng)p2＝1.2p0由查理定律有eq\f(0.9p0,300)＝eq\f(p2,273＋t2)解得t2＝127℃設(shè)活塞最終移動(dòng)到P處，由志向氣體狀態(tài)方程有eq\f(0.9p0V0,300)＝eq\f(1.5p0×1.2V0,273＋t3)解得t3＝327℃。答案：(1)BCE(2)①氣體先做等容變更，然后做等壓變更，最終再做等容變更1.0×10－3m32×10－45．(1)肯定質(zhì)量的志向氣體由狀態(tài)a經(jīng)狀態(tài)b、c到狀態(tài)d，其體積V與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系如圖所示，O、a、d三點(diǎn)在同始終線(xiàn)上，ab和cd平行于橫軸，bc平行于縱軸。由狀態(tài)a變到狀態(tài)b的過(guò)程中，氣體________(選填“汲取”或“放出”)熱量，從狀態(tài)b到狀態(tài)c，氣體對(duì)外做________(選填“正功”或“負(fù)功”)，從狀態(tài)a到狀態(tài)d，氣體內(nèi)能________(選填“增加”“不變”或“削減”)。(2)如圖所示，在兩端封閉、導(dǎo)熱良好、粗細(xì)勻稱(chēng)的U形細(xì)玻璃管內(nèi)有一段水銀柱，水銀柱的兩端各封閉有一段空氣，U形管兩端豎直朝上。環(huán)境溫度為240K時(shí)，左、右兩邊空氣柱的長(zhǎng)度分別為l1＝24cm和l2＝16cm，左邊氣體的壓強(qiáng)為20cmHg?，F(xiàn)變更環(huán)境溫度，使左側(cè)豎直管內(nèi)水銀液面下降1cm(左側(cè)豎直管內(nèi)仍有水銀)，求此時(shí)的環(huán)境溫度。解析：(1)由狀態(tài)a變到狀態(tài)b的過(guò)程中，氣體體積不變，則W＝0，溫度上升，則ΔU>0，依據(jù)ΔU＝W＋Q可知?dú)怏w汲取熱量；從狀態(tài)b到狀態(tài)c，氣體體積變大，則氣體對(duì)外做正功；從狀態(tài)a到狀態(tài)d，氣體溫度上升，則內(nèi)能增加。(2)對(duì)于左側(cè)氣體，初狀態(tài)：p1＝20cmHg，l1＝24cm，T＝240K末狀態(tài)：l1′＝l1＋Δh，其中Δh＝1cm依據(jù)志向氣體狀態(tài)方程得eq\f(p1l1S,T)＝eq\f(p1′l1′S,T′)對(duì)于右側(cè)氣體，初狀態(tài)：p2＝p1－(l1－l2)，l2＝16cm，T＝240K末狀態(tài)：p2′＝p1′－2Δh－(l1－l2)，l2′＝l2－Δh依據(jù)志向氣體狀態(tài)方程得eq\f(p2l2S,T)＝eq\f(p2′l2′S,T′)聯(lián)立可得T′＝375K。答案：(1)汲取正功增加(2)375K6．(1)在“用油膜法估測(cè)分子大小”的試驗(yàn)中，將1mL的油酸加入酒精中配制成1000mL的油酸酒精溶液，通過(guò)注射器測(cè)得80滴這樣的溶液為1mL，取1滴溶液滴在撒有痱子粉的淺水槽中，待油膜界面穩(wěn)定后，測(cè)得油膜面積為253cm2。估算油酸分子的直徑d＝______m(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)。將上述油酸酒精溶液置于一個(gè)敞口容器中放置一段時(shí)間，再運(yùn)用該溶液進(jìn)行試驗(yàn)會(huì)導(dǎo)致分子直徑的測(cè)量結(jié)果______(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。(2)如圖甲所示為一個(gè)倒立的U形導(dǎo)熱玻璃管，A、B兩管豎直，A管下端封閉，B管下端開(kāi)口并與大氣連通。已知A、B管內(nèi)空氣柱長(zhǎng)度分別為hA＝6cm、hB＝10.8cm。管內(nèi)裝入水銀液面高度差Δh＝4cm。欲使A、B兩管液面處于同一水平面，現(xiàn)用活塞C把B管開(kāi)口端封住并緩慢推動(dòng)活塞C(如圖乙所示)。已知大氣壓為p0＝76cmHg，環(huán)境溫度保持不變。當(dāng)兩管液面處于同一水平面時(shí)，求：①A管封閉氣體的壓強(qiáng)pA′；②活塞C向上移動(dòng)的距離x。解析：(1)測(cè)得油膜面積為S＝253cm2＝2.53×10－2m2，每一滴油酸酒精溶液含有純油酸的體積為V＝eq\f(1,1000)×eq\f(1,80)mL＝1.25×10－11m3，則油酸分子的直徑為d＝eq\f(V,S)＝eq\f(1.25×10－11,2.53×10－2)m≈5×10－10m。將油酸酒精溶液置于一個(gè)敞口容器中，假如時(shí)間偏長(zhǎng)，酒精揮發(fā)，導(dǎo)致溶液中油酸濃度增大，則一滴油酸酒精溶液中的純油酸體積增大，而在計(jì)算時(shí)仍取原來(lái)的值，這將導(dǎo)致純油酸體積的計(jì)算值小于實(shí)際值，故最終分子直徑的測(cè)量值小于實(shí)際值。(2)①設(shè)A、B兩管的橫截面積為S，以A管封閉氣體為探討對(duì)象，初狀態(tài)：pA＝p0－ρgΔh＝72cmHg，VA＝ShA，