19.分子动理论 气体及热力学定律

分子动理论 气体及热力学定律

(本卷共5小题，满分45分．建议时间：30分钟 )

1．新课标卷高考物理有3组选考题组，其中33为热学内容，主要考查分子动理论，气体的性质及热力学定律．

2．一组题中常常考查多个概念、规律．试题常将分子动理论与气体定律组成题组或将热力学定律与气体定律组合题组来考查． 【题组1】 分子动理论与气体定律的组合 1．(1)下列说法中正确的是________．

A．气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子的平均动能增大，撞击器壁时对器壁的作用力增大，从而气体的压强一定增大

B．把两块纯净的铅压紧，它们会“粘”在一起，说明分子间存在引力 C．破碎的玻璃不能重新拼接在一起是因为其分子间存在斥力作用

D．分子a从远处趋近固定不动的分子b，只受分子之间作用力，当a到达受b的作用力为零处时，a的动能一定最大

图1

(2)如图1所示，一导热性良好的气缸竖直放置于恒温的环境中，气缸内有一质量不可忽略的水平活塞，将一定质量的理想气体封在气缸内，活塞与气缸壁无摩擦，气缸不漏气，整个装置处于平衡状态．活塞上放置一广口瓶，瓶中盛有一定量的酒精，经过一段较长时间后，与原来相比较，气体的压强________(填“减小”、“不变”或“增大”)，气体________(填“吸热”或“放热”)．

(3)目前，环境污染已非常严重，瓶装纯净水已经占领柜台．再严重下去，瓶装纯净空气也会上市．设瓶子的容积为500 mL，空气的摩尔质量M＝29×10－3 kg/mol.按标准状况计算，NA＝6.0×1023 mol－1，试估算： ①空气分子的平均质量是多少？ ②一瓶纯净空气的质量是多少？ ③一瓶中约有多少个气体分子？

第 1 页 共 1 页

2．(1)下列关于分子动理论说法中正确的是________．(填选项前的编号) A．分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大

B．分子间的相互作用力随着分子间距离的增大，一定先减小后增大 C．物体温度越高，则该物体内所有分子运动的速率都一定越大

D．显微镜下观察到墨水中的小颗粒在不停的做无规则运动，这就是液体分子的运动

图2

(2)一定质量的某种理想气体从状态A开始按图示的箭头方向经过状态B达到状态C.已知气体在A状态时的体积为1.5 L，求： ①气体在状态C时的体积；

②从微观上解析从状态B到状态C气体压强变化的原因；

③说明A→B、B→C两个变化过程是吸热还是放热，并比较热量大小．

第 2 页 共 2 页

【题组2】 热力学定律与气体定律的组合 3．(1)下列说法正确的是

( )．

A．一定质量的理想气体，若体积不变，当分子热运动变得剧烈时，压强一定变大 B．热量只能从高温物体传到低温物体 C．物体的温度越高，每个分子的动能越大

D．如果没有漏气，也没有摩擦的能量损失，内燃机就可以把内能全部转化为机械能

图3

(2)如图3所示，有一长为L、右端开口的圆柱形气缸，一个质量不计的薄活塞封闭一定质2

量的理想气体，开始时活塞处在离左端3L处，气体温度为27 ℃，现对气体加热．求：当加热到427 ℃ 时，气体的压强．(已知外界大气压恒为p0，绝对零度为－273 ℃，活塞阻力不计)

第 3 页 共 3 页

4．(1)以下说法中正确的是________．

A．分子间的距离增大时，分子间的引力增大、斥力减小 B．物体的温度升高时，分子的平均动能将增大 C．物体吸热时，它的内能一定增加 D．热量可以由低温物体传到高温物体

(2)利用油膜法估测油酸分子直径的大小时，用滴管将体积分数为0.05%的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下滴入1 mL酒精油酸溶液时的滴数N；则每滴油酸溶液中含有的油酸体积为________ mL，将n滴油酸酒精溶液滴到水面上，测得油酸薄膜的面积为S cm2；则单个油酸分子的直径为________ cm.

图4

(3)图4中A、B气缸的长度和截面积均为30 cm和20 cm2，C是可在气缸内无摩擦滑动的、体积不计的活塞，D为阀门．整个装置均由导热材料制成．起初阀门关闭，A内有压强pA＝2.0×105 Pa的氮气．B内有压强pB＝1.0×105 Pa的氧气．阀门打开后，活塞C向右移动，最后达到平衡．求：

①活塞C移动的距离及平衡后B中气体的压强；

②活塞C移动过程中A中气体是吸热还是放热(简要说明理由)．(假定氧气和氮气均为理想气体，连接气缸的管道体积可忽略)

第 4 页 共 4 页

5．(1)下列说法正确的是________．(填入正确选项前的字母．) A．两个分子之间的作用力会随着距离的增大而减小 B．物体的内能在宏观上只与其温度和体积有关

C．一定质量的气体经历等容过程，如果吸热则其内能一定增加

D．物质的状态在一定的条件下可以相互转变，在转变过程中会发生能量交换

图5

(2)如图5所示，两端开口、粗细均匀的足够长玻璃管插在大水银槽中，管的上部有一定长度的水银，两段空气柱被封闭在左右两侧的竖直管中．开启上部连通左右水银的阀门A，当温度为300 K时，水银的平衡位置如图(h1＝h2＝5 cm，L1＝50 cm)，大气压为75 cm Hg.求：

①右管内气柱的长度L2；

②关闭阀门A，当温度升至405 K时，左侧竖直管内气柱的长度L3.

第 5 页 共 5 页

第 6 页 共 6 页

分子动理论 气体及热力学定律 答案

1.解析 (1)气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子的平均动能增大，撞击器壁时对器壁的作用力增大，但是气体的压强不一定增大，还要看分子的密集程度，A项错误；把两块纯净的铅压紧，它们会“粘”在一起，是分子间引力的作用，B项正确；玻璃断面凹凸不平，即使用很大的力也不能使两断面间距接近分子引力作用的距离，所以碎玻璃不能接合，若把玻璃加热，玻璃变软，则可重新接合，所以C项错误；分子a从远处趋近固定不动的分子b，只受分子之间作用力，先是引力做正功，当a到达受b的作用力为零处时，a的动能一定最大，D项正确．

(2)由于酒精蒸发，所以质量变小，气体的压强为pS＝mg＋p0S，气体的压强减小．因为气缸为导热气缸，所以气体的变化为等温变化，因为压强减小，体积增大，温度不变，所以要吸热．

－3

M29×10－26

(3)①m＝N＝ kg 23 kg＝4.8×10

A6.0×10

MV瓶29×10－3×500×10－6

②m空＝ρV瓶＝V＝ kg＝6.5×10－4 kg －322.4×10mV瓶500×10－6×6.0×1023

③分子数N＝nNA＝VNA＝＝1.3×1022个 －322.4×10m答案 (1)BD (2)减小 吸热

(3)①4.8×10－26 kg ②6.5×10－4 kg ③1.3×1022个

2.解析 (1)当分子间距离rr0时，分子间距离增大，分子力做负功，分子势能增加，所以A对B错；温度越高，物体内大量分子的平均速率增大，并不是所有分子速率都增大，C错；布朗运动中，是液体中的小颗粒在做无规则的运动，从而间接的反映出液体分子在做无规则运动，D错． (2)①A至B过程为等压变化，由盖—吕萨克定律得 VAVBTA＝TB VATB1.5×400

得VB＝T＝300 L＝2 L

A

B至C为等容过程，所以VC＝VB＝2 L

②气体的体积一定，分子密度不变，当温度降低时，分子的平均动能减小，所以压强减小 ③A→B过程是吸热，B→C过程是放热

A→B过程吸收的热量大于B→C过程放出的热量

第 7 页 共 7 页

答案 (1)A (2)①2 L ②见解析 ③A→B吸热，B→C放热，吸热大于放热

3.解析 (1)当气体体积不变，分子热运动变剧烈时单位时间内撞击器壁的分子数增加，对器壁的撞击作用力增大，压强变大，A对；热量不能自发的从低温物体传向高温物体，在外界影响下可以传向高温物体，B错；温度升高气体分子的平均动能增大，C错；能量转化有方向性，内能不能完全转化为机械能，D错．

(2)开始加热活塞移动的过程中封闭气体作等压变化．设气缸横截面积为S，活塞恰移动到气缸右端开口处时，气体温度为t ℃，则对于封闭气体 2

状态一：T1＝(27＋273) K，V1＝3LS 状态二：T＝(t＋273) K，V＝LS VT由V＝T 11

t＋273LS

可得300＝2LS/3，解得t＝177 ℃

说明当加热到427 ℃时气体的压强变为p3，在此之前活塞已移动到气缸右端开口处，对于封闭气体

2

初状态：T1＝300 K，V1＝3LS，p1＝p0 末状态：T3＝700 K，V3＝LS， p3V3p1V1由T＝T

31

V1T314可得p3＝VTp1，代入数据得：p3＝9p0

31

14

答案 (1)A (2)9p0

4.解析 (1)分子间距增大时，分子间的引力与斥力都减小；由于分子运动的无规则性，温度升高时，分子的平均动能将增加；物体吸热的同时对外做功，且做的功等于吸的热，则它的内能不变；通过做功，热量可以从低温物体传到高温物体．所以选项B、D正确． 1

(2)单个油酸分子的直径等于油膜的厚度，每滴油酸溶液的体积为N mL，每滴油酸溶液中11

含有的油酸体积为N×0.05% mL，油膜的体积为V＝N×0.05%×n mL，则分子的直径(即V0.05%·n

油膜的厚度)为D＝S＝NS cm.

(3)①由玻意耳定律，对A部分气体有pALS＝p(L＋x)S

第 8 页 共 8 页

对B部分气体有pBLS＝p(L－x)S

代入相关数据解得p＝1.5×105 Pa，x＝10 cm

②活塞C向右移动的过程中A中气体对外做功，而气体发生等温变化，内能不变，故A中气体从外界吸热．

10.05%·n

答案 (1)BD (2)N×0.05%

NS (3)①10 cm 1.5×105 Pa ②吸热 理由见解析

5.解析 (1)由分子动理论可知，当两个分子之间表现为引力时，其作用力随分子间的距离增大先增大后减小，A错误；物体的内能在宏观上与温度、体积以及物质的质量有关，B错误；等容变化过程中，外界对气体不做功，故吸热内能一定增大，C正确；物质的状态在一定的条件下可以相互转变，在转变过程中会涉及能量变换，D正确． (2)①左管内气体压强：p1＝p0＋h2＝80 cmHg 右管内气体压强：p2＝p1＋h1＝85 cmHg p2＝p0＋h3，得右管内外液面高度差h3＝10 cm 则L2＝L1－h1－h2＋h3＝50 cm ②设玻璃管截面积为S，

对左侧管内的气体：p1＝80 cmHg，V1＝50S，T1＝300 K 当温度升至405 K时，设左侧管内下部的水银面下降了x cm. 则有：

p3＝(80＋x) cmHg，V3＝L3S＝(50＋x)S，T3＝405 K p1V1p3V3

依T＝T代入数据，解得x＝10 cm

13所以左侧竖直管内气柱的长度L3＝60 cm 答案 (1)CD (2)①50 cm ②60 cm

第 9 页 共 9 页

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/rw9.html