分子动理论、热和功及气体状态参量典型问题例析

分子动理论、热和功及气体状态参量典型问题例析问题1：应弄清分子运动与布朗运动的关系布朗运动是大量液体分子对固体微粒撞击的集体行为的结果，个别分子对固体微粒的碰撞不会产生布朗运动。布朗运动的激烈程度与固体微粒的大小、液体的温度等有关。布朗运动是悬浮的固体微粒的运动，不是单个分子的运动，但布朗运动证实了周围液体分子的无规则运动。【例1】下列关于布朗运动的说法中正确的是( ) A.布朗运动是指在显微镜下观察到的组成悬浮颗粒的固体分子的无规则运动； B.布朗运动是指在显微镜下观察到的悬浮固体颗粒的无规则运动； C.布朗运动是指液体分子的无规则运动；abcdefg图16 D.布朗运动是指在显微镜下直接观察到的液体分子的无规则运动。【例2】在观察布朗运动时，从微粒在a点开始计时，间 隔30 s记下微粒的一个位置得到b、c、d、e、f、g等点，然后用直线依次连接，如图16所示，则下列说法正确的是：（ ） A微粒在75s末时的位置一定在cd的中点； B微粒在75s末时的位置可能在cd的连线上，但不可能在cd中点； C微粒在前30s内的路程一定等于ab的长度； D微粒在前30s内的位移大小一定等于ab的长度。问题2：应弄清分子力与分子引力和斥力的关系。分子力有如下几个特点：分子间同时存在引力和斥力；引力和斥力都随着距离的增大而减小； 斥力比引力变化得快。【例3】若把处于平衡状态时相邻分子间的距离记为r0，则下列关于分子间的相互作用力的说法中正确的是 ( ) A.当分子间距离小于r0时，分子间作用力表现为斥力; B.当分子间距离大于r0时，分子间作用力表现为引力;C.当分子间距离从r0逐渐增大时，分子间的引力增大; D.当分子间距离小于r0时，随着距离的增大分子力是减小的问题3： 应弄清分子力做功与分子势能变化的关系分子力做正功时分子势能减小，分子力做负功时分子势能增加。当r=r0即分子处于平衡位置时分子势能最小。不论r从r0增大还是减小，分子势能都将增大。分子势能与物体的体积有关。体积变化，分子势能也变化。【例4】分子甲和乙相距较远时，它们之间的分子力可忽略。现让分子甲固定不动，将分子乙由较远处逐渐向甲靠近直到不能再靠近，在这一过程中（ ）、分子力总是对乙做正功； 、分子乙总是克服分子力做功；、先是分子力对乙做正功，然后是分子乙克服分子力做功；、分子力先对乙做正功，再对乙做负功，最后又对乙做正功。问题4：应弄清温度与分子动能的关系从分子动理论观点来看，温度是物体分子热运动平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能就越大。注意同一温度下，不同物质分子的平均动能都相同，但由于不同物质的分子质量不尽相同，所以分子运动的平均速率不尽相同。【例5】质量相同、温度相同的氢气和氧气，它们的（） A分子数相同； B内能相同； C分子平均速度相同 ； D分子的平均动能相同。【例6】关于温度的概念，下列说法中正确的是（ ）A.温度是分子平均动能的标志，物体温度高，则物体的分子平均动能大;B.物体温度高，则物体每一个分子的动能都大;C.某物体内能增大时，其温度一定升高;D.甲物体温度比乙物体温度高，则甲物体的分子平均速率比乙物体大.问题5：应弄清物体的内能与状态参量的关系物体内能的多少与物体的温度、体积和摩尔数有关。理想气体的内能只跟理想气体的质量、温度有关，而与理想气体的体积无关。【例7】关于物体内能，下列说法中正确的是A 相同质量的两个物体，升高相同的温度内能增量一定相同；B 在一定条件下，一定量00C的水结成00C的冰，内能一定减小；C 一定量的气体体积增大，但既不吸热也不放热，内能一定减小；D 一定量气体吸收热量而保持体积不变，内能一定减小。问题6：应弄清物体的内能的变化与做功、热传递的关系改变物体内能的物理过程有两种：做功和热传递。它们的区别是：做功是其它形式的能（如：电能、机械能）和内能之间的转化；热传递是物体之间内能的转移。【例8】如图1所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和乙。现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高。则在移动P的过程中图1甲乙BPA外力对乙做功；甲的内能不变；B外力对乙做功；乙的内能不变；C乙传递热量给甲； 乙的内能增加；D乙的内能增加；甲的内能不变。【例9】有关物体内能，以下说法中正确的是：A1g00c水的内能比1g00c冰的内能大；B电流通过电阻后电阻发热切，它的内能增加是通过“热传递”方式实现的；C气体膨胀，它的内能一定减少； D橡皮筋被拉伸时，分子间热能增加。问题7：会计算固体活塞产生的压强用固体（如活塞等）封闭在静止容器内的气体压强，应对固体（如活塞等）进行受力分析，然后根据平衡条件求解。图4【例10】如图4所示，一个横截面积为S的圆筒形容器竖直放置。金属圆板A的上表面是水平的，下表面是倾斜的，下表面与水平面的夹角为，圆板的质量为M，不计圆板与容器壁之间的摩擦，若大气压强为P0，则被封闭在容器内的气体的压强P等于( )AP0 + B+ CP0 + DP0 + 。问题8：会根据热力学第二定律判定热学过程的可能性热力学第二定律的表述： 不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化（按热传导的方向性表述）。不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化（按机械能和内能转化过程的方向性表述）。第二类永动机是不可能制成的。【例11】根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的有：A热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体；B热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体；C机械能可以全部转化为热量，但热量不可能全部转化为机械能；D机械能可以全部转化为热量，热量也可能全部转化为机械能。【例12】关于第二类永动机，下列说法正确的是：A没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机；B第二类永动机违反了能量守恒定律，所以不可能制成；C第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能；D第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能，同时不引起其他变化。问题9：会根据能量守恒定律分析求解问题AB图9【例13】如图9所示，直立容器内部有被隔板隔开的A、B体积相同两部分气体，A的密度小，B的密度大，抽去隔板，加热气体使两部分气体均匀混合，设在此过程气体吸热Q，气体的内能增加为,则（ ）A； B；C； D.无法比较。图10AB【例14】如图10所示的A、B是两个管状容器，除了管较粗的部分高低不同之外，其他一切全同。将此两容器抽成真空，再同时分别插入两个水银池中，当水银柱停止运动时，问二管中水银的温度是否相同？为什么?设水银与外界没有热交换。问题10：会根据U=Q+W和PV=nRT分析求解问题【例15】对于定量气体，可能发生的过程是（ ）A等压压缩，温度降低 B等温吸热，体积不变C放出热量，内能增加 D绝热压缩，内能不变【例16】在一个密闭的容器里有一定质量的理想气体，在气体的温度升高，而体积保持不变的过程中，下列说法正确的是（ ）气体分子热运动的平均动能增大 气体从外界吸收热量气体的内能增大 外界对气体做功A、 B、 C、 D、【例17】将一挤瘪的不漏气的乒乓球放于热水中，一段时间后乒乓球恢复球形。在此过程中，下列说法正确的是（忽略乒乓球内气体分子间的作用力）( )A乒乓球内的气体吸收热量，对外做功，内能增大；B乒乓球内的气温温度升高，对外做功，内能减小；C乒乓球内的气体吸收热量，外界对气体做功，内能增大；D乒乓球内的气体分子的平均动能增大，压强增大，密度减小LMm图11问题11：会求解力热综合问题【例18】如图11所示，在质量为M的细玻璃管中盛有少量乙醚液体，用质量为m的软木塞将管口封闭。加热玻璃管使软木塞在乙醚蒸气的压力下水平飞出，玻璃管悬于长为L的轻杆上，细杆可绕上端O轴无摩擦转动。欲使玻璃管在竖直平面内做圆周运动，在忽略热量损失的条件下，乙醚最少要消耗多少内能？图14m1m2Bh1h2【例19】如图14所示，内部横截面积为S的圆筒形绝热容器，封有一定质量的理想气体，开口向上放在硬板上。设活塞质量为m1，现有一质量为m2的橡皮泥从距活塞上表面高为h1处的A点由静止开始下落，碰到活塞后，随活塞一起下降的最大距离为h2,若不计活塞与容器壁的摩擦，求容器内气体内能的最大变化量是多少？问题12：会分析求解联系实际的问题图12【例20】如图12所示，钢瓶内装有高压氧气。打开阀门氧气迅速从瓶口喷出，当内外气压相等时立即关闭阀门。过一段时间后再打开阀门，会不会再有氧气逸出？同步练习： 1、一定质量的理想气体处于某一平衡状态，此时其压强为P0，有人设计了四种途径，使气体经过每种途经后压强仍为P0。这四种途径是（ ） 先保持体积不变，降低压强，再保持温度不变，压缩体积 先保持体积不变，使气体升温，再保持温度不变，让体积膨胀 先保持温度不变，使体积膨胀，再保持体积不变，使气体升温 先保持温度不变，压缩气体，再保持体积不变，使气体降温 可以断定， A. 、不可能B. 、不可能 C. 、不可能D. 、都可能2、一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，则此过程的末态与初态相比，（ ） A气体内能一定增加 B气体内能一定减小C气体内能一定不变 D气体内能是增是减不能确定3、如图17所示的绝热容器，把隔板抽掉，让左侧理想气体自由膨胀到右侧直至平衡，则下列说法正确的是（ ）图17A气体对外做功，内能减少，温度降低；B气体对外做功，内能不变，温度不变；C气体不做功，内能不变，温度不变，压强减小；D气体不做功，内能减少，压强减小。4、 下列说法正确的是（ ）A 热量不能由低温物体传递到高温物体；B 外界对物体做功，物体的内能必定增加；C 第二类永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律；D 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。5、甲、乙两个相同的密闭容器中分别装有等质量的同种气体，已知甲、乙容器中气体的压强分别为p甲、p乙，且p甲Q212、一个带活塞的气缸内盛有一定量的气体。若此气体的温度随其内能的增大而升高,则（ ）A将热量传给气体，其温度必升高B压缩气体，其温度必升高C压缩气体，同时气体向外界放热，其温度必不变D压缩气体，同时将热量传给气体，其温度必升高13、质量为M的木块静止于光滑的水平桌面上，另有一质量为m的子弹，以水平初速度V0向木块射来，与木块发生相互作用后，子弹最后停留在木块中。设此过程中机械能损失的有30%转化为子弹的内能增加，并知道子弹的比热为C ，试求子弹的温度升高t 。例题答案：1B 2D. 3AB 4C 5D 6A 7BC 8C 9AD 10D 11BD 12AD 13B 15AC 16C 17AD14分析与解：不同。A管中水银的温度略高于B管中水银的温度。两管插入水银池时，大气压强均为P0，进入管中的水银的体积均为V，所以大气压力对两池中水银所做的功相同，但两装置中水银重力势能的增量不同，所以两者内能改变量也不同。由图可知，A管中水银的重力势能较小，所以A管中水银的内能增量较多，其温度应略高。 18分析与解：设活塞冲开瞬间，软木塞和细玻璃管的速度分别为V1、V2，则据动量守恒定律可得：MV2-mV1=0,玻璃管在竖直平面内做圆周运动至少要达到最高点，此时速度V3=0.对玻璃管根据机械能守恒定律可得：。根据能量守恒得乙醚最少要消耗的内能为：。19错解：橡皮泥自由下落h1的过程中，机械能守恒。碰撞活塞时，动量守恒。橡皮泥和活塞一起下降过程中，由于容器绝热减少的机械能都通过对气体做功转变成系统的内能。由机械能守恒得：根据动量守恒得：所以内能的增量为：分析纠错：只有当物体的体积不发生变化时，大气压力对物体所做的功才为零。由于固体或液体的体积变化通常是可以忽略的，所以当研究对象是固体或液体时，不考虑大气压力的做功。但气体体积容易发生显著变化，大气压力做功必须考虑。对于本题由于气体体积发生