高考物理二轮复习 第12讲 分子动理论 气体及热力学定律活页规范训练

专题六选考模块第12讲分子动理论气体及热力学定律(选修3－3)1．(·浙江自选模块，13)一定质量的理想气体，从初始状态A经状态B、C、D再回到状态A，其体积V与温度T的关系如图6－12－8所示．图中TA、VA和TD为已知量．图6－12－8(1)从状态A到B，气体经历的是________过程(填“等温”、“等容”或“等压”)；(2)从B到C的过程中，气体的内能________(填“增大”、“减小”或“不变”)；(3)从C到D的过程中，气体对外________(填“做正功”、“做负功”或“不做功”)，同时________(填“吸热”或“放热”)；(4)气体在状态D时的体积VD＝________.解析题目中给出了四个不同状态的体积和温度．(1)A→B过程，体积不变，是等容过程．(2)B→C过程，体积减小，说明外界对气体做功，但气体的温度不变，所以气体的内能也不变，说明此过程放热．(3)C→D过程，气体的体积减小、温度降低，说明外界对气体做正功(或者说气体对外界做负功)，且气体的内能减小，是放热过程．(4)由理想气体状态方程知，eq\f(pAVA,TA)＝eq\f(pDVD,TD)，由题图知，D→A过程是等压过程，则有eq\f(VA,TA)＝eq\f(VD,TD)，得VD＝eq\f(TD,TA)VA.答案(1)等容(2)不变(3)做负功放热(4)eq\f(TD,TA)VA2．(1)下列说法正确的是()．A．液面中颗粒越大，撞击的分子越多，布朗运动越明显B．热传递是改变物体内能的方式之一，在这个过程中不会发生内能与其他能量的转变C．单晶体有固定的熔点，多晶体和非晶体没有固定的熔点D．“用油膜法估测分子的大小”的实验中油酸分子直径等于纯油酸体积除以相应油酸膜的面积F．理想气体在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比(2)如图6－12－9所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再从状态B变化到状态C.已知状态A的温度为480K.①求气体在状态C时的温度；②试分析从状态A变化到状态B的整个过程中气体是从外界吸收热量还是放出热量．图6－12－9解析(2)①A、C两状态体积相等，则有eq\f(pA,TA)＝eq\f(pC,TC)得TC＝eq\f(pC,pA)TA＝eq\f(0.5×480,1.5)K＝160K.②由理想气体状态方程得eq\f(pAVA,TA)＝eq\f(pBVB,TB)得TB＝eq\f(pBVB,pAVA)TA＝eq\f(0.5×3×480,1.5×1)K＝480K.由此可知A、B两状态温度相同，故A、B两状态内能相等．即从A→B，ΔU＝0又因为从A→B，体积增大，对外做功W<0，由热力学第一定律：ΔU＝W＋Q可知Q>0，吸热．答案(1)BD(2)①160K②吸热3．(1)人类对自然的认识是从宏观到微观不断深入的过程，以下说法正确的是________．A．液体的分子势能与体积有关B．晶体的物理性质都是各向异性的C．温度升高，每个分子的动能都增大D．露珠呈球状是由于液体表面张力的作用(2)气体温度计结构如图6－12－10所示．玻璃测温泡A内充有理想气体，通过细玻璃管B和水银压强计相连．开始时A处于冰水混合物中，左管C中水银面在O点处，右管D中水银面高出O点h1＝14cm，后将A放入待测恒温槽中，上下移动D，使C中水银面仍在O点处，测得D中水银面高出O点h2＝44cm.(已知外界大气压为1个标准大气压，1标准大气压相当于76cmHg)图6－12－10①求恒温槽的温度．②此过程A内气体内能________(填“增大”或“减小”)，气体不对外做功，气体将________(填“吸热”或“放热”)．解析(1)分子势能与分子间距有关，选项A正确；晶体分为单晶体和多晶体、单晶体的物理性质具有各向异性，而多晶体具有各向同性，选项B错误；温度升高，分子平均动能增大，但每个分子的动能不一定增大，选项C错误；露珠呈球状就是因为液体表面张力的作用，选项D正确．(2)①设恒温槽的温度为T2，由题意知T1＝273KA内气体发生等容变化．根据查理定律得：eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2)，p1＝p0＋ph1，p2＝p0＋ph2联立以上各式，代入数据得：T2＝364K(或91℃)．②增大；吸热答案(1)AD(2)①91℃②增大吸热4．(·江苏卷，12A)如图6－12－11所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A.其中，A→B和C→D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程(气体与外界无热量交换)．这就是著名的“卡诺循环”．图6－12－11(1)该循环过程中，下列说法正确的是________．A．A→B过程中，外界对气体做功B．B→C过程中，气体分子的平均动能增大C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多D．D→A过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化(2)该循环过程中，内能减小的过程是________(选填“A→B”、“B→C”、“C→D”或“D→A”)．若气体在A→B过程中吸收63kJ的热量，在C→D过程中放出38kJ的热量，则气体完成一次循环对外做的功为________kJ.(3)若该循环过程中的气体为1mol，气体在A状态时的体积为10L，在B状态时压强为A状态时的eq\f(2,3).求气体在B状态时单位体积内的分子数．(已知阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023mol－1，计算结果保留一位有效数字)解析(1)由理想气体状态方程和热力学第一定律分析，A→B为等温过程，内能不变，气体的体积增大，气体对外做功，A错；B→C过程为绝热过程，体积增大对外做功，因此内能减小，气体分子的平均动能减小，B错；C→D为等温过程，体积减小，分子数密度减小，单位时间内碰撞单位面积的分子数增多，C项正确；D→A为绝热过程，体积减小，外界对气体做功内能增大，温度升高，因此气体分子的速率分布曲线变化，D错．(2)在以上循环过程中，内能减少的过程是B→C.热力学第一定律，ΔU＝Q＋W得W＝25kJ(3)等温过程pAVA＝pBVB，解得VB＝15L，单位体积内分子数n＝eq\f(NA,VB)，解得n≈4×1025m－3.答案(1)C(2)B→C25(3)4×10255．(1)下列说法正确的是________．A．物体体积膨胀时，分子间距增大，分子势能也增大B．物体温度升高，分子平均动能不一定增大C．随着科学技术水平的提高第一类永动机一定能制成D．绝热气体膨胀过程中，气体内能一定减少(2)对于一定质量的理想气体，以p、V、T三个状态参量中的两个为坐标轴建立直角坐标系，在坐标系上描点直观地表示这两个参量的数值．如图6－12－12甲、乙所示，两个坐标系中，两个点分别表示相同质量的某种理想气体的两个状态．根据坐标系中不同点的位置来比较第三个参量的大小．图6－12－12①p－T图象中(图甲)A、B两个状态，________状态体积小．②p－V图象中(图乙)E、F两个状态，________状态温度低．(3)已知铜的摩尔质量为6.4×10－2kg/mol，密度为8.9×103kg/m3，阿伏加德罗常数为6.0×1023解析(1)体积增大，分子势能不一定增大，故A选项错误；温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子平均动能一定增大，故B选项错误；C选项违背了热力学第二定律，故C选项错误；由热力学第一定律，绝热过程体积膨胀气体对外做功，气体内能一定减小，故D选项正确．(2)题图甲中的倾斜直线为等容线，斜率越小，体积越大，所以VB>VA；题图乙中的双曲线为等温线，离原点越远，温度越高，所以TE>TF.(3)1m3n＝eq\f(ρV,M摩)＝eq\f(8.9×103×1,6.4×10－2)mol≈1.4×105mol1m3铜中的铜原子数为N＝nNA＝1.4×105×6.0×1023＝8.4×10由每个铜原子能提供1个自由电子可知，1m3铜中含有的自由电子数N电＝故铜导体中自由电子的数密度为ρ电＝eq\f(N电,V)＝8.4×1028个/m3.答案(1)D(2)①A②F③8.4×1028个/m36．(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，其中的每个分子的动能都将增大C．物体吸热时，它的内能不一定增加 D．晶体有固定熔点，而非晶体没有(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1mL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Scm2；则单个油酸分子的直径为________cm.(3)如图6－12－13中A、B气缸的长度和截面积均为30cm和20cm2，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＝2.0×105Pa的氮气．B内有压强pB＝1.0×105Pa的氧气．阀门打开后，活塞C向右移动，最后达到平衡．求：图6－12－13①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)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，不是每个分子的动能都增加；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．(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eq\f(1,N)mL，每滴油酸溶液中含有的油酸体积为eq\f(1,N)×0.05%mL，油膜的体积为V＝eq\f(1,N)×0.05%×nmL，则分子的直径(即油膜的厚度)为D＝eq\f(V,S)＝