2023届高考物理二轮复习第一部分专题八选考模块第1讲分子动理论、气体及热力学定律课时作业

PAGEPAGE6第1讲分子动理论、气体及热力学定律[限时标准训练]1．(2022·高考全国卷Ⅱ)(1)一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p­T图象如下图，其中对角线ac的延长线过原点O.以下判断正确的选项是________．A．气体在a、c两状态的体积相等B．气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能C．在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功D．在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功E．在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功(2)一氧气瓶的容积为0.08m3，开始时瓶中氧气的压强为20个大气压．某实验室每天消耗1个大气压的氧气0.36m解析：(1)由ac的延长线过原点O知，直线Oca为一条等容线，气体在a、c两状态的体积相等，选项A正确；理想气体的内能由其温度决定，故在状态a时的内能大于在状态c时的内能，选项B正确；过程cd是等温变化，气体内能不变，由热力学第一定律知，气体对外放出的热量等于外界对气体做的功，选项C错误；过程da气体内能增大，从外界吸收的热量大于气体对外界做的功，选项D错误；由理想气体状态方程知：eq\f(paVa,Ta)＝eq\f(pbVb,Tb)＝eq\f(pcVc,Tc)＝eq\f(pdVd,Td)＝C，即paVa＝CTa，pbVb＝CTb，pcVc＝CTc，pdVd＝CTd.设过程bc中压强为p0＝pb＝pc，过程da中压强为p0′＝pd＝pa.由外界对气体做功W＝p·ΔV知，过程bc中外界对气体做的功Wbc＝p0(Vb－Vc)＝C(Tb－Tc)，过程da中气体对外界做的功Wda＝p0′(Va－Vd)＝C(Ta－Td)，Ta＝Tb，Tc＝Td，故Wbc＝Wda，选项E正确(此选项也可用排除法直接判断更快捷)．(2)设氧气开始时的压强为p1，体积为V1，压强变为p2(2个大气压)时，体积为V2.根据玻意耳定律得p1V1＝p2V2①重新充气前，用去的氧气在p2压强下的体积为V3＝V2－V1②设用去的氧气在p0(1个大气压)压强下的体积为V0，那么有p2V3＝p0V0③设实验室每天用去的氧气在p0下的体积为ΔV，那么氧气可用的天数为N＝eq\f(V0,ΔV)④联立①②③④式，并代入数据得N＝4(天)．⑤答案：(1)ABE(2)4天2．(1)以下说法正确的选项是________．A．气体总是充满容器，说明气体分子间只存在斥力B．对于一定质量的理想气体，温度升高，气体内能一定增大C．温度越高布朗运动越剧烈，说明水分子的运动与温度有关D．物体内能增加，温度一定升高E．热量可以从低温物体传到高温物体(2)如下图，在两端封闭粗细均匀的竖直长管道内，用一可自由移动的活塞A封闭体积相等的两局部气体．开始时管道内气体温度都为T0＝500K，下局部气体的压强p0＝1.25×105Pa，活塞质量m＝0.25kg，管道的内径横截面积S＝1cm2.现保持管道下局部气体温度不变，上局部气体温度缓慢降至T，最终管道内上局部气体体积变为原来的eq\f(3,4)，假设不计活塞与管道壁间的摩擦，g取10m/s2，求此时上局部气体的温度T.解析：(1)气体总是充满容器，说明气体分子在做无规那么热运动，而气体分子之间既存在引力也存在斥力，选项A错误．由于理想气体的内能只与温度有关，所以对于一定质量的理想气体，温度升高，气体内能一定增大，选项B正确．温度越高布朗运动越剧烈，说明水中悬浮的微粒的运动与温度有关，而悬浮微粒的运动是由水分子对微粒的碰撞造成的，即水分子的运动与温度有关，选项C正确．物体内能增加，例如冰吸热熔化，内能增加，但是温度不变，选项D错误．热量可以从低温物体传到高温物体，例如电冰箱中热从低温物体传到高温物体，选项E正确．(2)设初状态时两局部气体体积均为V0，对下局部气体，等温变化，根据玻意耳定律知p0V0＝pV其中V＝eq\f(5,4)V0解得p＝eq\f(4,5)×1.25×105Pa＝1.0×105Pa对上局部气体，初态：p1＝p0－eq\f(mg,S)＝1.0×105Pa末态：p2＝p－eq\f(mg,S)＝0.75×105Pa根据理想气体状态方程，有eq\f(p1V0,T0)＝eq\f(p2×\f(3,4)V0,T)解得T＝281.25K答案：(1)BCE(2)281.25K3．(2022·沈阳一模)(1)以下说法正确的选项是________．A．第一类永动机不可能制成，因为违背了能量守恒定律B．液体温度越高、悬浮颗粒越小，布朗运动越剧烈C．不考虑分子势能，那么质量、温度均相同的氢气和氧气的内能也相同D．非晶体的物理性质各向同性而晶体的物理性质都是各向异性E．物体吸收热量，其内能可能不变(2)如下图，绝热汽缸内封闭一定质量的理想气体，汽缸内壁光滑，有一绝热活塞可在汽缸内自由滑动，活塞的重力为500N、横截面积为100cm2.当两局部气体的温度都为27℃时，活塞刚好将缸内气体分成体积相等的A、B上下两局部，此时A气体的压强为p0＝1.0×105Pa.现把汽缸倒置，仍要使两局部体积相等，那么需要把A局部的气体加热到多少摄氏度？解析：(1)第一类永动机是指违反能量守恒定律的机器，A正确；温度越高，液体分子对悬浮颗粒的撞击越频繁，悬浮颗粒越小，撞击不平衡时机越多，布朗运动越显著，B正确；内能由温度和物质的量决定，C错误；单晶体的某些物理性质具有各向异性，但多晶体的物理性质各向同性，D错误；假设物体吸收的热量等于其对外所做的功，那么其内能不变，E正确．(2)初始状态，B气体的压强为p1＝p0＋eq\f(G,S)末状态，对于B气体：由于温度和体积都未变化，所以B气体的压强不变化对于A气体p2＝p1＋eq\f(G,S)依据查理定律得eq\f(p0,T1)＝eq\f(p2,T2)其中T1＝(273＋27)K＝300K解得T2＝600K，即t＝327℃答案：(1)ABE(2)327℃4．(2022·高考全国卷Ⅲ)(1)关于气体的内能，以下说法正确的选项是________．A．质量和温度都相同的气体，内能一定相同B．气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大C．气体被压缩时，内能可能不变D．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关E．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加(2)一U形玻璃管竖直放置，左端开口，右端封闭，左端上部有一光滑的轻活塞．初始时，管内汞柱及空气柱长度如下图．用力向下缓慢推活塞，直至管内两边汞柱高度相等时为止．求此时右侧管内气体的压强和活塞向下移动的距离．玻璃管的横截面积处处相同；在活塞向下移动的过程中，没有发生气体泄漏；大气压强p0＝75.0cmHg.环境温度不变．解析：(1)气体的内能由物质的量、温度和体积决定，质量和温度都相同的气体，内能可能不同，说法A错误．内能与物体的运动速度无关，说法B错误．气体被压缩时，同时对外传热，根据热力学第一定律知内能可能不变，说法C正确．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关，说法D正确．根据理想气体状态方程，一定量的某种理想气体在压强不变的情况下，体积变大，那么温度一定升高，内能一定增加，说法E正确．(2)设初始时，右管中空气柱的压强为p1，长度为l1；左管中空气柱的压强为p2＝p0，长度为l2.活塞被下推h后，右管中空气柱的压强为p1′，长度为l1′；左管中空气柱的压强为p2′，长度为l2′.以cmHg为压强单位．由题给条件得p1＝p0＋(20.0－5.00)cmHg①l1′＝(20.0－eq\f(20.0－5.00,2))cm②由玻意耳定律得p1l1＝p1′l1′③联立①②③式和题给条件得p1′＝144cmHg④依题意p2′＝p1′⑤l2′＝4.00cm＋eq\f(20.0－5.00,2)cm－h⑥由玻意耳定律得p2l2＝p2′l2′⑦联立④⑤⑥⑦式和题给条件得h＝9.42cm⑧答案：(1)CDE(2)144cmHg9.42cm5．(1)一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其p-T图象如下图．以下判断正确的选项是________．A．过程ab中气体一定吸热B．过程bc中气体既不吸热也不放热C．过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热D．a、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小E．b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同(2)一定质量的理想气体被活塞封闭在竖直放置的圆柱形汽缸内．汽缸壁导热良好，活塞可沿汽缸壁无摩擦地滑动．开始时气体压强为p，活塞下外表相对于汽缸底部的高度为h，外界的温度为T0.现取质量为m的沙子缓慢地倒在活塞的上外表，沙子倒完时，活塞下降了eq\f(h,4).假设此后外界的温度变为T，求重新到达平衡后气体的体积．外界大气的压强始终保持不变，重力加速度大小为g.解析：(1)因为eq\f(pV,T)＝C，从图中可以看出，a→b过程eq\f(p,T)不变，那么体积V不变，因此a→b过程外力做功W＝0，气体温度升高，那么ΔU＞0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知Q＞0，即气体吸收热量，A正确；b→c过程气体温度不变，ΔU＝0，但气体压强减小，由eq\f(pV,T)＝C知V增大，气体对外做功，W＜0，由ΔU＝Q＋W可知Q＞0，即气体吸收热量，B错误；c→a过程气体压强不变，温度降低，那么ΔU＜0，由eq\f(pV,T)＝C知V减小，外界对气体做功，W＞0，由ΔU＝W＋Q可知|W|＜|Q|，C错误；状态a温度最低，而温度是分子平均动能的标志，D正确；b→c过程体积增大了，容器内分子数密度减小，温度不变，分子平均动能不变，因此容器壁单位面积单位时间受到分子撞击的次数减少了，E正确．(2)设汽缸的横截面积为S，沙子倒在活塞上后，对气体产生的压强为Δp，由玻意耳定律得phS＝(p＋Δp)(h－eq\f(1,4)h)S①解得Δp＝eq\f(1,3)p②外界的温度变为T后，设活塞距底面的高度为h′.根据盖—吕萨克定律得eq\f(h－\f(1,4)hS,T0)＝eq\f(h′S,T)③解得h′＝eq\f(3T,4T0)h④据题意可得Δp＝eq\f(mg,S)⑤气体最后的体积为V＝Sh′⑥联立②④⑤⑥式得V＝eq\f(9mghT,4pT0).答案：(1)ADE(2)eq\f(9mghT,4pT0)6．(2022·湖南十三校联考)(1)以下说法正确的选项是________．A．布朗运动就是液体分子的热运动B．当分子间距离减小时，分子势能不一定减小C．一定质量的理想气体在温度不变的条件下，压强增大，那么外界对气体做正功D．一切自然过程总是向分子热运动无序性增大的方向进行E．第二类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律(2)如下图，面积S＝100cm2的轻活塞A将一定质量的气体封闭在导热性能良好的汽缸B内，汽缸开口向上竖直放置，高度足够大．在活塞上放一重物，质量为m＝20kg，静止时活塞到缸底的距离为L1＝20cm，摩擦不计，大气压强为p0＝1.0×105Pa，温度为27℃，g取10m/s2.①假设保持温度不变，将重物去掉，求活塞A移动的距离；②假设加热汽缸B，使封闭气体温度升高到177℃，求活塞A移动的距离．解析：(1)布朗运动是悬浮颗粒的无规那么运动，A错误；当分子间距离r＜r0时，分子间距离减小，势能增大，B正确；温度不变，压强增大，那么体积减小，外界对气体做正功，C正确；由热力学第二定律的微观意义知D正确；第二类永动机不可能制成是因为违背了热力学第二定律，E错误．(2)①以封闭气体为研究对象，初状态压强：p1＝p0＋eq\f(mg,S)＝1.2×105Pa初状态体积：V1＝L1S＝20S末状态压强：p2＝p0＝1.0×105Pa气体发生等温变化，由玻意耳定律得p1V1＝p2V2即1.2×105×20S＝1×105×L2S解得L2＝24cm活塞移动的距离：d＝L2－L1＝4cm.②加热汽缸，气体做等压变化，由查理定律得eq\f(V1,T1)＝eq\f(V3,T3)即eq\f(20S,273＋27)＝eq\f(L3S,273＋177)解得L3＝30cm活塞移动的距离：d′＝L3－L1＝(30－20)cm＝10cm.答案：(1)BCD(2)①4cm②10cm7．(1)以下说法正确的选项是________．A．一定质量的理想气体，放热的同时外界对其做功，其内能可能减少B．单晶体有固定的熔点，多晶体和非晶体没有固定的熔点C．热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高温物体D．当分子间的距离增大时，分子之间的引力和斥力均同时减小，而分子势能一定增大E．气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，与单位体积内气体的分子数和气体温度有关(2)如下图，将一个绝热汽缸竖直放在水平桌面上，在汽缸内用一个活塞封闭一定质量的气体，在活塞上面放置一个物体，活塞和物体的总质量为m，活塞的横截面积为S，活塞厚度不计．外界的大气压为p0，不计活塞和汽缸