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2018届高考物理二轮复习:专题限时集训15 分子动理论 气体及热力学定律

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       专题限时集训(十五) 分子动理论 气
                         体及热力学定律

                           (对应学生用书第       145 页)
                               (限时:40   分钟)

 一、选择题(本题共        8 小题,每小题      5 分,共   40 分.每小题的五个选项中有三
   个选项符合题目要求,选对             1 个得  2 分,选对    2 个得  4 分,选对    3 个得  5 分,
   每选错一个扣       3 分,最低得分为       0 分.)

1.(2015·Ⅱ卷   T33(1))关于扩散现象,下列说法正确的是(  )
      A.温度越高,扩散进行得越快
      B.扩散现象是不同物质间的一种化学反应
      C.扩散现象是由物质分子无规则运动产生的
      D.扩散现象在气体、液体和固体中都能发生
      E.液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的
      ACD [扩散现象与温度有关,温度越高,扩散进行得越快,选项                           A 正
      确.扩散现象是由于分子的无规则运动引起的,不是一种化学反应,选
      项 B 错误,选项      C 正确,选项     E 错误.扩散现象在气体、液体和固体中
      都能发生,选项       D 正确.]

2.下列说法正确的是(  )
      A.悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动
      B.空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果
      C.彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点
      D.高原地区水的沸点较低,这是高原地区温度较低的缘故
      E.干湿泡湿度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度,这是湿泡外纱
      布中的水蒸发吸热的结果
      BCE [悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了水分子的热运动,而不是反
      映花粉分子的热运动,选项            A 错误.由于表面张力的作用使液体表面的
      面积收缩,使小雨滴呈球形,选项               B 正确.液晶的光学性质具有各向异
      性,彩色液晶显示器就利用了这一性质,选项                    C 正确.高原地区水的沸
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      点较低是因为高原地区的大气压强较小,水的沸点随大气压强的降低而
      降低,选项     D 错误.由于液体蒸发时吸收热量,温度降低,所以湿泡显
      示的温度低于干泡显示的温度,选项                E 正确.]

3.[2017·高三第一次全国大联考(新课标卷Ⅰ)]下列说法正确的是(  )
      A.气体的温度升高,每个气体分子运动的速率都增大
      B.已知阿伏加德罗常数、气体的摩尔质量和密度,可算出该气体分子间
      的平均距离

      C.空调机作为制冷机使用时,将热量从温度较低的室内送到温度较高的
      室外,所以制冷机的工作不遵守热力学第二定律

      D.附着层内分子间距离小于液体内部分子间距离时,液体与固体间表现
      为浸润

      E.若分子间的距离减小,则分子间的引力和斥力均增大
      BDE [温度是分子平均动能的标志,是大量分子无规则运动的宏观表现,
      气体温度升高,分子的平均动能增加,分子的平均速率增大,不是每个
      气体分子运动的速率都增大,故              A 错误;知道阿伏加德罗常数、气体的
      摩尔质量和密度,可求出气体的摩尔体积,即每个气体分子占据的空间
      大小,从而能求出分子间的平均距离,故                  B 正确;将热量从温度较低的
      室内送到温度较高的室外,产生了其他影响,即消耗了电能,所以不违
      背热力学第二定律,故          C 错误;附着层内分子间距离小于液体内部分子
      间距离时,液体与固体间表现为浸润,故                  D 正确;如图所示,若分子间
      的距离减小,则分子间的引力和斥力均增大,故                     E 正确.


                                              ]
4.[2017·高三第一次全国大联考(新课标卷Ⅲ)]关于热现象,下列说法中正确的

   是(  )
      A.液体的温度越高,布朗微粒运动越显著
      B.外界对气体做功时,其内能一定会增大
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      C.扩散现象与布朗运动都与温度有关
      D.液晶显示器是利用了液晶对光具有各向同性的特点
      E.一定温度下,饱和汽的压强是一定的
      ACE [液体的温度越高,分子无规则热运动得越剧烈,故微粒布朗运动
      越显著,故     A 正确;外界对气体做功,在气体不对外放热的情况下,内
      能才会增加,B       错误;扩散现象与布朗运动都与温度有关,温度越高,现
      象越明显,故      C 正确;液晶显示器是利用了液晶对光具有各向异性的特
      点,故   D 错误;一定温度下,饱和汽的压强是不变的,选项                       E 正确.]

5.(2017·衡水市冀州中学一模)下列说法正确的是(  ) 
                                                  【导学号:19624175】
      A.“用油膜法估测分子的大小”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

      B.一定质量的理想气体在体积不变的情况下,压强                       p 与热力学温度      T 成
      正比

      C.气体分子的平均动能越大,气体的压强就越大
      D.物理性质各向同性的一定是非晶体
      E.液体的表面张力是由于液体分子间的相互作用引起的
      ABE [油膜法测分子直径大小的实验中,油膜经充分扩散,形成单分子
      油膜,故纯油酸体积除以油膜面积即为分子直径大小,故                         A 正确;由查
      理定律可知,一定质量的理想气体在体积不变的情况下,压强                           p 与热力
      学温度   T 成正比,故     B 正确;气体分子平均动能大,说明气体温度较高,
      但不确定气体体积的大小,由理想气体状态方程可知无法确定气体压强
      大小,故    C 错误;多晶体也具有各向同性的特点,故                   D 错误;液体的表
      面张力是由于表面层分子分布比液体内部稀疏,分子间相互作用表现为
      引力,故    E 正确.]

6.(2017·沈阳模拟)下列说法正确的是(  )
      A.当分子间距离为平衡距离时分子势能最大
      B.饱和汽压随温度的升高而减小
      C.对于一定质量的理想气体,当分子热运动变剧烈时,压强可以不变
      D.熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性增大的方
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      向进行

      E.由于液面表面分子间距离大于液体内部分子间的距离,所以液体表面
      具有收缩的趋势
      CDE [当分子间距离为平衡距离时分子势能最小,故                      A 错误;饱和汽压
      随温度的升高而增大,故           B 错误;当分子的热运动变剧烈时,温度升高,
      若体积同时增大,压强可以不变,故                C 正确;熵增加原理说明一切自然
      过程总是向着分子热运动的无序性增大的方向进行,故                        D 正确;由于液
      体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离,液面分子间表现为引力,
      故液体表面有收缩趋势,故            E 正确.]

7.(2017·西北工大附中模拟)下列说法中正确的是(  )
      A.布朗运动反映的是液体分子的无规则运动
      B.根据热力学第二定律可知,热量不可能从低温物体传到高温物体
      C.物体放出热量,温度一定降低
      D.气体对容器壁的压强是由于大量气体分子对器壁的碰撞作用产生的
      E.热量是热传递过程中,物体间内能的转移量;温度是物体分子平均动
      能大小的量度
      ADE [布朗运动是固体小颗粒的运动,是液体分子无规则运动的反映,
      故 A 正确;热量可以从低温物体传到高温物体,但要引起其他方面的变
      化,故   B 错误;物体放出热量时,若同时外界对物体做功,则温度可以
      升高,故    C 错误;大量气体分子对器壁的持续撞击引起了气体对容器壁
      的压强,故     D 正确;热传递过程中,物体间内能的转移量叫作热量;温
      度是分子热运动平均动能的标志,故                E 正确.]

8.(2017·合肥二模)下列说法中正确的是(  )
      A.在较暗的房间里,看到透过窗户的“阳光柱”里粉尘的运动不是布朗
      运动

      B.气体分子速率呈现出“中间多,两头少”的分布规律
      C.随着分子间距离增大,分子间作用力减小,分子势能也减小
      D.一定量的理想气体发生绝热膨胀时,其内能不变
      E.一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行
      ABE [布朗运动是悬浮在液体或气体中固体小颗粒的无规则运动,在较
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      暗的房间里可以观察到射入屋内的阳光中有悬浮在空气里的小颗粒在飞
      舞,是由于气体的流动,这不是布朗运动,故                    A 正确;麦克斯韦提出了
      气体分子速率分布的规律,即“中间多,两头少”,故                        B 正确;分子力
      的变化比较特殊,随着分子间距离的增大,分子间作用力不一定减小,
      当分子表现为引力时,随着分子间距离增大,分子势能增大,故                            C 错误;
      一定量理想气体发生绝热膨胀时,不吸收热量,同时对外做功,其内能
      减小,故    D 错误;根据热力学第二定律可知,一切自发过程总是沿着分
      子热运动的无序性增大的方向进行,故                 E 正确.]

      二、计算题(本题共        4 小题,每小题      10 分,共   40 分.)
9.(10  分)(2017·西北工大附中模拟)如图          15­12 所示,“13”形状的各处连通且
   粗细相同的细玻璃管竖直放置在水平地面上,只有竖直玻璃管                            FG 中的顶端
   G 开口,并与大气相通,水银面刚好与顶端                   G 平齐.AB=CD=L,BD=
        L      L
   DE=4,FG=2.管内用水银封闭有两部分理想气体,气体                      1 长度为   L,气体
           L

   2 长度为2,L=76      cm.已知大气压强       p0=76  cmHg,环境温度始终为         t0=27 
   ℃,现在仅对气体         1 缓慢加热,直到使        BD 管中的水银恰好降到         D 点,求此
   时(计算结果保留三位有效数字)

      (1)气体  2 的压强   p2 为多少厘米汞柱?
      (2)气体  1 的温度需加热到多少摄氏度?


                                  图  15­12

      【解析】 (1)加热气体         1 时,气体    2 的温度、压强、体积均不改变,气

                        L      76
                            76+
      体 2 的压强:p=p0+4=(          4 ) cmHg=95.0 cmHg.
      (2)对于气体    1,设玻璃管横截面积为          S,

                            p0V1 p2V2
      由理想气体状态方程得:            T0 = T2
                        5

      其中:V1=LS,V2=4LS,p0=76 cmHg,p2=(76+19) cmHg=95 cmHg,
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      T0=t0+273=300 K,

      解得:T2=468.75 K,所以      t2≈196 ℃.
      【答案】 (1)95.0 cmHg (2)196 ℃
10.(10  分)(2017·沈阳模拟)如图      15­13 所示,内壁光滑的圆柱形导热汽缸固定
   在水平面上,汽缸内被活塞封有一定质量的理想气体,活塞横截面积为                                S,
   质量和厚度都不计,活塞通过弹簧与汽缸底部连接在一起,弹簧处于原长,

                                                           p0S

   已知周围环境温度为          T0,大气压强恒为       p0,弹簧的劲度系数        k=  l0 (S 为活塞

   横截面积),原长为        l0,一段时间后,环境温度降低,在活塞上施加一水平向
   右的压力,使活塞缓慢向右移动,当压力增大到某一值时保持恒定,此时活

   塞向右移动了       0.2l0,缸内气体压强为       1.1p0.

      (1)求此时缸内气体的温度          T1;

      (2)对汽缸加热,使气体温度缓慢升高,当活塞移动到距汽缸底部                           1.2l0 时,

      求此时缸内气体的温度          T2. 
                                                  【导学号:19624176】


                                  图  15­13

      【解析】 (1)汽缸内的气体,初态时:压强为                   p0,体积为    V0=Sl0,温度

      为 T0

      末态时:压强为       p1=1.1p0,体积为     V1=S(l0-0.2l0)
      由理想气体状态方程得:

      p0V0 p1V1
       T0 = T1
      解得:T1=0.88T0.

      (2)当活塞移动到距汽缸底部           1.2l0 时,体积为   V2=1.2Sl0,设气体压强为

      p2,
      由理想气体状态方程得:

      p0V0 p2V2
       T0 = T2
      此时活塞受力平衡,方程为:

      p0S+F-p2S+k(1.2l0-l0)=0
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      当活塞向右移动       0.2l0 后压力  F 保持恒定,活塞受力平衡

      p0S+F-1.1p0S-k(0.2l0)=0

      解得:T2=1.8T0.

      【答案】 (1)0.88T0 (2)1.8T0
11.(10  分)[2017·高三第二次全国大联考(新课标卷Ⅰ)]如图                15­14 所示,一圆柱
   形汽缸竖直放置,汽缸正中间有挡板,位于汽缸口的活塞封闭着一定质量的

   理想气体.活塞的质量为            m,横截面积为       S.开始时,活塞与汽缸底部相距

   L,测得气体的温度为          T0.现缓慢降温,让活塞缓慢下降,直到恰好与挡板接
   触但不挤压.然后在活塞上放一重物                 P,对气体缓慢升温,让气体的温度缓

   慢回升到     T0,升温过程中,活塞不动.已知大气压强为                   p0,重力加速度为
   g,不计活塞与汽缸间摩擦.


                                  图  15­14
      (1)求活塞刚与挡板接触时气体的温度和重物                  P 的质量的最小值;
      (2)整个过程中,气体是吸热还是放热,吸收或放出热量为多少?
      【解析】 (1)缓慢降温过程是一个等压过程

                                                       SL

      初态:温度     T0,体积    V0=LS,末态:温度       T1,体积   V1=  2
                        V0  V1          T0

      由盖-吕萨克定律有T0=T1,解得             T1=  2
      升温过程中,活塞不动,是一个等容过程

                    T0              mg

      初态:温度     T1=  2 ,压强  p1=p0+  S ,末态:温度      T2=T0,压强    p2=
         m+Mg

      p0+    S
                  p1  p2             p0S
      由查理定律有T1=T2,解得          M=m+    g .
      (2)整个过程,理想气体的温度不变,内能不变

                                                  mg SL p0SL+mgL
                                              p0+
      降温过程体积变小,外界对气体做的功为                  W=(     S ) 2 =   2
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升温过程,体积不变,气体不对外界做功,外界也不对气体做功

                                                 p0SL+mgL
由热力学第一定律,整个过程中,气体放出热量                     Q=W=       2    .
            T0     p0S                p0SL+mgL
【答案】 (1)     2  m+  g  (2)气体向外放热          2

12. (10 分)(2015·Ⅰ卷 T33(2))如图 15­15 所示,一固定的竖直汽缸由一大一
小两个同轴圆筒组成,两圆筒中各有一个活塞.已知大活塞的质量为

                                  2
m1=2.50  kg,横截面积为      S1=80.0 cm ;小活塞的质量为         m2=1.50  kg,

                      2
横截面积为     S2=40.0   cm ;两活塞用刚性轻杆连接,间距保持为                  l=40.0 
cm;汽缸外大气的压强为           p=1.00×105  Pa,温度为    T=303  K.初始时大
                    l

活塞与大圆筒底部相距2,两活塞间封闭气体的温度为                       T1=495   K.现汽
缸内气体温度缓慢下降,活塞缓慢下移.忽略两活塞与汽缸壁之间的摩

擦,重力加速度大小         g 取 10 m/s2.求:


                            图  15­15
(1)在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间,汽缸内封闭气体的温度;
(2)缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时,缸内封闭气体的压强. 
                                            【导学号:19624177】

【解析】 (1)设初始时气体体积为              V1,在大活塞与大圆筒底部刚接触时,

缸内封闭气体的体积为          V2,温度为     T2.由题给条件得

      l       l
           l-
V1=S1(2)+S2(  2)             ①

V2=S2l                       ②

在活塞缓慢下移的过程中,用             p1 表示缸内气体的压强,由力的平衡条件
得

S1(p1-p)=m1g+m2g+S2(p1-p)    ③
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故缸内气体的压强不变.由盖­吕萨克定律有

V1  V2
T1=T2                        ④
联立①②④式并代入题给数据得

T2=330 K.                    ⑤

(2)在大活塞与大圆筒底部刚接触时,被封闭气体的压强为                        p1.在此后与汽
缸外大气达到热平衡的过程中,被封闭气体的体积不变.设达到热平衡
时被封闭气体的压强为          p′,由查理定律,有

p′ p1
T=T2                         ⑥
联立③⑤⑥式并代入题给数据得

p′=1.01×105 Pa.              ⑦
【答案】 (1)330 K (2)1.01×105 Pa
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