高考物理四海八荒易错集专题15 分子动理论 气体及热力学定律.docx
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高考物理四海八荒易错集专题15分子动理论气体及热力学定律
专题15分子动理论气体及热力学定律
【易错雷区,步步为赢】
1.
(1)(多选)下列说法中正确的是________。
A.一定量气体膨胀对外做功100J,同时从外界吸收120J的热量,则它的内能增大20J
B.在使两个分子间的距离由很远(r>10-9m)减小到很难再靠近的过程中,分子间作用力先减小后增大,分子势能不断增大
C.由于液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离,液体表面存在张力
D.用油膜法测出油分子的直径后,要测定阿伏加德罗常数,只需再知道油的密度即可
E.空气相对湿度越大时,空气中水蒸气压强越接近同温度水的饱和汽压,水蒸发越慢。
(2)一定质量的理想气体从状态A变化到状态B,再变化到状态C,其状态变化过程的pV图像如图所示。
已知该气体在状态A时的温度为27℃。
则:
①该气体在状态B、C时的温度分别为多少℃?
②该气体从状态A到状态C的过程中内能的变化量是多大?
③该气体从状态A到状态C的过程中是吸热,还是放热?
传递的热量是多少?
(2)①状态A:
tA=300K,pA=3×105Pa,VA=1×10-3m3
状态B:
tB=?
pB=1×105Pa,VB=1×10-3m3
状态C:
tC=?
pC=1×105Pa,VC=3×10-3m3
A到B过程等容变化,由等容变化规律得:
=,代入数据得:
tB=100K=-173℃
B到C为等压变化,由等压变化规律得:
=,代入数据得:
tC=300K=27℃。
②因为状态A和状态C温度相等,且气体的内能是所有分子的动能之和,温度是分子平均动能的标志
所以在这个过程中:
ΔU=0。
③由热力学第一定律得:
ΔU=Q+W,因为ΔU=0
故:
Q=-W
在整个过程中,气体在B到C过程对外做功,所以:
W=-pΔV=-1×105×(3×10-3-1×10-3)J=-200J
即:
Q=200J,是正值,故在这个过程中吸热。
答案:
(1)ACE
(2)①-173℃ 27℃ ②0 ③吸热 200J
2.
(1)(多选)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
(2)如图,一粗细均匀的U形管竖直放置,A侧上端封闭,B侧上端与大气相通,下端开口处开关K关闭;A侧空气柱的长度l=10.0cm,B侧水银面比A侧的高h=3.0cm。
现将开关K打开,从U形管中放出部分水银,当两侧水银面的高度差为h1=10.0cm时将开关K关闭。
已知大气压强p0=75.0cmHg。
(ⅰ)求放出部分水银后A侧空气柱的长度;
(ⅱ)此后再向B侧注入水银,使A、B两侧的水银面达到同一高度,求注入的水银在管内的长度。
(2)(ⅰ)以cmHg为压强单位。
设A侧空气柱长度l=10.0cm时的压强为p;当两侧水银面的高度差为h1=10.0cm时,空气柱的长度为l1,压强为p1。
由玻意耳定律得
pl=p1l1①
由力学平衡条件得
p=p0+h②
打开开关K放出水银的过程中,B侧水银面处的压强始终为p0,而A侧水银面处的压强随空气柱长度的增加逐渐减小,B、A两侧水银面的高度差也随之减小,直至B侧水银面低于A侧水银面h1为止。
由力学平衡条件有
p1=p0-h1③
联立①②③式,并代入题给数据得
l1=12.0cm。
④
(ⅱ)当A、B两侧的水银面达到同一高度时,设A侧空气柱的长度为l2,压强为p2。
由玻意耳定律得pl=p2l2⑤
由力学平衡条件有p2=p0⑥
联立②⑤⑥式,并代入题给数据得l2=10.4cm⑦
设注入的水银在管内的长度为Δh,依题意得
Δh=2(l1-l2)+h1⑧
联立④⑦⑧式,并代入题给数据得
Δh=13.2cm。
答案:
(1)ACD
(2)(ⅰ)12.0cm (ⅱ)13.2cm
3.
(1)(多选)下列说法正确的是________。
A.悬浮在液体中的微粒越小,在液体分子的撞击下越容易保持平衡
B.荷叶上的小水珠呈球形是由于液体表面张力的作用
C.物体内所有分子的热运动动能之和叫做物体的内能
D.当人们感到潮湿时,空气的绝对湿度不一定较大
E.一定质量的理想气体先经等容降温,再经等温压缩,压强可以回到初始的数值
(2)如图所示,用两个质量均为m、横截面积均为S的密闭活塞将开口向下竖直悬挂的导热气缸内的理想气体分成Ⅰ、Ⅱ两部分,当在活塞A下方悬挂质量为2m的物体后,整个装置处于静止状态,此时Ⅰ、Ⅱ两部分气体的高度均为l0。
已知环境温度、大气压强p0均保持不变,且满足5mg=p0S,不计一切摩擦。
当取走物体后,两活塞重新恢复平衡,求活塞A上升的高度。
(2)对气体Ⅰ分析,初状态的压强为:
p1=p0-=p0
末状态的压强为:
p1′=p0-=p0
由玻意耳定律有:
p1l0S=p1′l1S
解得:
l1=l0
对气体Ⅱ分析,初状态p2=p1-=p0
末状态p2′=p1′-=p0
由玻意耳定律p2l0S=p2′l2S
l2=l0
A活塞上升的高度Δl=(l0-l1)+(l0-l2)=l0。
答案:
(1)BDE
(2)l0
4.
(1)(多选)对于分子动理论和物体内能的理解,下列说法正确的是________。
A.温度高的物体内能不一定大,但分子平均动能一定大
B.外界对物体做功,物体内能一定增加
C.温度越高,布朗运动越显著
D.当分子间的距离增大时,分子间作用力就一直减小
E.当分子间作用力表现为斥力时,分子势能随分子间距离的减小而增大
(2)如图所示,上端封闭、下端开口内径均匀的玻璃管,管长L=100cm,其中有一段长h=15cm的水银柱把一部分空气封闭在管中。
当管竖直放置时,封闭气柱A的长度LA=50cm。
现把开口端向下插入水银槽中,直至A端气柱长LA′=37.5cm时为止,这时系统处于静止状态。
已知大气压强p0=75cmHg,整个过程中温度保持不变,试求槽内的水银进入管内的长度。
(2)对A部分气体,由玻意耳定律有:
pALAS=pA′LA′S
pA=60cmHg
解得:
pA′===80cmHg
对B部分气体有:
pBLBS=pB′LB′S
而pB′=95cmHg pB=p0=75cmHg
解得:
LB′==27.6cm
Δh=L-LA′-h-LB′=19.9cm。
答案:
(1)ACE
(2)19.9cm
5.
(1)(多选)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图像如图所示。
其中对角线ac的延长线过原点O。
下列判断正确的是________。
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0.36m3。
当氧气瓶中的压强降低到2个大气压时,需重新充气。
若氧气的温度保持不变,求这瓶氧气重新充气前可供该实验室使用多少天。
(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,则有
p2V3=p0V0③
设实验室每天用去的氧气在p0压强下的体积为ΔV,则氧气可用的天数为
N=④
联立①②③④式,并代入数据得
N=4(天)。
⑤
答案:
(1)ABE
(2)4天
6.
(1)(多选)关于热力学定律,下列说法正确的是________。
A.气体吸热后温度一定升高
B.对气体做功可以改变其内能
C.理想气体等压膨胀过程一定放热
D.热量不可能自发地从低温物体传到高温物体
E.如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡,那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡
(2)在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强,两压强差Δp与气泡半径r之间的关系为Δp=,其中σ=0.070N/m。
现让水下10m处一半径为0.50cm的气泡缓慢上升。
已知大气压强p0=1.0×105Pa,水的密度ρ=1.0×103kg/m3,重力加速度大小g=10m/s2。
(ⅰ)求在水下10m处气泡内外的压强差;
(ⅱ)忽略水温随水深的变化,在气泡上升到十分接近水面时,求气泡的半径与其原来半径之比的近似值。
(2)(ⅰ)当气泡在水下h=10m处时,设其半径为r1,气泡内外压强差为Δp1,则
Δp1=①
代入题给数据得Δp1=28Pa。
②
(ⅱ)设气泡在水下10m处时,气泡内空气的压强为p1,气泡体积为V1;气泡到达水面附近时,气泡内空气的压强为p2,气泡内外压强差为Δp2,其体积为V2,半径为r2。
气泡上升过程中温度不变,根据玻意耳定律有
p1V1=p2V2③
由力学平衡条件有
p1=p0+ρgh+Δp1④
p2=p0+Δp2⑤
气泡体积V1和V2分别为
V1=πr13⑥
V2=πr23⑦
联立③④⑤⑥⑦式得
3=⑧
由②式知,Δpi≪p0,i=1,2,故可略去⑧式中的Δpi项。
代入题给数据得
=≈1.3。
⑨
答案:
(1)BDE
(2)(ⅰ)28Pa (ⅱ)或1.3
7.(多选)下列说法正确的是( )
A.显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地作无规则运动,这反映了液体分子运动的无规则性
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.分子势能随着分子间距离的增大,可能先减小后增大
D.在真空、高温条件下,可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素
E.当温度升高时,物体内每一个分子热运动的速率一定都增大
【名师点睛,易错起源】
易错起源1、分子动理论 内能及热力学定律
例1.(多选)两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动,直至不再靠近。
在此过程中,下列说法正确的是( )
A.分子力先增大,后一直减小
B.分子力先做正功,后做负功
C.分子动能先增大,后减小
D.分子势能先增大,后减小
E.分子势能和动能之和不变
解析:
选BCE 分子力应先增大,后减小,再增大,所以A选项错;分子力先为引力,做正功,再为斥力,做负功,B选项正确;根据动能定理可知分子动能先增大后减小,分子势能先减小后增大,分子动能和分子势能之和保持不变,所以C、E选项正确,D错误。
【变式探究】(多选)下列说法中正确的是()
A.气体放出热量,其分子的平均动能可能增大
B.布朗运动不是液体分子的运动,但它可以说明分子在永不停息地做无规则运动
C.当分子力表现为斥力时,分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大
D.第二类永动机不违反能量守恒定律,但违反了热力学第一定律
E.某气体的摩尔体积为V,每个分子的体积为V0,则阿伏加德罗常数可表示为NA=
【名师点睛】
1.估算问题
(1)油膜法估算分子直径:
d=
V为纯油体积,S为单分子油膜面积
(2)分子总数:
N=nNA=·NA=NA
注意:
对气体而言,N≠。
(3)两种模型:
球模型:
V=πR3(适用于估算液体、固体分子直径)
立方体模型:
V=a3(适用于估算气体分子间距)
【锦囊妙计,战胜自我】
2.反映分子运动规律的两个实例
(1)布朗
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