2021年高考物理（四海八荒易错集）专题15分子动理论气体及热力学定律

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1、2017年高考物理（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100 J，同时从外界吸收120 J 的热量，则它的内能增大20 JB在使两个分子间的距离由很远(r109 m)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

2、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：该气体在状态B、C时的温度分别为多少？该气体从状态A到状态C的过程中内能的变化量是多大？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)状态A：tA300 K，pA3105 Pa，VA1103 m3状态B：tB？pB1105 Pa，VB1103 m3状态C：tC？pC1105 Pa，VC3103 m3A到B过程等容变化，由等容变化规律得：，代入数据得：tB100 K173 B到C为等压变化，由等压变化规律得：，代入数据得：tC300 K27 。因为状态A和状态C温度相

3、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：U0。由热力学第一定律得：UQW，因为U0故：QW在整个过程中，气体在B到C过程对外做功，所以：WpV1105(31031103) J200 J即：Q200 J，是正值，故在这个过程中吸热。答案：(1)ACE(2)173 27 0吸热200 J2(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

4、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l10.0 cm，B侧水银面比A侧的高h3.0 cm。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h110.0 cm时将开关K关闭。已知大气压强p075.0 cmHg。()求放出部分水银后A侧空气柱的长度；()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)()以 cmHg为压强单位。设A侧空气柱长度l10.0 cm时的压强为p；当两侧水银面的高度差为h110.0 cm时，空气柱的长度为l1，压强为p1。由玻意耳定律得plp1l1由力学平衡条件得pp0h打开开关K放出水银

5、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p1p0h1联立式，并代入题给数据得l112.0 cm。()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plp2l2由力学平衡条件有p2p0联立式，并代入题给数据得l210.4 cm设注入的水银在管内的长度为h，依题意得h2(l1l2)h1联立式，并代入题给数据得h13.2 cm。答案：(1)ACD(2)()12.0 cm()13.2 cm3 (1)(多选)下列说法正确的是_

6、。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、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、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5mgp0S，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。 (

7、2)对气体分析，初状态的压强为：p1p0p0末状态的压强为：p1p0p0由玻意耳定律有：p1l0Sp1l1S解得：l1l0对气体分析，初状态p2p1p0末状态p2p1p0由玻意耳定律p2l0Sp2l2Sl2l0A活塞上升的高度l(l0l1)(l0l2)l0。答案：(1)BDE(2)l04. (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、

8、下端开口内径均匀的玻璃管，管长L100 cm，其中有一段长h15 cm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LA50 cm。现把开口端向下插入水银槽中，直至A端气柱长LA37.5 cm时为止，这时系统处于静止状态。已知大气压强p075 cmHg，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：pALASpALASpA60 cmHg解得：pA80 cmHg对B部分气体有：pBLBSpBLBS而pB95 cmHgpBp075 cmHg解得：LB27.6 cmhLLAhLB19.9 cm。答案：(1)ACE(2)19.9 cm5.

9、 (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0.08 m3，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0.36 m3。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

10、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p1V1p2V2重新充气前，用去的氧气在p2压强下的体积为V3V2V1设用去的氧气在p0(1个大气压)压强下的体积为V0，则有p2V3p0V0设实验室每天用去的氧气在p0压强下的体积为V，则氧气可用的天数为N联立式，并代入数据得N4(天)。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

11、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p与气泡半径r之间的关系为p，其中0.070 N/m。现让水下10 m处一半径为0.50 cm的气泡缓慢上升。已知大气压强p01.0105 Pa，水的密度1.0103 kg/m3，重力加速度大小g10 m/s2。()求在水下10 m处气泡内外的压强差；()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)()当气泡在水下h10 m处时，设其半径为r1，气泡内外压强差为p1，则p1代入题给数据得p128

12、 Pa。()设气泡在水下10 m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p2，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p1V1p2V2由力学平衡条件有p1p0ghp1p2p0p2气泡体积V1和V2分别为V1r13V2r23联立式得3由式知，pip0，i1,2，故可略去式中的pi项。代入题给数据得1.3。答案：(1)BDE(2)()28 Pa()或1.37(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，

13、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

14、，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：dV为纯油体积，S为单分子油膜面积(2)分子总数：NnNANANA注意：对气体而言，N。(3)两种模型：球模型：VR

15、3(适用于估算液体、固体分子直径)立方体模型：Va3(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)布朗运动：研究对象：悬浮在液体或气体中的固体小颗粒。运动特点：无规则、永不停息。相关因素：颗粒大小、温度。(2)扩散现象产生原因：分子永不停息的无规则运动。相关因素：温度。如诊断卷第2题第(1)问，扩散现象是分子无规则热运动产生的，不是物质间的化学反应或液体对流形成的，故B、E均错误。3对热力学定律的理解(1)改变物体内能的方式有两种，只叙述一种改变方式是无法确定内能变化的。(2)热力学第一定律UQW中W和Q的符号可以这样确定：只要此项改变对内能增加有正贡献的即

16、为正。(3)对热力学第二定律的理解：热量可以由低温物体传递到高温物体，也可以从单一热源吸收热量全部转化为功，但不引起其他变化是不可能的。易错起源2、固体、液体和气体例2(多选)下列说法正确的是()A将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是非晶体B固体可以分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上有不同的光学性质C由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体D在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体E在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，内能也保持不变【变式探究】下列说法正确的是()A液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，故液体表面存在张力

17、B悬浮在液体中的固体小颗粒会不停地做无规则的运动，这种运动是分子热运动C把很多小的单晶体放在一起，就变成了非晶体D第二类永动机没有违反能量守恒定律E绝对零度不可达到【名师点睛】【锦囊妙计，战胜自我】1对晶体、非晶体特性的理解(1)只有单晶体，才可能具有各向异性。(2)各种晶体都具有固定熔点，晶体熔化时，温度不变，吸收的热量全部用于分子势能增加。(3)晶体与非晶体可以相互转化。(4)有些晶体属于同素异构体，如金刚石和石墨。2正确理解温度的微含义(1)温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能越大。(2)温度越高，物体分子动能总和增大，但物体的内能不一定越大。明白以上两点，即可判断诊断卷第

18、4题第(1)问的A选项。3对气体压强的理解(1)气体对容器壁的压强是气体分子频繁碰撞的结果，温度越高，气体分子密度越大，气体对容器壁因碰撞而产生的压强就越大。(2)地球表面大气压强可认为是大气重力产生的。易错起源3、气体实验定律和理想气体状态方程例3、如图所示，一固定的竖直气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m12.50 kg，横截面积为S180.0 cm2；小活塞的质量为m21.50 kg，横截面积为S240.0 cm2；两活塞用刚性轻杆连接，间距保持为l40.0 cm；气缸外大气的压强为p1.00105 Pa，温度为T303 K。初始时大活塞与大圆筒底部

19、相距，两活塞间封闭气体的温度为T1495 K。现气缸内气体温度缓慢下降，活塞缓慢下移。忽略两活塞与气缸壁之间的摩擦，重力加速度大小g取10 m/s2。求：(1)在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间，气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。故缸内气体的压强不变。由盖吕萨克定律有联立式并代入题给数据得T2330 K(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。在此后与气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，有联立式并代入题给数据得p1.01105 Pa。答案(1)330 K(2)1.

20、01105 Pa【变式探究】如图所示，两端开口、粗细均匀的长直U形玻璃管内由两段水银柱封闭着长度为15 cm的空气柱，气体温度为300 K时，空气柱在U形管的左侧。 (1)若保持气体的温度不变，从左侧开口处缓慢地注入25 cm长的水银柱，管内的空气柱长为多少？(2)为了使空气柱的长度恢复到15 cm，且回到原位置，可以向U形管内再注入一些水银，并改变气体的温度，应从哪一侧注入长度为多少的水银柱？气体的温度变为多少？(大气压强p075 cmHg，图中标注的长度单位均为cm) (2)由水银柱的平衡条件可知需要向右侧注入25 cm长的水银柱才能使空气柱回到A、B之间，这时空气柱的压强为：p3(755

21、0)cmHg125 cmHg由查理定律，有：解得：T3375 K。答案(1)12.5 cm(2)从右侧注入25 cm长水银柱375 K【举一反三】一粗细均匀的J形玻璃管竖直放置，短臂端封闭，长臂端(足够长)开口向上，短臂内封有一定质量的理想气体，初始状态时管内各段长度如图甲所示，密闭气体的温度为27 ，大气压强为75 cmHg。求：(1)若沿长臂的管壁缓慢加入5 cm长的水银柱并与下方的水银合为一体，为使密闭气体保持原来的长度，应使气体的温度变为多少？(2)在第(1)问的情况下，再使玻璃管沿绕过O点的水平轴在竖直平面内逆时针转过180，稳定后密闭气体的长度为多少？(3)在图乙所给的p T坐标系

22、中画出以上两个过程中密闭气体的状态变化过程。 (3)p348 cmHg，变化过程如图所示。答案(1)320 K(2)30 cm(3)见解析【名师点睛】【锦囊妙计，战胜自我】1压强的计算(1)被活塞、气缸封闭的气体，通常分析活塞或气缸的受力，应用平衡条件或牛顿第二定律求解。(2)被液柱封闭的气体压强，若分析液柱受力，应用平衡条件或牛顿第二定律求解，得出的压强单位为Pa。2合理选取气体变化所遵循的规律列方程(1)若气体质量一定，p、V、T均发生变化，则选用理想气体状态方程列式求解。(2)若气体质量一定，p、V、T中有一个量不发生变化，则选用对应的实验定律列方程求解。由活塞、液柱相联系的“两团气”问

23、题，要注意寻找两团气之间的压强、体积或位移关系，列出辅助方程，最后联立求解。1 (1)下列说法中正确的是_。(填正确答案标号)A2时水已经结为冰，水分子停止了热运动B物体温度越高，物体内部分子热运动的平均动能越大C内能不同的物体，物体内部分子热运动的平均动能可能相同D一定质量的气体分子的平均速率增大，气体的压强可能减小E热平衡是指一个系统内部的状态不再改变时所处的状态(2)一定质量的理想气体经历了如图1所示的状态变化。图1 ()已知从A到B的过程中，气体对外放出600 J的热量，则从A到B，气体的内能变化了多少？ ()试判断气体在状态B、C的温度是否相同。如果知道气体在状态C时的温度TC300

24、 K，则气体在状态A时的温度为多少？解析(1)分子做永不停息的无规则热运动，A错误；物体温度越高，分子的平均动能就越大，物体的内能不同，但温度可能相同则物体分子热运动的平均动能相同，选项B、C正确；一定质量的气体分子的平均速率增大，气体分子温度升高，但压强与温度和体积均有关，若气体的体积也增大，则压强不一定增大，也可能减小，选项D正确；处于热平衡的系统温度保持不变，但是压强和体积等物理量可以改变，故E错误。答案(1)BCD(2)()300 J()1 200 K2 (1)下列说法正确的是_。(填正确答案标号)A布朗运动反映了组成固体小颗粒的分子的无规则运动B热量可以从低温物体传递到高温物体C一定

25、质量的理想气体，体积减小、温度不变时，气体的内能不变D温度降低，物体内分子运动的速率不一定都变小E随着科学技术的发展，人类终会制造出效率为100%的热机 (2)在一端封闭、内径均匀的光滑直玻璃管内，有一段长为l16 cm的水银柱封闭着一定质量的理想气体。当玻璃管水平放置达到平衡时如图2甲所示，被封闭气柱的长度l123 cm；当管口向上竖直放置时，如图乙所示，被封闭气柱的长度l219 cm。已知重力加速度g10 m/s2，不计温度的变化。求：图2 ()大气压强p0(用cmHg表示)； ()当玻璃管开口向上以a5 m/s2的加速度匀加速上升时，水银柱和玻璃管相对静止时被封闭气柱的长度。解析(2)(

26、)由玻意耳定律可得：p0l1S(p0gl)l2S解得：p076 cmHg答案(1)BCD(2)()76 cmHg()17.48 cm3(1)下列说法中正确的是_。(填正确答案标号)A物体中分子热运动动能的总和等于物体的内能B橡胶无固定熔点，是非晶体C饱和汽压与分子密度有关，与温度无关D热机的效率总小于1E对于同一种气体，温度越高，分子平均动能越大 (2)如图3甲所示，封闭有一定质量理想气体的汽缸固定在水平桌面上，开口向右放置，活塞的横截面积为S。活塞通过轻绳连接了一个质量为m的小物体，轻绳跨在定滑轮上。开始时汽缸内外压强相同，均为大气压p0(mgp0S)。汽缸内气体的温度T0，轻绳处在伸直状态

27、。不计摩擦。缓慢降低汽缸内温度，最终使得气体体积减半，求：图3 ()重物刚离地时汽缸内的温度T1； ()气体体积减半时的温度T2； ()在图乙坐标系中画出气体状态变化的整个过程。并标注相关点的坐标值。解析(2)()p1p0，p2p0等容过程：T1T0T0()等压过程：T2T0T0()如图所示答案(1)BDE(2)()T0 ()T0()见解析4(1)下列说法正确的是_。(填正确答案标号)A松香在熔化过程中温度不变，分子平均动能不变B当分子间的引力与斥力平衡时，分子势能最小C液体的饱和汽压与饱和汽的体积有关D若一定质量的理想气体被压缩且吸收热量，则压强一定增大E若一定质量的理想气体分子平均动能减小

28、，且外界对气体做功，则气体一定放热 (2)如图4所示，开口向上的汽缸C静置于水平桌面上，用一横截面积S50 cm2的轻质活塞封闭了一定质量的理想气体，一轻绳一端系在活塞上，另一端跨过两个定滑轮连着一劲度系数k2 800 N/m的竖直轻弹簧A，A下端系有一质量m14 kg的物块B。开始时，缸内气体的温度t127 ，活塞到缸底的距离L1120 cm，弹簧恰好处于原长状态。已知外界大气压强恒为p01.0105 Pa，取重力加速度g10 m/s2，不计一切摩擦。现使缸内气体缓慢冷却，求：图4()当B刚要离开桌面时汽缸内封闭气体的温度； ()气体的温度冷却到93 时B离桌面的高度H。(结果保留两位有效数字) (2)()B刚要离开桌面时弹簧拉力为kx1mg由活塞受力平衡得p2Sp0Skx1根据理想气体状态方程有代入数据解得T2207 K当B刚要离开桌面时缸内气体的温度t266 ()由()得x15 cm当温度降至66 之后，若继续降温，则缸内气体的压强不变，根据盖吕萨克定律有代入数据解得H15 cm答案(1)BDE(2)()66 ()15 cm32