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1、第16講分子動理論氣體及熱力學定律,1(2018課標)(1)(多選)對于實際的氣體，下列說法正確的是 __________。 A氣體的內能包括氣體分子的重力勢能 B氣體的內能包括氣體分子之間相互作用的勢能 C氣體的內能包括氣體整體運動的動能 D氣體的體積變化時，其內能可能不變 E氣體的內能包括氣體分子熱運動的動能,(2)如圖，一豎直放置的汽缸上端開口，汽缸壁內有卡口a和b，a、b間距為h，a距缸底的高度為H；活塞只能在a、b間移動，,其下方密封有一定質量的理想氣體。已知活塞質量為m，面積為S，厚度可忽略；活塞和汽缸壁均絕熱，不計它們之間的摩擦。開始時活塞處于靜止狀態(tài)，上、下方氣體壓強均為p0，
2、溫度均為T0?，F(xiàn)用電熱絲緩慢加熱汽缸中的氣體，直至活塞剛好到達b處。求此時汽缸內氣體的溫度以及在此過程中氣體對外所做的功。重力加速度大小為g。,解析 (1)氣體的內能是指所有氣體分子的動能和分子間的勢能之和，故A、C項錯誤。 (2)開始時活塞位于a處，加熱后，汽缸中的氣體先經(jīng)歷等容過程，直至活塞開始運動，設此時汽缸中氣體的溫度為T1，壓強為p1，根據(jù)查理定律有 ,根據(jù)力的平衡條件有 p1Sp0Smg 聯(lián)立式可得 T1 T0 此后，汽缸中的氣體經(jīng)歷等壓過程，直至活塞剛好到達b處，設此時汽缸中氣體的溫度為T2；活塞位于a處和b處時氣體的體積分別為V1和V2。根據(jù)蓋呂薩克定律有
3、 ,式中 V1SH V2S(Hh) 聯(lián)立式解得 T2 T0 從開始加熱到活塞到達b處的過程中，汽缸中的氣體對外做的功為 W(p0Smg)h 答案 (1)BDE,2(2018課標)(1)(多選)如圖，一定質量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷過程、、、到達狀態(tài)e。對此氣體，下列說法正確的是__________。,A過程中氣體的壓強逐漸減小 B過程中氣體對外界做正功 C過程中氣體從外界吸收了熱量 D狀態(tài)c、d的內能相等 E狀態(tài)d的壓強比狀態(tài)b的壓強小,(2)如圖，容積為V的汽缸由導熱材料制成，面積為S的活塞將汽缸分成容積相等的上下兩部分，汽缸上部通過細管與裝有某種液體的容器相
4、連，細管上有一閥門K。開始時，K關閉，汽缸內上下兩部分氣體的壓強均為p0?，F(xiàn)將K打開，容器內的液體緩慢地流入汽缸，當流入的液體體積為時 ，將K關閉，活塞平衡時其下方氣體的體積減小了 。不計活塞的質量和體積，外界溫度保持不變，重力加速度大小為g。求流入汽缸內液體的質量。,解析 (1)過程是等容升溫過程，由 ，可知壓強逐漸增大，A項錯誤。過程中氣體膨脹，故氣體對外界做正功，B項正確。過程為等容降溫過程，氣體向外放出熱量，C項錯誤。一定質量的理想氣體的內能只與溫度有關，而TcTd，所以狀態(tài)c、d的內能相等，D項正確。由理想氣體狀態(tài)方程 C得pC ，由題圖可知 ，則pbpd，E項正確。
5、,(2)設活塞再次平衡后，活塞上方氣體的體積為V1，壓強為p1；下方氣體的體積為V2，壓強為p2。在活塞下移的過程中，活塞上、下方氣體的溫度均保持不變，由玻意耳定律得 P0 p1V1 P0 p2V2 由已知條件得 V1 V V2 ,設活塞上方液體的質量為m，由力的平衡條件得 p2Sp1Smg 聯(lián)立以上各式得 m ,3(2018課標)(1)如圖，一定量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，其過程如p-V圖中從a到b的直線所示。在此過程中__________。,A氣體溫度一直降低B氣體內能一直增加 C氣體一直對外做功 D氣體一直從外界吸熱 E氣體吸收
6、的熱量一直全部用于對外做功,(2)在兩端封閉、粗細均勻的U形細玻璃管內有一段水銀柱，水銀柱的兩端各封閉有一段空氣。當U形管兩端豎直朝上時，左、右兩邊空氣柱的長度分別為l118.0 cm和l212.0 cm，左邊氣體的壓強為12.0 cmHg。現(xiàn)將U形管緩慢平放在水平桌面上，沒有氣體從管的一邊通過水銀逸入另一邊。求U形管平放時兩邊空氣柱的長度。在整個過程中，氣體溫度不變。,解析 (1)對于一定量的理想氣體有 恒量。從a到b，p逐漸增大，V逐漸增大，所以p與V的乘積pV增大，可知T增大，則氣體的內能一直增加，故A錯誤、B正確。由于V逐漸增大，可知氣體一直對外做功，故C正確。由熱力學第一定律UQ
7、W，因U0，W0，即氣體一直從外界吸熱，且吸收的熱量大于對外做的功，故D正確、E錯誤。 (2)設U形管兩端豎直朝上時，左、右兩邊氣體的壓強分別為p1和p2。U形管水平放置時，兩邊氣體壓強相等，設為p，此時原左、右兩邊氣柱長度分別變?yōu)閘1和l2。,由力的平衡條件有 p1p2g(l1l2) 式中為水銀密度，g為重力加速度大小。,由玻意耳定律有 p1l1pl1 p2l2pl2 兩邊氣柱長度的變化量大小相等 l1l1l2l2 由式和題給條件得： l122.5 cm l27.5 cm 答案 (1)BCD(2)見解析,4(2017課標)(1)如圖，用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分，隔板左側充有理想氣體，隔板右
8、側與絕熱活塞之間是真空。現(xiàn)將隔板抽開，氣體會自發(fā)擴散至整個汽缸。待氣體達到穩(wěn)定后，緩慢推壓活塞，將氣體壓回到原來的體積。假設整個系統(tǒng)不漏氣。下列說法正確的是________。,A氣體自發(fā)擴散前后內能相同 B氣體在被壓縮的過程中內能增大 C在自發(fā)擴散過程中，氣體對外界做功 D氣體在被壓縮的過程中，外界對氣體做功 E氣體在被壓縮的過程中，氣體分子的平均動能不變,(2)一熱氣球體積為V，內部充有溫度為Ta的熱空氣，氣球外冷空氣的溫度為Tb。已知空氣在1個大氣壓、溫度T0時的密度為0，該氣球內、外的氣壓始終都為1個大氣壓，重力加速度大小為g。 ()求該熱氣球所受浮力的大??； ()求該熱氣球內空氣所受的
9、重力； ()設充氣前熱氣球的質量為m0，求充氣后它還能托起的最大質量。,解析 (1)氣體自發(fā)擴散時不對外做功，W0，汽缸絕熱，Q0，由熱力學第一定律得UWQ0，故氣體內能不變，選項A正確，C錯誤；氣體被壓縮的過程中體積縮小，外界對氣體做功，W0，Q0，故U0，氣體內能增大，故理想氣體的溫度升高，則分子平均動能增大，選項B、D正確，選項E錯誤。 (2)()設1個大氣壓下質量為m的空氣在溫度為T0時的體積為V0，密度為 0 ,在溫度為T時的體積為VT，密度為 (T) 由蓋呂薩克定律得 聯(lián)立式得 (T)0 氣球所受到的浮力為 f(Tb)gV 聯(lián)立式得,fVg0 ()氣球
10、內熱空氣所受的重力為 G(Ta)Vg 聯(lián)立式得GVg0 ()設該氣球還能托起的最大質量為m，由力的平衡條件得 mgfGm0g 聯(lián)立式得mV0T0 m0,1分子模型、分子數(shù)： (1)分子模型：球模型：V R3，立方體模型：Va3。 (2)分子數(shù)：NnNA NA NA。 2分子運動：分子做永不停息的無規(guī)則運動，溫度越高，分子的無規(guī)則運動越劇烈。,3分子勢能、分子力與分子間距離的關系：,創(chuàng)新預測 1下列四幅圖中，能正確反映分子間作用力f和分子勢能Ep隨分子間距離r變化關系的圖線是(),解析 當rr0時引力與斥力的合力為零，即分子力為零，A、D錯；當分子間的距離大于或
11、小于r0時，分子力做負功，分子勢能增加，rr0時分子勢能最小，B對，C錯。 答案 B,2(多選)關于擴散現(xiàn)象，下列說法正確的是________。(填正確答案標號) A溫度越高，擴散進行得越快 B擴散現(xiàn)象是不同物質間的一種化學反應 C擴散現(xiàn)象是由物質分子無規(guī)則運動產(chǎn)生的 D擴散現(xiàn)象在氣體、液體和固體中都能發(fā)生 E液體中的擴散現(xiàn)象是由于液體的對流形成的,解析 擴散現(xiàn)象是物質分子做無規(guī)則運動產(chǎn)生的，在氣體、液體、固體中都能發(fā)生；溫度越高，擴散現(xiàn)象越明顯；這是一種物理現(xiàn)象，不是化學反應，所以選項A、C、D正確，選項B、E錯誤。 答案 ACD,3下列敘述正確的是() A布朗運動是固體小顆粒的運動，是液體
12、分子的熱運動的反映 B分子間距離越大，分子勢能越大 C兩個鉛塊緊壓后能連在一起，說明分子間有引力 D用打氣筒向籃球充氣時需用力，說明氣體分子間有斥力 E溫度升高，物體的內能卻不一定增大,解析 布朗運動是懸浮在液體中的小顆粒的運動，它反映了液體分子的運動，A正確；若取兩分子相距無窮遠時的分子勢能為零，則當兩分子間距離大于r0時，分子力表現(xiàn)為引力，分子勢能隨間距的減小而減小(此時分子力做正功)，當分子間距離小于r0時，分子力表現(xiàn)為斥力，分子勢能隨分子間距的減小而增大(此時分子力做負功)，B錯誤；兩個鉛塊緊壓后能連在一起，說明分子間有引力，C正確；用打氣筒向籃球充氣時需用力，是由于籃球內氣體壓強在增
13、大，不能說明分子間有斥力，D錯誤；物體的內能取決于溫度、體積及物體的質量，溫度升高，內能不一定增大，E正確。 答案 ACE,,創(chuàng)新預測 4下列對氣體、液體和固體相關知識的理解正確的是() A用熱針尖接觸蠟紙，蠟紙上的石蠟熔解區(qū)域呈圓形，這是非晶體各向同性的表現(xiàn) B一定溫度下飽和蒸氣的分子數(shù)密度為一定值，溫度升高，飽和蒸氣的分子數(shù)密度增大 C如果氣體分子總數(shù)不變，而氣體溫度升高，氣體的平均動能一定增大，因此壓強也必然增大 D夏季天旱時，給莊稼松土是為了破壞土壤中的毛細管，減少水分蒸發(fā),E飽和蒸氣是指液體不再蒸發(fā)，蒸氣不再液化時的狀態(tài) 解析 用熱針尖接觸蠟紙，蠟紙上的石蠟熔解區(qū)域呈圓形，這是非晶體
14、各向同性的表觀，A選項正確；一定溫度下飽和蒸氣的分子數(shù)密度為一定值，溫度升高，飽和蒸氣的分子數(shù)密度增大，B選項正確；溫度升高，分子平均動能增大，但是壓強與分子平均動能和分子密集程度有關，C選項錯誤；經(jīng)常松土，可以使土壤疏松，破壞土壤中的毛細管，減少水分蒸發(fā)，D選項正確；飽和蒸氣是指液體蒸發(fā)與蒸氣液化相平衡的狀態(tài)，液體仍在蒸發(fā)，蒸氣仍在液化，E選項錯誤。 答案 ABD,5下列說法中正確的是() A石墨和金剛石是晶體，玻璃和木炭是非晶體 B同種元素形成的晶體只能有一種排列規(guī)律 C晶體的分子(或原子、離子)排列是有規(guī)則的 D晶體有固定的熔點，非晶體沒有固定的熔點 E晶體的物理性質是各向異性的，非晶體
15、是各向同性的,解析 根據(jù)晶體和非晶體的特性和分類知A項正確；同種元素原子可以按不同結構排列，即具有不同的空間點陣，物理性質則不同，如石墨和金剛石，B項錯誤；晶體的分子(或原子、離子)排列規(guī)則，構成空間點陣，非晶體的分子(或原子、離子)排列不規(guī)則，C項正確；由于物質內部原子排列的明顯差異，導致了晶體與非晶體物理化學性質的巨大差別，晶體有固定的熔點，非晶體沒有固定的熔點，D項正確；單晶體的物理性質是各向異性的，多晶體和非晶體的物理性質是各向同性的，故E項錯誤。 答案 ACD,6(2017江西南昌二模)關于固體、液體和氣體，下列說法正確的是() A固體可以分為晶體和非晶體兩類，非晶體和多晶體都沒有確
16、定的幾何形狀 B液晶像液體一樣具有流動性，而其光學性質與某些多晶體相似，具有各向同性 C在圍繞地球運行的“天宮一號”中，自由飄浮的水滴呈球形，這是表面張力作用的結果 D空氣的相對濕度越大，空氣中水蒸氣的壓強越接近同一溫度時水的飽和汽壓,E大量氣體分子做無規(guī)則運動，速率有大有小，但分子的速率按“中間少，兩頭多”的規(guī)律分布 解析 非晶體與多晶體沒有規(guī)則的幾何形狀，選項A正確；液晶既有晶體的特性(各向異性)又有液體的流動性。選項B錯誤；在完全失重時，由于表面張力作用，水滴呈球形，選項C正確；空氣濕度越大，空氣中的水蒸氣越接近飽和狀態(tài)，選項D正確；分子速率分布規(guī)律是“中間多，兩頭少”，選項E錯誤。 答
17、案 ACD,1理清知識體系,2應用氣體實驗定律或氣體狀態(tài)方程解題的步驟,例1如圖，容積均為V的汽缸A、B下端有細管(容積可忽略)連通，閥門K2位于細管的中部，A、B的頂部各有一閥門K1、K3；B中有一可自由滑動的活塞(質量、體積均可忽略)。初始時，三個閥門均打開，活塞在B的底部；關閉K2、K3，通過K1給汽缸充氣，使A中氣體的壓強達到大氣壓p0的3倍后關閉K1。已知室溫為27，汽缸導熱。,(1)打開K2，求穩(wěn)定時活塞上方氣體的體積和壓強； (2)接著打開K3，求穩(wěn)定時活塞的位置； (3)再緩慢加熱汽缸內氣體使其溫度升高20，求此時活塞下方氣體的壓強。,解析 (1)設打開K2后，穩(wěn)定時活塞上方氣
18、體的壓強為p1，體積為V1。依題意，被活塞分開的兩部分氣體都經(jīng)歷等溫過程。由玻意耳定律得 p0Vp1V1 (3p0)Vp1(2VV1) 聯(lián)立式得 V1 p12p0,(2)打開K3后，由式知，活塞必定上升。設在活塞下方氣體與A中氣體的體積之和為V2(V22V)時，活塞下氣體壓強為p2，由玻意耳定律得 (3p0)Vp2V2 由式得 p2 p0 由式知，打開K3后活塞上升直到B的頂部為止： 此時p2為p2 p0,(3)設加熱后活塞下方氣體的壓強為p3，氣體溫度從T1300 K升高到T2320 K的等容過程中，由查理定律得 將有關數(shù)據(jù)代入式得 p31.6p0,創(chuàng)新預測 7(2018
19、安徽合肥市第二次檢測)如圖為一上粗下細且下端開口的薄壁玻璃管，管內有一段被水銀密閉的氣體，下管足夠長，圖中管的截面積分別為S12 cm2，S21 cm2，管內水銀長度為h1h22 cm，封閉氣體長度L10 cm，大氣壓強為p076 cmHg，氣體初始溫度為300 K，若緩慢升高氣體溫度，試求：,(1)當粗管內的水銀剛被全部擠出時氣體的溫度； (2)當氣體溫度為525 K時，水銀柱上端距玻璃管底部的距離。,解析 (1)設全部進入細管水銀長度為x V水銀h1S1h2S2xS2 x 6 cm。 p1p0(h1h2)72 cmHg p2p0 x70 cmHg。 由理想氣體狀態(tài)方程
20、 ，解得：T2350 K,(2)水銀柱上端氣體經(jīng)歷等壓過程： 解得V336 cm3 設水銀又下移了h3，則S1(Lh1)S2h336 cm3， 解得h312 cm， 因此水銀柱上端距玻璃管底部的距離為 hh3h1L24 cm。 答案 (1)350 K(2)24 cm,8一U形玻璃管豎直放置，左端開口，右端封閉，左端上部有一光滑的輕活塞。初始時，管內汞柱及空氣柱長度如圖所示。用力向下緩慢推活塞，直至管內兩邊汞柱高度相等時為止。求此時右側管內氣體的壓強和活塞向下移動的距離。已知玻璃管的橫截面積處處相同；在活塞向下移動的過程中，沒有發(fā)生氣體泄漏；大氣壓強p075.0 cmHg。環(huán)境溫度不變。,解
21、析 設初始時，右管中空氣柱的壓強為p1，長度為l1；左管中空氣柱的壓強為p2p0，長度為l2?；钊幌峦苃后，右管中空氣柱的壓強為p1，長度為l1；左管中空氣柱的壓強為p2，長度為l2。以cmHg為壓強單位。由題給條件得p1p0(20.05.00)cmHg l1 cm 由玻意耳定律得p1l1Sp1l1S 聯(lián)立式和題給條件得 p1144 cmHg 依題意p2p1,l24.00 cm cmh 由玻意耳定律得p2l2Sp2l2S 聯(lián)立式和題給條件得h9.42 cm。 答案 144 cmHg9.42 cm,1熱力學第一定律公式UQW符號的規(guī)定,2.熱力學第二定律的兩種表述
22、(1)不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化。 (2)不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來對外做功，而不引起其他變化。,創(chuàng)新預測 9如圖，一定質量的理想氣體從狀態(tài)a出發(fā)，經(jīng)過等容過程ab到達狀態(tài)b，再經(jīng)過等溫過程bc到達狀態(tài)c，最后經(jīng)等壓過程ca回到初態(tài)a。下列說法正確的是__________。,A在過程ab中氣體的內能增加 B在過程ca中外界對氣體做功 C在過程ab中氣體對外界做功 D在過程bc中氣體從外界吸收熱量 E在過程ca中氣體從外界吸收熱量,解析 由p-V圖可知，在過程ab中體積不變，氣體不對外做功，W0，壓強增大，溫度升高，氣體內能增加，選項A正確，C錯誤；過程b
23、c為等溫變化過程，理想氣體內能不變，而體積增大，氣體對外做功，W0，氣體從外界吸收熱量，選項D正確；過程ca為等壓變化過程，體積減小，外界對氣體做功，W0，由蓋呂薩克定律知氣體溫度降低，內能減小，由UWQ知Q<0，氣體放出熱量，選項B正確，E錯誤。 答案 ABD,10關于熱力學定律，下列說法正確的是__________ A氣體吸熱后溫度一定升高 B對氣體做功可以改變其內能 C理想氣體等壓膨脹過程一定放熱 D熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體 E如果兩個系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定達到熱平衡,解析 根據(jù)熱力學定律，氣體吸熱后如果對外做功，則溫度不一定
24、升高，選項A錯誤。改變物體內能的方式有做功和傳熱，對氣體做功可以改變其內能，選項B正確。理想氣體等壓膨脹對外做功，根據(jù) 恒量知，膨脹過程一定吸熱，選項C錯誤。根據(jù)熱力學第二定律，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，選項D正確。兩個系統(tǒng)達到熱平衡時，溫度相等，如果這兩個系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定達到熱平衡，選項E正確。 答案 BDE,11一定量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷等溫或等壓過程ab、bc、cd、da回到原狀態(tài)，其p-T圖像如圖所示，其中對角線ac的延長線過原點O。下列判斷正確的是______________。,A氣體在a、c兩狀態(tài)的體積
25、相等 B氣體在狀態(tài)a時的內能大于它在狀態(tài)c時的內能 C在過程cd中氣體向外界放出的熱量大于外界對氣體做的功 D在過程da中氣體從外界吸收的熱量小于氣體對外界做的功 E在過程bc中外界對氣體做的功等于在過程da中氣體對外界做的功,解析 由ac的延長線過原點O知，直線Oca為一條等容線，氣體在a、c兩狀態(tài)的體積相等，選項A正確；理想氣體的內能由其溫度決定，故在狀態(tài)a時的內能大于在狀態(tài)c時的內能，選項B正確；過程cd是等溫變化，氣體內能不變，由熱力學第一定律知，氣體對外放出的熱量等于外界對氣體做的功，選項C錯誤；過程da氣體內能增大，從外界吸收的熱量大于氣體對外界做的功，選項D錯誤；由理想氣體狀態(tài)方程知 C，即paVaCTa，pbVbCTb，pcVcCTc，pdVdCTd。設過程bc中壓強為p0pbpc，,過程da中壓強為p0pdpa。由外界對氣體做功WpV知，過程bc中外界對氣體做的功Wbcp0(VbVc)C(TbTc)，過程da中氣體對外界做的功Wdap0(VaVd)C(TaTd)，TaTb，TcTd，故WbcWda，選項E正確。 答案 ABE,
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