【优化探究】2022高考物理二轮专题复习 素能提升 1-6 分子动理论 气体及热力学定律（含解析）新人教版

【优化探究】2022高考物理二轮专题复习素能提升1-6分子动理论气体及热力学定律（含解析）新人教版1.(2022年高考山东卷)(1)如图，内壁光滑、导热良好的汽缸中用活塞封闭有一定质量的理想气体．当环境温度升高时，缸内气体______．(双选，填正确答案标号)a．内能增加b．对外做功c．压强增大d．分子间的引力和斥力都增大(2)一种水下重物打捞方法的工作原理如图所示．将一质量M＝3×103kg、体积V0＝0.5m3的重物捆绑在开口朝下的浮筒上．向浮筒内充入一定量的气体，开始时筒内液面到水面的距离h1＝40m，筒内气体体积V1＝1m3.在拉力作用下浮筒缓慢上升，当筒内液面到水面的距离为h2时，拉力减为零，此时气体体积为V2，随后浮筒和重物自动上浮．求V2和h2.(已知大气压强p0＝1×105Pa，水的密度ρ＝1×103kg/m3，重力加速度的大小g＝10m/s2.不计水温变化，筒内气体质量不变且可视为理想气体，浮筒质量和筒壁厚度可忽略．)解析：(1)因汽缸导热良好，故环境温度升高时封闭气体温度亦升高，而一定质量的理想气体内能只与温度有关，故封闭气体内能增大，a正确．因汽缸内壁光滑，由活塞受力平衡有p0S＋mg＝pS，即缸内气体的压强p＝p0＋不变，c错误．由盖—吕萨克定律＝恒量可知气体体积膨胀，对外做功，b正确．理想气体分子间除碰撞瞬间外无相互作用力，故d错误．(2)当F＝0时，由平衡条件得Mg＝ρg(V0＋V2)①代入数据得V2＝2.5m3②设筒内气体初态、末态的压强分别为p1、p2，由题意得p1＝p0＋ρgh1③p2＝p0＋ρgh2④-11-\n在此过程中筒内气体温度和质量不变，由玻意耳定律得p1V1＝p2V2⑤联立①②③④⑤式，代入数据得h2＝10m.答案：(1)ab　(2)2.5m3　10m2．(2022年高考新课标Ⅰ全国卷)(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pT图象如图所示．下列判断正确的是(　　)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，活塞下表面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表面，沙子倒完时，活塞下降了h/4.若此后外界的温度变为T，求重新达到平衡后气体的体积．已知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)对封闭气体，由题图可知a→b过程，气体体积V不变，没有做功，而温度T升高，则为吸热过程，A项正确．b→c过程为等温变化，压强减小，体积增大，对外做功，则为吸热过程，B项错．c→a过程为等压变化，温度T降低，内能减少，体积V减小，外界对气体做功，依据W＋Q＝ΔU，外界对气体所做的功小于气体所放的热，C项错．温度是分子平均动能的标志，Ta<Tb＝Tc，故D项正确．同种气体的压强由气体的分子密度ρ和温度T决定，由题图可知Tb＝Tc，pb>pc，显然E项正确．(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－h)S①解得Δp＝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＝③解得h′＝h④据题意可得Δp＝⑤气体最后的体积为V＝Sh′⑥联立②④⑤⑥式得V＝.-11-\n答案：(1)ADE　(2)3．(2022年高考江苏卷)一种海浪发电机的气室如图所示．工作时，活塞随海浪上升或下降，改变气室中空气的压强，从而驱动进气阀门和出气阀门打开或关闭．气室先后经历吸入、压缩和排出空气的过程，推动出气口处的装置发电．气室中的空气可视为理想气体．(1)(多选)下列对理想气体的理解，正确的有________．A．理想气体实际上并不存在，只是一种理想模型B．只要气体压强不是很高就可视为理想气体C．一定质量的某种理想气体的内能与温度、体积都有关D．在任何温度、任何压强下，理想气体都遵循气体实验定律(2)压缩过程中，两个阀门均关闭．若此过程中，气室中的气体与外界无热量交换，内能增加了3.4×104J，则该气体的分子平均动能________(选填“增大”、“减小”或“不变”)，活塞对该气体所做的功________(选填“大于”、“小于”或“等于”)3.4×104J.(3)上述过程中，气体刚被压缩时的温度为27℃，体积为0.224m3，压强为1个标准大气压．已知1mol气体在1个标准大气压、0℃时的体积为22.4L，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023mol－1.计算此时气室中气体的分子数．(计算结果保留一位有效数字)．解析：(1)理想气体是一种理想化模型，温度不太低，压强不太大的实际气体可视为理想气体；只有理想气体才遵循气体的实验定律，选项A、D正确，选项B错误．一定质量的理想气体的内能完全由温度决定，与体积无关，选项C错误．(2)因为理想气体的内能完全由温度决定，当气体的内能增加时，气体的温度升高，温度是分子平均动能的标志，则气体分子的平均动能增大．根据热力学第一定律，ΔU＝Q＋W，由于Q＝0，所以W＝ΔU＝3.4×104J.(3)设气体在标准状态时的体积为V1，等压过程为＝，气体物质的量n＝，且分子数N＝nNA，解得N＝NA，代入数据得N＝5×1024个(或N＝6×1024个)答案：(1)AD　(2)增大　等于　(3)5×1024个或6×1024个4．(1)以下说法正确的是________．A．气体分子单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数，仅与单位体积内的分子数有关B．气体的压强是由气体分子间的吸引和排斥产生的C．布朗运动是悬浮在液体中的小颗粒的运动，它说明液体分子永不停息地做无规则热运动-11-\nD．当分子间的引力和斥力平衡时，分子势能最小E．如果气体分子总数不变，而气体温度升高，则气体压强不一定增大(2)一个圆柱形汽缸质量M＝10kg，总高度H＝40cm，内有一质量为m＝5kg的活塞，截面积S＝50cm2，活塞密封良好且与汽缸壁间摩擦可忽略不计(不计汽缸壁与活塞厚度)，当外界大气压强p0＝1×105Pa，温度t0＝7℃时，如果用绳子系住活塞将汽缸悬挂起来，如图所示，汽缸内气体柱高H1＝35cm，重力加速度g取10m/s2.①求此时汽缸内气体的压强；②当温度升高到多少摄氏度时，活塞与汽缸将分离？解析：(1)气体分子单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数还与温度有关，选项A错误；气体的压强是由气体分子对器壁的碰撞的冲力产生的，选项B错误；如果气体分子总数不变，而气体温度升高，同时气体体积也增大，则气体压强不一定增大，选项E正确．(2)①对汽缸由平衡条件及压强定义式有p＝p0－＝(1×105－)Pa＝0.8×105Pa.②设温度升高到t摄氏度时，活塞与汽缸将分离，对缸内气体由盖—吕萨克定律有＝，代入数据有＝，解得t＝47℃.答案：(1)CDE　(2)①0.8×105Pa　②47℃5．(1)下列说法正确的是________．A．当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大B．当人们感到干燥时，空气的相对湿度一定较小C．水的饱和汽压随温度的升高而增大D．晶体的物理性质都是各向异性的E．露珠呈球状是液体表面张力的作用(2)如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再由状态B变化到状态C，已知状态A的温度为300K.①求气体在状态B的温度；②由状态B变化到状态C的过程中，气体是吸热还是放热？简要说明理由．解析：(1)潮湿时，空气的相对湿度较大，干燥时，空气的相对湿度较小，但绝对湿度大小不能确定，故A错，B对；水的饱和汽压随温度的升高而增大，C对；多晶体的物理性质是各向同性，即使单晶体，也并不是所有物理性质都是各向异性，D错；液体表面张力使其表面积收缩到最小而呈球状，故E对．-11-\n(2)①由理想气体的状态方程＝，得气体在状态B的温度TB＝＝1200K.②由状态B到状态C，气体做等容变化，由查理定律得＝，则TC＝TB＝600K，故气体由状态B到状态C为等容变化，不做功，但温度降低，内能减小．根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，ΔU<0，W＝0，故Q<0，可知气体要放热．答案：(1)BCE　(2)①1200K　②放热，理由见解析课时跟踪训练1．(2022年高考福建卷)(1)下列四幅图中，能正确反映分子间作用力f和分子势能Ep随分子间距离r变化关系的图线是________．(填选图下方的字母)(2)某自行车轮胎的容积为V，里面已有压强为p0的空气，现在要使轮胎内的气压增大到p，设充气过程为等温过程，空气可看作理想气体，轮胎容积保持不变，则还要向轮胎充入温度相同、压强也是p0、体积为________的空气．(填选项前的字母)A.V　　　　　　　　B.VC．(－1)VD．(＋1)V解析：r＝r0时，分子间作用力为零，且分子势能最小；对于充气问题，注意合理选取研究对象，把变质量问题转化为定质量问题．(1)当r＜r0时，分子力表现为斥力，随分子间距离r增大，分子势能Ep减小．当r＞r0时，分子力表现为引力，随分子间距离r增大，分子势能Ep增大．当r＝r0时，分子力为零，此时分子势能最小．故选项B正确．(2)取充入气体后的轮胎内的气体为研究对象，设充入气体体积为V′，则初态p1＝p0，V1＝V＋V′；末态p2＝p，V2＝V.由玻意耳定律可得p0(V＋V′)＝pV，解得V′＝(－1)V，故选项C正确．答案：(1)B　(2)C2．(2022年高考重庆卷)(1)重庆出租车常以天然气作为燃料．加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中，若储气罐内气体体积及质量均不变，则罐内气体(可视为理想气体)(　　)A．压强增大，内能减小B．吸收热量，内能增大-11-\nC．压强减小，分子平均动能增大D．对外做功，分子平均动能减小(2)如图为一种减震垫，上面布满了圆柱状薄膜气泡，每个气泡内充满体积为V0，压强为p0的气体，当平板状物品平放在气泡上时，气泡被压缩．若气泡内气体可视为理想气体，其温度保持不变，当体积压缩到V时气泡与物品接触面的面积为S，求此时每个气泡内气体对接触面处薄膜的压力．解析：(1)储气罐内气体体积及质量均不变，温度升高，气体从外界吸收热量，分子平均动能增大，内能增大，压强变大．因气体体积不变，故外界对气体不做功，只有B正确．(2)取气泡内的气体研究，设压缩后气体压强为p，由玻意耳定律得p0V0＝pV，则p＝，故气体对接触面处薄膜的压力F＝pS＝S.答案：(1)B　(2)S3．(2022年洛阳名校联考)(1)如图甲所示是一晶体物质微粒在平面上的排列情况，图中三条等长线AB、AC、AD上物质微粒的数目不同，由此得出晶体具有________的性质．如图乙所示，液体表面层分子比较稀疏，分子间距离大于分子平衡距离r0，因此表面层分子间作用力表现为________．(2)一定质量的理想气体体积V与热力学温度T的关系图象如图丙所示，气体在状态A时的压强p0＝1.0×105Pa，线段AB与V轴平行．①求状态B时的压强为多大？②气体从状态A变化到状态B过程中，对外界做的功为10J，求该过程中气体吸收的热量为多少？解析：(1)由于沿着不同方向微粒的数目和微粒间的距离不同，使得晶体具有各向异性；当分子间的距离等于分子间的平衡距离时，分子间的引力等于斥力，合力为零，当分子间的距离大于分子间的平衡距离时，引力和斥力都减小，但斥力减小的快，合力表现为引力．(2)①A→B为等温变化，由理想气体方程得p0V0＝pB×2V0，所以pB＝p0＝0.5×105Pa.②A→B：ΔU＝0，根据ΔU＝Q＋W，-11-\n得Q＝－W＝10J.答案：(1)各向异性　引力　(2)①0.5×105Pa②10J4．(2022年上海十三校联考)(1)(多选)下列说法正确的是________．A．气体向真空的自由膨胀是不可逆的B．气体温度每升高1K所吸收的热量与气体经历的过程有关C．气体压强的大小跟气体分子的平均动能有关，与分子的密集程度无关D．当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的增大而增大(2)如图所示，圆柱形汽缸水平放置，汽缸足够长，内壁光滑，导热良好，用活塞封住一定量的理想气体，开始时汽缸内气体温度为T0、体积为V0.先将汽缸缓慢旋转90°，使汽缸开口向上，再将缸内气体缓慢加热，直至温度升高到2T0.已知大气压强为p0，活塞的截面面积为S、质量为m＝.　①经过上述两个过程气体的最终体积为________；②作出缸内气体状态变化的pV图象．解析：(1)气体向真空自由膨胀遵守热力学第二定律，具有方向性，A项正确；由热力学第一定律知气体每升高1K，所吸收的热量与过程有关，B项正确；气体压强的大小与分子的平均动能和分子的密集程度有关，C项错．当分子间的作用力表现为斥力时，分子间的距离增大，分子力做正功，分子势能减小，D项错．(2)①气体先做等温变化，由玻意耳定律得p0V0＝(p0＋)V1，解得V1＝V0.气体再做等压变化，由盖—吕萨克定律得＝，解得V2＝V0.②pV图象如下图．答案：(1)AB　(2)①V0　②图见解析5.(1)2022年10月6日-11-\n，北京遭到雾霾天气“袭击”．众所周知，雾霾天气中的主要污染物便是PM2.5.PM2.5是指空气中空气动力学直径小于2.5微米的颗粒物，其浮在空气中做无规则运动，很难自然沉降到地面，吸入后会进入肺泡对人体形成危害．下列关于PM2.5的说法中正确的是________．A．环境温度低于0℃时，PM2.5不具有内能B．PM2.5在空气中的运动属于分子热运动C．PM2.5在空气中受到的是非平衡力作用D．PM2.5的空间尺度大于电子的直径E．PM2.5在空气中仍受重力作用(2)如图所示，一导热性能良好、内壁光滑的汽缸开口向下竖直放置．横截面积为S＝2×10－3m2、质量与厚度均不计的活塞，与汽缸底部之间封闭了一部分气体，此时活塞与汽缸底部之间的距离为24cm，活塞距汽缸口12cm.气体的温度为300K，大气压强p0＝1.0×105Pa.现将质量为4kg的物块挂在活塞上．g取10m/s2.①求活塞与汽缸底部之间的最长距离．②缓慢加热使活塞继续下移，为防止活塞脱离汽缸，加热时温度不能超过多少？此过程中封闭气体对外做的功最多是多少？解析：(1)环境温度低于0℃时，分子在不停地做无规则运动，PM2.5颗粒物内能不为零，选项A错误；PM2.5是固体小颗粒，它在空气中的运动不属于分子热运动，选项B错误；PM2.5在空气中既不静止，又不做匀速直线运动，而是浮在空中做无规则运动而处于非平衡状态，PM2.5在空气中受到的是非平衡力作用，选项C正确；PM2.5是指空气动力学直径小于2.5微米的悬浮颗粒，也被称为细颗粒物，而电子的尺寸远小于10－10m，选项D正确；地面附近的任何物体都要受到重力作用，选项E正确．(2)①挂上重物后，活塞下移，稳定后活塞与汽缸底部之间的距离最长，该过程中气体的温度不变，根据玻意耳定律p0Sh0＝(p0－)Sh1，代入数据解得h1＝30cm.②加热过程中汽缸内压强不变，当活塞移到汽缸口时，温度达到最高，根据盖—吕萨克定律有＝，而h2＝36cm，T1＝300K，解得T2＝360K.气体对外做功W＝(p0－)(h2－h1)S，代入数据得W＝9.6J.答案：(1)CDE　(2)①30cm　②9.6J6．(1)根据分子动理论知识，下列说法中正确的是_______．-11-\nA．布朗运动时，温度越高，悬浮微粒的运动就越明显，所以布朗运动是热运动B．已知阿伏加德罗常数，某物质的摩尔质量和密度，可估算该物质的分子体积C．当分子间作用力表现为斥力时，分子力和分子势能随分子间距离的减小而增大D．大量气体分子做无规则运动，速率有大有小，但分子的速率是按一定的规律分布的E．只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化，就说这两个系统原来是处于热平衡的(2)一定质量的理想气体在初状态(状态A)时温度为T0，压强p0＝2.0×105Pa，内能为20J，其体积V与热力学温度T间的关系如图所示，线段AB、BC分别与V轴和T轴平行，假设理想气体的内能与热力学温度的平方成正比．①求状态C时的压强pC.②若气体从状态A变化到状态C的过程中，对外界做的功为10J，则此过程中气体________(填“吸收”或“放出”)________J热量．解析：(1)热运动是指分子的无规则运动，由于布朗运动不是分子的运动，所以不能说布朗运动是热运动，选项A错误；对于气体来讲已知B选项中的条件可估算出气体分子所占空间的体积而不是气体分子的体积，选项B错误；分子力表现为斥力时，随着分子之间距离的减小，分子力增大，分子势能也增大，选项C正确；大量分子的运动受到统计规律支配，“中间多、两头少”，选项D正确；根据热平衡概念，选项E正确．(2)①从A到B发生等温变化，有p0V0＝pB·2V0，从B到C发生等容变化，有＝，联立解得pC＝＝3.0×105Pa.②因理想气体的内能与热力学温度的平方成正比，所以在状态C时内能为180J，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q得Q＝170J，所以此过程吸收热量170J.答案：(1)CDE　(2)①3.0×105Pa　②吸收　1707．(1)下列说法中正确的是(　　)A．物体温度降低，其分子热运动的平均动能增大B．物体温度升高，其分子热运动的平均动能增大C．物体温度降低，其内能一定增大D．物体温度不变，其内能一定不变(2)如图所示，“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＝DE＝，FG＝.管内用水银封闭有两部分理想气体，气体1长度为L，气体2长度为L/2，L＝76cm.已知大气压强p0＝76cmHg，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)-11-\n①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？解析：(1)温度是物体分子平均动能的标志，温度升高则其分子平均动能增大，反之，则其分子平均动能减小，故A错误，B正确．物体的内能是物体内所有分子动能和分子势能的总和，宏观上取决于物体的温度、体积和质量，故C、D错误．(2)①加热气体1时，气体2的温度、压强、体积均不改变，有p2＝p0＋，则p2＝95cmHg②对于气体1，设玻璃管的横截面积为S，则有＝，V1＝LS，V2＝LS，解得T2＝468.75K，则t2≈196℃.答案：(1)B　(2)①95cmHg　②196℃8．(1)下列叙述中正确的是________．A．物体的温度升高，物体中分子热运动加剧，所有分子的热运动动能都会增大B．当分子间作用力表现为引力时，分子势能随分子间距离的减小而增大C．在真空、高温条件下，可以利用分子扩散向半导体材料中掺入其他元素D．布朗运动就是液体分子的热运动E．晶体吸收热量，分子平均动能不一定增加(2)一定质量的理想气体由状态A经状态B变化到状态C的pV图象如图所示．在由状态A变化到状态C的过程中，理想气体吸收的热量____它对外界做的功．(填“大于”、“小于”或“等于”)已知阿伏加德罗常数为6.0×1023mol－1，在标准状况(压强p0＝1atm、温度t0＝0℃)下理想气体的摩尔体积都为22.4L，已知理想气体在状态C时的温度为27℃，求该气体的分子数．(计算结果保留两位有效数字)解析：(1)物体的温度升高，多数分子热运动加剧，也会有少数分子热运动减慢，所以不是所有分子的热运动动能都增大，A错；当分子间作用力表现为斥力时，分子间距减小，分子力做负功，分子势能增大，B错误；在真空、高温条件下，可以利用分子扩散向半导体材料中掺入其他元素，C正确；布朗运动不是液体分子的运动，是固体颗粒由于受到液体分子的撞击而做的运动，D错；晶体吸收热量，如果温度升高，分子的平均动能增加，如果温度不变，如熔化过程，分子的平均动能不变，E正确．-11-\n(2)由＝得TA＝TC，在状态A和状态C，内能不变，ΔU＝0，据热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，Q＝－W，吸收的热量等于气体对外界做的功．设该理想气体在标准状态下体积为V，对状态C→标准状态，由气体实验定律得＝则V＝×273L＝2.73L，该气体的分子数N＝NA＝7.3×1022个．答案：(1)CE　(2)等于　7.3×1022个-11-