【物理】2020届二轮复习(选修3－3)分子动理论、气体及热力学定律作业

【物理】2020届二轮复习(选修3－3)分子动理论、气体及热力学定律作业

课时作业 11　(选修3－3)分子动理论、气体及热力学定律 ‎1．(1)分子间的作用力跟分子间距离的关系如图所示，从图中可看出，随着分子间距离由零开始逐渐增大，分子力大小的变化情况为______________________；当分子间距离为________(选填“r‎1”‎或“r‎2”‎)时，分子间的吸引力与排斥力大小相等．‎ ‎(2)某同学制作了一个简易温度计，如图所示，一根两端开口的玻璃管水平穿过玻璃瓶口处的橡皮塞，玻璃管内有一段长度可忽略的水银柱．当温度为T＝280 K时，水银柱刚好处在瓶口位置，此时该装置密封气体的体积V＝‎480 cm3，已知大气压强p0＝1.0×105 Pa，玻璃管内部横截面积为S＝‎0.4 cm2，瓶口外玻璃管的长度为L＝‎48 cm.‎ ‎(ⅰ)求该温度计能测量的最高温度；‎ ‎(ⅱ)假设水银柱从瓶口处缓慢移动到最右端的过程中，密封气体从外界吸收Q＝7 J热量，问在这一过程中该气体的内能如何变化？变化了多少？‎ 解析：(1)由分子间的作用力跟分子间距离的关系图线可看出，随着分子间距离由零开始逐渐增大，分子力大小的变化情况为先减小到零然后增大再减小到零；当分子间距离为r1时，分子间的吸引力与排斥力大小相等，分子力为零．‎ ‎(2)(ⅰ)当水银柱到达管口时，所测气温最高，设为T2，此时气体体积为V2‎ 初状态：T1＝280 K，V1＝‎480 cm3‎ 末状态：V2＝(480＋48×0.4) cm3＝‎499.2 cm3‎ 由气体做等压变化知：＝ 代入数据得T2＝291.2 K，即‎18.2 ℃‎ ‎(ⅱ)水银柱向右移动过程中，外界对气体做功 W＝－p0S·L＝－1.92 J 由热力学第一定律知内能变化为ΔU＝W＋Q>0，即内能增大 得ΔU＝5.08 J，即内能增加5.08 J 答案：(1)先减小到零然后增大再减小到零(或“先减小后增大再减小”)　r1‎ ‎(2)(ⅰ)‎18.2 ℃‎　(ⅱ)内能增大　5.08 J ‎2．(1)下列说法中正确的是________．‎ A．外界对物体做功，物体的内能必定增加 B．空气的绝对湿度用空气中所含水蒸气的压强表示 C．所有晶体都有固定的形状、固有的熔点 D．分子间的斥力随分子间距的减小而增大 E．‎0 ℃‎的冰和‎0 ℃‎的铁块的分子平均动能相同 ‎(2)如图所示，上端开口的光滑圆柱形汽缸竖直放置，横截面积为‎40 cm2的活塞封闭了一定质量的理想气体和一形状不规则的固体A.在汽缸内距缸底‎60 cm高处设有a、b两限制装置(未画出)，使活塞只能向上滑动．开始时活塞放在a、b上，缸内气体的压强等于大气压强p0(p0＝1.0×105 Pa)，温度为250 K．现缓慢加热汽缸内气体，当温度为300 K时，活塞恰好离开a、b；当温度为360 K时，活塞上升了‎4 cm.g取‎10 m/s2.求：‎ ‎(ⅰ)活塞的质量；‎ ‎(ⅱ)物体A的体积．‎ 解析：(1)根据热力学第一定律，外界对物体做功，如果物体放热，则物体的内能不一定增加，选项A错误；绝对湿度是指一定空间中水蒸气的绝对含量，可用空气中水的蒸气压来表示，故B正确；所有晶体都有固有的熔点，只有单晶体有固定的形状，选项C错误；分子间的斥力随分子间距的减小而增大，选项D正确；温度相同的不同物质分子平均动能相同，故‎0 ℃‎的冰和‎0 ℃‎的铁块的分子平均动能相同，选项E正确．‎ ‎(2)(ⅰ)设物体A的体积为ΔV.‎ T1＝250 K，p1＝1.0×105 Pa，‎ V1＝60×‎40 cm3－ΔV T2＝300 K，‎ p2＝ Pa，‎ V2＝V1‎ T3＝360 K，p3＝p2，‎ V3＝64×‎40 cm3－ΔV 由状态1到状态2为等容过程＝ 代入数据得m＝‎‎8 kg ‎(ⅱ)由状态2到状态3为等压过程＝ 代入数据得ΔV＝1 ‎600 cm3.‎ 答案：(1)BDE　(2)(ⅰ)‎8 kg　(ⅱ)1 ‎600 cm3‎ ‎3．(1)下列说法中正确的是________．‎ A．如图甲所示为热机工作能流分配图，如果在理想情况下没有任何漏气、摩擦、不必要的散热损失，热机的效率会达到100%‎ B．如图乙所示为分子间的引力和斥力随分子间距离变化的关系图，若两分子间距从r0开始逐渐增大，则分子力先变大后变小，分子势能逐渐变大 C．如图丙所示为某理想气体分子速率分布图象，由图可知与‎0 ℃‎相比，‎100 ℃‎时速率大的分子所占比例较多 D．在某样品薄片上均匀涂上一层石蜡，然后用灼热的金属尖接触样品的背面，结果得到如图丁所示石蜡熔化的图样，则该样品一定为非晶体 E．如图戊所示，透明塑料瓶内有少量水，水上方有水蒸气．用橡胶皮塞把瓶口塞住，向瓶内打气，当瓶塞跳出时，瓶内会出现“白雾”，这是气体膨胀对外做功温度降低造成的 ‎(2)如图所示，粗细均匀的U形管竖直放置，左管上端封闭，右管上端开口，下端正中开口处有一开关K，K关闭，管中装有水银，左右两管中的水银面在同一水平线上，左管中的空气柱长度L1＝‎21 cm.控制开关K缓慢放出一些水银，使左管液面比右管液面高h1＝‎25 cm时关闭开关K.已知大气压强p0＝75 cmHg，环境温度不变．‎ ‎(ⅰ)求放出水银后左管空气柱的长度L2；‎ ‎(ⅱ)放出这些水银后，再从右管口缓慢注入水银，使得右管液面比左管液面高h2＝‎15 cm，求需在右管中加入的水银柱长度H.‎ 解析：(1)由热力学第二定律，知热机效率不可能达到100%，A项错；由题图乙知，若两分子间距从r0开始逐渐增大，则分子力先变大后变小，分子势能逐渐变大，B项对；由题图丙知，‎100 ℃‎时速率大的分子所占比例较多，C项对；多晶体和非晶体都具有各向同性的特点，D项错；图戊中瓶内出现的“白雾”是气体膨胀对外做功温度降低造成的，E项对．‎ ‎(2)(ⅰ)设U形管的横截面积为S，水银的密度为ρ.根据玻意耳定律有：‎ p‎0L1S＝(p0－ρgh1)L2S 解得L2＝‎‎31.5 cm ‎(ⅱ)设此时左管中空气柱的长度为L3，根据玻意耳定律有：p‎0L1S＝(p0＋ρgh2)L3S 由几何关系可知：H＝2(L2－L3)＋h1＋h2‎ 解得H＝‎‎68 cm 答案：(1)BCE　(2)(ⅰ)‎31.5 cm　(ⅱ)‎‎68 cm ‎4．(1)下列有关热学知识的叙述中，正确的是________．‎ A．布朗运动是指悬浮在液体中的花粉分子的无规则运动 B．随着分子间距离的增大，分子间的引力和斥力都减小 C．晶体沿不同方向的物理性质是一样的，具有各向同性 D．一定质量的理想气体在等温变化过程中，内能一定不变 E．一定条件下，热量也可以从低温物体传递给高温物体 ‎(2)如图所示，喷洒农药用的某种喷雾器，其药液桶的总容积为‎15 L，装入药液后，封闭在药液上方的空气体积为‎2 L，打气筒活塞每次可以打进1 atm、‎150 cm3的空气，忽略打气和喷药过程气体温度的变化．‎ ‎(ⅰ)喷药前若要使气体压强增大到2.5 atm，应打气多少次？‎ ‎(ⅱ)如果压强达到2.5 atm时停止打气，并开始向外喷药，那么当喷雾器不能再向外喷药时，桶内剩下的药液还有多少升？‎ 解析：(1)布朗运动是指悬浮微粒的无规则运动，注意微粒不是分子，布朗运动也不是花粉分子的热运动，选项A错误；由于分子之间的引力和斥力都来源于电荷之间的作用力，所以随着分子之间的距离的增大，根据库仑定律，分子间的引力和斥力都减小，选项B正确；有些晶体沿不同方向的导热或导电性能不同，有些晶体沿不同方向的光学性质不同，选项C错误；由于理想气体的内能只与温度有关，所以一定质量的理想气体在等温变化过程中，内能一定不变，选项D正确；一定条件下，热量也可以从低温物体传递到高温物体，例如冰箱，选项E正确．‎ ‎(2)(ⅰ)设应打n次，则有：p1＝1 atm，V1＝‎150 cm3·n＋‎2 L＝0.15n L＋‎2 L，p2＝2.5 atm，V2＝‎‎2 L 根据玻意耳定律得：p1V1＝p2V2‎ 解得n＝20‎ ‎(ⅱ)由题意可知：V′1＝‎2 L，p′1＝2.5 atm；p′2＝1 atm 根据玻意耳定律得p′1V′1＝p′2V′2‎ V′2＝V′1＝‎‎5 L 剩下的药液V＝‎15 L－‎5 L＝‎‎10 L 答案：(1)BDE　(2)(ⅰ)20　(ⅱ)‎‎10 L ‎5．(1)下列说法正确的是________．‎ A．空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性 B．当分子间距离减小时，分子势能不一定减小 C．把一枚针放在水面上，它会浮在水面，这是水表面存在表面张力的缘故 D．气体对容器壁的压强，是由气体分子对容器壁的频繁碰撞造成的 E．只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，就可以算出气体分子的体积 ‎(2)如图所示，一竖直放置的薄壁气缸，由截面积不同的两个圆筒连接而成，上端与大气相连，下端封闭，但有阀门K与大气相连．质量为m＝‎314 kg活塞A，它可以在筒内无摩擦地上下滑动且不漏气．圆筒的深度和直径数值如图所示(图中d＝‎0.2 m)．开始时，活塞在如图位置，室温‎27 ℃‎，现关闭阀门K，对密封气体进行加热，大气压强p0＝1.0×105 Pa，重力加速度为g取‎10 m/s2.问：‎ ‎(ⅰ)活塞A刚要运动时，密封气体的温度是多少？‎ ‎(ⅱ)活塞A升到圆筒最上端时，密封气体的温度是多少？‎ 解析：(1)根据热力学第二定律可知，热传递的方向性指的是自发的，热量不能自发的从低温传给高温，故A错误，分子间距离减小时，若分子力为引力，则做正功，分子势能减小，若分子力为斥力，则分子力做负功，分子势能增大，故B正确；水的表面层分子间距较大，分子力表现为引力，这种分子之间的引力使液面具有收缩的趋势，针轻放在水面上，它会浮在水面，正是由于水表面存在表面张力的缘故，故C正确；气体对容器壁的压强，是由气体分子对容器壁的频繁碰撞造成的，故D正确；知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数可以计算出每个气体分子占据的平均空间，但不是分子的体积，故E错误．‎ ‎(2)(ⅰ)活塞A刚要运动时，活塞受重力、大气对它向下的压力和密封气体对它向上的压力，且合力为0，p0πd2＋mg＝p1π2‎ 解得密封气体的压强p1＝5×105 Pa 活塞A运动前体积不变，由查理定律得：‎ ＝，T0＝(27＋273) K 解得T1＝T0＝1 500 K ‎(ⅱ)当活塞A升到圆筒最上端时，满足 p0πd2＋mg＝p2πd2‎ 解得密封气体的压强p2＝1.25×105 Pa 初状态：压强p0＝1.0×105 Pa，体积V0＝πd3，温度T0＝(27＋273) K ‎＝300 K 末状态：压强p2＝1.25×105 Pa，体积V2＝πd3‎ 由理想气体的状态方程＝ 解得T2＝＝1 875 K.‎ 答案：(1)BCD　(2)(ⅰ)1 500 K　(ⅱ)1 875 K