1、第1讲 分子动理论、气体及热力学定律 (45分钟)基础题组专练1(2020高考全国卷)(1)分子间作用力F与分子间距r的关系如图所示，rr1时，F0。分子间势能由r决定，规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零。若一分子固定于原点O，另一分子从距O点很远处向O点运动，在两分子间距减小到r2的过程中，势能_(选填“减小”“不变”或“增大”)；在间距由r2减小到r1的过程中，势能_(选填“减小”“不变”或“增大”)；在间距等于r1处，势能_(选填“大于”“等于”或“小于”)零。(2)甲、乙两个储气罐储存有同种气体(可视为理想气体)。甲罐的容积为V，罐中气体的压强为p；乙罐的容积为2V，罐中气体的压强
2、为p。现通过连接两罐的细管把甲罐中的部分气体调配到乙罐中去，两罐中气体温度相同且在调配过程中保持不变，调配后两罐中气体的压强相等。求调配后：两罐中气体的压强；甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比。解析：(1)分子势能与分子间距离变化的关系图像如图乙所示，两分子间距减小到r2的过程中和由r2减小到r1的过程中，分子力做正功，分子势能减小；在间距等于r1处，分子势能最小，小于零。(2)假设乙罐中的气体被压缩到压强为p，其体积变为V1，由玻意耳定律有p(2V)pV1现两罐气体压强均为p，总体积为(VV1)。设调配后两罐中气体的压强为p，由玻意耳定律有p(VV1)p(V2V)联立式可得pp若调配
3、后甲罐中的气体再被压缩到原来的压强p时，体积为V2，由玻意耳定律有pVpV2设调配后甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比为k，由密度的定义有k联立式可得k答案：(1)减小减小小于(2)p2(2020高考全国卷)(1)如图，一开口向上的导热汽缸内，用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上，使其缓慢下降。环境温度保持不变，系统始终处于平衡状态。在活塞下降过程中_。A气体体积逐渐减小，内能增加B气体压强逐渐增大，内能不变C气体压强逐渐增大，放出热量D外界对气体做功，气体内能不变E外界对气体做功，气体吸收热量 (2)如图，两侧粗细均匀、横截面积相等、高度均为H1
4、8 cm的U形管，左管上端封闭，右管上端开口。右管中有高h04 cm的水银柱，水银柱上表面离管口的距离l12 cm。管底水平段的体积可忽略。环境温度为T1283 K，大气压强p076 cmHg。现从右侧端口缓慢注入水银(与原水银柱之间无气隙)，恰好使水银柱下端到达右管底部。此时水银柱的高度为多少？再将左管中密封气体缓慢加热，使水银柱上表面恰与右管口平齐，此时密封气体的温度为多少？解析：(1)温度不变，理想气体的内能不变，A错误；根据玻意耳定律，体积减小，压强增大，B正确；根据UWQ，内能不变，外界对气体做功，气体放出热量，C、D正确，E错误。(2)设密封气体初始体积为V1，压强为p1，左、右管
5、的横截面积均为S，密封气体先经等温压缩过程体积变为V2，压强变为p2。由玻意耳定律有p1V1p2V2设注入水银后水银柱高度为h，水银的密度为，按题设条件有p1p0gh0p2p0ghV1(2Hlh0)S，V2HS联立式并代入题给数据得h12.9 cm密封气体再经等压膨胀过程体积变为V3，温度变为T2，由盖吕萨克定律有按题设条件有V3(2Hh)S联立式并代入题给数据得T2363 K答案：(1)BCD(2)12.9 m363 K3(1)水的摩尔质量为M18 g/mol，水的密度为1.0103 kg/m3，阿伏加德罗常数NA6.01023 mol1，则一个水分子的质量为_kg，一瓶600 mL的纯净水
6、所含水分子的个数为_个。(2)中学物理课上一种演示气体定律的有趣仪器哈勃瓶，它是一个底部开有圆孔，瓶颈很短、导热性良好的平底大烧瓶。在一次实验中，体积为V1 L的瓶内塞有一气球，气球的吹气口反扣在瓶口上，瓶底的圆孔上配有一个截面积为S2 cm2的轻质橡皮塞，橡皮塞与玻璃瓶间的最大静摩擦fm60 N。瓶内由气球和轻质橡皮塞封闭一定质量的气体，不计实验开始前气球中的少量气体和气球膜厚度，向气球中缓慢打气，假设气球缓慢膨胀过程中球内、外气压近似相等。已知实验室环境温度T290 K恒定，环境空气密度1.20 kg/m3，压强为标准大气压p01105 Pa，求：橡皮塞被弹出时瓶内气体的压强；为了使橡皮塞
7、被弹出，需要向气球内打入空气的质量。解析：(1)水分子的质量等于摩尔质量除以阿伏加德罗常数，即m代入数据得m31026kg水分子数目为NNA代入数据得N6102321025(个)。(2)橡皮塞即将弹出时，对瓶塞受力分析得pSp0Sfm解得pp04105 Pa。瓶内气体等温变化：p0VpV1，则V10.25 L气球内气体的体积V2VV10.75 L气球内气体压强也为p等温变化：p0V0pV2，可得V03 L打入空气质量mV03.6103 kg。答案：(1)3102621025(2)4105 Pa3.6103 kg能力题组专练4(1)关于热现象，下列说法正确的是_。A气体的温度升高时，分子的平均动
8、能增大，撞击器壁时对器壁的作用力增大，从而气体的压强一定增大B自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的C在完全失重的情况下，密闭容器内的气体对器壁压强不变D液晶显示器是利用了液晶对光具有各向同性的特点E一定量100 的水变成100 的水蒸气，其分子之间的势能增加(2)如图甲所示，开口向上、内壁光滑的圆柱形汽缸竖直放置，在汽缸P、Q两处设有卡口，使厚度不计的活塞只能在P、Q之间运动。开始时活塞停在Q处，温度为300 K。现缓慢加热缸内气体，直至活塞运动到P处，整个过程中的pV图线如图乙所示。设外界大气压强p01.0105 Pa。写出图乙中气体状态的变化过程，求出卡口Q下方气体的
9、体积以及两卡口之间的汽缸的体积；求活塞刚离开Q处时气体的温度以及缸内气体的最高温度。解析：(1)气体的温度升高时，分子的平均动能增大，每次撞击器壁时对器壁的作用力增大，但气体的压强不一定增大，还与气体的密集程度有关，A错误；根据热力学第二定律可知，自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的，B正确；气体压强是由于气体分子频繁撞击器壁产生的，所以在完全失重的情况下压强不会改变，C正确；液晶显示器是利用了液晶对光具有各向异性的特点，故D错误；一定量100 的水变成100 的水蒸气，分子动能之和不变，由于吸热，内能增大，则其分子之间的势能增大，故E正确。(2)从题图乙可以看出，气体先
10、做等容变化，然后做等压变化，最后再做等容变化。由题图乙可知，卡口Q下方气体的体积V01.0103 m3两卡口之间的汽缸的体积V1.2103 m31.0103 m32104 m3。从题图乙可以看出开始时缸内气体的压强为0.9p0活塞刚离开Q处时，气体压强p21.2p0由查理定律有解得t2127 设活塞最终移动到P处，由理想气体状态方程有解得t3327 。答案：(1)BCE(2)气体先做等容变化，然后做等压变化，最后再做等容变化1.0103 m32104 m3127 327 5(1)一定质量的理想气体由状态a经状态b、c到状态d，其体积V与热力学温度T的关系如图所示，O、a、d三点在同一直线上，a
11、b和cd平行于横轴，bc平行于纵轴。由状态a变到状态b的过程中，气体_(选填“吸收”或“放出”)热量，从状态b到状态c，气体对外做_(选填“正功”或“负功”)，从状态a到状态d，气体内能_(选填“增加”“不变”或“减少”)。 (2)如图所示，在两端封闭、导热良好、粗细均匀的U形细玻璃管内有一段水银柱，水银柱的两端各封闭有一段空气，U形管两端竖直朝上。环境温度为240 K时，左、右两边空气柱的长度分别为l124 cm和l216 cm，左边气体的压强为20 cmHg。现改变环境温度，使左侧竖直管内水银液面下降1 cm(左侧竖直管内仍有水银)，求此时的环境温度。解析：(1)由状态a变到状态b的过程中
12、，气体体积不变，则W0，温度升高，则U0，根据UWQ可知气体吸收热量；从状态b到状态c，气体体积变大，则气体对外做正功；从状态a到状态d，气体温度升高，则内能增加。(2)对于左侧气体，初状态：p120 cmHg，l124 cm，T240 K末状态：l1l1h，其中h1 cm根据理想气体状态方程得对于右侧气体，初状态：p2p1(l1l2)，l216 cm，T240 K末状态：p2p12h(l1l2)，l2l2h根据理想气体状态方程得联立可得T375 K。答案：(1)吸收正功增加(2)375 K6(1)在“用油膜法估测分子大小”的实验中，将1 mL的油酸加入酒精中配制成1 000 mL的油酸酒精溶
13、液，通过注射器测得80滴这样的溶液为1 mL，取1滴溶液滴在撒有痱子粉的浅水槽中，待油膜界面稳定后，测得油膜面积为253 cm2。估算油酸分子的直径d_ m(结果保留一位有效数字)。将上述油酸酒精溶液置于一个敞口容器中放置一段时间，再使用该溶液进行实验会导致分子直径的测量结果_(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。(2)如图甲所示为一个倒立的U形导热玻璃管，A、B两管竖直，A管下端封闭，B管下端开口并与大气连通。已知A、B管内空气柱长度分别为hA6 cm、hB10.8 cm。管内装入水银液面高度差h4 cm。欲使A、B两管液面处于同一水平面，现用活塞C把B管开口端封住并缓慢推动活塞C(如图乙所示
14、)。已知大气压为p076 cmHg，环境温度保持不变。当两管液面处于同一水平面时，求：A管封闭气体的压强pA；活塞C向上移动的距离x。解析：(1)测得油膜面积为S253 cm22.53102 m2，每一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为V mL1.251011 m3，则油酸分子的直径为d m51010 m。将油酸酒精溶液置于一个敞口容器中，如果时间偏长，酒精挥发，导致溶液中油酸浓度增大，则一滴油酸酒精溶液中的纯油酸体积增大，而在计算时仍取原来的值，这将导致纯油酸体积的计算值小于实际值，故最终分子直径的测量值小于实际值。(2)设A、B两管的横截面积为S，以A管封闭气体为研究对象，初状态：pAp0gh72 cmHg，VAShA，设末状态的压强为pA，体积为VA，从初状态到末状态，设A管水银面下降h，则B管水银面上升h，有2hh，可得h2 cm，VA(hAh)S，由玻意耳定律有pAVApAVA由以上各式得pA108 cmHg。以B管封闭的气体为研究对象，初状态：pBp076 cmHg，VBShB末状态：pBpA108 cmHg，VBS(hBhx)由玻意耳定律有pBVBpBVB由以上各式得x5.2 cm。答案：(1)51010偏小(2)108 cmHg5.2 cm