1、模块素养评价(90分钟100分)一、单项选择题:本题共8小题,每小题3分,共24分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。1.下列说法正确的是()A.花粉颗粒在水中做布朗运动,反映了花粉中的分子在不停地做无规则运动B.热量不能自发地从分子平均动能小的物体传到分子平均动能大的物体C.空气相对湿度越大时,空气中水蒸气压强越接近饱和气压,水蒸发越快D.随着分子间距离的增大,分子间作用力减小,分子势能也减小【解析】选B。花粉颗粒在水中做布朗运动,反映了水分子在不停地做无规则运动,故A错误;宏观现象的热传递是热量自发从高温物体传到低温物体而不会引起其他变化,但在引起其他变化的情况下,热量可
2、以从低温物体传到高温物体,比如制冷设备,故B正确;相对湿度等于绝对湿度与相同温度下水蒸气的饱和气压的比值,相对湿度越大,水蒸发得越慢,表示水蒸气的压强越接近饱和气压,故C错误;当分子间的距离小于平衡距离r0时,分子间距离增大,分子势能减小;当分子间的距离大于平衡距离r0时,分子间距离越大,分子势能越大,故D错误。2.对于一定质量的理想气体,下列说法正确的是()A.若气体的温度不断升高,其压强也一定不断增大B.在完全失重的状态下,气体的压强为零C.若气体的压强和体积都不变,其内能也一定不变D.当分子热运动变剧烈时,压强一定增大【解析】选C。根据理想气体状态方程=C,气体温度升高,但气体体积不明确
3、,其压强不一定增大,故A错误;根据封闭气体压强的微观意义,气体压强和分子数密度、分子平均动能有关,与重力无关,在完全失重的情况下,气体对器壁的压强不为零,故B错误;根据理想气体状态方程=C,气体的压强和体积都不变,则温度一定不变,其内能也不变,故C正确;分子热运动变剧烈时,分子平均动能增大,说明温度升高,根据理想气体状态方程=C,其体积并不确定,压强不一定增大,故D错误。3.如图所示,导热良好的圆筒形气缸竖直放置在水平地面上,用活塞将一定质量的气体封闭在气缸内,活塞上堆放着铁砂,系统处于静止状态。现缓慢取走铁砂,忽略活塞与气缸之间的摩擦,外界环境温度不变,则在此过程中缸内气体()A.对外做功,
4、其内能减少B.温度不变,与外界无热量交换C.单个分子碰撞缸壁时的平均作用力减小D.单位时间内对活塞的碰撞次数减少【解析】选D。缓慢取走铁砂的过程中,因为活塞对封闭气体的压力减小,所以活塞会缓慢上升,是气体膨胀的过程,缸内气体对外做功,但是气缸导热良好,所以缸内气体温度保持不变,则内能不变,故A错误;根据热力学第一定律U=W+Q,因为气体膨胀对外做功,所以W0,即气体要从外界吸收热量,故B错误;由上面的分析可知,缸内气体温度不变,即气体分子的平均动能不变,所以单个分子与缸壁碰撞时的平均作用力不变,故C错误;根据理想气体状态方程=C可知,T不变,V增大,则p减小。所以缸内气体压强减小,分子的平均动
5、能不变,因为缸内气体体积V增大,所以分子数密度减小,则在单位时间内气体对活塞的碰撞次数要减少,故D正确。4.一定质量的理想气体,从状态M开始,经状态N、Q回到原状态M,其p-V图像如图所示,其中QM平行于横轴,NQ平行于纵轴。则()A.MN过程气体温度不变B.NQ过程气体对外做功C.NQ过程气体内能减小D.QM过程气体放出热量【解析】选D。由数学知识可知,MN过程气体的pV乘积先增加后减小,结合理想气体状态方程=C可知,温度先升高后降低,故A错误;NQ过程气体的体积不变,不对外做功,故B错误;NQ过程气体压强增大,体积不变,由=C可知,温度升高,则内能增加,故C错误;QM过程气体压强不变,体积
6、减小,外界对气体做功,即W0;由=C可知,温度降低,内能减小,即U0,根据热力学第一定律U=W+Q可知Q0,气体放出热量,故D正确。【补偿训练】一定质量的理想气体由状态A沿平行T轴的直线变化到状态B,然后沿过原点的直线由状态B变化到状态C,p-T图像如图所示。关于该理想气体在状态A、状态B和状态C时的体积VA、VB、VC的关系正确的是()A.VA=VB=VCB.VAVBVCD.VAVBVC【解析】选B。从A到B为等压变化,根据=C可知,随着温度的升高,体积增大,故VAVB,从B到C为过坐标原点的部分直线,为等容变化,故VB=VC,所以VAT2B.T1T2C.两条图线和横轴所包围的面积一定相等D
7、.两条图线和横轴所包围的面积可能不等【解析】选B、C。温度越高分子热运动越激烈,分子运动激烈是指速率大的分子所占的比例大,图线T2速率大的分子比例大,温度高;图线T1速率大的分子所占比例小,温度低,故T1T2,故A错误,B正确;图中两个状态下曲线下的面积都是1,则两条图线和横轴所包围的面积一定相等,故C正确,D错误。10.一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C,其V-T图像如图所示。下列说法正确的有()A.AB的过程中,外界对气体做功B.AB的过程中,气体放出热量C.BC的过程中,气体压强发生变化D.ABC的过程中,气体内能增加【解析】选A、B。AB的过程中,温度不变,体积减小,可知
8、外界对气体做功,故A正确;AB的过程中,温度不变,内能不变,体积减小,外界对气体做功,根据热力学第一定律U=W+Q知,W为正,则Q为负,即气体放出热量,故B正确;因为V-T图线中,BC段的图线是过原点的倾斜直线,则BC的过程中,压强不变,故C错误;B到C的过程中,温度降低,内能减小,故D错误。11.关于原子结构和核反应的说法中正确的是()A.卢瑟福在粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型B.发现中子的核反应方程是BeHeCnC.200个U原子核经过两个半衰期后一定剩下50个U原子核未衰变D.据图可知,原子核B和C结合成原子核A要放出能量【解析】选A、B。粒子散射实验中,绝大多数粒子能够穿
9、过原子,只有极少数发生大角度偏转,故卢瑟福在此基础上提出了原子的核式结构模型,故A正确;发现中子的核反应方程是BeHeCn,故B正确;半衰期针对大量原子核才有统计意义,故C错误;因为A的比结合能较低,故原子核B和C结合成原子核A要吸收能量,故D错误。12.核电站中采用反应堆使重核裂变,将释放出的巨大能量转化成电能。反应堆中一种可能的核反应方程式是UnNdZr+x+y,设U核质量为m1,中子质量为m2,Nd核质量为m3,Zr核质量为m4,x质量为m5,y质量为m6,那么,在所给的核反应中()A.x可能是H,y可能是1eB.x可能是n,y可能是eC.释放的核能为(m1+m2-m3-m4-m5-m6
10、)c2D.释放的核能为(m3+m4+m5+m6-m1-m2)c2【解析】选B、C。如果x是H,y是1e不满足质量数守恒和电荷数守恒,故A错误;如果x是n,y是e满足质量数守恒和电荷数守恒,故B正确;质量亏损为m=m1+m2-m3-m4-m5-m6,由质能方程可知,释放的能量为E=mc2=(m1+m2-m3-m4-m5-m6)c2,故C正确,D错误。三、实验题:本题共2小题,共14分。13.(6分)(1)在用油膜法估测分子大小的实验中,已知纯油酸的摩尔质量为M,密度为,一滴油酸溶液中含纯油酸的质量为m,一滴油酸溶液滴在水面上扩散后形成的纯油酸膜最大面积为S,阿伏加德罗常数为NA。以上各量均采用国
11、际单位制,对于油酸分子的直径和分子数量有如下判断:油酸分子直径d=油酸分子直径d=一滴油酸溶液中所含油酸分子数n=NA一滴油酸溶液中所含油酸分子数n=NA以上判断正确的是_。(2)油酸酒精溶液的浓度为每104 mL溶液中有纯油酸6 mL,用注射器测得1 mL上述溶液有液滴75滴。把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里,最后油酸膜的形状和尺寸如图所示,坐标中正方形小方格的边长为1 cm,则油酸膜的面积是_m2。按以上数据,估测出油酸分子的直径是_m。(保留1位有效数字)【解析】(1)由纯油酸的质量与密度的关系可得体积为:V=由所形成的油膜面积S可得,纯油酸分子的直径为:d=由可得:d=一滴油酸溶液中含有纯
12、油酸的摩尔数为:一滴油酸溶液中含有纯油酸的分子个数n=NA故选;(2)油酸膜的面积是:1051 cm2=105 cm2=110-2 m2;油酸分子的直径是:d= m=810-10 m答案:(1)(2)110-2810-1014.(8分)“用DIS研究在温度不变时,一定质量气体压强与体积关系”的实验装置如图所示。保持温度不变,封闭气体的压强p用压强传感器测量,体积V由注射器刻度读出。某次实验中,数据表格内第28次压强没有记录,但其他操作规范。次数123456789压强p/kPa100.1p7179.9体积V/cm3181716151413121110(1)根据表格中第1次和第9次数据,推测出第7
13、次的压强p7,其最接近的值是_。A.128.5 kPaB.138.4 kPaC.149.9 kPaD.163.7 kPa(2)若考虑到连接注射器与传感器的软管内气体体积V0不可忽略,则封闭气体的真实体积为_。从理论上讲p -图像可能接近下列哪个图?【解析】(1)根据玻意耳定律,一定质量气体,压强与体积成反比,第1次和第9次数据,它们的压强与体积乘积,也正好近似相等,因此第7次的压强p7= kPa=150 kPa故C正确,A、B、D错误;故选C。(2)在软管内气体体积V不可忽略时,被封闭气体的初状态的体积为V0+V,压强为p0,末状态的体积为V+V,压强为p,由等温变化有p0(V0+V)=p(V
14、+V)解得p=p0当式中的V趋向于零时,有p=p0即该双曲线的渐近线方程是p=p0故D正确,A、B、C错误。故选D。答案:(1)C(2)V0+VD四、计算题:本题共4小题,共46分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位。15.(8分) 如图所示,在水平地面上固定一个内壁光滑、内部横截面积为S,长度为L的汽缸,汽缸顶部开一很小的孔与外界大气相通,已知外界的大气压强恒为p0。缸内有一质量为m、厚度不计的光滑圆柱形活塞,当汽缸竖直放置,活塞下方气体的热力学温度为T0时,活塞位于汽缸的中央。重力加速度大小为g。(1)保持温度不变,将汽缸侧向放置,求稳定后活塞到缸底的距离x;(2)若汽缸
15、仍竖直放置,通过缸内底部的电热丝缓慢加热气体,求活塞恰好到达汽缸顶部时缸内气体的热力学温度T。【解析】(1)气体初状态的压强和体积分别为:p1=p0+,V1=S气体末状态的压强和体积分别为:p2=p0,V2=xS由p1V1=p2V2(2分)解得:x=L(2分)(2)该过程气体做等压变化,则有:=,其中V=LS(2分)解得:T=2T0(2分)答案:(1)L(2)2T016.(8分)如图所示,内壁光滑的导热汽缸竖直放置在水平桌面上,汽缸内封闭一定质量的气体,现在气体缓慢吸收热量280 J使活塞从A运动到B的过程中,气体对外做功120 J。(1)求气体的内能的改变量;(2)若气体的摩尔质量为M,用N
16、A表示阿伏加德罗常数,活塞在B处时气体的密度为,求此时气体分子间的平均距离。【解析】(1)根据热力学第一定律U=W+Q,U=(280-120) J=160 J,内能增加。(2分)(2)每个气体分子的质量m=(2分)每个气体分子所占的空间体积V0=(2分)分子间平均距离为d=。(2分)答案:(1)160 J(2)17.(14分)如图,粗细均匀的导热细玻璃管竖直放置,A、G端均开口,BC段和DEF段有水银柱。其中,BC、EF段长度均为25 cm,CD段长度为30 cm。DE段长度为5 cm、FG段长度为20 cm,CD部分封闭有一定质量的理想气体,外界大气压强p0=75 cmHg,初始状态下,封闭
17、G端,在A端加上活塞并缓慢下压,使DEF段水银柱的D端向右移动至E点。求:(1)末态FG段气体的压强;(2)下压过程中,BC段水银柱的C端向右移动的距离。【解题指南】解答本题可按以下思路进行:(1)封闭G端后,对FG段气体分析由玻意耳定律求解压强;(2)对CD段气体分析,由玻意耳定律求解长度,然后根据气体移动的距离关系求解C端右移距离。【解析】(1)封闭G端后,末状态各点位置如图所示对FG段气体分析:初态气体长度l1=20 cm,压强p1=p0=75 cmHg末态气体长度l1=l1-5 cm=15 cm,压强为p1由玻意耳定律:p1l1S=p1l1S(2分)代入数据得:p1=100 cmHg(
18、2分)(2)对CD段气体分析:初态气体长度l2=30 cm,压强p2=p0+pBC=100 cmHg末态气体长度为l2。压强p2=p1+pFE=125 cmHg(2分)由玻意耳定律:p2l2S=p2l2S(2分)代人数据得:l2=24 cm(1分)CD段气体D端右移距离:l1=l1-l1=5 cm(1分)CD段气体长度变化:l2=l2-l2(2分)则CD段气体D端向右移动距离l=l1+l2(1分)代入数据得:l=11 cm(1分)答案:(1)100 cmHg(2)11 cm18.(16分)目前地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部核聚变时释放的核能。(1)如果将太阳聚变时的核反应简化为4个氢核H
19、)聚变生成1个氦核He)和2个正电子。请你写出此核反应方程。(2)目前太阳能已被广泛利用。如图所示的太阳能路灯的额定功率为P,光电池的光电转换效率为。用P0表示太阳辐射的总功率,用r表示太阳与地球间的距离。太阳光传播到达地面的过程中大约有30%的能量损耗。某段时间内,电池板接收太阳垂直照射的等效面积为S。求这段时间内路灯正常工作时间t与日照时间t0之比。(3)天文学家估测:太阳已有50亿年的历史了。有人认为:50亿年来,因释放核能而带来的太阳质量变化几乎可以忽略。请你通过计算说明这种观点的合理性。可能用到的数据:太阳的质量约为M0=21030 kg;太阳辐射的总功率为P0=41026 W;1年
20、3107秒。【解题指南】解答本题可按以下思路进行:(1)根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程;(2)先表示出路灯正常工作t时间需要消耗的太阳能量,根据太阳辐射的总功率求出在t0时间内照射到电池板上的太阳能量,联立即可求解;(3)根据太阳辐射的总功率求出太阳在50亿年内辐射的总能量,根据质能方程计算其损失的质量,与太阳的质量相比即可判断。【解析】(1)根据质量数守恒和电荷数守恒,其核反应方程为:HHe+e。(2分)(2)路灯正常工作t时间需要消耗的太阳能量为E=,(1分)距太阳中心为r的球面面积S0=4r2,(2分)t0时间内照射到电池板上的太阳能量E=,(2分)联立解得:=。(2分)(3)50亿年太阳辐射的总能量为E=P0t,(2分)根据质能方程E=mc2可知,50亿年太阳损失的总质量m=,(2分)损失的总质量和太阳质量之比=0.03%,(2分)所以50亿年来,因释放核能而带来的太阳质量变化几乎可以忽略。(1分)答案:(1)HHe+e(2)(3)见解析
