2020～2021學(xué)年高二物理下學(xué)期暑假訓(xùn)練3分子動理論熱力學(xué)定律【含答案】

分子動理論熱力學(xué)定律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(guān)系的圖線是()2．如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過狀態(tài)B、C和D后再回到狀態(tài)A.其中，A→B和C→D為等溫過程，B→C和D→A為絕熱過程(氣體與外界無熱量交換)。這就是著名的“卡諾循環(huán)”。(1)該循環(huán)過程中，下列說法正確的是________。A．A→B過程中，外界對氣體做功B．B→C過程中，氣體分子的平均動能增大C．C→D過程中，單位時間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多D．D→A過程中，氣體分子的速率分布曲線不發(fā)生變化(2)該循環(huán)過程中，內(nèi)能減小的過程是________(選填“A→B”“B→C”“C→D”或“D→A”)。若氣體在A→B過程中吸收63kJ的熱量，在C→D過程中放出38kJ的熱量，則氣體完成一次循環(huán)對外做的功為________kJ。1．(多選)根據(jù)你學(xué)過的熱學(xué)中的有關(guān)知識，判斷下列說法中正確的是()A．機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能B．凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量只能從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能從低溫物體傳遞給高溫物體C．制冷機在制冷過程中，從室內(nèi)吸收的熱量少于向室外放出的熱量D．第一類永動機違背能量守恒定律，第二類永動機不違背能量守恒定律，隨著科技的進步和發(fā)展，第二類永動機可以制造出來2．(多選)鉆石是首飾和高強度鉆頭、刻刀等工具的主要材料，設(shè)鉆石的密度為ρ(單位為kg/m3)，摩爾質(zhì)量為M(單位為g/mol)，阿伏加德羅常數(shù)為NA.已知1克拉＝0.2克，則()A．a(chǎn)克拉鉆石所含有的分子數(shù)為eq\f(0.2aNA,M)B．a(chǎn)克拉鉆石所含有的分子數(shù)為eq\f(aNA,M)C．每個鉆石分子直徑的表達式為eq\r(3,\f(6M×10－3,πNAρ）(單位為m)D．每個鉆石分子直徑的表達式為eq\r(\f(6M,πNAρ）(單位為m)3．(多選)下列說法正確的是()A．1g水中所含的分子數(shù)目和地球的總?cè)丝跀?shù)差不多B．布朗運動就是物質(zhì)分子的無規(guī)則熱運動C．一定質(zhì)量的理想氣體壓強增大，其分子的平均動能可能減小D．氣體如果失去了容器的約束就會散開，這是氣體分子的無規(guī)則的熱運動造成的E．0℃的鐵和0℃的冰，它們的分子平均動能相等4．(多選)關(guān)于熱量、功和內(nèi)能三個物理量，下列說法正確的是()A．熱量、功和內(nèi)能三者的物理意義相同，只是說法不同B．熱量、功都可以作為物體內(nèi)能變化的量度C．熱量、功和內(nèi)能的單位相同D．功由過程決定，而熱量和內(nèi)能由物體的狀態(tài)決定E．物體吸收熱量，同時對外做功，其內(nèi)能可能增加5．(多選)一般情況下，分子間同時存在分子引力和分子斥力．若在外力作用下兩分子的間距達到不能再靠近時，固定甲分子不動，乙分子可自由移動，則去掉外力后，當(dāng)乙分子運動到很遠時，速度為v，則在乙分子的運動過程中(乙分子的質(zhì)量為m)()A．乙分子的動能變化量為eq\f(1,2)mv2B．分子力對乙分子做的功為eq\f(1,2)mv2C．分子引力比分子斥力多做的功為eq\f(1,2)mv2D．分子斥力比分子引力多做的功為eq\f(1,2)mv2E．乙分子克服分子力做的功為eq\f(1,2)mv26．(多選)如圖為兩分子系統(tǒng)的勢能Ep與兩分子間距離r的關(guān)系曲線．下列說法正確的是()A．當(dāng)r大于r1時，分子間的作用力表現(xiàn)為引力B．當(dāng)r小于r1時，分子間的作用力表現(xiàn)為斥力C．當(dāng)r等于r1時，分子間勢能Ep最小D．當(dāng)r由r1變到r2的過程中，分子間的作用力做正功E．當(dāng)r等于r2時，分子間勢能Ep最小7．(多選)如圖，用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分，隔板左側(cè)充有理想氣體，隔板右側(cè)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(shè)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(nèi)能相同B．氣體在被壓縮的過程中內(nèi)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8．(多選)如圖，一定質(zhì)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(nèi)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9．一定質(zhì)量的理想氣體，狀態(tài)從A→B→C→D→A的變化過程可用如圖所示的p－V圖描述，圖中p1、p2、V1、V2和V3為已知量．(1)氣體狀態(tài)從A到B是________過程(選填“等容”“等壓”或“等溫”)；(2)狀態(tài)從B到C的變化過程中，氣體的溫度________(選填“升高”“不變”或“降低”)；(3)狀態(tài)從C到D的變化過程中，氣體________(選填“吸熱”或“放熱”)；(4)狀態(tài)從A→B→C→D的變化過程中，氣體對外界所做的總功為________________．10．某同學(xué)在實驗室用油膜法測油酸分子直徑，實驗主要步驟如下：①向體積V油＝6mL的油酸中加酒精，直至總量達到V總＝104mL；②用注射器吸取①中油酸酒精溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，當(dāng)?shù)稳雗＝75滴時，測得其體積恰好是V0＝1mL；③先往淺盤里倒入2cm深的水，然后將痱子粉均勻地撒在水面上；④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后，將事先準備好的玻璃板放在淺盤上，并在玻璃板上描下油酸膜的形狀；⑤將畫有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上，如圖所示，數(shù)出輪廓范圍內(nèi)小方格的個數(shù)N，小方格的邊長為L＝1cm.根據(jù)以上信息，回答下列問題：(1)一滴油酸酒精溶液中含有油酸的體積為________m3；油膜面積為________m2；油酸分子直徑為________m；(以上結(jié)果均保留1位有效數(shù)字)(2)若滴入75滴油酸酒精溶液的體積不足1mL，則最終的測量結(jié)果將偏________(選填“大”或“小”)．11．很多轎車為了改善夜間行駛時的照明問題，在車燈的設(shè)計上選擇了氙氣燈，因為氙氣燈燈光的亮度是普通燈燈光亮度的3倍，但是耗電量僅是普通燈的一半，氙氣燈使用壽命則是普通燈的5倍，很多車主會選擇含有氙氣燈的汽車．若氙氣充入燈頭后的容積V＝1.6L，氙氣密度ρ＝6.0kg/m3.已知氙氣摩爾質(zhì)量M＝0.131kg/mol，阿伏加德羅常數(shù)NA＝6×1023mol－1.試估算：(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)(1)燈頭中氙氣分子的總個數(shù)N；(2)燈頭中氙氣分子間的平均距離．12．(山西五校聯(lián)考)如圖所示，一絕熱汽缸倒立豎放在兩水平臺面上，缸內(nèi)一光滑活塞密封了一定質(zhì)量的理想氣體．在活塞下掛有一物塊，活塞與物塊的總重力G＝30N，活塞的橫截面積S＝3×10－3m2.活塞靜止時，缸內(nèi)氣體溫度t1＝27℃，體積V1＝3×10－3m3.外界的大氣壓強恒為p0＝1×105Pa，缸內(nèi)有一個電阻絲，電阻絲的電阻值恒為R＝5Ω，電源電動勢E＝18V、內(nèi)阻r＝1Ω.閉合開關(guān)20s后，活塞緩慢下降高度h＝0.1m，求：(1)20s內(nèi)氣體內(nèi)能的變化量；(2)20s末缸內(nèi)氣體的溫度．13．如圖所示，一根兩端開口、橫截面積為S＝2cm2足夠長的玻璃管豎直插入水銀槽中并固定(插入水銀槽中的部分足夠深)．管中有一個質(zhì)量不計的光滑活塞，活塞下封閉著長L＝21cm的氣柱，氣體的溫度為t1＝7℃，外界大氣壓取p0＝1.0×105Pa(相當(dāng)于75cm高的汞柱的壓強)．g取10m/s2.(1)若在活塞上放一個質(zhì)量為m＝0.1kg的砝碼，保持氣體的溫度t1不變，則平衡后氣柱為多長？(2)若保持砝碼的質(zhì)量不變，對氣體加熱，使其溫度升高到t2＝77℃，此時氣柱為多長？(3)若在(2)過程中，氣體吸收的熱量為10J，則氣體的內(nèi)能增加多少？

1．B當(dāng)r＜r0時，分子力表現(xiàn)為斥力，隨分子間距離r增大，分子勢能Ep減小；當(dāng)r＞r0時，分子力表現(xiàn)為引力，隨分子間距離r增大，分子勢能Ep增大；當(dāng)r＝r0時，分子力為零，此時分子勢能最小，故B正確。2．(1)C(2)B→C25(1)在A→B的過程中，氣體體積增大，故氣體對外界做功，A錯誤；B→C的過程中，氣體對外界做功，W＜0，且為絕熱過程，Q＝0，根據(jù)ΔU＝Q＋W，知ΔU＜0，即氣體內(nèi)能減小，溫度降低，氣體分子的平均動能減小，B錯誤；C→D的過程中，氣體體積減小，單位體積內(nèi)的分子數(shù)增多，故單位時間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多，C正確；D→A的過程為絕熱壓縮，故Q＝0，W＞0，根據(jù)ΔU＝Q＋W，ΔU＞0，即氣體的內(nèi)能增加，溫度升高，所以氣體分子的速率分布曲線發(fā)生變化，D錯誤。(2)從A→B、C→D的過程中氣體做等溫變化，理想氣體的內(nèi)能不變，內(nèi)能減小的過程是B→C，內(nèi)能增大的過程是D→A。氣體完成一次循環(huán)時，內(nèi)能變化ΔU＝0，熱傳遞的熱量Q＝Q1－Q2＝(63－38)kJ＝25kJ，根據(jù)ΔU＝Q＋W，得W＝－Q＝－25kJ，即氣體對外做功25kJ。1．AC機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能在引起其他變化時也可以全部轉(zhuǎn)化為機械能，A正確；凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，也能從低溫物體傳遞給高溫物體，但必須借助外界的幫助，B錯誤；由能量守恒定律知，制冷過程中，從室內(nèi)吸收的熱量與壓縮機做的功之和等于向室外放出的熱量，C正確；第一類永動機違背能量守恒定律，第二類永動機不違背能量守恒定律，而是違背了熱力學(xué)第二定律，第二類永動機不可能制造出來，D錯誤．2．ACa克拉鉆石物質(zhì)的量(摩爾數(shù))為n＝eq\f(0.2a,M)，所含分子數(shù)為N＝nNA＝eq\f(0.2aNA,M)，A正確；鉆石的摩爾體積V＝eq\f(M×10－3,ρ)(單位為m3/mol)，每個鉆石分子體積為V0＝eq\f(V,NA)＝eq\f(M×10－3,NAρ)，設(shè)鉆石分子直徑為d，則V0＝eq\f(4,3)πeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2）)eq\s\up12(3)，聯(lián)立解得d＝eq\r(3,\f(6M×10－3,πNAρ）(單位為m)，C正確．3．CDE水的摩爾質(zhì)量是18g/mol，1g水中含有的分子數(shù)為：n＝eq\f(1,18)×6.0×1023≈3.3×1022個，地球的總?cè)藬?shù)約為70億，A錯誤；布朗運動是懸浮在液體(氣體)中的固體顆粒受到液體(氣體)分子撞擊作用的不平衡造成的，不是物體分子的無規(guī)則熱運動，B錯誤；溫度是分子平均動能的標志，氣體的壓強增大，溫度可能減小，C正確；氣體分子間距大于10r0，分子間無作用力，打開容器，氣體散開是氣體分子的無規(guī)則運動造成的，D正確；鐵和冰的溫度相同，分子平均動能必然相等，E正確．4．BCE熱量、功和內(nèi)能是三個不同的物理量，它們的物理意義不同，故A錯誤；功與熱量都是能量轉(zhuǎn)化的量度，都可以作為物體內(nèi)能變化的量度，故B正確；熱量、功和內(nèi)能的單位相同，都是焦耳，故C正確；功和熱量由過程決定，內(nèi)能由物體的狀態(tài)決定，故D錯誤；由熱力學(xué)第一定律可知，物體吸收熱量，同時對外做功，其內(nèi)能可能增加，故E正確．5．ABD當(dāng)甲、乙兩分子間距離最小時，兩者都處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)乙分子運動到分子力的作用范圍之外時，乙分子不再受力，此時速度為v，故在此過程中乙分子的動能變化量為eq\f(1,2)mv2，A正確；在此過程中，分子斥力始終做正功，分子引力始終做負功，即W合＝W斥－W引，由動能定理得W斥－W引＝eq\f(1,2)mv2，故分子斥力比分子引力多做的功為eq\f(1,2)mv2，B、D正確．6．BDE由題圖知：r＝r2時分子勢能最小，E對，C錯；平衡距離為r2，r＜r2時分子力表現(xiàn)為斥力，A錯，B對；r由r1變到r2的過程中，分子勢能逐漸減小，分子力做正功，D對．7．ABD抽開隔板，氣體自發(fā)擴散過程中，氣體對外界不做功，與外界沒有熱交換，因此氣體的內(nèi)能不變，A正確，C錯誤；氣體在被壓縮的過程中，外界對氣體做正功，D正確；由于氣體與外界沒有熱交換，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體在被壓縮的過程中內(nèi)能增大，因此氣體的溫度升高，氣體分子的平均動能增大，B正確，E錯誤．8．ABDab過程，氣體壓強增大，體積不變，則溫度升高，內(nèi)能增加，A正確；ab過程發(fā)生等容變化，氣體對外界不做功，C錯誤；一定質(zhì)量的理想氣體內(nèi)能僅由溫度決定，bc過程發(fā)生等溫變化，內(nèi)能不變，bc過程，氣體體積增大，氣體對外界做正功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知氣體從外界吸熱，D正確；ca過程發(fā)生等壓變化，氣體體積減小，外界對氣體做正功，B正確；ca過程，氣體溫度降低，內(nèi)能減小，外界對氣體做正功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知氣體向外界放熱，E錯誤．9．(1)等壓(2)降低(3)放熱(4)p2(V3－V1)－p1(V3－V2)(1)A→B，對應(yīng)壓強值恒為p2，即為等壓過程．(2)B→C，由eq\f(pV,T)＝恒量，V不變，p減小，T降低．(3)C→D，由eq\f(pV,T)＝恒量，p不變，V減小，可知T降低．外界對氣體做功，內(nèi)能減小，由ΔU＝W＋Q可知C→D過程放熱．(4)A→B，氣體對外界做功WAB＝p2(V3－V1)B→C，V不變，氣體不做功C→D，V減小，外界對氣體做功WCD＝－p1(V3－V2)狀態(tài)從A→B→C→D的變化過程中，氣體對外界做的總功W＝WAB＋WBC＋WCD＝p2(V3－V1)－p1(V3－V2)．10．(1)8×10－121×10－28×10－10(2)大(1)每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積V＝eq\f(1,75)×eq\f(6,104)mL＝8×10－6mL＝8×10－12m3.油膜的面積S＝111×1cm2＝111cm2≈1×10－2m2.油酸分子的直徑d＝eq\f(V,S)＝eq\f(8×10－12,1×10－2)m＝8×10－10m.(2)若滴入75滴油酸酒精溶液的體積不足1mL，則代入計算的純油酸的體積偏大，可知測量值偏大．11．(1)設(shè)氙氣的物質(zhì)的量為n，則n＝eq\f(ρV,M)，氙氣分子的總數(shù)N＝eq\f(ρV,M)NA≈4×1022個．(2)每個氙氣分子所占的空間為V0＝eq\f(V,N)設(shè)氙氣分子間平均距離為a，則有V0＝a3，即a＝eq\r(3,\f(V,N）≈3×10－9m.12．(1)設(shè)缸內(nèi)氣體初態(tài)壓強為p1，對活塞由平衡條件有：p0S＝G＋p1S在電熱絲對氣體加熱20s的過程中，缸內(nèi)氣體對活塞做的功為W＝p1Sh，電阻絲產(chǎn)生的熱量為Q＝I2Rt，其中I＝eq\f(E,R＋r)根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU＝Q－W解得ΔU＝873J，即氣體的內(nèi)能增加了873J.(2)氣體做等壓變化，由蓋—呂薩克定律有eq\f