新高考2025屆高考物理小題必練29固體液體和氣體

Page9小題必練29：小題必練29：固體、液體和氣體(1)固體的微觀結(jié)構(gòu)、晶體和非晶體；(2)液體的表面張力現(xiàn)象；(3)氣體試驗(yàn)定律、志向氣體狀態(tài)方程等；(3)熱力學(xué)三定律。例1．(2024?山東卷?6)肯定質(zhì)量的志向氣體從狀態(tài)a起先，經(jīng)a→b、b→c、c→a三個(gè)過(guò)程后回到初始狀態(tài)a，其p－V圖像如圖所示。已知三個(gè)狀態(tài)的坐標(biāo)分別為a(V0，2p0)、b(2V0，p0)、c(3V0，2p0)，以下推斷正確的是()A．氣體在a→b過(guò)程中對(duì)外界做的功小于在b→c過(guò)程中對(duì)外界做的功B．氣體在a→b過(guò)程中從外界汲取的熱量大于在b→c過(guò)程中從外界汲取的熱量C．在c→a過(guò)程中，外界對(duì)氣體做的功小于氣體向外界放出的熱量D．氣體在c→a過(guò)程中內(nèi)能的削減量大于b→c過(guò)程中內(nèi)能的增加量【答案】C【解析】依據(jù)氣體做功的表達(dá)式W＝Fx＝pSx＝pΔV可知p－V圖線和體積橫軸圍成的面積即為做功大小，所以氣體在a→b過(guò)程中對(duì)外界做的功等于b→c過(guò)程中對(duì)外界做的功，A錯(cuò)誤；氣體從a→b，滿意玻意爾定律pV＝C，所以Ta＝Tb，所以ΔUab＝0，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律ΔU＝Q＋W可知0＝Qab＋Wab，氣體從b→c，溫度∣上升，所以ΔUbc＞0，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律可知ΔUbc＝Qbc＋Wbc，結(jié)合A選項(xiàng)可知Wab＝Wbc＜0，所以Qbc＞Qab，b→c過(guò)程氣體汲取的熱量大于a→b過(guò)程汲取的熱量，B錯(cuò)誤；氣體從c→a，溫度降低，所以ΔUca＜0，氣體體積減小，外界對(duì)氣體做功，所以Wca＞0，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律可知Qca＜0，放出熱量，C正確；志向氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，依據(jù)Ta＝Tb可知從∣ΔTca∣＝∣ΔTbc∣，所以氣體從c→a過(guò)程中內(nèi)能的削減量等于b→c過(guò)程中內(nèi)能的增加量，D錯(cuò)誤。【點(diǎn)睛】氣體狀態(tài)變更圖像的分析方法(1)明確點(diǎn)、線的物理意義：求解氣體狀態(tài)變更的圖像問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)明確圖像上的點(diǎn)表示肯定質(zhì)量的志向氣體的一個(gè)平衡狀態(tài)，它對(duì)應(yīng)著三個(gè)狀態(tài)參量；圖像上的某一條直線段或曲線段表示肯定質(zhì)量的志向氣體狀態(tài)變更的一個(gè)過(guò)程。(2)明確圖像斜率的物理意義：在V－T圖像(p－T圖像)中，比較兩個(gè)狀態(tài)的壓強(qiáng)(或體積)大小，可以比較這兩個(gè)狀態(tài)到原點(diǎn)連線的斜率的大小，其規(guī)律是：斜率越大，壓強(qiáng)(或體積)越??；斜率越小，壓強(qiáng)(或體積)越大。(3)明確圖像面積的物理意義：在p－V圖像中，p－V圖線與V軸所圍面積表示氣體對(duì)外界或外界對(duì)氣體所做的功。例2．(2024?山東卷?15)中醫(yī)拔罐的物理原理是利用玻璃罐內(nèi)外的氣壓差使罐吸附在人體穴位上，進(jìn)而治療某些疾病。常見(jiàn)拔罐有兩種，如圖所示，左側(cè)為火罐，下端開(kāi)口；右側(cè)為抽氣拔罐，下端開(kāi)口，上端留有抽氣閥門。運(yùn)用火罐時(shí)，先加熱罐中氣體，然后快速按到皮膚上，自然降溫后火罐內(nèi)部氣壓低于外部大氣壓，使火罐緊緊吸附在皮膚上。抽氣拔罐是先把罐體按在皮膚上，再通過(guò)抽氣降低罐內(nèi)氣體壓強(qiáng)。某次運(yùn)用火罐時(shí)，罐內(nèi)氣體初始?jí)簭?qiáng)與外部大氣壓相同，溫度為450K，最終降到300K，因皮膚凸起，內(nèi)部氣體體積變?yōu)楣奕莘e的。若換用抽氣拔罐，抽氣后罐內(nèi)剩余氣體體積變?yōu)槌闅獍喂奕莘e的，罐內(nèi)氣壓與火罐降溫后的內(nèi)部氣壓相同。罐內(nèi)氣體均可視為志向氣體，忽視抽氣過(guò)程中氣體溫度的變更。求應(yīng)抽出氣體的質(zhì)量與抽氣前罐內(nèi)氣體質(zhì)量的比值。【解析】設(shè)火罐內(nèi)氣體初始狀態(tài)參量分別為p1、T1、V1，溫度降低后狀態(tài)參量分別為p2、T2、V2，罐的容積為V0，由題意知p1＝p0、T1＝450K、V1＝V2、T2＝300K、V2＝V0①由志向氣體狀態(tài)方程得②代入數(shù)據(jù)得p2＝0.7p0③對(duì)于抽氣罐，設(shè)初態(tài)氣體狀態(tài)參量分別為p3、V3，末態(tài)氣體狀態(tài)參量分別為p4、V4，罐的容積為V0′，由題意知：p3＝p0、V3＝V0′、p4＝p2④由玻意耳定律得p0V0′＝p2V4⑤聯(lián)立②⑤式，代入數(shù)據(jù)得V4＝V0′⑥設(shè)抽出的氣體的體積為ΔV，由題意知：ΔV＝V4－V0′⑦故應(yīng)抽出氣體的質(zhì)量與抽氣前罐內(nèi)氣體質(zhì)量的比值為⑧聯(lián)立②⑤⑦⑧式，代入數(shù)據(jù)得。⑨【點(diǎn)睛】應(yīng)用志向氣體狀態(tài)方程解題的一般步驟(1)明確探討對(duì)象，即某肯定質(zhì)量的志向氣體；(2)確定氣體在始末狀態(tài)的參量p1、V1、T1及p2、V2、T2；(3)由狀態(tài)方程列式求解；(4)探討結(jié)果的合理性。1．(多選)下列說(shuō)法正確的是()A．晶體肯定具有各向異性，非晶體肯定具有各向同性B．內(nèi)能不同的物體，它們分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能可能相同C．液晶既像液體一樣具有流淌性，又跟某些晶體一樣具有光學(xué)性質(zhì)的各向異性D．隨著分子間距離的增大，分子間作用力減小，分子勢(shì)能也減小【答案】BC【解析】只有單晶體具有各向異性，而多晶體是各向同性的，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；內(nèi)能與物體的溫度、體積、分子數(shù)等因素有關(guān)，內(nèi)能不同，溫度可能相同，則分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能可能相同，故B項(xiàng)正確；液晶，即液態(tài)晶體，像液體一樣具有流淌性，具有各向異性，故C項(xiàng)正確；隨著分子間距離的增大，分子間作用力不肯定減小，當(dāng)分子表現(xiàn)為引力時(shí)，分子力做負(fù)功，分子勢(shì)能增大，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。2．堵住打氣筒的出氣口，緩慢向下壓活塞使氣體體積減小，你會(huì)感到越來(lái)越費(fèi)勁。設(shè)此過(guò)程中氣體的溫度保持不變。對(duì)這一現(xiàn)象的說(shuō)明正確的是()A．氣體的密度增大，使得在相同時(shí)間內(nèi)撞擊活塞的氣體分子數(shù)目增多B．氣體分子間沒(méi)有可壓縮的間隙C．氣體分子的平均動(dòng)能增大D．氣體分子間相互作用力表現(xiàn)為斥力【答案】A3．(多選)下列對(duì)志向氣體的理解正確的是()A．志向氣體事實(shí)上并不存在，只是一種志向模型B．只要?dú)怏w壓強(qiáng)不是很大就可視為志向氣體C．密閉容器內(nèi)的志向氣體隨著溫度的上升，其壓強(qiáng)增大，內(nèi)能增大D．肯定質(zhì)量的志向氣體對(duì)外界做功時(shí)，它的內(nèi)能有可能增大【答案】ACD【解析】志向氣體事實(shí)上并不存在，只是一種志向化的物理模型，故A項(xiàng)正確；實(shí)際氣體在壓強(qiáng)不太高、溫度不太低的狀況下可以看作志向氣體，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；溫度上升，志向氣體的分子勢(shì)能為零，內(nèi)能等于分子動(dòng)能，所以溫度上升，分子平均動(dòng)能增大，內(nèi)能增大，C項(xiàng)正確；依據(jù)熱力學(xué)第肯定律，肯定質(zhì)量的志向氣體對(duì)外界做功時(shí)，有可能還從外界汲取熱量，內(nèi)能可能增大，D項(xiàng)正確。4．(多選)下列說(shuō)法正確的是()A．飽和汽壓隨溫度降低而減小，與飽和汽的體積無(wú)關(guān)B．能量耗散反映了與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程具有不行逆性C．液體表面層分子間距離較大，這些液體分子間作用力表現(xiàn)為引力D．若某氣體摩爾體積為V，阿伏加德羅常數(shù)用NA表示，則該氣體的分子體積為eq\f(V,NA)【答案】ABC【解析】飽和汽壓隨溫度降低而減小，與飽和汽的體積無(wú)關(guān)，A項(xiàng)正確；能量耗散反映了與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程具有不行逆性，B項(xiàng)正確；液體表面層分子間距離較大，這些液體分子間作用力表現(xiàn)為引力，這也是表面張力產(chǎn)生的緣由，C項(xiàng)正確；若某氣體摩爾體積為V，阿伏加德羅常數(shù)用NA表示，則該氣體的分子運(yùn)動(dòng)占據(jù)的空間是eq\f(V,NA)，此值不是分子的體積，D項(xiàng)錯(cuò)誤。5．(多選)將質(zhì)量相同的同種氣體A、B分別密封在體積不同的兩容器中，保持兩部分氣體體積不變，A、B兩部分氣體的壓強(qiáng)隨溫度t的變更曲線如圖所示。則()A．A部分氣體的體積比B部分小B．A、B直線的延長(zhǎng)線將相交于t軸上的同一點(diǎn)C．A、B氣體溫度變更量相同時(shí)，壓強(qiáng)變更量相同D．A、B氣體溫度變更量相同時(shí)，A部分氣體壓強(qiáng)變更量較大【答案】ABD【解析】A、B兩部分氣體都發(fā)生等容變更，p－t圖線都過(guò)t軸上－273℃的點(diǎn)——肯定零度。由志向氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝c知，圖象的斜率越大，eq\f(p,T)越大，則氣體的體積越小，故有A部分氣體的體積比B部分小，故A、B項(xiàng)正確；圖中A圖線的斜率較大，由數(shù)學(xué)學(xué)問(wèn)可知溫度變更量相同時(shí)，A氣體壓強(qiáng)變更量較大，故C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。6．如圖所示，橫坐標(biāo)v表示分子速率，縱坐標(biāo)f(v)表示各等間隔速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比。圖中曲線能正確表示某一溫度下氣體分子麥克斯韋速率分布規(guī)律的是()A．曲線①B．曲線②C．曲線③D．曲線④【答案】D【解析】氣體分子的速率呈“中間多、兩頭少”的分布，且速度為零的分子占的百分比也為零，曲線④正確。7．如圖所示，容積肯定的測(cè)溫泡，上端有感知?dú)怏w壓強(qiáng)的壓力傳感器。待測(cè)物體溫度上升時(shí)，泡內(nèi)封閉氣體()A．內(nèi)能不變，壓強(qiáng)變大B．體積不變，壓強(qiáng)變大C．溫度不變，壓強(qiáng)變小D．溫度降低，壓強(qiáng)變小【答案】B【解析】待測(cè)物體溫度上升時(shí)，泡內(nèi)封閉氣體溫度上升，內(nèi)能變大，因體積不變，氣體的壓強(qiáng)變大，故B正確。8．如圖所示，質(zhì)量為M、導(dǎo)熱性能良好的汽缸由一根平行于斜面的細(xì)線系在光滑斜面上。汽缸內(nèi)有一個(gè)質(zhì)量為m的活塞，活塞與汽缸壁之間無(wú)摩擦且不漏氣。汽缸內(nèi)密封有肯定質(zhì)量的志向氣體。假如大氣壓強(qiáng)增大(溫度不變)，則()A．氣體的體積增大B．細(xì)線的張力增大C．氣體的壓強(qiáng)增大D．斜面對(duì)汽缸的支持力增大【答案】C【解析】對(duì)活塞受力分析，沿斜面方向可得pS＋mgsinα＝p0S，所以p＝p0－eq\f(mgsinα,S)，若p0增大，則p增大，依據(jù)pV＝常量，可知V減小；對(duì)汽缸和活塞的整體而言，細(xì)線的張力T＝(M＋m)gsinα；斜面對(duì)汽缸的支持力F＝(M＋m)gcosα，與大氣壓強(qiáng)無(wú)關(guān)，C項(xiàng)正確。9．(多選)肯定質(zhì)量的志向氣體從狀態(tài)A經(jīng)過(guò)狀態(tài)B變更到狀態(tài)C，其V－T圖象如圖所示。下列說(shuō)法正確的有()A．A→B的過(guò)程中，氣體對(duì)外界做功B．A→B的過(guò)程中，氣體放出熱量C．B→C的過(guò)程中，氣體壓強(qiáng)不變D．A→B→C的過(guò)程中，氣體內(nèi)能增加【答案】BC【解析】由圖知A→B的過(guò)程中，溫度不變，體積減小，故外界對(duì)氣體做功，所以A項(xiàng)錯(cuò)誤；依據(jù)熱力學(xué)定律知，A→B的過(guò)程中，氣體放出熱量，B項(xiàng)正確；B→C的過(guò)程為等壓變更，氣體壓強(qiáng)不變，C項(xiàng)正確；A→B→C的過(guò)程中，溫度降低，氣體內(nèi)能減小，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。10．(1)若一氣泡從湖底上升到湖面的過(guò)程中溫度保持不變，則在此過(guò)程中關(guān)于氣泡中的氣體，下列說(shuō)法中正確的是__________。(填選項(xiàng)字母)A．氣體分子間的作用力增大B．氣體分子的平均速率增大C．氣體分子的平均動(dòng)能減小D．氣體組成的系統(tǒng)的熵增加(2)若將氣泡內(nèi)的氣體視為志向氣體，氣泡從湖底上升到湖面的過(guò)程中，對(duì)外界做了0.6J的功，則此過(guò)程中的氣泡__________(填“汲取”或“放出”)的熱量是__________J。氣泡到達(dá)湖面后，溫度上升的過(guò)程中，又對(duì)外界做了0.1J的功，同時(shí)汲取了0.3J的熱量，則此過(guò)程中，氣泡內(nèi)氣體內(nèi)能增加了__________J。(3)已知?dú)馀輧?nèi)氣體的密度為1.29kg/m3，平均摩爾質(zhì)量為0.029kg/mol，阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.02×1023mol－1，取氣體分子的平均直徑為2×10－10m，若氣泡內(nèi)的氣體能完全變?yōu)橐后w，請(qǐng)估算液體體積與原來(lái)氣體體積的比值。(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)【答案】(1)D(2)汲取0.60.2(3)1×10－4(9×10－5～2×10－4都算對(duì))【解析】(1)駕馭分子動(dòng)理論和熱力學(xué)定律才能精確處理本題。氣泡的上升過(guò)程，氣泡內(nèi)的壓強(qiáng)減小，溫度不變，分子平均動(dòng)能不變，由玻意耳定律知，上升過(guò)程中體積增大，微觀上體現(xiàn)為分子間距增大，分子間引力減小，溫度不變，所以氣體分子的平均動(dòng)能、平均速率不變，此過(guò)程為自發(fā)過(guò)程，故熵增大。D項(xiàng)正確。(2)本題從熱力學(xué)第肯定律入手，抓住志向氣體內(nèi)能只與溫度有關(guān)的特點(diǎn)進(jìn)行處理。志向氣體等溫過(guò)程中內(nèi)能不變，由熱力學(xué)第肯定律ΔU＝Q＋W，物體對(duì)外做功0.6J，則肯定同時(shí)從外界汲取熱量0.6J，才能保證內(nèi)能不變。而溫度上升的過(guò)程，內(nèi)能增加了0.2J。(3)設(shè)氣體體積為V0，液體體積為V1，氣體分子數(shù)n＝eq\f(ρV0,m)NAV1＝neq\f(πd3,6)(或V1＝nd3)則eq\f(V1,V0)＝eq\f(ρ,6m)πd3NA(或eq\f(V1,V0)＝eq\f(ρ,m)d3NA)解得eq\f(V1,V0)＝1×10－4。(9×10－5～2×10－4都算對(duì))11．如圖所示，質(zhì)量m＝1kg的導(dǎo)熱汽缸倒扣在水平地面上，A為一T形活塞，汽缸內(nèi)充有志向氣體。汽缸的橫截面積S＝2×10－4m2。當(dāng)外界溫度為t＝27℃時(shí)，汽缸對(duì)地面恰好沒(méi)有壓力，此時(shí)活塞位于汽缸中心。不計(jì)汽缸壁厚度，內(nèi)壁光滑，活塞始終在地面上靜止不動(dòng)，大氣壓強(qiáng)為p0＝1×105Pa，g＝10m/s2。求：(1)汽缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)；(2)環(huán)境溫度上升時(shí)，汽缸緩慢上升，溫度至少上升到多少時(shí)，汽缸不再上升；(3)汽缸不再上升后，溫度接著上升，從微觀角度說(shuō)明壓強(qiáng)變更的緣由。【解析】(1)汽缸對(duì)地面恰好沒(méi)有壓力，對(duì)汽缸進(jìn)行受力分析mg＋p0S＝pS解得氣體的壓強(qiáng)p＝1.5×105Pa。(2)溫度上升時(shí)，汽缸緩慢上升，缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)不變，依據(jù)蓋－呂薩克定律有eq\f(\f(V,2),T1)＝eq\f(V,T2)解得T2＝600K。(3)溫度上升，分子平均動(dòng)能增大，體積不變，分子密集程度不變，所以壓強(qiáng)變大。12．如圖所示為一簡(jiǎn)易火災(zāi)報(bào)警裝置。其原理是豎直放置的試管中裝有水銀，當(dāng)溫度上升時(shí)，水銀柱上升，使電路導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警的響聲。27℃時(shí)，空氣柱長(zhǎng)度L1為20cm，水銀上表面與導(dǎo)線下端的距離L2為10cm，管內(nèi)水銀柱的高度h為8cm，大氣壓強(qiáng)為75cm水銀柱高。則：(1)當(dāng)溫度達(dá)到多少℃時(shí)，報(bào)警器會(huì)報(bào)警？(2)假如要使該裝置在87℃時(shí)報(bào)警，則應(yīng)當(dāng)再往玻