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专题6 选考模块选修33 分子动理论气体及热力学定律一、聚焦选择题考法分子动理论、热力学定律1多选(2016全国卷)关于热力学定律，下列说法正确的是()A气体吸热后温度一定升高B对气体做功可以改变其内能C理想气体等压膨胀过程一定放热D热量不可能自发地从低温物体传到高温物体E如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡解析：选BDE根据热力学定律，气体吸热后如果对外做功，则温度不一定升高，选项A错误；改变物体内能的方式有做功和传热，对气体做功可以改变其内能，选项B正确；理想气体等压膨胀对外做功，根据恒量知，膨胀过程一定吸热，选项C错误；根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，选项D正确；根据热平衡定律可知，如果这两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡，选项E正确。2多选(2017全国卷)如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到初态a。下列说法正确的是()A在过程ab中气体的内能增加B在过程ca中外界对气体做功C在过程ab中气体对外界做功D在过程bc中气体从外界吸收热量E在过程ca中气体从外界吸收热量解析：选ABDab过程中气体压强增大，体积不变，则温度升高，内能增加，A项正确；ab过程发生等容变化，气体对外界不做功，C项错误；一定质量的理想气体内能仅由温度决定，bc过程发生等温变化，内能不变，bc过程中气体体积增大，气体对外界做功，根据热力学第一定律可知气体从外界吸收热量，D项正确；ca过程发生等压变化，气体体积减小，外界对气体做功，B项正确；ca过程中气体温度降低，内能减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知气体向外界放热，E项错误。3.多选(2016全国卷)一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其pT图象如图所示。其中对角线ac的延长线过原点O。下列判断正确的是()A气体在a、c两状态的体积相等B气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能C在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功D在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功E在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功解析：选ABE由ac的延长线过原点O知，直线Oca为一条等容线，气体在a、c两状态的体积相等，选项A正确；理想气体的内能由其温度决定，故在状态a时的内能大于在状态c时的内能，选项B正确；过程cd是等温变化，气体内能不变，由热力学第一定律知，气体对外放出的热量等于外界对气体做的功，选项C错误；过程da气体内能增大，从外界吸收的热量大于气体对外界做的功，选项D错误；由理想气体状态方程知：C，即paVaCTa，pbVbCTb，pcVcCTc，pdVdCTd。设过程bc中压强为p0pbpc，过程da中压强为p0pdpa。由外界对气体做功WpV 知，过程bc中外界对气体做的功Wbcp0(VbVc)C(TbTc)，过程da中气体对外界做的功Wdap0(VaVd)C(TaTd)，TaTb，TcTd，故WbcWda，选项E正确。4多选(2017全国卷)如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是()A气体自发扩散前后内能相同B气体在被压缩的过程中内能增大C在自发扩散过程中，气体对外界做功D气体在被压缩的过程中，外界对气体做功E气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变解析：选ABD抽开隔板，气体自发扩散过程中，气体对外界不做功，与外界没有热交换，因此气体的内能不变，A项正确，C项错误；气体在被压缩的过程中，外界对气体做功，D项正确；由于气体与外界没有热交换，根据热力学第一定律可知，气体在被压缩的过程中内能增大，因此气体的温度升高，气体分子的平均动能增大，B项正确，E项错误。5多选(2016全国卷)关于气体的内能，下列说法正确的是()A质量和温度都相同的气体，内能一定相同B气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大C气体被压缩时，内能可能不变D一定量的某种理想气体的内能只与温度有关E一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加解析：选CDE气体的内能由物质的量、温度和体积决定，质量和温度都相同的气体，内能可能不同，A错误；内能与物体的运动速度无关，B错误；气体被压缩时，同时对外传热，根据热力学第一定律知内能可能不变，C正确；一定量的某种理想气体的内能只与温度有关，D正确；根据理想气体状态方程，一定量的某种理想气体在压强不变的情况下，体积变大，则温度一定升高，内能一定增加，E正确。6多选(2017全国卷)氧气分子在0 和100 温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示。下列说法正确的是()A图中两条曲线下面积相等B图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形C图中实线对应于氧气分子在100 时的情形D图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目E与0 时相比，100 时氧气分子速率出现在0400 m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大解析：选ABC根据气体分子单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化曲线的意义可知，题图中两条曲线下面积相等，选项A正确；题图中虚线占百分比较大的分子速率较小，所以对应于氧气分子平均动能较小的情形，选项B正确；题图中实线占百分比较大的分子速率较大，分子平均动能较大，根据温度是分子平均动能的标志，可知实线对应于氧气分子在100 时的情形，选项C正确；根据分子速率分布图可知，题图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目占总分子数的百分比，不能得出任意速率区间的氧气分子数目，选项D错误；由分子速率分布图可知，与0 时相比，100 时氧气分子速率出现在0400 m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较小，选项E错误。典型试题难度主要考查知识点2016全国卷热力学定律2017全国卷2016全国卷气体实验定律、热力学定律2017全国卷2016全国卷气体的内能、热力学定律2017全国卷气体分子速率分布二、聚焦计算题考法气体性质7(2017全国卷)如图，容积均为V的汽缸A、B下端有细管(容积可忽略)连通，阀门K2位于细管的中部，A、B的顶部各有一阀门K1、K3；B中有一可自由滑动的活塞(质量、体积均可忽略)。初始时，三个阀门均打开，活塞在B的底部；关闭K2、K3，通过K1给汽缸充气，使A中气体的压强达到大气压p0的3倍后关闭K1。已知室温为27 ，汽缸导热。(1)打开K2，求稳定时活塞上方气体的体积和压强；(2)接着打开K3，求稳定时活塞的位置；(3)再缓慢加热汽缸内气体使其温度升高20 ，求此时活塞下方气体的压强。解析：(1)设打开K2后，稳定时活塞上方气体的压强为p1，体积为V1。依题意，被活塞分开的两部分气体都经历等温过程。由玻意耳定律得p0Vp1V13p0Vp1(2VV1)联立式得V1p12p0。(2)打开K3后，由式知，活塞必定上升。设在活塞下方气体与A中气体的体积之和为V2(V22V)时，活塞下气体压强为p2。由玻意耳定律得3p0Vp2V2由式得p2p0由式知，打开K3后活塞上升直到B的顶部为止；此时p2为p2p0。(3)设加热后活塞下方气体的压强为p3，气体温度从T1300 K升高到T2320 K的等容过程中，由查理定律得将有关数据代入式得p31.6p0。答案：(1)2p0(2)在汽缸B的顶部(3)1.6p08(2017全国卷)一热气球体积为V，内部充有温度为Ta的热空气，气球外冷空气的温度为Tb。已知空气在1个大气压、温度T0时的密度为0，该气球内、外的气压始终都为1个大气压，重力加速度大小为g。(1)求该热气球所受浮力的大小；(2)求该热气球内空气所受的重力；(3)设充气前热气球的质量为m0，求充气后它还能托起的最大质量。解析：(1)设1个大气压下质量为m的空气在温度为T0时的体积为V0，密度为0在温度为T时的体积为VT，密度为(T)由盖吕萨克定律得联立式得(T)0气球所受的浮力为F(Tb)gV联立式得FVg0。(2)气球内热空气所受的重力为G(Ta)Vg联立式得GVg0。(3)设该气球还能托起的最大质量为m，由力的平衡条件得mgFGm0g联立式得mV0T0m0。答案：(1)Vg0(2)Vg0(3)V0T0m09(2017全国卷)一种测量稀薄气体压强的仪器如图(a)所示，玻璃泡M的上端和下端分别连通两竖直玻璃细管K1和K2。K1长为l，顶端封闭，K2上端与待测气体连通；M下端经橡皮软管与充有水银的容器R连通。开始测量时，M与K2相通；逐渐提升R，直到K2中水银面与K1顶端等高，此时水银已进入K1，且K1中水银面比顶端低h，如图(b)所示。设测量过程中温度、与K2相通的待测气体的压强均保持不变。已知K1和K2的内径均为d，M的容积为V0，水银的密度为，重力加速度大小为g。求：(1)待测气体的压强；(2)该仪器能够测量的最大压强。解析：(1)水银面上升至M的下端使玻璃泡中气体恰好被封住，设此时被封闭的气体的体积为V，压强等于待测气体的压强p。提升R，直到K2中水银面与K1顶端等高时，K1中水银面比顶端低h；设此时封闭气体的压强为p1，体积为V1，则VV0d2lV1d2h由力学平衡条件得p1phg整个过程为等温过程，由玻意耳定律得pVp1V1联立式得p。(2)由题意知hl联立式有p该仪器能够测量的最大压强为pmax。答案：(1)(2)10(2016全国卷)在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强，两压强差p与气泡半径r之间的关系为p，其中0.070 N/m。现让水下10 m处一半径为 0.50 cm的气泡缓慢上升。已知大气压强p0 1.0105 Pa，水的密度1.0103 kg/m3，重力加速度大小g10 m/s2。(1)求在水下10 m处气泡内外的压强差；(2)忽略水温随水深的变化，在气泡上升到十分接近水面时，求气泡的半径与其原来半径之比的近似值。解析：(1)当气泡在水下h10 m处时，设其半径为r1，气泡内外压强差为p1，则p1代入题给数据得p128 Pa。(2)设气泡在水下10 m处时，气泡内空气的压强为p1，气泡体积为V1；气泡到达水面附近时，气泡内空气的压强为p2，气泡内外压强差为p2，其体积为V2，半径为r2。气泡上升过程中温度不变，根据玻意耳定律有p1V1p2V2由力学平衡条件有p1p0ghp1p2p0p2气泡体积V1和V2分别为V1r13V2r23联立式得3由式知，pip0，i1,2，故可略去式中的pi项。代入题给数据得1.3。答案：(1)28 Pa(2)或1.311(2016全国卷)一氧气瓶的容积为0.08 m3，开始时瓶中氧气的压强为20个大气压。某实验室每天消耗1个大气压的氧气0.36 m3。当氧气瓶中的压强降低到2个大气压时，需重新充气。若氧气的温度保持不变，求这瓶氧气重新充气前可供该实验室使用多少天。解析：设氧气开始时的压强为p1，体积为V1，压强变为p2(2个大气压)时，体积为V2。根据玻意耳定律得p1V1p2V2重新充气前，用去的氧气在p2压强下的体积为V3V2V1设用去的氧气在p0(1个大气压)压强下的体积为V0，则有p2V3p0V0设实验室每天用去的氧气在p0压强下的体积为V，则氧气可用的天数为N联立式，并代入数据得N4(天)。答案：4天 12(2016全国卷)一U形玻璃管竖直放置，左端开口，右端封闭，左端上部有一光滑的轻活塞。初始时，管内汞柱及空气柱长度如图所示。用力向下缓慢推活塞，直至管内两边汞柱高度相等时为止。求此时右侧管内气体的压强和活塞向下移动的距离。已知玻璃管的横截面积处处相同；在活塞向下移动的过程中，没有发生气体泄漏；大气压强p075.0 cmHg。环境温度不变。解析：设初始时，右管中空气柱的压强为p1，长度为l1；左管中空气柱的压强为p2p0，长度为l2。活塞被下推h后，右管中空气柱的压强为p1，长度为l1；左管中空气柱的压强为p2，长度为l2。以cmHg为压强单位。由题给条件得p1p0(20.05.00)cmHgl1cm由玻意耳定律得p1l1p1l1联立式和题给条件得p1144 cmHg依题意p2p1l24.00 cm cmh由玻意耳定律得p2l2p2l2联立式和题给条件得h9.42 cm。答案：144 cmHg9.42 cm典型试题难度主要考查知识点2017全国卷气体压强、气体实验定律2017全国卷2017全国卷2016全国卷2016全国卷充气、玻意耳定律2016全国卷分子动理论必备知能1分子大小(1)阿伏加德罗常数：NA6.021023 mol1。(2)分子体积：V0(占有空间的体积)。(3)分子质量：m0。(4)油膜法估测分子的直径：d。2分子热运动的实验基础：扩散现象和布朗运动(1)扩散现象特点：温度越高，扩散越快。(2)布朗运动特点：液体内固体微粒做永不停息、无规则的运动，微粒越小、温度越高，运动越剧烈。演练冲关1易错辨析(正确的打“”号，错误的打“”号)(1)布朗运动是液体分子的无规则运动()(2)布朗运动并不是液体分子的运动，但它说明分子永不停息地做无规则运动()(3)液体温度越高，固体微粒越小，布朗运动会越激烈()(4)布朗运动反映了悬浮颗粒中分子运动的无规则性()(5)悬浮在液体中的固体微粒越小，布朗运动就越明显()(6)悬浮在液体中的微粒越小，受到液体分子的撞击就越容易平衡()(7)布朗运动是由于液体各部分温度不同引起的()(8)在较暗的房间里，看到透过窗户的“阳光柱”里粉尘的运动不是布朗运动()(9)布朗运动是指在显微镜下观察到的液体分子的无规则运动()(10)显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这反映了液体分子运动的无规则性()(11)悬浮在空气中做布朗运动的PM2.5微粒，气温越高，运动越剧烈()(12)扩散现象就是布朗运动()(13)扩散现象与布朗运动都与温度有关()(14)扩散现象不仅能发生在气体和液体中，固体中也可以发生()(15)“酒香不怕巷子深”与分子热运动有关()(16)只要知道水的摩尔质量和水分子的质量，就可以计算出阿伏加德罗常数()(17)用阿伏加德罗常数和某种气体的密度，就可以求出该种气体的分子质量()(18)已知某气体的摩尔体积V，再知道阿伏加德罗常数NA，就可以求出一个气体分子的体积()(19)只要知道气体的摩尔质量和阿伏加德罗常数，就可以算出气体分子的质量()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(19)分子力、分子势能和内能必备知能1分子力分子间引力与斥力的合力。分子间距离增大，引力和斥力均减小；分子间距离减小，引力和斥力均增大，但斥力总比引力变化得快。2分子势能分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增大；当分子间距为r0(分子间的距离为r0时，分子间作用力的合力为0)时，分子势能最小。3内能物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和。组成任何物体的分子都在做无规则的热运动，所以任何物体都具有内能。演练冲关2易错辨析(正确的打“”号，错误的打“”号)(1)水不易被压缩说明分子间存在分子力()(2)用力拉铁棒的两端，铁棒没有断，说明此时分子间只存在引力而不存在斥力()(3)分子间引力总是随着分子间的距离减小而减小()(4)将一个分子从无穷远处无限靠近另一个分子，则这两个分子间的分子力先增大后减小最后再增大()(5)当分子间距离增大时，分子间的引力减小，斥力增大()(6)若两分子间距离减小，分子间斥力增大，引力减小，合力表现为斥力()(7)当两分子间距离大于平衡位置的间距r0时，分子间的距离越大，分子势能越小()(8)分子间同时存在着引力和斥力，当分子间距增加时，分子间的引力增大，斥力减小()(9)分子间的相互作用力随着分子间距离的增大，先减小后增大()(10)分子间距离增大时，分子间的引力、斥力都减小()(11)随着分子间距离增大，分子间作用力减小，分子势能也减小()(12)分子间的距离为平衡位置的间距r0时，分子间作用力的合力为零，分子势能最小()(13)达到热平衡的两个物体具有相同的热量()(14)物体的温度越高，分子热运动越剧烈，分子的平均动能越大()(15)温度升高时，物体内的每个分子的运动速率一定增大()(16)物体中所有分子的热运动动能的总和叫做物体的内能()(17)物体的内能是物体内所有分子动能和分子势能的总和()(18)温度升高，物体内每个分子的动能一定增大()(19)相同质量0 的水的分子势能比0 的冰的分子势能大()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(19)固体、液体必备知能1晶体和非晶体比较晶体非晶体单晶体多晶体形状规则不规则不规则熔点固定固定不固定特性各向异性各向同性各向同性2.液晶的性质液晶是一种特殊的物质，既可以流动，又可以表现出单晶体的分子排列特点，在光学性质上表现出各向异性。3液体的表面张力使液体表面有收缩到球形的趋势，表面张力的方向跟液面相切。4饱和汽压的特点液体的饱和汽压与温度有关，温度越高，饱和汽压越大，且饱和汽压与饱和汽的体积无关。5相对湿度某温度时空气中水蒸气的实际压强与同温度水的饱和汽压的百分比。即：B100%。演练冲关3易错辨析(正确的打“”号，错误的打“”号)(1)同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现()(2)大颗粒的食盐磨成了细盐，就变成了非晶体()(3)单晶体的某些物理性质具有各向异性，而多晶体和非晶体是各向同性的()(4)单晶体和多晶体都有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点()(5)晶体在各个方向上的导热性能相同，表现为各向同性()(6)晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化()(7)太空中水滴成球形，是液体表面张力作用的结果()(8)漂浮在热菜汤表面上的油滴，可以观察到是圆形的，是油滴液体呈各向同性的缘故()(9)液体与大气相接触，表面层内分子所受其他分子的作用表现为相互吸引()(10)由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，液面分子间只有引力，没有斥力，所以液体表面具有收缩的趋势()(11)液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部()(12)液体表面的分子距离大于分子间的平衡距离，使得液面有表面张力()(13)叶面上的小露珠呈球形，是由于液体表面张力的作用()(14)肥皂水的水面能托住小的硬币，主要与液体的表面张力有关()(15)雨水没有透过布雨伞，是因为液体表面存在张力()(16)液晶具有液体的流动性，同时具有晶体的各向异性特征()(17)液晶显示器是利用了液晶对光具有各向异性的特点()(18)当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大()(19)空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近饱和汽压，水蒸发越快()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(19)气体分子的运动特点必备知能1气体压强是由气体分子频繁地碰撞器壁产生的，压强大小与分子热运动的剧烈程度和分子密集程度有关。2做功和热传递都可以改变物体的内能，理想气体的内能只与温度有关。 3温度变化时，物体内分子的平均动能随之变化，并非物体内每个分子的动能都发生同样的变化。 演练冲关4易错辨析(正确的打“”号，错误的打“”号)(1)气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力()(2)单位体积的气体分子数增加，气体的压强一定增大()(3)气体的压强是由于大量分子所受的重力产生的()(4)若气体的温度不变，压强增大，说明每秒撞击单位面积器壁的分子数增多()(5)一定质量的理想气体压强不变时，气体分子单位时间内对器壁单位面积的平均碰撞次数随着温度升高而减少()(6)从微观角度看，气体压强只与分子平均动能有关()(7)气体分子单位时间内与单位面积器壁发生碰撞的次数，与单位体积内气体的分子数和气体温度都有关()(8)单位时间内气体分子对容器壁单位面积上碰撞次数减少，气体的压强一定减小()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)热力学定律的理解与应用必备知能1热力学第一定律：UQW2热力学第二定律(1)热量不能自发地从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化。(2)不可能从单一热库吸收热量，并使之完全变为功，而不产生其他影响。演练冲关5易错辨析(正确的打“”号，错误的打“”号)(1)外界对系统做功，系统内能一定增加()(2)系统从外界吸收热量，系统内能一定增加()(3)一定质量的理想气体发生绝热膨胀时，其内能不变()(4)一定质量的理想气体，在等压膨胀过程中，气体分子的平均动能增大()(5)在轮胎爆裂这一短暂过程中，气体膨胀，温度下降()(6)密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程外界对其做功，瓶内空气内能增加()(7)热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高温物体()(8)利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能是可能的()(9)自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的()(10)功转变为热的实际宏观过程一定是可逆过程()(11)空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性()(12)不断改进工艺，热机的效率可能达到100%()(13)热量不可以自发地从低温物体传递到高温物体，是因为违背了热力学第一定律()(14)“第一类永动机”不可能制成，是因为它违背了能量守恒定律()(15)“第二类永动机”不可能制成，是因为它违背了能量守恒定律()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)“汽缸”类问题必备知能典例示法例1(2017东北三省四市模拟)如图所示，两竖直且正对放置的导热汽缸底部由细管道(体积忽略不计)连通，两活塞a、b用刚性轻杆相连，可在两汽缸内无摩擦地移动。上下两活塞(厚度不计)的横截面积分别为S110 cm2、S220 cm2，两活塞总质量为M5 kg，两汽缸高度均为H10 cm。汽缸内封闭有一定质量的理想气体，系统平衡时，活塞a、b到汽缸底部距离均为l5 cm(图中未标出)。已知大气压强为p01.0105 Pa，环境温度为T0300 K，重力加速度g取 10 m/s2。(1)若缓慢升高环境温度，使活塞缓慢移到一侧汽缸的底部，求此时的环境温度；(2)若保持温度不变，用竖直向下的力缓慢推活塞b，在活塞b由开始运动到汽缸底部过程中，求向下推力的最大值。解析(1)汽缸内气体压强不变，温度升高，气体体积变大，故活塞向上移动，由盖吕萨克定律得：代入数据得：T400 K。(2)设初始气体压强为p1，由平衡条件有：p0S1p1S2Mgp0S2p1S1代入数据得：p11.5105 Pa由题意知，活塞b刚要到达汽缸底部时，向下的推力最大，此时气体的体积为HS1，设压强为p2由玻意耳定律得：p1(lS1lS2)p2HS1代入数据得：p22.25105 Pa由平衡条件有：p0S1p2S2Mgp0S2p2S1F代入数据得：F75 N。答案(1)400 K(2)75 N应用气体实验定律的三个重点环节演练冲关6(2018届高三焦作四校联考)如图1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，气体温度为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2所示。设外界大气压强p01.0105 Pa。(1)写出图2中气体状态的变化过程，求卡口Q下方气体的体积以及两卡口之间的体积；(2)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)从题图2可以看出，气体先做等容变化，然后做等压变化，最后做等容变化。由题图2可知，卡口Q下方气体的体积V01.0103 m3两卡口之间的体积V(1.21031.0103)m30.2103 m3。(2)从题图2可以看出，开始时缸内气体的压强为p10.9105 Pa活塞刚离开Q处时，气体压强p21.2105 Pa由查理定律有：解得：T2400 K活塞最终运动到P处，由题图2可知，此时气体压强p31.5105 Pa，体积V31.2103 m3由理想气体状态方程有：解得：T3600 K。答案：(1)变化过程见解析1.0103 m30.2103 m3(2)400 K600 K“液柱”类问题典例示法例2(2017南昌重点中学模拟)如图所示，两端开口、粗细均匀的足够长玻璃管插在大水银槽中，管的上部有一定长度的水银柱，两段空气柱被封闭在左右两侧的竖直管中。开启上部连通左右水银的阀门A，当温度为300 K，平衡时水银柱的位置如图(h1h25 cm，L150 cm)，大气压强为75 cmHg。求：(1)右管内空气柱的长度L2；(2)关闭阀门A，当温度升至405 K时，左侧竖直管内空气柱的长度L3。(大气压强保持不变)解析(1)左管内气体压强：p1p0gh280 cmHg，右管内气体压强：p2p1gh185 cmHg，设右管内外液面高度差为h3，则p2p0gh3，解得h310 cm，右管内空气柱长度L2L1h1h2h350 cm。(2)设玻璃管横截面积为S，由理想气体状态方程，解得：L360 cm。答案(1)50 cm(2)60 cm 演练冲关7.(2017晋城模拟)如图甲所示，一上端开口、下端封闭的细长玻璃管竖直放置，管长为L，管里一段长L的水银柱封住一段长L的气柱，温度为T0，大气压强为p0。(1)现通过降低气柱温度，使水银柱下降L，气柱温度应降为多少？(2)若气柱温度不变，在管口加一个厚度、重力不计的活塞，给活塞加一个向下的力，使活塞缓慢向下移动，当水银柱下降L时，活塞下降的距离为多少？解析：(1)气柱发生等压变化，由盖吕萨克定律得：，解得：T2T0。(2)对下部气柱由玻意耳定律得：LSp下2LS，解得：p下22，对上部气柱，p上2p下2L2p0L，对上部气柱由玻意耳定律得：p0LSh上2S，解得：h上2，则活塞向下移动的距离：dLLL。答案：(1)T0(2)L选考题保分练 分子动理论气体及热力学定律 1(2018届高三第一次全国大联考卷)(1)多选下列说法中正确的是_。A气体温度每升高1 K所吸收的热量与气体经历的过程有关B悬浮在液体中的微粒越小，受到液体分子的撞击就越容易平衡C当分子间作用力表现为引力时，分子间的距离增大，分子势能减小DPM2.5的运动轨迹只由大量空气分子对PM2.5无规则碰撞的不平衡和气流的运动决定E热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高温物体(2)内壁光滑且厚度不计的汽缸通过活塞封闭有压强为1.0105 Pa、温度为27 的气体，初始活塞到汽缸底部的距离为50 cm，现对汽缸加热，气体膨胀而活塞右移。已知汽缸横截面积为200 cm2，总长为100 cm，大气压强为1.0105 Pa。()当温度升高到927 时，求缸内封闭气体的压强；()若在此过程中封闭气体共吸收了800 J的热量，试计算气体增加的内能。解析：(1)气体温度升高过程吸收的热量要根据气体升温过程是否伴随做功来决定，选项A对；悬浮在液体中的微粒越小，受到液体分子的撞击就越少，就越不容易平衡，选项B错；当分子间作用力表现为引力时，分子间距离增大，分子力做负功，分子势能增大，选项C错；PM2.5是悬浮在空气中的固体小颗粒，受到气体分子无规则撞击和气流影响而运动，选项D对；热传递具有方向性，能够自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高温物体，选项E对。(2)()由题意可知，在活塞移动到汽缸口的过程中，气体发生的是等压变化。设活塞未移动时封闭气体的温度为T1，当活塞恰好移动到汽缸口时，封闭气体的温度为T2，则由盖吕萨克定律可知：，又T1300 K解得：T2600 K，即327 ，因为327 927 ，所以气体接着发生等容变化，设当气体温度达到927 时，封闭气体的压强为p，由查理定律可以得到：，解得：p2105 Pa。()由题意可知，气体膨胀过程中活塞移动的距离xL2L10.5 m，故大气压力对封闭气体所做的功为Wp0Sx，解得：W1 000 J，由热力学第一定律UWQ解得：U200 J。答案：(1)ADE(2)()2105 Pa()200 J2(2018届高三第二次全国大联考卷)(1)多选下列说法中正确的是_。A绝对湿度大，相对湿度一定大B对于一定质量的理想气体，当分子间的平均距离变大时，压强不一定变小C密封在体积不变的容器中的气体，温度升高，气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大D两个铁块用力挤压不能粘合在一起，说明分子之间存在斥力E液体表面张力的作用是使液体表面收缩(2)如图所示汽缸内壁光滑，敞口端通过一个质量为m、横截面积为S的活塞密闭一定质量气体，通电后汽缸内的电热丝缓慢加热气体，由于汽缸绝热，使得汽缸内的气体吸收热量Q后温度由T1升高到T2，加热前活塞到汽缸底部距离为h。大气压强用p0表示，求：()活塞上升的高度；()加热过程中气体的内能增加量。解析：(1)相对湿度表示空气中的绝对湿度与同温度下水的饱和汽压的比值，绝对湿度大时，同温度下水的饱和汽压也可能大，所以相对湿度不一定大，选项A错误；对于一定质量的理想气体，当分子间的平均距离变大时，气体体积变大，但气体的温度可能也变大，压强不一定变小，选项B正确；密封在体积不变的容器中的气体，温度升高时，气体的压强增大，说明气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大，选项C正确；两个铁块挤压时，分子之间的距离超过了分子力作用的范围，所以不能说明分子斥力的存在，选项D错误；液体的表面张力使液体表面具有收缩的趋势，选项E正确。(2)()由题意可知，气体发生等压变化，由盖吕萨克定律可知解得hh。()加热过程中气体对外做功为WpSh(p0Smg)h由热力学第一定律知，气体内能的增加量为UQWQ(p0Smg)h。答案：(1)BCE(2)()h()Q(p0Smg)h3(2018届高三第三次全国大联考卷)(1)多选关于热现象，下列说法中正确的是_。A气体的温度升高时，分子的平均动能增大，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的压强不变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)如图所示，一定质量的理想气体在状态A时的温度为3 ，从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的pV图象如图所示，求：()该气体在状态B时的温度；()该气体从状态A到状态C的过程中与外界交换的热量。解析：(1)气体的温度升高时，分子的平均动能增大，撞击器壁时对器壁的作用力增大，但气体的压强还与气体的密集程度有关，不一定增大，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，气体压强不变，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，D错误；一定量100 的水变成100 的水蒸气，分子动能之和不变，由于此过程中吸热，内能增大，则其分子之间的势能增大，E正确。(2)()对于理想气体：AB的过程，由查理定律有TA270 K，解得TB90 K，所以tBTB273 183 。()BC的过程，由盖吕萨克定律有解得TC270 K，即tCTC273 3 由于状态A与状态C温度相同，气体内能相等，而AB的过程是等容变化，气体对外不做功，BC的过程中，气体体积膨胀对外做功，即从状态A到状态C气体对外做功，故气体应从外界吸收热量QpV2105(61032103)J800 J。答案：(1)BCE(2)()183 ()800 J4(2018届高三第三次全国大联考卷)(1)多选下列说法正确的是_。A空调机既能制热又能制冷，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把一枚针轻放在水面上，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，一竖直放置的薄壁汽缸，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。上侧圆筒内有一厚度不计、质量为m314 kg的活塞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d0.2 m)。开始时，活塞在如图位置，室温为27 ，现关闭阀门K，对密封气体进行加热，大气压强p01.0 105 Pa，重力加速度为g10 m/s2，3.14。则：()活塞A刚要运动时，密封气体的温度是多少？()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过程，热量不能自发从低温物体传给高温物体，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；一枚针轻放在水面上，它会浮在水面，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，但不是气体分子的体积，故E错误。(2)()活塞A刚要运动时，活塞只受重力、大气对它向下的压力和密封气体对它向上的作用力，且合力为0，p0d2mgp12解得密封气体的压强p15105 Pa活塞A运动前气体体积不变，由查理定律得：，T0(27273)K300 K解得T11 500 K。()当活塞A升到圆筒最上端时，满足p0d2mgp2d2解得密封气体的压强p21.25105 Pa初状态：p01.0105 Pa，V0d3，T0300 K末状态：p21.25105 Pa，V2d3，T2？由理想气体的状态方程解得T21 875 K。答案：(1)BCD(2)()1 500 K()1 875 K5(2018届高三第三次全国大联考卷)(1)多选下列说法中正确的是_。A利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能是可行的B当分子力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的减小而增大C系统在吸收热量时内能一定增大D叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用E一定量的理想气体，在压强不变时，分子对单位面积器壁的平均作用力随着温度的降低而增大(2)如图所示，粗细均匀的U形管左端封闭、右端开口，一段空气柱将水银分为A、B两部分，水银柱A的长度h125 cm，位于封闭端的顶部，B部分位于U型管的底部。右管内有一轻活塞，活塞与管壁之间的摩擦不计。活塞自由静止时，底面与左侧空气柱的下端平齐，此时空气柱的长度L012.5 cm，B部分水银两液面的高度差h245 cm，外界大气压强p075 cmHg。保持温度不变，将活塞缓慢上提，当A部分的水银柱恰好对U形管的顶部没有压力时，活塞移动的距离为多少？解析：(1)只要有温度差就会有能量的转移，用热机把转移的能量转化为机械能是可行的，选项A对；当分子力表现为斥力时，随分子间距离的减小，分子力做负功，分子势能增大，选项B对；改变内能的方式有做功和热传递两种，而吸热时是否对外做功不确定，所以内能不一定增大，选项C错；叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用，选项D对；一定量的理想气体，若压强不变，温度降低，则分子的平均动能变小，分子对单位面积器壁的平均作用力减小，选项E错。(2)活塞自由静止时，右管内气体的压强：p1p0，左管内气体的压强：p2p1gh2活塞上提后再平衡时，左管内气体的压强：p3gh1设此时B部分水银柱两端液面的高度差为h3，则右管中被封气体的压强为：p4p3gh3设左管中的气体长度为L，右管中被封气体的长度为l，管的横截面积为S，根据玻意耳定律：对右管中的被封气体：p1h2Sp4lS对左管中的气体：p2L0Sp3LS根据几何关系知：h3h22(LL0)设活塞上移的距离为x，则：x(lh2)(LL0)解得：x9.4 cm。答案：(1)ABD(2)9.4 cm选修34 振动与波动光与电磁波一、聚焦选择、填空题考法振动与波动光与电磁波1(2017全国卷)如图(a)，在xy平面内有两个沿z方向做简谐振动的点波源S1(0,4)和S2(0，2)。两波源的振动图线分别如图(b)和图(c)所示。两列波的波速均为1.00 m/s。两列波从波源传播到点A(8，2)的路程差为_m，两列波引起的点B(4,1)处质点的振动相互_(填“加强”或“减弱”)，点C(0,0.5)处质点的振动相互_(填“加强”或“减弱”)。解析：点波源S1(0,4)的振动形式传播到点A(8，2)的路程为L110 m，点波源S2(0，2)的振动形式传播到点A(8，2)的路程为L28 m，两列波从波源传播到点A(8，2)的路程差为LL1L22 m。由于两列波的波源到点B(4,1)的路程相等，路程差为零，且t0时两列波的波源的振动方向相反，所以两列波到达点B时振动方向相反，引起点B处质点的振动相互减弱；由振动图线可知，波动周期为T2 s，波长为vT2 m。由于两列波的波源到点C(0,0.5)的路程分别为3.5 m和2.5 m，路程差为1 m，而t0时两列波的波源的振动方向相反，所以两列波到达点C时振动方向相同，引起点C处质点的振动相互加强。答案：2减弱加强2多选(2017全国卷)如图，一列简谐横波沿x轴正方向传播，实线为t0时的波形图，虚线为t0.5 s时的波形图。已知该简谐波的周期大于0.5 s。关于该简谐波，下列说法正确的是()A波长为2 mB波速为6 m/sC频率为1.5 HzDt1 s时，x1 m处的质点处于波峰Et2 s时，x2 m处的质点经过平衡位置解析：选BCE由题图可知简谐横波的波长为4 m，A项错误；波沿x轴正向传播，t0.5 sT，可得周期T s，频率f1.5 Hz，波速v6 m/s，B、C项正确；t0时刻，x1 m处的质点在波峰，经过1 sT，一定在波谷，D项错误；t0时刻，x2 m处的质点在平衡位置，经过2 s3T，质点一定经过平衡位置，E项正确。3多选(2016全国卷)某同学漂浮在海面上，虽然水面波正平稳地以1.8 m/s的速率向着海滩传播，但他并不向海滩靠近。该同学发现从第1个波峰到第10个波峰通过身下的时间间隔为15 s。下列说法正确的是()A水面波是一种机械波B该水面波的频率为6 HzC该水面波的波长为3 mD水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时能量不会传递出去E水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时振动的质点并不随波迁移解析：选ACE水面波是一种机械波，A正确；根据题意得周期T s s，频率f0.6 Hz，B错误；波长 m3 m，C正确；波传播过程中，传播的是振动形式，能量可以传递出去，但质点并不随波迁移，D错误，E正确。4多选(2016全国卷)由波源S形成的简谐横波在均匀介质中向左、右传播。波源振动的频率为20 Hz，波速为16 m/s。已知介质中P、Q两质点位于波源S的两侧，且P、Q和S的平衡位置在一条直线上，P、Q的平衡位置到S的平衡位置之间的距离分别为15.8 m、14.6 m。P、Q开始振动后，下列判断正确的是()AP、Q两质点运动的方向始终相同BP、Q两质点运动的方向始终相反C当S恰好通过平衡位置时，P、Q两点也正好通过平衡位置D当S恰好通过平衡位置向上运动时，P在波峰E当S恰好通过平衡位置向下运动时，Q在波峰解析：选BDE简谐横波的波长 m0.8 m。P、Q两质点距离波源S的距离PS15.8 m19，SQ14.6 m18。因此P、Q两质点运动的方向始终相反，A错误，B正确；当S恰好通过平衡位置向上运动时，P在波峰的位置，Q在波谷的位置。当S恰好通过平衡位置向下运动时，P在波谷的位置，Q在波峰的位置，C错误，D、E正确。5多选(2016全国卷)关于电磁波，下列说法正确的是()A电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关B周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波C电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直D利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输E电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失解析：选ABC电磁波在真空中的传播速度等于光速，与电磁波的频率无关，选项A正确； 周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波，选项B正确；电磁波传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直，选项C正确；电磁波可以通过光缆传输，选项D错误；电磁波波源的电磁振荡停止，波源不再产生新的电磁波，但空间中已产生的电磁波仍可继续传播，选项E错误。6多选(2017全国卷)在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是()A改用红色激光B改用蓝色激光C减小双缝间距D将屏幕向远离双缝的位置移动E将光源向远离双缝的位置移动解析：选ACD由x可知，改用波长更长的激光照射在双缝上，相邻亮条纹的间距x增大，A项正确，B项错误；减小双缝间距d，相邻亮条纹的间距x增大，C项正确；将屏幕向远离双缝的位置移动，增大了屏幕与双缝的距离l，相邻亮条纹的间距x增大，D项正确；相邻亮条纹的间距与光源到双缝的距离无关，E项错误。典型试题难度主要考查知识点2017全国卷
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