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高中物理人教版 (新课标)选修34 气体热现象的微观意义课时训练
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这是一份高中物理人教版 (新课标)选修34 气体热现象的微观意义课时训练，共6页。试卷主要包含了封闭容器中气体的压强，4 m3等内容，欢迎下载使用。
题组一 统计规律与分子热运动特点
1.在研究热现象时,我们可以采用统计方法,这是因为( )
A.每个分子的运动速率随温度的变化是有规律的
B.个别分子的运动不具有规律性
C.在一定温度下,大量分子的速率分布是确定的
D.在一定温度下,大量分子的速率分布随时间而变化
解析:在研究热现象时,单个分子的运动具有无规则的特征,但大量的分子却满足统计规律,故正确选项为B、C。
答案:BC
2.关于气体分子的运动情况,下列说法中正确的是( )
A.某一时刻具有任一速率的分子数目是相等的
B.某一时刻一个分子速度的大小和方向是偶然的
C.某一时刻向任意一个方向运动的分子数目相等
D.某一温度下大多数气体分子的速率不会发生变化
解析:某一时刻具有任一速率的分子数目并不是相等的,呈“中间多、两头少”的统计分布规律,选项A错误;由于分子之间频繁地碰撞,分子随时都会改变自己运动速度的大小和方向,因此在某一时刻一个分子速度的大小和方向完全是偶然的,选项B正确;虽然每个分子的速率瞬息万变,但是大量分子整体存在着统计规律。由于分子数目巨大,某一时刻向任意一个方向运动的分子数目只有很小的差别,可以认为是相等的,选项C正确;某一温度下,每个分子的速率仍然是瞬息万变的,只是分子运动的平均速率相同,选项D是错误的。故正确选项为B、C。
答案:BC
3.如图是氧气分子在不同温度(0 ℃和100 ℃)下的速率分布图,由图可得信息( )
A.同一温度下,氧气分子呈现出“中间多、两头少”的分布规律
B.随着温度的升高,每一个氧气分子的速率都增大
C.随着温度的升高,氧气分子中速率小的分子所占的比例增加
D.随着温度的升高,氧气分子的平均速率变小
解析:温度升高后,并不是每一个气体分子的速率都增大,而是气体分子的平均速率变大,并且速率小的分子所占的比例减小,则选项B、C、D错误;同一温度下,气体分子呈现出“中间多、两头少”的分布规律,选项A正确。
答案:A
4.关于气体分子运动的特点,下列说法正确的是( )
A.由于气体分子间距离较大,所以气体很容易被压缩
B.气体之所以能充满整个空间,是因为气体分子间相互作用的引力和斥力十分微弱,气体分子可以在空间自由运动
C.由于气体分子间的距离较大,所以气体分子间根本不存在相互作用
D.大量气体分子的运动符合统计规律
解析:气体分子间距离大,相互作用的引力和斥力很微弱,很容易被压缩,能自由运动,选项A、B正确,但气体间不是没有相互作用,选项C错误,分析可知,选项D正确。
答案:ABD
题组二 气体压强的产生及决定因素
5.封闭容器中气体的压强( )
A.是由气体的重力产生的
B.是由气体分子间的相互作用力(引力和斥力)产生的
C.是由大量分子频繁碰撞器壁产生的
D.当充满气体的容器自由下落时,由于失重,气体压强将减小为零
解析:气体的压强是大量气体分子频繁碰撞容器器壁产生的,气体分子的热运动不受超重、失重的影响。故正确选项为C。
答案:C
6.封闭在汽缸内一定质量的气体,如果保持气体体积不变,当温度升高时,以下说法正确的是( )
A.气体的密度增大
B.气体的压强增大
C.气体分子的平均速率减小
D.每秒撞击单位面积器壁的气体分子数不变
解析:气体的体积不变,对一定质量的气体,单位体积内的分子数不变,当温度升高时,分子的平均速率增大,每秒内撞击单位面积器壁的分子数增加,撞击力增大,压强必增大,所以选项B正确,选项A、C、D均不正确。
答案:B
7.如图所示,质量为m的活塞将一定质量的气体封闭在汽缸内,活塞与汽缸壁之间无摩擦。a态是汽缸放在冰水混合物的容器中气体达到的平衡状态,b态是汽缸从容器中移出后,在室温(27 ℃)中达到的平衡状态。气体从a态变化到b态的过程中大气压强保持不变。若忽略气体分子之间的势能,下列说法中正确的是( )
A.与b态相比,a态的气体分子在单位时间内撞击活塞的个数较多
B.与a态相比,b态的气体对活塞的冲击力较大
C.a,b两态的气体对活塞的冲击力相等
D.从a态到b态,气体的内能增加,气体的密度增加
解析:由题知两状态的压强相等,由于 Tb>Ta,故a状态分子碰撞的力较小,则单位时间内撞击的个数一定多,选项A正确;由于压强不变,故气体对活塞的力是相同的,选项B错误,C正确;从a态到b态温度升高,体积增加,内能增加,故气体密度减小,选项D错误。
答案:AC
8.如图是一定质量的某种气体的等压线,等压线上的a、b两个状态比较,下列说法正确的是( )
A.在相同时间内撞在单位面积上的分子数b状态较多
B.在相同时间内撞在单位面积上的分子数a状态较多
C.在相同时间内撞在相同面积上的分子数两个状态一样多
D. 单位体积的分子数两个状态一样多
解析:b状态比a状态体积大,故单位体积分子数b比a少,b状态比a状态温度高,其分子平均动能大,而a、b压强相等,故相同时间内撞到单位面积上的分子数a状态较多,B对。
答案:B
9.根据天文学家测量月球的半径为1 738 km,月球表面的重力加速度约为地球表面重力加速度的16。月球在阳光照射下的温度可以达到127 ℃,而此时水蒸气分子的平均速率达到2 000 m/s,试分析月球表面没有水的原因。
答案:月球表面的第一宇宙速度v0=16gr≈1 685 m/s<2 000 m/s。所以水蒸气分子在月球表面做离心运动,因此月球表面无水。
(建议用时:30分钟)
1.图甲为测量分子速率分布的装置示意图。圆筒绕其中心匀速转动,侧面开有狭缝N,内侧贴有记录薄膜,M为正对狭缝的位置。从原子炉R中射出的银原子蒸汽穿过屏上S缝后进入狭缝N,在圆筒转动半个周期的时间内相继到达并沉积在薄膜上。展开的薄膜如图乙所示,NP、PQ间距相等,则( )
A.到达M附近的银原子速率较大
B.到达Q附近的银原子速率较大
C.位于PQ区间的分子百分率大于位于NP区间的分子百分率
D.位于PQ区间的分子百分率小于位于NP区间的分子百分率
解析:分子由N到M距离最远,所以到达M附近的银原子速率较大,由沉积在薄膜上的原子分布可知,位于PQ区间的分子百分率大于位于NP区间的分子百分率,故选项A、C正确。
答案:AC
2.关于理想气体的内能,下列说法正确的是( )
A.理想气体存在分子势能
B.理想气体的内能是分子平均势能和平均动能的总和
C.一定质量的理想气体内能仅跟体积有关
D.一定质量的理想气体内能仅跟温度有关
解析:由于理想气体分子除了碰撞外,分子间没有相互作用力,因此理想气体不存在分子势能,其内能只是所有分子热运动动能的总和,故选项A、B错误;一定质量的理想气体内能仅跟温度有关,而与体积无关,故选项C错误,选项D正确。
答案:D
3.对一定质量的理想气体,用p、V、T分别表示其压强、体积、温度,则有( )
A.若T不变,p增大,则分子热运动的平均动能增大
B.若p不变,V增大,则分子热运动的平均动能减小
C.若p不变,T增大,则单位体积中的分子数减少
D.若V不变,p减小,则单位体积中的分子数减少
解析:温度不变,则分子热运动的平均动能不变,选项A错误;体积不变,由于气体分子的总数不变,则单位体积中的分子数不变,选项D错误;压强不变,如温度升高,分子热运动的平均动能增大,则单位体积内分子数减少,即体积增大,选项B错误,选项C正确。
答案:C
4.对于一定量的理想气体,下列说法正确的是( )
A.若气体的压强和体积都不变,其内能也一定不变
B.若气体的内能不变,其状态也一定不变
C.若气体的温度随时间不断升高,其压强也一定不断增大
D.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
解析:A选项,p、V不变,则T不变,气体的内能不变,故选项A正确;选项B,内能不变,温度不变,p、V可能变,选项B错误;选项C,气体温度升高,压强不一定增大,故选项C错误;选项D,气体温度每升高1 K吸收的热量与气体对外做功多少有关,即与经历的过程有关,故选项D正确。
答案:AD
5.
用一导热的可自由滑动的轻隔板把一圆柱形容器分隔成A、B两部分,如图所示。A和B中分别封闭有质量相等的氮气和氧气,均可视为理想气体,则可知两部分气体处于热平衡时( )
A.内能相等B.分子的平均动能相等
C.分子的平均速率相等D.分子数相等
解析:两种理想气体的温度相同,所以分子的平均动能相同,而气体种类不同,其分子质量不同,所以分子的平均速率不同,故选项B正确,选项C错误;两种气体的质量相同,而摩尔质量不同,所以分子数不同,故选项D错误;两种气体的分子平均动能相同,但分子个数不同,故内能也不相同,故选项A错误。
答案:B
6.对一定量的气体,若用N表示单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数,则( )
A.当体积减小时,N必定增加
B.当温度升高时,N必定增加
C.当压强不变而体积和温度变化时,N必定变化
D.当压强不变而体积和温度变化时,N可能不变
解析:单位时间内与器壁单位面积相碰的分子数N既与分子密度有关,还与分子的平均速率有关。当气体体积减小时,分子密度增加,但若温度降低,分子平均速率变小,N也不一定增加,A错;当温度升高时,分子的平均速率增大,但若体积增大,分子密度减小,N也不一定增加,B错;当气体压强不变,则器壁单位面积受到的压力不变,由于温度变化,每个分子对器壁的冲力变化,N只有变化才能保持压强不变,故C对,D错。
答案:C
7.如图所示,两个完全相同的圆柱形密闭容器,甲中装有与容器容积等体积的水,乙中充满空气,试问:
(1)两容器各侧壁所受压强大小关系及压强的大小决定于哪些因素?(容器容积恒定)
(2)若让两容器同时做自由落体运动,容器侧壁上所受压强将怎样变化?
答案:(1)对甲容器,上壁的压强为零,底面的压强最大,其数值p=ρgh(h为上下底面间的距离)。侧壁的压强自上而下,由小变大,其数值大小与侧壁上各点距底面的距离x的关系是p=ρgx;对乙容器,各处器壁上的压强大小都相等,其大小决定于气体的密度和温度。
(2)甲容器做自由落体运动时器壁各处的压强均为零,乙容器做自由落体运动时,器壁各处的压强不发生变化。
8.一定质量的理想气体由状态A经状态B变为状态C,其中A→B过程为等压变化,B→C过程为等容变化。已知VA=0.3 m3,TA=TC=300 K、TB=400 K。
(1)求气体在状态B时的体积;
(2)说明B→C过程压强变化的微观原因。
解析:(1)设气体在B状态时的体积为VB,由盖—吕萨克定律得VATA=VBTB,代入数据得VB=0.4 m3。
(2)微观原因:气体体积不变,分子密集程度不变,温度变小,气体分子平均动能减小,导致气体压强减小。
答案:(1)0.4 m3 (2)见解析
题组一 统计规律与分子热运动特点
1.在研究热现象时,我们可以采用统计方法,这是因为( )
A.每个分子的运动速率随温度的变化是有规律的
B.个别分子的运动不具有规律性
C.在一定温度下,大量分子的速率分布是确定的
D.在一定温度下,大量分子的速率分布随时间而变化
解析:在研究热现象时,单个分子的运动具有无规则的特征,但大量的分子却满足统计规律,故正确选项为B、C。
答案:BC
2.关于气体分子的运动情况,下列说法中正确的是( )
A.某一时刻具有任一速率的分子数目是相等的
B.某一时刻一个分子速度的大小和方向是偶然的
C.某一时刻向任意一个方向运动的分子数目相等
D.某一温度下大多数气体分子的速率不会发生变化
解析:某一时刻具有任一速率的分子数目并不是相等的,呈“中间多、两头少”的统计分布规律,选项A错误;由于分子之间频繁地碰撞,分子随时都会改变自己运动速度的大小和方向,因此在某一时刻一个分子速度的大小和方向完全是偶然的,选项B正确;虽然每个分子的速率瞬息万变,但是大量分子整体存在着统计规律。由于分子数目巨大,某一时刻向任意一个方向运动的分子数目只有很小的差别,可以认为是相等的,选项C正确;某一温度下,每个分子的速率仍然是瞬息万变的,只是分子运动的平均速率相同,选项D是错误的。故正确选项为B、C。
答案:BC
3.如图是氧气分子在不同温度(0 ℃和100 ℃)下的速率分布图,由图可得信息( )
A.同一温度下,氧气分子呈现出“中间多、两头少”的分布规律
B.随着温度的升高,每一个氧气分子的速率都增大
C.随着温度的升高,氧气分子中速率小的分子所占的比例增加
D.随着温度的升高,氧气分子的平均速率变小
解析:温度升高后,并不是每一个气体分子的速率都增大,而是气体分子的平均速率变大,并且速率小的分子所占的比例减小,则选项B、C、D错误;同一温度下,气体分子呈现出“中间多、两头少”的分布规律,选项A正确。
答案:A
4.关于气体分子运动的特点,下列说法正确的是( )
A.由于气体分子间距离较大,所以气体很容易被压缩
B.气体之所以能充满整个空间,是因为气体分子间相互作用的引力和斥力十分微弱,气体分子可以在空间自由运动
C.由于气体分子间的距离较大,所以气体分子间根本不存在相互作用
D.大量气体分子的运动符合统计规律
解析:气体分子间距离大,相互作用的引力和斥力很微弱,很容易被压缩,能自由运动,选项A、B正确,但气体间不是没有相互作用,选项C错误,分析可知,选项D正确。
答案:ABD
题组二 气体压强的产生及决定因素
5.封闭容器中气体的压强( )
A.是由气体的重力产生的
B.是由气体分子间的相互作用力(引力和斥力)产生的
C.是由大量分子频繁碰撞器壁产生的
D.当充满气体的容器自由下落时,由于失重,气体压强将减小为零
解析:气体的压强是大量气体分子频繁碰撞容器器壁产生的,气体分子的热运动不受超重、失重的影响。故正确选项为C。
答案:C
6.封闭在汽缸内一定质量的气体,如果保持气体体积不变,当温度升高时,以下说法正确的是( )
A.气体的密度增大
B.气体的压强增大
C.气体分子的平均速率减小
D.每秒撞击单位面积器壁的气体分子数不变
解析:气体的体积不变,对一定质量的气体,单位体积内的分子数不变,当温度升高时,分子的平均速率增大,每秒内撞击单位面积器壁的分子数增加,撞击力增大,压强必增大,所以选项B正确,选项A、C、D均不正确。
答案:B
7.如图所示,质量为m的活塞将一定质量的气体封闭在汽缸内,活塞与汽缸壁之间无摩擦。a态是汽缸放在冰水混合物的容器中气体达到的平衡状态,b态是汽缸从容器中移出后,在室温(27 ℃)中达到的平衡状态。气体从a态变化到b态的过程中大气压强保持不变。若忽略气体分子之间的势能,下列说法中正确的是( )
A.与b态相比,a态的气体分子在单位时间内撞击活塞的个数较多
B.与a态相比,b态的气体对活塞的冲击力较大
C.a,b两态的气体对活塞的冲击力相等
D.从a态到b态,气体的内能增加,气体的密度增加
解析:由题知两状态的压强相等,由于 Tb>Ta,故a状态分子碰撞的力较小,则单位时间内撞击的个数一定多,选项A正确;由于压强不变,故气体对活塞的力是相同的,选项B错误,C正确;从a态到b态温度升高,体积增加,内能增加,故气体密度减小,选项D错误。
答案:AC
8.如图是一定质量的某种气体的等压线,等压线上的a、b两个状态比较,下列说法正确的是( )
A.在相同时间内撞在单位面积上的分子数b状态较多
B.在相同时间内撞在单位面积上的分子数a状态较多
C.在相同时间内撞在相同面积上的分子数两个状态一样多
D. 单位体积的分子数两个状态一样多
解析:b状态比a状态体积大,故单位体积分子数b比a少,b状态比a状态温度高,其分子平均动能大,而a、b压强相等,故相同时间内撞到单位面积上的分子数a状态较多,B对。
答案:B
9.根据天文学家测量月球的半径为1 738 km,月球表面的重力加速度约为地球表面重力加速度的16。月球在阳光照射下的温度可以达到127 ℃,而此时水蒸气分子的平均速率达到2 000 m/s,试分析月球表面没有水的原因。
答案:月球表面的第一宇宙速度v0=16gr≈1 685 m/s<2 000 m/s。所以水蒸气分子在月球表面做离心运动,因此月球表面无水。
(建议用时:30分钟)
1.图甲为测量分子速率分布的装置示意图。圆筒绕其中心匀速转动,侧面开有狭缝N,内侧贴有记录薄膜,M为正对狭缝的位置。从原子炉R中射出的银原子蒸汽穿过屏上S缝后进入狭缝N,在圆筒转动半个周期的时间内相继到达并沉积在薄膜上。展开的薄膜如图乙所示,NP、PQ间距相等,则( )
A.到达M附近的银原子速率较大
B.到达Q附近的银原子速率较大
C.位于PQ区间的分子百分率大于位于NP区间的分子百分率
D.位于PQ区间的分子百分率小于位于NP区间的分子百分率
解析:分子由N到M距离最远,所以到达M附近的银原子速率较大,由沉积在薄膜上的原子分布可知,位于PQ区间的分子百分率大于位于NP区间的分子百分率,故选项A、C正确。
答案:AC
2.关于理想气体的内能,下列说法正确的是( )
A.理想气体存在分子势能
B.理想气体的内能是分子平均势能和平均动能的总和
C.一定质量的理想气体内能仅跟体积有关
D.一定质量的理想气体内能仅跟温度有关
解析:由于理想气体分子除了碰撞外,分子间没有相互作用力,因此理想气体不存在分子势能,其内能只是所有分子热运动动能的总和,故选项A、B错误;一定质量的理想气体内能仅跟温度有关,而与体积无关,故选项C错误,选项D正确。
答案:D
3.对一定质量的理想气体,用p、V、T分别表示其压强、体积、温度,则有( )
A.若T不变,p增大,则分子热运动的平均动能增大
B.若p不变,V增大,则分子热运动的平均动能减小
C.若p不变,T增大,则单位体积中的分子数减少
D.若V不变,p减小,则单位体积中的分子数减少
解析:温度不变,则分子热运动的平均动能不变,选项A错误;体积不变,由于气体分子的总数不变,则单位体积中的分子数不变,选项D错误;压强不变,如温度升高,分子热运动的平均动能增大,则单位体积内分子数减少,即体积增大,选项B错误,选项C正确。
答案:C
4.对于一定量的理想气体,下列说法正确的是( )
A.若气体的压强和体积都不变,其内能也一定不变
B.若气体的内能不变,其状态也一定不变
C.若气体的温度随时间不断升高,其压强也一定不断增大
D.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
解析:A选项,p、V不变,则T不变,气体的内能不变,故选项A正确;选项B,内能不变,温度不变,p、V可能变,选项B错误;选项C,气体温度升高,压强不一定增大,故选项C错误;选项D,气体温度每升高1 K吸收的热量与气体对外做功多少有关,即与经历的过程有关,故选项D正确。
答案:AD
5.
用一导热的可自由滑动的轻隔板把一圆柱形容器分隔成A、B两部分,如图所示。A和B中分别封闭有质量相等的氮气和氧气,均可视为理想气体,则可知两部分气体处于热平衡时( )
A.内能相等B.分子的平均动能相等
C.分子的平均速率相等D.分子数相等
解析:两种理想气体的温度相同,所以分子的平均动能相同,而气体种类不同,其分子质量不同,所以分子的平均速率不同,故选项B正确,选项C错误;两种气体的质量相同,而摩尔质量不同,所以分子数不同,故选项D错误;两种气体的分子平均动能相同,但分子个数不同,故内能也不相同,故选项A错误。
答案:B
6.对一定量的气体,若用N表示单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数,则( )
A.当体积减小时,N必定增加
B.当温度升高时,N必定增加
C.当压强不变而体积和温度变化时,N必定变化
D.当压强不变而体积和温度变化时,N可能不变
解析:单位时间内与器壁单位面积相碰的分子数N既与分子密度有关,还与分子的平均速率有关。当气体体积减小时,分子密度增加,但若温度降低,分子平均速率变小,N也不一定增加,A错;当温度升高时,分子的平均速率增大,但若体积增大,分子密度减小,N也不一定增加,B错;当气体压强不变,则器壁单位面积受到的压力不变,由于温度变化,每个分子对器壁的冲力变化,N只有变化才能保持压强不变,故C对,D错。
答案:C
7.如图所示,两个完全相同的圆柱形密闭容器,甲中装有与容器容积等体积的水,乙中充满空气,试问:
(1)两容器各侧壁所受压强大小关系及压强的大小决定于哪些因素?(容器容积恒定)
(2)若让两容器同时做自由落体运动,容器侧壁上所受压强将怎样变化?
答案:(1)对甲容器,上壁的压强为零,底面的压强最大,其数值p=ρgh(h为上下底面间的距离)。侧壁的压强自上而下,由小变大,其数值大小与侧壁上各点距底面的距离x的关系是p=ρgx;对乙容器,各处器壁上的压强大小都相等,其大小决定于气体的密度和温度。
(2)甲容器做自由落体运动时器壁各处的压强均为零,乙容器做自由落体运动时,器壁各处的压强不发生变化。
8.一定质量的理想气体由状态A经状态B变为状态C,其中A→B过程为等压变化,B→C过程为等容变化。已知VA=0.3 m3,TA=TC=300 K、TB=400 K。
(1)求气体在状态B时的体积;
(2)说明B→C过程压强变化的微观原因。
解析:(1)设气体在B状态时的体积为VB,由盖—吕萨克定律得VATA=VBTB,代入数据得VB=0.4 m3。
(2)微观原因:气体体积不变,分子密集程度不变,温度变小,气体分子平均动能减小,导致气体压强减小。
答案:(1)0.4 m3 (2)见解析
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