高考物理一轮复习 第11章 热学 2 第二节 固体、液体和气体课后达标能力提升 新人教版

2 第二节固体、液体和气体
(建议用时：60分钟)
一、选择题
1．(2018·扬州市高三调研测试)下列说法中正确的是( )
A．温度相同时，氢原子与氧原子平均速率相等
B．分子间距离增大，分子势能增大
C．多晶体没有规则的几何外形，但有固定的熔点
D．空气绝对湿度越大，人们感觉越潮湿
解析：选C．温度相同时，分子平均动能相同，氢原子和氧原子质量不同，故平均速率不同，A项错误；分子间为斥力时，分子距离增大，分子势能减小，B项错误；单晶体具有规则的几何形状，多晶体则没有，但所有晶体均有固定的熔点，C项正确；空气的相对湿度越大，人们感觉越潮湿，D项错误．
2．下列关于分子运动和热现象的说法正确的是( )
A．一定量100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气，其分子之间的势能增加
B．对于一定量的气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸热
C．如果气体分子总数不变，而气体温度升高，气体分子的平均动能增大，因此压强必然增大
D．一定量气体的内能等于其所有分子热运动的动能和分子间势能的总和
解析：选ABD．一定量100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气，需吸收一定热量，其内能增加，而分子个数、温度均未变，表明其分子势能增加，A对；气体的压强与气体分子密度和分子的平均速率有关，整体的体积增大，气体分子密度减小，要保证其压强不变，气体分子的平均速率要增大，即要吸收热量，升高温度，B对；对于一定量的气体，温度升高，分子的平均速率变大，但若气体体积增加得更多，气体的压强可能会降低，C错；根据内能的定义可知，D对．
3．如图所示，是水的饱和汽压与温度关系的图线，请结合饱和汽与饱和汽压的知识判断下列说法正确的是( )
A．水的饱和汽压随温度的变化而变化，温度升高，饱和汽压增大
B ．在一定温度下，饱和汽的分子数密度是不变的
C ．当液体处于饱和汽状态时，液体会停止蒸发现象
D ．在实际问题中，饱和汽压包括水蒸气的气压和空气中其他各种气体的气压
解析：选AB ．当液体处于饱和汽状态时，液体与气体达到了一种动态平衡，液体蒸发现象不会停止，选项C 错误；在实际问题中，水面上方含有水分子、空气中的其他分子，但我们所研究的饱和汽压只是水蒸气的分气压，选项D 错误；而相对湿度为水蒸气的实际压强与同温度水的饱和汽压的比值，则温度越高，水蒸气的饱和汽压越大，所以相对湿度越小．
4．
如图，一定量的理想气体从状态a 沿直线变化到状态b ，在此过程中，其压强( )
A ．逐渐增大
B ．逐渐增小
C ．始终不变
D ．先增大后减小
解析：选A ．法一：由题图可知，气体从状态a 变到状态b ，体积逐渐减小，温度逐渐升高，由pV T ＝C 可知，压强逐渐增大，故A 正确． 法二：由pV T ＝C 得：V ＝C p T ，从a 到b ，ab 段上各点与O 点连线的斜率逐渐减小，即1p
逐渐减小，p 逐渐增大，故A 正确．
5．(2017·南京模拟)一定质量的理想气体，经等温压缩，气体的压强增大，用分子动理论的观点分析，这是因为( )
A ．气体分子的平均速率不变
B ．气体分子每次碰撞器壁的平均冲力增大
C ．单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多
D ．气体分子的总数增加
解析：选AC ．气体温度不变，分子平均动能、平均速率均不变，A 正确．理想气体经等温压缩，压强增大，体积减小，分子密度增大，则单位时间内单位面积器壁上受到气体分子的碰撞次数增多，但气体分子每次碰撞器壁的冲力不变，故C 正确，B 、D 错误．
6．
(2018·盐城高三调研测试)把一条细棉线的两端系在铁丝环上，棉线处于松弛状态．将
铁丝环浸入肥皂液里，拿出来时环上留下一层肥皂液的薄膜，这时薄膜上的棉线仍是松弛的，如图所示．用烧热的针刺破A侧的薄膜，则观察到棉线的形状为下图中的( )
解析：选D．由于液体的表面张力作用使液面收缩，因此棉线被拉紧了，故A、B、C错误，D正确．
7．
如图，竖直放置、开口向下的试管内用水银封闭一段气体，若试管自由下落，管内气体( )
A．压强增大，体积增大
B．压强增大，体积减小
C．压强减小，体积增大
D．压强减小，体积减小
解析：选B．试管静止时，被封闭气体的压强为p1＝p0－p h；试管自由下落时，被封闭气体的压强为p2＝p0，故压强增大．根据玻意耳定律得气体体积减小，故选项B正确．8．
一定质量的理想气体的状态经历了如图所示的a→b、b→c、c→d、d→a四个过程，其中bc的延长线通过原点，cd垂直于ab且与水平轴平行，da与bc平行，则气体体积在( ) A．a→b过程中不断增加
B．b→c过程中保持不变
C．c→d过程中不断增加
D．d→a过程中保持不变
解析：选AB．由题图可知a→b温度不变，压强减小，所以体积增大，b→c是等容变化，体积不变，因此A、B正确；c→d体积不断减小，d→a体积不断增大，故C、D错误．9．某自行车轮胎的容积为V，里面已有压强为p0的空气，现在要使轮胎内的气压增大到p，设充气过程为等温过程，空气可看做理想气体，轮胎容积保持不变，则还要向轮胎充
入温度相同、压强也是p 0、体积为多少的空气( )
A ．p 0p V
B ．p
p 0
V C ．⎝ ⎛⎭⎪⎫p p 0－1V D ．⎝ ⎛⎭⎪⎫p p 0
＋1V 解析：选C ．取充入气体后的轮胎内的气体为研究对象，设充入气体体积为V ′，则 初态p 1＝p 0，V 1＝V ＋V ′；末态p 2＝p ，V 2＝V
由玻意耳定律可得：p 0(V ＋V ′)＝pV
解得：V ′＝⎝ ⎛⎭
⎪⎫p p 0－1V ，故选项C 正确． 二、非选择题
10．
如图所示，一定质量的理想气体从状态A 依次经过状态B 、C 和D 后再回到状态A ．其中，A →B 和C →D 为等温过程，B →C 和D →A 为绝热过程(气体与外界无热量交换)．这就是著名的“卡诺循环”．
(1)该循环过程中，下列说法正确的是________．
A ．A →
B 过程中，外界对气体做功
B ．B →
C 过程中，气体分子的平均动能增大
C ．C →
D 过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多
D ．D →A 过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化
(2)该循环过程中，内能减小的过程是________(选填“A →B ”“B →C ”“C →D ”或“D →A ”)．若气体在A →B 过程中吸收63 kJ 的热量，在C →D 过程中放出38 kJ 的热量，则气体完成一次循环对外做的功为________kJ ．
解析：(1)在A →B 的过程中，气体体积增大，故气体对外界做功，选项A 错误；B →C 的过程中，气体对外界做功，W ＜0，且为绝热过程，Q ＝0，根据ΔU ＝Q ＋W ，知ΔU ＜0，即气体内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，选项B 错误；C →D 的过程中，气体体积减小，单位体积内的分子数增多，故单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，选项C 正确；D →A 的过程为绝热压缩，故Q ＝0，W ＞0，根据ΔU ＝Q ＋W ，ΔU ＞0，即气体的内能增加，温度升高，所以气体分子的速率分布曲线发生变化，选项D 错误．
(2)从A →B 、C →D 的过程中气体做等温变化，理想气体的内能不变，内能减小的过程是B →C ，内能增大的过程是D →A ．
气体完成一次循环时，内能变化ΔU ＝0，热传递的热量Q ＝Q 1－Q 2＝(63－38)kJ ＝25 kJ ，根据ΔU ＝Q ＋W ，得W ＝－Q ＝－25 kJ ，即气体对外做功25 kJ ．
答案：(1)C (2)B →C 25
11．
扣在水平桌面上的热杯盖有时会发生被顶起的现象．如图，截面积为S 的热杯盖扣在水平桌面上，开始时内部封闭气体的温度为300 K ，压强为大气压强p 0．当封闭气体温度上升至303 K 时，杯盖恰好被整体顶起，放出少许气体后又落回桌面，其内部气体压强立刻减为p 0，温度仍为303 K ．再经过一段时间，内部气体温度恢复到300 K ．整个过程中封闭气体均可视为理想气体．求：
(1)当温度上升到303 K 且尚未放气时，封闭气体的压强；
(2)当温度恢复到300 K 时，竖直向上提起杯盖所需的最小力．
解析：(1)以开始封闭的气体为研究对象，由题意可知，初状态温度T 0＝300 K ，压强为p 0，末状态温度T 1＝303 K ，压强设为p 1，由查理定律得
p 0T 0＝p 1T 1
①
代入数据得 p 1＝101100p 0． ②
(2)设杯盖的质量为m ，刚好被顶起时，由平衡条件得
p 1S ＝p 0S ＋mg ③ 放出少许气体后，以杯盖内的剩余气体为研究对象，由题意可知，初状态温度T 2＝303 K ，压强p 2＝p 0，末状态温度T 3＝300 K ，压强设为p 3，由查理定律得
p 2T 2＝p 3T 3
④
设提起杯盖所需的最小力为F ，由平衡条件得 F ＋p 3S ＝p 0S ＋mg
⑤
联立②③④⑤式，代入数据得 F ＝20110 100
p 0S ． 答案：(1)101100p 0 (2)20110 100
p 0S 12．一定质量的理想气体被活塞封闭在竖直放置的圆柱形汽缸内．汽缸壁导热良好，活塞可沿汽缸壁无摩擦地滑动．开始时气体压强为p ，活塞下表面相对于汽缸底部的高度为h ，外界温度为T 0．现取质量为m 的沙子缓慢地倒在活塞的上表面，沙子倒完时，活塞下降了
h /4．若此后外界的温度变为T ，求重新达到平衡后气体的体积．已知外界大气的压强始终保持不变，重力加速度大小为g ．
解析：求理想气体状态参数时，要找出初末状态，然后由理想气体状态方程列方程求解． 设汽缸的横截面积为S ，沙子倒在活塞上后，对气体产生的压强为Δp ，由玻意耳定律得
phS ＝(p ＋Δp )⎝ ⎛⎭⎪⎫h －14h S
① 解得Δp ＝13p
② 外界的温度变为T 后，设活塞距底面的高度为h ′，根据盖－吕萨克定律，得
⎝ ⎛⎭⎪⎫h －14h S
T 0＝h ′S T
③ 解得h ′＝3T
4T 0
h
④ 据题意可得Δp ＝mg S
⑤ 气体最后的体积为V ＝Sh ′
⑥ 联立②④⑤⑥式得V ＝9mghT
4pT 0
．
答案：9mghT
4pT 0。