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气体状态变化和热力学定律
1．[2020·江南十校联考](多选)对分子动理论的认识，下列说法正确的有(　　)
A．布朗运动就是液体分子的无规则热运动
B．摩尔数相同且视为理想气体的氧气和氦气，如果升高相同的温度，内能增加量相同
C．当一个物体加速运动时，其内能不一定增加
D．随着高科技的发展，第二类永动机可能被发明，因为这不违背能的转化及守恒定律
E．当两个分子间的分子力减小时，分子势能可能减少也可能增加
2．[2020·唐山模拟](多选)缸内封闭着一定质量的理想气体，以下说法正确的是(　　)
A．外界向气体发生热传递，气体的内能一定增加
B．不可能把热从低温气体传到高温气体而不产生其他影响
C．如果保持气体温度不变，当压强增大时，气体的密度一定增大
D．若气体体积不变，温度升高，单位时间内撞击单位面积器壁的气体分子数增多
E．该气缸做加速运动时，气缸内气体温度一定升高
3．[2020·绵阳月考](多选)关于热力学知识，下列说法正确的是(　　)
A．无论用什么方式都不可能使热量从低温物体向高温物体传递
B．一定质量的理想气体做绝热膨胀，则气体的内能减少
C．温度降低，物体内所有分子运动速率一定减小
D．扩散现象是分子热运动的表现
E．气体对容器的压强是由大量分子对容器不断碰撞而产生的
4．[2020·江西重点中学摸底](多选)下列有关自然现象说法正确的是(　　)
A．荷叶上的露珠几乎呈球形是由于表面张力的作用
B．温度相同的氢气和氧气，它们分子的平均速率不同
C．空气泡从恒温水中升起，应该放出热量
D．空调制冷说明热量可以自发地由低温物体传向高温物体
E．由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体
5．[2020·石家庄质检](多选)下列说法正确的是(　　)
A．第二类永动机违反了热力学第二定律，但不违反能量守恒定律
B．被踩扁的乒乓球(表面没有开裂)放在热水里浸泡，恢复原状的过程中，球内气体对外做正功的同时会从外界吸收热量
C．由于液体表面分子间距离小于液体内部分子间的距离，液面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势
D．两个分子间分子势能减小的过程中，两分子间的相互作用力可能减小
E．布朗运动是指在显微镜下观察到的组成悬浮颗粒的固体分子的无规则运动
6．[2020·深圳市调研](多选)下列说法中正确的是(　　)
A．液晶具有流动性，其光学性质表现为各向异性
B．太空舱中的液滴呈球状是由于完全失重情况下液体表面张力的作用
C．用打气筒的活塞压缩气体很费力，说明分子间有斥力
D．第二类永动机是不可能制造出来的，因为它违反了能量守恒定律
E．在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体
7．[2020·武汉市调研](多选)关于热现象，下列说法正确的是(　　)
A．在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，油酸分子的直径(也就是单层油酸分子组成的油膜的厚度)等于一小滴溶液中纯油酸的体积与它在水面上摊开的面积之比
B．两个邻近的分子之间同时存在着引力和斥力，它们都随距离的增大而减小，当两个分子的距离为r0时，引力与斥力大小相等，分子势能最小
C．物质是晶体还是非晶体，比较可靠的方法是从各向异性或各向同性来判断
D．如果用Q表示物体吸收的能量，用W表示物体对外界所做的功，ΔU表示物体内能的增加，那么热力学第一定律可以表达为Q＝ΔU＋W
E．如果没有漏气、没有摩擦，也没有机体热量的损失，这样的热机的效率可以达到100%
8．[2020·大连测试](多选)下面说法中正确的是(　　)
A．悬浮在液体中的颗粒越大，受周围液体分子撞击的机会越多，布朗运动越明显
B．热量、功和内能三者的单位相同，所以它们的物理意义也相同
C．封闭系统中，气体的扩散运动总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行
D．电冰箱工作时既不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律
E．水的饱和汽压会随温度的升高而增大
9．[情境创新](多选)如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片，轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展面“划水”，推动转轮转动．离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动．下列说法正确的是(　　)
A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金从热水中吸收的热量
C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高
D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
E．叶片在热水中吸收的热量一定大于水和转轮获得的动能
10．(多选)如图，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①、②、③、④到达状态e.对此气体，下列说法正确的是(　　)
A．过程①中气体的压强逐渐减小
B．过程②中气体对外界做正功
C．过程④中气体从外界吸收了热量
D．状态c、d的内能相等
E．状态d的压强比状态b的压强小
11．[2019·江苏卷](1)在没有外界影响的情况下，密闭容器内的理想气体静置足够长时间后，该气体________．
A．分子的无规则运动停息下来
B．每个分子的速度大小均相等
C．分子的平均动能保持不变
D．分子的密集程度保持不变
(2)由于水的表面张力，荷叶上的小水滴总是球形的．在小水滴表面层中，水分子之间的相互作用总体上表现为___________(选填“引力”或“斥力”)．分子势能Ep和分子间距离r的关系图象如图1所示，能总体上反映小水滴表面层中水分子Ep的是图中______(选填“A”“B”或“C”)的位置．
(3)如题图2所示，一定质量理想气体经历A→B的等压过程，B→C的绝热过程(气体与外界无热量交换)，其中B→C过程中内能减少900 J．求A→B→C过程中气体对外界做的总功．
12．[2019·全国卷Ⅰ]某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体．初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界．现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同．此时，容器中空气的温度________________(填“高于”“低于”或“等于”)外界温度，容器中空气的密度________________(填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度．
13．[2020·银川一中月考]如图所示，气缸呈圆柱形，上部有挡板，内部高度为d.筒内一个很薄的质量不计的活塞封闭一定量的理想气体，开始时活塞处于离底部的高度，外界大气压强为1.0×105 Pa，温度为27℃，现对气体加热．求：
(ⅰ)当活塞刚好到达气缸口时气体的温度；
(ⅱ)气体温度达到387 ℃时气体的压强．
14.
[2020·甘肃河西五市联考]一个水平放置的气缸，由两个截面积不同的圆筒连接而成．活塞A、B用一长为4L的刚性细杆连接，L＝0.5 m，它们可以在筒内无摩擦地左右滑动．A、B的截面积分别为SA＝40 cm2，SB＝20 cm2，A、B之间封闭着一定质量的理想气体，两活塞外侧(A的左方和B的右方)是压强为p0＝1.0×105 Pa的大气．当气缸内气体温度为T1＝525 K时两活塞静止于如图所示的位置．
(ⅰ)现使气缸内气体的温度缓慢下降，当温度降为多少时活塞A恰好移到两圆筒连接处？
(ⅱ)若在此变化过程中气体共向外放热500 J，求气体的内能变化了多少？
15.
[2020·昆明摸底]一定质量的理想气体，状态从A→B→C→A的变化过程可用如图所示的p－V图线描述，气体在状态C时温度为TC＝300 K，求：
(ⅰ)气体在状态A时的温度TA，并判断A、B状态温度的高低；
(ⅱ)若气体在A→B过程中吸热500 J，则在A→B过程中气体内能如何变化？变化了多少？
16.
[2019·全国卷Ⅲ]如图，一粗细均匀的细管开口向上竖直放置，管内有一段高度为2.0 cm的水银柱，水银柱下密封了一定量的理想气体，水银柱上表面到管口的距离为2.0 cm.若将细管倒置，水银柱下表面恰好位于管口处，且无水银滴落，管内气体温度与环境温度相同．已知大气压强为76 cmHg，环境温度为296 K.
(ⅰ)求细管的长度；
(ⅱ)若在倒置前，缓慢加热管内被密封的气体，直到水银柱的上表面恰好与管口平齐为止，求此时密封气体的温度．
　气体状态变化和热力学定律
1．BCE　布朗运动指悬浮在液体中的小颗粒总在不停地运动，A错误；第二类永动机违反热力学第二定律，故第二类永动机不能制成，D错误；故选BCE.
2．BCD　由热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量，其内能不一定增加，A错误；由热力学第二定律可知，不可能把热从低温气体传到高温气体而不产生其他影响，B正确；由理想气体状态方程＝C可知，当气体保持温度不变时，增大压强时，气体体积减小，则气体密度一定增大，C正确；气体体积不变，单位体积内分子数不变，当温度升高时，分子平均动能增大，因此单位时间内撞击单位面积器壁上的气体分子数增多，D正确；气缸做加速运动时，如果同时发生热传递，气缸内气体温度不一定升高，E错误．
3．BDE　4.ABE　5.ABD　6.ABE　　7.ABD
8．CDE　悬浮在液体中的颗粒越大，布朗运动越不明显，A错误；热量、功和内能三者的单位虽然相同，但它们的物理意义不相同，B错误；由热力学第二定律知封闭系统中，气体的扩散运动总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，C正确；电冰箱工作时既不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律，D正确；水的饱和汽压会随温度的升高而增大，E正确．
9．BDE　转轮转动的过程中克服摩擦力做功，转轮的速度越来越小，所以要维持转轮转动需要外力做功，故A错误；要维持转轮转动需要外力做功，转轮转动所需能量不能由转轮自己提供，是从热水中吸收的热量，故B正确；转动的叶片不断搅动热水的过程是水对转轮做功的过程，同时水会向四周放出热量，根据热力学第一定律可知水的内能减小，故水温降低，故C错误；根据热力学第二定律，物体不可能从单一热源吸收热量全部用来对外做功而不引起其他变化，故叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量，也一定大于水和转轮获得的动能，故DE正确．
10．BDE　过程①是等容升温过程，由＝，可知压强逐渐增大，A错误；过程②中气体膨胀，故气体对外界做功，B正确；过程④为等容降温过程，气体向外放出热量，C项错误；一定质量的理想气体的内能只与温度有关，所以状态c、d的内能相等，D正确；由理想气体状态方程＝C得p＝C，由题图可知>，则pb>pd，E正确．
11．(1)CD　(2)引力　C
(3)A→B过程　W1＝－p(VB－VA)
B→C过程，根据热力学第一定律　W2＝ΔU
则对外界做的总功W＝－(W1＋W2)
代入数据得W＝1 500 J
12．低于　大于
解析：本题通过理想气体状态变化过程考查了热力学定律与能量守恒定律，以及学生的综合分析与计算能力，体现了科学推理的核心素养要素．
由题意可知，封闭气体经历了绝热膨胀的过程，此过程中气体对外界做功，W<0，与外界的热交换为零，即Q＝0，则由热力学第一定律可知气体内能降低，而一定质量理想气体的内能只与温度有关，故其温度降低，即容器中空气的温度低于外界温度．由于此时容器中空气压强与外界相同，而温度低于外界温度，若假设容器中空气经历等压升温过程而达到与外界相同状态，由＝C可知其体积必然膨胀，则升温后的容器中空气密度必然比假设的等压升温过程前密度小，而假设的等压升温过程后容器中空气的密度等于外界空气密度，故此时容器中空气的密度大于外界空气的密度．
13．(ⅰ)600 K　(ⅱ)1.1×105 Pa
解析：(ⅰ)以封闭气体为研究对象，刚好到气缸口过程为等压变化，由盖—吕萨克定律有
＝，V1＝S，T1＝300 K，V2＝Sd，解得T2＝600 K.
(ⅱ)T3＝387℃＝660 K>T2，封闭气体做等容变化由＝，p1＝1×105 Pa，解得p3＝1.1×105 Pa
14．(ⅰ)300 K　(ⅱ)减少200 J
解析：(ⅰ)活塞向右缓慢移动过程中，气体发生等压变化
由盖—吕萨克定律有＝
代入数值得T2＝300 K时活塞A恰好移到两筒连接处
(ⅱ)活塞向右移动过程中，外界对气体做功
W＝p0·3L(SA－SB)＝1×105×3×0.5×(4×10－3－2×10－3)J＝300 J
由热力学第一定律得ΔU＝W＋Q＝300 J－500 J＝－200 J
即气体的内能减少200 J
15．(ⅰ)TB＞TA　(ⅱ)增加　ΔU＝200 J
解析：(ⅰ)从A到C，根据理想气体的状态方程可知＝
解得TA＝300 K
＝
解得TB＝600 K
TB>TA
(ⅱ)气体从A到B过程压强不变
W＝－pΔV
由热力学第一定律得
ΔU＝Q＋W
解得ΔU＝200 J
16．(ⅰ)41 cm　(ⅱ)312 K
解析：本题考查了气体实验定律内容，培养学生的综合分析能力、应用数学知识处理物理问题的能力，体现了核心素养中的科学推理要素．
(ⅰ)设细管的长度为L，横截面的面积为S，水银柱高度为h；初始时，设水银柱上表面到管口的距离为h1，被密封气体的体积为V，压强为p；细管倒置时，气体体积为V1，压强为p1.由玻意耳定律有
pV＝p1V1①
由力的平衡条件有
p＝p0＋ρgh②
p1＝p0－ρgh③
式中，ρ、g分别为水银的密度和重力加速度的大小，p0为大气压强．由题意有
V＝S(L－h1－h)④
V1＝S(L－h)⑤
由①②③④⑤式和题给条件得
L＝41 cm⑥
(ⅱ)设气体被加热前后的温度分别为T0和T，由盖－吕萨克定律有
＝⑦
由④⑤⑥⑦式和题给数据得
T＝312 K⑧

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