2.3气体实验定律的微观解释 课时练（word解析版）

2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第三册
2.3气体实验定律的微观解释 课时练（解析版）
1．关于热现象，下列说法正确的是（ ）
A．内能是物体中所有分子热运动所具有的动能的总和
B．温度标志着物体内大量分子热运动的剧烈程度
C．气体压强仅与气体分子的平均动能有关
D．气体膨胀对外做功且温度降低，分子的平均动能可能不变
2．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．图中虚线对应于氧气分子平均速率较大的情形
B．图中实线对应于氧气分子在100℃时的情形
C．图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目
D．与0℃时相比，100℃时氧气分子速率出现在0～400m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大
3．对于一定质量的理想气体,下列说法正确的是（ ）
A．若气体不和外界进行热传递,则气体内能一定不变
B．若气体发生等温膨胀,则气体对外做功和吸收的热量数值大小相等
C．足球充足气后很难压缩,是足球内气体分子间斥力作用的结果
D．在完全失重的情况下,气体对容器壁的压强为零
4．下列说法正确的是（　　）
A．气体的温度升高，每个气体分子的运动速率都会增大
B．从微观角度讲，气体压强只与气体分子的密集程度有关
C．当分子力表现为引力时，分子势能随分子间距离的增大而增大
D．若一定质量的气体膨胀对外做功50 J，则内能一定减少50 J
5．在做托里拆利实验时，玻璃管内有些残存的空气（可视为理想气体），此时玻璃管竖直放置。假如环境温度增加，而大气压强不变，则（　　）
A．空气柱的长度将减小 B．空气柱的内能将减小
C．空气柱的压强将减小 D．试管中水银柱的长度将减小
6．下列关于气体压强的说法，正确的是（　　）
A．大气压强是由于大气分子永不停息地做无规则热运动而产生的
B．一定质量的理想气体，只要体积减小，单位体积内气体的分子数就增多，气体分子对器壁的碰撞就更加频繁，压强就增大
C．一定质量的理想气体，只要温度升高，气体分子的平均速率就增大，在单位时间内对单位面积器壁的平均撞击力就增大
D．容器内的大量气体分子对器壁的碰撞满足统计规律，机会均等，故器壁各部分气体压强相等
7．下列说法正确的是
A．分子间距增大，分子势能先减小后增大
B．在较暗的房间里，看到透过窗户的“阳光柱”里粉尘的运动是布朗运动
C．当分子间的距离变小时,分子间作用力增大
D．上图中表示不同温度时氧气分子的速率分布图象，由图可知T2温度时氧气分子的平均动能较大
8．下列说法正确的是（ ）
A．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
B．气体对器壁的压强就是大量气体分子单位时间作用在器壁上的平均冲量
C．气体分子热运动的平均动能减小，气体的压强一定减小
D．单位体积的气体分子数增加，气体的压强一定增大
9．某种气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线如图所示，图中f（v）表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，所对应的温度分别为TⅠ、TⅡ、TⅢ，下列说法错误的是（　　）
A．气体速率均呈“中间多、两头少”的分布，但是最大比例的速率区间是不同的
B．TⅠ＞TⅡ＞TⅢ
C．温度高的气体，速率大的分子比例较多
D．从图像中可以直观体会到温度越高，分子运动越剧烈
10．下列说法正确的是（ ）
A．一定质量的气体的体积是不变的
B．气体的体积等于所有分子的体积之和
C．气体的压强是由气体的重力引起的
D．封闭容器内气体对各个方向的压强大小相等
11．如图，横坐标v表示分子速率，纵坐标f(v)表示各等间隔速率区间的分子数占总分子数的百分比．途中曲线能正确表示某一温度下气体分子麦克斯韦速率分布规律的是（ ）（填选项前的字母）
A．曲线① B．曲线② C．曲线③ D．曲线④
12．如图，为一定质量的某种气体在某两个确定的温度下，其分子速率的分布情况。由图分析，下列说法错误的是（　　）
A．两种温度下的分子速率都呈“中间多、两头少”的分布
B．分子速率最大的分子数占的比例最大
C．图中的T1＜T2
D．温度越高，分子热运动越剧烈
13．关于密闭容器中气体的压强，下列说法不正确的是（　　）
A．是由气体受到的重力产生的
B．是由大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的
C．压强的大小只取决于气体分子数量的多少
D．容器运动的速度越大，气体的压强也越大
14．一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其p -T图象如图所示．下列判断正确的是（　　）
A．过程ab中气体一定吸热
B．过程bc中气体既不吸热也不放热
C．过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热
D．b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同
15．一定质量的理想气体，如果保持气体的压强不变，气体的温度升高，下列说法中正确的是（　　）
A．气体分子的平均速率增大
B．单位面积受到气体分子碰撞的平均作用力变大
C．气体分子对器壁的平均作用力变大
D．该气体的密度减小
16．举几个自然现象或社会现象的实例，说明大量偶然事件从整体上看遵循一定的统计规律。
17．光子不仅具有能量，而且具有动量．照到物体表面的光子被物体吸收或被反射时都会对物体产生一定的压强，这就是“光压”．光压的产生机理与气体压强产生的机理类似：大量气体分子与器壁的频繁碰撞产生持续均匀的压力，器壁在单位面积上受到的压力表现为气体的压强．
在体积为V的正方体密闭容器中有大量的光子，如图所示．为简化问题，我们做如下假定：每个光子的频率均为V，光子与器壁各面碰撞的机会均等，光子与器壁的碰撞为弹性碰撞，且碰撞前后瞬间光子动量方向都与器壁垂直；不考虑器壁发出光子和对光子的吸收，光子的总数保持不变，且单位体积内光子个数为n；光子之间无相互作用．已知：单个光子的能量s和动量p间存在关系ε=pc（其中c为光速），普朗克常量为h．
(1)①写出单个光子的动量p的表达式（结果用c、h和ν表示）；
②求出光压I的表达式（结果用n、h和ν表示）；
(2)类比于理想气体，我们将题目中所述的大量光子的集合称为光子气体，把容器中所有光子的能量称为光子气体的内能.
①求出容器内光子气体内能U的表达式（结果用矿和光压，表示）；
②若体积为V的容器中存在分子质量为m、单位体积内气体分子个数为n'的理想气体，分子速率均为v，且与器壁各面碰撞的机会均等；与器壁碰撞前后瞬间，分子速度方向都与器壁垂直，且速率不变．求气体内能U'与体积V和压强p气的关系；并从能量和动量之间关系的角度说明光子气体内能表达式与气体内能表达式不同的原因．
参考答案
1．B
【详解】
A．内能是物体中所有分子热运动所具有的动能和势能的总和，所以A错误；
B．温度标志着物体内大量分子热运动的剧烈程度，所以B正确；
C．气体压强由温度、体积决定，即与气体分子的平均动能和分子密集程度有关，所以C错误；
D．气体膨胀对外做功且温度降低，分子的平均动能减小，所以D错误。
故选B。
2．B
【详解】
AB．由题图可以知道，具有最大比例的速率区间，100℃时对应的速率大，说明实线为氧气分子在100℃的分布图像，对应的平均速率较大，故A错误，B正确；
C．题图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子占据的比例，但无法确定分子具体数目，故C错误；
D．与0℃时相比，100℃时氧气分子速率出现在0～400m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较小，故D错误。
故选B。
3．B
【详解】
若气体不和外界进行热传递，即，根据热力学第一定律公式，气体的内能也可能改变，如果外界做正功，则内能增大，如果外界做负功，则内能减小，A错误；若气体发生等温膨胀，内能不变，对外做功，根据热力学第一定律公式，说明气体对外做功和吸收的热量数值相等，B正确；足球充足气后很难压缩是由于足球内外的压强差的原因，与气体的分子之间的作用力无关，C错误；气体对容器壁的压强是分子对容器壁的碰撞产生的，与气体的重力无关，故在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强不变，D错误．
4．C
【详解】
A. 气体的温度是分子平均动能的标志，所以气体的温度升高，从统计规律看分子的平均运动速率增大，但是仍会有分子的速率减小．故A错误．
B. 从微观角度讲，气体压强只气体分子的密集程度和气体的温度有关．故B错误．
C.在时，分子力表现为引力，分子的间距增大时分子力做负功，故越大，分子势能越大．故B正确．
D. 一定质量的气体膨胀对外做功50 J，同时气体还可能吸收热量，所以内能减少量不一定是．故D错误．
5．D
【详解】
ACD．环境温度增加，空气柱的温度升高，分子热运动加剧，空气柱的压强增大，体积增大，空气柱的长度将增大，试管中水银柱的长度将减小，AC错误，D正确；
B．环境温度增加，空气柱的温度升高，内能增大，B错误。
故选D。
6．D
【详解】
A．地球的周围被厚厚的空气包围着，这些空气被称为大气层，空气可以像水那样自由的流动，同时它也受重力作用，因此空气的内部向各个方向都有压强，这个压强被称为大气压，可近似看成是空气的重力产生的，A错误；
B．一定质量的理想气体，从宏观上看，压强与气体的体积及温度均有关系，从微观上看，压强与单位体积内的分子数及分子的平均动能有关，故体积减小，压强不一定增大，B错误；
C．在单位时间内对单位面积器壁的平均撞击力即气体产生的压强，结合B的解析可知，C错误；
D．容器内的大量气体分子对器壁的碰撞满足统计规律，机会均等，故器壁各部分气体压强相等，D正确。
7．D
【详解】
A．若开始时分子之间距离小于r0，则随着分子距离的增大，分子势能先减小后增大，故A错误．
B．布朗运动是悬浮在液体或气体中固体小颗粒的无规则运动，在较暗的房间里可以观察到射入屋内的阳光中有悬浮在空气里的小颗粒在飞舞，是由于气体的流动，这不是布朗运动，故B错误；
C．当分子间的距离从平衡位置增大时，分子间作用力先增大后减小，所以当分子间的距离变小时，分子间作用力并不是一直增大，故C错误；
D．由不同温度时氧气分子的速率分布图象可知，T2中速率大分子占据的比例较大，则说明T2对应的平均动能较大，故D正确．
故选D.
8．A
【解析】
【详解】
由于大量气体分子都在不停地做无规则热运动，与器壁频繁碰撞，使器壁受到一个平均持续的冲力，致使气体对器壁产生一定的压强，根据压强的定义，得当S是单位面积大小等于1m2时，气体对器壁的压强大小等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。A正确，B错误。影响气体压强的微观因素是分子的密集程度和分子的平均动能，平均动能减小，密集程度可能增加，则压强可能增加或不变，C错误。影响气体压强的微观因素是分子的密集程度和分子的平均动能，单位体积的气体分子数增加，气体平均动能可能减小，故压强不一定增加，D错误。
9．B
【详解】
A．气体速率均呈“中间多、两头少”的分布，但是最大比例的速率区间是不同的，选项A正确，不符合题意；
B．气体的温度越高，速率较大的分子所占的比例越大，则TⅠC．温度高的气体，分子平均速率较大，速率大的分子比例较多，选项C正确，不符合题意；
D．从图像中可以直观体会到温度越高，分子运动越剧烈，选项D正确，不符合题意；
故选B。
10．D
【详解】
气体的体积是随着容器的容积而变化的，它总是充满整个容器.选项A错误.
由于气体分子间的距离是分子直径的10倍以上，所以气体的体积远大于气体分子的体积之和.选项B错误.
气体的压强是由于气体分子对容器壁的频繁碰撞而产生的.一般大小的容器中，气体本身所受的重力很小，与气体产生的对容器的压力相比可以忽略.选项C错误.
气体分子的运动是无规则的.但对大量的气体分子由统计方法可知，在任一个时刻分子沿各个方向运动的机会是均等的，没有任何一个方向沿着它运动的分子的数目更多.所以气体对各个方向的器壁产生的压强是相同的.选项D正确.
11．D
【详解】
麦克斯韦分子速率分布规律如图所示，
呈现“两头大，中间小”的特点，曲线①、③可先排除，曲线②也不对，因为当v=0时，f（v）一定为零，且v很大时，f（v）趋于零，所以本题正确是曲线④，故ABC错误，D正确．
故选D。
12．B
【详解】
A．由图可知两种温度下的分子速率都呈“中间多、两头少”的分布，故A正确，不符合题意；
B．由图可知，随着分子速率的增加，分子数占比先增大后减小，故B错误，符合题意；
C．由图可知，T1分子速率大的占比比T2小，因此T1＜T2，故C正确，不符合题意；
D．温度升高，分子速率大的占比增加，从而使分子平均动能增加，分子热运动也就越剧烈，故D正确，不符合题意。
故选B。
13．ACD
【详解】
气体的压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的，气体压强取决于单位体积内的分子数以及分子平均运动速率。
本题选择错误的，故选ACD。
14．AD
【详解】
由图示可知，ab过程，气体压强与热力学温度成正比，则气体发生等容变化，气体体积不变，外界对气体不做功，气体温度升高，内能增大，由热力学第一定律可知，气体吸收热量，故A正确；由图示图象可知，bc过程气体发生等温变化，气体内能不变，压强减小，由玻意耳定律可知，体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律△U=Q+W可知，气体吸热，故B错误；由图象可知，ca过程气体压强不变，温度降低，由盖吕萨克定律可知，其体积减小，外界对气体做功，W＞0，气体温度降低，内能减少，△U＜0，由热力学第一定律可知，气体要放出热量，过程ca中外界对气体所做的功小于气体所放热量，故C错误；由图象可知，bc过程气体发生等温变化，气体内能不变，压强减小，由玻意耳定律可知，体积增大，b、c状态气体的分子数密度不同，b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同，故D正确．
15．ACD
【详解】
A．由气体分子运动速率分布图像可知，气体的温度升高，气体分子的平均速率增大，故A正确；
B．气体压强是器壁单位面积上受到大量气体分子频繁地碰撞而产生的平均作用力的结果，气体压强不变，单位面积受到气体分子碰撞的平均作用力不变，故B错误；
C．气体的温度升高，气体分子平均速率增大，气体分子对器壁的平均作用力变大，故C正确；
D．根据理想气体状态方程，压强不变，温度升高，则体积增大，在质量一定的情况下，该气体的密度减小，故D正确。
故选ACD。
16．见解析
【详解】
比如说抛硬币，或者掷骰子；先来说抛硬币，硬币是两面抛一次两次正面和反面出现是个偶然事件，但是抛一千次，一万次或者更多，那正面和反面出现的几率基本是50%左右。
掷骰子也是一样，随着掷骰子的次数增多，每一面出现的概率基本是1/6左右。
青少年犯罪现象对个别家庭来说是偶然的，但是研究多个青少年犯罪的原因可看出它们都有共同的特点，家庭教育、环境等。
所以大量的偶然事件从整体上遵从一定的统计规律。
17．(1)① ② (2)① ②
【详解】
（1）①光子的能量，根据题意可得
可得：
②在容器壁上取面积为S的部分，则在时间内能够撞击在器壁上的光子总数为：
设器壁对这些光子的平均作用力为，则根据动量定理
由牛顿第三定律，这些光子对器壁的作用力为
由压强定义，光压
（2）①设光子的总个数为N，则光子的内能为
将上问中的带入，可得
②一个分子每与器壁碰撞动量变化大小为，以器壁上的面积S为底，以为高构成柱体，由题设可知，柱内的分子在时间内有与器壁S发生碰撞，碰壁分子总数：
对这些分子用动量定理，有：
则
由牛顿第三定律，气体对容器壁的压力大小
由压强定义，气压
理想气体分子间除碰撞外无作用力，故无分子势能．所以容器内所有气体分子动能之和即为气体内能，即
由上述推导过程可见：光子内能的表达式与理想气体内能表达式不同的原因在于光子和气体的能量动量关系不同．对于光子能量动量关系为，而对于气体则为．