2.3气体实验定律的微观解释 课时作业（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 课时作业（解析版）
1．对于一定质量的理想气体，下列叙述中正确的是（　　）
A．当分子间的平均距离变大时，气体压强一定变小
B．当分子热运动变剧烈时，气体压强一定变大
C．当分子热运动变剧烈且分子平均距离变小时，气体压强一定变大
D．当分子热运动变剧烈且分子平均距离变大时，气体压强一定变大
2．下列说法中正确的是
A．气体对容器的压强是大量气体分子对容器的碰撞引起的，它跟气体分子的密集程度以及气体分子的平均动能有关
B．在使两个分子间的距离由很远(r>10-9m)减小到很难再靠近的过程中分子力先减小后增大，分子势能先减小后增大
C．温度相同的氢气和氧气，氧气分子的平均动能比较大
D．当气体分子热运动变得剧烈时，压强必变大
3．各种卡通形状的氦气球，受到孩子们的喜欢，小孩一不小心松手，氦气球就会飞向天空，上升到一定高度会胀破，这是因为（　　）
A．球内氦气温度升高 B．球内氦气压强增大
C．球外空气压强减小 D．以上说法均不正确
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．有一段12cm长汞柱，在均匀玻璃管中封住一定质量的气体。若管口向上将玻璃管放置在一个倾角为30°的光滑斜面上（如图所示），在下滑过程中被封闭气体的压强（设大气压强为p0=76cmHg）为（　　）
A．76cmHg B．82cmHg C．88cmHg D．70cmHg
6．下列说法正确的是（　　）
A．相同温度的10克冰和10克水比较，内能不相等
B．氢气和氧气的温度相同时，它们分子的平均速率相同
C．如果气体温度升高，那么每一个分子热运动的速率都增加
D．一定质量的某种理想气体，体积减小时，分子的密集程度也将减小
7．气体对器壁有压强的原因是（　　）
A．单个分子对器壁碰撞产生压力 B．几个分子对器壁碰撞产生压力
C．大量分子对器壁碰撞产生压力 D．以上说法都不对
8．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不相等
B．图中虚线对应于氧气分子平均动能较大的情形
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
9．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
10．于一定量的理想气体，下列四个论述中正确的是（ ）
A．当分子热运动变剧烈时，压强必变大
B．当分子热运动变剧烈时，压强可以不变
C．当分子间的平均距离变大时，压强必变小
D．当分子间的平均距离变大时，压强必变大
11．2019年12月1日，粤东农批·2019球王故里五华马拉松赛在五华粤东农批广场激情开跑。此次活动能圆满举行离不开一群可爱的志愿者，他们到了午餐时间也只是吃点自热米饭，对于自热米饭很多人还不是很了解，自热米饭盒内有一个发热包，遇水发生化学反应而产生大量热能，不需要明火，温度可超过100℃，盖上盒盖便能在10～15分钟内迅速加热食品。自内热米饭的盖子上有一个透气孔，如果透气孔堵塞，容易造成小型爆炸。有关自热米饭盒爆炸的说法，正确的是（ ）
A．自热米饭盒爆炸，是盒内气体温度升高，气体分子间斥力急剧增大的结果
B．在自热米饭盒爆炸的瞬间，盒内气体内能增加
C．在自热米饭盒爆炸的瞬间，盒内气体温度降低
D．自热米饭盒爆炸前，盒内气体温度升高，标志着每一个气体分子速率都增大了
12．下列说法正确的是（　　）
A．封闭气体被压缩到一定程度时，将更难压缩，主要是因为气体分子间斥力很大
B．在一锅水中撒一些胡椒粉，加热一段时间后发现水中的胡椒粉在不停翻滚，说明温度越高，布朗运动越剧烈
C．用NA表示阿伏加德罗常数，M表示铜的摩尔质量，ρ表示实心铜块的密度，那么铜块中一个铜原子所占空间的体积可表示为
D．非晶体在熔化过程中吸收的热量，将用于增加分子势能，但分子的平均动能保持不变
13．如图所示为分子势能Ep与分子间间距r的关系曲线，下列说法正确的是（ ）
A．理想气体的分子间平均距离为r2
B．液态油酸分子间的平均距离为r1
C．液体表面处分子间平均距离比r2略大
D．处于熔点的晶体熔化吸热过程中，分子间的平均距离r会发生变化
14．氧气分子在不同温度下的速率分布规律如图所示，横坐标表示速率，纵坐标表示某一速率内的分子数占总分子数的百分比，由图可知（　　）
A．随着温度的升高，氧气分子中速率大的分子所占的比例增大
B．随着温度的升高，每一个氧气分子的速率都增大
C．①状态的氧分子平均动能比②状态的氧分子平均动能小
D．同一温度下，氧气分子呈现“中间多，两头少”的分布规律
15．夏天，从湖底形成的一个气泡，在缓慢上升到湖面的过程中没有破裂。若越接近水面，湖内水的温度越高，大气压强没有变化，将气泡内气体看做理想气体，则上升过程中，以下说法正确的是（　　）
A．气泡内气体对外界做功
B．气泡内每个气体分子的动能都变大
C．气泡内气体从外界吸收热量
D．气泡内分子单位时间内对气泡壁单位面积的撞击力减小
16．如图所示，用质量为m=1kg、横截面积为S=10cm2的活塞在气缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与气缸壁之间的摩擦忽略不计．开始时活塞距气缸底的高度为h=10cm且气缸足够高，气体温度为t=27℃，外界大气压强为p0=1.0×105Pa，取g=10m／s2，绝对零度取－273℃．求：
(1)此时封闭气体的压强；
(2)给气缸缓慢加热，当缸内气体吸收4.5J的热量时，内能的增加量为2.3J，求此时缸内气体的温度．
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．C
【详解】
气体压强在微观上与分子的平均动能和分子密集程度有关。当分子热运动变剧烈且分子平均距离变大时，气体压强可能变大、可能不变、也可能变小；当分子热运动变剧烈且分子平均距离变小时，气体压强一定变大。
故选C。
2．A
【详解】
A．气体对容器的压强是大量气体分子对容器的碰撞引起的，在微观上它跟气体分子的密集程度以及气体分子的平均动能有关，在宏观上与气体的压强及温度有关，选项A 正确；
B．在使两个分子间的距离由很远(r>10-9m)减小到很难再靠近的过程中分子力先增大再减小，再增大，分子势能先减小后增大，选项B错误；
C．温度是分子平均动能的标志，故温度相同的氢气和氧气，分子的平均动能相同，选项C错误；
D．当气体分子热运动变得剧烈时，气体的温度升高，但不知道体积的变化，故压强不一定变大，选项D 错误．
故选A。
3．C
【详解】
气球上升，由于高空处空气稀薄，球外气体的压强减小，球内气体要膨胀，到一定程度时，气球就会胀破
故选C。
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．A
【分析】
考查大气压强。
【详解】
因玻璃管和水银柱组成系统，根据牛顿第二定律可得整体的加速度
a=gsinθ
所以对水银柱由牛顿第二定律得
p0S＋mgsinθ-pS=ma
解得
p=p0
故选A。
6．A
【详解】
A．相同温度的10克冰和10克水，温度相同，平均动能相同，但冰吸热融化为水，故内能不相同，故A正确；
B．温度相同时，分子的平均动能相同，但由于它们的质量不同，故平均速率不同，故B错误；
C．如果气体温度升高，分子的平均动能增大，并不是每一个分子热运动的速率都增加，故C错误；
D．一定质量的某种理想气体，体积减小时，分子的密集程度将增大，故D错误。
故选A。
7．C
【详解】
由于大量的气体分子对容器器壁频繁的碰撞作用，从而产生了对器壁的压力，从而产生了气体的压强。
故选C。
8．C
【详解】
A．由题图可知，在0℃和100℃两种不同情况下各速率区间的分子数占总分子数的百分比与分子速率间的关系图线与横轴所围面积都应该等于1，即相等，故A错误；
B．由图可知，具有最大比例的速率区间，0℃时对应的速率小，说明虚线为0℃的分布图象，故对应的平均动能较小，故B错误；
C．实线对应的最大比例的速率区间内分子动能大，说明实验对应的温度大，故为100℃时的情形，故C正确；
D．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D错误。
故选C。
9．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。
10．B
【详解】
AB. 当分子热运动变剧烈时，可知温度升高，分子平均动能增大，气体的压强在微观上与分子的平均动能和分子的密集程度有关，压强的变化还要看气体的密集程度的变化，所以压强可能增大、可能减小、可能不变，故B正确A错误；
CD. 气体的压强在微观上与分子的平均动能和分子的密集程度有关，当分子间的平均距离变大时，分子的密集程度变小，但分子平均动能未知，则压强可能增大、可能减小、可能不变，故CD错误。
故选B。
11．C
【详解】
A. 自热米饭盒爆炸前，盒内气体温度升高，由分子动理论知，体积不变，气体分子间分子力(引力)可忽略不计，分子间相互作用力不变，选项A错误；
BC. 根据热力学第一定律，爆裂前气体温度升高，内能应增大，突然爆裂的瞬间气体对外界做功，其内能应减少，温度也会有所下降，选项B错误，C正确；
D. 自热米饭盒爆炸前，盒内气体温度升高，分子平均动能增加，但并不是每一个气体分子速率都增大，故D选项错误；
故选：C。
12．C
【详解】
A．封闭气体被压缩到一定程度时，将更难压缩，主要是因为气体压强变大了，气体分子间距离较大，不般不考虑分子间的作用力，所以A错误；
B．在一锅水中撒一些胡椒粉，加热一段时间后发现水中的胡椒粉在不停翻滚，布朗运动是小颗粒的运动，但是小颗粒是肉眼看不到的，所以胡椒粉在不停翻滚不是布朗运动，则B错误；
C．用NA表示阿伏加德罗常数，M表示铜的摩尔质量，ρ表示实心铜块的密度，那么铜块中一个铜原子所占空间的体积可表示为，所以C正确；
D．因为非晶体没有固定熔点，所以非晶体在熔化过程中吸收的热量，温度逐渐升高，则分子的平均动能逐渐增大，所以D错误；
故选C。
13．CD
【解析】
【详解】
A．根据图像可以得出，分子势能小的地方，在r0处，所以图中r2=r0；理想气体的分子间平均距离为10r2，因此A错误；
B．液态油酸分子间的平均距离为r2，因此B错误；
C．表面处分子间平均距离比r2略大，因此C正确；
D．处于熔点的晶体熔化吸热过程中，分子间的平均动能不变，内能增加，所以势能增加，距离变化，因此D正确．
14．ACD
【详解】
A．随着温度的升高，氧气分子中速率大的分子所占的比例增大，从而使分子平均动能增大，故A正确；
B．温度升高使得氧气分子的平均速率增大，不一定每一个氧气分子的速率都增大，故B错误；
C．由图可知，②中速率大的分子占据的比例较大，则说明②对应的平均动能较大，故C正确；
D．同一温度下，中等速率大的氧气分子数所占的比例大，即氧气分子呈现“中间多，两头少”的分布规律，故D正确．故选ACD。
故选ACD。
15．ACD
【详解】
A．气泡上升过程中，温度升高，压强减小，则根据
=C
可知，体积变大，气体对外做功，A正确；
B．气泡的温度升高，则气体分子的平均动能变大，并非气泡内每个气体分子的动能都变大，B错误；
C．气体温度升高，内能变大，气体对外做功，根据
可知，气泡内气体从外界吸收热量，C正确；
D．因大气压强不变，则随水深度的减小，气泡的压强减小，根据气体压强的微观意义可知，气泡内分子单位时间内对气泡壁单位面积的撞击力减小，D正确。
故选ACD。
16．（1）1.1×105pa（2）87℃
【详解】
(1)以活塞为研究对象，由平衡条件得：
解得：封闭气体压强为
(2)由热力学第一定律得：
外界对气体做功为
对气体由盖吕萨克定律得：
解得缸内气体的温度为
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．