2022-2023学年高二物理粤教版（2019）选择必修三 2.3气体实验定律的微观解释 课时作业 解析版

2.3气体实验定律的微观解释
一、单选题
1．下列关于气体分子热运动特点的说法中正确的是（　　）
A．气体分子的间距比较大，所以不会频繁碰撞 B．气体分子的平均速率随温度升高而增大
C．气体分子的运动速率可由牛顿运动定律求得 D．当温度升高时，气体分子的速率将偏离正态分布
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
3．自主学习活动中，同学们对密闭容器中的氢气性质进行讨论，下列说法中正确的是（　　）
A．体积增大时，氢气分子的密集程度保持不变
B．压强增大是因为氢气分子之间斥力增大
C．因为氢气分子很小，所以氢气在任何情况下均可看成理想气体
D．温度变化时，氢气分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化
4．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。下列说法错误的是（　　）
A．图中两条曲线下面积相等
B．图中虚线对应于氧气分子的平均速率较小的情形
C．图中实线对应于氧气分子在100℃时的情形
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
5．关于气体压强和温度的理解，下列说法错误的是（　　）
A．气体对容器的压强是大量气体分子做不规则热运动不断撞击器壁的结果
B．等温压缩过程中，气体压强增大是因为单个气体分子每次碰撞器壁的平均冲力增大
C．同一温度下，速率很大和速率很小的分子数目相对较少，速率分布至现“中间多、两头少”的特征
D．温度升高时，气体中某些分子的速率可能反而减小
6．一定质量的氧气分子在温度T1和T2时，各速率区间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所示，已知T1A．曲线I对应的氧气温度为T2
B．曲线Ⅱ对应的氧气分子平均动能较大
C．曲线Ⅱ对应的氧气分子动能较小
D．从图可以得到任意速率区间的氧气分子数
7．下面关于气体压强的说法正确的是（ ）
①气体对器壁产生的压强是由于大量气体分子频繁碰撞器壁而产生的
②气体对器壁产生的压强等于作用在器壁单位面积上的平均作用力
③从微观角度看，气体压强的大小跟气体分子的平均速率和分子密集程度有关
④从宏观角度看，气体压强的大小跟气体的温度和体积有关
A．只有①③对 B．只有②④对 C．只有①②③对 D．①②③④都对
8．水银气压计中混入了一些气泡，上升到水银柱的上方，使水银柱上方不再是真空，气压计的读数跟实际大气压存在一定的误差。下列情况（或操作）可减小这一误差（　　）
A．大气压强相同，环境温度较高
B．环境温度相同，大气压强较大
C．环境相同，玻璃管稍稍向上提一些
D．环境相同，玻璃管稍稍向一侧倾斜一些
二、多选题
9．关于分子动理论和热力学定律，下列说法正确的是___________
A．当某一密闭容器自由下落时，因完全失重，容器内密封的气体压强会变为零
B．当物体运动的速度增大时，物体的内能一定增大
C．地球周围大气压强的产生是由于地球对大气的万有引力
D．当分子距离在一定范围内变大时，分子力可能增大
E．布朗运动不是分子无规则热运动
10．一定质量的理想气体在温度为和时，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的实线和虚线所示。下列说法正确的是__________。
A．
B．理想气体的温度从变为时，其内能增加
C．图中曲线下方的面积表示对应速率区间的气体分子数目在总分子数中所占的比例
D．理想气体的温度从变为时，每个气体分子的速率都增加
E．理想气体的温度从变为时，若其体积膨胀，则理想气体一定从外界吸热
11．关于热现象，下列说法中正确的是（ ）
A．对于一定质量的理想气体，当分子间的平均距离变大时，压强不一定变小
B．气体吸热后温度一定升高
C．气体温度每升高1K所吸收的热量与气体经历的过程有关
D．质量和温度都相同的气体，内能一定相同
E．自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的
12．下列说法中正确的是（　　）
A．当分子间的引力和斥力平衡时，分子势能最小
B．分子热运动就是布朗运动
C．当分子力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的增大而减小
D．气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数与单位体积内的分子数和温度有关
E．温度相同的物体分子动能都相等
三、解答题
13．气体实验定律中温度、体积、压强在微观上分别与什么相关？
14．2018年2月8日，在某高速公路发生一起车祸，车祸系轮胎爆胎所致．已知汽车行驶前轮胎内气体压强为2.5atm，温度为27℃，爆胎时胎内气体的温度为87℃，轮胎中的空气可看作理想气体
（1）求爆胎时轮胎内气体的压强；
（2）从微观上解释爆胎前胎内压强变化的原因；
（3）爆胎后气体迅速外泄，来不及与外界发生热交换，判断此过程胎内原有气体内能如何变化？简要说明理由．
15．夏天停放在太阳底下暴晒的自行车容易“爆胎”。某同学为了防止“爆胎”，给车胎打的气总是比冬天稍少一些。试用分子动理论的观点解释“爆胎”现象，分析该同学这样做的道理。
参考答案：
1．B
【详解】A．因为永不停息地做无规则运动，所以分子之间避免不了相互碰撞。故A错误；
B．温度是分子的平均动能的标志，气体分子运动的平均速率与温度有关，气体分子的平均速率随温度升高而增大，故B正确；
C．牛顿运动定律是宏观定律，不能用它求得微观分子的运动速率。故C错误；
D．气体分子的速率分布是“中间多、两头少”与温度是否升高无关。故D错误。
故选B。
2．D
【详解】A．理想气体就是设想为分子间不存在相互的作用力．而分子势能就是因分子之间的相互作用力而具有的能．假设为没有作用力了，那么也就不存在分子势能了．A错
B．理想气体没有分子势能．B错
C．一定质量的理想气体内能仅跟温度有关．C错
D．一定质量的理想气体内能仅跟温度有关．D对
【点睛】理想气体就是设想为分子间不存在相互的作用力．
3．D
【详解】A．密闭容器中的氢气质量不变，分子个数不变，根据
可知当体积增大时，单位体积内分子个数变少，分子的密集程度变小，故A错误；
B．气体压强产生的原因是大量气体分子对容器壁的持续的、无规则撞击产生的；压强增大并不是因为分子间斥力增大，故B错误；
C．普通气体在温度不太低，压强不太大的情况下才能看作理想气体，故C错误；
D．温度是气体分子平均动能的标志，大量气体分子的速率呈现“中间多，两边少”的规律，温度变化时，大量分子的平均速率会变化，即分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化，故D正确。
故选D。
4．D
【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正确；
BC．气体温度越高，分子无规则运动越剧烈，分子的平均速率越大，大速率的分子所占的百分比越大，故虚线对应的温度较低，图中实线对应于氧气分子在100℃时的情形，故B、C正确；
D．由图中0～400m/s区间图线下的面积可知，0℃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，故D错误。
本题选择错误的，故选D。
5．B
【详解】A．气体对容器的压强是大量气体分子做不规则热运动不断撞击器壁的结果，A正确，不符合题意；
B．等温压缩过程中，气体压强增大是因为体积减小，密度增大，同一时间有更多气体分子撞击器壁的结果，B错误，符合题意；
C．同一温度下，速率很大和速率很小的分子数目相对较少，速率分布至现“中间多、两头少”的特征，C正确，不符合题意；
D．温度升高时，大量气体分子的平均速率增加，但气体中某些分子的速率可能反而减小，D正确，不符合题意。
故选B。
6．B
【详解】A．一定质量的氧气分子，温度越高时，速率大的分子所占比例大，故曲线I对应的氧气温度为T1，故A错误；
B．曲线Ⅱ对应的速率大的分子所占比例大，温度较大，分子平均动能较大，故B正确；
C．分子数一定，曲线Ⅱ对应的氧气分子平均动能较大，则曲线Ⅱ对应的氧气分子动能较大，故C错误；
D．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B。
7．D
【详解】①气体压强的产生机理是：由于大量的气体分子频繁、持续地碰撞器壁而对器壁产生了持续的压力，①正确；
②单位时间内作用在器壁单位面积上的平均作用力的大小在数值上等于气体压强，②正确；
③从微观的角度看，气体分子的平均速率越大，单位体积内的气体分子数越多，气体对器壁的压强就越大，即气体压强的大小与气体分子的平均速率和分子的密集程度有关，③正确；
④从宏观的角度看，温度越高，分子的平均速率越大，分子的平均动能越大体积越小，单位时间内的气体分子数越多，分子对器壁的碰撞越频繁，气体对器壁的压强就越大，否则压强就越小，④正确。
故选D。
8．C
【详解】设大气压强为，水银柱上端气体压强为，水银柱压强为，平衡时有
所以当上端气体压强越小时，气压计的读数误差越小。
A．大气压强相同，环境温度较高，上端气体压强会越大，误差越大，A错误；
B．环境温度相同，大气压强较大，水银柱会压缩上端气体，导致气体压强变大，误差越大，B错误；
C．环境相同，玻璃管稍稍向上提一些，水银柱会下降，上端气体体积增大，压强减小，误差越小，C正确；
D．环境相同，玻璃管稍稍向一侧倾斜一些，水银柱上升，上端气体被压缩，压强变大，误差越大，D错误。
故选C。
9．CDE
【详解】A.封闭气体压强是因为大量气体分子频繁对器壁撞击产生的，当容器自由落体，但内部分子仍在无规则运动，所以气体压强仍存在，A错误
B.物体的内能等于所有分子的动能加上所有分子的势能，分子平均动能与温度有关，势能与体积有关，当物体宏观速度增大时，温度和体积不一定变，因此内能不一定变大，B错误
C.大气压强产生的原因，就是因为地球对大气的万有引力作用在地球表面产生的，C正确
D.当分子间距从开始变大时，分子力逐渐增大，后逐渐减小，所以D正确
E.布朗运动是悬浮微粒的运动，不是分子的无规则运动，E正确
10．ACE
【详解】A．温度升高时，分子热运动的平均动能和平均速率增加，实线波峰值对应的速率大于虚线波峰值对应的速率，所以，A正确；
B．一定质量的理想气体，其内能仅由温度决定，当温度从变为时，温度减小，内能减小，故B错误；
C．正态曲线下方的面积表示对应部分在总数中所占的比例，C正确；
D．微观粒子的行为具有随机性，温度升高时，并不是所有分子的速率都增加，D错误；
E．理想气体的温度从变为时，内能增加，而体积膨胀时气体对外做功，要保证内能增加，必然从外界吸热，E正确。
故选ACE。
11．ACE
【详解】A．对于一定质量的理想气体，当分子间的平均距离变大时，气体体积变大，但气体的温度可能也变大，压强不一定变小，A正确；
B．根据热力学定律，气体吸热后如果对外做功，则温度不一定升高，B错误；
C．气体温度升高过程吸收的热量要根据气体升温过程是否伴随做功来决定，C正确；
D．气体的内能由物质的量、温度决定，质量和温度都相同的气体，内能可能不同，D错误；
E．根据热力学第二定律可知，自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的，E正确。
故选ACE。
12．ACD
【详解】A. 当分子间的引力和斥力平衡时，分子势能最小，A正确；
B. 分子热运动不是布朗运动，布朗运动是悬浮在液体或气体中颗粒的运动，B错误；
C. 当分子力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的增大而减小，C正确；
D. 气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数与单位体积内的分子数和温度有关，D正确；
E. 温度相同的物体分子平均动能都相等，E错误。
故选ACD。
13．见解析
【详解】在微观上，气体的温度决定气体分子的平均动能，体积决定分子的数密度，而分子的平均动能和分子数密度决定气体的压强．
14．(1) 3 atm (2) 气体体积不变，分子密集程度不变，温度升高，分子平均动能增大，气体压强增大，超过轮胎承受的极限，造成爆胎． (3) 气体膨胀对外做功，但是没有吸收或者放出热量，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q得ΔU＜0，内能减少．
【详解】试题分析：气体发生等容变化，应用查理定律可以求出气体的压强；气体压强与分子的平均动能与分子数密度决定，应用分子动理论分析答题．
气体作等容变化，p1＝2.5 atm，T1＝(27＋273)K T2＝(87＋273)K
由查理定律得：
解得：p2＝3 atm．
(2)气体体积不变，分子密集程度不变，温度升高，分子平均动能增大，气体压强增大，超过轮胎承受的极限，造成爆胎．
(3)气体膨胀对外做功，但是没有吸收或者放出热量，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q得ΔU＜0，内能减少．
点睛：本题主要考查了求气体的压强、应用分子动理论解释气体状态变化原因，应用查理定律与分子动理论即可正确解题．
15．见解析
【详解】夏天比冬天容易爆胎的原因是夏天温度高，分子运动剧烈，温度越高，分子运动越剧烈，分子内能增大，同时，在炎热的夏天，分子的间隔随着温度的升高而增大，气体体积膨胀，轮胎中气体分子之间间隔变大，容易爆胎。夏天给车胎打气比冬天少一些，可以减小气体分子个数，减少内能，以减少爆胎的次数。