- 分子动理论:内能
- 共5581题
某气体在T1、T2两种不同温度下的分子速率分布图象如图所示,纵坐标f(υ)表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比,横坐标υ表示分子的速率.可见,T1______T2(选填“>”或“<”),温度升高,分子的平均速率______(选填“增大”或“减小”).
正确答案
<
增大
解析
解:气体的分子的运动的统计规律:中间多,两头少;
温度高,最可几速率向速度较大的方向移动;
故T1<T2;
温度升高,分子热运动的平均动能增加,故平均速率增加;
故答案为:<,增大.
下列叙述正确的是( )
正确答案
解析
解:A、水的摩尔质量=水分子的质量×阿伏伽德罗常数,知道水的摩尔质量和水分子的体积,不可以计算出阿伏伽德罗常数,故A错误;
B、单个分子的热运动是无规律的,大量分子的无规则运动遵循一定的统计规律,故B正确;
C、物体的内能包括所有分子热运动的动能和分子势能,与物体的运动速度无关,故C错误;
D、当物体温度升高时,分子热运动的平均动能增加,但不是每个分子运动都加快,故D错误;
故选:B.
(1)如图1所示描绘一定质量的氧气分子分别在0℃和100℃两种情况下速率分布情况,符合统计规律的是______.
(2)如图2所示是岩盐的平面结构,实心点为氯离子,空心点为钠离子,如果将它们用直线连起来,将构成一系列大小相同的正方形.岩盐是______(选填“晶体”或“非晶体”).固体岩盐中氯离子是______(选填“运动”或“静止”)的.
(3)如图3所示,一定质量的理想气体先从状态A经等容过程到状态B,再经等压过程到状态C.在状态C时气体的体积V=3.0×10-3m3,温度与状态A相同.求气体:
①在状态B时的体积;
②在整个过程中放出的热量.
正确答案
解:(1)A、B、温度是分子热运动平均动能的标志,温度越高,平均动能越大,故平均速率越大,故A正确,B错误;
C、D、分子总数目是一定的,故图线与横轴包围的面积是100%,故两个图线与横轴包围的面积是相等的,故C错误,D错误;
故选:A.
(2)岩盐分子按一定规律排列,分子构成一系列大小相同的正方形,则岩盐是晶体;
固体岩盐中氯离子是运动的;
(3)①由题,气体由状态B到状态C,发生了等压过程,根据查理定律得
则 VB==
=5×10-3m3
②由题,A、C两状态温度,则气体的内能相同,即有△U=0.
A→B过程,气体发生了等容变化,体积不变,气体不做功;
B→C过程,气体的体积减小,外界对气体做功为:W=P△V=P(VB-VC)=3×105(5-3)×10-3J=600J
根据热力学第一定律△U=Q+W
得Q=△U-W=0-600J=-600J.
即在整个过程中放出的热量600J.
故答案为:(1)A;(2)晶体;运动;(3)①在状态B时的体积是5×10-3m3;②在整个过程中放出的热量是600J.
解析
解:(1)A、B、温度是分子热运动平均动能的标志,温度越高,平均动能越大,故平均速率越大,故A正确,B错误;
C、D、分子总数目是一定的,故图线与横轴包围的面积是100%,故两个图线与横轴包围的面积是相等的,故C错误,D错误;
故选:A.
(2)岩盐分子按一定规律排列,分子构成一系列大小相同的正方形,则岩盐是晶体;
固体岩盐中氯离子是运动的;
(3)①由题,气体由状态B到状态C,发生了等压过程,根据查理定律得
则 VB==
=5×10-3m3
②由题,A、C两状态温度,则气体的内能相同,即有△U=0.
A→B过程,气体发生了等容变化,体积不变,气体不做功;
B→C过程,气体的体积减小,外界对气体做功为:W=P△V=P(VB-VC)=3×105(5-3)×10-3J=600J
根据热力学第一定律△U=Q+W
得Q=△U-W=0-600J=-600J.
即在整个过程中放出的热量600J.
故答案为:(1)A;(2)晶体;运动;(3)①在状态B时的体积是5×10-3m3;②在整个过程中放出的热量是600J.
汽车行驶时轮胎的胎压太高容易造成爆胎事故,太低又会造成耗油量上升.已知某型号轮胎能在-40℃~90℃正常工作,为使轮胎在此温度范围内工作时的最高胎压不超过3.5atm,最低胎压不低于1.6atm.设轮胎容积不变,气体视为理想气体,请计算和回答:
①在t=20℃时给该轮胎充气,充气后的胎压在什么范围内比较合适?
②为什么汽车在行驶过程中易爆胎,爆胎后胎内气体的内能怎样变化?说明理由.
正确答案
解:①由于轮胎容积不变,轮胎内气体做等容变化.设在T0=293 K充气后的最小胎压为pmin,最大胎压为pmax.依题意,
当T1=233 K时胎压为p1=1.6 atm.根据查理定律有
即 =
解得pmin=2.01 atm
当T2=363 K时胎压为p2=3.5 atm.根据查理定律有
即 =
,解得pmax=2.83 atm.
所以胎压在20℃时的合适范围是2.01 atm~2.83 atm
②汽车在行驶过程中,由于轮胎与路面的摩擦,致使胎内气体温度升高,压强变大,易爆胎;爆胎后,胎内气体一方面由于温度降低而放热,另一方面气体膨胀对外做功,根据热力学定律知,其内能减少.
答:①在t=20℃时给该轮胎充气,充气后的胎压在2.01 atm~2.83 atm范围内比较合适;
②汽车在行驶过程中,由于轮胎与路面的摩擦,致使胎内气体温度升高,压强变大,易爆胎;爆胎后,胎内气体一方面由于温度降低而放热,另一方面气体膨胀对外做功,根据热力学定律知,其内能减少.
解析
解:①由于轮胎容积不变,轮胎内气体做等容变化.设在T0=293 K充气后的最小胎压为pmin,最大胎压为pmax.依题意,
当T1=233 K时胎压为p1=1.6 atm.根据查理定律有
即 =
解得pmin=2.01 atm
当T2=363 K时胎压为p2=3.5 atm.根据查理定律有
即 =
,解得pmax=2.83 atm.
所以胎压在20℃时的合适范围是2.01 atm~2.83 atm
②汽车在行驶过程中,由于轮胎与路面的摩擦,致使胎内气体温度升高,压强变大,易爆胎;爆胎后,胎内气体一方面由于温度降低而放热,另一方面气体膨胀对外做功,根据热力学定律知,其内能减少.
答:①在t=20℃时给该轮胎充气,充气后的胎压在2.01 atm~2.83 atm范围内比较合适;
②汽车在行驶过程中,由于轮胎与路面的摩擦,致使胎内气体温度升高,压强变大,易爆胎;爆胎后,胎内气体一方面由于温度降低而放热,另一方面气体膨胀对外做功,根据热力学定律知,其内能减少.
模块3.3试题
(I)(4分)下列说法正确的是 (填入正确选项前的字母,每选错一个扣2分,最低得分为0分)
E.有些晶体在一定的条件下可以转化为非晶体
F.液体表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离小
(II)(8分)如图所示装置为火灾报警器的部分原理图:试管中装入水银,当温度升高时,水银柱上升,使电路导通,蜂鸣器发出响声。在27℃时,下端封闭的空气柱长度L。为20cm,水银上表面与导线端点的距离L2z为l0cm,管内水银柱的长度h为8cm,大气压强Po=75cmHg,则
(1)当温度达到多少报警器会报警?
(2)如果再往玻璃管内注入H=8cm高的水银柱,该装置可在多少温度时报警?
正确答案
(I)BDE
(II)(1)
(2)
(I)BDE (选对一个给1分,最高得分4分,选每选错一个扣2分,最低得分为0分)
(II)(1)以被封闭气体为研究对象,依据题意,设试管截面积为S
状态1:
1分
状态2:
1分
由于气体作等压变化。根据盖吕萨克定律可知:
1分
可得 1分
(2)设报警温度为T3
状态3:
2分
由理想气态方程可知: 1分
可得: 1分
风力发电作为一种无污染、低成本的电力产业,发展前景广阔.我国风力资源丰富,到2000年底,我国风力发电机的总装机容量已达264万千瓦.风力发电的原理是利用风推动叶轮转动,将风的动能转化为叶轮的动能,再将叶轮的动能转化为电能.
(1)设空气的密度为ρ,叶轮每个车叶的长度均为L,正对叶轮的水平风速为v,整个发电机的效率为η,那么每台发电机发出的电功率P=_____________.
(2)我国研制Wd646型风力发电机,每个车叶的长度L="22" m,当风速达到v="15" m/s时,其输出的电功率可达P="600" kW.求该风力发电机将风的动能转化为电能的总效率η.(空气密度ρ="1.29" kg/m3)
正确答案
(1)πρηL2v3 (2)18%
(1)在时间t内作用于风车的气流的质量m=ρV=ρπL2vt ①
这部分气流的动能
Ek=mv2 ②
由能的转化和守恒知获得的电能
E电=ηEk ③
由P= ④
由①②③④解之得:P=πρηL2v3.
②由①的结果可知效率
η==
=18%.
(1)根据分子动理论,对下列现象解释正确的是( )
(2)①一定质量的理想气体经历如图所示的状态变化,变化顺序为a→b→c→d,图中坐标轴上的符号p指气体压强,V指气体体积,ab线段延长线过坐标原点,cd线段与p轴垂直,da线段与轴垂直.气体在此状态变化过程中属于等温变化过程的是________,在b→c的变化过程中气体的内能________(填“增大”、“减小”或“不变”).
②现在轿车已进入普通家庭,为保证驾乘人员人身安全,汽车增设了安全气囊,它会在汽车发生一定强度的碰撞时,利用叠氮化钠(NaN3)爆炸时产生气体(假设都是N2)充入气囊,以保护驾乘人员.若已知爆炸瞬间气囊容量为70 L,氮气的密度ρ=1.25×102 kg/m3,氮气的平均摩尔质量M=0.028 kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023 mol-1,试估算爆炸瞬间气囊中N2分子的总个数N.(结果保留一位有效数字)
正确答案
(1)A (2)a→b 增大
(1)花香袭人是分子做无规则运动的结果,选项A正确;海绵容易压缩是因为海绵有许多小孔,选项B错;滴进水中的红墨水迅速散开说明分子永不停息地做无规则运动,选项C错;浑浊液静置后变澄清是因为颗粒受重力作用下沉,选项D错.
(2)①根据理想气体状态变化方程=C得p=T
,可知当温度不变时p-
是一条过原点的倾斜直线,所以a→b是等温变化.由p=T
可知图线的斜率表示温度的高低,所以b→c的过程中气体温度升高,又因为理想气体的内能只跟温度有关,所以内能增大.
②设N2气体物质的量为n,则n=
气体分子数N=NA
代入数据得N≈2×1026.
一滴油酸酒精溶液含质量为m的纯油酸,滴在液面上扩散后形成的最大面积为S.已知纯油酸的摩尔质量为M、密度为ρ,阿伏加德罗常数为NA.下列表达式正确的有
正确答案
BC
油酸分子的直径等于油膜的厚度,质量为m的油酸的体积,而
,因此
,B正确;油酸的分子数等于摩尔数与阿伏加德罗常数的乘积,因此有
,C正确。
试题以单分子油膜法测量分子直径的实验为背景,考查分子直径的计算、与阿伏加德罗常数相关的分子数的计算等知识点。与阿伏加德罗常数相关的微观计算中,注意阿伏加德罗常数是计算的桥梁,将宏观世界与微观世界联系起来,理解阿伏加德罗常数的意义至关重要。
(1)以下说法正确的是________.
a.水的饱和汽压随温度的升高而增大
b.扩散现象表明,分子在永不停息地运动
c.当分子间距离增大时,分子间引力增大,分子间斥力减小
d.一定质量的理想气体,在等压膨胀过程中,气体分子的平均动能减小
(2)如图所示,粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U型管竖直放置,右端与大气相通,左端封闭气柱长l1=20 cm (可视为理想气体),两管中水银面等高.现将右端与一低压舱(未画出)接通,稳定后右管水银面高出左管水银面h=10 cm.(环境温度不变,大气压强p0=75 cmHg)
①求稳定后低压舱内的压强(用“cmHg”作单位).
②此过程中左管内的气体对外界________(填“做正功”“做负功”或“不做功”),气体将________(填“吸热”或“放热”).
正确答案
(1)ab (2)①50 cmHg ②做正功 吸热
(1)饱和汽压随温度的升高而增大,选项a正确;扩散现象说明分子在永不停息地运动,选项b正确;当分子间距离增大时,分子间引力和斥力都减小,选项c错误;根据=C知,一定质量的理想气体,在等压膨胀时,温度升高,分子的平均动能增大,选项d错误.
(2)①设U型管横截面积为S,右端与大气相通时左管中封闭气体压强为p1,右端与一低压舱接通后,左管中封闭气体的压强为p2,气柱长度为l2,稳定后低压舱内的压强为p.左管中封闭气体发生等温变化,根据玻意耳定律得
p1V1=p2V2 ①
p1=p0 ②
p2=p+ph ③
V1=l1S ④
V2=l2S ⑤
由几何关系得h=2(l2-l1) ⑥
联立①②③④⑤⑥式,代入数据得p=50 cmHg. ⑦
②左管内气体膨胀,气体对外界做正功,温度不变,ΔU=0,根据热力学第一定律,ΔU=Q+W且W<0,所以Q=-W>0,气体将吸热.
利用所学的热学知识回答下列问题:
(1)我们知道分子热运动的速率是比较大的,常温下能达几百米/秒.将香水瓶盖打开后,离瓶较远的人,为什么不能立刻闻到香味呢?
(2)随着科学技术的不断发展,近几年来,也出现了许多新的焊接方式, 如摩擦焊接、爆炸焊接等.摩擦焊接是使焊件的两个接触面高速地向相反方向旋转,同时加上很大的压力(约每平方厘米加几千到几万牛顿的力),瞬间就焊接成一个整体了.试用所学知识分析摩擦焊接的原理.
正确答案
见解析
(1)分子热运动的速率虽然比较大,但分子之间的碰撞是很频繁的,由于频繁的碰撞使得分子的运动不再是匀速直线运动,香水分子从瓶子到鼻孔走过了一段曲折的路程,况且引起人的嗅觉需要一定量的分子,故将香水瓶盖打开后,离得较远的人不能立刻闻到香味.
(2)摩擦焊接是利用分子引力的作用.当焊件的两个接触面高速地向相反方向旋转且加上很大的压力时,可以使两个接触面上的大多数分子之间的距离达到分子力发生明显作用的范围,靠分子力的作用使这两个焊件成为一个整体.
(1)(8分)在做”用油膜法估测分子大小”的实验时,在实验中测得n个油滴的体积为V,则每个油滴的体积为 ,将一个油滴滴在水面上,形成的油膜的近似轮廓如图所示,图中正方形小方格的边长为l,则油膜的面积是___________。根据上述数据,估测出油分子的直径是________________。用这种方式估测出的结果,其分子直径的数量级约为 m。
(2)(8分) 某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒定律的实验:将打点计时器固定在光滑的长木板的一端,把纸带穿过打点计时器,连在小车A的后面。让小车A运动,小车B静止。在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥,如图甲,碰撞时撞针插入橡皮泥把两小车粘合成一体。他在安装好实验装置后,先接通电源然后轻推小车A,使A获得一定的速度,电磁打点计时器在纸带上打下一系列的点,已知电源频率为50Hz。
①实验中打出的纸带如图乙所示,并测得各计数点间距标在图上,则应选 段计算A的碰前速度;应选 段计算A和B碰后的共同速度(填BC、CD或DE)。
②已测得小车A的质量m1=0.20kg,小车B的质量m2=0.10kg,由以上测量结果可得:
碰前总动量= kg·m/s;碰后总动量= kg·m/s。(计算结果均保留三位有效数字)
正确答案
(1) (2分)
(2分)
(2分)
(2分)
说明:以上答案中取小方格的数目只要在50--60之间均可得分。
(2)BC (2分) DE(2分) 0.210 (2分) 0.209(2分)
说明:以上答案不符合有效数字要求的不给分,大小偏差在±0.005内的均可给分。
略
可燃冰是天然气的固体状态,深埋于海底和陆地永久冻土层中,它的主要成分是甲烷分子与水分子,是极具发展潜力的新能源。已知1m3可燃冰可释放164 m3的天然气(标准状况下),标准状况下1mol气体的体积为2.24×10–2 m3,阿伏加德罗常数取NA=6.02×1023mol-1。则1m3可燃冰所含甲烷分子数为多少?(结果保留一位有效数字)
正确答案
N=NA=×6.02×1023=4×1027
略
某冰箱冷藏室容积为V,已知此状态下空气的摩尔体积为Vmol,阿伏加德罗常数为NA,则该冷藏室内有 个空气分子,空气分子间的平均距离为 .
正确答案
含有空气的摩尔数为,分子个数为
,气体分子占有体积为
,设气体分子间距离为r,则
,分子间距离为
下列有关布朗运动的说法中,正确的是( )
正确答案
BC
影响布朗运动的因素有两个:悬浮粒子的大小和液体温度.液体温度越高,布朗运动越显著;悬浮粒子越小,布朗运动越显著.正确选项为B、C.
布朗运动是分子做无规则运动的有力证明,下面关于布朗运动的说法中正确的是
正确答案
CD
布朗运动指的是液体内悬浮固体颗粒的无规则运动,这些固体颗粒都是由成千上万个分子组成的,固体分子的运动我们是看不到的.但它的形成是由于液体分子在做无规则运动时对固体颗粒的碰撞不均匀而造成的,因此布朗运动是液体分子无规则运动的反映.
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