单元检测卷(1) 分子动理论与气体实验定律-【金版新学案】2024-2025学年高中物理选择性必修3同步课堂高效讲义配套练习（鲁科版2019）

单元检测卷(一)　分子动理论与气体实验定律 (90分钟　100分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) 一、单项选择题(本题共8小题，每小题3分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。) 1．(2023·上海长宁区期中)已知标准状态下气体的摩尔体积VA＝22.4 L/mol，阿伏伽德罗常数NA＝6.02×1023 mol－1，估算标准状态下，1 cm3气体中的分子数最接近(　　) A．2.7×1018个 B．2.7×1019个 C．2.7×1020个 D．2.7×1021个 B　[1 cm3等于0.001 L，在标准状态下，空气的摩尔体积为22.4 L/mol，故0.001 L的气体的物质的量为n＝ mol＝4.5×10－5 mol，分子数N＝nNA＝2.7×1019，选项B正确。] 2．下列说法正确的是(　　) A．温度标志着物体内大量分子热运动的剧烈程度 B．内能是物体中所有分子热运动所具有的动能的总和 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 A　[温度是分子平均动能的宏观表现，温度越高，分子热运动越剧烈，选项A正确；物体的内能是物体内所有分子热运动的动能和分子势能之和，选项B错误；气体压强与温度和体积有关，体积大小影响分子密度，选项C错误；气体温度降低，分子平均动能一定减小，选项D错误。] 3.(2022·湖北十堰期末)如图所示，一定质量的理想气体由状态A变化到状态B，该过程中气体的密度(　　) A．先变大后变小 B．先变小后变大 C．一直变大 D．一直变小 D　[由图像可知，一定质量的理想气体由状态A变化到状态B，气体温度不变，气体压强减小，根据玻意耳定律可知，体积逐渐增大，由密度公式ρ＝可知，密度一直减小，选项D正确。] 4．关于布朗运动和扩散现象，下列说法中正确的是(　　) A．布朗运动和扩散现象都可以在气、液、固体中发生 B．布朗运动和扩散现象都是固体小颗粒的运动 C．布朗运动和扩散现象都是温度越高越明显 D．布朗运动和扩散现象都说明物体在不停地运动 C　[扩散现象在固、液、气体中都能发生，但布朗运动只能发生在气体或液体中，A错误；扩散现象是分子的运动，而布朗运动是固体颗粒的运动，B错误；温度越高，分子运动越剧烈，扩散现象越显著，同时液体或气体分子对固体颗粒的撞击力越大，颗粒的不平衡性越明显，布朗运动越显著，C正确；布朗运动和扩散现象都说明分子在永不停息地做无规则热运动，D错误。] 5.如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于z轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示。f>0为斥力，f<0为引力。A、B、C、D为x轴上四个特定的位置，现把乙分子从A处由静止释放，选项中四个图分别表示乙分子的速度、加速度、势能、动能与两分子间距离的关系，其中大致正确的是(　　) B　[乙分子的运动方向始终不变，即速度没有正负的转换，故A错误；加速度与力成正比，方向相同，故B正确；乙分子势能不可能增大到正值，故C错误；乙分子动能不可能为负值，故D错误。] 6.(2023·山东淄博模拟)研究表明，新型冠状病毒耐寒不耐热，温度在超过56 ℃时，30分钟就可以灭活，如图所示，含有新型冠状病毒的气体被轻质绝热活塞封闭在绝热气缸下部a内，气缸顶端有一绝热阀门K，气缸底部接有电热丝E，气缸的总高度h＝90 cm。a缸内被封闭气体的初始温度t1＝27 ℃，活塞与底部的距离h1＝60 cm，活塞和气缸间的摩擦不计，T＝t＋273 K。若阀门K始终打开，电热丝通电一段时间，稳定后活塞与底部的距离h2＝66 cm，关于上述变化过程，下列说法正确的是(　　) A．b气缸中逸出的气体占原b气缸中气体的 B．a气缸中单位时间内撞击单位面积气缸壁的分子数不变 C．稳定后，a气缸内的气体温度为50 ℃ D．稳定后，保持该温度不变再持续30分钟，a气缸内的新型冠状病毒能够被灭活 D　[b气缸内的气体做等压变化，当活塞向上移动Δh＝h2－h1＝6 cm时，b气缸就会逸出6 cm高的气体，故b气缸中逸出的气体占原b气缸中气体的，A错误；a气缸内气体压强不变，体积增大，则单位时间内撞击单位面积气缸壁的分子数减小，B错误；a气缸内气体做等压变化，初态体积V1＝h1S，温度T1＝300 K，末态体积V2＝h2S，温度为T2，根据盖—吕萨克定律可知＝，解得T2＝330 K，即t2＝(330－273) ℃＝57 ℃，C错误；温度在超过56 ℃时，30分钟就可以灭活新型冠状病毒，D正确。] 7.如图所示，一根上细下粗，粗端与细端都粗细均匀的玻璃管上端开口、下端封闭，上端足够长，下端(粗端)中间有一段水银封闭了一定质量的理想气体。现对气体缓慢加热，气体温度不断升高，水银柱上升，则被封闭气体体积和热力学温度的关系最接近下列哪个图像(　　) A　[气体缓慢加热的过程中，水银柱缓慢上升；刚开始，水银柱完全处在下端，气体的压强p1＝p0＋ρgh1保持不变，气体经历等压变化，此时V­T图像是正比例函数图像，斜率k1∝；最终水银柱将完全处在上端，同理，此时气体的压强p2＝p0＋ρgh2保持不变，气体经历等压变化，此时V­T图像也是正比例函数图像，斜率k2∝，显然，h1<h2，p1<p2，所以k1>k2，选项B、C可排除；在水银柱经过粗细交接部位时，水银柱的长度由h1逐渐增大到h2，气体的压强也由p1逐渐增大到p2，气体的体积和温度也均在变化，显然，该过程不是等容过程，选项D错误。故正确选项为A。] 8．某自行车轮胎的容积为V，里面已有压强为p0的空气，现在要使轮胎内的气压增大到p，设充气过程为等温过程，空气可看成理想气体，轮胎容积保持不变，则还要向轮胎充入温度相同、压强也是p0的空气的体积为(　　) A． B．V C．(＋1)V D．(－1)V D　[气体做等温变化，设充入体积为V1的气体，则有p0V＋p0V1＝ρV，解得V1＝V＝(－1)V，故D正确，A、B、C错误。] 二、多项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。) 9．如图所示，质量为M、导热性能良好的气缸由一根平行于斜面的细线系在光滑斜面上。气缸内有一个质量为m的活塞，活塞与气缸壁之间无摩擦且不漏气。气缸内密封有一定质量的理想气体。如果大气压强增大(温度不变)，则(　　) A．气体的体积减小 B．细线的张力增大 C．气体的压强增大 D．斜面对气缸的支持力增大 AC　[设大气压强为p0，封闭气体压强为p，活塞面积为S，斜面倾角为θ，对活塞由受力平衡得pS＝p0S－mg sin θ，故当p0增大时，p增大，由玻意耳定律得，气体体积减小，故选项A、C正确；对于封闭气体和气缸及活塞所组成的整体受力平衡可知，细线的拉力、斜面对气缸的支持力与大气压强的变化没有关系，即细线的张力、斜面对气缸的支持力不变，故选项B、D错误。] 10.(2023·山东日照模拟)如图所示，蹦蹦球是儿童喜爱的一种健身玩具。晓倩和同学们在室外玩了一段时间的蹦蹦球之后，发现球内气压不足，已知当时室外温度为－3 ℃，此时球内气体的体积为2 L，压强为2 atm。于是她将球拿到室内放置了足够长的一段时间，再用充气筒给蹦蹦球充气，室内温度为27 ℃，充气筒每次给它充入体积为0.4 L、压强为1 atm的室内空气(可视为理想气体)，不考虑整个过程中蹦蹦球体积的变化和充气过程中气体温度的变化，球内气体视为理想气体，T＝t＋273 K，则下列说法正确的是(　　) A．球在室内充气前与在室外相比，球内壁单位面积上受到气体分子的撞击力不变 B．充气前球内气体的压强为 atm C．在室内，蹦蹦球充气过程中温度不变，则球内气体的内能不变 D．晓倩把球内气体的压强充到4 atm以上，至少需要充气9次 BD　[球在室内放置了足够长的一段时间，内部气体的温度升高，分子的平均动能增大，则球在室内充气前与在室外相比，球内壁单位面积上受到气体分子的撞击力增大，A错误；充气前球内气体做等容变化，根据查理定律可得＝，即＝，解得p1＝ atm，即充气前球内气体的压强为 atm，B正确；在室内，蹦蹦球充气过程温度不变，但球内气体的质量增大，分子数增多，所以球内气体的内能增加，C错误；设晓倩把球内气体的压强充到4 atm时，充气n次，根据玻意耳定律得np2V2＋p1V＝pV，解得n＝8.89，所以晓倩把球内气体的压强充到4 atm以上，至少需要充气9次，D正确。] 11．如图所示，两端开口的弯管，左管插入水银槽中，右管有一段高为h的水银柱，中间封有一段空气，则(　　) A．弯管左管内外水银面的高度差为h B．若把弯管向上移动少许，则管内气体体积增大 C．若把弯管向下移动少许，则右管内的水银柱沿管壁上升 D．若环境温度升高，则右管内的水银柱沿管壁上升 ACD　[对右管中的水银分析知，管中气体压强比大气压强高h cmHg，所以弯管左管内外水银面的高度差为h，故A正确；弯管上下移动，封闭气体温度和压强不变，体积不变，故B错误；封闭气体温度和压强不变，体积不变，所以弯管向下移动少许，则右管内的水银柱沿管壁上升，故C正确；环境温度升高，封闭气体压强不变，封闭气体体积增大，则右管内的水银柱沿管壁上升，故D正确。] 12．下列图像与实际不相符的是(　　) AD　[温度越高，则速率较大的分子所占的百分比越大，故A图像不符合实际；气体由状态A变化到B的过程中，pV先增大后减小，则气体的温度先升高后降低，故气体分子平均动能先增大后减小，选项B正确；当r＝r0时分子力表现为零，分子引力和斥力都随分子间距离增大而减小，选项C正确；根据＝C可知，气体的等容变化图像应该过热力学温度的零点，图像D不符合实际。故选A、D。] 三、非选择题(共6小题，共60分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位) 13．(6分)利用油膜法估测分子的大小实验时，现有按体积比为n∶m配制好的油酸酒精溶液置于容器中，还有一个充入约2 cm深水的浅盘，一支滴管，一个量筒。 请补充下述估测分子大小的实验步骤： (1)______________。(需测量的物理量用字母表示) (2)用滴管将1滴油酸酒精溶液滴入浅盘，等油酸薄膜稳定后，将薄膜轮廓描绘在坐标纸上，如图所示(已知坐标纸上每个小方格面积为S，求油膜面积时，半个以上方格面积记为S，不足半个舍去)，则油膜面积为____________。 (3)估算油酸分子直径的表达式为d＝________。 解析：　(1)用滴管向量筒内加注N滴油酸酒精溶液，读其体积V。 (2)由图可查得面积为105S。 (3)1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为V′＝×， 油膜面积S′＝105S，由d＝，得d＝。 答案：　(1)见解析　(2)105S　(3) 14．(8分)用DIS研究一定质量的气体，在温度不变时，压强与体积关系的实验装置如图所示，实验步骤如下： ①把注射器活塞移至注射器中间位置，将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接； ②移动活塞，记录注射器的刻度值V，同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p； ③用V­图像处理实验数据，得出如图所示图线。 (1)为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是____________________； (2)为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是______________________和____________________________； (3)如果实验操作规范正确，但如图所示的V­图线不过原点，则V0代表____________。 解析：　(1)通过涂润滑油可使注射器不漏气。 (2)缓慢移动活塞是为了有足够的时间使封闭气体与外界热交换，不能用手握住注射器封闭气体部分也是为了不使手上的热量传递给气体。 (3)注射器与压强传感器连接部位有气体，从而使图线不过原点。 答案：　(1)在注射器活塞上涂润滑油 (2)移动活塞要缓慢　不能用手握住注射器封闭气体部分 (3)注射器与压强传感器连接部位的气体体积 15.(9分)(海南高考)如图，一封闭的圆柱形容器竖直放置在水平地面上，一重量不可忽略的光滑活塞将容器内的理想气体分为A、B两部分，A体积为VA＝4.0×10－3 m3，压强为pA＝47 cmHg；B体积为VB＝6.0×10－3 m3，压强为pB＝52 cmHg。现将容器缓慢转至水平，气体温度保持不变，求此时A、B两部分气体的体积。 解析：　设容器缓慢转至水平时A、B两部分气体的压强为p， 由气体的等温变化可得 对于A：pAVA＝pVA′ 对于B：pBVB＝pVB′＝p(VA＋VB－VA′) 代入数值可得VA′＝3.76×10－3m3，VB′＝6.24×10－3 m3。 答案：　3.76×10－3 m3　6.24×10－3 m3 16.(11分)如图所示，横截面积为S的气缸导热性能良好、内壁光滑，气缸上端开口，有一阀门K连接进气口。原长2l、劲度系数k＝的轻弹簧一端固定在气缸底部，另一端连接质量为m＝的活塞，外界大气压强p0已知。现气缸内封闭一定质量的空气，此时活塞距气缸底部的距离为。 (1)求气缸中气体的压强p1。 (2)进气口连接打气筒，打开阀门K，给气缸缓慢打气，每次打入气体压强为p0、体积为V＝，为使气缸中弹簧恢复原长，需要打气几次？(设环境温度不变，打入的气体及气缸内已有的气体均可视为理想气体) 解析：　(1)对活塞受力分析如图所示： 根据平衡条件有mg＋p0S＝p1S＋k 解得p1＝p0。 (2)设弹簧恢复原长时气缸内气体的压强为p2 根据平衡条件有mg＋p0S＝p2S 可得p2＝2p0 设打气筒打气n次，对于打入的气体及气缸内原有的气体有p1·Sl＋np0V＝p2·2Sl 解得n＝28，故需要打气28次。 答案：　(1)p0　(2)28次 17.(12分)(2023·湖北宜昌一中、龙泉中学联考)如图为某高压锅结构示意图，锅盖上有两个气孔，气孔1使锅内与外界连通，此时锅内气体的压强与外界大气压强相等。当锅内温度达到40 ℃时，气孔1会封闭，将锅内、外隔离，若锅内温度继续升高，锅内气体压强增大，当压强增大到设计的最大值时，气体会顶起气孔2上的限压阀。已知限压阀的质量为20 g，气孔2的横截面积为8 mm2，锅的容积为0.04 m3。在锅内放入20 ℃、极少量的水，然后盖好锅盖加热，水全部汽化后气孔1封闭。则：(气体可视为理想气体，大气压强p0＝1.0×105 Pa，g＝10 m/s2，T＝t＋273 K) (1)气孔2上的限压阀被顶起时，锅内气体的温度是多少？ (2)从气孔1封闭到温度升到120 ℃，求漏出的气体与气孔1封闭时锅内气体的质量比。 解析：　(1)气体在气孔1封闭到气孔2上的限压阀被顶起的过程中， 根据查理定律得＝ 限压阀受力平衡，有p2S0＝p0S0＋mg 又T1＝(273＋40) K＝313 K，p1＝p0 解得T2＝391.25 K，t2＝118. 25 ℃。 (2)密封的气体在限压阀被顶起至升温到120 ℃的过程中进行等压变化，根据盖—吕萨克定律，有 ＝ ΔV＝V3－V2 漏出气体的质量占气孔1封闭后锅内气体总质量的百分比＝ 解得＝0.45%。 答案：　(1)118.25 ℃　(2)0.45% 18．(14分)(2020·山东物理)中医拔罐的物理原理是利用玻璃罐内外的气压差使罐吸附在人体穴位上，进而治疗某些疾病。常见拔罐有两种，如图所示，左侧为火罐，下端开口；右侧为抽气拔罐，下端开口，上端留有抽气阀门。使用火罐时，先加热罐中气体，然后迅速按到皮肤上，自然降温后火罐内部气压低于外部大气压，使火罐紧紧吸附在皮肤上。抽气拔罐是先把罐体按在皮肤上，再通过抽气降低罐内气体压强。某次使用火罐时，罐内气体初始压强与外部大气压强相同，温度为450 K，最终降到300 K，因皮肤凸起，内部气体体积变为罐容积的。若换用抽气拔罐，抽气后罐内剩余气体体积变为抽气拔罐容积的，罐内气压与火罐降温后的内部气压相同。罐内气体均可视为理想气体，忽略抽气过程中气体温度的变化。求应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值。 解析：　设火罐内气体初始状态参量分别为p1、T1、V1，温度降低后状态参量分别为p2、T2、V2，罐的容积为V0，由题意知p1＝p0、T1＝450 K、V1＝V0、T2＝300 K、V2＝ 由理想气体状态方程得＝ 代入数据得p2＝0.7p0 对于抽气罐，设初态气体状态参量分别为p3、V3，末态气体状态参量分别为p4、V4，罐的容积为V0′，由题意知p3＝p0、V3＝V0′、p4＝p2 由玻意耳定律得p0V0′＝p2V4 代入数据得V4＝V0′ 设抽出的气体的体积为ΔV，由题意知ΔV＝V4－V0′ 故应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值为＝ 代入数据得＝。 答案：　 学生用书第37页 学科网（北京）股份有限公司 $$