综合题(每小题15分，共90分)
1.(1)如图所示，某种自动洗衣机进水时，洗衣机缸内水位升高，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气(可视为理想气体)，通过压力传感器感知管中的空气压力，从而控制进水量.试分析下列问题：
(1)洗衣机进水时，洗衣缸内水位缓慢升高，设细管内空气温度不变，则关于封闭的空气，下列说法正确的是______.(填正确答案标号)
A.气体分子的热运动加剧
B.气体分子的平均动能增大
C.空气体积变小，压强变大
D.空气的内能保持不变
E.空气对外放出热量
(2)若进水前细管内空气的体积为V0，压强为p0，当洗衣缸内水位缓慢升高(假设细管内空气温度不变)，被封闭空气的压强变为αp0(α>1)时，计算细管内的进水量.
答案：(1)CDE (2)V0
解析：(1)空气温度不变，所以气体分子热运动的剧烈程度不变，气体分子的平均动能不变，由于空气可视为理想气体，所以空气的内能不变，选项A、B错误，D正确;空气温度不变，体积变小，由玻意耳定律可知，空气压强变大，选项C正确;空气体积变小，外界对空气做功，而空气的内能不变，根据热力学第一定律可知，空气对外放出热量，选项E正确.
(2)设细管内的进水量为V，则由玻意耳定律得：p0V0=αp0(V0-V)
解得V=V0.
2.(1)关于扩散现象，下列说法正确的是________.(填正确答案标号)
A.温度越高，扩散进行得越快
B.扩散现象是不同物质间的一种化学反应
C.扩散现象是由物质分子无规则运动产生的
D.扩散现象在气体、液体和固体中都能发生
E.液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的
(2)如图，一粗细均匀的U形管竖直放置，A侧上端封闭，B侧上端与大气相通，下端开口处开关K关闭;A侧空气柱的长度l=10.0 cm，B侧水银面比A侧的高h=3.0 cm.现将开关K打开，从U形管中放出部分水银，当两侧水银面的高度差为h1=10.0 cm 时将开关K关闭.已知大气压强p0=75.0 cmHg.
求放出部分水银后A侧空气柱的长度;
此后再向B侧注入水银，使A、B两侧的水银面达到同一高度，求注入的水银在管内的长度.
答案：(1)ACD (2)12.0 cm 13.2 cm
解析：(1)扩散现象与温度有关，温度越高，扩散进行得越快，选项A正确.扩散现象是由于分子的无规则运动引起的，不是一种化学反应，选项B、E错误，C正确.扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，选项D正确.
(2)以cmHg为压强单位.设A侧空气柱长度l=10.0 cm 时的压强为p;当两侧水银面的高度差为h1=10.0 cm 时，空气柱的长度为l1，压强为p1.由玻意耳定律得
pl=p1l1
由力学平衡条件得
p=p0+h
打开开关K放出水银的过程中，B侧水银面处的压强始终为p0，而A侧水银面处的压强随空气柱长度的增加逐渐减小，B、A两侧水银面的高度差也随之减小，直至B侧水银面低于A侧水银面h1为止.由力学平衡条件有
p1=p0-h1
联立式，并代入题给数据得
l1=12.0 cm.
②当A、B两侧的水银面达到同一高度时，设A侧空气柱的长度为l2，压强为p2.由玻意耳定律得
pl=p2l2
由力学平衡条件有
p2=p0
联立式，并代入题给数据得
l2=10.4 cm
设注入的水银在管内的长度为Δh，依题意得
Δh=2(l1-l2)+h1
联立式，并代入题给数据得
Δh=13.2 cm.
3.(2015·郑州名校联考)(1)以下说法正确的是________.(填正确答案标号)
A.在较暗的房间里，从射进来的阳光中，可以看到悬浮在空气中的微粒在不停地运动，这些微粒的运动不是布朗运动
B.在装有水的密闭容器中，液体水与水蒸气达到动态平衡后，液体水中不再有水分子逸出液体表面，也没有水蒸气分子回到液体水中
C.给农田松土的目的是破坏土壤里的毛细管，使地下的水分不会被快速引上来而蒸发掉
D.液晶具有光学各向异性
E.一定质量的物质，汽化时吸收的热量与液化时放出的热量相等
(2)夏天，小明骑自行车出门时发现自行车轮胎气不足了，于是用打气筒为自行车充气，到达目的地后，由于自行车一直受到太阳光暴晒发生车胎爆裂.已知打气筒的容积为V0，轮胎容积为打气筒容积的20倍，轮胎内原有气体压强为p0，温度为T0，小明通过充气让轮胎内气体压强达到2p0，轮胎能够承受的最高气压为2.5p0，设充气过程和爆胎过程气体温度不变，则：
小明给自行车充了多少次气?
爆胎瞬间轮胎内气体的温度是多少?
爆胎过程中气体是吸热还是放热?
答案：(1)ACD (2)20次 1.25T0 吸热
解析：(1)能用肉眼直接看到的微粒是很大的颗粒，微粒的运动是空气对流和重力作用的结果，不是布朗运动，A选项正确;在装有水的密闭容器中，液体水与水蒸气达到动态平衡后，液体水中仍然有水分子逸出液体表面，也有水蒸气分子回到液体水中，逸出水面的水分子和回到液体水中的水蒸气分子数目相等，B选项错误;液晶的光学性质与某些晶体相似，具有各向异性，D选项正确;一定质量的物质，在一定的温度和压强下，汽化时吸收的热量与液化时放出的热量相等，E选项错误.
(2)充气过程是等温变化，设小明给自行车充了n次气
p0(n+20)V0=2p0×20V0
代入数据解得n=20.
爆胎前温度升高时，气体做等容变化
=
代入数据解得T=1.25T0.
爆胎过程中温度不变，气体内能不变，气体体积增大，对外做功，由ΔU=W+Q知，气体吸热.
4.(1)在一个标准大气压下，1 g水在沸腾时吸收了2 260 J的热量后变成同温度的水蒸气，对外做了170 J的功.已知阿伏加德罗常数NA=6.0×1023 mol-1，水的摩尔质量M=18 g/mol.下列说法中正确的是________.(填正确答案标号)
A.分子间的平均距离增大
B.水分子的热运动变得更剧烈了
C.水分子总势能的变化量为2 090 J
D.在整个过程中能量是不守恒的
E.1 g水所含的分子数为3.3×1022个
(2)用传统的打气筒给自行车打气时，不好判断是否已经打足了气.某研究性学习小组的同学们经过思考，解决了这一问题.他们在传统打气筒基础上进行了如图所示的改装：圆柱形打气筒高H，内部横截面积为S，底部有一单向阀门K，厚度不计的活塞上提时外界大气可从活塞四周进入，活塞下压时可将打气筒内气体推入容器B中，B的容积VB=3HS，向B中打气前A、B中气体初始压强均为p0，该组同学设想在打气筒内壁焊接一卡环C(体积不计)，C距气筒顶部高度为h=H，这样就可以自动控制容器B中的最终压强.求：
假设气体温度不变，则第一次将活塞从打气筒口压到C处时，容器B内的压强是多少?
要使容器B内压强不超过5p0，h与H之比应为多少?
答案：(1)ACE (2)1.2p0
解析：(1)液体变成气体后，分子间的平均距离增大了，选项A正确;温度是分子热运动剧烈程度的标志，由于两种状态下的温度是相同的，故两种状态下水分子热运动的剧烈程度是相同的，选项B错误;水发生等温变化，分子平均动能不变，因水分子总数不变，分子的总动能不变，根据热力学第一定律ΔU=Q+W，可得水的内能的变化量为ΔU=2 260 J-170 J=2 090 J，即水的内能增大2 090 J，则水分子的总势能增大了2 090 J，选项C正确;在整个过程中能量是守恒的，选项D错误;1 g水所含的分子数为n=NA=×6.0×1023=3.3×1022(个)，选项E正确.
(2)第一次将活塞从打气筒口压到C处时，设容器B内的压强为pB，C距底部H-h=，由玻意耳定律得
p0(VB+HS)=pB
解得pB=1.2p0.
对打气筒内的气体，要使容器B内压强不超过5p0，意味着活塞从顶端下压至C处时，打气筒C处以下的压强不能超过5p0，由玻意耳定律得p0HS=5p0(H-h)S
解得=.
5.(1)下列说法正确的是________.(填正确答案标号)
A.当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随着分子之间的距离的减小而增大
B.温度升高时，物体内所有分子的动能都增大，所以物体的平均动能增大
C.一切与热现象相联系的自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行
D.悬浮在水中的花粉颗粒越大，在某一瞬间撞击它的水分子数就越多，布朗运动也就越明显
E.理想气体可以无限压缩，其内能仅由分子热运动的能量组成
(2)如图所示为一定质量的理想气体的pV图象，气体从状态a变化到状态b，再由状态b变化到状态c，其中的状态c到状态a为等温过程.已知气体在状态a时的绝对温度Ta=300 K，在状态b时的体积Vb=22.4 L，求：
气体在状态c时的体积Vc;
比较气体由状态b到状态c过程从外界吸收的热量Q与它对外做的功W的大小关系，并简要说明理由.
答案：(1)ACE (2)见解析
解析：(1)当分子力表现为斥力时，随着分子间距离的减小，分子力和分子势能是增大的，A正确;温度升高时，物体的分子平均动能增大，但不是每个分子的动能都增大，B错误;一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，这是热力学第二定律的物理意义，C正确;悬浮在水中的花粉颗粒越大，在某一瞬间撞击它的水分子数就越多，受力越容易趋于平衡，布朗运动越不明显，D错误;理想气体是一种理想化模型，略去分子的大小而视为质点，可以无限压缩，分子间无相互作用力，因而其内能仅由分子热运动能量组成，E正确.
(2)气体从c→a为等温过程，pa=3 atm，pb=1 atm，Ta=300 K
根据玻意耳定律得：paVa=pcVc
由题图可知从a→b为等容过程，有：Va=Vb=22.4 L
而pa=3 atm，pb=pc=1 atm
结合得：Vc=67.2 L.
气体由状态b到状态c是等压膨胀过程，气体体积增大，气体对外做正功，也就是外界对的气体做负功.
根据盖—吕萨克定律可知，气体体积增大时，温度升高，气体的内能增大;根据热力学第一定律可知：
ΔU=Q+(-W)
即Q=ΔU+W，则气体从外界吸收的热量Q大于气体对外所做的功.
6.(2015·湖北八校一联)
(1)一定质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VT图象如图所示，pa、pb、pc分别表示状态a、b、c的压强，下列判断正确的是________.(填正确答案标号)
A.过程ab中气体一定吸热
B.pc=pb>pa
C.过程bc中分子势能不断增大
D.过程bc中每一个分子的速率都减小
E.过程ca中气体吸收的热量等于对外做的功
(2)如图所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在圆筒形的缸内.缸壁不可导热，缸底导热，缸底到开口处高h.轻质活塞不可导热，厚度可忽略，横截面积S=100 cm2，刚开始处于汽缸顶部.若在活塞上缓慢倾倒一定质量的沙子，活塞下移时再次平衡.已知室温为t0=27 ℃，大气压强p0=1.0×105 Pa，不计一切摩擦，取g=10 m/s2.
求倾倒的沙子的质量m;
若对缸底缓慢加热，当活塞回到缸顶时被封闭气体的温度t2为多大?
答案：(1)ABE (2)12.5 kg 64.5 ℃
解析：(1)由题图知，过程ab中气体体积不变，温度升高，内能增加，气体对外界不做功，由热力学第一定律知，气体一定吸热，A正确;由=C知，过程bc为等压过程，而气体由a到b，体积不变，温度升高，则压强增大，故B正确;由于是理想气体，则过程bc中分子势能不变，而温度不断降低，则气体分子的平均动能减小，但并非每一个分子的速率都减小，C、D错误;气体由c到a，温度不变，体积增大，气体内能不变，气体对外界做功，由热力学第一定律知，气体吸收热量且吸收的热量等于对外做的功，E正确.
(2)由玻意耳定律有p0Sh=S×
代入数据有m=12.5 kg.
由盖—吕萨克定律有=
解得t2=64.5 ℃.
