第18講選修3-3熱學(xué),總綱目錄,考點(diǎn)1分子動(dòng)理論、內(nèi)能和熱力學(xué)定律,1.分子動(dòng)理論內(nèi)容,2.兩個(gè)物理模型(1)球體模型(適用于固體、液體):一個(gè)分子的體積V0=()3=d3,d為分子的直徑;(2)立方體模型(適用于氣體):一個(gè)分子占據(jù)的平均空間V0=d3,d為分子間的距離。3.對(duì)熱力學(xué)定律的理解(1)改變物體內(nèi)能的方式有兩種,只敘述一種改變方式是無(wú)法確定內(nèi)能變化的。(2)熱力學(xué)第一定律U=Q+W中W和Q的符號(hào)可以這樣確定:只要此項(xiàng)改變對(duì)內(nèi)能增加有正貢獻(xiàn)的即正。(3)對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解:熱量可以由低溫物體傳遞到高溫物體,也可以從單一熱源吸收熱量全部轉(zhuǎn)化為功,但不引起其他變化是不可能的。,1.(2018貴州遵義一模)(多選)下列有關(guān)熱現(xiàn)象的說(shuō)法中,正確的是()A.玻璃磚很難變形,但其內(nèi)的玻璃分子仍然在做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)B.氣體存在壓強(qiáng)是因?yàn)闅怏w分子間存在斥力C.當(dāng)氣體吸熱時(shí),其內(nèi)能并不一定增加D.把一定量的氣體壓縮,其內(nèi)能一定增加E.熱量可以從低溫物體傳到高溫物體,答案ACE一切物體的分子在做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),則A正確;氣體存在壓強(qiáng)是氣體分子對(duì)器壁的撞擊產(chǎn)生的,則B錯(cuò)誤;改變內(nèi)能的方式有做功和熱傳遞,氣體從外界吸熱,其內(nèi)能不一定增加,C正確;把一定量的氣體壓縮,但若對(duì)外傳遞熱量,則其內(nèi)能不一定增加,則D錯(cuò)誤;熱量不可以自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體,但在一定條件下可以實(shí)現(xiàn),則E正確。,答案ABC氣體放出熱量,若外界對(duì)氣體做功,溫度升高,其分子的平均動(dòng)能增大,故A正確;布朗運(yùn)動(dòng)不是液體分子的運(yùn)動(dòng),但它可以說(shuō)明液體分子在永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),故B正確;當(dāng)分子力表現(xiàn)為斥力時(shí),分子力和分子勢(shì)能總是隨分子間距離的減小而增大,故C正確;第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不違反能量守恒定律,但違反了熱力學(xué)第二定律,故D錯(cuò)誤;某固體或液體的摩爾體積為V,每個(gè)分子的體積為V0,則阿伏加德羅常數(shù)可表示為NA=,而氣體此式不成立,故E錯(cuò)誤。,3.(多選)兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的分子僅在分子力作用下由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng),直至不再靠近。在此過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是()A.分子力先增大,后一直減小B.分子力先做正功,后做負(fù)功C.分子動(dòng)能先增大,后減小D.分子勢(shì)能先增大,后減小E.分子勢(shì)能和動(dòng)能之和不變,答案BCE分子力應(yīng)先增大,后減小,再增大,A選項(xiàng)錯(cuò)誤;分子力先為引力,做正功,再為斥力,做負(fù)功,B選項(xiàng)正確;根據(jù)動(dòng)能定理可知分子動(dòng)能先增大后減小,分子勢(shì)能先減小后增大,分子動(dòng)能和分子勢(shì)能之和保持不變,C、E選項(xiàng)正確,D選項(xiàng)錯(cuò)誤。,4.(2018湖北隨州調(diào)考)(多選)下列說(shuō)法正確的是()A.顯微鏡下觀察到墨水中的小炭粒在不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),這反映了液體分子運(yùn)動(dòng)的無(wú)規(guī)則性B.分子間的相互作用力隨著分子間距離的增大,一定先減小后增大C.分子勢(shì)能隨著分子間距離的增大,可能先減小后增大D.在真空、高溫條件下,可以利用分子擴(kuò)散向半導(dǎo)體材料摻入其他元素E.當(dāng)溫度升高時(shí),物體內(nèi)每一個(gè)分子熱運(yùn)動(dòng)的速率一定都增大,答案ACD布朗運(yùn)動(dòng)是固體顆粒在液體中的運(yùn)動(dòng),反映液體分子的運(yùn)動(dòng),故顯微鏡下觀察到墨水中的小炭粒在不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),這反映了液體分子運(yùn)動(dòng)的無(wú)規(guī)則性,故選項(xiàng)A正確;rp0說(shuō)明能使噴霧器內(nèi)的藥液全部噴完,方法技巧在“充氣、抽氣”模型中可以假設(shè)把充進(jìn)或抽出的氣體包含在氣體變化的始末狀態(tài)中,即用等效法把變質(zhì)量問(wèn)題轉(zhuǎn)化為恒定質(zhì)量的問(wèn)題。(1)充氣中的變質(zhì)量問(wèn)題設(shè)想將充進(jìn)容器內(nèi)的氣體用一個(gè)無(wú)形的彈性口袋收集起來(lái),那么當(dāng)我們?nèi)∪萜骱涂诖鼉?nèi)的全部氣體作為研究對(duì)象時(shí),這些氣體狀態(tài)不管怎樣變化,其質(zhì)量總是不變的。這樣,就將變質(zhì)量的問(wèn)題轉(zhuǎn)化成質(zhì)量一定的問(wèn)題了。(2)抽氣中的變質(zhì)量問(wèn)題用抽氣筒對(duì)容器抽氣的過(guò)程中,對(duì)每一次抽氣而言,氣體質(zhì)量發(fā)生變化,其解決方法和充氣問(wèn)題類(lèi)似,取剩余氣體作為研究對(duì)象,這些氣體不管怎樣變化,其質(zhì)量總是不變的。,1.(2018課標(biāo),33,15分)(1)如圖,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開(kāi)始,經(jīng)歷過(guò)程、到達(dá)狀態(tài)e。對(duì)此氣體,下列說(shuō)法正確的是。A.過(guò)程中氣體的壓強(qiáng)逐漸減小B.過(guò)程中氣體對(duì)外界做正功C.過(guò)程中氣體從外界吸收了熱量D.狀態(tài)c、d的內(nèi)能相等E.狀態(tài)d的壓強(qiáng)比狀態(tài)b的壓強(qiáng)小,(2)如圖,容積為V的汽缸由導(dǎo)熱材料制成,面積為S的活塞將汽缸分成容積相等的上下兩部分,汽缸上部通過(guò)細(xì)管與裝有某種液體的容器相連,細(xì)管上有一閥門(mén)K。開(kāi)始時(shí),K關(guān)閉,汽缸內(nèi)上下兩部分氣體的壓強(qiáng)均為p0。現(xiàn)將K打開(kāi),容器內(nèi)的液體緩慢地流入汽缸,當(dāng)流入的液體體積為時(shí),將K關(guān)閉,活塞平衡時(shí)其下方氣體的體積減小了。不計(jì)活塞的質(zhì)量和體積,外界溫度保持不變,重力加速度大小為g。求流入汽缸內(nèi)液體的質(zhì)量。,壓強(qiáng)為p2。在活塞下移的過(guò)程中,活塞上、下方氣體的溫度均保持不變,由玻意耳定律得p0=p1V1p0=p2V2由已知條件得V1=+-=VV2=-=設(shè)活塞上方液體的質(zhì)量為m,由力的平衡條件得,p2S=p1S+mg聯(lián)立以上各式得m=,2.(2018課標(biāo),33,15分)(1)對(duì)于實(shí)際的氣體,下列說(shuō)法正確的是。A.氣體的內(nèi)能包括氣體分子的重力勢(shì)能B.氣體的內(nèi)能包括氣體分子之間相互作用的勢(shì)能C.氣體的內(nèi)能包括氣體整體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能D.氣體的體積變化時(shí),其內(nèi)能可能不變E.氣體的內(nèi)能包括氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能(2)如圖,一豎直放置的汽缸上端開(kāi)口,汽缸壁內(nèi)有卡口a和b,a、b間距為h,a距缸底的高度為H;活塞只能在a、b間移動(dòng),其下方密封有一定質(zhì)量的理想氣體。已知活塞質(zhì)量為m,面積為S,厚度可忽略;活塞和汽缸壁均絕熱,不計(jì)它們,之間的摩擦。開(kāi)始時(shí)活塞處于靜止?fàn)顟B(tài),上、下方氣體壓強(qiáng)均為p0,溫度均為T(mén)0?，F(xiàn)用電熱絲緩慢加熱汽缸中的氣體,直至活塞剛好到達(dá)b處。求此時(shí)汽缸內(nèi)氣體的溫度以及在此過(guò)程中氣體對(duì)外所做的功。重力加速度大小為g。,p1S=p0S+mg聯(lián)立式可得T1=T0此后,汽缸中的氣體經(jīng)歷等壓過(guò)程,直至活塞剛好到達(dá)b處,設(shè)此時(shí)汽缸中氣體的溫度為T(mén)2;活塞位于a處和b處時(shí)氣體的體積分別為V1和V2。根據(jù)蓋呂薩克定律有=式中,V1=SHV2=S(H+h)聯(lián)立式解得T2=T0從開(kāi)始加熱到活塞到達(dá)b處的過(guò)程中,汽缸中的氣體對(duì)外做的功為W=(p0S+mg)h,3.(2018課標(biāo),33,15分)(1)如圖,一定量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b,其過(guò)程如p-V圖中從a到b的直線(xiàn)所示。在此過(guò)程中。A.氣體溫度一直降低B.氣體內(nèi)能一直增加C.氣體一直對(duì)外做功D.氣體一直從外界吸熱E.氣體吸收的熱量一直全部用于對(duì)外做功,(2)在兩端封閉、粗細(xì)均勻的U形細(xì)玻璃管內(nèi)有一段水銀柱,水銀柱的兩端各封閉有一段空氣。當(dāng)U形管兩端豎直朝上時(shí),左、右兩邊空氣柱的長(zhǎng)度分別為l1=18.0cm和l2=12.0cm,左邊氣體的壓強(qiáng)為12.0cmHg?，F(xiàn)將U形管緩慢平放在水平桌面上,沒(méi)有氣體從管的一邊通過(guò)水銀逸入另一邊。求U形管平放時(shí)兩邊空氣柱的長(zhǎng)度。在整個(gè)過(guò)程中,氣體溫度不變。,答案(1)BCD(2)見(jiàn)解析,解析(1)本題考查熱力學(xué)第一定律、理想氣體狀態(tài)方程。對(duì)于一定量的理想氣體有=恒量。從a到b,p逐漸增大,V逐漸增大,所以p與V的乘積pV增大,可知T增大,則氣體的內(nèi)能一直增加,故A錯(cuò)誤、B正確。由于V逐漸增大,可知?dú)怏w一直對(duì)外做功,故C正確。由熱力學(xué)第一定律U=Q+W,因U>0,W0,即氣體一直從外界吸熱,且吸收的熱量大于對(duì)外做的功,故D正確、E錯(cuò)誤。(2)本題考查氣體實(shí)驗(yàn)定律。設(shè)U形管兩端豎直朝上時(shí),左、右兩邊氣體的壓強(qiáng)分別為p1和p2。U形管水平,放置時(shí),兩邊氣體壓強(qiáng)相等,設(shè)為p,此時(shí)原左、右兩邊氣柱長(zhǎng)度分別變?yōu)閘1和l2。由力的平衡條件有p1=p2+g(l1-l2),式中為水銀密度,g為重力加速度大小。由玻意耳定律有p1l1=pl1p2l2=pl2兩邊氣柱長(zhǎng)度的變化量大小相等l1-l1=l2-l2由式和題給條件得l1=22.5cml2=7.5cm,4.(2017課標(biāo),33,15分)(1)氧氣分子在0和100溫度下單位速率間隔的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比隨氣體分子速率的變化分別如圖中兩條曲線(xiàn)所示。下列說(shuō)法正確的是。,A.圖中兩條曲線(xiàn)下面積相等B.圖中虛線(xiàn)對(duì)應(yīng)于氧氣分子平均動(dòng)能較小的情形C.圖中實(shí)線(xiàn)對(duì)應(yīng)于氧氣分子在100時(shí)的情形D.圖中曲線(xiàn)給出了任意速率區(qū)間的氧氣分子數(shù)目E.與0時(shí)相比,100時(shí)氧氣分子速率出現(xiàn)在0400m/s區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比較大(2)如圖,容積均為V的汽缸A、B下端有細(xì)管(容積可忽略)連通,閥門(mén)K2位于細(xì)管的中部,A、B的頂部各有一閥門(mén)K1、K3,B中有一可自由滑動(dòng)的活塞(質(zhì)量、體積均可忽略)。初始時(shí),三個(gè)閥門(mén)均打開(kāi),活塞在B的底部;關(guān)閉K2、K3,通過(guò)K,1給汽缸充氣,使A中氣體的壓強(qiáng)達(dá)到大氣壓p0的3倍后關(guān)閉K1。已知室溫為27,汽缸導(dǎo)熱。()打開(kāi)K2,求穩(wěn)定時(shí)活塞上方氣體的體積和壓強(qiáng);()接著打開(kāi)K3,求穩(wěn)定時(shí)活塞的位置;()再緩慢加熱汽缸內(nèi)氣體使其溫度升高20,求此時(shí)活塞下方氣體的壓強(qiáng)。,=將有關(guān)數(shù)據(jù)代入式得p3=1.6p0,5.(2017課標(biāo),33,15分)(1)如圖,用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分,隔板左側(cè)充有理想氣體,隔板右側(cè)與絕熱活塞之間是真空?，F(xiàn)將隔板抽開(kāi),氣體會(huì)自發(fā)擴(kuò)散至整個(gè)汽缸。待氣體達(dá)到穩(wěn)定后,緩慢推壓活塞,將氣體壓回到原來(lái)的體積。假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)不漏氣。下列說(shuō)法正確的是。A.氣體自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能相同B.氣體在被壓縮的過(guò)程中內(nèi)能增大C.在自發(fā)擴(kuò)散過(guò)程中,氣體對(duì)外界做功D.氣體在被壓縮的過(guò)程中,外界對(duì)氣體做功E.氣體在被壓縮的過(guò)程中,氣體分子的平均動(dòng)能不變,(2)一熱氣球體積為V,內(nèi)部充有溫度為T(mén)a的熱空氣,氣球外冷空氣的溫度為T(mén)b。已知空氣在1個(gè)大氣壓、溫度T0時(shí)的密度為0,該氣球內(nèi)、外的氣壓始終都為1個(gè)大氣壓,重力加速度大小為g。()求該熱氣球所受浮力的大小;()求該熱氣球內(nèi)空氣所受的重力;()設(shè)充氣前熱氣球的質(zhì)量為m0,求充氣后它還能托起的最大質(zhì)量。,答案(1)ABD(2)()Vg0()Vg0()V0T0(-)-m0,解析(1)本題考查理想氣體內(nèi)能的改變途徑、熱力學(xué)第一定律。氣體自發(fā)擴(kuò)散時(shí)不對(duì)外做功,W=0,汽缸絕熱,Q=0,由熱力學(xué)第一定律得U=W+Q=0,故氣體內(nèi)能不變,選項(xiàng)A正確,C錯(cuò)誤;氣體被壓縮的過(guò)程中體積縮小,外界對(duì)氣體做功,W>0,Q=0,故U>0,氣體內(nèi)能增大,故理想氣體的溫度升高,則分子平均動(dòng)能增大,選項(xiàng)B、D正確,選項(xiàng)E錯(cuò)誤。(2)()設(shè)1個(gè)大氣壓下質(zhì)量為m的空氣在溫度為T(mén)0時(shí)的體積為V0,密度為0=在溫度為T(mén)時(shí)的體積為VT,密度為,(T)=由蓋呂薩克定律得=聯(lián)立式得(T)=0氣球所受到的浮力為f=(Tb)gV聯(lián)立式得,f=Vg0()氣球內(nèi)熱空氣所受的重力為G=(Ta)Vg聯(lián)立式得G=Vg0()設(shè)該氣球還能托起的最大質(zhì)量為m,由力的平衡條件得mg=f-G-m0g聯(lián)立式得m=V0T0(-)-m0,6.2017課標(biāo),33,15分(1)如圖,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a出發(fā),經(jīng)過(guò)等容過(guò)程ab到達(dá)狀態(tài)b,再經(jīng)過(guò)等溫過(guò)程bc到達(dá)狀態(tài)c,最后經(jīng)等壓過(guò)程ca回到初態(tài)a。下列說(shuō)法正確的是()A.在過(guò)程ab中氣體的內(nèi)能增加,B.在過(guò)程ca中外界對(duì)氣體做功C.在過(guò)程ab中氣體對(duì)外界做功D.在過(guò)程bc中氣體從外界吸收熱量E.在過(guò)程ca中氣體從外界吸收熱量(2)一種測(cè)量稀薄氣體壓強(qiáng)的儀器如圖(a)所示,玻璃泡M的上端和下端分別連通兩豎直玻璃細(xì)管K1和K2。K1長(zhǎng)為l,頂端封閉,K2上端與待測(cè)氣體連通;M下端經(jīng)橡皮軟管與充有水銀的容器R連通。開(kāi)始測(cè)量時(shí),M與K2相通;逐漸提升R,直到K2中水銀面與K1頂端等高,此時(shí)水銀已進(jìn)入K1,且K1中水銀面比頂端低h,如圖(b)所示。設(shè)測(cè)量過(guò)程中溫度、與K2相通的待測(cè)氣體的壓強(qiáng)均保持不,變。已知K1和K2的內(nèi)徑均為d,M的容積為V0,水銀的密度為,重力加速度大小為g。求:()待測(cè)氣體的壓強(qiáng);()該儀器能夠測(cè)量的最大壓強(qiáng)。,(2)()水銀面上升至M的下端使玻璃泡中氣體恰好被封住,設(shè)此時(shí)被封閉的氣體的體積為V,壓強(qiáng)等于待測(cè)氣體的壓強(qiáng)p。提升R,直到K2中水銀面與K1頂,端等高時(shí),K1中水銀面比頂端低h;設(shè)此時(shí)封閉氣體的壓強(qiáng)為p1,體積為V1,則V=V0+d2lV1=d2h由力學(xué)平衡條件得p1=p+gh整個(gè)過(guò)程為等溫過(guò)程,由玻意耳定律得pV=p1V1,