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第18讲选修3-3热学,总纲目录,考点1分子动理论、内能和热力学定律,1.分子动理论内容,2.两个物理模型(1)球体模型(适用于固体、液体):一个分子的体积V0=()3=d3,d为分子的直径;(2)立方体模型(适用于气体):一个分子占据的平均空间V0=d3,d为分子间的距离。3.对热力学定律的理解(1)改变物体内能的方式有两种,只叙述一种改变方式是无法确定内能变化的。(2)热力学第一定律U=Q+W中W和Q的符号可以这样确定:只要此项改变对内能增加有正贡献的即正。(3)对热力学第二定律的理解:热量可以由低温物体传递到高温物体,也可以从单一热源吸收热量全部转化为功,但不引起其他变化是不可能的。,1.(2018贵州遵义一模)(多选)下列有关热现象的说法中,正确的是()A.玻璃砖很难变形,但其内的玻璃分子仍然在做无规则运动B.气体存在压强是因为气体分子间存在斥力C.当气体吸热时,其内能并不一定增加D.把一定量的气体压缩,其内能一定增加E.热量可以从低温物体传到高温物体,答案ACE一切物体的分子在做无规则运动,则A正确;气体存在压强是气体分子对器壁的撞击产生的,则B错误;改变内能的方式有做功和热传递,气体从外界吸热,其内能不一定增加,C正确;把一定量的气体压缩,但若对外传递热量,则其内能不一定增加,则D错误;热量不可以自发地从低温物体传到高温物体,但在一定条件下可以实现,则E正确。,答案ABC气体放出热量,若外界对气体做功,温度升高,其分子的平均动能增大,故A正确;布朗运动不是液体分子的运动,但它可以说明液体分子在永不停息地做无规则运动,故B正确;当分子力表现为斥力时,分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大,故C正确;第二类永动机不违反能量守恒定律,但违反了热力学第二定律,故D错误;某固体或液体的摩尔体积为V,每个分子的体积为V0,则阿伏加德罗常数可表示为NA=,而气体此式不成立,故E错误。,3.(多选)两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动,直至不再靠近。在此过程中,下列说法正确的是()A.分子力先增大,后一直减小B.分子力先做正功,后做负功C.分子动能先增大,后减小D.分子势能先增大,后减小E.分子势能和动能之和不变,答案BCE分子力应先增大,后减小,再增大,A选项错误;分子力先为引力,做正功,再为斥力,做负功,B选项正确;根据动能定理可知分子动能先增大后减小,分子势能先减小后增大,分子动能和分子势能之和保持不变,C、E选项正确,D选项错误。,4.(2018湖北随州调考)(多选)下列说法正确的是()A.显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动,这反映了液体分子运动的无规则性B.分子间的相互作用力随着分子间距离的增大,一定先减小后增大C.分子势能随着分子间距离的增大,可能先减小后增大D.在真空、高温条件下,可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素E.当温度升高时,物体内每一个分子热运动的速率一定都增大,答案ACD布朗运动是固体颗粒在液体中的运动,反映液体分子的运动,故显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动,这反映了液体分子运动的无规则性,故选项A正确;rp0说明能使喷雾器内的药液全部喷完,方法技巧在“充气、抽气”模型中可以假设把充进或抽出的气体包含在气体变化的始末状态中,即用等效法把变质量问题转化为恒定质量的问题。(1)充气中的变质量问题设想将充进容器内的气体用一个无形的弹性口袋收集起来,那么当我们取容器和口袋内的全部气体作为研究对象时,这些气体状态不管怎样变化,其质量总是不变的。这样,就将变质量的问题转化成质量一定的问题了。(2)抽气中的变质量问题用抽气筒对容器抽气的过程中,对每一次抽气而言,气体质量发生变化,其解决方法和充气问题类似,取剩余气体作为研究对象,这些气体不管怎样变化,其质量总是不变的。,1.(2018课标,33,15分)(1)如图,一定质量的理想气体从状态a开始,经历过程、到达状态e。对此气体,下列说法正确的是。A.过程中气体的压强逐渐减小B.过程中气体对外界做正功C.过程中气体从外界吸收了热量D.状态c、d的内能相等E.状态d的压强比状态b的压强小,(2)如图,容积为V的汽缸由导热材料制成,面积为S的活塞将汽缸分成容积相等的上下两部分,汽缸上部通过细管与装有某种液体的容器相连,细管上有一阀门K。开始时,K关闭,汽缸内上下两部分气体的压强均为p0。现将K打开,容器内的液体缓慢地流入汽缸,当流入的液体体积为时,将K关闭,活塞平衡时其下方气体的体积减小了。不计活塞的质量和体积,外界温度保持不变,重力加速度大小为g。求流入汽缸内液体的质量。,压强为p2。在活塞下移的过程中,活塞上、下方气体的温度均保持不变,由玻意耳定律得p0=p1V1p0=p2V2由已知条件得V1=+-=VV2=-=设活塞上方液体的质量为m,由力的平衡条件得,p2S=p1S+mg联立以上各式得m=,2.(2018课标,33,15分)(1)对于实际的气体,下列说法正确的是。A.气体的内能包括气体分子的重力势能B.气体的内能包括气体分子之间相互作用的势能C.气体的内能包括气体整体运动的动能D.气体的体积变化时,其内能可能不变E.气体的内能包括气体分子热运动的动能(2)如图,一竖直放置的汽缸上端开口,汽缸壁内有卡口a和b,a、b间距为h,a距缸底的高度为H;活塞只能在a、b间移动,其下方密封有一定质量的理想气体。已知活塞质量为m,面积为S,厚度可忽略;活塞和汽缸壁均绝热,不计它们,之间的摩擦。开始时活塞处于静止状态,上、下方气体压强均为p0,温度均为T0。现用电热丝缓慢加热汽缸中的气体,直至活塞刚好到达b处。求此时汽缸内气体的温度以及在此过程中气体对外所做的功。重力加速度大小为g。,p1S=p0S+mg联立式可得T1=T0此后,汽缸中的气体经历等压过程,直至活塞刚好到达b处,设此时汽缸中气体的温度为T2;活塞位于a处和b处时气体的体积分别为V1和V2。根据盖吕萨克定律有=式中,V1=SHV2=S(H+h)联立式解得T2=T0从开始加热到活塞到达b处的过程中,汽缸中的气体对外做的功为W=(p0S+mg)h,3.(2018课标,33,15分)(1)如图,一定量的理想气体从状态a变化到状态b,其过程如p-V图中从a到b的直线所示。在此过程中。A.气体温度一直降低B.气体内能一直增加C.气体一直对外做功D.气体一直从外界吸热E.气体吸收的热量一直全部用于对外做功,(2)在两端封闭、粗细均匀的U形细玻璃管内有一段水银柱,水银柱的两端各封闭有一段空气。当U形管两端竖直朝上时,左、右两边空气柱的长度分别为l1=18.0cm和l2=12.0cm,左边气体的压强为12.0cmHg。现将U形管缓慢平放在水平桌面上,没有气体从管的一边通过水银逸入另一边。求U形管平放时两边空气柱的长度。在整个过程中,气体温度不变。,答案(1)BCD(2)见解析,解析(1)本题考查热力学第一定律、理想气体状态方程。对于一定量的理想气体有=恒量。从a到b,p逐渐增大,V逐渐增大,所以p与V的乘积pV增大,可知T增大,则气体的内能一直增加,故A错误、B正确。由于V逐渐增大,可知气体一直对外做功,故C正确。由热力学第一定律U=Q+W,因U0,W0,即气体一直从外界吸热,且吸收的热量大于对外做的功,故D正确、E错误。(2)本题考查气体实验定律。设U形管两端竖直朝上时,左、右两边气体的压强分别为p1和p2。U形管水平,放置时,两边气体压强相等,设为p,此时原左、右两边气柱长度分别变为l1和l2。由力的平衡条件有p1=p2+g(l1-l2),式中为水银密度,g为重力加速度大小。由玻意耳定律有p1l1=pl1p2l2=pl2两边气柱长度的变化量大小相等l1-l1=l2-l2由式和题给条件得l1=22.5cml2=7.5cm,4.(2017课标,33,15分)(1)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。下列说法正确的是。,A.图中两条曲线下面积相等B.图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形C.图中实线对应于氧气分子在100时的情形D.图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目E.与0时相比,100时氧气分子速率出现在0400m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大(2)如图,容积均为V的汽缸A、B下端有细管(容积可忽略)连通,阀门K2位于细管的中部,A、B的顶部各有一阀门K1、K3,B中有一可自由滑动的活塞(质量、体积均可忽略)。初始时,三个阀门均打开,活塞在B的底部;关闭K2、K3,通过K,1给汽缸充气,使A中气体的压强达到大气压p0的3倍后关闭K1。已知室温为27,汽缸导热。()打开K2,求稳定时活塞上方气体的体积和压强;()接着打开K3,求稳定时活塞的位置;()再缓慢加热汽缸内气体使其温度升高20,求此时活塞下方气体的压强。,=将有关数据代入式得p3=1.6p0,5.(2017课标,33,15分)(1)如图,用隔板将一绝热汽缸分成两部分,隔板左侧充有理想气体,隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开,气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后,缓慢推压活塞,将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是。A.气体自发扩散前后内能相同B.气体在被压缩的过程中内能增大C.在自发扩散过程中,气体对外界做功D.气体在被压缩的过程中,外界对气体做功E.气体在被压缩的过程中,气体分子的平均动能不变,(2)一热气球体积为V,内部充有温度为Ta的热空气,气球外冷空气的温度为Tb。已知空气在1个大气压、温度T0时的密度为0,该气球内、外的气压始终都为1个大气压,重力加速度大小为g。()求该热气球所受浮力的大小;()求该热气球内空气所受的重力;()设充气前热气球的质量为m0,求充气后它还能托起的最大质量。,答案(1)ABD(2)()Vg0()Vg0()V0T0(-)-m0,解析(1)本题考查理想气体内能的改变途径、热力学第一定律。气体自发扩散时不对外做功,W=0,汽缸绝热,Q=0,由热力学第一定律得U=W+Q=0,故气体内能不变,选项A正确,C错误;气体被压缩的过程中体积缩小,外界对气体做功,W0,Q=0,故U0,气体内能增大,故理想气体的温度升高,则分子平均动能增大,选项B、D正确,选项E错误。(2)()设1个大气压下质量为m的空气在温度为T0时的体积为V0,密度为0=在温度为T时的体积为VT,密度为,(T)=由盖吕萨克定律得=联立式得(T)=0气球所受到的浮力为f=(Tb)gV联立式得,f=Vg0()气球内热空气所受的重力为G=(Ta)Vg联立式得G=Vg0()设该气球还能托起的最大质量为m,由力的平衡条件得mg=f-G-m0g联立式得m=V0T0(-)-m0,6.2017课标,33,15分(1)如图,一定质量的理想气体从状态a出发,经过等容过程ab到达状态b,再经过等温过程bc到达状态c,最后经等压过程ca回到初态a。下列说法正确的是()A.在过程ab中气体的内能增加,B.在过程ca中外界对气体做功C.在过程ab中气体对外界做功D.在过程bc中气体从外界吸收热量E.在过程ca中气体从外界吸收热量(2)一种测量稀薄气体压强的仪器如图(a)所示,玻璃泡M的上端和下端分别连通两竖直玻璃细管K1和K2。K1长为l,顶端封闭,K2上端与待测气体连通;M下端经橡皮软管与充有水银的容器R连通。开始测量时,M与K2相通;逐渐提升R,直到K2中水银面与K1顶端等高,此时水银已进入K1,且K1中水银面比顶端低h,如图(b)所示。设测量过程中温度、与K2相通的待测气体的压强均保持不,变。已知K1和K2的内径均为d,M的容积为V0,水银的密度为,重力加速度大小为g。求:()待测气体的压强;()该仪器能够测量的最大压强。,(2)()水银面上升至M的下端使玻璃泡中气体恰好被封住,设此时被封闭的气体的体积为V,压强等于待测气体的压强p。提升R,直到K2中水银面与K1顶,端等高时,K1中水银面比顶端低h;设此时封闭气体的压强为p1,体积为V1,则V=V0+d2lV1=d2h由力学平衡条件得p1=p+gh整个过程为等温过程,由玻意耳定律得pV=p1V1,
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