高三物理第二节热学

高三物理第二节热学(一)(二)掌握阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mo1-1的含义，并能应用NA将物质的宏观量和微(三)熟练掌握热力学第一定律△E=Q+W及其应用。这要求深刻理解分子动能、分子势能、(四)理想气体的状态方程和克拉珀龙方程是解答气体问题的核心，必须加以熟练掌握并(五)理解理想气体三种状态图象的物理意义，并能进行三种状态图象间的等效变换。二、例题解析例1质量一定的物体，在温度不变条件下体积膨胀时，物体内能的变化是()A.B.C.D.【解析】错选A：总以为物体体积膨胀，分子间距离增大，分子引力作负功，分子势能基于分子力随分子距离的可变特性，在物体体积膨胀时，在分子间的距离由r＜r0增大到r＞r0的过程中，分子间的势能先减小，后增大。题设物体体积膨胀时，却隐蔽了初始状态，究竟体积膨胀时分子距离r在什么范围内变化没有交代，故无法判断分子势能的变化，综上分析，选项D正确。例2如右图所示，有一圆筒形气缸静置在地上，气缸圆筒的质量为M，活塞及手柄的质量为m，活塞截面积为S。现用手握住活塞手柄缓慢地竖直向上提，求气缸刚离地时缸内封闭气体的压强。(当时的大气压强为P0，当地的重力加速度为g，活塞缸壁的摩擦不计，活塞未脱离气缸)【解析】此题是一道力热综合问题，对气体是等温变化过程，对活塞、欲求气缸刚离地时缸内封闭气体的压强P封气，把气缸隔离出来研究最方便。气缸受竖直向下的重力G缸(大小等于Mg)，封闭气体竖直向下的压力F封气(大小等于P封气S)，大气竖直向上的压力F大气(大小等于P0S)。由平衡条件，有F大气-G缸-F封气=0即P0S-Mg-P封气S=0∴P封气=P0-SMg例3一根内径均匀，一端封闭，另一端开口的直玻璃管，长l=100cm，用一段长h=25cm的水银柱将一部分空气封在管内，将其开口朝上竖直放置，被封住的气柱长l0=62.5cm。这时外部的大气压p0=75cmHg,环境温度t0=-23℃，见右图，现在使气柱温度缓慢地逐渐升高，外界大气压保持不变，试分析为保持管内被封气体具有稳定的气柱长，温度能升高的最大值，【解析】这是一个关于气体在状态变化过程中，状态参量存在极值的问题，首先，对过程进行分析，当管内气体温度逐渐升高时，管内气体体积要逐渐增大，气体压强不变，pV值在增大。当上水银面升到管口时，水银开始从管内排出，因为TpV=C，当管内水银开始排出后，空气柱体积增大，而压强减小，若pV值增大，则温度T继续升高，当pV值最大时温度最高。如果温度再升高不再满足TpV=C，管内气体将不能保持稳定长度。选取封闭气体为研究对象，在温度升高过程中，可分成两个过程研究。第一过程：从气体开始升温到水银升到管口，此时气体温度为T，管的横截面积为S，此过程为等压过程，根据盖·吕萨定律有：00TSl=TSl'所以T=0'llT0其中：T0=t0+273=250Kl′=75cml0=62.5cm。代入数据解得T=300(K)第二过程，温度达到300K时，若继续升温，水银开始溢出，设当温度升高到T′时，因水银溢出使水银减短了x，此过程气体的三个状态参量p、V、T均发生了变化。p1=p0+h=75+25=100(cmHg)V1=l′s=7.5ST1=300Kp2=(p0+h-x)=(100-x)cmHgV2=(75+x)ST2=?根据状态方程111TVp=222TVp则有30075100S=2)75()100(TSxx所以T2=251(100-x)(75+x)=-251x2+x+300根据数学知识得当x=12.5m时T2取得最大值，且最大值T2max=306.25K即当管内气体温度升高到T2max=33.25℃时，管内气柱长为87.5cm。例4容积V=40L的钢瓶充满氧气后，压强为p=30atm，打开钢瓶阀门，让氧气分别装到容积为V0=5L的小瓶子中去。若小瓶已抽成真空，分装到小瓶子中的气体压强均为p0=2atm，在分装过程中无漏气现象，且温度保持不变，那幺最多可能装的瓶数是多少?【解析】本题考查玻—马定律的应用和分解解决实际问题的能力。并且培养了考生全面设最多可装的瓶子数为n，由波—pV=p0V+np0V0∴n=(pV-p0V)/(p0V0)=(30×20-2×20)/(2×5)=56(瓶)在本题中应注意，当钢瓶中气体的压强值降至2个大气压时，已无法使小瓶中的气体压强达到2个大气压，即充装最后一瓶时，钢瓶中所剩气体压强为2(一)1.把一只质量为M的玻璃杯开口向下，当杯子一半竖直插入水中时，杯子刚好平衡，此时若使杯子再下降一小段距离，则杯子将()A.加速上浮，最后仍在原平衡位置B.C.仍保持平衡D.2.一定质量的理想气体其状态变化过程的p与V的关系如图所示，该过程p-T图应是()3.如右图所示，已知大气压强为p0=750mmHg,粗细均匀玻璃管中有A、B两段气体，被4cm长水银柱隔开，下面水银柱高为66cm,A、B两段空气柱长度各为4cm和8cm，现欲使A段气柱长度增加1cm并保持稳定，应将管慢慢竖直提高()A.9cmB.3cmC.2cmD.1cm4.如图所示，一个粗细均匀的圆筒，B端用塞子塞紧，需要12N的压力才能被顶出，A处有一小孔，距B端30cm，圆筒截面积S=0.8cm2,外界大气压p0=105Pa.当推压活塞距B端多远时塞子将被推出，设温度保持不变()A.距B端12cmB.距B端18cmC.距B端20cmD.距B端10cm5.分子间的势能与体积的关系，正确的是()A.物体的体积增大，分子间的势能增加B.气体分子的距离增大，分子间的势能减小C.物体的体积增大，分子间的势能有可能增加D.物体的体积减小，分子间的势能增加4题图6题图7题图6.如右图所示的图中，表示查理定律内容的是()A.只有(2)B.只有(2)、(3)C.都是D.只有(1)、(2)、(4)7.如图所示是一定质量的理想气体的两条等容线a和b，如果气体由状态A等压变化到状态B，则在此变化过程中是()A.B.C.D.8.关于内能和温度的下列说法中正确的是()A.B.C.D.9.如图所示，用光滑的木塞把容器分隔成二部分A和B，当温度为0℃时，体积VA∶VB=1∶2，当外界气温升到273℃时，活塞()A.不动B.C.向左移动D.10.下列数据组中，可算出阿伏加德罗常数的是()A.水分子的体积和水分子的质量B.水分子的质量和水的摩尔质量C.水的摩尔质量和水的密度D.水的摩尔质量和水分子体积11.如图所示，甲、乙两玻管两端封闭，竖直放置，室温时空气柱长度l甲上=2l甲下，1乙上=21·l乙下，现将两玻管全都浸没在0℃的冰水中，则甲、乙两管中水银柱移动方向是()A.甲向上，乙向下B.甲向C.甲、乙均向上D.12.如右图所示，一个开口向上的绝热容器中，有一个活塞封闭着一定质量的理想气体，活塞的质量以及活塞和容器壁之间的摩擦忽略不计，活塞原来静止在A处，质量为m的小球从活塞上方h处自由下落，随同活塞一起下降到最低位置B处，接着又从B处往上反弹，则下列说法中正确的()A.活塞从A到BB.活塞在BC.活塞在BD.活塞最终将静止在B13.一定质量的理想气体，在压强不变的条件下，当气体温度从100℃升高到200℃时，则()A.其体积增大到原来的2B.体积的增量△V是原体积的273100C.体积的增量△V是原体积的373100D.体积的增量△V是0℃时体积的27310014题图14.如图所示，一只贮有空气的密闭烧瓶，用玻璃管与水银气压计连接，气压计两管内的水银面在同一水平面上。现降低烧瓶内空气的温度，同时移动气压计右管，使水银气压计左管的水银面保持在原来的水平面上，则表示气压计两管内水银面高度差△h与烧瓶内所降低的温度△t之间的关系图线是图中的()A.a图B.b图C.c图D.d15.一定质量的理想气体沿p-V坐6标图中曲线所示的方向发生变化，其中曲线DBA是以p轴、V轴为渐近线的双曲线的一部分，则()A.气体由A变到B，一定是吸热的B.气体由B变为A，一定是吸热的C.气体由A变到B再变到A，吸热多于放热D.气体由A变到B再变到A，放热多于吸热16.一定质量的理想气体，经历如图所示的a→b→c→d的状态变化过程，有可能向外放热的过程是()A.a→b的过程B.b→cC.c→d的过程D.以上三个过程都不能向外界放热17.绝热密闭的房间中有一台电冰箱，把这台正在工作的是冰箱的门打开，工作一段时间。关于房间的平均温度，以下说法正确的是()A.平均温度降低B.C.平均温度不变D.(二)1.如图所示，用线挂着的下方开口的玻璃管和管中长h的水银柱，质量均为m，水银的密度为ρ，被封闭着的空气柱长L，若大气压强为p0，当烧断线的瞬间，玻璃管的加速度为，下落过程中空气柱的最后长度为.(设整个过程温度不变)1题图2题图4题图2.如图所示有一小段水银柱的较长的玻璃管，竖直插入较深的水银槽中时，把一部分空气封闭在管中，在水银柱处于静止，环境温度不变的情况下，缓慢地竖直往下插，则玻璃内外水银面的高度差将.3.一容积为2L的容器盛有某种气体，当它温度为20℃时压强为2.0×10-5mmHg，已知阿佛伽德罗常数为6.0×1023mol-1，则该容器气体分子个数约为个.(取两位有效数字)4.如图所示，一气缸被a、b两个活塞分成A、B两部分，平衡时体积之比VA∶VB=1∶3，活塞和气缸壁之间的摩擦不计，现用力推活塞b，使b向左移动12cm而固定，则重新平衡时a活塞向左移动cm。5.由右图可知，1mol的气体在状态A时体积VA=L，在状态B时体积VB=L，在状态C时VC=L。6.验证查理定律的实验装置如图所示，在这个实验中，测得压强和温度的数据中，必须测出的一组数据是和；再把烧瓶放进盛着冰水混合物的容器里，瓶里空气的温度下降至跟冰水混合物的温度一样，等于，这时B管水银面将；再将A管，使B管水银面，这时瓶内空气压强等于，这样又可得到一组数据。7.银导线的截面积S=1mm2，通过I=2A的电流，若每个银原子可提供一个自由电子，则银导线1m长度上的自由电子数为个。(已知银的密度ρ=10.5×103kg/m3，摩尔质量M=0.108kg/mol，保留一位有效数字)8.一块金刚石的体积为6.0×10-8m3、密度为3.5×103kg/m3，则其质量为kg，含有个碳原子，每个碳原子体积为m3(三)1.一气球内气体压强p0=1×105Pa时，容积V0=10L,设气球的容积和球内气体压强成正比，现保持温度不变，再向球内充入压强为1×105Pa的气体30L，求气球内气体的压强.2.如图所示，长为l、粗细均匀的玻璃管开口向上竖直放置，玻璃管的最上端有高为h厘米的水银柱，封闭了一段空气柱，设大气压强为H0＝1.013×105Pa，温度保持不变.(1)从开口端再注入一些水银而不溢出的条件是什么?(2)若将玻管在竖直平面内缓慢倒转180°.试讨论水银全部刚溢出和水银流完还有气体溢出的条件分别是什么?(讨论l和H0、h关系)?3.如图，质量9kg的气缸与水平地面间摩擦因数为0.4，质量1kg、截面积20cm2的活塞与气缸接触光滑且不漏气.气缸静止时，活塞与气缸底的距离为8cm.现用水平向右F=50N的力拉活塞，如活塞始终未脱离气缸，求稳定时活塞与气缸底的距离.(大气压p0=105Pa)4.如图所示，可沿缸壁自由滑动的活塞，将圆筒形气缸分隔成A、B两部分，气缸底部通过装有阀门K的细管与一密闭容器C相连，活塞与气缸的顶部间有一弹簧相连，当活塞位于气缸底部时，弹簧恰好无形变，开始时，B内充有一定量气体，A、C为真空，B部分高l1=0.1m,B与C的容积正好相等，此时弹簧对活塞的作用力大小正好等于活塞重，今将阀门打开，并使整个装置倒置，当达到新平衡时，B部分高l2为多少?5.一个T形粗细均匀玻璃管竖直封闭放置，A端封闭，B端开口，管中有长为25cm的水银柱，当温度为300K时，气柱长为50cm,其它尺寸见图，图中单位：cm.大气压p0相当于75cmHg产生的压强.(1)为了使管中水银仅从竖直部分排出，所需的最低温度为多少?(2)为了使管中水银完全排出