高三物理热学部分

板块Ⅲ高三物理热学部分【总纲】这是一个以分子及其运动为主题的内容。【内容分析】一、分子动理论和能量守恒二、气体和气体的分子动理论物体的内能分子动理论的三个观点分子做着永不停息的无规则运动两种运动的佐证—布朗运动扩散运动W分子动能分子平均动能的宏观标志——温度分子间存在相互的引力和斥力两种事实和判断—物体难拉伸—有引力分子间有空隙但物体难压缩—有斥力物质是由大量分子组成的两个数据的佐证—（大）阿伏伽德罗常数NA=6.02×1023mol-1（小）分子直径的数量级10-10m分子势能有关的宏观因素—体积转化其它物体的内能其它形式的能Q能的转化和守恒定律热力学第一定律W+Q=ΔE规律量的方向定则热力学第二定律［例题选讲］【例1】如图，粗细均匀的U形管的底部中间有一阀门，开始阀门关闭，两臂中的水面高度差为h。现将阀门打开，最终两臂水面相平。则这过程中（A）大气压做正功，重力做负功，水的内能不变；（B）大气压不做功，重力做正功，水的内能增大；（C）大气压不做功，重力做负功，水的内能增大；（D）大气压做负功，重力做正功，水的内能不变。解析：U形管里的水由高度差h到相平静止这一过程：大气压做功为：022001hSphSp)2)(2(2hhpSEWp根据能量守恒定律0EEp水的内能0pEE∴选B［再思］若水的内能不变，即水的机械能不损失，U形管里的水将怎样运动？【例2】如图，A和B是两个同样的球，球A放在绝热的水平面，球B用细绝热线悬挂。设两球升高相同的温度，忽略所有的热量损失，问两球吸收的热量是否相同？为什么？气态方程气体的三个状态参量温度热力学温度T（K）摄氏温度t(℃)T=t+273压强p1atm=760mmHg=1.01×105Pa体积V1m3=103L1atm下，0℃（273K)时1mol任何气体的V0=22.4L222111TVpTVp分子运动的平均动能大量分子无序运动，频繁而激烈碰撞器壁产生的气体分子运动能到达密闭容器的空间—体积宏观标志微观解释理解基本数据气体分子的运动特点h解析：两球升高相同的温度时，由于是同样的小球，其膨胀程度应相同，则吸热升温，膨胀对外做功应相同。但由于A球置于水平面上，膨胀后重心提高，而B球悬挂，膨胀后重心下降，即A球重力势能增加，而B球重力势能减少，根据能量守恒，A球吸热较多。【例3】本实验利用油酸在水面上形成一单分子层的油膜，估测分子大小。实验步骤如下：①将5mL的油酸倒入盛有酒精的玻璃量杯中，盖上盖并摇动，使油酸均匀溶解形成油酸酒精溶液，读出该溶液的体积为NmL。②用滴管将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入空量杯中，记下当杯中溶液到达1mL时的总滴数n。③在边长约40cm的浅盘里倒入自来水，深约2cm，将少许石膏粉均匀地轻轻撒在水面上。④用滴管往盘中水面上滴一滴油酸酒精溶液。由于酒精溶于水而油酸不溶于水，于是该滴中的油酸就在水面上散开，形成油酸薄膜。⑤将平板玻璃放在浅方盘上，待油酸薄膜形成稳定后可认为已形成单分子层油酸膜。用彩笔将该单分子层油酸膜的轮廓画在玻璃板上。⑥取下玻璃板放在方格子上，量出该单分子层油酸膜的面积2Scm。在估算油酸分子大小时，可将分子看成球形。用以上实验步骤中的数据和符号表示，油酸分子的半径r=。解析：仔细分析每一步骤——由①得油酸酒精溶液中的油酸浓度为N5；由②得1滴油酸酒精溶液中的油酸含量为mlNnV51；弄清③④⑤⑥各步骤的意义，得油酸分子的半径cmnNssVdr2522。【例4】一定质量的理想气体（A）先等压膨胀，再等容降温，其温度必低于起始温度（B）先等温膨胀，再等压压缩，其体积必低于起始体积（C）先等容升温，再等压压缩，其温度有可能等于起始温度（D）先等容加热，再绝热压缩，其内能必大于起始内能解析：若气体在等压条件下膨胀，由于体积增大必使分子密度减小，为保证压强不变，其分子平均动能必增大，即温度升高，那么气体先升温后降温，温度就不一定低于起始温度了。故A错。同理，气体先膨胀后压缩，其体积也不一定小于起始体积，故B错。若升温后再等压压缩，气体分子密度增大，保持压强不变，必是分子平均动能减小，即AB温度降低，一升一降，有可能回到原值。故C对。若等容加热——气体吸热；绝热压缩——外界对气体做功，都使气体内能增大。故D对。选C、D。注：本题的A、C选项中，也可用理想气体状态方程CTpV（恒量）分析——“等压膨胀”必温度升高；“等压压缩”必温度降低。结论也一样。【例5】一块质量M=2kg的木块，放在离地h=1.25m的水平桌面上，一粒质量m=0.01kg的子弹以水平方向射入木块并留在木块内，测得木块落地后，离桌子边缘的水平距离s=0.5m，如测得子弹温度升高了120.6℃，那么子弹在射入木块的过程所产生的热量中吸收的百分比是多少？[子弹的比热)/(1013.003CkgJc]解析：由题意可求得被击中后的木块（含子弹）的滑行速度smsmghstsv/1/25.12105.02根据动量守恒定律vmMmv)(0可得子弹入射速度smsmvmmMv/201/101.001.020由此可得子弹射入木块的过程中产生的热量)(2011)01.02(2120101.021)(21212220JvmMmvQ子弹因升温而吸收的热量JJtcmQ78.1566.12001.01013.031∴子弹吸收的热量占的百分比为1001QQ=10020178.156=78％［解后反思］热学知识由于气体部分的要求降低了,对于气体压强的微观解释和能量守恒定律的应用就显得更重要.特别在应用能量守恒定律时涉及到的力学知识更是不容忽视.还有微观量的估算也是一种能力的体现.［练习题］1、已知铜的密度为33/109.8mKg，原子量为64，通过估算可知铜中每个铜原子所占的体积约为：A、36107m；B、329101m；C、326101m；D、324108m2、一定质量的理想气体，在压强不变的条件下，体积增大，则A、气体分子的平均动能增大B、气体分子的平均动能减小C、气体分子的平均动能不变D、条件不足，无法判断分子平均动能的变化3、如图所示，导热气缸开口向下，内有理想气体，缸内活塞可自由滑动且不漏气，活塞下挂一个砂桶，砂桶装满砂子时，活塞恰好静止，现在把砂桶底部钻一个小洞，细砂慢慢漏出，并缓慢降低气缸外部环境的温度，则A、气体压强增大，内能可能不变B、外界对气体做功，气体温度可能降低C、气体体积减小，压强增大，内能一定减小D、外界对气体做功，气体内能一定增加4、已知离地面越高时，大气压越小，温度也越低，现有一气球由地面缓慢上升，则大气压强与温度对气球体积的影响为：A、大气压强的减少有助于气球体积的增大，温度降低有助于气球体积的增大B、大气压强的减少有助于气球体积的减少，温度降低有助于气球体积的减少C、大气压强的减少有助于气球体积的减少，温度降低有助于气球体积的增大D、大气压强的减少有助于气球体积的增大，温度降低有助于气球体积的减少5、两种不同的理想气体，当它们的温度、体积、压强都相同时，它们应具有相同的：A、相同的分子数B、相同的内能C、相同的质量D、相同的平均速度6、一个用水洗涤干净的广口瓶，内壁粘附的水约34108.1cm，经过5h完全晾干了。那么平均每min从瓶口跑出的分子数是多少？（阿伏伽德罗常数123100.6molNA）7、用下列方法可粗略测出太阳的辐射功率：取一支普通的煤油温度计，中午时分，使温度计的轴线与太阳光垂直,让太阳光照射t=60s。观测发现煤油液柱的温度示数由T1=23℃升高到T2=26.5℃，已知煤油的密度33/108.0mkg，煤油的比热容kgJC（/1014.23℃），太阳光射到地面的时间t0=500s，而且其中只有43％的太阳能被地面所吸收。试求太阳的辐射功率。8、马德堡半球的两半球各用长l轻杆连接，悬挂于轴O、O’处，如图所示，每个半球的直径为d（l），质量为m。现在半球中放一小型定时炸弹，并把半球内部抽真空。炸弹爆炸后，经Δt两半球分开。温度升高ΔT并恰好各能绕轴运动到最高点相接触。求：（1）炸弹爆炸后，对半球的平均推力。（2）炸弹爆炸时产生的能量有多大？（半球的比热容为C，大气压强为p0，运动时不计空气阻力）［参考答案］1、B；2、A；3、C；4、D；5、AB；6、16100.2（个）；7、26108.2W；8（1）tglmdp2420；（2）Tcmmgl24O'O