【创新设计】高考物理总复习 3-3-1-1 分子支理论 热力学定律与能量守恒

选修3-3 第一章热学
第1讲分子支理论热力学定律与能量守恒
1．
图1－1－4
(2009·广东，13) (1)远古时代，取火是一件困难的事，火一般产生于雷击或磷的自燃．随着人类文明的进步，出现了“钻木取火”等方法．“钻木取火”是通过________方式改变物体的内能，把________转变成内能．
(2)某同学做了一个小实验：先把空的烧瓶放入冰箱冷冻，一小时后取出烧瓶，并迅速
把一个气球紧密地套在瓶颈上，然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来，如图1－1－4.这是因为烧瓶里的气体吸收了水的________，温度________，体积________．
解析：(1)热力学第一定律是对能量守恒定律的一种表述方式．热力学第一定律指出，热能可以从一个物体传递给另一个物体，也可以与机械能或其他能量相互转换，在传递和转换过程中，能量的总值不变．所以钻木取火是通过做功把机械能转化为内能．
(2)内能可以从一个物体传递给另一个物体(高温到低温)，使物体的温度升高；一定质
量的气体，当压强保持不变时，它的体积V随温度T线性地变化．所以从冰箱里拿出的烧瓶中的空气(低温)吸收水(高温)的热量温度升高，体积增大．
答案：(1)做功机械能(2)热量升高增大
2． (1)物质是由大量分子组成的，分子直径的数量级一般是________ m．能说明分子都在永不停息地做无规则运动的实验事实有________(举一例即可)．在两分子间的距离由r0(此时分子间的引力和斥力相互平衡，分子作用力为零)逐渐增大的过程中，分子力的变化情况是________(填“逐渐增大”“逐渐减小”“先增大后减小”“先减小后增大”)．
(2)一定质量的理想气体，在保持温度不变的情况下，如果增大气体体积，气体压强将
如何变化？请你从分子动理论的观点加以解释．如果在此过程中气体对外界做了900 J 的功，则此过程中气体是放出热量还是吸收热量？放出或吸收多少热量？(简要说明理由)
答案：(1)10－10布朗运动(或扩散现象) 先增大后减小
(2)气体压强减小一定质量的气体，温度不变时，分子的平均动能一定，气体体积增
大，分子的密集程度减小，所以气体压强减小．一定质量的理想气体，温度不变时，内能不变，根据热力学第一定律，当气体对外做功时气体一定吸收热量，吸收的热量等于气体对外做的功量，即900 J.
3． (1)据某报报道：天津一小男孩睡觉时，臀部将压在下面的打火机焐炸，丁烷气体外泄，致使屁股局部速冻成伤．请你运用所学过的热学知识判断下列说法正确的是( )
A ．焐炸是因为打火机内丁烷液体变热汽化，体积增加，压强增大而爆炸
B ．焐炸的过程符合热力学第一定律
C ．市报关于局部速冻成伤的报道不符合科学道理
D ．爆炸后，丁烷外泄并迅速汽化吸热，由于吸热速度快而使屁股局部速冻成伤
(2)用长度可放大600倍的显微镜观察布朗运动．估计放大后的小碳粒体积为0.1×10－9 m 3，碳的密度是 2.25×103 kg/m 3，摩尔质量是 1.2×10－2 kg/mol ，阿伏加德罗常数为
6.0×1023 mol －1，则该小碳粒含分子个数约为多少个？(取1位有效数字)
解析：(2)小碳粒体积V ＝0.1×10－96003 m 3＝4.6×10－19 m 3 该小碳粒含分子个数为N ＝
ρV M N A ，代入数值解得：N ＝5×1010个． 答案：(1)ABD (2)5×1010个
4． (1)以下说法正确的是( )
A ．分子的热运动是指物体内部分子的无规则运动
B ．碎玻璃不能拼在一起，是由于分子间存在着斥力
C ．物体做加速运动时速度越来越大，物体内分子的平均动能也越来越大
D ．液晶既有液体的流动性，又具有光学各向异性
E ．在轮胎爆裂这一短暂过程中，气体膨胀，温度下降
F ．在完全失重的情况下，熔化的金属能够收缩成标准的球形 (2)
图1－1－5
如图1－1－5是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，封闭有一定质量的理想气体，若用力缓慢向下推动活塞，使活塞向下移一段距离，不计活塞与气缸内壁间的摩擦，环境温度保持不变，由此可以判断，被封闭气体的内能________(填“不变”或“改变”)，体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体________热(填“吸”或“放”)．
解析：(1)考查热学中的分子动理论、液晶的特性及气体的物态变化. 碎玻璃不能拼在一起是因为分子间的距离不能达到分子引力的范围；物体内分子的平均动能仅由温度决定，与物体运动的快慢无关；液晶既有液体的流动性，又具有光学各向异性；轮胎爆裂的一瞬间，气体膨胀对外做功，来不及热交换，因此气体的内能减少，温度降低．
(2)考查热力学第一定律．气缸导热性能良好，用力缓慢地向下推动活塞的过程中，缸内气体充分地与外界热交换，温度不变，内能不变，外界对气体做功，气体放出热量．
答案：(1)ADEF (2)不变 放
5． (1)下列说法中正确的是( )
A ．悬浮微粒越大，在某一瞬间撞击它的液体分子数就越多，布朗运动越明显
B ．在使两个分子间的距离由很远(r >10－9 m)减小到很难再靠近的过程中，分子间作用力先减小后增大，分子势能不断增大
C ．温度升高，分子热运动的平均动能一定增大，但并非所有分子的速率都增大
D ．一定质量的理想气体经等温压缩后，其压强一定增大
E ．内能向机械能转化是有条件的，即环境中必须存在温度差，通过科技创新，我们能够研制出将内能全部转化为机械能而不产生其他影响的热机
(2)已知水的密度ρ＝1.0×103 kg/m 3、摩尔质量M ＝1.8×10－2 kg ，阿伏加德罗常数N A
＝6.0×1023 mol －1.一滴露水的体积大约是6.0×10－5 cm 3，它含有________个水分子．如
果一只极小的虫子来喝水，每分钟喝进6.0×107个水分子，那么它每分钟喝进水的质量
是________ kg(结果保留两位有效数字)．
解析：(1)悬浮微粒越大，单位时间内撞击它的分子数越多，布朗运动越不明显，A 错．分子从很远靠近时，分子间作用力先增大后减小再增大，B 错．根据热力学第二定律我们无法研制出那样的热机，E 错．
(2)水分子个数为N ＝ρV M ·N A ＝1.0×103×6.0×10－111.8×10
－2×6.0×1023个＝2.0×1018个，喝进水的质量为m ＝n N A ·M ＝1.8×10
－18 kg. 答案：(1)CD (2)2.0×1018 1.8×10
－18 6.
图1－1－6
如图1－1－6所示，p －V 图中，一定质量的理想气体由状态A 经过程Ⅰ变至状态B 时，从外界吸收热量420 J ，同时膨胀对外做功300 J ．当气体从状态B 经过程Ⅱ回到状态A 时，外界压缩气体做功200 J ，求此过程中气体吸收或放出的热量是多少？
解析：一定质量的理想气体由状态A 经过程Ⅰ变至状态B 时，从外界吸收的热量Q 1大于气体膨胀对外做的功W 1，气体内能增加，由热力学第一定律，气体内能增加量为ΔU ＝Q 1＋W 1＝420 J ＋(－300 J)＝120 J
气体由状态B 经过程Ⅱ回到状态A 时，气体内能将减少120 J ，而此过程中外界又压缩气体做了W 2＝200 J 的功，因而气体必向外界放热，放出的热量为
Q 2＝ΔU －W 2＝(－120)J －200 J ＝－320 J.
答案：放热 320 J。