2020最新高考物理热学讲解与解析

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

图1－1－4

1．(2020·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2.25×120 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 ＝0.1×10－9

6003 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 ＝5×1190个． 答案：(1)ABD (2)5×1190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＝1.0×120 kg/m3、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 cm3，它含有________个水分子．如果一只极小的虫子来喝水，每分钟喝进6.0×120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＝

1.0×103×6.0×10－11

1.8×10－2

×6.0×1023个＝

2.0×1198个，喝进水的质量为m＝n

N A

·M＝1.8×10－18 kg.

答案：(1)CD (2)2.0×1198 1.8×10－18

图1－1－6

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Q1大于气体膨胀对外做的功W1，气体内能增加，由热力学第一定律，气体内能增加量为ΔU＝Q1＋W1＝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W2＝200 J的功，因而气体必向外界放热，放出的热量为

Q2＝ΔU－W2＝(－120)J－200 J＝－320 J.

答案：放热320 J