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1、选修内容 3-3 综合选修内容 3-3 综合 热学是物理学的一部分，它研究热现象的规律。用来描述热现象的一个基本概念是温度，温 度变化的时候，物体的许多性质都发生变化。凡是跟温度有关的现象都叫做热现象。热学知 识在实际中有重要的应用。各种热机和致冷设备的研制，化工、冶金、气象的研究，都离不 开热学知识。 研究热现象有两种不同的方法 ： 一种是从宏观上总结热现象的规律，引入内能的概念，并把 内能跟其他形式的能联系起来 ； 另一种是从物质的微观结构出发，建立分子动理论，说明热 现象是大量分子无规则运动的表现。 这两种方法相辅相成， 使人们对热现象的研究越来越深 入。 把宏观和微观结合起来，是热学的
2、特点。学习中要注意统计思想在日常生活和解释自 然想象中的普遍意义。 （一）高中热学的基础理论 高中热学的基础理论包括两部分 ： 一是分子动理论，分子动理论提供了从微观角度研究热学 问题的理论基础 ； 二是能量转化和守恒定律具体应用到热学问题的是包括物体内能的热力 学第一定律，提供了从宏观角度研究热学问题的理论基础它表明，从分子动理论出发可以 得到对应于分子运动存在着一种新形式的能，即物体的内能物体的内能改变，可以通过做 功和热传递来实现， 并遵守热力学第一定律 它们分别提供了从微观角度和宏观角度认识热 现象的理论根据但是，它们仍然是以实验和观察为基础的以实验为基础，建立物理模型 进行推理认识微
3、观结构的方法，是物理的重要方法 对物质微观结构的认识，往往是通过宏观的物理实验，提出科学假说和模型，进行分析推理 得出的一个典型的事例就是布朗运动的分析和解释 （二）力热综合问题 在力热综合问题中，研究对象主要选封闭气体及封闭气体的活塞或液柱。对于封闭气体，可 以根据过程特征选用气体定律建立方程 ； 对于活塞或液柱，可根据运动状态由平衡条件或牛 顿第二定律建立方程。 这两个方程的联系在于气体的压强与活塞受力， 气体压强是联系力学 规律和热学规律之间的桥梁 （三）固体、液体和气体 1、固体 固体可分为晶体和非晶体两大类， 晶体分子或离子按一定的空间点阵排列。 晶体可分为单晶 体和多晶体，通常说的
4、晶体及性质是指单晶体，多晶体的性质与非晶体类似。晶体的空间点 阵说明其物理性质的各向异性。晶体与非晶体的区别主要表现在： （1）晶体具有天然的规则的几何形状，而非晶体无此特点。 （2）晶体在不同方向上物理性质不同，而非体各方向上物理性质相同。 2、液体 （1）液体与气体接触的表面有收缩的趋势，液面内相邻两部分之间的彼此相互吸引力叫表 面张力。 （2）液体与固体接触的表面存在着附着层，由于附着层有收缩和扩展两种趋势，形成液体 对固体有浸润和不浸润现象。 （3）毛细现象是液体对固体浸润和不浸润现象在细管中的体现。毛细现象在日常生活中经 常出现。 3、气体分子运动的特点 气体分子间的距离较大，分子间
5、的相互作用力很微弱； 分子间的碰撞十分频繁；分子沿各 个方向运动的机会均等；分子的速率按一定规律分布（“中间多，两头少”）。 理想气体的分子间作用力为零，分子势能为零，所以理想气体的内能等于分子动能那么决 定一定质量的某种理想气体的内能的宏观标志就是温度T。 （四）人类优先开发的五种新能源 太阳能、风能、地热能、波浪能和氢能这五种新能源，在今后将肯定会优先获得开发利用。 （五）热力学第一定律在理想气体等值变化过程中的应用 1绝热过程 绝热一般指封闭气体的材料绝热或过程完成得迅速，此过程的特点是热量Q=0，当一个绝热 气缸内的气体向外膨胀的过程中，气体的体积变大，气体对外做功，又因为是绝热过程，
6、气 体既不吸热也不向外界放热，根据热力学第一定律，其内能减小，气体的温度降低 2等温过程 等温过程中气体的温度保持不变， 所以系统的内能不变 根据玻-马定律， 当气体压强增大时， 气体的体积变小，外界对气体做功；根据热力学第一定律，系统向外界放热 3等容过程 等容过程的特点是体积不变，所以做功W=0；根据查理定律，当一定质量的理想气体的压强 增大，则温度升高，内能变大；根据热力学第一定律，系统从外界吸热 4等压过程 等压过程的特点是压强不变， 那么当一定质量的理想气体的体积增大， 根据盖吕萨克定律， 则温度升高，内能变大；又因为气体的体积变大，气体对外界做功；根据热力学第一定律， 系统从外界吸
7、热 1下列说法中正确的是 ( D ) A布朗运动就是液体分子的无规则运动 B固体不容易被压缩是因为分子间只存在斥力 C内燃机可以把内能全部转化为机械能 D给物体加热，物体的内能不一定增加 2（4 分）关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是 A只要知道气体的摩尔体积和阿伏伽德罗常数，就可以算出气体分子的体积 B悬浮在液体中的固体微粒越小，布朗运动就越明显 C一定质量的理想气体，保持气体的压强不变，温度越高，体积越大 D一定温度下，饱和汽的压强是一定的 E第二类永动机不可能制成是因为它违反了能量守恒定律 F由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，液面分子间只有引力，没有斥力， 所以液体表
8、面具有收缩的趋势 答：BCD （全对得 4 分，不全对的，选对 1 个给 1 分，选错 1 个扣 1 分，扣完为止） 3 （选修 3-3 模块选做题，本题共 12 分） （1） （本题 4 分）分析判断以下说法的正误，在相 应的括号内打“”或“” A用手捏面包，面包体积会缩小，说明分子之间有间隙 （ ） B温度相同的氢气和氧气，氢气分子和氧气分子的平均速率相同 （ ） C夏天荷叶上小水珠呈球状，是由于液体表面张力使其表面积具有收缩到到最小趋势的缘 故 （ ） D自然界中进行的一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性 （ ） 答： （每个选项判断正确得 1 分，判断错误得 0 分） 4（1） （6
9、 分） （33 模块） 判断以下说法的正误，在相应的括号内打“”或“” A分子间距离增大，分子势能一定增大 （ ） B 有的物质微粒在不同条件下可以按不同的规则在空间分布， 因此可以生成不同的晶体 （） C一滴油酸酒精溶液体积为V，在水面上形成的单分子油膜的面积为S，则油酸分子的直径 （ ） S V d D已知某物质的摩尔质量为M，密度为，阿伏加德罗常数为NA，则该种物质的分子体积 为 （ ） A N M V 0 E在温度不变的情况下，增大液面上方饱和汽的体积，待气体重新达到饱和时，饱和汽的 密度不变，压强也不变 （ ） F伴随着熵增加的同时，一切不可逆过程总会使自然界的能量品质不断退化，逐渐
10、丧失做 功本领，所以人类必须节约能源 （ ） 答： (每个 1 分) 5、A在两分子间距离增大的过程中，分子间的作用力一定减小 B用N表示阿伏伽德罗常数，M表示铜的摩尔质量，表示铜的密度，那么一个铜原子所 占空间的体积可表示为M/N C容器中的气体对器壁的压强是由于大量气体分子频繁撞击器壁而产生的 D布朗运动反映了花粉小颗粒内部分子的无规则运动 E即使没有漏气，也没有摩擦的能量损失，内燃机也不可能把内能全部转化为机械能 F雨水没有透过布雨伞是因为液体表面存在张力 G晶体一定具有规则形状，且有各向异性的特征 答：BCEF（4 分） 6、(1) 在以下说法中，正确的是（ ） A热量不可能自发地从低
11、温物体传到高温物体 B质量、温度都相同的氢气和氧气，分子平均动能不相同 C液晶既具有液体的流动性，又具有晶体的光学各向异性特点 D饱和汽压随温度的升高而变小答：AC（3 分，漏选得 1 分，错选得 0 分） 7、 （供选修 3-3 考生作答） （1）以下是有关热学内容的若干叙述： A液晶显示屏是应用液晶的光学各向异性制成的 B熵增加原理说明一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进 行 C饱和汽压随温度的升高而增大 D物体的温度升高，表示物体中所有分子的 动能都增大 E 1mol 任何物质所含有的粒子数都相等 F液体表面层中的分子间距小于液体内部分子间距 G一定质量的氧气、在不同的温度
12、下，分子的速率分布情况如右图所示，实线和虚线分别 对应的温度为t1和t2，则由图可得：t1小于t2 H在油膜法估测分子大小的实验中，分子直径可由 1 滴油酸酒精溶液的体积除以油膜面积 求得 其中正确的是 . 答：ABCEG 8、(3)某风景区有一处约 50m 高的瀑布，甚为壮观，请估计瀑布上、下水潭的水温因瀑布的 机械能转化成内能而相差多少？水的比热容c水 =4.2103J/(kg) 速率区间 各速率区间的分子数占 总分子数的百分比 t1 t2 解：设水的的质量为m，上、下水潭的水温差为 t，由能量守恒定律有 （3 分）代入数据解得 t=0.12（2tcmmgh 分） 9、 （6 分）如图所示
13、，弹簧一端固定于水平台面上，另一端与质量为m活塞拴接在一起，开 口向下 质量为M的气缸与活塞一起封闭了一定质量的气体。 已知气缸和活塞均可与外界进 行热交换。 由于外界环境的温度缓慢降低， 被封气体向外界释放热量Q， 同时其内能减少 U。 已知大气压强为p0，气缸的横截面积为S，气缸壁厚忽略不计，重力加速度为g 。则 被封气体的体积 。 （填“增大” 、“减小”或“不变” ） 活塞移动距离为 ；气缸移动距离为 。 答： 减小 (2 分) 0， (每空 2 分) Mgsp UQ 0 10下列说法正确的是： （ A ） A大量分子能聚集在一起形成液体或固体，说明分子之间存在引力 B被活塞封闭在气缸
14、中的气体体积增大时压强一定减小 C被活塞封闭在气缸中的气体温度升高时压强一定增大 D气体压强的大小只与温度和气体分子的总数有关 11(选修 3-3)(1) 有下列说法： A气体吸收热量，其分子的平均动能就增大 B尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到 100%，制冷机却可以使温度降到-283 C在完全失重的情况下，熔化的金属能够收缩成标准的球形 D温度、压力、电磁作用等可以改变液晶的光学性质 其中正确的是 答：（1）CD 4 分，选对但不全得 2 分 12选修 33： （1）(6 分)判断以下说法正误，请在相应的括号内打“”或“” A 扩散现象和布朗运动的剧烈程度都与温度有关， 所以扩散现象和
15、布朗运动也叫做热运动。 （ ） B两个分子甲和乙相距较远(此时它们之间的作用力可以忽略)，设甲固定不动，乙逐渐向 甲靠近，直到不能再靠近，在整个移动过程中前阶段分子力做正功，后阶段外力克服分子力 做功。 （ ） C 晶体熔化过程中， 当温度达到熔点时， 吸收的热量全部用来破坏空间点阵， 增加分子势能， 而分子平均动能却保持不变，所以晶体有固定的熔点。非晶体没有空间点阵，熔化时不需要 去破坏空间点阵，吸收的热量主要转化为分子的动能，不断吸热，温度就不断上升。 （ ） D根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传导中，热 量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地
16、从低温物体传递给高温物体。 （ ） E气体分子间的距离较大，除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，气体分子几乎不受力的作用 而做匀速直线运动。分子的运动杂乱无章，在某一时刻，向各个方向运动的气体分子数目不 均等。 （ ） F一由不导热的器壁做成的容器，被不导热的隔板分成甲、乙两室。甲室中装有一定质量 的温度为T的气体，乙室为真空，如图所示。提起隔板，让甲室中的气体进入乙室，若甲室 中气体的内能只与温度有关，则提起隔板后当气体重新达到平衡时，其温度仍为T。 （ ） 13 （8 分）如图所示pV图中，一定质量的理想气体由状态A经过ACB过程至状 态B，气体对外做功280J，吸收热量410J； 气体又从状态
17、B经BDA过程回到状态A，这一过 程中 外 界对气体做功 200J 求：（1）ACB过程中气体的内能是增加还是减少？变化量是多少？ （2）BDA过程中气体是吸热还是放热？吸收或放出的热量是多少？解：（1）ACB过程内能 增加 （2 分） ACB过程中 W1280J，Q1410J 由热力学第一定律 UBUAW1Q1130J （2 分） 气体内能的变化量为 130J （2）BDA过程中气体放热 （1 分） 因为一定质量理想气体的内能只是温度的函数，BDA过程中气体内能变化量 UAUB130J （1 分） 由题知 W2200J， 由热力学第一定律 UAUBW2Q2 Q2330J （2 分） BDA过程中放出热量 330J 乙甲 0 p V A B D C