专题八热学、原子物理和波粒二象性 第1课时热学

1、专题八专题八 热学、原子物理和波粒二象性热学、原子物理和波粒二象性 第第1 1课时课时 热学热学 基基 础础 回回 扣扣 1.1.分子动理论分子动理论 (1)(1)分子动理论的基本观点是分子动理论的基本观点是: :物体是由大量分子组成物体是由大量分子组成 的的, ,分子在做分子在做 运动运动, ,分子间存在分子间存在 着着 和和 . .扩散现象与扩散现象与 是分子永是分子永 不停息地无规则运动的实验基础不停息地无规则运动的实验基础. .每个分子的运动都每个分子的运动都 不是规则的不是规则的, ,带有偶然性带有偶然性, ,大量分子的集体行为受统计大量分子的集体行为受统计 永不停息的无规则永不停息

2、的无规则 引力引力斥力斥力布朗运动布朗运动 规律支配规律支配, ,表现为表现为“ ”的规律的规律. .布朗运布朗运 动既不是固体分子的运动动既不是固体分子的运动, ,也不是液体分子的运动也不是液体分子的运动, , 它是由于它是由于 频繁地撞击固体小颗粒而引起的频繁地撞击固体小颗粒而引起的 小颗粒的运动小颗粒的运动. . (2)(2)温度是分子温度是分子 的标志的标志, ,物体的内能是物体物体的内能是物体 内所有分子的动能和内所有分子的动能和 之和之和. . (3)(3)阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数 分子的大小分子的大小: :直径数量级为直径数量级为 m m 分子的质量分子的质量: :质量数量级

3、为质量数量级为1010-26 -26 kg kg 阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数N NA A=6.02=6.02101023 23 mol mol-1 -1 N NA A= (= (适用于适用于 情况情况) ) 中间多两头少中间多两头少 液体分子液体分子 平均动能平均动能 势能势能 1010-10 -10 任何任何 分子质量 摩尔质量 N NA A= (= (适用于适用于 ) ) 油膜法测分子的直径油膜法测分子的直径: :d d= = 固体、液体固体、液体 分子体积 摩尔体积 2.2.理想气体和气体的实验定律理想气体和气体的实验定律 (1)(1)理想气体的分子模型理想气体的分子模型: :理想气体

4、是为了研究问题理想气体是为了研究问题 的方便而建立的一种理想化模型的方便而建立的一种理想化模型. .其微观模型是其微观模型是: :分分 子本身无大小子本身无大小; ;分子间除碰撞外不计分子之间的相互分子间除碰撞外不计分子之间的相互 作用力作用力, ,无分子势能无分子势能, ,内能只与温度有关内能只与温度有关; ;分子间的碰分子间的碰 撞看成撞看成 碰撞碰撞. . (2)(2)玻意耳定律玻意耳定律 内容内容: :一定质量理想气体一定质量理想气体, ,在温度保持不变时在温度保持不变时, ,它的压它的压 强和体积成反比强和体积成反比; ;或者说或者说, ,压强和体积的压强和体积的 保持不保持不 变变

5、. .此即玻意耳定律此即玻意耳定律. . 数学表达式数学表达式: :pVpV= =C C( (常量常量) )或或p p1 1V V1 1= =p p2 2V V2 2. . 弹性弹性 乘积乘积 (3)(3)查理定律查理定律 内容内容: :一定质量的理想气体一定质量的理想气体, ,在体积不变的情况下在体积不变的情况下, ,它它 的压强跟的压强跟 成正比成正比, ,这个规律叫做查理定律这个规律叫做查理定律. . 数学表达式数学表达式: =: =C C. . 对于一定质量的理想气体对于一定质量的理想气体, ,在两个确定的状态在两个确定的状态( (p p1 1、 V V0 0、T T1 1) )和和(

6、p p2 2、V V0 0、T T2 2) )下有下有 . . (4)(4)盖盖吕萨克定律吕萨克定律 内容内容: :一定质量的理想气体在压强不变的情况下一定质量的理想气体在压强不变的情况下, ,它的它的 体积跟体积跟 成正比成正比. . 数学表达式数学表达式: .: . 当一定质量的气体三个状态参量均变化时当一定质量的气体三个状态参量均变化时, ,三个参量三个参量 的关系是的关系是 . . 热力学温度热力学温度 热力学温度热力学温度 T p 2 1 2 1 2 2 1 1 T T p p T p T p 或 2 2 1 1 T V T V C T V 或 2 22 1 11 T Vp T Vp

7、 C T pV 或 3.3.热力学定律热力学定律 (1)(1)热力学第一定律热力学第一定律 做功和热传递都可以改变物体的内能做功和热传递都可以改变物体的内能, ,功、热量和内功、热量和内 能之间的关系可根据热力学第一定律能之间的关系可根据热力学第一定律, ,其表达式为其表达式为 U U= =Q Q+ +WW.U U、Q Q、WW的符号规定为的符号规定为: : 外界对系统做功外界对系统做功, ,WW0,0,即即WW为正值为正值; ; 系统对外界做功系统对外界做功, ,也就是外界对系统做负功也就是外界对系统做负功, ,WW0,0,0,即即Q Q为正值为正值; ; 外界对系统吸收热量外界对系统吸收热

8、量, ,也就是系统对外界放出热也就是系统对外界放出热 量量, ,Q Q0, 0,0,即即U U为正值为正值; ; 系统内能减少系统内能减少,U U0,0,0,吸热吸热; ;Q Q0,0,0,外界对物体做功外界对物体做功; ;WW0,0,0,内能增加内能增加;U U0,0,内能减少内能减少. . 2. 2.理想气体的内能只与温度有关理想气体的内能只与温度有关. . 预测演练预测演练3 3 (2009(2009福建福建28)28)(1)(1)现代科学技术的发现代科学技术的发 展与材料科学、能源的开发密切相关，下列关于材展与材料科学、能源的开发密切相关，下列关于材 料、能源的说法正确的是料、能源的说

9、法正确的是 .(.(填选项前的编填选项前的编 号号) )化石能源为清洁能源化石能源为清洁能源 纳米材料的粒度在纳米材料的粒度在1-1- 100m100m之间之间 半导体材料的导电性能介于金属导半导体材料的导电性能介于金属导 体和绝缘体之间体和绝缘体之间 液晶既有液体的流动性，又有液晶既有液体的流动性，又有 光学性质的各向同性光学性质的各向同性 (2)(2)一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体 做功做功7.07.010104 4 J, J,气体内能减少气体内能减少1.31.310105 5 J J，则此过 ，则此过 程程 .(.(填选项前的编号填选

10、项前的编号) ) 气体从外界吸收热量气体从外界吸收热量6.06.010105 5 J J 气体向外界放出热量气体向外界放出热量2.02.010105 5 J J 气体从外界吸收热量气体从外界吸收热量6.06.010104 4 J J 气体向外界放出热量气体向外界放出热量6.06.010104 4 J J 解析解析 (1)(1)化石能源为石油、煤、天然气等，在燃烧化石能源为石油、煤、天然气等，在燃烧 过程中能产生二氧化碳、二氧化硫等，能污染环境，过程中能产生二氧化碳、二氧化硫等，能污染环境， 不是清洁能源不是清洁能源. .纳米材料的范围是纳米材料的范围是1 1100 nm100 nm之间之间.

11、.半半 导体的导电性能介于金属导体和绝缘体之间导体的导电性能介于金属导体和绝缘体之间. .液晶是液晶是 一种特殊的物质，既具有液体的流动性，又像某些一种特殊的物质，既具有液体的流动性，又像某些 晶体那样具有光学的各向异性，故选晶体那样具有光学的各向异性，故选. . (2)(2)由热力学第一定律由热力学第一定律WW+ +Q Q=U U WW=7.0=7.010104 4 J, J,U U=-1.3=-1.310105 5 J, J,Q Q=-2.0=-2.010105 5 J J，放 ，放 热热2.02.010105 5 J, J,故选故选. . 答案答案 (1)(1) (2) (2) 题型题型

12、3 3 气体实验定律的应用气体实验定律的应用 例例3 3 (2009(2009烟台市烟台市5 5月模拟月模拟) )(8(8分分) )汽车在高速公路上汽车在高速公路上 行驶时行驶时, ,由于轮胎与地面、空气等之间的摩擦而温度升由于轮胎与地面、空气等之间的摩擦而温度升 高高, ,气压增大气压增大, ,会出现会出现“爆胎爆胎”现象现象, ,有可能导致交通事有可能导致交通事 故的发生故的发生. .已知某汽车轮胎所承受的最大压强为已知某汽车轮胎所承受的最大压强为3 atm,3 atm, 如果轮胎在常温如果轮胎在常温25 25 时充气气压为时充气气压为2.5 atm.2.5 atm.求求: : (1)(1

13、)汽车在行驶的过程中汽车在行驶的过程中, ,轮胎的温度不能超过多少轮胎的温度不能超过多少?(?(不不 考虑温度升高时考虑温度升高时, ,轮胎容积发生变化轮胎容积发生变化) ) (2)(2)从微观角度解释轮胎内部气体压强变化的原因从微观角度解释轮胎内部气体压强变化的原因. . (3)(3)若气体吸收的热量为若气体吸收的热量为3 J,3 J,则气体内能变化了多少则气体内能变化了多少? ? 解析解析 (1)(1)设气体常温时的压强为设气体常温时的压强为p p1 1, ,温度为温度为T T1 1; ;达最达最 高温度时的压强为高温度时的压强为p p2 2, ,温度为温度为T T2 2 由查理定律由查理

14、定律: : (2 (2分分) ) 代入数值可得代入数值可得T T2 2=357.6 K=357.6 K (1 (1分分) ) 所以所以t t= =T T2 2-273=84.6 -273=84.6 (1 (1分分) ) (2)(2)体积不变体积不变, ,单位体积内分子数不变单位体积内分子数不变, ,温度升高温度升高, ,分分 子的平均动能增加子的平均动能增加, ,所以压强增加所以压强增加. . (2 (2分分) ) (3)(3)气体对外做功为零气体对外做功为零, ,据热力学第一定律可知据热力学第一定律可知, ,内能内能 增加增加3 J.3 J. (2 (2分分) ) 2 2 1 1 T p T

15、 p 答案答案 (1)84.6 (1)84.6 (2)(2)见解析见解析 (3)3 J(3)3 J 1. 1.在应用理想气体状态方程解决问题时在应用理想气体状态方程解决问题时, ,首先要首先要 搞清气体能否看成理想气体模型搞清气体能否看成理想气体模型, ,并且要注意热学变并且要注意热学变 化过程中的条件化过程中的条件( (等温、等压和等容等温、等压和等容).).基本思路是基本思路是: :确确 定研究对象求压强定研究对象求压强, ,列气态方程求未知量列气态方程求未知量. . 2.2.理想气体理想气体( (忽略了分子间的势能忽略了分子间的势能) )热量传递情况热量传递情况 的分析思路的分析思路:

16、: (1)(1)由体积变化分析气体做功情况由体积变化分析气体做功情况: :体积膨胀体积膨胀, ,气气 体对外做功体对外做功; ;气体被压缩气体被压缩, ,外界对气体做功外界对气体做功. . (2)(2)由温度变化判断气体内能变化由温度变化判断气体内能变化: :温度升高温度升高, ,气气 体内能增加体内能增加; ;温度降低温度降低, ,气体内能减小气体内能减小. . (3)(3)由热力学第一定律由热力学第一定律U U= =WW+ +Q Q判断气体是吸热判断气体是吸热 还是放热还是放热. . 预测演练预测演练4 4 (2009(2009潍坊市第二次模拟潍坊市第二次模拟) )如图如图8-1-48-1

17、-4所所 示为一简易火灾报警装置示为一简易火灾报警装置, ,其原理是其原理是: :竖直放置的试竖直放置的试 管中装有水银管中装有水银, ,当温度升高时当温度升高时, ,水银柱上升水银柱上升, ,使电路导使电路导 通通, ,蜂鸣器发出报警的响声蜂鸣器发出报警的响声.27 .27 时时, ,被封闭的理想被封闭的理想 气体气柱长气体气柱长L L1 1为为20 cm,20 cm,水银上表面与导线下端的距离水银上表面与导线下端的距离 L L2 2为为5 cm5 cm. . 图图8-1-48-1-4 (1)(1)当温度达到多少摄氏度时当温度达到多少摄氏度时, ,报警器会报警报警器会报警? ? 解析解析 (

18、1)(1)温度升高时温度升高时, ,下端气体等压变化下端气体等压变化 解得解得T T2 2=375 K,=375 K,即即t t2 2=102 =102 (2)(2)由玻意耳定律由玻意耳定律, ,同样温度下同样温度下, ,大气压降低则下端气大气压降低则下端气 柱变长柱变长, ,即即V V1 1变大变大, ,而刚好报警时而刚好报警时V V2 2不变不变, ,由由 可知可知, ,T T2 2变小变小, ,即报警温度降低即报警温度降低. . 2 1 2 1 V V T T 25 20300 2 T 2 1 2 1 V V T T 答案答案 (1)102 (1)102 (2)(2)报警温度降低报警温度

19、降低 (2)(2)如果大气压降低如果大气压降低, ,试分析说明该报警器的报警温试分析说明该报警器的报警温 度会受到怎样的影响度会受到怎样的影响? ? 题型题型4 4 阿伏加德罗常数及微观量的计算阿伏加德罗常数及微观量的计算 【例【例4 4】(2009(2009长春、哈尔滨、沈阳、大连第三次长春、哈尔滨、沈阳、大连第三次 联考联考) )若以若以MM表示氧气的摩尔质量表示氧气的摩尔质量, ,表示标准状况下表示标准状况下 氧气的密度氧气的密度, ,N NA A表示阿伏加德罗常数表示阿伏加德罗常数, ,则则 （ ） A.A.每个氧气分子的质量为每个氧气分子的质量为 B.B.在标准状况下每个氧气分子的体

20、积为在标准状况下每个氧气分子的体积为 C.C.单位质量的氧气所含氧气分子个数为单位质量的氧气所含氧气分子个数为 D.D.在标准状况下单位体积的氧气所含氧气分子个数在标准状况下单位体积的氧气所含氧气分子个数 为为 A N M A N M M NA MNA 解析解析 由于气体分子间距较大由于气体分子间距较大, ,每个氧气分子的质量每个氧气分子的质量 为为 , ,但是但是 表示的是一个氧气分子所占空间的体表示的是一个氧气分子所占空间的体 积积,A,A对对B B错错; ;同理可知同理可知C C正确正确; ;而而D D应该是应该是 ,D,D错错. . A N M A N M M N A 答案答案 AC

21、1. 1.对液体、固体来说对液体、固体来说, ,微观模型是微观模型是: :分子紧密排列分子紧密排列, , 将物质的摩尔体积分成将物质的摩尔体积分成N NA A等份等份, ,每一等份就是一个分每一等份就是一个分 子子; ;在估算分子直径时在估算分子直径时, ,设想分子是一个一个紧挨的设想分子是一个一个紧挨的 小球小球; ;在估算分子间距离时在估算分子间距离时, ,设想每一个分子是一个设想每一个分子是一个 正立方体正立方体, ,正立方体的正立方体的边长即为分子间距离边长即为分子间距离. . 2. 2.气体分子不是紧密排列的气体分子不是紧密排列的, ,所以上述模型对气所以上述模型对气 体不适用体不适

22、用, ,但上述模型可以用来估算分子间平均距离但上述模型可以用来估算分子间平均距离. . 预测演练预测演练5 5（20092009聊城市高考模拟二聊城市高考模拟二) ) (1)(1)要估算要估算 气体分子间的平均距离气体分子间的平均距离, ,需选用需选用 组物理量组物理量. . A.A.阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数, ,气体的摩尔质量和质量气体的摩尔质量和质量 B.B.阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数, ,气体的摩尔质量和密度气体的摩尔质量和密度 C.C.阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数, ,气体的质量和体积气体的质量和体积 D.D.气体的密度、体积和摩尔质量气体的密度、体积和摩尔质量 (2)(2)如图

23、如图8-1-58-1-5所示所示, , 一定质量的理想一定质量的理想 气体从状态气体从状态A A变化到状态变化到状态B B, ,再由再由B B变变 化到化到C C. .已知状态已知状态A A的温度为的温度为300 K.300 K. 求气体在状态求气体在状态B B的温度的温度. . 由状态由状态B B变化到状态变化到状态C C的过程中的过程中, ,气体是吸热还是放气体是吸热还是放 热热? ?简要说明理由简要说明理由. . 图图8-1-58-1-5 解析解析 (2)(2)由理想气体的状态方程由理想气体的状态方程 得气体在状态得气体在状态B B的温度的温度T TB B= =1 200 K= =1 2

24、00 K 由状态由状态B BC C, ,气体做等容变化气体做等容变化, ,由查理定律得由查理定律得 =600 K=600 K 故气体由故气体由B B到到C C为等容变化为等容变化, ,不做功不做功, ,但温度降低但温度降低, ,内能内能 减小减小. .根据热力学第一定律根据热力学第一定律,U U= =WW+ +Q Q, ,可知气体要放可知气体要放 热热. . 2 22 1 11 T Vp T Vp AA ABB Vp TVp BC T p p T T p T p C B C C B B , 答案答案 (1) B (2)(1) B (2)1 200 K 1 200 K 放热放热 理由见解析理由见

25、解析 1.1.(2009(2009四川四川16)16) 关于热力学定律关于热力学定律, ,下列说法正下列说法正 确的是确的是 （ ） A.A.在一定条件下物体的温度可以降到在一定条件下物体的温度可以降到0 K0 K B.B.物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功 C.C.吸收了热量的物体吸收了热量的物体, ,其内能一定增加其内能一定增加 D.D.压缩气体总能使气体的温度升高压缩气体总能使气体的温度升高 解析解析 绝对零度只能无限趋近绝对零度只能无限趋近, ,永远无法达到永远无法达到,A,A错误错误; ; 物体从单一热源吸收的热量可以全部用来对外做功物体从单

26、一热源吸收的热量可以全部用来对外做功, , 只不过会引起其他变化只不过会引起其他变化,B,B正确正确; ;能的变化决定于做功能的变化决定于做功 和热传递两个方面和热传递两个方面, ,单纯吸收热量或者对物体做功单纯吸收热量或者对物体做功, , 物体的内能都不一定增加物体的内能都不一定增加,C,C、D D错错. . B 2.2.(2009(2009福建省第二次质检福建省第二次质检) )科学考察队到某一地区科学考察队到某一地区 进行考察时携带一种测进行考察时携带一种测 量仪器量仪器. .该仪器导热性能良好该仪器导热性能良好, ,且内部密闭有一定且内部密闭有一定 质量的气体质量的气体( (可视为理想气

27、体可视为理想气体),),仪器的部分参数为仪器的部分参数为: : 环境温度为环境温度为27 27 时时, ,内部的气体压强为内部的气体压强为1.01.010105 5 Pa. Pa. 若该地区的气温为若该地区的气温为-23 ,-23 ,不考虑密闭气体的体积不考虑密闭气体的体积 变化变化, ,则该仪器的内部气体压强为则该仪器的内部气体压强为 （ ）A A.8.3A.8.310104 4 Pa PaB.8.5B.8.510104 4 Pa Pa C.9.9C.9.910104 4 Pa PaD.1.2D.1.210105 5 Pa Pa 3.3.(2009(2009南平市适应性考试南平市适应性考试)

28、 )在温度均匀且恒定的在温度均匀且恒定的 水池中水池中, ,有一小气泡正在缓慢向上浮起有一小气泡正在缓慢向上浮起, ,体积逐渐体积逐渐 膨胀膨胀, ,在气泡上浮的过程中在气泡上浮的过程中, ,气泡内的气体气泡内的气体 （ ） A.A.向外界放出热量向外界放出热量 B.B.与外界不发生热传递与外界不发生热传递, ,其内能不变其内能不变 C.C.对外界做功对外界做功, ,其内能减少其内能减少 D.D.对外界做功对外界做功, ,同时从水中吸收热量同时从水中吸收热量, ,其内能不变其内能不变 D 4.4.(2009(2009武汉市武汉市5 5月模拟月模拟) ) 如图如图8-1-68-1-6所示所示,

29、,固定在水固定在水 平面上的气缸内封闭一定质量的气平面上的气缸内封闭一定质量的气 体体, ,气缸壁和活塞绝热性能良好气缸壁和活塞绝热性能良好, ,气气 缸内气体分子间相互作用的势能忽缸内气体分子间相互作用的势能忽 略不计略不计, ,则以下说法正确的是（则以下说法正确的是（ ） A.A.使活塞向左移动使活塞向左移动, ,气缸内气体分子的平均动能增气缸内气体分子的平均动能增 大大 B.B.使活塞向左移动使活塞向左移动, ,气缸内气体的内能不变气缸内气体的内能不变 图图8-1-68-1-6 C.C.使活塞向右移动使活塞向右移动, ,气缸内每个气体分子的动能都减气缸内每个气体分子的动能都减 小小 D.

30、D.使活塞向右移动使活塞向右移动, ,气缸内所有气体分子撞击气缸壁气缸内所有气体分子撞击气缸壁 的作用力都减小的作用力都减小 解析解析 活塞左移活塞左移, ,对气体做功对气体做功, ,内能增大内能增大, ,温度升高温度升高, , A A对对,B,B错错; ;活塞右移活塞右移, ,气体对外界做功气体对外界做功, ,温度降低温度降低, ,平均平均 动能减小动能减小, ,对气缸壁撞击的分子的平均作用力减小对气缸壁撞击的分子的平均作用力减小, , C C、D D错错. . 答案答案 A 5.5.(2009(2009杭州市模拟一杭州市模拟一) ) 如图如图8-1-78-1-7所示所示, ,一个质量一个质

31、量 不变的活塞不变的活塞, ,将一定量的气体封闭在上将一定量的气体封闭在上 端开口的直立圆筒形金属气缸内端开口的直立圆筒形金属气缸内, ,活塞活塞 以上部分注满机油以上部分注满机油. .最初活塞静止最初活塞静止, ,现现 设法使周围环境的温度缓慢升高设法使周围环境的温度缓慢升高t t, ,活活 塞因此缓慢上升塞因此缓慢上升, ,随后到达新的位置静止随后到达新的位置静止. .在温度在温度 升高升高t t的过程中的过程中, ,以下说法正确的是以下说法正确的是 （ ） 图图8-1-78-1-7 A.A.缸内气体压强增大缸内气体压强增大 B.B.缸内气体对外做功缸内气体对外做功 C.C.缸内气体分子平

32、均动能增大缸内气体分子平均动能增大 D.D.缸内气体向外界放热缸内气体向外界放热 解析解析 因为温度升高时因为温度升高时, ,活塞上移活塞上移, ,机油溢出机油溢出, ,p p= =p p0 0+ + , ,机油质量减小机油质量减小, ,p p减小减小,A,A错错,C,C对对; ;气体膨胀对外做气体膨胀对外做 功功,B,B对对; ;理想气体内能只与温度有关理想气体内能只与温度有关, ,内能增大内能增大, ,而气而气 体又对外做功体又对外做功, ,由热力学第一定律可知气体从外界吸由热力学第一定律可知气体从外界吸 热热,D,D错错. . S mg 答案答案 BC 6.6.(2009(2009江西省

33、名校模拟高考信息卷江西省名校模拟高考信息卷) )在一个温度在一个温度 均匀的纯净水杯中均匀的纯净水杯中, ,一个可视作理想气体的小气泡一个可视作理想气体的小气泡 在水中缓慢上升在水中缓慢上升, ,若气泡内的气体质量保持不变若气泡内的气体质量保持不变, , 气泡在上升过程中气泡在上升过程中 （ ） A.A.气体分子运动的平均速率减少气体分子运动的平均速率减少 B.B.气体向外界放热气体向外界放热 C.C.气体对外做功气体对外做功 D.D.气体和水总的重力势能将减少气体和水总的重力势能将减少 运动的平均速率不变运动的平均速率不变, ,故故A A错误错误; ;气体上升气体上升, ,同体积的同体积的

34、水在下降水在下降, ,总重力势能将减小总重力势能将减小, ,故故D D正确正确. . 答案答案 CD 解析解析 气泡缓慢上升的过程中气泡缓慢上升的过程中, ,温度保持不变温度保持不变, ,压强压强 减小减小, ,体积增大体积增大, ,根据热力学定律可知气体对外做功根据热力学定律可知气体对外做功, , 故故C C正确正确; ;吸热吸热, ,温度保持不变温度保持不变, ,故故B B错误错误; ;气体分子热气体分子热 7.7.(2009(2009大连市第二次模拟大连市第二次模拟) )(1)(1)水的摩尔质量为水的摩尔质量为 18 g,18 g,密度为密度为1 110103 3 kg/m kg/m3

35、3, ,阿伏加德罗常数约取阿伏加德罗常数约取 6 6101023 23 mol mol-1 -1, ,则估算每个水分子的质量为 则估算每个水分子的质量为 kg,kg, 单位体积内水分子的个数有单位体积内水分子的个数有 个个.(.(结果均保留结果均保留 1 1位有效数字位有效数字) ) (2)(2)如图如图8-1-88-1-8所示所示, ,在一根一端封闭且粗在一根一端封闭且粗 细均匀的长玻璃管中用水银柱将管内细均匀的长玻璃管中用水银柱将管内 一部分空气密封一部分空气密封. .当管口向上竖直放置当管口向上竖直放置 时时, ,管内空气柱的长度管内空气柱的长度L L1 1为为0.30 m,0.30 m

36、,压强压强 为为1.401.4010105 5 Pa, Pa,温度为温度为27 .27 .当管内空当管内空 气柱的温度下降到气柱的温度下降到-3 -3 时时, ,若将玻璃管若将玻璃管 开口向下竖直放置开口向下竖直放置, ,水银没有溢出水银没有溢出, ,求求: : 图图8-1-88-1-8 待水银柱稳定后待水银柱稳定后, ,空气柱的长度空气柱的长度L L2 2是多少米是多少米?(?(大气大气 压强压强p p0 0=1.00=1.0010105 5 Pa) Pa) 整个状态变化过程中气体对外做功还是外界对气整个状态变化过程中气体对外做功还是外界对气 体做功体做功? ?说明理由说明理由. . 解析解

37、析 (1)3(1)31010-26 -26 3 3101028 28 (2)(2)p p1 1=1.40=1.4010105 5 Pa, Pa,V V1 1= =L L1 1S S, ,T T1 1=(273+27)K=300 K=(273+27)K=300 K 设水银柱的压强为设水银柱的压强为p p3 3 p p3 3= =p p1 1- -p p0 0=(1.40=(1.4010105 5-1.00-1.0010105 5)Pa=0.40)Pa=0.4010105 5 Pa Pa p p2 2= =p p0 0- -p p3 3=(1.00=(1.0010105 5-0.40-0.4010

38、105 5)Pa=0.60)Pa=0.6010105 5 Pa Pa V V2 2= =L L2 2S S, ,T T2 2=270 K=270 K 代入代入 2 22 1 11 T Vp T Vp 解得解得L L2 2=0.63 m=0.63 m 初、末状态对气体的体积增大了初、末状态对气体的体积增大了, ,所以气体对外所以气体对外 做功做功. . 答案答案 (1)3(1)31010-26 -26 3 3101028 28 (2) (2)0.63 m 0.63 m 初、末状态气体的体积增大了初、末状态气体的体积增大了, ,所以气体对外做功所以气体对外做功. . 8.8.(2009(2009曲

39、阜师大附中高三高考模拟曲阜师大附中高三高考模拟) )为适应太空环境为适应太空环境, , 去太空旅行的航天员都要穿航天服去太空旅行的航天员都要穿航天服, ,航天服有一套生航天服有一套生 命保障系统命保障系统, ,为航天员提供合适的温度、氧气和气压为航天员提供合适的温度、氧气和气压, , 让航天员在太空中如同在地面上一样让航天员在太空中如同在地面上一样, ,假如在地面上假如在地面上 航天服内气压为航天服内气压为1 atm,1 atm,气体体积为气体体积为2 L,2 L,到达太空后到达太空后 由于外部气压低由于外部气压低, ,航天服急剧膨胀航天服急剧膨胀, ,内内部气体体积变为部气体体积变为 4 L

40、,4 L,使航天服达到最大体积使航天服达到最大体积, ,若航天服内气体的温度若航天服内气体的温度 不变不变, ,将航天服视为封闭系统将航天服视为封闭系统. . (1)(1)求此时航天服内的气体压强求此时航天服内的气体压强, ,并从微观角度解释并从微观角度解释 压强变化的原因压强变化的原因. . (2)(2)由地面到太空过程中航天服内气体吸热还是放热由地面到太空过程中航天服内气体吸热还是放热, , 为什么为什么? ? (3)(3)若开启航天服封闭系统向航天服内充气若开启航天服封闭系统向航天服内充气, ,使航天使航天 服内的气压恢复到服内的气压恢复到0.9 atm,0.9 atm,则需补充则需补充

41、1 atm1 atm的等温气的等温气 体多少升体多少升? ? 解析解析 (1)(1)对航天服内气体对航天服内气体, ,开始时压强为开始时压强为p p1 1=1 atm,=1 atm, 体积为体积为V V1 1=2 L,=2 L,到达太空后压强为到达太空后压强为p p2 2, ,气体体积为气体体积为V V2 2= = 4 L,4 L,由等温变化的玻意耳定律由等温变化的玻意耳定律: :p p1 1V V1 1= =p p2 2V V2 2 解得解得p p2 2=0.5atm=0.5atm 航天服内航天服内, ,温度不变温度不变, ,气体分子平均动能不变气体分子平均动能不变, ,体积膨体积膨 胀胀,

42、 ,单位体积内的分子数减少单位体积内的分子数减少, ,单位时间撞击到单位单位时间撞击到单位 面积上的分子数减少面积上的分子数减少, ,故压强减小故压强减小. . (2)(2)航天服内气体吸热航天服内气体吸热. .因为体积膨胀对外做功因为体积膨胀对外做功, ,而航而航 天服内气体温度不变天服内气体温度不变, ,即气体内能不变即气体内能不变, ,由热力学第由热力学第 一定律可得气体吸热一定律可得气体吸热. . (3)(3)设需补充设需补充1 atm1 atm体积为体积为V V的气体的气体, ,达到的压强为达到的压强为 p p3 3=0.9 atm,=0.9 atm,取总气体为研究对象取总气体为研究

43、对象 p p1 1( (V V1 1+ +V V)=)=p p3 3V V2 2 解得解得V V=1.6 L=1.6 L 答案答案 (1)0.5 atm (1)0.5 atm 原因见解析原因见解析 (2)(2)吸热吸热 原因见解原因见解 析析 (3)1.6 L(3)1.6 L 9.9.(2009(2009鞍山市第二次质量调查鞍山市第二次质量调查) ) （1 1）一定质量的理想气体状态变）一定质量的理想气体状态变 化过程如图化过程如图8-1-98-1-9所示所示, ,第第1 1种变化种变化 是从是从A A到到B B, ,第第2 2种变化是从种变化是从A A到到C C, , 比较两种变化过程比较两

44、种变化过程, ,则则 （ ） A.A.A A到到C C过程气体吸收热量较多过程气体吸收热量较多 B.B.A A到到B B过程气体吸收热量较多过程气体吸收热量较多 C.C.两个过程气体吸收热量一样两个过程气体吸收热量一样 D.D.两个过程气体内能增加相同两个过程气体内能增加相同 图图8-1-98-1-9 (2)(2)如图如图8-1-108-1-10所示所示, ,粗细均匀的长为粗细均匀的长为H H2 2=30 cm=30 cm的直玻的直玻 璃管一端开口一端封闭璃管一端开口一端封闭. .现让开口端向下现让开口端向下 竖直插入一水银槽中竖直插入一水银槽中, ,封住一段空气柱封住一段空气柱, , 使管顶

45、高出槽中水银面使管顶高出槽中水银面H H1 1=25 cm,=25 cm,管内水管内水 银面比槽内水银面高银面比槽内水银面高h h=5 cm,=5 cm,当时的温度当时的温度 为为7 .7 .要使管中空气柱占满整个玻璃管要使管中空气柱占满整个玻璃管, , 需要把管内空气柱加热到多少摄氏度需要把管内空气柱加热到多少摄氏度?(?(槽内水银面槽内水银面 位置可视为不变位置可视为不变, ,大气压强为大气压强为p p0 0=75 cmHg)=75 cmHg) 图图8-1-108-1-10 解析解析 (1)(1)由理想气体方程可知由理想气体方程可知p p= ,= ,再从图中可知再从图中可知 OAOA为等容

46、变化为等容变化, ,ABAB过程体积变小过程体积变小, ,外界对气体做功外界对气体做功; ;ACAC 过程体积变大过程体积变大, ,气体对外界做功气体对外界做功. .末状态末状态B B、C C的的 T V C 内能相同内能相同, ,由热力学第一定律知由热力学第一定律知A A、D D正确正确. . (2)(2)由理想气体状态方程得由理想气体状态方程得 由题意得由题意得p p1 1= =p p0 0- -h h p p2 2= =p p0 0+(+(H H2 2- -H H1 1) ) 解得解得T T2 2=480 K,=480 K,t t2 2=207 =207 2 22 1 11 )( T H

47、p T hHp 答案答案 (1) AD (2)207 (1) AD (2)207 10.10.(2009(2009青岛市青岛市5 5月模拟月模拟) )(1)(1)关于分子运动和热现关于分子运动和热现 象的说法象的说法, ,正确的是正确的是 （ ） A.A.布朗运动是指液体或气体中悬浮微粒的运动布朗运动是指液体或气体中悬浮微粒的运动 B.B.气体的温度升高气体的温度升高, ,每个气体分子运动的速率都增加每个气体分子运动的速率都增加 C.C.一定量一定量100100的水变成的水变成100100的水蒸汽的水蒸汽, ,其分子之间其分子之间 的势能增加的势能增加 D.D.空调机作为制冷机使用时空调机作为制冷机使用时, ,将热量从温度较低的室将热量从温度较低的室 内送到温度较高的室外内送到温度较高的室外, ,所以制冷机的工作不遵循所以制冷机的工作不遵循 热力学第二定律热力学第二定律 (2)(2)图图8-1-118-1-11为活塞式空压机的结构简图为活塞式空压机的结构简图. .某次往复某次往复 运动中运动中, ,活塞向右运动至气缸最右端时活塞向右运动至气缸最右端时, ,吸气阀打开吸气阀打开 吸入压强为吸入压强为p p0 0的空气的空气, ,然后连杆推动活塞