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        1. 分子動(dòng)理論、熱和功及氣體狀態(tài)參量考點(diǎn)例析

           

          本部分主要包括分子動(dòng)理論、內(nèi)能、熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律、氣體的狀態(tài)參量及定性關(guān)系。在高考中多以選擇題、填空題的形式出現(xiàn),理科綜合一般只考一道選擇題,占分比例較小,試題難度屬于容易題或中檔題,因此只要能識(shí)記和理解相關(guān)知識(shí)點(diǎn),得到本部分試題的分?jǐn)?shù)并不困難。

           

          一、夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)

          4、深刻理解物體內(nèi)能的概念

          ⑴做熱運(yùn)動(dòng)的分子具有的動(dòng)能叫分子動(dòng)能。溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的標(biāo)志。溫度越高,分子做熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能越大。

          ⑵由分子間相對(duì)位置決定的勢(shì)能叫分子勢(shì)能。分子力做正功時(shí)分子勢(shì)能減;分子力作負(fù)功時(shí)分子勢(shì)能增大。(所有勢(shì)能都有同樣結(jié)論:重力做正功重力勢(shì)能減小、電場(chǎng)力做正功電勢(shì)能減小。)

          由上面的分析可以得出:當(dāng)r=r0即分子處于平衡位置時(shí)分子勢(shì)能最小。不論r從r0增大還是減小,分子勢(shì)能都將增大。分子勢(shì)能與物體的體積有關(guān)。體積變化,分子勢(shì)能也變化。

          ⑶物體中所有分子做熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和叫做物體的內(nèi)能。

          5、掌握熱力學(xué)第一定律

          做功和熱傳遞都能改變物體的內(nèi)能。也就是說,做功和熱傳遞對(duì)改變物體的內(nèi)能是等效的。但從能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)看又是有區(qū)別的:做功是其他能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化,功是內(nèi)能轉(zhuǎn)化的量度;而熱傳遞是內(nèi)能間的轉(zhuǎn)移,熱量是內(nèi)能轉(zhuǎn)移的量度。

          外界對(duì)物體所做的功W加上物體從外界吸收的熱量Q等于物體內(nèi)能的增加ΔU,即ΔU=Q+W 這叫做熱力學(xué)第一定律。

          在這個(gè)表達(dá)式中,當(dāng)外界對(duì)物體做功時(shí)W取正,物體克服外力做功時(shí)W取負(fù);當(dāng)物體從外界吸熱時(shí)Q取正,物體向外界放熱時(shí)Q取負(fù);ΔU為正表示物體內(nèi)能增加,ΔU為負(fù)表示物體內(nèi)能減小。

          6、掌握熱力學(xué)第二定律

          (1)熱傳導(dǎo)的方向性。熱傳導(dǎo)的過程是有方向性的,這個(gè)過程可以向一個(gè)方向自發(fā)地進(jìn)行(熱量會(huì)自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體),但是向相反的方向卻不能自發(fā)地進(jìn)行。

          (2)第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成。我們把沒有冷凝器,只有單一熱源,從單一熱源吸收熱量全部用來做功,而不引起其它變化的熱機(jī)稱為第二類永動(dòng)機(jī)。這表明機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性:機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能,內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。

          (3)熱力學(xué)第二定律的表述:①不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體,而不引起其他變化(按熱傳導(dǎo)的方向性表述)。②不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功,而不引起其他變化(按機(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性表述)。③第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。

          熱力學(xué)第二定律使人們認(rèn)識(shí)到:自然界各種進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。它揭示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性,使得它成為獨(dú)立于熱力學(xué)第一定律的一個(gè)重要的自然規(guī)律。

          (4)能量耗散。自然界的能量是守恒的,但是有的能量便于利用,有些能量不便于利用。很多事例證明,我們無法把流散的內(nèi)能重新收集起來加以利用。這種現(xiàn)象叫做能量的耗散。它從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀現(xiàn)象具有方向性。

          8、掌握氣體的狀態(tài)參量

          (1)溫度:溫度在宏觀上表示物體的冷熱程度;在微觀上是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志。

          試題詳情

          熱力學(xué)溫度是國際單位制中的基本量之一,符號(hào)T,單位K(開爾文);攝氏溫度是導(dǎo)出單位,符號(hào)t,單位℃(攝氏度)。關(guān)系是t=T-T0,其中T0=273.15K,攝氏度不再采用過去的定義。

          試題詳情

          兩種溫度間的關(guān)系可以表示為:T = t+273.15K和ΔT =Δt,要注意兩種單位制下每一度的間隔是相同的。

          0K是低溫的極限,它表示所有分子都停止了熱運(yùn)動(dòng)?梢詿o限接近,但永遠(yuǎn)不能達(dá)到。

          (2)體積。氣體總是充滿它所在的容器,所以氣體的體積總是等于盛裝氣體的容器的容積。

          (3)壓強(qiáng)。氣體的壓強(qiáng)是由于氣體分子頻繁碰撞器壁而產(chǎn)生的。(絕不能用氣體分子間的斥力解釋。

          一般情況下不考慮氣體本身的重力,所以同一容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)處處相等。但大氣壓在宏觀上可以看成是大氣受地球吸引而產(chǎn)生的重力而引起的。

          壓強(qiáng)的國際單位是帕,符號(hào)Pa

          常用的單位還有標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(atm)和毫米汞柱(mmHg)。

          試題詳情

          它們間的關(guān)系是:1 atm=1.013×105Pa=760 mmHg; 1 mmHg=133.3Pa。

          9、氣體的體積、壓強(qiáng)、溫度間的關(guān)系。

          (1)一定質(zhì)量的氣體,在溫度不變的情況下,體積減小,壓強(qiáng)增大。

          (2)一定質(zhì)量的氣體,在壓強(qiáng)不變的情況下,溫度升高,體積增大。

          (3)一定質(zhì)量的氣體,在體積不變的情況下,溫度升高,壓強(qiáng)增大。

          問題1應(yīng)弄清分子運(yùn)動(dòng)與布朗運(yùn)動(dòng)的關(guān)系

          布朗運(yùn)動(dòng)是大量液體分子對(duì)固體微粒撞擊的集體行為的結(jié)果,個(gè)別分子對(duì)固體微粒的碰撞不會(huì)產(chǎn)生布朗運(yùn)動(dòng)。布朗運(yùn)動(dòng)的激烈程度與固體微粒的大小、液體的溫度等有關(guān)。固體微粒越小,液體分子對(duì)它各部分碰撞的不均勻性越明顯;質(zhì)量越小,它的慣性越小,越容易改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài),所以運(yùn)動(dòng)越激烈。液體溫度越高,固體微粒周圍的液體分子運(yùn)動(dòng)越不規(guī)則,對(duì)微粒碰撞的不均勻性越明顯,布朗運(yùn)動(dòng)越激烈。但要注意布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮的固體微粒的運(yùn)動(dòng),不是單個(gè)分子的運(yùn)動(dòng),但布朗運(yùn)動(dòng)證實(shí)了周圍液體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。

          試題詳情

          二、解析典型問題

          例1、下列關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)的說法中正確的是(      )

                A.布朗運(yùn)動(dòng)是指在顯微鏡下觀察到的組成懸浮顆粒的固體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng);

                B.布朗運(yùn)動(dòng)是指在顯微鏡下觀察到的懸浮固體顆粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng);

                C.布朗運(yùn)動(dòng)是指液體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng);

            D.布朗運(yùn)動(dòng)是指在顯微鏡下直接觀察到的液體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。

          顯然正確答案為B。

          問題2:應(yīng)弄清分子力與分子引力和斥力的關(guān)系。

          分子之間雖然有空隙,大量分子卻能聚集在一起形成固體或液體,說明分子之間存在著引力。分子間有引力,而分子間有空隙,沒有緊緊吸在一起,說明分子間還存在著斥力。分子間同時(shí)存在著引力和斥力。分子之間同時(shí)存在著引力和斥力,都隨分子之間距離的變化而變化。但是,由于斥力比引力變化得快,便出現(xiàn)了“斥力大于引力”、“斥力和引力恰好相等”、“引力大于斥力”的情況;當(dāng)r很大時(shí),可以認(rèn)為引力和斥力均“等于零”等情況。而分子力是指分子引力和斥力的合力,分子間距離為r0時(shí)分子力為零,并不是分子間無引力和斥力。

          試題詳情

          例2、若把處于平衡狀態(tài)時(shí)相鄰分子間的距離記為r0,則下列關(guān)于分子間的相互作用力的說法中正確的是 (      )

              A.當(dāng)分子間距離小于r0時(shí),分子間作用力表現(xiàn)為斥力;

              B.當(dāng)分子間距離大于r0時(shí),分子間作用力表現(xiàn)為引力;

          C.當(dāng)分子間距離從r0逐漸增大時(shí),分子間的引力增大;

          D.當(dāng)分子間距離小于r0時(shí),隨著距離的增大分子力是減小的

          顯然正確答案為A、B。

          問題3應(yīng)弄清分子力做功與分子勢(shì)能變化的關(guān)系

          與重力、彈力相似,分子力做功與路徑無關(guān),可以引進(jìn)分子勢(shì)能的概念。分子間所具有的勢(shì)能由它們的相對(duì)位置所決定。分子力做正功時(shí)分子勢(shì)能減小,分子力做負(fù)功時(shí)分子勢(shì)能增加。通常選取無窮遠(yuǎn)處(分子間距離r>r0處)分子勢(shì)能為零。當(dāng)兩分子逐漸移近時(shí)(r>r0),分子力做正功,分子勢(shì)能減;當(dāng)分子距離r=r0時(shí),分子勢(shì)能最。ㄇ覟樨(fù)值);當(dāng)兩分子再靠近時(shí)(r<r0),分子力做負(fù)功,分子勢(shì)能增大。

          試題詳情

          例3、分子甲和乙相距較遠(yuǎn)時(shí),它們之間的分子力可忽略,F(xiàn)讓分子甲固定不動(dòng),將分子乙由較遠(yuǎn)處逐漸向甲靠近直到不能再靠近,在這一過程中(   )

          A、分子力總是對(duì)乙做正功;

          B、分子乙總是克服分子力做功;

          C、先是分子力對(duì)乙做正功,然后是分子乙克服分子力做功;

          D、分子力先對(duì)乙做正功,再對(duì)乙做負(fù)功,最后又對(duì)乙做正功。

          顯然正確答案為C。

          問題4:應(yīng)弄清溫度與分子動(dòng)能的關(guān)系

          物質(zhì)分子由于不停地運(yùn)動(dòng)而具有的能叫分子動(dòng)能。分子的運(yùn)動(dòng)是雜亂的。同一物體內(nèi)各個(gè)分子的速度大小和方向是不同的。從大量分子的總體來看,速率很大和速率很小的分子數(shù)比較少,具有中等速率的分子數(shù)比較多。在研究熱現(xiàn)象時(shí),有意義的不是一個(gè)分子的動(dòng)能,而是大量分子的平均動(dòng)能。從分子動(dòng)理論觀點(diǎn)來看,溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志,溫度越高,分子的平均動(dòng)能就越大;反之亦然。注意同一溫度下,不同物質(zhì)分子的平均動(dòng)能都相同,但由于不同物質(zhì)的分子質(zhì)量不盡相同,所以分子運(yùn)動(dòng)的平均速率不盡相同。

          試題詳情

          例4、質(zhì)量相同、溫度相同的氫氣和氧氣,它們的(。

                A.分子數(shù)相同;         B.內(nèi)能相同;   

          C.分子平均速度相同 ;     D.分子的平均動(dòng)能相同。

          顯然正確答案為D。

          試題詳情

          例5、關(guān)于溫度的概念,下列說法中正確的是(  )

          A.溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,物體溫度高,則物體的分子平均動(dòng)能大;

          B.物體溫度高,則物體每一個(gè)分子的動(dòng)能都大;

          C.某物體內(nèi)能增大時(shí),其溫度一定升高;

          D.甲物體溫度比乙物體溫度高,則甲物體的分子平均速率比乙物體大.

          顯然正確答案為A。

          問題5:應(yīng)弄清物體的內(nèi)能與狀態(tài)參量的關(guān)系

          物體的內(nèi)能是指組成物體的所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能與分子勢(shì)能的總和。由于溫度越高,分子平均動(dòng)能越大,所以物體的內(nèi)能與物體的溫度有關(guān);由于分子勢(shì)能與分子間距離有關(guān),分子間距離又與物體的體積有關(guān),所以物體的內(nèi)能與物體的體積有關(guān);由于物體的摩爾數(shù)不同,物體包含的分子數(shù)目就不同,分子熱運(yùn)動(dòng)的總動(dòng)能與分子勢(shì)能的總和也會(huì)不同,所以物體的內(nèi)能與物體的摩爾數(shù)有關(guān)?傊矬w內(nèi)能的多少與物體的溫度、體積和摩爾數(shù)有關(guān)。

          對(duì)于理想氣體來說,由于分子之間沒有相互作用力,就不存在分子勢(shì)能。因此,理想氣體的內(nèi)能就是氣體所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能的總和。理想氣體的內(nèi)能只跟理想氣體的質(zhì)量、溫度有關(guān),而與理想氣體的體積無關(guān)。即理想氣體的質(zhì)量和溫度保持不變,其內(nèi)能就保持不變。

          試題詳情

          例6、關(guān)于物體內(nèi)能,下列說法中正確的是

          A.  相同質(zhì)量的兩個(gè)物體,升高相同的溫度內(nèi)能增量一定相同;

          B.  在一定條件下,一定量00C的水結(jié)成00C的冰,內(nèi)能一定減;

          C.  一定量的氣體體積增大,但既不吸熱也不放熱,內(nèi)能一定減小;

          D.  一定量氣體吸收熱量而保持體積不變,內(nèi)能一定減小。

          分析與解:升高相同的溫度,分子的平均動(dòng)能增量相同,而物體的內(nèi)能是物體內(nèi)所有的分子的動(dòng)能和勢(shì)能的總和。分子的平均動(dòng)能增量相同,分子數(shù)不同,分子的勢(shì)能也不一定相同,所以內(nèi)能增量一定相等是不正確的,即A錯(cuò)。00C水變成00C冰,需放出熱量,因溫度不變,所以分子的動(dòng)能不變,分子的勢(shì)能就必須減少,因而內(nèi)能就一定減少,即B正確。一定質(zhì)量的氣體體積增大,氣體對(duì)外做功,又因不吸熱不放熱,所以,內(nèi)能一定減少,即C正確。對(duì)一定量氣體吸熱但體積不變,即不對(duì)外做功,外界也不對(duì)氣體做功,內(nèi)能一定增加,即D錯(cuò)。

          問題6:應(yīng)弄清物體的內(nèi)能的變化與做功、熱傳遞的關(guān)系

          改變物體的內(nèi)能的途經(jīng)就是改變物體的分子動(dòng)能和分子勢(shì)能,最終達(dá)到改變物體的內(nèi)能。能夠改變物體內(nèi)能的物理過程有兩種:做功和熱傳遞。

          做功使物體的內(nèi)能發(fā)生變化的時(shí)候,內(nèi)能的變化可以用功的數(shù)值來量度。外界對(duì)物體做多少功,物體的內(nèi)能就增加多少;物體對(duì)外界做多少功,物體的內(nèi)能就減少多少。

          熱傳遞使物體的內(nèi)能發(fā)生變化的時(shí)候,內(nèi)能的變化是用熱量來量度的。外界傳遞物體多少熱量,或者說物體吸收了多少熱量,物體的內(nèi)能就增加多少;物體傳遞給外界多少熱量,或者說物體放出了多少熱量,物體的內(nèi)能就減小多少。

          做功和熱傳遞對(duì)改變物體的內(nèi)能是等效的。功和熱量都可以用來量度內(nèi)能的變化。它們的區(qū)別是:做功是其它形式的能(如:電能、機(jī)械能……)和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化;熱傳遞是物體之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。

          試題詳情

          例7、如圖1所示,固定容器及可動(dòng)活塞P都是絕熱的,中間有一導(dǎo)熱的固定隔板B,B的兩邊分別盛有氣體甲和乙,F(xiàn)將活塞P緩慢地向B移動(dòng)一段距離,已知?dú)怏w的溫度隨其內(nèi)能的增加而升高。則在移動(dòng)P的過程中

                    A.外力對(duì)乙做功;甲的內(nèi)能不變;    

          B.外力對(duì)乙做功;乙的內(nèi)能不變;

          C.乙傳遞熱量給甲; 乙的內(nèi)能增加   ;

          D.乙的內(nèi)能增加;甲的內(nèi)能不變。

          分析與解:在移動(dòng)P的過程中,外界對(duì)乙氣體做功,乙的內(nèi)能要增加,所以乙的溫度要升高.乙的溫度升高后,甲、乙兩部分氣體就存在溫度差,乙的溫度較高,這樣乙傳遞熱量給甲。所以正確答案為C。

          試題詳情

          例8、有關(guān)物體內(nèi)能,以下說法中正確的是:

          A.1g00c水的內(nèi)能比1g00c冰的內(nèi)能大;

          B.電流通過電阻后電阻發(fā)熱切,它的內(nèi)能增加是通過“熱傳遞”方式實(shí)現(xiàn)的;

          C.氣體膨脹,它的內(nèi)能一定減少;

          D.橡皮筋被拉伸時(shí),分子間熱能增加。

          分析與解:00c的水和00c的冰分子平均動(dòng)能相同,但內(nèi)能并不相同,水結(jié)成冰必然放出熱量,說明相同質(zhì)量的水的內(nèi)能大,A選項(xiàng)對(duì)。電阻發(fā)熱是由于電流做功而不是熱傳遞,B選項(xiàng)錯(cuò)。氣體膨脹,對(duì)外做功,但可能吸收更多的熱量,C選項(xiàng)不對(duì)。橡皮筋被子拉伸時(shí),分子克服分子力做功,所以分子間勢(shì)能增加,D選項(xiàng)對(duì)。

          所以本題正確答案為AD。

          問題7:會(huì)計(jì)算液體產(chǎn)生的壓強(qiáng)

          計(jì)算液體產(chǎn)生壓強(qiáng)的步驟是:1選取假想的一個(gè)液體薄片(其自重不計(jì))為研究對(duì)象;2分析液片兩側(cè)受力情況,建立力的平衡方程,消去橫截面積,得到液片兩側(cè)的壓強(qiáng)平衡方程;3解方程,求得氣體壓強(qiáng)。

          試題詳情

          例9、如圖2所示,粗細(xì)均勻的豎直倒置的U型管右端封閉,左端開口插入水銀槽中,封閉著兩段空氣柱1和2。已知h1=15cm,h2=12cm,外界大氣壓強(qiáng)p0=76cmHg,求空氣柱1和2的壓強(qiáng)。

          試題詳情

          分析與解:設(shè)空氣柱1和2的壓強(qiáng)分別為P1和P2,選水銀柱h1和下端管內(nèi)與水銀槽內(nèi)水銀面相平的液片a為究對(duì)象,根據(jù)帕斯卡定律,氣柱1的壓強(qiáng)P1通過水銀柱h1傳遞到液片a上,同時(shí)水銀柱h1由于自重在a處產(chǎn)生的壓強(qiáng)為h1cmHg,從而知液片a受到向下的壓力為(P1+h1)S,S為液片a的面積。液片a很薄,自重不計(jì)。液片受到向上的壓強(qiáng)是大氣壓強(qiáng)通過水銀槽中水銀傳遞到液片a的,故液片a受到向上的壓力為P0S.因整個(gè)水銀柱h1處于靜止?fàn)顟B(tài),故液片a所受上、下壓力相等,即:(P1+h1).S=P0S

          故氣柱1的壓強(qiáng)為P1=61cmHg.

          通過氣柱2上端畫等高線AB,則由連通器原理可知PB=PA=P1

          再以水銀柱h2的下端面的液片b為研究對(duì)象,可求得空氣柱2的壓強(qiáng)為P2=73cmHg.

          試題詳情

          例10、圖3中豎直圓筒是固定不動(dòng)的,粗筒橫截面積是細(xì)筒的4倍,細(xì)筒足夠長(zhǎng),粗筒中A、B兩輕質(zhì)活塞間封有空氣,氣柱長(zhǎng)L=20cm;钊鸄上方的水銀深H=10cm,兩活塞與筒壁間的摩擦不計(jì),用外力向上托住活塞B,使之處于平衡狀態(tài),水銀面與粗筒上端相平,F(xiàn)使活塞B緩慢上移,直到水銀的一半被推入細(xì)筒中,求此時(shí)氣體的壓強(qiáng)。大氣壓強(qiáng)p0相當(dāng)于75cm高的水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)。

          分析與解:使活塞B緩慢上移,當(dāng)水銀的一半被推入細(xì)筒中時(shí),水銀柱的高度為H、=25cm,所以此時(shí)氣體的壓強(qiáng)為P2=P0+ρgH、=100cmHg.

           問題8:會(huì)計(jì)算固體活塞產(chǎn)生的壓強(qiáng)

          試題詳情

          用固體(如活塞等)封閉在靜止容器內(nèi)的氣體壓強(qiáng),應(yīng)對(duì)固體(如活塞等)進(jìn)行受力分析,然后根據(jù)平衡條件求解。

          試題詳情

          例11、如圖4所示,一個(gè)橫截面積為S的圓筒形容器豎直放置。金屬圓板A的上表面是水平的,下表面是傾斜的,下表面與水平面的夾角為θ,圓板的質(zhì)量為M,不計(jì)圓板與容器壁之間的摩擦,若大氣壓強(qiáng)為P0,則被封閉在容器內(nèi)的氣體的壓強(qiáng)P等于(    )

          試題詳情

          A.P0 +         

          試題詳情

          B+     

          試題詳情

           C.P0 +          

          試題詳情

          D.P0 +  。

          分析與解:設(shè)金屬圓板下表面的面積為S、,則S、=S/cosθ;被封閉氣體對(duì)圓板下表面的壓力為PS、,方向垂直下表面向上。

          以圓板為研究對(duì)象,它受重力Mg、大氣壓力P0S、封閉氣體的壓力N1= PS、、容器右壁的壓力N2(注意:容器左壁對(duì)圓板無壓力),如圖5所示。

          試題詳情

          因圓板處于平衡狀態(tài),所受合力為零,在豎直方向上

          的合力也為零,即

          試題詳情

                

          試題詳情

          因?yàn)?sub>

          試題詳情

          所以

          故應(yīng)選D。

          試題詳情

          若選A和部分氣體為研究對(duì)象,則該題的解答非常簡(jiǎn)單,受力圖如圖6所示。由平衡條件可得P=,計(jì)算過程非常簡(jiǎn)單.

          試題詳情

          例12、如圖7,氣缸由兩個(gè)橫截面不同的圓筒連接而成.活塞A、B被輕剛性細(xì)桿連接在一起,可無摩擦移動(dòng).A、B的質(zhì)量分別為mA=12kg,mB=8.0kg,橫截面積分別為SA=4.0×10-2m2,SB=2.0×10-2m2.一定質(zhì)量的理想氣體被封閉在兩活塞之間.活塞外側(cè)大氣壓強(qiáng)P0=1.0×105Pa.

          (1)氣缸水平放置達(dá)到如圖7所示的平衡狀態(tài),求氣體的壓強(qiáng).

          (2)現(xiàn)將氣缸豎直放置,達(dá)到平衡后如圖8所示.求此時(shí)氣體的壓強(qiáng).取重力加速度g=10m/s2

          分析與解:(1)氣缸處于圖7位置時(shí),設(shè)氣缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)為P1,對(duì)于活塞和桿,據(jù)力的平衡條件有:

          p0SA+p1SB=p1SA+p0SB   

          試題詳情

          解得    p1=p0=1.0×105Pa  

          (2)氣缸處于圖8位置時(shí),設(shè)氣缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)為P2,對(duì)于活塞和桿,據(jù)力的平衡條件有:

          P0SA+(mA+mB)g+P2SB=P2SA+P0SB 

          試題詳情

          解得    P2.

          問題9:會(huì)根據(jù)熱力學(xué)第二定律判定熱學(xué)過程的可能性

          試題詳情

          例13、根據(jù)熱力學(xué)第二定律,可知下列說法中正確的有:

          A.熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體,但不能從低溫物體傳到高溫物體;

          B.熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體,也可能從低溫物體傳到高溫物體;

          C.機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為熱量,但熱量不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能;

          D.機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為熱量,熱量也可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

          分析與解:根據(jù)熱傳遞的規(guī)律可知熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體;當(dāng)外界對(duì)系統(tǒng)做功時(shí),可以使系統(tǒng)從低溫物體吸取熱量傳到高溫物體上去,致冷機(jī)(如冰箱和空調(diào))就是這樣的裝置。但是熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確。

          一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體,克服摩擦阻力做功,最終停止;在這個(gè)過程中機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為熱量。外界條件發(fā)生變化時(shí),熱量也可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能;如在等溫膨脹過程中,系統(tǒng)吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為對(duì)外界做的功,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。

          綜上所述,該題的正確答案是B、D。

          試題詳情

          例14、關(guān)于第二類永動(dòng)機(jī),下列說法正確的是:

          A.沒有冷凝器,只有單一的熱源,能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功,而不引起其他變化的熱機(jī)叫做第二類永動(dòng)機(jī);

          B.第二類永動(dòng)機(jī)違反了能量守恒定律,所以不可能制成;

          C.第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成,說明機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,內(nèi)能卻不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能;

          D.第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成,說明機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,內(nèi)能卻不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,同時(shí)不引起其他變化。

          試題詳情

          分析與解:根據(jù)第二類永動(dòng)機(jī)的定義可A正確,第二類永動(dòng)機(jī)不違反了能量守恒定律,是違反第二定律,所以B選項(xiàng)錯(cuò)誤。機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,內(nèi)能在引起其他變化時(shí)是可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,所以C錯(cuò)誤,D選項(xiàng)正確。

          問題10:會(huì)根據(jù)能量守恒定律分析求解問題

          試題詳情

          例15、如圖9所示,直立容器內(nèi)部有被隔板隔開的A、B體積相同兩部分氣體,A的密度小,B的密度大,抽去隔板,加熱氣體使兩部分氣體均勻混合,設(shè)在此過程氣體吸熱Q,氣體的內(nèi)能增加為,則(   )

          試題詳情

          A.;  B.;

          試題詳情

          C.;  D.無法比較。

          分析與解:A、B氣體開始的合重心在中線下,混合均勻后在中線,所以系統(tǒng)重力勢(shì)能增大,由能量守恒有,吸收熱量一部分增加氣體內(nèi)能,一部分增加重力勢(shì)能。所以正確答案是B.

          試題詳情

          例16、如圖10所示的A、B是兩個(gè)管狀容器,除了管較粗的部分高低不同之外,其他一切全同。將此兩容器抽成真空,再同時(shí)分別插入兩個(gè)水銀池中,當(dāng)水銀柱停止運(yùn)動(dòng)時(shí),問二管中水銀的溫度是否相同?為什么?設(shè)水銀與外界沒有熱交換。

          分析與解:不同。A管中水銀的溫度略高于B管中水銀的溫度。兩管插入水銀池時(shí),大氣壓強(qiáng)均為P0,進(jìn)入管中的水銀的體積均為V,所以大氣壓力對(duì)兩池中水銀所做的功相同,但兩裝置中水銀重力勢(shì)能的增量不同,所以兩者內(nèi)能改變量也不同。由圖可知,A管中水銀的重力勢(shì)能較小,所以A管中水銀的內(nèi)能增量較多,其溫度應(yīng)略高。

          問題11:會(huì)求解力熱綜合問題

          試題詳情

          例17、如圖11所示,在質(zhì)量為M的細(xì)玻璃管中盛有少量乙醚液體,用質(zhì)量為m的軟木塞將管口封閉。加熱玻璃管使軟木塞在乙醚蒸氣的壓力下水平飛出,玻璃管懸于長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕桿上,細(xì)桿可繞上端O軸無摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)。欲使玻璃管在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),在忽略熱量損失的條件下,乙醚最少要消耗多少內(nèi)能?

          分析與解:設(shè)活塞沖開瞬間,軟木塞和細(xì)玻璃管的速度分別為V1、V2,則據(jù)動(dòng)量守恒定律可得:MV2-mV1=0,

          試題詳情

          玻璃管在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)至少要達(dá)到最高點(diǎn),此時(shí)速度V3=0.

          試題詳情

          對(duì)玻璃管根據(jù)機(jī)械能守恒定律可得:。

          根據(jù)能量守恒得乙醚最少要消耗的內(nèi)能為:

          試題詳情

          。

          問題12:會(huì)分析求解聯(lián)系實(shí)際的問題

          試題詳情

          例18、如圖12所示,鋼瓶?jī)?nèi)裝有高壓氧氣。打開閥門氧氣迅速從瓶口噴出,當(dāng)內(nèi)外氣壓相等時(shí)立即關(guān)閉閥門。過一段時(shí)間后再打開閥門,會(huì)不會(huì)再有氧氣逸出?

          分析與解:第一次打開閥門氧氣“迅速”噴出,是一個(gè)絕熱過程Q=0,同時(shí)氧氣體積膨脹對(duì)外做功W<0,由熱力學(xué)第一定律ΔU<0,即關(guān)閉閥門時(shí)瓶?jī)?nèi)氧氣溫度必然低于外界溫度,而壓強(qiáng)等于外界大氣壓;“過一段時(shí)間”經(jīng)過熱交換,鋼瓶?jī)?nèi)氧氣的溫度又和外界溫度相同了,由于體積未變,所以瓶?jī)?nèi)氧氣壓強(qiáng)將增大,即大于大氣壓,因此再次打開閥門,將會(huì)有氧氣逸出。

          試題詳情

          例19、 如圖13為醫(yī)院為病人輸液的部分裝置,圖中A為輸液瓶,B為滴壺,C為進(jìn)氣管,與大氣相通。則在輸液過程中(瓶A中尚有液體),下列說法正確的是:①瓶A中上方氣體的壓強(qiáng)隨液面的下降而增大;②瓶A中液面下降,但A中上方氣體的壓強(qiáng)不變;③滴壺B中的氣體壓強(qiáng)隨A中液面的下降而減;④在瓶中藥液輸完以前,滴壺B中的氣體壓強(qiáng)保持不變 

          A.①③            B.①④          C.②③            D.②④

          分析與解:進(jìn)氣管C端的壓強(qiáng)始終是大氣壓p0,設(shè)輸液瓶A內(nèi)的壓強(qiáng)為pA,可以得到pA= p0-ρgh,因此pA將隨著h的減小而增大。滴壺B的上液面與進(jìn)氣管C端的高度差不受輸液瓶A內(nèi)液面變化的影響,因此壓強(qiáng)不變。選B。

          典型錯(cuò)誤之一:忽視大氣壓力對(duì)系統(tǒng)所做的功。

          試題詳情

          三、警示易錯(cuò)試題

          例20、如圖14所示,內(nèi)部橫截面積為S的圓筒形絕熱容器,封有一定質(zhì)量的理想氣體,開口向上放在硬板上。設(shè)活塞質(zhì)量為m1,現(xiàn)有一質(zhì)量為m2的橡皮泥從距活塞上表面高為h1處的A點(diǎn)由靜止開始下落,碰到活塞后,隨活塞一起下降的最大距離為h2,若不計(jì)活塞與容器壁的摩擦,求容器內(nèi)氣體內(nèi)能的最大變化量是多少?

          錯(cuò)解:橡皮泥自由下落h1的過程中,機(jī)械能守恒。碰撞活塞時(shí),動(dòng)量守恒。橡皮泥和活塞一起下降過程中,由于容器絕熱減少的機(jī)械能都通過對(duì)氣體做功轉(zhuǎn)變成系統(tǒng)的內(nèi)能。

          試題詳情

          由機(jī)械能守恒得:

          試題詳情

          根據(jù)動(dòng)量守恒得:

          所以內(nèi)能的增量為:

          試題詳情

          分析糾錯(cuò):只有當(dāng)物體的體積不發(fā)生變化時(shí),大氣壓力對(duì)物體所做的功才為零。由于固體或液體的體積變化通常是可以忽略的,所以當(dāng)研究對(duì)象是固體或液體時(shí),不考慮大氣壓力的做功。但氣體體積容易發(fā)生顯著變化,大氣壓力做功必須考慮。對(duì)于本題由于氣體體積發(fā)生了變化,所以大氣壓力要對(duì)氣體做功。正確答案應(yīng)為:

          試題詳情

           

           

           

          典型錯(cuò)誤之二:忽視大氣壓對(duì)彈簧秤示數(shù)的影響。

          試題詳情

          例21、如圖15所示,兩根同樣的薄壁玻璃管A、B,管內(nèi)分別有一段長(zhǎng)為h1、h2的水銀柱(h1<h2),懸掛在彈簧秤下,開口向下倒插在水銀槽中(管口與水銀槽底不接觸,且玻璃管中封閉有少量氣體),此時(shí)兩彈簧秤的讀數(shù)分別為F1和F2,則關(guān)于F1、F2的大小情況說法正確的是(  )

          A.F1=F2;  

          B.若溫度升高,但兩彈簧秤的讀數(shù)都不變。.

          C.F1<F2     

          D.若外界大氣壓強(qiáng)增大,但兩彈簧秤的讀數(shù)都不變。

          錯(cuò)解:本題容易錯(cuò)選BC。

          分析糾錯(cuò):可以證明:F1=P0S+ρh1gS和F2=P0S+ρh2gS,所以有F1<F2;若溫度升高,玻璃管中封閉有少量氣體的壓強(qiáng)增大,所以h1和h2都減小,也就是兩彈簧秤的讀數(shù)都減;若外界大氣壓強(qiáng)增大,則h1和h2都增大,所以兩彈簧秤的讀數(shù)都增大。綜上所述,正確答案是C.

          典型錯(cuò)誤之三:誤把布朗微粒運(yùn)動(dòng)的折線圖當(dāng)作軌跡。

          試題詳情

          例22、在觀察布朗運(yùn)動(dòng)時(shí),從微粒在a點(diǎn)開始計(jì)時(shí),間 隔30 s記下微粒的一個(gè)位置得到b、c、d、e、f、g等點(diǎn),然后用直線依次連接,如圖16所示,則下列說法正確的是:

          試題詳情

               A.微粒在75s末時(shí)的位置一定在cd的中點(diǎn);

               B.微粒在75s末時(shí)的位置可能在cd的連線上,但不可能在cd中點(diǎn);

               C.微粒在前30s內(nèi)的路程一定等于ab的長(zhǎng)度;

             D.微粒在前30s內(nèi)的位移大小一定等于ab的長(zhǎng)度。

          錯(cuò)解:本題容易錯(cuò)選CD.

          分析糾錯(cuò):b、c、d、e、f、g等分別粒子在t=30s、60s、90s、120s、150s、180s時(shí)的位置,但并不一定沿著折線abcdefg運(yùn)動(dòng),所以正確答案只能是D.

          典型錯(cuò)誤之四:誤把自由膨脹當(dāng)作等壓膨脹。

          試題詳情

          例23、如圖17所示的絕熱容器,把隔板抽掉,讓左側(cè)理想氣體自由膨脹到右側(cè)直至平衡,則下列說法正確的是(   )

          試題詳情

          A.氣體對(duì)外做功,內(nèi)能減少,溫度降低;

          B.氣體對(duì)外做功,內(nèi)能不變,溫度不變;

          C.氣體不做功,內(nèi)能不變,溫度不變,壓強(qiáng)減;

          D.氣體不做功,內(nèi)能減少,壓強(qiáng)減小。

          錯(cuò)解:認(rèn)為氣體體積變大就對(duì)外做功,壓強(qiáng)減小,溫度降低,內(nèi)能減少,錯(cuò)選A。

          分析糾錯(cuò):因?yàn)闅怏w自由膨脹,所以不對(duì)外做功,因此內(nèi)能不變,溫度不變;由于體積增大,所以壓強(qiáng)減小。正確答案應(yīng)選C。

           

          試題詳情

          四、如臨高考測(cè)試

             1、一定質(zhì)量的理想氣體處于某一平衡狀態(tài),此時(shí)其壓強(qiáng)為P0,有人設(shè)計(jì)了四種途徑,使氣體經(jīng)過每種途經(jīng)后壓強(qiáng)仍為P0。這四種途徑是(   )

              ①先保持體積不變,降低壓強(qiáng),再保持溫度不變,壓縮體積

              ②先保持體積不變,使氣體升溫,再保持溫度不變,讓體積膨脹

              ③先保持溫度不變,使體積膨脹,再保持體積不變,使氣體升溫

              ④先保持溫度不變,壓縮氣體,再保持體積不變,使氣體降溫

              可以斷定,

              A. ①、②不可能                B. ③、④不可能

              C. ①、③不可能                D. ①、②、③、④都可能

          試題詳情

          2、一定量的氣體吸收熱量,體積膨脹并對(duì)外做功,則此過程的末態(tài)與初態(tài)相比,(  )

          A.氣體內(nèi)能一定增加                       

          B.氣體內(nèi)能一定減小

          C.氣體內(nèi)能一定不變                        

          D.氣體內(nèi)能是增是減不能確定

          試題詳情

          3、若以表示水的摩爾質(zhì)量,v表示在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下水蒸氣的摩爾體積,為在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下水蒸氣的密度,NA為阿伏加德羅常數(shù),m、△分別表示每個(gè)水分子的質(zhì)量和體積,下面是四個(gè)關(guān)系式:

          試題詳情

                 ①               ②              ③                ④ 其中(    )

                 A.①和②都是正確的;                   B.①和③都是正確的;

                 C.②和④都是正確的;                    D.①和④都是正確的。

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          4、 下列說法正確的是(    )

                    A. 熱量不能由低溫物體傳遞到高溫物體;

                    B. 外界對(duì)物體做功,物體的內(nèi)能必定增加;

                    C. 第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成,是因?yàn)檫`反了能量守恒定律;

                    D. 不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功,而不引起其他變化。

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          5、甲、乙兩個(gè)相同的密閉容器中分別裝有等質(zhì)量的同種氣體,已知甲、乙容器中氣體的壓強(qiáng)分別為p、p,且p<p,則                               (    )

               A. 甲容器中氣體的溫度高于乙容器中氣體的溫度;

               B. 甲容器中氣體的溫度低于乙容器中氣體的溫度;

               C. 甲容器中氣體分子的平均動(dòng)能小于乙容器中氣體分子的平均動(dòng)能;

               D. 甲容器中氣體分子的平均動(dòng)能大于乙容器中氣體分子的平均動(dòng)能。

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          6、下列說法哪些是正確的(    )

                A.水的體積很難被壓縮,這是分子間存在斥力的宏觀表現(xiàn);

                B.氣體總是很容易充滿容器,這是分子間存在斥力的宏觀表現(xiàn);

                C.兩個(gè)相同的半球殼吻合接觸,中間抽成真空(馬德堡半球),用力很難拉開,這是分子間存在吸引力的宏觀表現(xiàn);

                D.用力拉鐵棒的兩端,鐵棒沒有斷,這是分子間存在吸引力的宏觀表現(xiàn)。

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          7、下列說法正確的是(    )

                A.外界對(duì)一物體做功,此物體的內(nèi)能一定增加;

                B.機(jī)械能完全轉(zhuǎn)化成內(nèi)能是不可能的;

                C.將熱量傳給一個(gè)物體,此物體的內(nèi)能一定改變;

                 D.一定量氣體對(duì)外做功,氣體的內(nèi)能不一定減少。

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          8、如圖18所示,密閉絕熱的具有一定質(zhì)量的活塞,活塞的上部封閉著氣體,下部為真空,活塞與器壁的摩擦忽略不計(jì),置于真空中的輕彈簧的一端固定于容器的底部.另一端固定在活塞上,彈簧被壓縮后用繩扎緊,此時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能為(彈簧處于自然長(zhǎng)度時(shí)的彈性勢(shì)能為零),現(xiàn)繩突然斷開,彈簧推動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng),經(jīng)過多次往復(fù)運(yùn)動(dòng)后活塞靜止,氣體達(dá)到平衡態(tài),經(jīng)過此過程(    )

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                A.全部轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能;

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                B.一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能,其余部分仍為彈簧的彈性勢(shì)能;

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                C.全部轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能和氣體的內(nèi)能;

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                D.一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能,一部分轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能,其余部分仍為彈簧的彈性勢(shì)能。

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          9、下列說法正確的是(    )

                 A.外界對(duì)氣體做功,氣體的內(nèi)能一定增大;

                 B.氣體從外界只收熱量,氣體的內(nèi)能一定增大;

                 C.氣體的溫度越低,氣體分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能越大;

                 D.氣體的溫度越高,氣體分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能越大.

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          10、分子間有相互作用勢(shì)能,規(guī)定兩分子相距無窮遠(yuǎn)時(shí)兩分子間的勢(shì)能為零。設(shè)分子a固定不動(dòng),分子b以某一初速度從無窮遠(yuǎn)處向a運(yùn)動(dòng),直至它們之間的距離最小。在此過程中, a、b之間的勢(shì)能(    )

                 A.先減小,后增大,最后小于零           

          B.先減小,后增大,最后大于零

                 C.先增大,后減小,最后小于零           

          D.先增大,后減小,最后大于零

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          11、一定質(zhì)量的理想氣體,從某一狀態(tài)開始,經(jīng)過系列變化后又回一開始的狀態(tài),用W1表示外界對(duì)氣體做的功,W2表示氣體對(duì)外界做的功,Q1表示氣體吸收的熱量,Q2表示氣體放出的熱量,則在整個(gè)過程中一定有(    )

                 A.Q1―Q2=W2―W1                                                               B.Q1=Q2

                 C.W1=W2                                       D.Q1>Q2

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          12、一個(gè)帶活塞的氣缸內(nèi)盛有一定量的氣體。若此氣體的溫度隨其內(nèi)能的增大而升高,則(   )

                 A將熱量傳給氣體,其溫度必升高

          B.壓縮氣體,其溫度必升高

          C.壓縮氣體,同時(shí)氣體向外界放熱,其溫度必不變

          D.壓縮氣體,同時(shí)將熱量傳給氣體,其溫度必升高

          13、有一段12cm長(zhǎng)汞柱,在均勻玻璃管中封住了一定質(zhì)量的氣體。如圖19所示。若管中向上將玻璃管放置在一個(gè)傾角為300的光滑斜面上。在下滑過程中被封閉氣體的壓強(qiáng)(設(shè)大氣壓強(qiáng)為P0=76cmHg)為(    )

               A.76cmHg               

          B.82cmHg

               C.88cmHg               

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          D.70cmHg。

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          14、如圖20所示,若在湖水里固定一細(xì)長(zhǎng)圓管,管下端未觸及湖底,管內(nèi)有一不漏氣的活塞,它的下端位于水面上;钊牡酌娣e為S=1.0cm2,質(zhì)量不計(jì),水面上的大氣壓強(qiáng)為P0=1.0×105Pa,現(xiàn)把活塞緩慢地提高H=15m,則拉力對(duì)活塞做的功為         J,大氣壓力對(duì)做的功為         J。

           

           

           

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          15、質(zhì)量為M的木塊靜止于光滑的水平桌面上,另有一質(zhì)量為m的子彈,以水平初速度v0向木塊射來,與木塊發(fā)生相互作用后,子彈最后停留在木塊中。設(shè)此過程中機(jī)械能損失的有30%轉(zhuǎn)化為子彈的內(nèi)能增加,并知道子彈的比熱為C ,試求子彈的溫度升高Δt 。

           

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