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熱點十三　選修3－3 本部分的命題多集中在對分子動理論、估算分子數(shù)目和大小、熱力學第一定律和熱力學第二定律的理解和應用、氣體狀態(tài)參量的微觀意義及其與熱力學第一定律的綜合應用，還有氣體實驗定律和理想氣體狀態(tài)方程的應用及表示氣體狀態(tài)變化過程的圖像等知識點的考查上。對熱學概念部分的考查往往在一題中容納多個知識點；對熱力學第一定律和理想氣體狀態(tài)方程的考查大多以計算題的形式出現(xiàn)。 考向一　對熱現(xiàn)象及熱運動的考查 　(多選)下列關于熱現(xiàn)象及熱運動的說法正確的是 A．體積相等的物體內部分子的勢能相等 B．酒精和水混合后體積變小，說明分子間有空隙 C．布朗運動是由懸浮在液體中的微粒之間的相互碰撞引起的 D．只要能增加氣體分子熱運動的劇烈程度，氣體的溫度就可以升高 E．物體向外放出熱量，其內能也可能增加 [解析]　體積相等的物體，若由不同種類的物質組成，則物體內部分子的勢能不一定相等，選項A錯誤；分子間有空隙，故酒精和水混合后體積變小，選項B正確；布朗運動是液體分子對懸浮在液體中的微粒的頻繁碰撞引起的，選項C錯誤；溫度升高，氣體分子平均動能增加，氣體分子熱運動劇烈程度加快，選項D正確；根據(jù)熱力學第一定律，物體放熱的同時，有可能外界還對其做功，所以其內能有可能增大，選項E正確。 [答案]　BDE 考向二　對熱力學定律的綜合考查 　(多選)對于熱力學第一定律和熱力學第二定律的理解，下列說法正確的是 A．一定質量的氣體膨脹對外做功100 J，同時從外界吸收120 J的熱量，則它的內能增大20 J B．物體從外界吸收熱量，其內能一定增加；物體對外界做功，其內能一定減少 C．凡與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量只能從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能從低溫物體傳遞給高溫物體 D．第二類永動機違反了熱力學第二定律，沒有違反熱力學第一定律 E．熱現(xiàn)象過程中不可避免地出現(xiàn)能量耗散現(xiàn)象，能量耗散符合熱力學第二定律 [解析]　根據(jù)熱力學第一定律知ΔU＝W＋Q＝－100 J＋120 J＝20 J，故A正確；根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，可知物體從外界吸收熱量，其內能不一定增加，物體對外界做功，其內能不一定減少，B項錯誤；通過做功的方式可以讓熱量從低溫物體傳遞給高溫物體，如電冰箱，C選項錯誤；第二類永動機沒有違反能量守恒定律，熱力學第一定律是能量轉化和守恒定律在熱學中的反映，因此第二類永動機沒有違反熱力學第一定律，不能制成是因為它違反了熱力學第二定律，故D項正確；能量耗散過程體現(xiàn)了宏觀自然過程的方向性，符合熱力學第二定律，E項正確。 [答案]　ADE 考向三　氣體實驗定律及應用 　如圖1所示，右端開口的絕緣，絕熱圓柱形汽缸放置在水平地面上，容積為V，汽缸內部被絕熱活塞M和導熱性能良好的活塞N分成三個相等的部分，左邊兩部分分別封閉氣體A和B，兩活塞均與汽缸接觸良好，忽略一切摩擦；汽缸左邊有加熱裝置，可對氣體A緩慢加熱；初始狀態(tài)溫度為T0，大氣壓強為p0。 圖1 (1)給氣體A加熱，當活塞N恰好到達汽缸右端時，求氣體A的溫度； (2)繼續(xù)給氣體A加熱，當氣體B的長度變?yōu)樵瓉淼臅r，求氣體B的壓強和氣體A的溫度。 [解析]　(1)活塞N移動至恰好到達汽缸右端的過程中氣體A做等壓變化＝ 解得T1＝2T0。 (2)繼續(xù)加熱過程，氣體B體積減小，做等溫變化 p0＝p1 解得p1＝p0 因不計摩擦，氣體A的壓強等于氣體B的壓強， 對氣體A有＝ 解得T2＝3T0。 [答案]　見解析 1．(1)(多選)下列說法中正確的是________。 A．分子間的距離增大時，分子勢能一定增大 B．晶體有確定的熔點，非晶體沒有確定的熔點 C．根據(jù)熱力學第二定律可知，熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體 D．物體吸熱時，它的內能可能不增加 E．一定質量的理想氣體，如果壓強不變，體積增大，那么它一定從外界吸熱 (2)如圖2甲所示，一玻璃管兩端封閉，管內有一10 cm長的水銀柱將玻璃管中理想氣體分割成兩部分，上部分氣柱長20 cm，下部分氣柱長5 cm，現(xiàn)將玻璃管下部分浸入高溫液體中，如圖乙所示，發(fā)現(xiàn)水銀柱向上移動了2 cm。已知上部分氣柱初始時壓強為50 cmHg，且上部分氣體溫度始終與外界溫度相同，上、下兩部分氣體可以認為沒有熱交換，外界溫度是20 ℃，試求高溫液體的溫度。 圖2 解析　(1)分子間的距離有一個特殊值r0，此時分子間引力與斥力平衡，分子勢能最小。當分子間的距離小于r0時，分子勢能隨距離的增大而減小，當分子間的距離大于r0時，分子勢能隨距離的增大而增大，選項A錯誤；根據(jù)熱力學第二定律可知，熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化，在有外力做功的情況下熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，選項C錯誤；故正確答案為B、D、E。 (2)上部分氣體做等溫變化，根據(jù)玻意耳定律有 p11V11＝p12V12① 其中p11＝50 cmHg，V11＝20 cmS，V12＝18 cmS 下部分氣體，由理想氣體狀態(tài)方程得 ＝② 其中p21＝60 cmHg，V21＝5 cmS，T21＝293 K p22＝p12＋10 cmHg，V22＝7 cmS 聯(lián)立①②并代入數(shù)值解得T22＝448.2 K。 答案　(1)BDE　(2)448.2 K 2．(2018大連二模) (1)(多選)下列說法中正確的是________。 A．無論技術怎樣改進，熱機的效率都不能達到100% B．空氣中所含水蒸氣的壓強與同一溫度下水的飽和汽壓之比為空氣的相對濕度 C．蔗糖受潮后粘在一起形成的糖塊看起來沒有確定的幾何形狀，是多晶體 D．已知阿伏加德常數(shù)、某種氣體的摩爾質量和密度，可以估算該種氣體分子體積的大小 E．“油膜法估測分子的大小”實驗中，用一滴油酸溶液的體積與淺盤中油膜面積的比值可估測油酸分子直徑 (2)一定質量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B再變化到狀態(tài)C，其狀態(tài)變化過程的p－V圖像如圖3所示。已知該氣體在狀態(tài)A時的溫度為27 ℃。求： 圖3 ①該氣體在狀態(tài)B、C時的溫度分別為多少℃？ ②該氣體從狀態(tài)A經(jīng)B再到C的全過程中是吸熱還是放熱？傳遞的熱量是多少？ 解析　(2)①對一定質量的理想氣體，由AB是等容變化 由查理定律得：＝ 解得TB＝450 K，即tB＝177 ℃ 由理想氣體狀態(tài)方程得＝ 解得TC＝300 K，即tC＝27 ℃。 ②由于TA＝TC，一定質量理想氣體在狀態(tài)A和狀態(tài)C內能相等，ΔU＝0 從A到B氣體體積不變，外界對氣體做功為0 從B到C氣體體積減小，外界對氣體做正功，由p－V圖線與橫軸所圍成的面積可得： W＝＝1 200 J 由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q 可得Q＝－1 200 J，即氣體向外界放出熱量 傳遞的熱量為1 200 J。 答案　(1)ABC　(2)①177 ℃　27 ℃?、诜艧帷? 200 J 3．(1)(多選)下列說法正確的是________。 A．液體中懸浮的微粒越大，布朗運動越顯著 B．當分子力表現(xiàn)為斥力時，分子勢能隨分子間距離的增大而減小 C．同種物質要么是晶體，要么是非晶體，不可能以晶體和非晶體兩種不同的形態(tài)出現(xiàn) D．一定質量氣體壓強不變溫度升高時，吸收的熱量一定大于內能的增加量 E．在溫度不變的情況下，減小液面上方飽和汽的體積時，飽和汽的壓強不變 (2)如圖4所示，厚度和質量不計、橫截面積為S＝10 cm2的絕熱汽缸倒扣在水平桌面上，汽缸內有一絕熱并帶有電熱絲的T形輕活塞固定在桌面上，汽缸內封閉一定質量的理想氣體，開始時，氣體的溫度為T0＝300 K，壓強為p＝0.5105 Pa，活塞與汽缸底的距離為h＝10 cm，活塞可在汽缸內無摩擦滑動且使汽缸不漏氣，大氣壓強為p0＝1.0105 Pa。求： 圖4 ①此時桌面對汽缸的作用力FN的大小； ②現(xiàn)通過電熱絲給氣體緩慢加熱到溫度T，此過程中氣體吸收的熱量為Q＝7 J，內能增加了ΔU＝5 J，整個過程中活塞都在汽缸內，求T的值。 解析　(1)液體中懸浮微粒越大，受到液體分子撞擊個數(shù)越多，越易保持平衡，布朗運動越不明顯，選項A錯誤；當分子力表現(xiàn)為斥力時，分子間距變大，分子力做正功，分子勢能減小，選項B正確；同種物質可以是晶體也可以是非晶體，如水晶是晶體，加熱熔化后再凝固就變成了石英玻璃，就是非晶體了，原因是空間結構被破壞了，形成了新的結構，選項C錯誤；一定質量的氣體壓強不變，溫度升高，其體積變大，對外做功，但內能增加，根據(jù)熱力學第一定律，吸收的熱量等于內能的增加量與氣體對外做的功，選項D正確；飽和汽的壓強僅與溫度有關，與飽和汽的體積無關，選項E正確。 (2)①對汽缸受力分析，由平衡條件有 FN＋pS＝p0S 得FN＝(p0－p)S＝50 N ②設溫度升高至T時，活塞與汽缸底的距離為H，則氣體對外界做功W＝p0ΔV＝p0S(H－h(huán)) 由熱力學第一定律得：ΔU＝Q－W 解得H＝12 cm 氣體溫度從T0升高到T的過程中，氣體先做等容變化，壓強達到p0后，汽缸離開地面，氣體發(fā)生等壓變化，由理想氣體狀態(tài)方程得， ＝， 解得T＝T0＝720 K。 答案　(1)BDE　(2)①50 N　②720 K 4．(1)(多選)下列有關熱現(xiàn)象的說法正確的是________。 A．分子力隨分子間距離增大而增大 B．沒有摩擦的理想熱機也不可能把吸收的能量全部轉化為機械能 C．已知某物質的摩爾質量和密度，可求出阿伏加德羅常數(shù) D．內能不同的物體，它們分子熱運動的平均動能可能相同 E．瓶中充滿某理想氣體，且瓶內壓強高于外界壓強，在緩慢漏氣過程中內外氣體的溫度均不發(fā)生改變，則瓶內氣體在吸收熱量且分子平均動能不變 (2)如圖5所示，一定質量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，再由狀態(tài)B變化到狀態(tài)C。已知狀態(tài)A的壓強p＝0.5105 Pa，從A到B氣體吸收的熱量Q＝9.0102 J。 圖5 ①求氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程中，氣體內能的增量； ②由狀態(tài)B變化到狀態(tài)C的過程中，氣體是吸熱還是放熱？簡要說明理由。 解析　(1)當分子間距小于平衡距離時，分子力隨分子間距的減小而增大，當分子間距大于平衡距離時，分子力隨分子間距離的增大先增大后減小，選項A錯誤；由熱力學第二定律知，沒有摩擦的理想熱機也不可能把吸收的能量全部轉化為機械能，選項B正確；已知某物質的摩爾質量和密度，可求出摩爾體積，選項C錯誤；內能不同的物體，只要溫度相同，它們分子熱運動的平均動能相同，選項D正確；溫度是分子熱運動的平均動能的標志，溫度不變則平均動能不變，由＝C知，瓶內氣體在漏氣過程中氣體對外做功，又ΔU＝Q＋W，則氣體必會吸收熱量，選項E正確。 (2)①氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B，由蓋－呂薩克定律有 ＝ 氣體在狀態(tài)B的體積為VB＝1210－3 m3 氣體對外做的功為 W＝pΔV＝0.5105(12－8)10－3 J＝2102 J 由熱力學第一定律有ΔU＝Q－W 解得ΔU＝7102 J ②氣體由狀態(tài)B到狀態(tài)C為等溫變化，內能不變，又體積減小，外界對氣體做功，由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，Q＜0，故氣體對外放熱。 答案　(1)BDE　(2)①7102 J?、谝娊馕?