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选考部分选修3-3第十一章第1单元分子动理论热力学定律与能量守恒1．(2010·广州模拟)利用所学的热学知识回答下列问题：(1)我们知道分子热运动的速率是比较大的，常温下能达几百米/秒．将香水瓶盖打开后，离瓶较远的人，为什么不能立刻闻到香味呢？(2)随着科学技术的不断发展，近几年来，也出现了许多新的焊接方式，如摩擦焊接、爆炸焊接等．摩擦焊接是使焊件的两个接触面高速地向相反方向旋转，同时加上很大的压力(约每平方厘米加几千到几万牛顿的力)，瞬间就焊接成一个整体了．试用所学知识分析摩擦焊接的原理．解析：(1)分子热运动的速率虽然比较大，但分子之间的碰撞是很频繁的，由于频繁的碰撞使得分子的运动不再是匀速直线运动，香水分子从瓶子到鼻孔走过了一段曲折的路程，况且引起人的嗅觉需要一定量的分子，故将香水瓶盖打开后，离得较远的人不能立刻闻到香味．(2)摩擦焊接是利用分子引力的作用．当焊件的两个接触面高速地向相反方向旋转且加上很大的压力时，可以使两个接触面上的大多数分子之间的距离达到分子力发生明显作用的范围，靠分子力的作用使这两个焊件成为一个整体．答案：见解析2．如图11－1－3所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示，F＞0为斥力，F＜0为引力，a、b、c、d为x轴上四个特定的位置．现在把乙分子从a处静止释放，若规定无穷远处分子势能为零，则：(1)乙分子在何处势能最小？是正值还是负值？(2)在乙分子运动的哪个范围内分子力和分子势能都随距离的减小而增加？解析：(1)由于乙分子由静止开始，在ac间一直受到甲分子的引力而做加速运动，引力做正功，分子势能一直在减小，到达c点时所受分子力为零，加速度为零，速度最大，动能最大，分子势能最小且为负值．(2)在分子力表现为斥力的那一段上，即乙分子由c向d运动的过程中，分子力做负功，分子势能增加．答案：(1)c处负值(2)c到d阶段3．(2009·广东高考)(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11－1－4所示．这是因为烧瓶里的气体吸收了水的________，温度________，体积________．解析：(1)“钻木”的过程是做功的过程，是把机械能转化为内能的过程．(2)烧瓶里的气体吸收热量后，由热力学第一定律知，气体的内能增加，因而温度升高，体积增大．答案：(1)做功机械能(2)热量升高增大4．某同学为测量地表植物吸收太阳能的本领，做了如下实验：用一面积为0.1m2的面盆盛6kg的水，经太阳垂直照射15min，温度升高5℃，若地表植物每秒吸收太阳能的能力与水相等，试计算：(1)每平方米绿色植物每秒吸收的太阳能为多少焦耳？(2)若绿色植物在光合作用下每吸收1kJ的太阳能可放出0.05L的氧气，则每公顷绿地每秒可放出多少升的氧气？[1公顷＝104m2，水的比热容c＝4.2×103J/(kg·℃)]解析：(1)单位面积单位时间吸收的太阳能为W＝cmΔtSt＝4.2×103×6×50.1×15×60J＝1.4×103J(2)氧气的体积为V＝104×1.4×103103×0.05L＝700L.答案：(1)1.4×103J(2)700L5．1mol铜的质量为63.5g，铜的密度是8.9×103kg/m3，试计算(NA＝6.02×1023mol－1)(1)一个铜原子的体积；(2)假若铜原子为球形，求铜原子的直径；(3)铜原子的质量．解析：(1)1mol铜的体积即摩尔体积Vm＝Mρ＝6.35×10－28.9×103m3≈7.1×10－6m3而1mol的任何物质中含有NA个粒子，因此每个铜原子的体积为V0＝VmNA≈1.2×10－29m3.(2)假设铜原子为球形，其直径为d，则V0＝43π(d2)3，d＝36V0π≈2.8×10－10m(3)一个铜原子的质量m0＝MNA＝6.35×10－26.02×1023kg≈1.05×10－25kg.答案：(1)1.2×10－29m3(2)2.8×10－10m(3)1.05×10－25kg6．一定量的气体内能增加了3×105J.(1)若吸收了2×105J的热量，则是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做了多少焦耳的功？(2)若气体对外界做了4×105J的功，则是气体放热还是从外界吸热？放出或吸收的热量是多少？解析：(1)由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得W＝ΔU－Q＝3×105J－2×105J＝1×105J外界对气体做功．(2)由ΔU＝Q＋W得Q＝ΔU－W＝3×105J－(－4×105J)＝7×105J气体从外界吸热．答案：(1)外界对气体做功1×105J(2)气体从外界吸热7×105J7．已知水的密度为ρ＝1.0×103kg/m3，水的摩尔质量M＝1.8×10－2kg/mol，求：(保留两位有效数字，NA＝6×1023mol－1)(1)1cm3的水中有多少个水分子？(2)水分子的直径有多大？解析：水的摩尔体积为Vm＝Mρ＝1.8×10－21.0×103m3/mol＝1.8×10－5m3/mol(1)1cm3水中的水分子数：N＝NAVmV≈6×10231.8×10－5×106个≈3.3×1022个(2)建立水分子的球模型有：16πd3＝VmNA水分子直径：d＝36VmπNA＝36×1.8×10－53.14×6×1023m≈3.9×10－10m答案：(1)3.3×1022个(2)3.9×10－10m8．下表为0℃和100℃时氧分子的速率分布[不同温度下各速率区间的分子数占总分子数的百分比(%)]，仔细观察下表，对于气体分子的无规则运动，你能得出哪些结论？按速率大小划分的速率区间v/(m·s－1)0℃100℃100以下1.40.7100～2008.15.4200～30017.011.9300～40021.417.4400～50020.418.6500～60015.116.7600～7009.212.9700～8004.57.9800～9002.04.6900以上0.93.9答案：随着温度的升高，分子的平均运动速率增大；各分子的运动速率(平均动能)并不相同；但其速率分布遵循中间多两边少的规律．9．如图11－1－5所示为电冰箱的工作原理示意图．图11－1－5压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环．在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外．(1)下列说法正确的是______．A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律D．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律(2)电冰箱的制冷系统从冰箱内吸收的热量与释放到外界的热量相比，有怎样的关系？解析：(1)热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能量守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C正确，D错误；由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传给高温物体，除非有外界的影响或帮助．电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，故应选B、C.(2)由热力学第一定律可知，电冰箱从冰箱内吸了热量，同时消耗了电能，释放到外界的热量比从冰箱内吸收的热量多．答案：见解析10．重1000kg的气锤从2.5m高处落下，打在质量为200kg的铁块上，要使铁块的温度升高40℃以上，气锤至少应落下多少次？[设气锤撞击铁块时做的功有60%用来使铁块温度升高，且铁的比热容c＝0.11cal/(g·℃)，g取10m/s2，1cal＝4.2J]解析：气锤下落过程中只有重力做功，机械能守恒，因而气锤撞击铁块时动能为Ek＝mgh＝103×10×2.5J＝2.5×104J由动能定理知气锤撞击铁块所做的功为W＝Ek－0＝2.5×104J使铁块温度升高所需的热量(升高40℃)Q＝cmΔt＝0.11×200×103×40cal＝3.696×106J设气锤下落n次才能使铁块温度升高40℃，由能量守恒定律有：n·W·η＝Qn＝QW·η＝3.696×1062.5×104×60%次＝246.4次故气锤至少要下落247次．答案：247次选考部分选修3-3第十一章第2单元固体、液体和气体1．如图11－2－5所示，一向右开口的汽缸放置在水平地面上，活塞可无摩擦移动且不漏气，汽缸中间位置有小挡板．初始时，外界大气压为p0，活塞紧压小挡板处，现缓慢升高缸内气体温度，则如图11－2－6所示的p－T图象能正确反应缸内气体压强变化情况的是()图11－2－6解析：初始时刻，活塞紧压小挡板，说明汽缸中的气体压强小于外界大气压强；在缓慢升高汽缸内气体温度时，气体先做等容变化，温度升高，压强增大，当压强等于大气压时活塞离开小挡板，气体做等压变化，温度升高，体积增大，A、D是错误的．在p－T图象中，等容线为通过原点的直线，所以C图是错误的．答案：B2．(2010·上海模拟)(1)研成粉末后的物体已无法从外形特征和物理性质各向异性上加以判断时，可以通过________________方法来判断它是否为晶体．(2)在严寒的冬天，房间玻璃上往往会结一层雾，雾珠是在窗玻璃的________________表面．(填“外”或“内”)．(3)密闭容器里液体上方的蒸汽达到饱和后，还有没有液体分子从液面飞出？为什么这时看起来不再蒸发？答：_____________________________________________________________________解析：(1)加热时，晶体有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点，因而可以用加热时有无确定熔点的实验来判断．(2)靠近窗的温度降低时，饱和汽压也变小，这时会有部分水蒸气液化变成水附着在玻璃上，故在内侧出现雾珠．(3)还有液体分子从液面飞出，但同时也有气体分子被碰撞飞回到液体中去，当液体上方的蒸汽达到饱和时，单位时间内逸出液体表面的分子数与回到液体表面的分子数相等而呈动态平衡即饱和汽．液体不再减少，从宏观上看好像不再蒸发了．答案：(1)用加热时有无确定熔点的实验(2)内(3)见解析3．(2010·东城模拟)如图11－2－7所示，导热的汽缸固定在水平地面上，用活塞把一定质量的理想气体封闭在汽缸中(状态①)，汽缸的内壁光滑．现用水平外力F作用于活塞杆，使活塞缓慢地向右移动一段距离(状态②)，在此过程中：(1)如果环境保持恒温，下列说法正确的是()A．每个气体分子的速率都不变B．气体分子平均动能不变C．水平外力F逐渐变大D．气体内能减少E．气体放热F．气体内能不变，却对外做功，此过程违反热力学第一定律，不可能实现G．气体是从单一热库吸热，全部用来对外做功，此过程不违反热力学第二定律(2)如果环境保持恒温，分别用p、V、T表示该理想气体的压强、体积、温度．气体从状态①变化到状态②，此过程可用图11－2－8中的哪几个图象表示()图11－2－8解析：(1)温度不变，分子平均动能不变，分子平均速率不变，由于热运动频繁碰撞，不是每个分子的速率都不变，B对，A错；由玻意耳定律知体积增大，压强减小，活塞内、外压强差增大，水平拉力F增大，C对；由温度不变、体积增大知，气体内能不变，对外做功，由热力学第一定律知，气体一定从外界吸收热量，D、E、F均错；题中气体虽从单一热库吸热，全部用来对外做功，但必须有外力作用于杆并引起气体的体积增大，因而引起了其他变化，不违反热力学第二定律，G对．(2)由题意知，从①到②，温度不变，体积增大，压强减小，所以只有A、D正确．答案：(1)BCG(2)AD4．内壁光滑的导热汽缸竖直浸放在盛有冰水混合物的水槽中，用不计质量的活塞封闭压强为1.0×105Pa、体积为2.0×10－3m3的理想气体．现在活