高三物理竞赛第09讲热学基础（二）学生版

第九讲 热学基础（二）基础知识总结今天的任务除了要加强前面对于热学基本概念的理解之外，也希望同学们能进一步的了解热机效率、物态变化、以及热学和其他学科的交叉。自招难度题目摘选【题目】例1、如图预19-4所示，三个绝热的、容积相同的球状容器A、B、C，用带有阀门K1、K2的绝热细管连通，相邻两球球心的高度差初始时，阀门是关闭的，A中装有1mol的氦（He）,B中装有1mol的氪（Kr）,C中装有lmol的氙（Xe），三者的温度和压强都相同气体均可视为理想气体现打开阀门K1、K2，三种气体相互混合，最终每一种气体在整个容器中均匀分布，三个容器中气体的温度相同求气体温度的改变量已知三种气体的摩尔质量分别为在体积不变时，这三种气体任何一种每摩尔温度升高1K，所吸收的热量均为 ，为普适气体常量【制冷机题目】例2、制冷机是通过外界对机器做功，把从低温吸取的热量连同外界对机器做功得到的能量一起送到高温处的机器。它能使低温处的温度降低，高温处的温度升高。已知当制冷机工作在绝对温度为的高温处和绝对温度为的低温处之间时，若制冷机从低温处吸取的热量为Q,外界对制冷机做的功为W，则有式中等号对应于理论上的理想情况。 某制冷机在冬天作热泵使用（即取暖空调机），在室外温度为-5.00C的情况下，使某房间内的温度保持在20. 00C。由于室内温度高于室外，故将有热量从室内传递到室外。本题只考虑传导方式的传热，它服从以下的规律：设一块导热层，其厚度为l，面积为S,两侧温度差的大小为 ，则单位时间内通过导热层由高温处传导到低温处的热量为 其中为导热率，取决于导热层材料的性质。 1. 假设该房间向外散热是由面向室外的面积为、厚度为的玻璃引起的，已知该玻璃的导热率为，电费为每度0.50元，试求在理想情况下该热泵工作12小时需要多少度电？2. 若将上述玻璃板换为“双层玻璃板”，两层玻璃的厚度均为2.00mm，玻璃板之间夹有厚度为的空气层，假设空气的导热率为，电费仍为每度0.50元，若该热泵仍然工作12小时，问这时的电费比上一问单层玻璃情形节省多少？【物态变化题目】例3、物理小组的同学在寒冷的冬天做了一个这样的实验：他们把一个实心的大铝球加热到某温度，然后把它放在结冰的湖面上（冰层足够厚），铝球便逐渐陷入冰内当铝球不再下陷时，测出球的最低点陷入冰中的深度将铝球加热到不同的温度，重复上述实验8次，最终得到如下数据：实验顺序数12345678热铝球的温度 t /55708592104110120140陷入深度 h /cm9.012.914.816.017.018.017.016.8已知铝的密度约为水的密度的3倍，设实验时的环境温度及湖面冰的温度均为 0已知此情况下，冰的熔解热1试采用以上某些数据估算铝的比热2对未被你采用的实验数据，试说明不采用的原因，并作出解释图预解 18-6-1铝球放热，使冰熔【题目】例4、空气中得一肥皂，半径为使它均匀带电后，半径大为。已知外界大气压强为，肥皂的表面强力系数为。（1）试求肥皂上所带点的电量（假设温度不变，不计重力，肥皂泡为球形）（2）把肥皂泡的电量记为，求两个半球面上的电荷之间互相作用的静电斥力。【题目】例5、带有活塞的圆筒内有4g氦和16g氧，其温度为0，压强为105Pa，如图所示。圆筒和活塞都是绝热的。使压强增加到2105Pa，求出此后混合气体的温度和体积。已知氦的定容摩尔热容量和定压摩尔热容量分别为CV1=12.3J/molK、Cp1=20.5J/molK，氧的定容摩尔热容量和定压摩尔热容量分别为CV2=20.5J/molK、Cp2=28.7J/molK。高考简单题摘选1、如图，长L100cm，粗细均匀的玻璃管一端封闭。水平放置时，长L050cm的空气柱被水银柱封住，水银柱长h30cm。将玻璃管缓慢地转到开口向下和竖直位置，然后竖直插入水银槽，插入后有Dh15cm的水银柱进入玻璃管。设整个过程中温度始终保持不变，大气压强p075cmHg。求：（1）插入水银槽后管内气体的压强p；（2）管口距水银槽液面的距离H。2、关于热力学定律，下列说法正确的是 （填入正确选项前的字母。选对1个给3分，选对2个给4分，选对3个给6分；每选错1个扣3分，最低得分为0分）。 A为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量 B对某物体做功，必定会使该物体的内能增加 C可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功 D不可能使热量从低温物体传向高温物体 E功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程3、如图，由U形管和细管连接的玻璃泡A、B和C浸泡在温度均为0C的水槽中，B的容积是A的3倍。阀门S将A和B两部分隔开。A内为真空，B和C内都充有气体。U形管内左边水银柱比右边的低60mm。打开阀门S，整个系统稳定后，U形管内左右水银柱高度相等。假设U形管和细管中的气体体积远小于玻璃泡的容积。（i）求玻璃泡C中气体的压强（以mmHg为单位）（ii）将右侧水槽的水从0C加热到一定温度时，U形管内左右水银柱高度差又为60mm，求加热后右侧水槽的水温。4.下列关于布朗运动的说法，正确的是A布朗运动是液体分子的无规则运动B. 液体温度越高，悬浮粒子越小，布朗运动越剧C布朗运动是由于液体各个部分的温度不同而引起的D.布朗运动是由液体分子从各个方向对悬浮粒子撞击作用的不平衡引起的5、 清晨 ，草叶上的露珠是由空气中的水汽凝结成水珠 ，这一物理过程中，水分子间的A 引力消失 ，斥力增大 B 斥力消失，引力增大 C 引力、斥力都减小 D 引力、斥力都增大 6、景颇族的祖先发明的点火器如图1所示，用牛角做套筒，木质推杆前端粘着艾绒。猛推推杆，艾绒即可点燃，对同内封闭的气体，再次压缩过程中A.气体温度升高，压强不变B.气体温度升高，压强变大C.气体对外界做正功，其体内能增加D.外界对气体做正功，气体内能减少7、关于热力学定律和分子动理论，下列说法正确的是_。（填选项前的字母）A一定量气体吸收热量，其内能一定增大 B.不可能使热量由低温物体传递到高温物体C.若两分子间距离增大，分子势能一定增大 D.若两分子间距离减小，分子间引力和斥力都增大8、空气压缩机的储气罐中储有1.0atm的空气6.0L,现再充入1.0 atm的空气9.0L。设充气过程为等温过程，空气可看作理想气体，则充气后储气罐中气体压强为_。（填选项前的字母） A2.5 atm B.2.0 atm C.1.5 atm D.1.0 atm9、下列现象中，说明液体存在表面张力的有_A水黾可以停在水面上B叶面上的露珠呈球形C滴入水中的红墨水很快散开D悬浮在水中的花粉做无规则运动10、密闭在钢瓶中的理想气体，温度升高时压强增大，从分子动理论的角度分析，这是由于分子热运动的_增大了，该气体在温度为T1、T2时的分子速率分布图像如题12A-1图所示，则T1_(选填“大于”或“小于”)T211、如图12A-2图所示，一定质量的理想气体从状态A经等压过程到状态B，此过程中，气体压强P=1.0105Pa，吸收的热量Q=7.0102J，求此过程中气体内能的增量。12、以下说法正确的是 。a水的饱和汽压随温度的升高而增大b扩散现象表明，分子在永不停息地运动c当分子间距离增大时，分子间引力增大，分子间斥力减小d一定质量的理想气体，在等压膨胀过程中，气体分子的平均动能减小13、如图所示，粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U型管竖直放置，右端与大气相通，左端封闭气柱长（可视为理想气体），两管中水银面等高。先将右端与一低压舱（未画出）接通，稳定后右管水银面高出左管水银面（环境温度不变，大气压强）求稳定后低压舱内的压强（用“cmHg”做单位）此过程中左管内的气体对外界 （填“做正功”“做负功”“不做功”），气体将 （填“吸热”或放热“）。14.物体由大量分子组成，下列说法正确的是A 分子热运动越剧烈，物体内每个分子的动能越大B 分子间引力总是随着分子间距离减小而减小C 物体的内能跟物体的温度和体积有关D 只有外界对物体做功才能增加物体的内能16、题16图为伽利略设计的一种测温装置示意图，玻璃管的上端与导热良好的玻璃泡连通，下端插入水中，玻璃泡中封闭有一定量的空气。若玻璃管中水柱上升，则外界大气的变可能是A. 温度降低，压强增大B. 温度升高，压强不变C. 温度升高，压强减小D. 温度不变，压强减小17.模块3-3试题（12分）（1）（4分）两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图中曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为r0.相距很远的两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近.若两分子相距无穷远时分子势能为零，下列说法正确的是_（填入正确选项前的字母.选对1个给2分，选对2个给3分，选对3个给4分；每选错1个扣2分，最低得分为0分）.A.在rr0阶段，F做正功，分子动能增加，势能减小B.在rr0阶段，F做负功，分子动能减小，势能也减小C.在r=r0时，分子势能最小，动能最大D.在r=r0时，分子