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      了解固體和液體特性 掌握熱力學(xué)定律內(nèi)容

      2022-09-02 08:28:45倪懷輪
      關(guān)鍵詞:汽缸缸內(nèi)熱力學(xué)

      倪懷輪

      熱學(xué)是高中物理的重要組成部分之一,固體和液體的特性、熱力學(xué)定律的內(nèi)涵和外延都是常見的考點。高考試卷中涉及熱學(xué)內(nèi)容的試題多以生產(chǎn)生活實際為背景,考查考生對相關(guān)基礎(chǔ)知識的掌握情況,以及考生的分析解決問題能力,因此同學(xué)們在復(fù)習(xí)備考的過程中,應(yīng)該著重訓(xùn)練透過現(xiàn)象把握本質(zhì)的能力。

      考點一:固體和液體的特性

      考點解讀:了解固體的微觀結(jié)構(gòu),知道晶體和非晶體的特點,能夠列舉生活中常見的晶體和非晶體,通過實例了解液晶的主要性質(zhì)及其在顯示技術(shù)中的應(yīng)用,了解材料科學(xué)的有關(guān)知識及應(yīng)用,體會它們的發(fā)展對人類生活和社會發(fā)展的影響;知道液體的表面張力現(xiàn)象,了解表面張力產(chǎn)生的原因,知道毛細現(xiàn)象、浸潤現(xiàn)象和不浸潤現(xiàn)象;了解飽和汽和飽和汽壓,知道絕對濕度和相對濕度。

      例1下雪了,晶瑩的雪花像輕盈的玉蝴蝶在翩翩起舞,雪花的形狀如圖1所示,下列關(guān)于雪花的說法中正確的是()。

      A.是多晶體

      B.是非晶體

      C.具有各向異性

      D.飛舞時,說明分子在做無規(guī)則運動

      解析:雪花是單晶體,具有各向異性,雪花飛舞是空氣浮力、風(fēng)力共同作用的效果,不能說明分子在做無規(guī)則運動。

      答案:C

      湖源:本題來源于選修3—3第37頁中的文字?jǐn)⑹觥把┗ㄊ撬魵饽A時形成的晶體,它們的形狀雖然不同,但都是六角形的圖案”,主要考查對晶體的理解和對分子動理論及其相關(guān)知識點的掌握

      例22021年12月9日,我國“神舟十三號”飛行乘組航天員在中國空間站成功進行了太空授課。實驗時航天員從注射器中擠出一滴水,水滴在空中的形狀應(yīng)該是圖2中的(

      A

      B.

      C.

      D.

      解析:在空間站的微重力環(huán)境下,可以認為物體都處于完全失重狀態(tài),實驗時航天員從注射器中擠出一滴水,由于表面張力的作用,水滴在空中的形狀應(yīng)是完美的球形,選項A正確。選項D是我們在地球表面附近空中看到的水滴形狀,選項C是把水滴到石蠟表面上時看到的水滴形狀。

      答案: A

      湖源:本題來源于選修3—3第42頁中的問題與練習(xí)第2題,主要考查對完全失重狀態(tài)和表面張力的理解。

      例3密閉的導(dǎo)熱容器中盛有部分水,長時間靜置后,液面與空氣、容器壁的接觸情形如圖3所示。下列說法中正確的是()。

      A.水對容器壁是浸潤的

      B.水的表面層分子間作用力表現(xiàn)為斥力

      C.水面上方的水蒸氣為飽和汽

      D.環(huán)境溫度改變時水的飽和汽壓不變

      E.使未飽和汽變成飽和汽,可采用降低溫度的方法

      解析:水對容器壁是浸潤的,選項A正確。由于液體蒸發(fā),水的表面層分子間距離大于分子力平衡的距離,作用力表現(xiàn)為引力選項B錯誤。密閉的導(dǎo)熱容器中盛有部分水,長時間靜置后,水面上方的水蒸氣為飽和汽,環(huán)境溫度改變時水的飽和汽壓將改變,選項C正確,D錯誤。飽和汽壓隨溫度的升高而增大,隨溫度的降低而減小,所以使未飽和汽變成飽和汽,可采用降低溫度的方法,選項E正確

      答案: ACE

      湖源:本題來源于選修3—3第39頁中圖9.2—7甲玻璃試管中的水和第45頁問題與練習(xí)第3題,主要考查對浸潤與不浸潤、飽和汽與飽和汽壓的理解。

      考點二:熱力學(xué)定律

      考點解讀:通過有關(guān)史實,了解熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)過程,能夠在實際問題中運用熱力學(xué)第一定律進行相關(guān)計算;通過自然界中宏觀過程的方向性,理解熱力學(xué)第二定律的兩種表述,知道節(jié)約能源對可持續(xù)發(fā)展的重要性。

      例4關(guān)于熱力學(xué)定律,下列說法中不正確的是()。

      A.空調(diào)機夏天工作時,可以將室內(nèi)的熱量散發(fā)到高溫的室外,降低室內(nèi)溫度,說明熱力學(xué)第二定律是錯誤的

      B.一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)過絕熱壓縮,其溫度可能不變

      C.內(nèi)能不可以全部轉(zhuǎn)化為機械能而不引起其他變化

      D.自然界的能量是守恒的,所以我們可以不必節(jié)約能源

      E.第一類永動機違背能量守恒定律,第二類永動機不違背能量守恒定律,但是違背了熱力學(xué)第二定律,因此不管科技如何進步,都不可能制造出永動機

      解析:空調(diào)機夏天工作時,通過壓縮機工作將室內(nèi)的熱量散發(fā)到高溫的室外,降低室內(nèi)溫度,而熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述是熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體,選項A錯誤。一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)過絕熱壓縮,體積減小,外界對氣體做功,根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知,其內(nèi)能一定增大,溫度—定升高,選項B錯誤。根據(jù)熱力學(xué)第二定律的開爾文表述可知,不可能從單一熱庫吸收熱量并把它全部用來做功,而不引起其他變化,所以內(nèi)能不可以全部轉(zhuǎn)化為機械能而不引起其他變化,選項C正確。雖然自然界的能量是守恒的,但是人類使用一些高品質(zhì)的能量后,它們最終會轉(zhuǎn)化為低品質(zhì)的內(nèi)能流散到周圍的環(huán)境中,變化成我們不可以再使用的能量,即能量耗散,所以我們必須節(jié)約能源,才能可持續(xù)發(fā)展,選項D錯誤。第一類永動機違背能量守恒定律,第二類永動機不違背能量守恒定律,但是違背了熱力學(xué)第二定律,因此不管科技如何進步,都不可能制造出永動機,選項E正確

      答案:ABD

      潮源:本題中五個選項的敘述分別來源于選修3—3第10章中相關(guān)內(nèi)容,主要考查對熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律兩種表述的理解。利用熱力學(xué)第二定律分析實際問題時,需要注意克勞修斯表述中“熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體”“自發(fā)”的含義是不需要第三者介入,不對第三者造成任何影響;開爾文表述中“不可能從單一熱庫吸收熱量,使之完全變成功,而不產(chǎn)生其他影響”,說明從單一熱庫吸收熱量,一定會向另一熱庫放出熱量。

      例5如圖4所示,一個內(nèi)壁光滑的圓柱形汽缸,高度為L,底面積為S,缸內(nèi)有一個質(zhì)量為m的活塞,封閉了一定質(zhì)量的理想氣體。當(dāng)缸內(nèi)氣體的熱力學(xué)溫度為T。時,用繩子系住汽缸底,將汽缸倒置懸掛起來,汽缸處于豎直狀態(tài),缸內(nèi)氣體高為L。。已知重力加速度為g,大氣壓強為p。,不計活塞厚度及活塞與缸體間的摩擦。

      (1)采用緩慢升溫的方法使活塞與汽缸脫離,缸內(nèi)氣體的溫度至少要升高到多少?

      (2)從開始升溫到活塞剛要脫離汽缸的過程中,缸內(nèi)氣體壓力對活塞做的功為多少?

      (3)當(dāng)活塞剛要脫離汽缸時,缸內(nèi)氣體的內(nèi)能增加量為AU,則缸內(nèi)氣體在活塞下移的過程中吸收的熱量為多少?

      解析:(1)緩慢升高缸內(nèi)氣體的溫度,氣體等壓膨脹,當(dāng)缸內(nèi)氣體膨脹到高為L時,活塞與汽缸脫離。設(shè)此時缸內(nèi)氣體的溫度為,根據(jù)蓋—呂薩克定律得—,解得T。,即缸內(nèi)氣體的溫度至少要升高到

      (2)設(shè)缸內(nèi)氣體對活塞的壓力為F,氣體等壓膨脹,則壓力F不變?;钊芰ζ胶猓瑒tF+mg=poS,解得F=poS—mg。缸內(nèi)氣體壓力對活塞做的功W'=F(L—L。)=(poS—mg)(L—L。)。

      (3)活塞下移的過程中,外界對缸內(nèi)氣體做的功W=—W',根據(jù)熱力學(xué)第一定律得AU= W + Q,解得Q=(poS-mg)(L L。)+AU.

      潮源:“汽缸一活塞”是熱學(xué)中的重要模型,本題以汽缸倒置懸掛為情景,考查受力分析、氣體實驗定律和熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用。在運用熱力學(xué)第一定律分析問題時,需要注意W和Q的正負。外界對系統(tǒng)做功,W為正值;系統(tǒng)對外做功,W為負值。系統(tǒng)吸收熱量,Q為正值;系統(tǒng)放出熱量,Q為負值。

      跟蹤訓(xùn)練

      1.關(guān)于生活中的熱學(xué)現(xiàn)象,下列說法中正確的是()。

      A.液晶顯示器是利用了液晶對光具有各向異性的特點

      B.汽車尾氣中各類有害氣體排入大氣后嚴(yán)重污染了空氣,可以使它們自發(fā)地分離,既清潔了空氣又變廢為寶

      C.干濕泡溫度計的示數(shù)差越大,表示空氣中水蒸氣離飽和狀態(tài)越遠

      D.夏天,在太陽下暴曬過久車胎突然爆裂,車胎內(nèi)氣體分子的平均動能減小

      E.天然石英表現(xiàn)為各向異性,是由于該物質(zhì)的微粒在空間的排列不規(guī)則

      2.下列說法中正確的是()。

      A.熱量不可能從低溫物體傳向高溫物體

      B.液晶具有液體的流動性,又具有晶體的光學(xué)各向異性

      C.等溫的不同種類氣體混合的過程屬于一個滴增過程

      D.能量耗散從能量角度反映出自然界的宏觀過程具有方向性

      E.在溫度均勻且恒定的水池中,一氣泡(內(nèi)部氣體可視為理想氣體)緩慢向上浮起的過程中,氣體向水中放熱

      3.如圖5所示,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始經(jīng)歷①②③④四個過程,到達狀態(tài)e,已知氣體在狀態(tài)a和e時的壓強相等。對于此氣體,下列說法中正確的是()。

      A.過程①中氣體從外界吸收熱量

      B.過程②中氣體從外界吸收熱量

      C.過程③中氣體對外界做正功

      D.氣體在狀態(tài)a時的體積比在狀態(tài)e時的體積大

      E.過程④中氣體從外界吸收的熱量和對外界做功的數(shù)值相等

      參考答案:1. ACD 2. BCD 3. BCE

      (責(zé)任編輯張巧)

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