板块Ⅲ 高三物理热学部分
【总纲】这是一个以分子及其运动为主题的内容。
【内容分析】
一、分子动理论和能量守恒
二、气体和气体的分子动理论
［例题选讲］
【例1】如图，粗细均匀的U形管的底部中间有一阀门，开始阀门关闭，两臂中的水面高度差为h。现将阀门打开，最终两臂水面相平。则这过程中
（A）大气压做正功，重力做负功，水的内能不变；
（B）大气压不做功，重力做正功，水的内能增大；
（C）大气压不做功，重力做负功，水的内能增大；
（D）大气压做负功，重力做正功，水的内能不变。
解析：U形管里的水由高度差h到相平静止这一过程：
大气压做功为：
重力做功可视为系统重力势能的变化
根据能量守恒定律
水的内能
∴选B
［再思］若水的内能不变，即水的机械能不损失，U形管里的水将怎样运动？
【例2】如图，A和B是两个同样的球，球A放在绝热的水平面，球B用细绝热线悬挂。设两球升高相同的温度，忽略所有的热量损失，问两球吸收的热量是否相同？为什么？
解析：两球升高相同的温度时，由于是同样的小球，其膨胀程度应相同，则吸热升温，膨胀对外做功应相同。但由于A球置于水平面上，膨胀后重心提高，而B球悬挂，膨胀后重心下降，即A球重力势能增加，而B球重力势能减少，根据能量守恒，A球吸热较多。
【例3】本实验利用油酸在水面上形成一单分子层的油膜，估测分子大小。实验步骤如下：
①将5mL的油酸倒入盛有酒精的玻璃量杯中，盖上盖并摇动，使油酸均匀溶解形成油酸酒精溶液，读出该溶液的体积为NmL。
②用滴管将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入空量杯中，记下当杯中溶液到达1mL时的总滴数n。
③在边长约40cm的浅盘里倒入自来水，深约2cm，将少许石膏粉均匀地轻轻撒在水面上。
④用滴管往盘中水面上滴一滴油酸酒精溶液。由于酒精溶于水而油酸不溶于水，于是该滴中的油酸就在水面上散开，形成油酸薄膜。
⑤将平板玻璃放在浅方盘上，待油酸薄膜形成稳定后可认为已形成单分子层油酸膜。用彩笔将该单分子层油酸膜的轮廓画在玻璃板上。
⑥取下玻璃板放在方格子上，量出该单分子层油酸膜的面积
。
在估算油酸分子大小时，可将分子看成球形。用以上实验步骤中的数据和符号表示，油酸分子的半径r= 。
解析：仔细分析每一步骤——
由①得油酸酒精溶液中的油酸浓度为
；
由②得1滴油酸酒精溶液中的油酸含量为
；
弄清③④⑤⑥各步骤的意义，得
油酸分子的半径
。
【例4】一定质量的理想气体
（A）先等压膨胀，再等容降温，其温度必低于起始温度
（B）先等温膨胀，再等压压缩，其体积必低于起始体积
（C）先等容升温，再等压压缩，其温度有可能等于起始温度
（D）先等容加热，再绝热压缩，其内能必大于起始内能
解析：若气体在等压条件下膨胀，由于体积增大必使分子密度减小，为保证压强不变，其分子平均动能必增大，即温度升高，那么气体先升温后降温，温度就不一定低于起始温度了。故A错。
同理，气体先膨胀后压缩，其体积也不一定小于起始体积，故B错。
若升温后再等压压缩，气体分子密度增大，保持压强不变，必是分子平均动能减小，即温度降低，一升一降，有可能回到原值。故C对。
若等容加热——气体吸热；绝热压缩——外界对气体做功，都使气体内能增大。故D对。
选C、D。
注：本题的A、C选项中，也可用理想气体状态方程
（恒量）分析——
“等压膨胀”必温度升高；
“等压压缩”必温度降低。
结论也一样。
【例5】一块质量M=2kg的木块，放在离地h=1.25m的水平桌面上，一粒质量m=0.01kg的子弹以水平方向射入木块并留在木块内，测得木块落地后，离桌子边缘的水平距离s=0.5m，如测得子弹温度升高了120.6℃，那么子弹在射入木块的过程所产生的热量中吸收的百分比是多少？[子弹的比热
]
解析：由题意可求得
被击中后的木块（含子弹）的滑行速度
根据动量守恒定律
可得子弹入射速度
由此可得子弹射入木块的过程中产生的热量
子弹因升温而吸收的热量
∴子弹吸收的热量占的百分比为
=
=
％
［解后反思］热学知识由于气体部分的要求降低了,对于气体压强的微观解释和能量守恒定律的应用就显得更重要.特别在应用能量守恒定律时涉及到的力学知识更是不容忽视.还有微观量的估算也是一种能力的体现.
［练习题］
1、已知铜的密度为
，原子量为64，通过估算可知铜中每个铜原子所占的体积约为：
A、
； B、
； C、
； D、
2、一定质量的理想气体，在压强不变的条件下，体积增大，则
A、气体分子的平均动能增大
B、气体分子的平均动能减小
C、气体分子的平均动能不变
D、条件不足，无法判断分子平均动能的变化
3、如图所示，导热气缸开口向下，内有理想气体，缸内活塞可自由滑动且不漏气，活塞下挂一个砂桶，砂桶装满砂子时，活塞恰好静止，现在把砂桶底部钻一个小洞，细砂慢慢漏出，并缓慢降低气缸外部环境的温度，则
A、气体压强增大，内能可能不变
B、外界对气体做功，气体温度可能降低
C、气体体积减小，压强增大，内能一定减小
D、外界对气体做功，气体内能一定增加
4、已知离地面越高时，大气压越小，温度也越低，现有一气球由地面缓慢上升，则大气压强与温度对气球体积的影响为：
A、大气压强的减少有助于气球体积的增大，温度降低有助于气球体积的增大
B、大气压强的减少有助于气球体积的减少，温度降低有助于气球体积的减少
C、大气压强的减少有助于气球体积的减少，温度降低有助于气球体积的增大
D、大气压强的减少有助于气球体积的增大，温度降低有助于气球体积的减少
5、两种不同的理想气体，当它们的温度、体积、压强都相同时，它们应具有相同的：
A、相同的分子数 B、相同的内能
C、相同的质量 D、相同的平均速度
6、一个用水洗涤干净的广口瓶，内壁粘附的水约
，经过5h完全晾干了。那么平均每min从瓶口跑出的分子数是多少？（阿伏伽德罗常数
）
7、用下列方法可粗略测出太阳的辐射功率：取一支普通的煤油温度计，中午时分，使温度计的轴线与太阳光垂直,让太阳光照射t=60s。观测发现煤油液柱的温度示数由T1=23℃升高到T2=26.5℃，已知煤油的密度
，煤油的比热容
℃），太阳光射到地面的时间t0=500s，而且其中只有43％的太阳能被地面所吸收。试求太阳的辐射功率。
8、马德堡半球的两半球各用长l轻杆连接，悬挂于轴O、O’处，如图所示，每个半球的直径为d（<<l ），质量为m 。现在半球中放一小型定时炸弹，并把半球内部抽真空。炸弹爆炸后，经Δt两半球分开。温度升高ΔT并恰好各能绕轴运动到最高点相接触。求：
（1）炸弹爆炸后，对半球的平均推力。
（2）炸弹爆炸时产生的能量有多大？
（半球的比热容为C，大气压强为p0，运动时不计空气阻力）
［参考答案］
1、B ； 2、A ； 3、C ；
4、D ； 5、AB ； 6、
（个）； 7、
W；
8（1）
；（2）