高中物理选修3-3课本习题解释与说明

高二物理同步复习课程

第7讲 分子热运动 能量守恒（一）

1.已知金刚石的密度为ρ＝3.5×103 kg/m3，现有一块体积为4.0×10－8m3的一小块金刚石，它含有多少个碳原子?假如金刚石中的碳原子是紧密地挨在一起，试估算碳原子的直径?(保留两位有效数字)

答案：2.2×10－10 m

详解：先求出此金刚石质量，然后除以一个碳原子的质量，就是碳原子个数。

碳原子紧密排在一起的模型，就是一个一个的小球紧密相连，整个金刚石看成一个正方体，于是一条边上碳原子个数就是碳原子总个数的三次方根。金刚石一条边的长度就是体积的三次方根。然后边长除以一条边上碳原子个数就是碳原子直径。

2.关于布朗运动，下列说法中正确的是 ( )

A．布朗运动就是分子的运动

B．布朗运动是组成固体微粒的分子无规则的反映

C．布朗运动是液体分子无规则运动的反映

D．观察时间越长，布朗运动越显著

答案：C

详解：布朗运动是液体无规则运动的反映，它本身不是分子运动。布朗运动的显著程度和观察时间无关，和液体温度，运动微粒的质量等有关。

3.关于分子间相互作用力，以下说法正确的是( )

A．分子间的相互作用力是由组成分子的原子内部的带电粒子间的相互作用而引起的

B．温度越高，分子间的相互作用力就越大

C．分子力实质上就是分子间的万有引力

D．分子引力不等于分子斥力时，违背了牛顿第三定律

答案：A

详解：A是正确的理论知识。分子间作用力大小与分子距离有关，和温度无关。另外，分子引力和分子斥力明显不是作用力和反作用力，不能乱套用牛顿第三定律。

4.关于分子间的相互作用力的以下说法中，正确的是( )

A．当分子间的距离r＝r0时，分子力为零，说明此时分子间不存在作用力

B．当r＞r0时，随着分子间距离的增大分子间引力和斥力都增大，但引力比斥力增加得快，故分子力表现为引力

C． r＜r0时，随着分子间距离的增大分子间引力和斥力都增大，但斥力比引力增加得快，故分子力表现为斥力

D．当分子间的距离r＞10-9m时，分子间的作用力可以忽略不计

答案：D

详解：r＝r0时分子引力和斥力数值相等，分子间作用力合力是0，但不能说分子间没作用力，A错。

分子间距离的增大分子间引力和斥力都减小，这个任何时候都对，只是减小快慢的问题。r＞r0时分子间距离增加，分子斥力减小得快。r＜r0时，分子距离增加，分子引力减小快。因此BC错。

D项说的非常正确。

5.下面所列举的现象，不能说明分子是不断运动着的是( )

A．将香水瓶盖打开以后能闻到香味

B．汽车开过后，公路上尘土飞扬

C．洒在地上的水，过一段时间就干了

D．悬浮在水中的花粉做无规则运动

答案：B

详解：B项尘土飞扬，是空气对流吹动的结果，无关分子运动。其余选项很明显有分子运动的表现。其中D项是布朗运动，这是分子运动的反映。

6.在两个密闭的容器中分别存有质量相等的氢气和氧气，不考虑分子间引力和斥力，它们的温度也相等，下列说法中不正确的是( )

A．氢分子的平均速率大于氧分子的平均速率

B．氢分子的平均动能大于氧分子的平均动能

C．氢气的分子总动能大于氧气的总动能

D．氢气的内能大于氧气的内能

答案：B

详解：温度相等，那么平均动能必然相等。因为氢分子质量较小，于是平均速率大于氧分子。分子总动能必然是氢气大，因为两气体质量相等，必然是氢分子多。氢气内能也大，因为二者温度相同，但是氢分子多，也就是说，氢气物质的量大。

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第 8 讲 分子热运动 能量守恒（二）

1.在绝热的气缸内封闭着质量、体积和种类都相同的两部分气体A和B（不计气体分子之间的作用力），中间用导热的固定隔板P隔开。若不导热的活塞Q在外力作用下向外移动时，下列论述：

① 气体B压强减小，内能减小；

② ②气体B压强减小，内能不变；

③ 气体A压强减小，内能减小；

④ ④气体A压强不变，内能不变。

其中正确的是（ ）

A.只有②④正确 B.只有①③正确

C.只有②③正确 D.只有①④正确

答案：B

详解：气缸绝热，于是B体积增大对外做功，又没有热传递时，内能一定减小。B压强也因为体积的增大而减小，内能减小就意味着温度降低。P是导热的，于是AB温度必然一样。于是A温度也降低，内能减小。体积不变的气体降温，明显A压强减小。

2.一定质量的理想气体，在某一平衡状态下的压强、体积和温度分别为p1、V1、T1，在另一平衡状态下的压强、体积和温度分别为p2、V2、T2，下列关系正确的是（ ）

A．p1＝p2，V1＝2V2，T1＝ T2

B．p1＝p2，V1＝ V2，T1＝2T2

C．p1＝2p2，V1＝2V2，T1＝2T2

D．p1＝2p2，V1＝V2，T1＝2T2

答案：D

详解：一定质量的气体，根据公式，必然有PV/T = 常数。于是只有D正确。

3.长直均匀玻璃管内用水银柱封闭一定质量的空气后倒插入水银槽内。静止时露出水银槽面的水银柱高为h，保持温度不变，稍向上提玻璃管（管口仍在槽内水银面下），封闭在管内的空气的体积V和压强p以及水银柱高h各如何变化？

答案：体积V增大，压强p减小，h增大.

详解：向上提，体积必然增大。因为温度不变，于是压强减小，于是相应地，水银柱会上升一小段儿，水银柱高度增大。

（看到水银柱升高，同学可能会对\"体积增大\"略感不放心。其实我们可以反证，如果体积减小，那么必然有压强的增大，于是水银柱降低。往上提管，水银柱又降低，体积焉

能减小？于是假设矛盾，体积增大的结论被肯定）

4.下列说法正确的是（ ）

A. 气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力

B. 气体对器壁的压强就是大量气体分子单位时间作用在器壁上的平均冲量

C. 气体分子热运动的平均动能减少，气体的压强一定减小

D. 单位面积的气体分子数增加，气体的压强一定增大

答案：A

详解：A是气体压强的微观成因。B项，单位时间的冲量是力，怎能是压强？C项气体降温气压不一定降低，因为气体体积可以变化。D项也不对，气体如果同时降温，气压变化也难说。

5.一定质量的理想气体由状态A经状态B变为状态C，其中A B过程为等压变化，B C过程为等容变化。已知VA=0.3m3，TA=TB=300K、TB=400K。

（1）求气体在状态B时的体积。

（2）说明B C过程压强变化的微观原因

（3）没A B过程气体吸收热量为Q，B C过程中气体放出热量为Q2，比较Q1、Q2

的大小说明原因。

答案：（1） 。

(2)气体体积不变，分子密集程度不变，温度变小，气体分子平均动能减小，导致气体压强减小。

(3) 大于 ；因为TA=TB，故A B增加的内能与B C减小的内能相同，而A B过程气体对外做正功，B C过程气体不做功，由热力学第一定律可知 大于 。

(1)详解：等压变化中，气体体积和温度成正比，带入题中数据易得答案

6.某体育馆内有一恒温游泳池，水温等于室温，现有一个气泡从水池底部缓缓上升，那么在上升过程中，泡内气体(可视为理想气体)( )

①分子间的平均距离增大

②分子平均动能减小

③不断吸热

④压强不断减小

A.①② B.②③ C.②④ D.①③④

答案：D

详解：上升过程压强肯定不断减小，气泡逐渐胀大，分子间距逐渐增大。但是因为是缓慢上升，于是认为气体时刻和水同温度，于是分子平均动能不变。气泡胀大就要对外做功，然而温度还不变，于是它肯定不断吸热。

7.如图，水平放置的密封气缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在气缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝。气缸壁和隔板均绝热。初始时隔板静止，左右两边气体温度相等。现给电热丝提供一微弱电流，通电一段时间后切断电源。当缸内气体再次达到平衡时，与初始状态相比（ ）

A．右边气体温度升高，左边气体温度不变

B．左右两边气体温度都升高

C．左边气体压强增大

D．右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量

答案：BC

详解：右边气体升温膨胀，向左推动隔板，于是左边气体接受外界对它做功，内能增大，也升温。左边气体体积减小，同时还升温，压强必然增大。

根据能量守恒，左右两边气体内能增加量等于电热丝放的热。

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第 9 讲 分子热运动 能量守恒（三）

1.某人在做测定水的汽化热实验时，得到的数据如下：铜制量热器小筒的质量M1=200g，通入水蒸气前筒内水的质量M2=350g，温度t1=14℃；通入t2=100℃的水蒸气后水的温度为t3=36℃，水的质量变为M3=3g,他测得的水的汽化热L是多少？［铜的比热C铜=3.9×102J／（Kg．K）］

答案：2.2×106焦／千克

详解：可见，水蒸气的质量是14克。铜筒温度升高22度吸热是W1，350克水升温22度吸热W2，14克水蒸气变成14克一百度液态水放热W3，14克一百度液态水降温至36度放热W4,于是根据能量守恒，有W1+W2 = W3+W4

W1,W2,W4皆可用cm△t来计算，于是W3可以求解，经计算，是30800J。然后W3（以焦耳为单位），除以水蒸气质量0.014千克即可求出汽化热。

2.下列现象中，哪些是通过热传递的方式改变物体内能的 （ ）

A.打开电灯开关，灯丝的温度升高，内能增加

B.夏天喝冰镇汽水来解暑

C.冬天搓搓手，会感觉到手变得暖和起来

D.太阳能热水器在阳光照射下，水的温度逐渐升高

答案：B D

详解：A是做功（电功）改变了内能，B符合题意。C是做功改变内能。D符合题意。

3.对于在一个大气压下100℃的水变成100℃的水蒸气的过程中，下列说法正确的是 （ ）

A.水的内能增加，对外界做功，一定是吸热

B.水的内能不变，对外界做功，从外界吸热

C.水的内能减少，对外界不做功，向外界放热

D.水的内能增加，对外界做功，向外界放热

答案：A

详解：水要吸热汽化，内能必然增加，因为体积的膨胀，对外要做功。

4.一定质量的气体，在压缩过程中外界对气体做功300J，但这一过程中气体的内能减少了300J，问气体在此过程中是吸热还是放热？吸收（或放出）多少热量？

答案：气体放热，放出600J的热量。

详解：外界对气体做功300J，气体内能反而减小300J,根据热力学第一定律，必然是气体放热300+300 = 600J。

5.下列说法中正确的是（ ）

A.一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性

B.一切不违背能量守恒与转化定律的物理过程都是可以实现的

C.由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行

D.一切物理过程都不可能自发地进行

答案：AC

详解：A正确，是正确的理论常识。B不可以，第二类永动机明显不违背能量守恒。C对，这是热力学第二定律意义的一个方面。D不对，有不少过程是可以自发进行的，比如水往低处流。

6.下面关于机械能和内能的说法正确的是 ( )

A.机械能大的物体，内能一定也大

B.物体做加速运动时，速度越大，物体内部分子平均动能一定增大

C.物体降温时，其机械能一定减少

D.摩擦生热是机械能向内能的转化

答案：D

详解：A错，机械能大和内能大，这二者无关。B错，物体内部分子平均动能是温度的表征，物体速度大，温度不一定高。C错，物体降温和机械能不沾边。D明显正确。

7.用打气筒打气时，过一会筒壁会热起来，这是为什么？

答案：打气时活塞压缩空气做功，使筒内空气内能增加，温度升高；同时克服活塞与筒壁间的摩擦做功也使筒壁内能增加，温度升高。

8.一个透热良好的气缸，缸壁浸在盛水的容器中，迅速下压活塞，压缩中对气体做了2000J的功，稳定后使容器中2千克的水温度升高了0.2℃，假设盛水容器绝热。问：压缩前后缸内气体的内能变化了多少？

答案：气体内能增加了320 J。

详解：对气体做功是2000J。然后气体和水有热传递，气体把热量传递给水。传递的热量用cm△t来计算，代入数据是1680J。可见内能变化量是2000+（-1680） = 320J。内能增加。