第十一章第1單元分子動理論熱力學(xué)定律與能量守恒1．利用所學(xué)的熱學(xué)知識回答下列問題：(1)我們知道分子熱運動的速率是比較大的，常溫下能達(dá)幾百米/秒．將香水瓶蓋打開后，離瓶較遠(yuǎn)的人，為什么不能立刻聞到香味呢？(2)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，近幾年來，也出現(xiàn)了許多新的焊接方式，如摩擦焊接、爆炸焊接等．摩擦焊接是使焊件的兩個接觸面高速地向相反方向旋轉(zhuǎn)，同時加上很大的壓力(約每平方厘米加幾千到幾萬牛頓的力)，瞬間就焊接成一個整體了．試用所學(xué)知識分析摩擦焊接的原理．2．如圖11－1－3所示，甲分子固定在坐標(biāo)原點O，乙分子位于x軸上，甲分子對乙分子的作用力與兩分子間距離的關(guān)系如圖中曲線所示，F(xiàn)＞0為斥力，F(xiàn)＜0為引力，a、b、c、d為x軸上四個特定的位置．現(xiàn)在把乙分子從a處靜止釋放，若規(guī)定無窮遠(yuǎn)處分子勢能為零，則：(1)乙分子在何處勢能最小？是正值還是負(fù)值？(2)在乙分子運動的哪個范圍內(nèi)分子力和分子勢能都隨距離的減小而增加？3．(1)遠(yuǎn)古時代，取火是一件困難的事，火一般產(chǎn)生于雷擊或磷的自燃．隨著人類文明的進步，出現(xiàn)了“鉆木取火”等方法．“鉆木取火”是通過________方式改變物體的內(nèi)能，把________轉(zhuǎn)變成內(nèi)能．(2)某同學(xué)做了一個小實驗：先把空的燒瓶放入冰箱冷凍，一小時后取出燒瓶，并迅速把一個氣球緊密地套在瓶頸上，然后將燒瓶放進盛滿熱水的燒杯里，氣球逐漸膨脹起來，如圖11－1－4所示．這是因為燒瓶里的氣體吸收了水的________，溫度________，體積________．4．某同學(xué)為測量地表植物吸收太陽能的本領(lǐng)，做了如下實驗：用一面積為0.1m2的面盆盛6kg的水，經(jīng)太陽垂直照射15min，溫度升高5(1)每平方米綠色植物每秒吸收的太陽能為多少焦耳？(2)若綠色植物在光合作用下每吸收1kJ的太陽能可放出0.05L的氧氣，則每公頃綠地每秒可放出多少升的氧氣？[1公頃＝104m2，水的比熱容c＝×103J/5．1mol銅的質(zhì)量為63.5g，銅的密度是×103kg/m3，試計算(NA＝×1023mol(1)一個銅原子的體積；(2)假若銅原子為球形，求銅原子的直徑；(3)銅原子的質(zhì)量．6．一定量的氣體內(nèi)能增加了3×105J.(1)若吸收了2×105J的熱量，則是氣體對外界做功，還是外界對氣體做功？做了多少焦耳的功？(2)若氣體對外界做了4×105J的功，則是氣體放熱還是從外界吸熱？放出或吸收的熱量是多少？7．已知水的密度為ρ＝×103kg/m3，水的摩爾質(zhì)量M＝×10－2kg/mol，求：(保留兩位有效數(shù)字，NA＝6×1023(1)1cm3的水中有多少個水分子？(2)水分子的直徑有多大？8．下表為0℃和100℃時氧分子的速率分布按速率大小劃分的速率區(qū)間v/(m·s－1)0100100以下100～200200～300300～400400～500500～600600～700700～800800～900900以上9．如圖11－1－5所示為電冰箱的工作原理示意圖．壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)．在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體外．(1)下列說法正確的是______．A．熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外B．電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因為其消耗了電能C．電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第一定律D．電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第一定律(2)電冰箱的制冷系統(tǒng)從冰箱內(nèi)吸收的熱量與釋放到外界的熱量相比，有怎樣的關(guān)系？10．重1000kg的氣錘從2.5m高處落下，打在質(zhì)量為200kg的鐵塊上，要使鐵塊的溫度升高40℃以上，氣錘至少應(yīng)落下多少次？[設(shè)氣錘撞擊鐵塊時做的功有60%用來使鐵塊溫度升高，且鐵的比熱容c＝cal/(g·℃)，g取10m/s2，1cal＝第十一章第1單元分子動理論熱力學(xué)定律與能量守恒【參考答案與詳細(xì)解析】1．解析：(1)分子熱運動的速率雖然比較大，但分子之間的碰撞是很頻繁的，由于頻繁的碰撞使得分子的運動不再是勻速直線運動，香水分子從瓶子到鼻孔走過了一段曲折的路程，況且引起人的嗅覺需要一定量的分子，故將香水瓶蓋打開后，離得較遠(yuǎn)的人不能立刻聞到香味．(2)摩擦焊接是利用分子引力的作用．當(dāng)焊件的兩個接觸面高速地向相反方向旋轉(zhuǎn)且加上很大的壓力時，可以使兩個接觸面上的大多數(shù)分子之間的距離達(dá)到分子力發(fā)生明顯作用的范圍，靠分子力的作用使這兩個焊件成為一個整體．答案：見解析2．解析：(1)由于乙分子由靜止開始，在ac間一直受到甲分子的引力而做加速運動，引力做正功，分子勢能一直在減小，到達(dá)c點時所受分子力為零，加速度為零，速度最大，動能最大，分子勢能最小且為負(fù)值．(2)在分子力表現(xiàn)為斥力的那一段上，即乙分子由c向d運動的過程中，分子力做負(fù)功，分子勢能增加．答案：(1)c處負(fù)值(2)c到d階段3．解析：(1)“鉆木”的過程是做功的過程，是把機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程．(2)燒瓶里的氣體吸收熱量后，由熱力學(xué)第一定律知，氣體的內(nèi)能增加，因而溫度升高，體積增大．答案：(1)做功機械能(2)熱量升高增大4．解析：(1)單位面積單位時間吸收的太陽能為W＝eq\f(cmΔt,St)＝eq\f×103×6×5,×15×60)J＝×103J(2)氧氣的體積為V＝eq\f(104××103,103)×0.05L＝700L.答案：(1)×103J(2)700L5．解析：(1)1mol銅的體積即摩爾體積Vm＝eq\f(M,ρ)＝eq\f×10－2,×103)m3≈×10－6m3而1mol的任何物質(zhì)中含有NA個粒子，因此每個銅原子的體積為V0＝eq\f(Vm,NA)≈×10－29m3.(2)假設(shè)銅原子為球形，其直徑為d，則V0＝eq\f(4,3)π(eq\f(d,2))3，d＝eq\r(3,\f(6V0,π))≈×10－10m(3)一個銅原子的質(zhì)量m0＝eq\f(M,NA)＝eq\f×10－2,×1023)kg≈×10－25kg.答案：(1)×10－29m3(2)×10(3)×10－256．解析：(1)由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W得W＝ΔU－Q＝3×105J－2×105J＝1×105J外界對氣體做功．(2)由ΔU＝Q＋W得Q＝ΔU－W＝3×105J－(－4×105J)＝7×105J氣體從外界吸熱．答案：(1)外界對氣體做功1×105J(2)氣體從外界吸熱7×105J7．解析：水的摩爾體積為Vm＝eq\f(M,ρ)＝eq\f×10－2,×103)m3/mol＝×10－5m3/mol(1)1cm3水中的水分子數(shù)：N＝eq\f(NA,Vm)V≈eq\f(6×1023,×10－5×106)個≈×1022個(2)建立水分子的球模型有：eq\f(1,6)πd3＝eq\f(Vm,NA)水分子直徑：d＝eq\r(3,\f(6Vm,πNA))＝eq\r(3,\f(6××10－5,×6×1023))m≈×10－10m答案：(1)×1022個(2)×10－108．答案：隨著溫度的升高，分子的平均運動速率增大；各分子的運動速率(平均動能)并不相同；但其速率分布遵循中間多兩邊少的規(guī)律．9．解析：(1)熱力學(xué)第一定律是熱現(xiàn)象中內(nèi)能與其他形式能的轉(zhuǎn)化規(guī)律，是能量守恒定律的具體表現(xiàn)，適用于所有的熱學(xué)過程，故C正確，D錯誤；由熱力學(xué)第二定律可知，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體，除非有外界的影響或幫助．電冰箱把熱量從低溫的內(nèi)部傳到高溫的外部，需要壓縮機的幫助并消耗電能，故應(yīng)選B、C.(2)由熱力學(xué)第一定律可知，電冰箱從冰箱內(nèi)吸了熱量，同時消耗了電能，釋放到外界的熱量比從冰箱內(nèi)吸收的熱量多．答案：見解析10．解析：氣錘下落過程中只有重力做功，機械能守恒，因而氣錘撞擊鐵塊時動能為Ek＝mgh＝103×10×J＝×