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高中三年级物理

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    下列说法正确的是(   )
    A.气体的温度升高时,气体分子的速率都增大
    B.空调机作为制冷机使用时,将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外,所以制冷机 的工作是不遵守热力学第二定律的
    C.利用太阳能、风能和氢能等能源替代化石能源能改善空气质量
    D.分子直径数量级为10-8cm
    E.现在的核电站是通过原子核裂变或氢核聚变来获取原子能的
    本题信息:2011年0111期末题物理多选题难度一般 来源:马凤霞
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本试题 “多选下列说法正确的是( )A.气体的温度升高时,气体分子的速率都增大B.空调机作为制冷机使用时,将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外,所以制冷机 ...” 主要考查您对

分子的大小

分子间的相互作用力

热力学第二定律

能源与可持续发展

气体温度的微观意义

气体分子运动特点

核能的利用:核电站、核武器

等考点的理解。关于这些考点您可以点击下面的选项卡查看详细档案。
  • 分子的大小
  • 分子间的相互作用力
  • 热力学第二定律
  • 能源与可持续发展
  • 气体温度的微观意义
  • 气体分子运动特点
  • 核能的利用:核电站、核武器

物质是由大量分子组成的:

1、分子大小:物质是由大量分子组成的,分子体积很小,它的直径数量级是10-10 m。分子的质量很小,一般分子质量的数量级是10-26 kg。分子间有间隙,物体能被压缩,酒精和水混合后总体积小于混合前两体积之和,说明分子间有间隙。
2、阿伏伽德罗常数:1mol任何物质中所含有的分子数,用NA表示。


微观量的估算方法:

 1.微观模型的建立物质由大量分子组成,而分子具有大小,且分子间有空隙,为了估算分子的大小或间距,可建立以下两种模型。
(1)球体模型:由于固体和液体分子间距离很小,因此可近似看成分子是紧密排列着的球体,若分子直径为d,则其体积为:
(2)立方体模型:设想固体和液体分子(原子或离子)是紧密排列着的立方体,那么分子的距离(即分子线度)就是立方体的边长L,因此一个分子的体积就是
需要注意的是,对气体来说,由于在一般情况下分子不是紧密排列的,所以上述模型无法求分子的直径,但能通过上述模型求分子间的距离。
2.常见微观量的求解表达式 (说明:M为摩尔质量,ρ为物质密度,Vmol为摩尔体积)
(1)1个分子的质量:
(2)1个分子的体积:
(3)1摩尔物质的体积:
(4)单位质量中所含分子数:
(5)单位体积中所含分子数:
(6)分子间距离(分子直径): (球体模型);(立体模型)
3.两种估算模型
估算法是根据日常生活和生产中的一些物理数据,对所求物理量的数值和数量级大致推算的一种近似方法。为了对一些问题方便求解,将研究对象进行抽象,使其成为理想化模型后进行估算。
对固体和液体,可以近似地认为分子是一个挨一个紧密排列在一起的。处理固、液体分子的大小,有两种途径:可以把分子看成球体,则每个分子的体积V= (d为分子的直径,R为分子的半径);也可以把分子看成正方体,则每个分子的体积为V=a3(a 为边长)。若考查气体分子间距,不能认为气体分子紧密排列在一起,求解分子间的平均距离,只能根据一个气体分子占据的空间体积。


分子间有空隙的依据:

分子可以永不停息地运动
气体容易被压缩
水与酒精混合后总体积减小
物体的热胀冷缩等

分子力:

1.概念:分子间同时存在着引力和斥力,分子力是二者的合力。
2. 存在依据:分子间有空隙,但液体仍有一定的体积,固体有一定的形状和体积等;固体很难被拉断,固体、液体很难被压缩等
3.分子间引力与斥力都随分子间距离的减小而增大,但斥力随距离变化快,分子力与分子间距离不是单调关系






热力学第二定律:

1.两种表述:
(1)按传热的方向性表述:
①内容:热量不能自发地从低温物体传到高温物体
②含义:
a.热量会自发地从高温物体传到低温物体,在传递过程中不会对其他物体产生影响;
b.如果有其他作用,热量有可能从低温物体传到高温物体;
c.如果没有其他作用,热量不可能从低温物体传到高温物体
(2)按机械能与内能转化的方向性表述:
①内容:不可能从单一热源吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响
②含义:
a.从单一热源吸收热量,一般来说只有部分转化为机械能,所以第二类永动机是不可能制成的;
b.机械能转化为内能是自然的,可以全部转化;
c.如果引起其他变化,可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功
2.实质:这两种表述是等价的,都揭示了自然界的基本规律:一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性,即一切与热现象有关的宏观的自然过程都是不可逆的
3.微观解释:
(1)微观意义:一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行
(2)熵:
①概念:物理学中用字母Ω表示一个宏观状态所对应的微观状态的数目,用字母S表示熵,有,式中k叫做玻尔兹曼常量
②熵增加原理:
a.内容:在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减小。如果过程可逆,则熵不变;如果过程不可逆,则熵增加。
b.从微观的角度看,热力学第二定律是一个统计规律:一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展,而熵值较大代表着较为无序,所以自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展


热力学第二定律的理解及应用方法:

(1)传热的方向性。热传导的过程是有方向性的,这个过程可以向一个方向自发地进行(热量会自发地从高温物体传到低温物体),但是向相反的方向却不能自发地进行。
(2)第二类永动机不可能制成。我们把没有冷凝器,只有单一热源,从单一热源吸收热量全部用来做功,而不引起其他变化的热机称为第二类永动机。这表明机械能和内能的转化过程具有方向性:机械能可以全部转化成内能,内能却不能全部转化成机械能,而不引起其他变化。即热机的效率不可能达到100%。
(3)热力学第二定律的表述:
①热量不能自发地从低温物体传到高温物体(按传热的方向性表述)。
②不可能从单一热源吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响(按机械能和内能转化的方向性表述)。
③第二类永动机是不可能制成的。热力学第二定律使人们认识到:自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。它揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性,使得它成为独立于热力学第一定律的一个重要的自然规律。
(4)能量耗散。自然界的能量是守恒的,但是有些能量便于利用,有些能量不便于利用。很多事例证明,我们无法把流散的内能重新收集起来加以利用,这种现象叫做能量耗散。它从能量转化的角度反映出自然界中的宏观现象具有方向性。


知识扩展:

热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式及热量与内能改变的定量关系。而热力学第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条件和过程进行的方向,指出了一切变化过程的自然发展是不可逆的,除非靠外界影响。所以二者相互联系,又相互补充。

能源:

1.分类:
从可否循环使用上,我们可以把能源分为可再生能源和不可再生能源,其中,风能、水能等属于可再生能源,而煤、石油、天然气等属于不可再生能源
从使用历史上,我们可以把能源分为常规能源和新能源,其中,煤、石油、天然气等属于常规能源,而太阳能、核能等属于新能源
2.能量耗散:
集中度较高且有序度较高的能量(如机械能、电能、化学能等),当它们变为环境的内能后,就成为更加分散且无序度更大的能量,我们无法把这些分散的内能重新收集起来加以利用,这样的转化过程叫做能量耗散。从能源可利用的价值来看,能量耗散过程就是能量品质降低的过程
3.能源与环境:
(1)常规能源对环境的影响
化石能源的资源有限,而且对环境有很大的破坏。如大气中二氧化碳的增加产生温室效应,排放二氧化硫等物质形成酸雨,燃烧时产生的浮尘污染空气。
(2)开发新能源
太阳能是最具发展前景的新能源,是一种清洁能源,不会导致环境污染。其他新能源如生物质能、风能、水能等都具有广阔的发展前景


气体温度的微观意义:

温度是分子平均动能的标志。
气体分子运动的特点:

1、气体分子间有很大的空隙。气体分子之间的距离大约是分子直径的10倍;
2、气体分子之间的作用力十分微弱。在处理某些问题时,可以把气体分子看作没有相互作用的质点;
3、气体分子除了相互碰撞或者碰撞器壁外,不受力的作用,可以再空间自由移动,因而气体可以充满它所能达到的空间。
4、气体分子运动的速率很大,常温下大多数气体分子的速率都达到数百米每秒。离这个数值越远,分子数越少,表现出“中间多,两头少”的统计分布规律。
5、对大量气体分子,由统计方法知,在任一时刻气体分子沿各个方向运动的数目是均等的。

核能的利用:

1、核电站
裂变反应速度可以比较容易地进行人工控制,因此现在国际上的核电站都是利用裂变放出能量。核电站具有污染小、可采储量大、比较经济的优点,但是一旦核泄漏会造成严重的核污染,核废料处理也很困难。
2、核武器
核能首先用于军事上,原子弹、氢弹等核武器就是将核反应瞬间释放的巨大能量作为武器的。原子弹是利用核裂变反应,瞬间释放巨大能量的核武器。利用氢的同位素氘、氚等轻原子核的聚变反应,瞬时释放出巨大能量的核武器成为氢弹。


核电站工作流程示意图(如图所示):

 
第一回路中的水被泵压入反应堆,通过堆芯时利用核反应放出的热来增加水的内能,水的温度升高。第一回路的水进入热交换器,把热量传给第二回路的水.然后又被泵压回到反应堆里。在热交换器内,第二回路中的水被加热生成高温高压蒸汽,驱动汽轮机运转。


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