對于固體和液體來說，其內(nèi)部分子可看作是一個挨一個緊密排列的球體．已知汞的摩爾質(zhì)量為200.5×kg/mol，密度為13.6×kg/，阿伏加德羅常量為6.0×，則汞原子的直徑與以下數(shù)值中最接近的是

[　　]

A．1×m

B．2×m

C．4×m

D．6×m

對于固體和液體來說，其內(nèi)部分子可看作是一個挨一個緊密排列的球體．已知汞的摩爾質(zhì)量為200.5×kg/mol，密度為13.6×，阿伏伽德羅常量為6.0×，則汞原子的直徑與以下數(shù)值中最接近的是

[　　]

A．1×

B．2×

C．4×

D．6×

第七部分 熱學(xué)

熱學(xué)知識在奧賽中的要求不以深度見長，但知識點卻非常地多（考綱中羅列的知識點幾乎和整個力學(xué)——前五部分——的知識點數(shù)目相等）。而且，由于高考要求對熱學(xué)的要求逐年降低（本屆尤其低得“離譜”，連理想氣體狀態(tài)方程都沒有了），這就客觀上給奧賽培訓(xùn)增加了負擔(dān)。因此，本部分只能采新授課的培訓(xùn)模式，將知識點和例題講解及時地結(jié)合，爭取讓學(xué)員學(xué)一點，就領(lǐng)會一點、鞏固一點，然后再層疊式地往前推進。

一、分子動理論

1、物質(zhì)是由大量分子組成的（注意分子體積和分子所占據(jù)空間的區(qū)別）

對于分子（單原子分子）間距的計算，氣體和液體可直接用，對固體，則與分子的空間排列（晶體的點陣）有關(guān)。

【例題1】如圖6-1所示，食鹽（N_aCl）的晶體是由鈉離子（圖中的白色圓點表示）和氯離子（圖中的黑色圓點表示）組成的，離子鍵兩兩垂直且鍵長相等。已知食鹽的摩爾質(zhì)量為58.5×10^－3kg/mol，密度為2.2×10³kg/m³，阿伏加德羅常數(shù)為6.0×10²³mol^－1，求食鹽晶體中兩個距離最近的鈉離子中心之間的距離。

【解說】題意所求即圖中任意一個小立方塊的變長（設(shè)為a）的倍，所以求a成為本題的焦點。

由于一摩爾的氯化鈉含有N_A個氯化鈉分子，事實上也含有2N_A個鈉離子（或氯離子），所以每個鈉離子占據(jù)空間為 v = 

而由圖不難看出，一個離子占據(jù)的空間就是小立方體的體積a³ ，

即 a³ =  = ，最后，鄰近鈉離子之間的距離l = a

【答案】3.97×10^－10m 。

〖思考〗本題還有沒有其它思路？

〖答案〗每個離子都被八個小立方體均分，故一個小立方體含有×8個離子 = 分子，所以…（此法普遍適用于空間點陣比較復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)。）

2、物質(zhì)內(nèi)的分子永不停息地作無規(guī)則運動

固體分子在平衡位置附近做微小振動（振幅數(shù)量級為0.1），少數(shù)可以脫離平衡位置運動。液體分子的運動則可以用“長時間的定居（振動）和短時間的遷移”來概括，這是由于液體分子間距較固體大的結(jié)果。氣體分子基本“居無定所”，不停地遷移（常溫下，速率數(shù)量級為10²m/s）。

無論是振動還是遷移，都具備兩個特點：a、偶然無序（雜亂無章）和統(tǒng)計有序（分子數(shù)比率和速率對應(yīng)一定的規(guī)律——如麥克斯韋速率分布函數(shù)，如圖6-2所示）；b、劇烈程度和溫度相關(guān)。

氣體分子的三種速率。最可幾速率v_P ：f(v) = （其中ΔN表示v到v +Δv內(nèi)分子數(shù)，N表示分子總數(shù)）極大時的速率，v_P == ；平均速率：所有分子速率的算術(shù)平均值， ==；方均根速率：與分子平均動能密切相關(guān)的一個速率，==〔其中R為普適氣體恒量，R = 8.31J/(mol.K)。k為玻耳茲曼常量，k =  = 1.38×10^－23J/K 〕

【例題2】證明理想氣體的壓強P = n，其中n為分子數(shù)密度，為氣體分子平均動能。

【證明】氣體的壓強即單位面積容器壁所承受的分子的撞擊力，這里可以設(shè)理想氣體被封閉在一個邊長為a的立方體容器中，如圖6-3所示。

考查yoz平面的一個容器壁，P =            ①

設(shè)想在Δt時間內(nèi)，有N_x個分子（設(shè)質(zhì)量為m）沿x方向以恒定的速率v_x碰撞該容器壁，且碰后原速率彈回，則根據(jù)動量定理，容器壁承受的壓力

 F ==                            ②

在氣體的實際狀況中，如何尋求N_x和v_x呢？

考查某一個分子的運動，設(shè)它的速度為v ，它沿x、y、z三個方向分解后，滿足

v² =  +  + 

分子運動雖然是雜亂無章的，但仍具有“偶然無序和統(tǒng)計有序”的規(guī)律，即

 =  +  +  = 3                    ③

這就解決了v_x的問題。另外，從速度的分解不難理解，每一個分子都有機會均等的碰撞3個容器壁的可能。設(shè)Δt = ，則

 N_x = ·3N_總 = na³                         ④

注意，這里的是指有6個容器壁需要碰撞，而它們被碰的幾率是均等的。

結(jié)合①②③④式不難證明題設(shè)結(jié)論。

〖思考〗此題有沒有更簡便的處理方法？

〖答案〗有�！懊�令”所有分子以相同的速率v沿+x、?x、+y、?y、+z、?z這6個方向運動（這樣造成的宏觀效果和“雜亂無章”地運動時是一樣的），則 N_x =N_總 = na³ ；而且v_x = v

所以，P =  = ==nm = n

3、分子間存在相互作用力（注意分子斥力和氣體分子碰撞作用力的區(qū)別），而且引力和斥力同時存在，宏觀上感受到的是其合效果。

分子力是保守力，分子間距改變時，分子力做的功可以用分子勢能的變化表示，分子勢能E_P隨分子間距的變化關(guān)系如圖6-4所示。

分子勢能和動能的總和稱為物體的內(nèi)能。

二、熱現(xiàn)象和基本熱力學(xué)定律

1、平衡態(tài)、狀態(tài)參量

a、凡是與溫度有關(guān)的現(xiàn)象均稱為熱現(xiàn)象，熱學(xué)是研究熱現(xiàn)象的科學(xué)。熱學(xué)研究的對象都是有大量分子組成的宏觀物體，通稱為熱力學(xué)系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)）。當(dāng)系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不再隨時間變化時，這樣的狀態(tài)稱為平衡態(tài)。

b、系統(tǒng)處于平衡態(tài)時，所有宏觀量都具有確定的值，這些確定的值稱為狀態(tài)參量（描述氣體的狀態(tài)參量就是P、V和T）。

c、熱力學(xué)第零定律（溫度存在定律）：若兩個熱力學(xué)系統(tǒng)中的任何一個系統(tǒng)都和第三個熱力學(xué)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)，那么，這兩個熱力學(xué)系統(tǒng)也必定處于熱平衡。這個定律反映出：處在同一熱平衡狀態(tài)的所有的熱力學(xué)系統(tǒng)都具有一個共同的宏觀特征，這一特征是由這些互為熱平衡系統(tǒng)的狀態(tài)所決定的一個數(shù)值相等的狀態(tài)函數(shù)，這個狀態(tài)函數(shù)被定義為溫度。

2、溫度

a、溫度即物體的冷熱程度，溫度的數(shù)值表示法稱為溫標(biāo)。典型的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)t、華氏溫標(biāo)F（F = t + 32）和熱力學(xué)溫標(biāo)T（T = t + 273.15）。

b、（理想）氣體溫度的微觀解釋： = kT （i為分子的自由度 = 平動自由度t + 轉(zhuǎn)動自由度r + 振動自由度s 。對單原子分子i = 3 ，“剛性”〈忽略振動，s = 0，但r = 2〉雙原子分子i = 5 。對于三個或三個以上的多原子分子，i = 6 。能量按自由度是均分的），所以說溫度是物質(zhì)分子平均動能的標(biāo)志。

c、熱力學(xué)第三定律：熱力學(xué)零度不可能達到。（結(jié)合分子動理論的觀點2和溫度的微觀解釋很好理解。）

3、熱力學(xué)過程

a、熱傳遞。熱傳遞有三種方式：傳導(dǎo)（對長L、橫截面積S的柱體，Q = KSΔ

A. (1) 下列說法正確的是________．

A. 當(dāng)兩個分子間的分子勢能增大時，分子間作用力一定減小

B. 大量分子的集體行為是不規(guī)則的，帶有偶然性

C. 晶體和非晶體在一定的條件下可以轉(zhuǎn)化

D. 人類利用能源時，是將高品質(zhì)的能量釋放出來并最終轉(zhuǎn)化為低品質(zhì)的內(nèi)能

(2) 一定質(zhì)量的理想氣體，體積由V₁壓縮至V₂，第一次是經(jīng)過一個等溫過程，最終氣體壓強是p₁、氣體內(nèi)能是E₁；第二次是經(jīng)過一個等壓過程，最終氣體壓強是p₂、氣體內(nèi)能是E₂；則p₁________p₂，E₁________E₂.(填“＞” “＝”或“＜”)　

(3) 當(dāng)把一滴用酒精稀釋過的油酸滴在水面上時，油酸就在水面上散開，油酸分子就立在水面上，形成單分子層油膜，現(xiàn)有按酒精與油酸的體積比為m∶n 配制好的油酸酒精溶液置于容器中，還有一個裝有約2cm深水的淺盤，一支滴管，一個量筒．現(xiàn)用滴管從量筒中取V體積的溶液，讓其自由滴出，全部滴完共為N滴．

① 用滴管將一滴油酸酒精溶液滴入淺盤，待油酸薄膜穩(wěn)定后，將薄膜輪廓描繪在坐標(biāo)紙上，如圖所示．(已知坐標(biāo)紙上每個小方格面積為S，求油膜面積時，半個以上方格面積記為S，不足半個舍去)則油膜面積為________．

② 求出估算油酸分子直徑的表達式．

B. (1) 下列說法正確的是________．

A. 測定某恒星特定元素發(fā)出光的頻率，對比地球上該元素的發(fā)光頻率，可以推算該恒星遠離地球的速度

B. 無線電波沒有偏振現(xiàn)象

C. 紅外線比無線電波更容易發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象

D. 在一個確定的參考系中觀測，運動物體上物理過程的時間進程跟物體運動速度有關(guān)

(2) 在“研究單擺周期與擺長的關(guān)系”實驗中，擺的振幅不要太大，擺線要細些、伸縮性要小，線的長度要盡量________(填“長些”或“短些”)．懸點要固定，擺長是懸點到________的距離．

(3) 如圖，為一圓柱中空玻璃管，管內(nèi)徑為R₁，外徑為R₂，R₂＝2R₁.一束光線在圓柱橫截面內(nèi)射向玻璃管，為保證在內(nèi)壁處光不會進入中空部分，問入射角i應(yīng)滿足什么條件？

C.(1) 存在下列事實：① 一對高能的γ光子相遇時可能產(chǎn)生一對正負電子；② 一個孤立的γ光子不論其頻率多高都不可能產(chǎn)生一對正負電子；③一個高能的γ光子經(jīng)過重核附近時可能產(chǎn)生一對正負電子；④ 原子核發(fā)生變化時，只發(fā)射一些特定頻率的γ光子．關(guān)于上述事實下列說法正確的是(電子質(zhì)量m_e，光在真空中速度為c，普朗克常量為h)________．

A. 事實①表明，微觀世界中的相互作用，只要符合能量守恒的事件就一定能發(fā)生

B. 事實②說明，動量守恒定律和能量守恒定律是自然界的普遍規(guī)律

C. 事實③中，由于外界重核的參與，系統(tǒng)動量不守恒，而γ光子的頻率需滿足ν ≥

D. 事實④中表明，原子核的能級也是不連續(xù)的

(2) 本身不是易裂變材料，但是一種增殖材料，它能夠吸收慢中子變成，然后經(jīng)過________次________衰變轉(zhuǎn)變?yōu)橐琢炎儾牧镶櫟耐�位�?img width=33height=23 >.

(3) 如圖為通過某光電管的光電流與兩極間電壓的關(guān)系，當(dāng)用光子能量為4.5eV的藍光照射光電管的陰極K時，對應(yīng)圖線與橫軸的交點U₁＝－2.37V.(普朗克常量h＝6.63×10^－34 J·s，電子電量e＝1.6×10^{－19 C)(}以下計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

① 求陰極K發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率．

② 當(dāng)用光子能量為7.0eV的紫外線持續(xù)照射光電管的陰極K時，測得飽和電流為0.32μA，求陰極K單位時間發(fā)射的光電子數(shù)．