【選做題】請從A、B和C三小題中選定兩小題作答，并在答題卡上把所選題目對應字母后的方框涂滿涂黑．如都作答，則按A、B兩小題評分．

A.（選修模塊3-3）（12分）

⑴下列說法正確的是(        )

A.在一定條件下，物體的溫度可以降到0K；

B.物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功；

C.任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減��；

D.系統(tǒng)對外做功16J，向外放熱12J，則系統(tǒng)內(nèi)能減少4J。

⑵ 對于一定質(zhì)量的理想氣體，下列說法中正確的是(         )

A、保持壓強不變，同時升高溫度并減小體積；

B、保持溫度不變，同時增加體積并減小壓強；

C、保持體積不變，同時增加壓強并降低溫度；

D、保持體積和壓強不變，降低溫度；

⑶某地區(qū)強風速為14m/s，空氣的密度為1.3kg/m³，若通過截面積為400m²的風能全部用于使風力發(fā)電機轉(zhuǎn)動，且風能的20%轉(zhuǎn)化為電能，求該風力發(fā)電機的電功率（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。

B.（選修模塊3-4）（12分）

（1）下列說法中正確的是(        )

A.兩列機械波發(fā)生干涉現(xiàn)象，振動加強的點位移總是最大；

B.產(chǎn)生多普勒效應的原因是觀察者和波源之間發(fā)生了相對運動；

C．如圖為一列沿x軸正方向傳播的簡諧波在t=0時刻的波形圖，已知波速為10m/s，則圖中x=4m處的P質(zhì)點振動方程為；

D．狹義相對論認為真空中的光速在不同的慣性參考系中總是相同的。

(2)已知某玻璃對藍光的折射率比對紅光的折射率大，則兩種光(        )

 A.在該玻璃中傳播時，藍光的速度較大；

 B.以相同的入射角從空氣斜射入該玻璃中，藍光折射角較��；

 C.從該玻璃射向空氣發(fā)生全反射時，紅光臨界角較大；

 D.用同一裝置進行雙縫干涉實驗，藍光的相鄰條紋間距較大。

⑶一棱鏡的截面為直角三角形ABC，∠A=30^o，斜邊AB＝a。棱鏡材料的折射率為n=。在此截面所在的平面內(nèi)，一條光線以45^o的入射角從AC邊的中點M射入棱鏡，求射出點的位置（不考慮光線沿原來路返回的情況）。

C．（選修模塊3-5）（12分）

⑴下列物理實驗中，能說明粒子具有波動性的是            

A．通過研究金屬的遏止電壓與入射光頻率的關系，證明了愛因斯坦方程的正確性

B．通過測試多種物質(zhì)對X射線的散射，發(fā)現(xiàn)散射射線中有波長變大的成分

C．通過電子雙縫實驗，發(fā)現(xiàn)電子的干涉現(xiàn)象

D．利用晶體做電子束衍射實驗，證實了電子的波動性

⑵氫原子的能級如圖所示．有一群處于n=4能級的氫原子，

這群氫原子能發(fā)出       種譜線，發(fā)出的光子照射某金

屬能產(chǎn)生光電效應現(xiàn)象，則該金屬的逸出功應小于

     eV．

⑶近年來，國際熱核聚變實驗堆計劃取得了重大進展，它

利用的核反應方程是→．若和

迎面碰撞，初速度大小分別為v₁、v₂，、、He、的質(zhì)量分別為m₁、m₂、m₃、m₄，反應后He的速度大小為v₃，方向與的運動方向相同，求中子的速度

(選取m的運動方向為正方向，不計釋放的光子的動量，不考慮相對論效應)．

 【選做題】請從A、B和C三小題中選定兩小題作答，并在答題卡上把所選題目對應字母后的方框涂滿涂黑．如都作答，則按A、B兩小題評分．

A.（選修模塊3-3）（12分）

⑴下列說法正確的是(       )

A.在一定條件下，物體的溫度可以降到0K；

B.物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功；

C.任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減�。�

D.系統(tǒng)對外做功16J，向外放熱12J，則系統(tǒng)內(nèi)能減少4J。

⑵ 對于一定質(zhì)量的理想氣體，下列說法中正確的是(        )

A、保持壓強不變，同時升高溫度并減小體積；

B、保持溫度不變，同時增加體積并減小壓強；

C、保持體積不變，同時增加壓強并降低溫度；

D、保持體積和壓強不變，降低溫度；

⑶某地區(qū)強風速為14m/s，空氣的密度為1.3kg/m³，若通過截面積為400m²的風能全部用于使風力發(fā)電機轉(zhuǎn)動，且風能的20%轉(zhuǎn)化為電能，求該風力發(fā)電機的電功率（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。

B.（選修模塊3-4）（12分）

（1）下列說法中正確的是(        )

A.兩列機械波發(fā)生干涉現(xiàn)象，振動加強的點位移總是最大；

B.產(chǎn)生多普勒效應的原因是觀察者和波源之間發(fā)生了相對運動；

C．如圖為一列沿x軸正方向傳播的簡諧波在t=0時刻的波形圖，已知波速為10m/s，則圖中x=4m處的P質(zhì)點振動方程為；

D．狹義相對論認為真空中的光速在不同的慣性參考系中總是相同的。

(2)已知某玻璃對藍光的折射率比對紅光的折射率大，則兩種光(       )

 A.在該玻璃中傳播時，藍光的速度較大；

 B.以相同的入射角從空氣斜射入該玻璃中，藍光折射角較��；

 C.從該玻璃射向空氣發(fā)生全反射時，紅光臨界角較大；

 D.用同一裝置進行雙縫干涉實驗，藍光的相鄰條紋間距較大。

⑶一棱鏡的截面為直角三角形ABC，∠A=30^o，斜邊AB＝a。棱鏡材料的折射率為n=。在此截面所在的平面內(nèi)，一條光線以45^o的入射角從AC邊的中點M射入棱鏡，求射出點的位置（不考慮光線沿原來路返回的情況）。

C．（選修模塊3-5）（12分）

⑴下列物理實驗中，能說明粒子具有波動性的是            

A．通過研究金屬的遏止電壓與入射光頻率的關系，證明了愛因斯坦方程的正確性

B．通過測試多種物質(zhì)對X射線的散射，發(fā)現(xiàn)散射射線中有波長變大的成分

C．通過電子雙縫實驗，發(fā)現(xiàn)電子的干涉現(xiàn)象

D．利用晶體做電子束衍射實驗，證實了電子的波動性

⑵氫原子的能級如圖所示．有一群處于n=4能級的氫原子，

這群氫原子能發(fā)出       種譜線，發(fā)出的光子照射某金

屬能產(chǎn)生光電效應現(xiàn)象，則該金屬的逸出功應小于

     eV．

⑶近年來，國際熱核聚變實驗堆計劃取得了重大進展，它

利用的核反應方程是→．若和

迎面碰撞，初速度大小分別為v₁、v₂，、、He、的質(zhì)量分別為m₁、m₂、m₃、m₄，反應后He的速度大小為v₃，方向與的運動方向相同，求中子的速度

(選取m的運動方向為正方向，不計釋放的光子的動量，不考慮相對論效應)．

第七部分 熱學

熱學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——前五部分——的知識點數(shù)目相等）。而且，由于高考要求對熱學的要求逐年降低（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增加了負擔。因此，本部分只能采新授課的培訓模式，將知識點和例題講解及時地結(jié)合，爭取讓學員學一點，就領會一點、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。

【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。

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平均值， ==；方均根速率：與分子平均動能密切相關的一個速率，==〔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

設想在Δt時間內(nèi)，有N_x個分子（設質(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)象和基本熱力學定律

1、平衡態(tài)、狀態(tài)參量

a、凡是與溫度有關的現(xiàn)象均稱為熱現(xiàn)象，熱學是研究熱現(xiàn)象的科學。熱學研究的對象都是有大量分子組成的宏觀物體，通稱為熱力學系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)）。當系統(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、熱力學第零定律（溫度存在定律）：若兩個熱力學系統(tǒng)中的任何一個系統(tǒng)都和第三個熱力學系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)，那么，這兩個熱力學系統(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。典型的溫標有攝氏溫標t、華氏溫標F（F = t + 32）和熱力學溫標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)分子平均動能的標志。

c、熱力學第三定律：熱力學零度不可能達到。（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、熱力學過程

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