高考物理总复习课件人教版高中物理选修三《热学分子动理论与统计观点》专题讲解ppt课件

第五模块 选修33,1本专题的概念繁多、规律繁多，要求学生能够正确理解，培养学生的理解能力、分析综合能力 2通过对热力学第一定律、能量守恒定律、热力学第二定律、热力学第三定律、环境保护、能量耗散等在生活中的应用的学习，培养学生应用物理知识解决实际问题的能力,3利用阿伏加德罗常数对分子的质量和大小进行计算，培养学生运用数学知识处理物理问题的能力和良好的计算能力 4通过对分子热运动的学习，尤其是对布朗运动、扩散现象的学习，培养学生良好的思维能力和空间想象能力 5通过对分子力和分子间距离的关系图的分析，培养学生识图和利用图象分析问题的能力,本专题概念、规律繁多，但要求较低考纲对给定的知识点全部是级要求因此，在复习时应注意以下几个方面：(1)加强对基本概念和基本规律的理解强化概念和规律的记忆，明确以分子动理论、热力学定律和能量守恒定律为核心的热学规律；(2)理解以温度、内能和压强为主体的热学概念要能从微观角度，从分子动理论的观点来认识热现象和气体压强的产生；能利用阿伏加德罗常数来联系宏观和微观在数量上的关系；(3)能熟练运用热力学第一、第二定律和能量转化与守恒定律分析及讨论物体内能的变化,第一单元 分子动理论与统计观点,1分子是具有各种物质的 性质的最小粒子，或是 (如金属)、或是 (如盐类)、或是 (如有机物) 2用油膜法测得分子直径(有机物质的大分子除外)的数量级为 m，说明分子的体积极其微小 3一般分子质量的数量级为 kg.,化学,原子,离子,分子,1010,10271026,4分子间有间隙 5阿伏加德罗常数：1 mol的任何物质都含有相同的粒子数，这个数的测量值NA mol1.1.,6.021023,扩散现象和布朗运动都说明分子做无规则运动 1扩散现象：相互接触的物体彼此进入对方的现象温度越高，扩散越快 2布朗运动 (1)产生的原因：是各个方向的液体分子对微粒碰撞的 引起的,不平衡性,(2)特点： 永不停息、无规则运动 颗粒越小，运动越 温度越高，运动越 运动轨迹不确定,剧烈,剧烈,(3)布郎颗粒：布朗颗粒用肉眼直接看不到，但在显微镜下能看到，因此用肉眼看到的颗粒所做的运动，不能叫做布朗运动布朗颗粒大小约为106 m(包含约1021个分子)，而分子直径约为1010 m布朗颗粒的运动是分子热运动的,宏观表现,1分子间同时存在着相互作用的 ，分子力为它们的 2分子力的特点： (1)分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而 ，随分子间距离的减小而增大，但斥力比引力变化快,引力和斥力,合力,减小,rr0时(r0的数量级为1010 m)，F引F斥，分子力F0； rr0时，F引F斥，分子力F表现为 ； r10r0时，F引、F斥迅速减为零，分子力F0.,斥力,引力,(2)分子力随分子间距离的变化图线如图1所示 (3)分子力的作用使分子聚集在一起，而分子的无规则运动使它们趋于分散，正是这两个因素决定了物体的气、液、固三种不同的状态,1分子的平均动能 (1)定义：物体内所有分子动能的 (2)决定因素：仅与物体的 有关，而与其他任何量无关系,平均值,温度,2分子势能 (1)概念：由分子间的相互作用和 决定的能量 (2)分子势能大小的相关因素 微观上：分子势能的大小与 有关 当分子间距离改变时，分子力做功，分子势能也相应变化 宏观上：与物体的 有关大多数物体是 越大，分子势能越大，也有少数物体(如冰、铸铁等)，体积变大，分子势能反而变小,相对位置,分子间距,体积,体积,3物体的内能 (1)定义：物体内所有分子的 和 的总和 (2)决定因素 微观上：分子动能、分子势能、 宏观上： 物质的量(摩尔数),分子数,温度、体积、,动能,势能,4物体内能的变化 (1)改变内能的两种方式 做功：当做功使物体的内能发生改变的时候，外界对物体做了多少功，物体内能就 多少；物体对外界做了多少功，物体内能就 多少,增加,减少,热传递：当热传递使物体的内能发生改变的时候，物体吸收了多少热量，物体内能就 多少；物体放出了多少热量，物体内能就 多少 (2)两种改变方式间的关系 两者在 上是等效的 两者的本质区别：做功是其他形式的能和内能的相互 ，热传递是内能的,增加,减少,内能改变,转化,转移,1温度 温度在宏观上表示物体的 程度；在微观上反应分子的 的大小 2两种温标 (1)比较：摄氏温标和热力学温标两种温标温度的零点不同，同一温度两种温标的数值不同，但它们表示的温度间隔是相同的，即每一度的大小相同，即tT. (2)关系：Tt273.15 K.,冷热,平均动能,特别提醒：(1)热力学温度的零值是低温极限，永远达不到，即热力学温度无负值 (2)温度是大量分子热运动的集体行为，对个别分子来说温度没有意义,1布朗运动与扩散现象的关系 (1)布朗运动与扩散现象是不同的两个现象，但也有相同之处首先，它们都反映了分子永不停息地做无规则运动；其次，它们都随着温度的升高而表现得愈加明显；,(2)扩散是两种不同物质接触时，没有受到外界的影响而彼此能够进入对方的现象，气体、液体、固体都有扩散现象，扩散的快慢除了和温度有关外，还和物体的密度差、溶液的浓度有关，密度差(浓度差)越大，扩散进行得越快；布朗运动是悬浮在液体中的微粒所做的无规则运动，其运动的激烈程度与微粒的大小和液体的温度有关，这是两者的不同之处,2布朗运动与分子运动的关系 (1)布朗运动的研究对象是固体小颗粒；分子运动的研究对象是分子布朗微粒中也含有大量的分子，这些分子也在做永不停息的无规则运动； (2)布朗运动的产生原因是由于液体分子无规则运动的撞击，布朗运动的无规则性反映了液体分子运动的无规则性；布朗运动与温度有关，表明液体分子的运动与温度有关，温度越高运动越激烈；,(3)布朗运动的特点是永不停息、无规则，颗粒越小现象越明显，温度越高运动越激烈；在任何温度下都可以产生布朗运动，但温度越高布朗运动越明显； (4)布朗运动不仅能在液体中发生，也能够在气体中发生,1分子平均动能的理解 (1)单个分子的动能是没有意义的，有意义的是物体内所有分子动能的平均值，即分子的平均动能：,(2)温度是物体分子平均动能大小的标志如有甲乙两个物体，若甲的温度高于乙的温度，则甲物体分子的平均动能大于乙物体分子的平均动能，若温度相等则它们分子的平均动能是相等的，至于速率的大小，还要看它们分子质量的大小才能比较 (3)温度是一个“统计”概念，它的对象是组成物体的分子整体，对单个分子说温度高低是没有意义的故说此分子的温度升高是不科学的 (4)分子平均动能与物体的机械运动状态无关，物体速度大，分子平均动能不一定大,2分子势能的理解 分子势能与分子间的距离(宏观表现为物体的体积)有关分子势能的大小随距离的变化如图2所示由图可知： (1)当分子力为零时，即rr0时，分子势能不是为零，而是最小,(2)当rr0，分子力表现为引力时，随着分子间的距离增大，分子需要不断克服分子力做功，分子势能增大 (3)rr0，分子力表现为斥力，随着分子间距离减小，分子需要不断克服分子力做功，分子势能增大 (4)分子势能的数值和其他势能一样，也具有相对意义由图可知，选无穷远处为零分子势能时，分子势能可以大于零，可以小于零，也可以等于零,如果选rr0处为零势能点，则分子势能只能大于等于零但是无论选哪个位置为零分子势能点，rr0处分子势能都最小 物体体积改变，物体的分子势能必定发生改变大多数物质是体积越大，分子势能越大；也有少数反常物质(如冰、铸铁等)，体积大，分子势能反而小,3内能的决定因素 物体的内能与物体的温度、体积、物态和分子数有关 一般说来物体的内能决定因素可从两个方面判定：微观决定因素；宏观决定因素 (1)微观决定因素：分子的势能、分子的平均动能、分子的个数 (2)宏观决定因素：物体的体积、物体的温度、物体所含物质的多少，即物质的量,(1)物体的体积越大，分子势能不一定就越大，如0的水结成0的冰后体积变大，但分子势能却减小了 (2)理想气体分子间相互作用力为零，故分子势能忽略不计，一定质量的理想气体的内能只与温度有关 (3)内能是对物体的大量分子而言的，不存在某个分子的内能的说法,【例1】 用放大600倍的显微镜观察布朗运动，估计放大后的小颗粒(碳)体积为0.1109 m3，碳的密度为2.25103 kg/m3，摩尔质量是1.2102 kg/mol，阿伏加德罗常数为,6021023 mol1，则 (1)该小碳粒含分子数约为多少个？(取一位有效数字) (2)假设小碳粒中的分子是紧挨在一起的，试估算碳分子的直径(保留两位有效数字),答案：(1)51010个 (2)2.61010 m,变式1：已知汞的摩尔质量为M200.5103 kg/mol，密度为13.6103 kg/m3，阿伏加德罗常数NA6.01023 mol1，求： (1)一个汞原子的质量(用相应的字母表示即可)； (2)一个汞原子的体积(结果保留一位有效数字)； (3)体积为1 cm3的汞中汞原子的个数(结果保留一位有效数字),【例2】 一颗炮弹在空中以某一速度v飞行，有人说：由于炮弹中所有分子都具有这一速度，所以分子具有动能；又由于分子都处于高处，所以分子又具有势能，因此分子的上述动能和势能的总和就是炮弹的内能，试分析这种说法是否正确 分析：物体的内能和机械能是两个不同的概念，物体的内能是指物体内所有分子无规则热运动的动能和分子势能的总和，而机械能是指物体运动的动能和势能的总和,答案：不正确 高分通道 解有关“内能”的题目，应把握以下几点： (1)温度是分子平均动能的标志，而不是分子平均速率的标志，它与单个分子的动能及物体的动能无任何关系； (2)内能是一种与分子热运动及分子间相互作用相关的能量形式，与物体宏观有序的运动状态无关，它取决于物质的量、温度、体积及物态,变式2：1 g 100的水和1 g 100的水蒸气相比较，下列说法是否正确？ (1)分子的平均动能和分子的总动能都相同； (2)它们的内能相同 解析：温度相同则说明它们的分子平均动能相同；又因为1 g水和1 g水蒸气的分子数相同，因而它们的分子总动能相同，所以(1)说法正确；当100的水变成100的水蒸气时，该过程吸收热量，内能增加，所以1 g 100的水的内能小于1 g 100的水蒸气的内能，故(2)说法错误 答案：见解析,【例3】 如图3所示，纵坐标表示两个分子间引力、斥力的大小，横坐标表示两个分子间的距离，图中两条曲线分别表示两分子间引力、斥力的大小随分子间距离的变化关系，e为两曲线的交点，则下列说法正确的是( ),Aab为斥力曲线，cd为引力曲线，e点横坐标的数量级为1010 m Bab为引力曲线，cd为斥力曲线，e点横坐标的数量级为1010 m C若两个分子间距离大于e点的横坐标，则分子间作用力的合力表现为斥力 D若两个分子间距离越来越大，则分子势能亦越来越大,分析：明确分子力概念及分子力(引力和斥力)随分子间距离变化而变化的规律是解题的关键 解析：e点横坐标等于分子平衡距离r0，其数量级应为1010 m，因平衡距离之内，分子斥力大于分子引力，分子力表现为斥力则ab为引力曲线，cd为斥力曲线，B对两分子间距离大于e点的横坐标，即rr0时，作用力的合力表现为引力，C错若rr0时，当两分子间距离增大时，合力做正功，分子势能减小，D错答案为B. 答案：B,高分通道 引力和斥力都随分子间距离变化而变化，但总是斥力变化得快，当r1010 m时引力和斥力相等这是分子力变化的转折点,变式3：下列说法哪些是正确的 ( ) A水的体积很难被压缩，这是分子间存在斥力的宏观表现 B气体总是很容易充满容器，这是分子间存在斥力的宏观表现 C两个相同的半球壳吻合接触，中间抽成真空(马德堡半球)，用力很难拉开，这是分子间存在吸引力的宏观表现 D用力拉铁棒的两端，铁棒没有断，这是分子间存在吸引力的宏观表现,解析：液体和固体分子间距为r0(1010 m)，水分子间有间隙而很难被压缩，说明分子间存在斥力而铁分子间有间隙而很难被拉断，说明分子间有引力，而气体分子间距较大(10r0)，分子力几乎减小为零，气体能充满容器是分子热运动的结果而与分子力无关马德堡半球很难被拉开是大气压强的作用效果，亦与分子力无关综上分析，可知选项A、D正确 答案：AD,1下列关于布朗运动的说法中正确的是( ) A布朗运动就是分子的无规则运动 B布朗运动是液体分子无规则运动的反映 C悬浮颗粒越小，布朗运动就越明显 D温度越高，布朗运动就越明显,解析：理解布朗运动包括：用光学显微镜看不见水分子，而悬浮颗粒是由大量分子组成的在光学显微镜下能观察到的布朗运动，是悬浮颗粒的无规则运动水分子的无规则运动，从各个方向对颗粒的不均等撞击，使悬浮颗粒做无规则运动，所以，悬浮颗粒永不停息的无规则运动反映了水分子永不停息的无规则运动温度越高、悬浮颗粒越小，布朗运动就越明显，所以分子的无规则运动又称热运动 答案：BCD,2下列关于热力学温标的说法不正确的是( ) A热力学温度的零度是273.15，叫绝对零度 B热力学温度的每一度的大小和摄氏温度是相同的 C绝对零度是低温的极限，永远达不到 D1就是1 K 解析：热力学温度和摄氏温度的每一度大小是相同的，两种温度的区别在于它们的零值规定不同，所以A、B、C正确；据T(273.15t) K知1为274.15 K，所以D不正确 答案：D,3有甲、乙两种气体，如果甲气体内分子平均速率比乙气体内平均速率大，则 ( ) A甲气体温度，一定高于乙气体的温度 B甲气体温度，一定低于乙气体的温度 C甲气体的温度可能高于也可能低于乙气体的温度 D甲气体的每个分子运动都比乙气体每个分子运动的快,解析：A项认为气体分子平均速率大，温度就高，这是对气体温度的微观本质的错误认识，气体温度是气体分子平均动能的标志，而分子的平均动能不仅与分子的平均速率有关，还与分子的质量有关本题涉及两种不同气体(即分子质量不同)，它们的分子质量无法比较因而无法比较两种气体的温度的高低故A、B错，C正确速率的平均值大，并不一定每个分子速率都大，故D错 答案：C,4摄氏温标：在1954年以前，标准温度的间隔是用两个定点确定的它们是水在标准大气压下的沸点(汽化点)和冰在标准大气压下与空气饱和的水相平衡时的熔点(冰点)摄氏温标(以前称为百分温标)是由瑞典天文学家A摄尔修斯设计的如图4所示，以冰点定作0，汽化点定作100，因此在这两个固定点之间共为100，即一百等份，每等份代表1度，用1表示，用摄氏温标表示的温度叫做摄氏温度摄氏温标用度作单位，常用t表示热力学温标由英国科学家威廉汤姆逊(开尔文)创立，把273.15作为零度的温标，叫做热力学温标(或绝对温标)热力学温标用T表示，单位用K表示,试回答： (1)热力学温标与摄氏温标之间的关系为_ (2)如果可以粗略地取273为绝对零度在一标准大气压下，冰的熔点为_，即为_ K，水的沸点是_，即_ K. (3)如果物体的温度升高1，那么，物体的温度将升高_ K.,图四,解析：(1)摄氏温标冰点温度为