高考核动力高考物理一轮复习 11.1分子动理论 热力学定律与能量守恒课件.pptVIP

第1单元分子动理论热力学定律与能量守恒 填一填 1 物质是由大量分子组成的 1 分子的大小a 直径数量级 m 2 分子的质量 数量级为10 26kg 3 阿伏加德罗常数 1mol的任何物质所含的粒子数 用符号na表示 na mol 1 2 分子永不停息地做无规则运动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 相互接触的物体互相进入对方的现象 温度 扩散越快 2 布朗运动a 产生的原因 是各个方向的液体分子对微粒碰撞的引起的 c 布朗颗粒 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10 6m 包含约1021个分子 而分子直径约为10 10m 布朗颗粒的运动是分子热运动的 3 分子间存在着相互作用力 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a 分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小 随分子间距离的减小而增大 但斥力比引力变化快 b 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 分子平均动能物体内所有分子动能的叫做分子的平均动能 是分子平均动能大小的标志 越高 分子平均动能越大 2 分子势能 1 概念 由分子间的和决定的能量 2 分子势能大小的相关因素a 微观上 分子势能的大小与有关 当分子间距离r r0时 分子势能随分子间距离的而增大 当r r0时 分子势能随分子间距离的而增大 当r r0时 分子势能 b 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 变大 分子势能反而变小 3 物体的内能 1 定义 物体内所有和的总和 2 决定内能的因素a 微观上 分子动能 分子势能 b 宏观上 物质的量 摩尔数 3 改变物体的内能有两种方式a 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 b 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 温馨提示 内能和机械能是两种不同形式的能量 内能取决于分子热运动的情况 机械能取决于物体机械运动的情况 故物体机械能的大小不能决定内能的大小 1 温度 1 温度在宏观上表示物体的冷热程度 在微观上表示分子的平均动能 2 温度是决定一个系统与另一个系统是否达到热平衡状态的物理量 一切达到热平衡的系统都具有相同的温度 2 两种温标 1 摄氏温标和热力学温标的比较 两种温标温度的零点不同 同一温度两种温标表示的数值不同 但它们表示的温度间隔是相同的 即每一度的大小相同 t t 2 关系 t 注意 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 热力学第一定律 1 内容 一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和 2 表达式 2 热力学第二定律 1 热量不能自发地从物体传到物体 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 温馨提示 热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 但在有外界影响的条件下 热量可以从低温物体传到高温物体 如电冰箱 在引起其他变化的条件下内能可以全部转化为机械能 如气体的等温膨胀过程 练一练 1 关于布朗运动 以下说法正确的是 a 布朗运动就是液体分子的扩散现象b 布朗运动就是固体小颗粒中分子的无规则运动 它说明分子永不停息地做无规则运动c 布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动 它是液体分子无规则运动的反映d 扫地时 在阳光照射下 看到尘埃飞舞 这是尘埃在做布朗运动 解析 布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的运动 而不是固体分子的运动 但它是液体分子无规则热运动的反映 b项错误 c项正确 扩散现象是一种物质的分子进入另一种物质的过程 不是布朗运动 a项错误 能做布朗运动的颗粒非常小 用肉眼看不到 空中飞舞的尘埃颗粒要大得多 所以不是布朗运动 d项错误 答案 c 2 清晨 草叶上的露珠是由空气中的水汽凝结成的水珠 这一物理过程中 水分子间的 a 引力消失 斥力增大b 斥力消失 引力增大c 引力 斥力都减小d 引力 斥力都增大 解析 因为空气中水汽凝结成水珠时水分子间距离减小 再根据分子力与分子间距离的关系可知 当分子间距离减小时斥力 引力同时增大 所以只有d项正确 答案 d 3 下列说法正确的是 a 布朗运动证明 组成固体小颗粒的分子在做无规则运动b 热量可以从低温物体传递到高温物体c 一定质量的理想气体 体积减小温度不变时 气体内能一定增大d 摄氏温度变化1 热力学温度变化1k 解析 布朗运动证明 液体的分子在做无规则运动 选项a错误 热量可以从低温物体传递到高温物体 选项b正确 一定质量的理想气体 体积减小温度不变时 气体内能不变 选项c错误 摄氏温度变化1 热力学温度变化1k 选项d正确 答案 bd 4 一定质量的理想气体在某一过程中 外界对气体做功7 0 104j 气体内能减少1 3 105j 则此过程 a 气体从外界吸收热量2 0 105jb 气体向外界放出热量2 0 105jc 气体从外界吸收热量6 0 104jd 气体向外界放出热量6 0 104j 解析 根据热力学第一定律 w q u 所以q u w 1 3 105j 7 0 104j 2 0 105j 即气体向外界放出热量2 0 105j 答案 b 考点一分子模型的建立和微观量的估算 考点梳理 1 分子模型物质有固态 液态和气态三种情况 不同物态下应将分子看成不同的模型 2 微观量分子体积v0 分子直径d 分子质量m 3 宏观量物体体积v 摩尔体积vmol 物体的质量m 摩尔质量mmol 物体的密度 4 关系 典例应用 空调在制冷过程中 室内空气中的水蒸气接触蒸发器 铜管 液化成水 经排水管排走 空气中水分越来越少 人会感觉干燥 某空调工作一段时间后 排出液化水的体积v 1 0 103cm3 已知水的密度 1 0 103kg m3 摩尔质量mmol 1 8 10 2kg mol 阿伏加德罗常数na 6 0 1023mol 1 试求 结果均保留一位有效数字 1 该液化水中含有水分子的总数n 2 一个水分子的直径d 答案 1 3 1025个 2 4 10 10m 总结提升 阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁 2015 青岛模拟 已知汞的摩尔质量为m 200 5 10 3kg mol 密度为 13 6 103kg m3 阿伏加德罗常数na 6 0 1023 mol 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1cm3的汞中含汞原子的个数 结果保留一位有效数字 考点二用油膜法估测分子的大小 考点梳理 1 实验目的 1 知道油酸分子模型及大小计算方法 2 掌握用油膜法估测分子大小的方法及实验操作并会进行误差分析 2 实验原理 3 实验器材注射器 或胶头滴管 量筒 痱子粉 或细石膏粉 盛水浅盘 试剂瓶 水 油酸酒精溶液 坐标纸 玻璃板 彩笔 4 实验步骤 1 用注射器 或胶头滴管 将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中 记下量筒内增加1ml时的滴数 2 往边长30 40cm的浅盘里倒入约2cm深的水 然后将痱子粉或细石膏粉均匀地撒在水面上 3 用注射器 或胶头滴管 将事先配制好的油酸酒精溶液在水面上滴一滴 油酸就在水面上散开 形成一层薄膜 4 待油酸薄膜的形状稳定后 将玻璃板放在浅盘上 然后在玻璃板上用彩笔画下油酸薄膜的形状 5 将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上 数出轮廓所围正方形的个数 不足半个的舍去 多于半个的算一个 算出油膜的面积 5 注意事项 1 实验前 必须将所有的实验用具擦洗干净 实验时 吸取油酸 酒精和溶液的移液管要分别专用 不能混用 否则会增大实验误差 2 痱子粉和油酸的用量都不可太大 否则不易成功 3 油酸酒精溶液的浓度以小于0 1 为宜 不宜长时间放置 4 浅盘中的水离盘口面的距离应较小 并要水平放置 以便准确地画出薄膜的形状 画线时视线应与板面垂直 5 在水面撒痱子粉后 不要再触动盘中的水 6 利用坐标纸求油膜面积时 以边长1cm的正方形为单位 计算轮廓内正方形的个数 不足半格的舍去 多于半格的算一个 典例应用 1 在做 用油膜法估测分子的大小 实验时 已经准备的器材有 油酸酒精溶液 滴管 浅盘和水 玻璃板 彩笔 要完成本实验 还欠缺的器材有 2 在用油膜法粗测分子直径的实验中 在哪些方面作了理想化的假设 实验中滴在水面的是酒精油酸溶液而不是纯油酸 且只能滴一滴 这是因为 在将酒精油酸溶液滴向水面前 要先在水面上均匀撒些痱子粉 这样做是为了 3 下面4幅图反映 用油膜法估测分子的大小 实验中的4个步骤 将它们按操作先后顺序排列应是 用字母表示 4 在做用油膜法估测分子大小的实验中 已知实验室中使用的酒精油酸溶液的体积浓度为a 又用滴管测得n滴这种酒精油酸的总体积为v 将一滴这种溶液滴在浅盘中的水面上 在玻璃板上描出油膜的边界线 再把玻璃板放在画有边长为a的正方形小格的纸上 如图所示 测得油膜占有的小正方形个数为x 用以上字母表示油酸分子的大小d 从图中数得油膜占有的小正方形个数为x 在 用油膜法估测分子大小 实验中所用的油酸酒精溶液的浓度为1000ml 溶液中有纯油酸0 6ml 用注射器测得1ml上述溶液为80滴 把1滴该溶液滴入盛水的浅盘内 让油膜在水面上尽可能散开 测得油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如右图所示 图中每一小方格的边长为1cm 试求 1 油酸薄膜的面积是 cm2 2 实验测出油酸分子的直径是 m 结果保留两位有效数字 3 实验中为什么要让油膜尽可能散开 答案 1 114 113 115都对 2 6 6 10 10 3 这样做的目的是让油膜在水面上形成单分子油膜 考点三分子力和分子势能 内能 考点梳理 1 分子力与分子势能的比较 易错点拨1 选两分子相距无穷远时分子势能为零 分子势能随分子间距离变化的关系中 当r r0时分子势能最小 但不是零 为负值 2 如果选r r0时分子势能为零 分子势能随分子间距变化的关系不会因势能零点的选取不同而发生改变 ep r图线的形状也不会发生变化 但图线应做相对应的平移 2 物体的内能 1 决定因素 微观上 分子动能 分子势能 分子数 宏观上 温度 体积 物质的量 摩尔数 2 改变内能的方式 典例应用 2013 全国新课标卷 33 1 两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动 直至不再靠近 在此过程中 下列说法正确的是 填正确答案标号 a 分子力先增大 后一直减小b 分子力先做正功 后做负功c 分子动能先增大 后减小d 分子势能先增大 后减小e 分子势能和动能之和不变 课堂笔记 当分子距离较远时 分子间表现为引力 靠近过程中 分子力先做正功 动能增大 势能减小 当距离减小至分子平衡距离时 引力和斥力相等 合力为零 动能最大 势能最小 当距离继续减小时 分子间表现为斥力 继续靠近过程中 斥力做负功 势能增大 动能减小 因为只有分子力做功 所以动能和势能之和不变 故b c e正确 答案 bce 总结提升 1 判断分子势能变化的两种方法方法一 根据分子力做功判断 分子力做正功 分子势能减小 分子力做负功 分子势能增加 方法二 利用分子势能与分子间距离的关系图线判断 如图所示 2 分析物体的内能问题应当明确以下几点 内能是对物体的大量分子而言的 不存在某个分子内能的说法 决定内能大小的因素为温度 体积 分子数 还与物态有关系 通过做功或热传递可以改变物体的内能 温度是分子平均动能的标志 相同温度的任何物体 分子的平均动能相同 2012 海南卷 两分子间的斥力和引力的合力f与分子间距离r的关系如图中曲线所示 曲线与r轴交点的横坐标为r0 相距很远的两分子在分子力作用下 由静止开始相互接近 若两分子相距无穷远时分子势能为零 下列说法正确的是 a 在r r0阶段 f做正功 分子动能增加 势能减小b 在rr0阶段 当r减小时f做正功 分子势能减小 分子动能增加 故选项a正确 在r r0阶段 当r减小时f做负功 分子势能增加 分子动能减小 故选项b错误 在r r0时 分子势能最小 动能最大 故选项c正确 在r r0时 分子势能最小 但不为零 故选项d错误 在整个相互接近的过程中分子动能和势能之和保持不变 故选项e正确 答案 ace 考点四热力学定律的理解及应用 考点梳理 1 对热力学第一定律的理解 1 热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的过程是等效的 而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系 此定律是标量式 应用时功 内能 热量的单位应统一为国际单位焦耳 2 对公式 u q w符号的规定 3 几种特殊情况 若过程是绝热的 则q 0 w u 外界对物体做的功等于物体内能的增加 若过程中不做功 即w 0 则q u 物体吸收的热量等于物体内能的增加 若过程的始末状态物体的内能不变 即 u 0 则w q 0或w q 外界对物体做的功等于物体放出的热量 4 应用注意事项 应用热力学第一定律时要明确研究的对象是哪个物体或者是哪个热力学系统 应用热力学第一定律计算时 要依照符号法则代入数据 对结果的正 负也同样依照规则来解释其意义 分析此类问题需要注意两点 绝热 说明与外界没有热交换 气体向真空扩散时对外不做功 2 对热力学第二定律的理解 1 在热力学第二定律的表述中 自发地 不产生其他影响 的涵义 自发地 指明了热传递等热力学宏观现象的方向性 不需要借助外界提供能量的帮助 不产生其他影响 的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成 对周围环境不产生热力学方面的影响 如吸热 放热 做功等 2 热力学第二定律的实质 热力学第二定律的每一种表述 都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性 进而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 3 热力学过程方向性实例 4 两类永动机的比较 典例应用 一种海浪发电机的气室如图所示 工作时 活塞随海浪上升或下降 改变气室中空气的压强 从而驱动进气阀门和出气阀门打开或关闭 气室先后经历吸入 压缩和排出空气的过程 推动出气口处的装置发电 气室中的空气可视为理想气体 1 下列对理想气体的理解 正确的有 a 理想气体实际上并不存在 只是一种理想模型b 只要气体压强不是很高就可视为理想气体c 一定质量的某种理想气体的内能与温度 体积都有关d 在任何温度 任何压强下 理想气体都遵循气体实验定律 2 压缩过程中 两个阀门均关闭 若此过程中 气室中的气体与外界无热量交换 内能增加了3 4 104j 则该气体的分子平均动能 选填 增大 减小 或 不变 活塞对该气体所做的功 选填 大于 小于 或 等于 3 4 104j 解题指导 审题找到关键词 理想气体 无热量交换 课堂笔记 1 理想气体是一种理想化的模型 实际并不存在 选项a正确 在温度不低于零下几十摄氏度 压强不超过标准大气压的几倍时 可以把实际气体当成理想气体来处理 选项b错误 一定质量的理想气体的内能只与温度有关 选项c错误 在任何温度 任何压强下都遵循气体实验定律 这样的气体是理想气体 选项d正确 2 气室中的气体与外界无热交换 内能增加 故密闭气体的温度升高 气体分子的平均动能增大 根据热力学第一定律 u q w可知 q 0 w u 所以活塞对该气体所做的功等于3 4 104j 答案 1 ad 2 增大等于 某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置 它主要由气缸和活塞组成 开箱时 密闭于气缸内的压缩气体膨胀 将箱盖顶起 如图所示 在此过程中 若缸内气体与外界无热交换 忽略气体分子间的相互作用 则 a 外界对缸内气体做正功 缸内气体内能增大b 外界对缸内气体做正功 缸内气体分子的平均动能增大 c 缸内气体对外界做功 缸内气体的内能减小d 缺内气体对外界做功 缸内气体分子的平均动能变小e 缸内气体对外界做功 缸内气体的温度降低 解析 缸内气体膨胀对外做正功 w 0 而缸内气体与外界无热交换 q 0 由热力学第一定律w q u知 内能增量 u 0 即其内能减小 又忽略气体分子间相互作用 无分子势能 故气体分子的平均动能减小 气体的温度降低 故选项cde正确 答案 cde 模拟题组 1 2015 重庆模拟 关于分子热运动和布朗运动 下列说法正确的是 a 布朗运动是指在显微镜中看到的液体分子的无规则运动b 布朗运动反映了液体分子在永不停息地做无规则运动 c 悬浮微粒越大 同一时刻与它碰撞的液体分子越多 布朗运动越显著d 当物体温度达到0 时 物体分子的热运动就会停止 解析 布朗运动是指在显微镜中看到的悬浮小颗粒的无规则运动 a错 布朗运动间接反映了液体分子运动的无规则性 b对 悬浮微粒越大 液体分子对它的撞击作用的不平衡性越小 布朗运动越不明显 c错 热运动在0 时不会停止 d错 答案 b 2 2015 徐州高三月