4　温度和温标

选修3-3 热学一、分子动理论1物体是由大量分子组成的(1)分子的大小分子直径：数量级是1010 m；分子质量：数量级是1026 kg；测量方法：油膜法(2)阿伏加德罗常数：1 mol任何物质所含有的粒子数，NA6.021023 mol1.(3)微观量：分子体积V0、分子直径d、分子质量m0.(4)宏观量：物体的体积V、摩尔体积Vm、物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度.(5)关系：分子的质量：m0分子的体积：V0物体所含的分子数：NNANA或NNANA(6)两种模型：球体模型直径为：d 立方体模型边长为：d2分子热运动：一切物质的分子都在永不停息地做无规则运动(1)扩散现象：相互接触的不同物质彼此进入对方的现象温度越高，扩散越快，可在固体、液体、气体中进行(2)布朗运动：定义：悬浮在液体(或气体)中的小颗粒的永不停息地无规则运动实质：布朗运动反映了液体分子的无规则运动决定因素：颗粒越小，运动越明显；温度越高，运动越剧烈(3)气体分子运动速率的统计分布：同一温度下，大多数分子具有中等的速率；随温度升高，占总数比例最大的那些分子速率增大气体分子运动速率的“三个特点”某个分子的运动是无规则的，但大量分子的运动速率呈现统计规律，如图所示：横轴表示分子速率，纵轴表示各速率的分子数占总分子数的百分比，图像有三个特点：(1)“中间多，两头少”：同一温度下，特大或特小速率的分子数比例都较小，大多数分子具有中等的速率(2)“图像向右偏移”：速率小的分子数减少，速率大的分子数增加，分子的平均速率将增大，但速率分布规律不变(3)“面积不变”：图线与横轴所围面积都等于1，不随温度改变二、内能1分子动能(1)分子动能:分子热运动所具有的动能；(2)分子平均动能：所有分子动能的平均值温度是分子平均动能的标志2分子势能：由分子间相对位置决定的能，在宏观上分子势能与物体体积有关，在微观上与分子间的距离有关3物体的内能(1)内能：物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和(2)决定因素：温度、体积和物质的量4分子力(1)分子间同时存在引力和斥力，且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，但总是斥力变化得较快(2)分子力、分子势能与分子间距离的关系分子力曲线与分子势能曲线：分子力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图所示(取无穷远处分子势能Ep0)：(3)分子力、分子势能与分子间距离的关系当rr0时，分子力为引力，当r增大时，分子力做负功，分子势能增加)当rr0时，分子力为斥力，当r减小时，分子力做负功，分子势能增加当rr0时，分子势能最小5内能和热量的比较内能热量区别是状态量，状态确定系统的内能随之确定一个物体在不同的状态下有不同的内能是过程量，它表示由于热传递而引起的内能变化过程中转移的能量联系在只有热传递改变物体内能的情况下，物体内能的改变量在数值上等于物体吸收或放出的热量6分析物体的内能问题应当明确以下四点(1)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(2)决定内能大小的因素为温度、体积、分子数，还与物态有关系(3)通过做功或热传递可以改变物体的内能(4)温度是分子平均动能的标志，温度相同的任何物体，分子的平均动能相同. 三、温度1温度的意义(1)宏观上，温度表示物体的冷热程度(2)微观上，温度是分子平均动能的标志2两种温标(1)摄氏温标t：单位 ，把1个标准大气压下，水的冰点作为0 ，沸点为100 .(2)热力学温标T：单位K，把273.15 作为0 K0 K是绝对零度，低温极限，只能接近不能达到，所以热力学温度无负值(3)两种温标的关系：T273.15t Tt第二节固体、液体和气体一、固体1分类：固体分为晶体和非晶体两类晶体分单晶体和多晶体2晶体与非晶体的比较单晶体多晶体非晶体外形规则不规则不规则熔点确定确定不确定物理性质各向异性各向同性各向同性典型物质石英、云母、食盐、硫酸铜玻璃、蜂蜡、松香形成与转化有的物质在不同条件下能够形成不同的形态同一物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体3判断晶体与非晶体的“五个要点”(1)只要具有确定熔点的物质必定是晶体，否则为非晶体(2)只要具有各向异性的物质必定是单晶体，否则为多晶体或非晶体(3)单晶体只是在某一种物理性质上表现出各向异性(4)同一物质可能成为不同的晶体或非晶体(5)晶体与非晶体在一定条件下可以相互转化二、液体1液体的表面张力(1)产生原因：表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大，分子力表现为引力(2)作用效果：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势，使液体表面积趋于最小，而在体积相同的条件下，球形的表面积最小(3)作用方向：表面张力跟液面相切，跟这部分液面的分界线垂直(4)影响因素：液体的密度越大，表面张力越大；温度越高，表面张力越小；液体中溶有杂质时，表面张力变小2液晶的物理性质(1)具有液体的流动性(2)具有晶体的光学各向异性(3)从某个方向上看其分子排列比较整齐，但从另一方向看，分子的排列是杂乱无章的(4)液晶的特点：液晶既不是液体也不是晶体液晶既有液体的流动性，又有晶体的物理性质各向异性三、饱和汽湿度1饱和汽与未饱和汽(1)饱和汽：与液体处于动态平衡的蒸汽(2)未饱和汽：没有达到饱和状态的蒸汽2饱和汽压(1)定义：饱和汽所具有的压强(2)特点：液体的饱和汽压与温度有关，温度越高，饱和汽压越大，且饱和汽压与饱和汽的体积无关3湿度(1)绝对湿度：空气中所含水蒸气的压强(2)相对湿度：空气的绝对湿度与同一温度下水的饱和汽压之比(3)相对湿度公式相对湿度(4)对相对湿度的理解人对空气湿度的感觉是由相对湿度决定的当绝对湿度相同时，温度越高，离饱和状态越远，体表水分越容易蒸发，感觉越干燥；气温越低，越接近饱和状态，感觉越潮湿第三讲 气体一、气体压强的产生与计算1产生的原因：由于大量分子无规则地运动而碰撞器壁，形成对器壁各处均匀、持续的压力，作用在器壁单位面积上的压力叫做气体的压强2决定因素(1)宏观上：决定于气体的温度和体积(2)微观上：决定于分子的平均动能和分子的密集程度3压强单位：国际单位，帕斯卡(Pa)常用单位：标准大气压(atm)；厘米汞柱(cmHg)换算关系：1atm76cmHg1.0105 Pa.4平衡状态下气体压强的求法(1)液片法：选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程，消去面积，得到液片两侧压强相等方程，求得气体的压强(2)力平衡法：选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得气体的压强(3)等压面法：在连通器中，同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等5加速运动系统中封闭气体压强的求法：选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象，进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程求解二、理想气体状态方程1理想气体(1)宏观上讲，理想气体是指在任何温度、任何压强下始终遵从气体实验定律的气体实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下，可视为理想气体(2)微观上讲，理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力（因此不计分子势能），分子本身没有体积，即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间2理想气体的状态方程(1)内容：一定质量的某种理想气体发生状态变化时，压强跟体积的乘积与热力学温度的比值保持不变. (2)公式：或C(C是与p、V、T无关的常量)3理想气体状态方程与气体实验定律的关系4几个重要的推论(1)查理定律的推论：pT(2)盖吕萨克定律的推论：VT(3)理想气体状态方程的推论：（理想气体状态方程的分态公式）5体状态变化的图象问题特点示例等温过程pVpVCT(其中C为恒量)，即pV之积越大的等温线温度越高，线离原点越远ppCT，斜率kCT，即斜率越大，温度越高等容过程pTpT，斜率k，即斜率越大，体积越小等压过程VTVT，斜率k，即斜率越大，压强越小第三节热力学定律与能量守恒一、热力学第一定律和能量守恒定律1改变物体内能的两种方式(1)做功；(2)热传递2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：UQW3对公式UQW符号的规定符号WQU外界对物体做功物体吸收热量内能增加物体对外界做功物体放出热量内能减少4.几种特殊情况(1)若过程是绝热的，则Q0，WU，外界对物体做的功等于物体内能的增加量(2)若过程中不做功，即W0，则QU，物体吸收的热量等于物体内能的增加量(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即U0，则WQ0或WQ.外界对物体做的功等于物体放出的热量(4)气体压力做功：做功与热传递在改变内能的效果上是相同的，但是从运动形式、能量转化的角度上看是不同的：做功是其他形式的运动和热运动的转化，是其他形式的能与内能之间的转化；而热传递则是热运动的转移，是内能的转移5能的转化和守恒定律(1)内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变(2)第一类永动机：违背能量守恒定律的机器被称为第一类永动机它是不可能制成的二、热力学第二定律1常见的两种表述(1)克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体(2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响2第二类永动机：违背宏观热现象方向性的机器被称为第二类永动机这类永动机不违背能量守恒定律，但它违背了热力学第二定律，也是不可能制成的3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(1)“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(2)“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4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：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也可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程5两类永动机的比较第一类永动机第二类永动机不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器违背能量守恒定律，不可能制成不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律，不可能制成1下列有关扩散现象与布朗运动的叙述中，正确的是( )A扩散现象与布朗运动都能说明分子在做永不停息的无规则运动B扩散现象与布朗运动没有本质的区别C扩散现象突出说明了物质的迁移规律，布朗运动突出说明了分子运动的无规则性规律D扩散现象和布朗运动都与温度有关E布朗运动是扩散的形成原因，扩散是布朗运动的宏观表现解析扩散现象与布朗运动都能说明分子做永不停息的无规则运动，故A正确；扩散是物质分子的迁移，布朗运动是宏观颗粒的运动，是两种完全不同的运动，故B错误；两个实验现象说明了分子运动的两个不同规律，则C正确；两种运动随温度的升高而加剧，所以都与温度有关，D正确；布朗运动与扩散的成因均是分子的无规则运动，两者之间不具有因果关系，故E错误答案ACD2分子间的相互作用力由引力与斥力共同产生，并随着分子间距的变化而变化，则下列说法正确的是( )A分子间引力随分子间距的增大而减小B分子间斥力随分子间距的减小而增大C分子间相互作用力随分子间距的增大而减小D当rr0时，分子间作用力随分子间距的增大而减小解析分子力和分子间距离的关系图象如图所示，根据该图象可判断分子间引力随分子间距的增大而减小，分子间斥力随分子间距的减小而增大，A、B正确；当rr0时，分子力随分子间距的增大先增大后减小，故E错误答案ABD3两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()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解析分子力F与分子间距r的关系是：当rr0时F为引力综上可知，当两分子由相距较远逐渐达到最近过程中分子力是先变大再变小又变大，A项错误；分子力为引力时做正功，分子势能减小，分子力为斥力时做负功，分子势能增大，故B项正确、D项错误；因仅有分子力作用，故只有分子动能与分子势能之间发生转化，即分子势能减小时分子动能增大，分子势能增大时分子动能减小，其总和不变，C、E项均正确答案BCE4下列说法正确的是( )A内能不同的物体，温度可能相同B温度低的物体内能一定小C同温度、同质量的氢气和氧气，氢气的分子动能大D一定质量100 的水变成100 的水蒸气，其分子之间的势能增加E物体机械能增大时，其内能一定增大解析物体的内能大小是由温度、体积、分子数共同决定的，内能不同，物体的温度可能相同，故A正确；温度低的物体，分子平均动能小，但分子数可能很多，故B错误；同温度、同质量的氢气与氧气分子平均动能相等，但氢气分子数多，故总分子动能氢气的大，故C正确；当分子平均距离rr0，物体膨胀时分子势能增大，故D正确；机械能增大，若物体的温度、体积不变，内能则不变，故E错误答案ACD5下列说法正确的是( )A内能大的物体含有的热量多B温度高的物体含有的热量多C水结成冰的过程中，放出热量，内能减小D物体放热，温度不一定降低E物体放热，内能不一定减小解析热量是过程量，故A、B错误；水结成冰，分子动能不变，分子势能减小，即内能减小，放出热量，故C正确；晶体凝固时，放出热量，温度不变，故D正确；改变物体的内能有做功和热传递两种方式，故E正确答案CDE6(2015高考全国卷)下列说法正确的是( )A将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是非晶体B固体可以分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上有不同的光学性质C由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体D在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体E在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，内能也保持不变解析将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒仍是晶体，故选项A错误单晶体具有各向异性，有些单晶体沿不同方向上的光学性质不同，故选项B正确例如金刚石和石墨由同种元素构成，但由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体，故选项C正确晶体与非晶体在一定条件下可以相互转化如天然水晶是晶体，熔融过的水晶(即石英玻璃)是非晶体，也有些非晶体在一定条件下可转化为晶体，故选项D正确熔化过程中，晶体的温度不变，但内能改变，故选项E错误答案BCD7下列说法不正确的是( )A把一枚针轻放在水面上，它会浮在水面上这是由于水表面存在表面张力的缘故B在处于失重状态的宇宙飞船中，一大滴水银会成球状，是因为液体内分子间有相互吸引力C将玻璃管道裂口放在火上烧，它的尖端就变圆，是因为熔化的玻璃在表面张力的作用下，表面要收缩到最小的缘故D漂浮在热菜汤表面上的油滴，从上面观察是圆形的，是因为油滴液体呈各向同性的缘故E当两薄玻璃板间夹有一层水膜时，在垂直于玻璃板的方向很难将玻璃板拉开这是由于水膜具有表面张力的缘故解析水的表面张力托起针，A正确；B、D两项也是表面张力原因，故B、D均错误，C项正确；在垂直于玻璃板方向很难将夹有水膜的玻璃板拉开是因为大气压的作用，E错误答案BDE8(2014高考福建卷)如图为一定质量理想气体的压强p与体积V关系图象，它由状态A经等容过程到状态B，再经等压过程到状态C.设A、B、C状态对应的温度分别为TA、TB、TC，则下列关系式中正确的是()ATATB，TBTCBTATB，TBTCCTATB，TBTC DTATB，TBTC解析根据理想气体状态方程k可知，从A到B，温度降低，故A、D错误；从B到C，温度升高，故B错误、C正确答案C9一定质量的理想气体的状态经历了如图所示的ab、bc、cd、da四个过程，其中bc的延长线通过原点，cd垂直于ab且与水平轴平行，da与bc平行，则气体体积在()Aab过程中不断增加Bbc过程中保持不变Ccd过程中不断增加Dda过程中保持不变Eda过程中不断增大解析由题图可知ab温度不变，压强减小，所以体积增大，bc是等容变化，体积不变，因此A、B正确；cd体积不断减小，da体积不断增大，故C、D错误，E正确答案ABE10如图，一定量的理想气体从状态a沿直线变化到状态b，在此过程中，其压强( )A逐渐增大 B逐渐增小C始终不变 D先增大后减小解析法一：由题图可知，气体从状态a变到状态b，体积逐渐减小，温度逐渐升高，由C可知，压强逐渐增大，故A正确法二：由C得：VT，从a到b，ab段上各点与O点连线的斜率逐渐减小，即逐渐减小，p逐渐增大，故A正确答案A11关于热力学定律，下列说法正确的是( )A为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量B对某物体做功，必定会使该物体的内能增