高考物理一轮复习资料 3—3.1 分子热运动 热力学定律与能量守恒课件 沪科版.ppt

选修3 3 本部分概念 规律繁多 但要求较低 考纲对给定的知识点全部是i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力学规律 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 能利用阿伏伽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 学案1分子热运动热力学定律与能量守恒 考点1分子热运动 1 物质是由大量分子组成的 1 一般分子直径的数量级 10 10m 分子直径的估算用单分子油膜法 即d v s 其中v是油滴的体积 s是水面上形成的单分子油膜的面积 2 阿伏伽德罗常量na 6 02 1023mol 1 它是1mol物质所含的分子数 阿伏伽德罗常量是联系微观物理量和宏观物理量的桥梁 在此所指的微观物理量为 分子的体积v0 分子的直径d 分子的质量m 宏观物理量为 物体的体积v 摩尔体积vmol 物体的质量m 摩尔质量mmol 物质的密度 2 分子永不停息地做无规则的运动 1 布朗运动与扩散现象的关系 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 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 计算分子质量 m mmol na vmol na 计算分子体积 v0 vmol na mmol na 分子直径 球体模型 或 立方体模型 计算物质所含的分子数 n m mmol na v vmol na v mmol na m vmol na 2 布朗运动与分子运动的关系 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 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 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 布朗运动不仅能在液体中发生 也能够在气体中发生 例1 关于布朗运动和扩散现象的下列说法中正确的是 a 布朗运动和扩散现象都能在气体 液体 固体中发生b 布朗运动和扩散现象都是分子的运动c 布朗运动和扩散现象都是温度越高越明显d 布朗运动和扩散现象都是永不停息的 解析 布朗运动只在液体和气体中发生 而扩散在气 液 固体中均可发生 温度越高 两者现象都越明显 而且两者都是分子无规则热运动的体现 故c d正确 cd 1 关于布朗运动 下列说法中正确的是 a 布朗运动就是液体分子的无规则运动b 显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动 这反映了液体分子运动的无规则性c 液体的温度越高 布朗运动越激烈d 随着时间的推移 布朗运动逐渐变慢 最终停止 bc 例2 铜的摩尔质量为m 密度为 若用na表示阿伏伽德罗常量 则下列说法正确的是 a 1个铜原子的质量为 nab 1个铜原子占有的体积为m nac 1m3铜所含原子的数目为 na md 1kg铜所含原子的数目为na m cd 解析 1个铜原子的质量为m na 1个铜原子占有的体积为v na m na 由1个铜原子的体积大小即可计算1m3铜所含原子的数目为1 单个铜原子体积 na m 1kg铜所含原子的数目为1 单个铜原子质量 na m 微观量的计算问题的关键是 1 牢牢抓住阿伏伽德罗常量 它是联系微观物理量和宏观物理量的桥梁 2 计算分子质量时 不论是液体 固体还是气体 均可用m mmol na 3 计算分子大小和分子间距时 对固体 液体与气体 应建立不同的微观结构模型 2 已知阿伏伽德罗常量 物质的摩尔质量和摩尔体积 可以计算 a 固态物质分子的体积和质量b 液态物质分子的体积和质量c 气态物质分子的体积和质量d 气态物质分子的质量 abd 考点2物体的内能 1 分子间的相互作用力分子间的引力和斥力是同时存在的 且同时随分子间的距离增加而减小 总是斥力比引力变化得快 其变化规律如图所示 1 分子间引力和斥力同时存在 2 引力和斥力的合力称为分子力 3 r0为分子间引力和斥力相等时的距离 其数量级为10 10m 4 分子间力是短程力 当r 10r0时 分子间作用力趋近于0 2 分子的动能 分子的势能 物体的内能 1 分子的动能 做热运动的分子具有动能 在热现象的研究中 有意义的是分子热运动的平均动能 温度是物体分子热运动平均动能的宏观标志 温度相同 分子平均动能相同 2 分子的势能 分子间由它们的相对位置决定的势能 分子势能随分子间距离的变化而变化 分子间的作用力表现为引力时 分子势能随着分子间的距离增大而增大 分子力做负功 分子间的作用力表现为斥力时 分子势能随着分子间距离增大而减小 分子力做正功 可见分子间距离等于分子处于平衡位置的距离时 分子势能具有最小值 掌握此特点 分子势能随分子间距变化的问题就能迎刃而解 3 物体的内能 物体所有分子的动能和势能的总和叫做物体的内能 物体的内能与物体的质量 温度和体积有关 理想气体无分子势能 所以理想气体内能与体积无关 4 分子动能 分子势能 物体的内能的比较 例3 下列关于分子力和分子势能的说法中 正确的是 a 当分子力表现为引力时 分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而增大b 当分子力表现为引力时 分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而减小c 当分子力表现为斥力时 分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大d 当分子力表现为斥力时 分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而减小 解析 当分子力表现为引力时 在分子间距离逐渐增大时 分子力对分子做负功 分子势能增大 但是在分子间距离由r r0逐渐增大到r 过程中 分子力f先增大后减小 故a b选项均错误 当分子力表现为斥力时 在分子间距离减小时 分子力做负功 分子力增大 分子势能也增大 c选项正确 d选项错误 c 1 无论分子间距离增大还是减小 只要分子力做正功 分子势能就减小 而分子力做负功时 分子势能就增大 2 当分子间距离r r0时 分子势能最小 3 下列说法正确的是 a 分子间的相互作用力随分子间距离的增大而增大b 分子间同时存在引力和斥力 引力随分子间距离的增大而增大c 分子势能随分子间距离的增大可能增大 也可能减小d 分子间相互作用力为零时 分子势能一定为零 c 考点3热力学第一定律 对热力学第一定律 u w q应用时应注意各物理量正负的取值 通常规定各标量的正 负 正 负的含义如下 u是物体内能的增量 当物体内能增加时取 号 减少时取 号 w是外界对系统做的功 当外界对系统做功时取 号 当系统对外界做功时取 号 q是外界与系统之间传递的热量 当外界传递给系统热量 系统吸热 时取 号 当系统向外界传递热量 系统放热 时取 号 例4 一定质量的理想气体 从某一状态开始 经过一系列变化后又回到开始的状态 用w1表示外界对气体做功的数值 w2表示气体对外界做功的数值 q1表示气体吸收的热量多少 q2表示气体放出的热量多少 则在整个过程中可能正确的关系有 a q1 q2 w2 w1 b q1 q2c w1 w2d q1 q2 解析 本题考查对热力学第一定律的理解 即定量表达做功与热传递对内能的影响 表达式为 u w q 依题意 一系列变化后回到开始的状态 则内能最终没有改变 由于是理想气体 故温度与初始温度一致 且直接与内能对应 由热力学第一定律得 u w1 q1 w2 q2 w q 0 则 w1 w2 q1 q2 a错 若 w 0 即外界对气体做的功和气体对外界做的功的代数和为零 则 q 0 即放出和吸收的热量相等 b c可能 同理若气体对外界做的功大于外界对气体做的功 则气体必然吸收热量 且吸收的热量多于放出的热量 即q1 q2 d对 bcd 应用热力学第一定律分析气体状态变化的过程 应注意以下特点 1 绝热过程 气体与外界没有热传递 2 导热良好 气体与外界有热交换 且保持与外界温度相同 3 做功情况与体积变化有关 体积减小 则外界对气体做功 体积增大 不是对真空膨胀 则气体对外界做功 4 理想气体 不计分子势能的变化 一定质量的理想气体的内能只与温度有关 4 如图所示 厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针 另一端有个用卡子卡住的可移动活塞 用打气筒慢慢向容器内打气 使容器内的压强增大到一定程度 这时读出温度计示数 打开卡子 活塞冲出容器口后 a 温度计示数变大 实验表明气体对外界做功 内能减少b 温度计示数变大 实验表明气体对外界做功 内能增加c 温度计示数变小 实验表明气体对外界做功 内能减少d 温度计示数变小 实验表明气体对外界做功 内能增加 c 考点4热力学第二定律 1 热力学第二定律的两种表述 1 热传导具有方向性 热量不能自发地从低温物体传到高温物体 2 机械能与内能转化的方向性 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 2 热力学第二定律的微观解释 一切自然过程总是沿着大量分子热运动的无序性增大的方向进行 即在任何自然过程中 一个孤立系统的总熵不会减小 3 热力学第二定律还可理解为 1 热机效率不可能为100 2 第二类永动机不能制成 例5 下列说法正确的是 a 机械能全部变成内能是不可能的b 第二类永动机不可能制造成功的原因是因为能量既不会凭空产生 也不会凭空消失 只能从一个物体转移到另一个物体 或从一种形式转化成另一种形式c 根据热力学第二定律可知 热量不可能从低温物体传到高温物体d 从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的 解析 机械能可能全部转化为内能 a错 第二类永动机不违反能量守恒 不可能制成的原因是机械能与内能的转化具有方向性 内能不