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学案热学 知识回顾1 分子动理论 1 分子动理论的基本观点是 物体是由大量分子组成的 分子在做运动 分子间存在着和 扩散现象与是分子永不 永不停息的无规则 引力 斥力 布朗运动 停息地无规则运动的实验基础 布朗运动既不是固体分子的运动 也不是液体分子的运动 它是由于频繁地撞击固体小颗粒而引起的小颗粒的运动 2 温度是分子的标志 物体的内能是物体内所有分子的动能和之和 3 阿伏加德罗常数 分子的大小 直径数量级为m 分子的质量 质量数量级为10 26kg 液体分子 平均动能 势能 10 10 阿伏加德罗常数NA 6 02 1023mol 1NA 适用于情况 NA 适用于 油膜法测分子的直径 d 摩尔质量分子质量 摩尔体积分子体积 任何 固体 液体 2 理想气体和气体的实验定律 1 理想气体的分子模型 理想气体是为了研究问题的方便而建立的一种理想化模型 其微观模型是 分子本身无大小 分子间除碰撞外不计分子之间的相互作用力 无分子势能 内能只与温度有关 分子间的碰撞看成碰撞 2 玻意耳定律内容 一定质量理想气体 在温度保持不变时 它的压强和体积成反比 或者说 压强和体积的保持不变 此即玻意耳定律 数学表达式 pV C 常量 或p1V1 p2V2 弹性 乘积 3 查理定律内容 一定质量的理想气体 在体积不变的情况下 它的压强跟成正比 这个规律叫做查理定律 数学表达式 C 对于一定质量的理想气体 在两个确定的状态 p1 V0 T1 和 p2 V0 T2 下有或 热力学温度 4 盖 吕萨克定律内容 一定质量的理想气体在压强不变的情况下 它的体积跟成正比 数学表达式 热力学温度 3 热力学定律 1 热力学第一定律做功和热传递都可以改变物体的内能 功 热量和内能之间的关系可根据热力学第一定律 其表达式为 U Q W U Q W的符号规定为 外界对系统做功 W 0 即W为正值 系统对外界做功 也就是外界对系统做负功 W0 即Q为正值 外界对系统吸收热量 也就是系统对外界放出热量 Q0 即 U为正值 系统内能减少 U 0 即 U为负值 2 对于理想气体来说 只要不变 则内能不变 从外界吸收 温度 3 热力学第二定律热力学第二定律的表述 不可能使热量由低温物体传递到高温物体 而不引起其他变化 按热传导的性表述 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功 而不引起其他变化 按机械能和转化过程的方向性表述 第二类永动机是的 方向 内能 不可能制成 方法点拨两种微观模型 1 球体模型 适用于固 液体 一个分子的体积V分 d 分子的 2 立方体模型 适用于气体 一个分子平均占据空间V分 d3 d 分子间的 直径 距离 类型一分子运动论的理解例1要落实好国家提出 以人为本 创建和谐社会 的号召 不只是政府的事 要落实到我们每个人的生活中 比如说公共场所禁止吸烟 我们知道被动吸烟比主动吸烟害处更多 试估算一个高约2 8m 面积约10m2的两人办公室 若只有一人吸了一根烟 求 1 估算被污染的空气分子间的平均距离 2 另一不吸烟者一次呼吸大约吸入多少个被污染过的空气分子 人正常呼吸一次吸入气体300cm3 一根烟大约吸10次 解析 1 吸烟者抽一根烟吸入气体的总体积10 300cm3含有空气分子数n 6 02 1023个 8 1 1022个办公室单位体积空间内含被污染的空气分子数为个 米3 2 9 1021个 米3每个污染分子所占体积为V m3所以平均距离为L 7 10 8m 2 被动吸烟者一次吸入被污染的空气分子数为2 9 1021 300 10 6个 8 7 1017个答案 1 7 10 8m 2 8 7 1017个 解题归纳 1 对液体 固体来说 微观模型是 分子紧密排列 将物质的摩尔体积分成NA等份 每一等份就是一个分子 在估算分子直径时 设想分子是一个一个紧挨的小球 在估算分子间距离时 设想每一个分子是一个正立方体 正立方体的边长即为分子间距离 2 气体分子不是紧密排列的 所以上述模型对气体不适用 但上述模型可以用来估算分子间平均距离 预测1判断以下说法的正误 在相应的括号内打 或 A 分子间距离增大 分子势能一定增大 B 有的物质微粒在不同条件下可以按不同的规则在空间分布 因此可以生成不同的晶体 C 一滴油酸酒精溶液体积为V 在水面上形成的单分子油膜的面积为S 则油酸分子的直径d D 已知某物质的摩尔质量为M 密度为 阿伏加德罗常数为NA 则该种物质的分子体积为v0 E 在温度不变的情况下 增大液面上方饱和汽的体积 待气体重新达到饱和后 饱和汽的密度不变 压强也不变 类型二热力学定律的理解例2 1 一定量的气体从外界吸收了4 7 105J的热量 同时气体对外做功2 5 105J 则气体的内能增加了J 2 热力学第二定律有两种表述 一种是克劳修斯表述 另一种叫开尔文表述 请你写出开尔文表述 2 2 105 不可能从单一热库 源 吸收热量 使之完全变成功 全部对外做功 而不产生其他影响 不引起其他变化 解析由热力学第一定律 U Q W Q 4 7 105J W 2 5 105J 所以 U 4 7 105 2 5J 105J 2 2 105J 内能增加 解题归纳应用热力学第一定律的关键是熟记符号法则 Q 0 吸热 Q0 外界对物体功 W0 内能增加 U 0 内能减少 预测2若对一定质量的理想气体做1500J的功 可使其温度升高5 改用热传递的方式 使气体温度同样升高5 那么气体应吸收J的热量 如果对该气体做了2000J的功 其温度升高了8 表明该过程中 气体还 填 吸收 或 放出 热量J 解析 1 做功和热传递都可以改变物体的内能 并且是等效的 2 W 2000J 温度升高 说明内能增加 且 U 2400J 由 U Q W知Q U W 400J 400 1500 吸收 类型三气体状态方程的应用例3如图1所示 图1喷雾器内有10L水 上部封闭有1atm的空气2L 关闭喷雾阀门 用打气筒向喷雾器内再充入1atm的空气3L 设外界环境温度一定 空气可看作理想气体 1 当水面上方气体温度与外界温度相等时 求气体压强 并从微观上解释气体压强变化的原因 2 打开喷雾阀门 喷雾过程中封闭气体可以看成等温膨胀 此过程气体是吸热还是放热 简要说明理由 图1 解析 1 设气体初态压强为p1 体积为V1 末态压强为p2 体积为V2 由玻意耳定律p1V1 p2V2由p1 1atmV1 2L 3L 5L V2 2L代入 式得p2 2 5atm微观解释 温度不变 分子平均动能不变 单位体积内分子数增加 所以压强增加 2 吸热 气体对外做功而内能不变 根据热力学第一定律可知气体吸热 答案 1 2 5atm温度不变 分子平均动能不变 单位体积内分子数增加 所以压强增加 2 吸热气体对外做功而内能不变 根据热力学第一定律可知气体吸热 解题归纳 1 在应用理想气体状态方程解决问题时 首先要搞清气体能否看成理想气体模型 并且要注意热学变化过程中的条件 等温 等压和等容 基本思路是 确定研究对象求压强 列气态方程求未知量 2 理想气体 忽略了分子间的势能 热量传递情况的分析思路 由体积变化分析气体做功情况 体积膨胀 气体对外功 气体被压缩 外界对气体做功 由温度变化判断气体内能变化 温度升高 气体内能增加 温度降低 气体内能减小 由热力学第一定律 U W Q判断气体是吸热还是放热 预测3 1 下列关于分子运动和热现象的说法正确的是 A 气体如果失去了容器的约束就会散开 这是因为气体分子之间存在势能的缘故B 一定量100 的水变成100 的水蒸气 其分子之间的势能增加C 对于一定量的气体 如果压强不变 体积增大 那么它一定从外界吸热D 如果气体分子总数不变 而气体温度升高 气体分子的平均动能增大 因此压强必然增大E 一定量气体的内能等于其所有分子热运动动能和分子之间势能的总和F 如果气体温度升高 那么所有分子的速率都增加 2 如图2所示 一根粗细均匀 内壁光滑 竖直放置的玻璃管下端密封 上端封闭但留有一抽气孔 管内下部被活塞封住一定量的气体 可视为理想气体 气体温度为T1 开始时 将活塞上方的气体缓慢抽出 当活塞上方的压强达到p0时 活塞下方气体的体积为V1 活塞上方玻璃管的容积为2 6V1 活塞因重力而产生的压强为0 5p0 继续将活塞上方抽成真空并密封 整个抽气过程中管内气体温度始终保持不变 然后将密封的气体缓慢加热 求 活塞刚碰到玻璃管顶部时气体的温度 当气体温度达到1 8T1时气体的压强 图2 解析 1 因为扩散现象 A错 缺少体积不变或减小这一前提条件D错 温度升高时分子的平均动能增大是统计规律 速率减小的分子是存在的 F错 2 活塞上方的压强为p0时 活塞下方气体的体积为V1 抽气过程为等温过程 活塞上面抽成真空时 下面气体的压强为0 5p0 依题意由玻意耳定律得式中V是抽成真空时活塞下面气体的体积 此后 气体等压膨胀 由盖 吕萨克定律得 式中T 是活塞碰到玻璃管顶部时气体的温度由 得T 1 2T1 活塞碰到顶部后的过程是等容升温过程 由查理定律得 式中p2是气体温度达到1 8T1时气体的压强由 式得p2 0 75p0答案 1 BCE 2 1 2T1 0 75p0 类型四气体状态方程的应用例4 2009 徐州三模 1 以下说法正确的是 A 达到热平衡的系统内部各处都具有相同的温度B 分子间距增大 分子势能就一定增大C 浸润与不浸润均是分子力作用的表现D 液体的表面层分子分布比液体内部密集 分子间的作用力体现为相互吸引 2 某热机在工作中高温热库吸收了8 106kJ的热量 同时有2 106kJ的热量排放给了低温热 冷凝器或大气 则在工作中该热机对外做了kJ的功 热机的效率 AC 6 106 75 3 实验室内 某同学用导热性能良好的气缸和活塞将一定质量的理想气体密封在气缸内 活塞与气缸壁之间无摩擦 活塞的质量为m 气缸内部横截面积为S 用滴管将水缓慢滴注在活塞上 最终水层的高度为h 如图3所示 在此过程中 若大气压强恒为p0 室内的温度不变 水的密度为 重力加速度为g 则 图示状态气缸内气体的压强为 以下图象中能反映密闭气体状态变化过程的是 图3 p0 gh 解题归纳由于热学知识比较琐碎 而且要求都为 级 因此像例题一样 知识点以选择题的形式进行拼盘考查多个知识点的可能性很大 因此 在考前复习中同学们要看好教材 熟记一些概念和规律 答案A 预测4 2009 苏北四市三调 1 下列说法中正确的是 A 布朗运动的剧烈程度与温度有关 所以布朗运动也叫做热运动B 彩色液晶显示屏是应用液晶在不同电场中对不同颜色的光吸收强度不同制成的C 能量耗散说明能量在不断减少D 热力学第二定律也可以表述为 气体向真空的自由膨胀是不可逆的 BD 2 将剩有半杯热水的玻璃杯盖子旋紧后经过一段时间 若玻璃杯盖子不漏气 则杯内水蒸汽饱和气压 填 增大 减小 或 不变 杯内气体压强 填 增大 减小 不变 3 如图4所示 气缸放置在水平地面上 缸内封闭一定质量的理想气体 活塞横截面积为S 外界大气压强为p0 气缸内电热丝热功率为P 测得通电时间t内活塞缓慢向左移动距离为h 气缸向外界放出热量为Q 不计活塞与气缸之间的摩擦 则在时间t内缸内气体内能的变化量为 增大 增大 图4 Pt 0Sh Q 1 2009 北京 13 做布朗运动实验 得到某个观测记录如图5所示 图中记录的是 A 分子无规则运动的情况B 某个微粒做布朗运动的轨迹C 某个微粒做布朗运动的速度 时间图线D 按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线 图5 解析图中记录的是每隔一定时间微粒的位置 既不是微粒的运动轨迹 也不是其速度 时间图线 更不是分子的无规则运动情况 故选D正确 答案D 2 2009 全国 14 下列说法正确的是 A 气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力B 气体对器壁的压强就是大量气体分子单位时间作用在器壁上的平均冲量C 气体分子热运动的平均动能减小 气体的压强一定减小D 单位体积的气体分子数增加 气体的压强一定增大 解析气体对器壁的压强是由于大量气体分子对器壁的碰撞形成的 是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力 也可以理解为大量气体分子单位时间作用在器壁单位面积上的冲量 所以选项A对 B错误 气体分子的热运动的平均动能减小 说明气体的温度降低 但由于不知气体的体积变化情况 所以也就无法判断气体的压强是增大还是减小 故选项C错误 气体的压强不但与单位体积内的分子数有关 还与气体分子热运动的平均速率有关 即与气体的温度有关 故选项D错误 答案A 3 2009 全国 16 如图6所示 水平放置的密封气缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分 隔板可在气缸内无摩擦滑动 右侧气体内有一电热丝 气缸壁和隔板均绝热 初始时隔板静止 左右两边气体温度相等 现给电热丝提供一微弱电流 通电一段时间后切断电源 当缸内气体再次达到平衡时 与初始状态相比 A 右边气体温度升高 左边气体温度不变B 左右两边气体压强都升高C 左边气体压强增大D 右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量 图6 解析右边气体吸收热量后 温度升高 压强增大 隔板不再平衡 向左移动 使右侧气体对左侧气体做功 由于隔板和气缸均绝热 使左侧气体的内能增加 温度升高 体积减小 因此左侧气体的压强也增大 当隔板再次平衡时两边压强均增大了 所以选项A错误 选项B C正确 右侧气体对左侧气体做了功 根据热力学第一定律 U W Q得右边气体内能的增加量小于电热丝放出的热量 故选项D错误 答案BC 4 2009 四川 16 关于热力学定律 下列说法正确的是 A 在一定条件下物体的温度可以降到0KB 物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功C 吸收了热量的物体 其内能一定增加D 压缩气体总能使气体的温度升高解析绝对零度只能无限趋近 永远无法达到 A错误 物体从单一热源吸收的热量可以全部用来对外做功 只不过会引起其他变化 B正确 能的变化决定于做功和热传递两个方面 单纯吸收热量或者对物体做功物体的内能都不一定增加 C D错 B 5 某气体的摩尔质量为M 摩尔体积为V 密度为 每个分子的质量和体积分别为m和V0 则阿伏伽德常数NA不可以表示为 A B C D AD 6 下列有关热现象的叙述中正确的是 A 温度升高 物体内所有分子运动的速度大小都变大B 凡是不违背能量守恒定律的实验构想 都是能够实现的C 分子力随分子间距离的增大而减小 随分子间距离的减小而增大D 温度升高 物体的内能不一定增大 D 7 从分子动理论的观点来看 决定物体温度的因素是 A 物体内个别分子的运动速率B 物体内所有分子运动的平均动能C 物体内某些分子的最大速率D 物体内所有分子的平均动能和整体运动的动能 B 8 2009 松原二调 下列说法正确的是 A 布朗运动就是液体分子的运动B 两分子之间同时存在着引力和斥力 引力和斥力都随分子间的距离增大而减小 但斥力比引力减小得更快C 热力学温标的最低温度为0K 它没有负值 它的单位是物理学的基本单位之一D 第一类永动机违背能的转化和守恒定律 第二类永动机不违背能的转化和守恒定律 随着科技的进步和发展 第二类永动机可以制造出来 BC 9 1 如图7