河北省唐山市丰南区第一中学2012高三物理一轮复习 第八章分子动理论热和功气体教学案 新人教版

用心 爱心 专心1 第八章第八章 分子动理论分子动理论 热和功热和功 气体气体 热学是物理学的重要组成部分 本章的核心内容是研究热现象的两种观点 分子动理 论观点 微观 和能量观点 宏观 把握重点 解决难点的关键在于 透过现象看本 质的思维能力的培养 通过对各种热现象的充分了解 把握各种热现象 运用已有知 识对各种热现象的分析解释 实现对未知领域的探索研究 能的转化与守恒定律是自 然界普遍适用的规律 将分子动理论与能的观点有机结合起来 研究热现象的各类问 题 是解决重点 难点的关键所在 本章及相关知识网络本章及相关知识网络 专题一专题一 分子动理论分子动理论 考点透析考点透析 一 本专题考点 一 本专题考点 本专题为 类要求 二 理解和掌握的内容二 理解和掌握的内容 物质是由大量的分子组成的 分子很小 设想分子为球体形状 用油膜法可粗略地测出分子的直径 d v s v 是油 滴的体积 s 是水面上形成的单分子油膜的面积 d 为分子直径 其数量级为 10 10m 阿佛伽德罗常数 mol 的任何物质含有的微粒数相同 这个数叫阿佛伽德罗常数 它和物质的摩尔质量是联系宏观物理量 物体的质量 体积 与微观物理量 分子质量 分子体积 的桥梁 深刻理解它们的物理意义 对研究解决各类具体问题有特别重要的作 用 分子的热运动 这个要点的实验基础是布朗运动和扩散现象 用心 爱心 专心2 布朗运动是悬浮在液体或气体中的固体微粒的运动 是永不停息的无规则运动 其 规律是 颗粒越小 运动越明显 温度越高 运动越激烈 布朗运动是液体分子永不 停息地做无规则热运动的间接反映 是微观分子热运动造成的宏观现象 扩散现象是分子永不停息的无规则的热运动的直接表现 温度越高 扩散进行的越 快 扩散具有方向性 从分子密度较大的区域向密度较小的区域扩散 分子间的相互作用力 分子间同时存在着相互作用的引力和斥力 其合力叫分子力 分子间的引力和斥力都随分子间的距离增大而减小 随分子间距离的减小而增大 但斥力比引力变化得快 分子力的特点 r r0时 r0数量级约为 10 10m f引 f斥 分子力 r r0时 f引r0时 f引 f斥 分子表现为引力 r 10r0时 f引 f斥迅速减小 趋近于零 可以认为分子力 难点释疑 有同学认为 在较暗的房间里 有阳光射进来后可以观察到悬浮在空 气中的尘埃在不停的运动 称为布朗运动 这是错误的 因为布朗运动是在液体和气体中 通过显微镜观察到的 直接用眼睛看到的微粒运动现象都不是布朗运动 用眼睛直接看到 微粒已经很大了 各个方向空气分子对它的撞击力的合力几乎为零 而它的运动主要是由 于自身重力和环境中气流的影响 布朗运动既不是分子的运动 也不是眼睛直接观察到的 微粒运动 做布朗运动的微粒 其线度应在二者之间 例题精析例题精析 例 例 用 表示某物质的摩尔质量 m 表示分子质量 表示物质密度 V 表示摩尔 体积 v0表示分子体积 NA表示阿佛伽德罗常数 那么反映这些量之间关系的下列式子中 一定正确的有 NA v0 V NA V v0 V M m M NA 解析 解析 对于固体与液体忽略分子间的距离 分子是一个挨一个排列的 选项都 正确 但对于气体来讲 分子间距离很大 不正确 本题所给物质的状态不确定 因此 一定正确的是 思考拓宽 思考拓宽 上题中所给物质若为固体 根据题目条件确定单位体积的分子个数 上题中这种物质若是气态 根据题目条件确定 单位体积的分子数 上题中这种物质若是气态 根据题目条件确定该气体分子间的平均距 离 横向发散 已知铜的密度为 8 9 103kg m3 原子量为 64 通过估算 可知铜中每个原子所占有的体积为 1995 年全国高考题 8 10 24m3 1 10 26m3 1 10 29m3 7 10 6m3 例 例 分子间的作用力有引力 f引 和斥力 f斥 则 f引和 f斥是同时存在的 f引总是大于 f斥 其合力总表现为引力 分子间距离越小 f引越小 f斥越大 分子间距离越小 f引越大 f斥越小 解析 解析 根据分子动理论 分子间的引力和斥力总是同是存在的 当分子间距离等 于平衡距离时 引力和斥力相平衡 表现出的分子力为零 当分子间距离小于平衡距 用心 爱心 专心3 离时 斥力大于引力 分子力表现为斥力 当分子间距离大于平衡距离时 引力大于 斥力 分子力表现为引力 分子引力与斥力总是随分子间距离的减小而增大 随分子 间距离的增大而减小 本题答案选 能力提升能力提升 知识与技能 关于分子动理论 下列说法中正确的是 用油膜法测出一般分子直径的数量级是 10 10m 布朗运动的激烈程度与温度有关系 温度为 0 时 布朗运动停止 分子间同时存在着引力和斥力 引力随分子间距离增大而增大 斥力随分子间距 离的增 大而减小 布朗运动主要说明了 液体是由分子组成的 液体分子不停地做无规则的运动 液体分子间有空隙 液体分子间有相互作用力 下面证明分子间存在引力和斥力的实验 哪个是正确的 两块铅压紧以后能连在一起 说明分子间有引力 一般高压气体难被压缩 说明分子间有斥力 破碎的玻璃不能拼接在一起 是由于分子间存在斥力 用油膜法测出分子直径后 要测定阿佛伽德罗常数 只需知道油滴的 摩尔质量 摩尔体积 体积 密度 只要知道下列哪一组物理量 就可以估算出气体分子间的平均距离 阿佛伽德罗常数 该气体的摩尔质量和密度 阿佛伽德罗常数 该气体的摩尔质量和质量 阿佛伽德罗常数 该气体的质量和体积 该气体的密度 体积和摩尔质量 能力与素质 在 利用油膜法估测分子大小 的实验中 将 1cm3的油酸溶于酒精 制成 200cm3 的油酸酒精溶液 测出 1cm3溶液有 n 50 滴 取一滴溶液 滴在水面上 随着酒精溶于 水 油酸在水面上形成面积 s 0 2m2的单分子油膜 试估算油酸分子的大小 空气在标准状况下 分子间的距离为 专题二专题二 热和功热和功 考点透析考点透析 一 本专题考点一 本专题考点 本专题为 类要求 二 理解和掌握的内容二 理解和掌握的内容 物体的内能 分子的平均动能 是物体内所有分子动能的平均值 温度是分子平均动能的标志 温度越高分子平均动能越大 物体内部各个分子的运动速度是不同的 所以分子的动能是不相等的 温度是 大量分子的平均动能的标志 所以对个别分子讲温度无意义 温度是一个宏观 量 不同物质的物体 如果温度相同 则它们的分子平均动能相同 但它们的分子 平均速率不同 用心 爱心 专心4 分子的平均动能与物体宏观机械运动的速度无关 分子势能 分子间由于存在相互作用 因此分子间具有由它们的相对位置所决定的 势能 这就是分子势能 分子势能的变化用分子力做功来量度 分子力做正功 分子势能减小 分子力 做负功 分子势能增加 分子势能与物体的体积有关 物体的内能 物体内所有分子的动能和势能的总和叫物体的内能 物体的内能与物质量 温度 体积三个因素有关 内能和机械能是两种不同形式的能 物体可以同时具有内能和机械能 一定条 件下内能和机械能可以相互转化 物体内能的改变 改变内能有两种方式 做功和热传递 做功是其他形式的能与内能的相互转化过程 内能的改变量可用做功的数值来量 度 热传递是物体间内能的转移过程 内能转移量用热量来量度 说明 热量作为物理量 它的意义并不是物体含有热多少 而是在热传递的过程中 物 体内能改变的量度 热量是对热传递过程而言的 没有热传递过程就无所谓热量 这个概念 发生热传递的条件是温度不同 内能只能从高温物体向低温度物体传递 温度相 等时达到动态平衡 做功和热传递虽有本质区别 但在改变内能上是等效的 热力学第一定律 能量守恒定律 热力学第一定律 一个热力学统 内能的增量 等于系统与外界交换的热量 和所做的功 之和 表达式 能量守恒定律 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 别的形式 或者从一个物体转移到别的物体 在转化和转移的过程中其总量不变 这就是能量守恒定律 说明 能的转化和守恒定律是自然界的普遍规律 违背该定律的第一类永动机是永远无 法实现的 物质不同运动形式对应着不同形式的能 各种形式的能可以相互转化或转移 热力学第二定律 一种表述 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 另一种表述 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 说明 第一种是按照热传导过程的方向性表述的 第二种则是按照机械能与内能转化过 程的方向性来表述的 这两种表述是等价的 都揭示了自然界的基本规律 一切 与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的 热力学第一定律和热力学第二定律是热力学知识的基础理论 热力学第一定律指 出任何热力学过程中能量守恒 而对过程没有限制 热力学第二定律指明哪些过 程可以发生 哪些不可以发生 如第二类永动机不可能实现 宏观的实际的热现 象过程是不可逆的 例题精析例题精析 例 例 关于分子间势能下列说法正确的是 分子间为引力时 距离越小 分子间势能越大 用心 爱心 专心5 分子间为斥力时 距离越大 分子间势能越大 物体在热胀冷缩时 分子间势能不变 物体在热胀冷缩时 分子间势能改变 解析解析 根据分子力做功与分子间势能变化关系知 选项均错误 当分子间距离 等于平衡距离时 分子间势能最小 在此基础上 间距增大或减小 分子间势能都将增 大 热胀冷缩过程中 分子间距离发生变化 因此分子间势能改变 本题答案为 思考拓宽思考拓宽 要确定分子间势能随分子间距离变化的关系 应首先确定分子间开始的距 离 然后才能明确分子间势能随分子间距离变化的关系 否则无法确定 物体的体积增大 时 分子间势能一定增大吗 例 例 如图所示 直立容器内部有被隔板隔开的 两部分气体 的密度小 的密度较大 抽去隔板 加热气体 使两部分气体均匀混合 设在此过程中气体吸 热为 气体内能增加量为 则 无法比较 解析 解析 由于 气体的合重心在中线下 混合均匀后在中 线 所以系统重力势能增大 由能量守恒可得 吸收热量一部分增加 气体内能 一部分增加重力热能 所以 正确 思考拓宽思考拓宽 若上两部分气体装在绝热容器中 将隔板抽去后 当气体充分混合均匀 后 气体内能如何变化 例 例 一定质量的气体从外界吸收了 2 6 105 的热量 其内能增加了 4 2 105 则在这个过程中是外界对气体做了功还是气体对外界做了功 做了多小功 解析解析 由热力学第一定律知 做功和热传递都可以改变物体内能 表达式 因为内能增加量大于气体吸收的热量 所以是外界对气体做了功 1 6 105 能力提升能力提升 知识与技能 r 表示两分子间的距离 p表示两分子间相互作用的势能 当 r r 时 两分子 间斥力等于引力 设两个分子间相距很远时 p 则 当 r r 时 p随 r 的增大而减小 当 r r 时 p随 r 的增大而增大 当 r r 时 p不随 r 而变 当 r r 时 p最小 且为负值 质量相等的氢气和氧气 温度相同 不考虑分子间势能 则 氧气的内能较大 氢气的内能较大 两者内能相等 氢气分子的平均动能较大 下列说法正确是 物体温度升高 则分子热运动的平均动能增大 物体温度升高 则分子热运动的速率都增大 物体体积减小 分子间势能一定增大 下列说法错误的是 物体对外界做功 物体的内能一定减少 物体吸收热量且不对外做功 物体的温度一定升高 物体温度不变 内能可能变大 用心 爱心 专心6 一个装有气体的绝热圆筒 如筒的一端有活塞可移动 当气体体积增大时 则 气体内能增加 温度升高 物体内能增加 温度降低 气体内能减少 温度升高 气体内能减少 温度降低 子弹射入置于光滑水平面上的木块的过程中 下列说法正确的是 子弹 木块组成的系统机械能守恒 子弹损失的机械能等于木块内能的增加 子弹损失的机械能等于木块和子弹内能的增加量 子弹 木块组成的系统动量守恒 一木块从斜面上匀速下滑 在下滑过程中 若不考虑木块的热膨胀 下列说法正 确的是 木块的分子势能增加 木块的分子平均动能不变 木块的分子势能和分子平均动能均增大 木块的机械能减少 内能增大 质量相等 温度都是 的水和冰相比较 它们的内能 因为质量和温度相等 所以内能相等 冰的密度比水小 水凝结成冰时体积增大 分子间势能增大 温度相等 分子热 运动平均动能相等 所以冰的内能较多 水凝结成冰的过程要放出热量 内能减少 所以水的内能较多 有一绝热容器 中间有一绝热活塞 用销钉固定 封闭了 两部分气体 开 始它们温度相同 体积相同 的压强是 压强的 倍 如图所示 现拔掉销钉 活塞移 动后 下列说法正确的是 气体内能增大 气体内能不变 气体温度升高 气体温度不变 能力与素质 10 保温材料做成的封闭房间里 为降低室内温度 同时打开电冰箱和电风扇 两电 器工作较长时间后 房内的气温将会怎样变化 说明原因 11 一质量为 m 的子弹 以 v0的速度射入放在光滑水平面上的质量为 长为 的木 块中 子弹从木块中穿出时的速度为 v1 v1 v0 3 设子弹穿过木块过程中所受阻力不变 则此过程中子弹和木块组成的系统获得多少内能 拓展与研究拓展与研究 12 利用风力发电是一种经济而又清洁的能源利用方式 我国甘肃等地 四季的平均 风速为 10m s 已知空气的密度为 1 3kg m3 该地新建的小型风力发电机的风车有三个长 度为 12m 的叶片 转动时可形成半径为 12m 的圆面 若这个风车能将通过此圆面内的 10 的气流的动能转化为电能 那么该风车带动的 发电机的功率为多大 保留两位有效数字 为了减少风车转动轴的磨损 根据最新设计 在转动轴承部分镀了一层纳米陶 瓷 一般陶瓷每立方厘米含有 1010个晶粒 而这种纳米陶瓷每立方厘米含有 1019个晶粒 若把每个晶粒看成球形 并假设这些晶粒是一个挨一个紧密排列的 那么每个晶粒的直径 大约是多少纳米 保留两位有效数字 用心 爱心 专心7 专题三专题三 气体气体 考点透析考点透析 一 本专题考点 一 本专题考点 气体的状态和状态参量为 类要求 气体分子运动特点和气体压强 的微观意义为 类要求 二 理解和掌握的内容二 理解和掌握的内容 气体的状态和状态参量 温度 温度宏观上讲是表示物体冷热程度的物理量 微观上讲是标志物体分子热运 动平均动能大小的物理量 温度的数值与使用的温标有关 摄氏温度 t 单位 摄氏度 在 个标准大气压下 水的冰点为 沸 点为 100 热力学温度 单位 开尔文 把 273 15 作为热力学温度的零度 就每一度表示的冷热差别来说 两种温度是相同的 所以两者的关系是 t 273 15 t 绝对零度是低温的极限 只能接近但不能达到 表明分子的热运动永远存在 体积 气体体积是指大量气体分子所能到达的整个空间的体积 封闭在容器内的 气体 其体积等于容器的容积 处在容器内的气体在不考虑重力对气体分子分布的影响时 气体的密度处处相等 气体的质量与体积成正比 在标准状态下 mol 的任何气体的体 积均为 22 4 单位 米 m 压强 气体的压强 从分子动理论角度上看 气体的压强是由于大量气体分子作无 规则的热运动 对器壁发生频繁持续的碰撞而引起的 大量分子对器壁单位面积上的压力 就是气体的压强 国际单位制 帕 Pa 说明 单位体积内气体的分子数越多 分子的平均速率越大 气体的压强就越大 大气压强还可以理解为是由于大气受地球引力而产生的 一定质量的气体 其所处的状态通常用压强 体积 温度三个物理量来描述 这三 个物理量叫做气体的状态参量 当气体的三个状态参量确定时 则气体处于确定状 态 三个状态参量密切相关 并遵循一定的规律 所谓状态变化 至少有两个参量同 时改变 气体分子运动特点 气体很容易压缩 可见气体分子间的作用非常微弱 通常认为 气体分子除相互碰 撞或与器壁碰撞外 不受力的作用 气体分子能在空间自由移动 能够充满它可以到 达的空间 气体分子的热运动 表现为分子频繁不断地互相碰撞或跟器壁碰撞 每个气体分子 的热运动的速度大小和方向在频繁不断的碰撞中发生变化 造成气体分子热运动的杂 乱无章的特性 组成气体的大量分子 作为整体表现出来的规律是 任意时刻大量的气体分子在各个不同方向上运动的机会是相等的 换一种说法 任意时刻大量气体分子在各个方向上运动的分子数量是相等的 这种方向上的机 会均等性 随气体分子数量的增加而增大 大量气体分子的热运动速率 按 中间多 两头少 的规律分布 即气体的大多 数分子的速率 都在某个 中间 速率数值附近 离 中间 速率数值越大 分 子数越少 例题精析例题精析 例 例 对于一定量的气体 下列论述中正确的是 用心 爱心 专心8 当分子热运动变剧烈时 压强必变大 当分子热运动变剧烈时 压强可以不变 当分子间的平均距离变大时 压强必变小 当分子间的平均距离变大时 压强必变大 解析 解析 一定质量的气体 其压强由单位体积内气体的分子个数和分子热运动的平 均速率两个因素决定 所以当分子热运动变剧烈时 分子的平均速率增大 若气体的 体积增大 单位体积的气体分子个数减小 其压强可以不变 答案为 例 例 一定质量的气体处于平衡状态 现设法使其温度降低而压强升高 达到平衡 状态 则 1999 年全国高考题 状态 时气体的密度比状态 时的大 状态 时分子的平均动能比状态 时的大 状态 时分子间的平均距离比状态 时的大 状态 时每个分子动能都比状态 时的分子平均动能大 解析 解析 温度是分子平均动能的标志 温度降低 分子的平均动能必然减小 项 正确 分子的平均动能减小 并不表示每一个分子的动能都减小 分子动理论是统计 规律 都是对大量分子而言 对某个分子并不具备分子动理论的特征 所以 项错误 气体压强由分子的平均速率和单位体积内的分子个数两个因素决定 温度降低使分子 的平均速率减小 而其压强升高 必是因为单位体积的分子数增多引起 即气体的密 度增大 分子间的平均距离减小 所以 项错误 项正确 能力提升能力提升 知识与技能 在自然界能够达到的温度是 106 273 15 1 关于气体的体积 下列说法中正确的是 气体的体积与气体的质量成正比 气体的体积与气体的密度成正比 气体的体积就是所有气体分子体积的总和 气体的体积与气体的质量 密度和分子的体积无关 只决定于容器的容积 在一容器中用活塞封闭有气体 下列哪一种情况是可能的 使气体温度升高 同时压强增大 使气体温度升高 体积减小 而压强增大 使气体温度保持不变 但压强和体积同时增大 使气体的温度降低 气体的压强和密度同时减小 密封容器中气体的压强 是由于气体受到重力产生的 是由于气体分子的相互作用力产生的 是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的 当容器自由下落时减小为零 一定质量的气体 若保持温度不变而增大其压强 则 单位体积内气体分子数一定增加 单位体积内气体分子数可能减少 气体分子热运动的平均动能增加 气体分子的平均动能可能减少 用心 爱心 专心9 能力与素质 给汽车轮胎打气 使胎内空气达到所需的压强 冬天和夏天相比 胎内的气体的 质量是否相同 为什么 效果验收效果验收 根据下列哪一组数据 可以算出水分子的体积 水的密度和水的摩尔体积 水的摩尔质量和阿佛伽德罗常数 水的密度 阿佛伽德罗常数 水的密度 水的摩尔质量 阿佛伽德罗常数 关于布朗运动 说法不正确的是 布朗运动不是分子的运动 但反映了液体分子的无规则运动 布朗运动的剧烈程度与液体的温度有关 布朗运动的明显程度与微粒的大小无关 布朗运动的无规则性与液体的种类 微粒的物质种类无关 温度相同的氧气 氢气 关于它们的分子的动能说法正确的是 每一个氧分子和每一个氢分子的动能相同 一克氧分子和一克氢分子的动能相同 一摩尔的氧分子和一摩尔的氢分子的动能相同 氧气 氢气的内能相同 下列说法正确的是 物体的温度升高时 一定吸收了热量 物体的内能增加时 外界一定对物体做了功 冰化成 的水 水的内能增大 物体由静止突然加速运动时 内能增大 甲和乙两个分子相距较远 若将甲固定 然后使乙逐渐向甲移动 直到不能再靠 近为止 则在这个过程中 分子力总是做正功 分子力总是做负功 先是分子力做负功 后是分子力做正功 先是分子力做正功 后是分子力做负功 有关物体的内能 以下说法正确的是 g 水的内能比 g 冰的内能大 电流通过电阻时发热 内能增加 是热传递的结果 气体膨胀 它的内能一定减小 橡皮筋被拉伸时 分子间势能减小 行驶中的汽车制动后滑行一段距离 最后停下 流星在夜空中坠落并发出明亮的 火焰 降落伞在空中匀速下降 条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈 线圈中产生电 流 上述不同现象中所包含的相同的物理过程是 物体克服阻力做功 物体的动能转化为其他形式的能量 物体的势能转化为其他形式的能量 物体的机械能转化为其他形式的能量 用心 爱心 专心10 下列说法中正确的是 液体中悬浮微粒的布朗运动是做无规则运动的液体分子撞击微粒而引起的 物体的温度越高 其分子的平均动能越大 物体里所有分子动能的总和叫做物体的内能 只有热传递才能改变物体的内能 如图所示电冰箱的工作原理图 压缩机工作时 强迫制冷剂在冰箱内外管道中不 断循环 那么 下列说法中正确的是 在冰箱内的管道中 致冷剂迅速膨胀并吸收热量 在冰