2014高考物理一轮知识总复习课件：第十一章《热学》第1单元《分子动理论》《内能》

分子动理论 想一想 在国际单位制中 金属铝的密度为 它的摩尔质量为M 阿伏加德罗常数为NA 则1m3和1kg铝所含铝原子的个数分别是多少 1个铝原子的质量和占有的体积分别是多少 记一记 1 物体是由大量分子组成的 1 分子的大小 分子的直径 视为球模型 数量级为m 分子的质量 数量级为10 26kg 2 阿伏加德罗常数 1mol的任何物质都含有相同的粒子数 通常可取NA mol 1 阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁 10 10 6 02 1023 2 分子永不停息地做无规则运动 1 扩散现象 定义 物质能够彼此进入对方的现象叫做扩散 实质 扩散现象并不是外界作用引起的 也不是化学反应的结果 而是由物质分子的无规则运动产生的 2 布朗运动 定义 悬浮在液体中的小颗粒的永不停息地运动叫做布朗运动 不同 无规则 特点 永不停息 无规则 颗粒越小 温度越高 布朗运动越显著 布朗运动是由成千上万个分子组成的 分子集团 即的运动 布朗运动的无规则性是液体 气体 分子运动的反映 3 热运动分子的无规则运动和温度有关 温度越高 分子运动越激烈 分子永不停息地运动叫做热运动 固体颗粒 无规则性 无规则 3 分子间同时存在引力和斥力 1 物质分子间存在空隙 分子间的引力和斥力是存在的 实际表现出的分子力是引力和斥力的 2 分子力随分子间距离变化的关系 分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而 随分子间距离的减小而 但斥力比引力变化的 3 分子力与分子间距离关系图线 同时 合力 减小 增大 快 由分子间的作用力与分子间距离关系图线 如图11 1 1所示 可知 当r r0时 F引 F斥 分子力为 当r r0时 F引 F斥 分子力表现为 当r r0时 F引 F斥 分子力表现为 当分子间距离大于10r0 约为10 9m 时 分子力很弱 可以忽略不计 图11 1 1 0 引力 斥力 4 统计规律由于物体是由数量极多的分子组成的 这些分子并没有统一的运动步调 单独来看 各个分子的运动都是不规则的 带有偶然性的 但从总体来看 大量分子的运动却有一定的规律 这种规律叫做统计规律 大量分子的集体行为受到统计规律的支配 试一试 1 如图11 1 2所示 甲分子固定在坐标原点O 乙分子沿x轴运动 两分子间的分子势能Ep与两分子间距离的变化关系如图中曲线所示 图中分子势能的最小值为 E0 若两分子所具有的总能量为0 则下列说法中正确的是 A 乙分子在P点 x x2 时 加速度最大B 乙分子在P点 x x2 时 其动能为E0 图11 1 2 C 乙分子在Q点 x x1 时 处于平衡状态D 乙分子的运动范围为x x1解析 x2处分子势能最小 则分子动能最大 分子力为0 加速度为0 故选项A错 B正确 因x1处分子力不为0 故不是平衡状态 选项C错误 在x1处因分子势能为零 故分子动能为零 速度为零 故乙分子会沿原路返回 故选项D正确 答案 BD 温度 温标与物体的内能 想一想 物体内分子的平均动能 分子势能以及内能 在宏观上分别由什么决定 提示 物体分子的平均动能由温度决定 分子势能由物体的体积决定 物体的内能跟物体的温度和体积都有关系 记一记 1 温度两个系统处于热平衡时 它们具有某个 共同的热学性质 我们把表征这一 共同热学性质 的物理量定义为温度 一切达到热平衡的系统都具有相同的 2 两种温标摄氏温标和热力学温标 关系 T 温度 t 273 15K 3 分子的动能 1 分子动能是所具有的动能 2 分子热运动的平均动能是所有分子热运动的动能的平均值 是分子热运动的平均动能的标志 3 分子热运动的总动能是物体内所有分子热运动动能的 4 分子的势能 1 意义 由于分子间存在着引力和斥力 所以分子具有由它们的决定的能 分子热运动 温度 总和 相对位置 2 分子势能的决定因素微观上 决定于和分子排列情况 宏观上 决定于和状态 5 物体的内能 1 等于物体中所有分子的热运动与的总和 是状态量 2 对于给定的物体 其内能大小由物体的和决定 3 物体的内能与物体的位置高低 运动速度大小 分子间距离 体积 动能 分子势能 温度 体积 无关 试一试 2 1g100 的水和1g100 的水蒸气相比较 下列说法正确的是 A 分子的平均动能和分子的总动能都相同B 分子的平均动能相同 分子的总动能不同C 内能相同D 1g100 的水的内能小于1g100 的水蒸气的内能 解析 温度相同则它们的分子平均动能相同 又因为1g水和1g水蒸气的分子数相同 因而它们的分子总动能相同 A正确 B错误 当100 的水变成100 的水蒸气时 分子间距离变大 分子力做负功 分子势能增加 该过程吸收热量 所以1g100 的水的内能小于1g100 的水蒸气的内能 C错误 D正确 答案 AD 热力学定律与能量守恒 想一想 蒸汽机 内燃机等热机以及电冰箱工作时都利用了气体状态变化来实现能量的转移和转化 我们把这些气体称为工质 某热机经过一个循环后 工质从高温热源吸热Q1 对外做功W 又向低温热源放热Q2 工质完全恢复初始状态 内能没有变化 根据热力学第一定律 在工质的一个循环中 Q Q2 W三者之间满足的关系 热机的效率不可能达到100 从能量转化的角度说明了什么 提示 Q1 Q2 W 说明内能不能完全转化为机械能 记一记 1 热力学第一定律 1 改变物体内能的两种方式 2 热力学第一定律 内容 一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的与外界对它所做的功的和 表达式 U 做功 热传递 热量 Q W 2 热力学第二定律 1 热力学第二定律的两种表述 克劳修斯表述 热量不能从低温物体传到高温物体 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 或表述为 永动机是不可能制成的 2 用熵的概念表示热力学第二定律在任何自然过程中 一个孤立系统的总熵不会 填 增大 或 减小 3 热力学第二定律的微观意义一切自发过程总是沿着分子热运动的增大的方向进行 自发地 不产生其他影响 第二类 减小 无序性 3 能量守恒定律 1 能量守恒定律能量既不会凭空产生 也不会凭空消失 它只能从一种形式为另一种形式 或者从一个物体到别的物体 在转化或转移的过程中 能量的保持不变 2 能源的利用 存在能量耗散和 重视利用能源时对的影响 要开发新能源 如 生物质能 风能 水流能等 转化 转移 总量 品质下降 环境 太阳能 试一试 3 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 0K是绝对零度 不可能达到 A项错 由热力学第一定律可知 C D选项错 故选B 答案 B 微观量的估算 图11 1 3 图11 1 4 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 例1 2012 云南部分名校联考 水立方 国家游泳中心是北京为2008年夏季奥运会修建的主游泳馆 水立方游泳馆共有8条泳道的国际标准比赛用游泳池 游泳池长50m 宽25m 水深3m 设水的摩尔质量为M 1 8 10 2kg mol 试估算该游泳池中水分子数 尝试解题 游泳池中水体积V 50 25 3m3 3750m3 质量m V 1 0 103 3750kg 3 75 106kg 物质的量为n m M 2 1 108mol 该游泳池中水分子数N nNA 2 1 108 6 1023 1 26 1032 答案 1 26 1032 分子力 分子势能与分子间距离的关系 1 分子力与分子势能 与分子间距的关系图象 分子势能Ep 分子间的相互作用力F 名称项目 r增大 斥力做正功 分子势能减少r减小 斥力做负功 分子势能增加 F引和F斥都随距离的增大而减小 随距离的减小而增大 F引 F斥 F表现为斥力 r r0 随分子间距的变化情况 分子势能Ep 分子间的相互作用力F 名称项目 r 10r0 10 9m 分子势能为零 F引和F斥都已十分微弱 可以认为分子间没有相互作用力 分子势能最小 但不为零 F引 F斥 F 0 r r0 r增大 引力做负功 分子势能增加r减小 引力做正功 分子势能减少 F引和F斥都随距离的增大而减小 随距离的减小而增大 F引 F斥 F表现为引力 r r0 随分子间距的变化情况 分子势能Ep 分子间的相互作用力F 名称项目 例2 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 尝试解题 当分子间距为r0时为平衡位置 当r r0时分子间表现为引力 且其随r的增大而先增大后减小 一直做负功 分子势能增大 故A B错 当r r0时分子间表现为斥力 且分子力随着r的减小而增大 当r减小时分子力做负功 分子势能增大 故选项C正确 D错 答案 C 1 分子势能在平衡位置有最小值 无论分子间距离如何变化 靠近平衡位置 分子势能减小 反之增大 2 判断分子势能的变化有两种方法 看分子力的做功情况 直接由分子势能与分子间距离的关系图线判断 但要注意其和分子力与分子间距离的关系图线的区别 热力学定律的应用 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 内能减少 物体放出热量 物体对外界做功 内能增加 物体吸收热量 外界对物体做功 U Q W 符号 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 例3 2012 新课标全国卷 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加C 可以从单一热源吸收热量 使之完全变为功D 不可能使热量从低温物体传向高温物体E 功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程 尝试解题 改变内能的方法有做功和热传递两种 所以为了增加物体的内能 必须对物体做功或向它传递热量 选项A正确 对物体做功的同时物体向外界放热 则物体的内能可能不变或减小 选项B错误 根据热力学第二定律可知 在对外界有影响的前提下 可以从单一热源吸收热量 使之完全变为功 选项C正确 在有外界做功的条件下 可以使热量从低温物体传递到高温物体 选项D错误 根据热力学第二定律可知 选项E正确 答案 ACE 随堂巩固落实 1 2012 福州质检 被压瘪但尚未破裂的乒乓球放在热水里泡一会儿 就会重新鼓起来 这一过程乒乓球内的气体 A 吸热 对外做功 内能不变B 吸热 对外做功 内能增加C 温度升高 对外做功 内能不变D 压强增大 单位体积内分子数增大解析 被压瘪但尚未破裂的乒乓球放在热水里泡一会儿 乒乓球内气体吸热 温度升高 体积增大 对外做功 内能增加 选项B正确 答案 B 2 2013 九江联考 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 3 2012 广东高考 景颇族祖先发明的点火器如图11 1 5所示 用牛角做套筒 木制推杆前端粘着艾绒 猛推推杆 艾绒即可点燃 对筒内封闭的气体 在此压缩过程中 A 气体温度升高 压强不变B 气体温度升高 压强变大C 气体对外界做正功 气体内能增加D 外界对气体做正功 气体内能减少解析 压缩气体时 外界对气体做功 内能增加 温度升高 体积变小 压强增大 所以只有B正确 答案 B 图11 1 5 4 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 则阿伏加德罗常数NA可表示为 解析 气体分子间距离很大 气体的体积并不等于每个分子的体积之和 A错 气体的质量等于每个分子质量之和 C对 由M V知B对 气体的密度是对大量气体分子而言的 一个分子质量m V0 D错 答案 BC 5 一定量的气体内能增加了3 105J 1 若吸收了2 105J的热量 则是气体对外界做功 还是外界对气体做功 做了多少焦耳的功 2 若气体对外界做了4 105J的功 则是气体放热还是从外界吸热 放出或吸收的热量是多少 解析 1 由热力学第一定律 U Q W得W U Q 3 105J 2 105J 1 105J外界对气体做功 2 由 U Q W得Q U W 3 105J 4 105J 7 105J气体从外界吸热 答案 1 外界对气体做功1 105J 2 气体从外界吸热7 105J 课时跟踪检测见 课时跟踪检测 三十九 给有能力的学生加餐 1 2012 南宁考试 下列说法中正确的是 A 在一房间内 打开一台冰箱的门 再接通电源 过一段时间后 室内温度就会降低B 从目前的理论看来 只要实验设备足够高级 可以使温度降低到 274 C 第二类永动机是不能制造出来的 尽管它不违反热力学第一定律 但它违反热力学第二定律D 机械能可以自发地全部转化为内能 内能也可以全部转化为机械能而不引起其他变化 解析 根据能量守恒定律 在一房间内 打开一台冰箱的门 再接通电源 过一段时间后 电能转化为内能 室内温度就会升高 选项A错误 绝对零度不可能达到 更不可以使温度降低到 274 选项B错误 第二类永动机是不能制造出来的 尽管它不违反热力学第一定律 但它违反热力学第二定律 选项C正确 机械能可以自发地全部转化为内能 根据热力学第二定律 内能不可以全部转化为机械能而不引起其他变化 选项D错误 答案 C 2 2012 江西重点中学联考 关于物体的内能变化 以下说法中正确的是 A 物体吸收热量 内能一定增大B 物体对外做功 内能一定减小C 物体吸收热量 同时对外做功 内能可能不变D 物体放出热量 同时对外做功 内能可能不变解析 物体吸收热量 若同时对外做功 内能不一定增大 选项A错误 物体对外做功 若同时吸收热量 内能不一定减小 选项B错误 物体吸收热量 同时对外做功 内能可能不变 选项C正确 物体放出热量 同时对外做功 内能一定减小 选项D错误 答案 C 3 2012 东北四校模拟 对一定量的气体 下列说法正确的是 A 在体积缓慢地不断增大的过程中 气体一定对外界做功B 在压强不断增大的过程中 外界对气体一定做功C 在体积不断被压缩的过程中 内能一定增加D 在与外界没有发生热量交换的过程中 内能一定不变 解析 在体积缓慢地不断增大的过程中 气体一定对外界做功 选项A正确 在压强不断增大的过程中 只要体积不变 外界对气体不做功 选项B错误 在体积不断被压缩的过程中 外界对气体做功 若同时散热 内能不一定增加 选项C错误 在与外界没有发生热量交换的过程中 若气体对外做功或外界对气体做功 都可以改变气体内能 选项D错误 答案 A 4 2012 海南高考 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1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处时分子势能为零 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r r0阶段 F做负功 分子动能减小 势能也减小 图1 C 在r r0时 分子势能最小 动能最大D 在r r0时 分子势能为零E 分子动能和势能之和在整个过程中不变解析 在r r0阶段 两分子间的斥力和引力的合力F表现为引力 两分子在分子力作用下 由静止开始相互接近 F做正功 分子动能增加 势能减小 选项A正确 在r r0阶段 两分子间的斥力和引力的合力F表现为斥力 F做负功 分子动能减小 势能增大 选