高考物理一轮复习 第十三章 热学 1 分子动理论 内能课件.ppt

选考内容 第十三章热学 选修3 3 3 4 第1节分子动理论内能 6 一 分子动理论的基本观点和实验依据 阿伏加德罗常数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10 10m 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 通常取na 6 02 1023mol 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 7 2 分子永不停息地做无规则运动 1 扩散现象 定义 不同物质能够彼此进入对方的现象 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 而是由分子的无规则运动产生的物质迁移现象 温度越高 扩散现象越明显 2 布朗运动 定义 悬浮在液体中的小颗粒的永不停息的无规则运动 实质 布朗运动反映了液体分子的无规则运动 特点 颗粒越小 运动越明显 温度越高 运动越剧烈 3 热运动 分子永不停息地做无规则运动叫作热运动 特点 分子的无规则运动和温度有关 温度越高 分子运动越激烈 8 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同时存在的 实际表现出的分子力是引力和斥力的合力 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减小 随分子间距离的减小而增大 但斥力比引力变化得快 9 3 分子力与分子间距离的关系图线由分子间的作用力与分子间距离关系图线 如图所示 可知 当r r0时 f引 f斥 分子力为零 当r r0时 f引 f斥 分子力表现为引力 当r r0时 f引 f斥 分子力表现为斥力 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 10 二 温度是分子平均动能的标志内能1 温度一切达到热平衡的系统都具有相同的温度 2 两种温标摄氏温标和热力学温标 关系 t t 273 15k 3 分子的动能 1 分子动能是分子热运动所具有的动能 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 温度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总和 11 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相对位置决定的能 2 分子势能的决定因素 微观上 决定于分子间距离和分子排列情况 宏观上 决定于体积和状态 5 物体的内能 1 概念理解 物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和 是状态量 2 决定因素 对于给定的物体 其内能大小由物体的温度和体积决定 即由物体内部状态决定 3 影响因素 物体的内能与物体的位置高低 运动速度大小无关 4 改变物体内能的两种方式 做功和热传递 12 1 教材上是如何阐述布朗研究花粉的运动是 花粉自发的运动 的 提示布朗利用保存了上百年的植物标本的微粒 还用了一些没有生命的无机物粉末进行实验 结果只要微粒足够小 都会发生这种无规则运动 2 教材上是怎样阐述焦耳探究功与内能转换关系的 提示在一个绝热过程中 焦耳通过不同重物对水做功 或不同电流通过电阻丝对水加热 结果发现无论重力做功 还是电流做功 只要是做功相等 水升高的温度相同 由此得到 做功的数量只由过程始 末两个状态决定 而与做功方式无关 13 考点一 考点二 考点三 考点一微观量的估算 师生共研 1 两种分子模型物质有固态 液态和气态三种情况 不同物态下应将分子看成不同的模型 1 固体 液体分子一个一个紧密排列 可将分子看成球形或立方体形 如图所示 分子间距等于小球的直径或立方体的棱长 所以 14 考点一 考点二 考点三 2 气体分子不是一个一个紧密排列的 它们之间的距离很大 所以气体分子的大小不等于分子所占有的平均空间 如图所示 此时每个分子占有的空间视为棱长为d的立方体 所以d 提醒 对于气体 利用d 得到的不是分子直径 而是气体分子间的平均距离 15 考点一 考点二 考点三 2 微观量与宏观量间的关系微观量 分子体积v0 分子直径d 分子质量m0 宏观量 物体的体积v 摩尔体积vmol 物体的质量m 摩尔质量m 物体的密度 16 考点一 考点二 考点三 例1 2016 上海嘉定区模拟 铜的摩尔质量为m 密度为 阿伏加德罗常数为na 1个铜原子所占的体积是 答案 解析 17 考点一 考点二 考点三 例2已知地球大气层的厚度h远小于地球半径r 空气平均摩尔质量为m 阿伏加德罗常数为na 地面大气压强为p0 重力加速度大小为g 由此可估算得 地球大气层空气分子总数为 空气分子之间的平均距离为 答案 解析 18 考点一 考点二 考点三 规律总结微观量的求解方法 1 分子的大小 分子体积 分子质量属微观量 直接测量它们的数值非常困难 可以借助较易测量的宏观量结合摩尔体积 摩尔质量等来估算这些微观量 其中阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁和纽带 2 建立合适的物理模型 通常把固体 液体分子模拟为球形或立方体形 气体分子所占据的空间可模拟为立方体模型 19 考点一 考点二 考点三 突破训练1 2016 江苏连云港模拟 2015年2月 美国科学家制造出一种利用细菌将太阳能转化为液体燃料的 人造树叶 系统 使太阳能取代石油成为可能 假设该 人造树叶 工作一段时间后 能将10 6g的水分解为氢气和氧气 已知水的密度 1 0 103kg m3 摩尔质量m 1 8 10 2kg mol 阿伏加德罗常数na 6 0 1023mol 1 试求 结果均保留一位有效数字 1 被分解的水中含有水分子的总数n 2 一个水分子的体积v 答案 解析 20 考点一 考点二 考点三 考点二布朗运动与分子热运动 自主悟透 21 考点一 考点二 考点三 突破训练2 多选 2016 广东惠州模拟 某同学观察布朗运动 并提出这样的观点 正确的是 a 布朗运动指的是花粉微粒的无规则运动b 布朗运动指的是液体分子的无规则运动c 温度为0 时 液体分子的平均动能为零d 花粉微粒越大 其无规则运动越剧烈 答案 解析 22 考点一 考点二 考点三 特别提醒1 扩散现象直接反映了分子的无规则运动 并且可以发生在固体 液体 气体任何两种物质之间 2 布朗运动不是分子的运动 是液体分子无规则运动的反映 23 考点一 考点二 考点三 考点三分子力 分子势能及物体的内能 多维探究 1 用类比法理解分子力做功与分子势能变化的关系重力做正功 重力势能减小 重力做负功 重力势能增大 同样 分子力做正功 分子势能减小 分子力做负功 分子势能增大 因此可用类比法理解分子力做功与分子势能变化的关系 24 考点一 考点二 考点三 2 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ep 0 1 当r r0时 分子力为引力 当r增大时 分子力做负功 分子势能增加 2 当r r0时 分子力为斥力 当r减小时 分子力做负功 分子势能增加 3 当r r0时 分子势能最小 25 考点一 考点二 考点三 3 物体的内能与机械能的比较 26 考点一 考点二 考点三 27 考点一 考点二 考点三 考向1分子力 分子势能与分子间距离的关系例3 多选 2016 海南海口模拟 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 答案 解析 28 考点一 考点二 考点三 考向2物体的内能例4 多选 2016 甘肃天水模拟 关于物体的内能 温度和分子的平均动能 下列说法正确的是 a 温度低的物体内能一定小b 温度低的物体分子平均动能一定小c 外界对物体做功时 物体的内能不一定增加d 物体自由下落时速度增大 所以物体分子的平均动能也增大 答案 解析 29 考点一 考点二 考点三 方法归纳1 判断分子势能变化的两种方法 1 根据分子力做功判断 分子力做正功 分子势能减小 分子力做负功 分子势能增大 2 利用分子势能与分子间距离的关系图线判断 但要注意此图线和分子力与分子间距离的关系图线形状虽然相似但意义不同 不要混淆 2 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