高考物理一轮课件第11章第1单元分子动理论热力学定律与能量守恒

1、第十一章 热学,分子动理论的基本观点和实验依据 阿伏加德罗常数 气体分子运动速率的统计分布 温度是分子平均动能的标志、内能 热力学第一定律能量守恒定律,怎么考 对本章知识的考查主要涉及：(1)分子动理论(估算分子数目和大小)；(2)热力学第一定律(或与气体实验定律结合)；(3)气体实验定律和气体状态方程的应用该模块往往把热学知识综合在一起进行考查，题目多以选择题或填空题形式出现，在考查理想气体状态方程的应用时多以计算题的形式出现,怎么办复习时应以教材为主，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，建立宏观量与微观量的关系，如分子平均动能与温度对应，分子势能与体积对应，内能与温度、体

2、积、物质的量对应等,核心考点导学,师说： 本节内容主要包括分子力、分子势能、阿伏加德罗常数等概念，以及热力学定律、能量守恒定律等规律，是整个热力学最基础的内容，高考单独考查本节内容的几率较大，有时将本节内容与气体实验定律结合起来考查，考查的题型有选择、填空、计算等，考查的难度中等.,1物体是由大量分子组成的 (1)分子很小： 直径数量级为. 质量数量级为1027 kg1026 kg. (2)分子数目特别大，阿伏加德罗常数NA mol1,1010 m,6.021023,(3)微观量的估算： 阿伏加德罗常数是联系微观量和宏观量的桥梁，设阿伏加德罗常数为NA，物体的体积为V，物质的质量为m，物质的密

3、度为，摩尔体积为Vmol，摩尔质量为M，分子体积为V0，分子质量为m0，分子数为n，则：,2分子的热运动 (1)布朗运动： 永不停息、 运动 颗粒越小，运动越 温度越高，运动越 运动轨迹不确定，只能用 确定微粒做无规则运动,无规则,明显,激烈,位置连线,不能直接观察分子的无规则运动，而是用的无规则运动来反映液体分子的无规则运动 (2)热运动：物体里的分子永不停息地做 运动，这种运动跟温度 ，常称做热运动,固体小颗粒,无规则,有关,3分子间的相互作用力 (1)引力和斥力 存在，都随距离的增大而减小，变化更快 (2)分子力的特点： rr0时(r0的数量级为1010 m)，F引F斥，分子力F0； r

4、r0，时F引F斥，分子力F表现为 ；,同时,斥力,斥力,引力,r10r0时，F引、F斥十分微弱，分子力F . (3)分子力随分子间距离的变化图象(如图),0,3布朗运动和分子热运动的比较,1下列现象中不能说明分子间存在分子力的是() A两铅块能被压合在一起 B钢绳不易被拉断 C水不容易被压缩 D空气容易被压缩 解析：空气易被压缩，不是分子力问题而是压强和分子间隙问题 答案：D,1气体分子运动的特点 (1)气体分子之间的距离大约是分子直径的10倍，气体分子之间的作用力十分微弱，可以忽略不计 (2)气体分子的速率分布，表现出“ ”的统计分布规律 (3)气体分子向各个方向运动的机会均等,中间多、两头

5、少,(4)温度一定时，某种气体分子的速率分布是确定的，速率的平均值也是确定的，温度升高，气体分子的平均速率增大，但不是每个分子的速率都增大 2物体的内能 (1)分子的动能： 分子由于 而具有的动能 是物体分子热运动的平均动能的标志,热运动,温度,(2)分子势能： 由分子间的 和它们的相对位置决定的能量 分子势能跟物体的 有关系 分子势能的变化与分子间距离的变化的关系,相互作用,体积,分子势能的变化与分子力做功有关，可用分子力做功来量度(如图) 以r处为零势能处 当rr0时，分子力为引力，当r增大时，分子力做负功，分子势能增加,当rr0时，分子力为斥力，当r减小时，分子力做负功，分子势能增加 当

6、rr0时，分子势能最小(但不一定为零) (3)内能： 定义：物体内所有分子的动能和分子势能的总和 物体的内能跟物体的 和 都有关系 (4)改变物体内能的两种方式是和 ,温度,体积,做功,热传递,内能和机械能是两种不同形式的能量内能取决于分子热运动的情况，机械能取决于物体机械运动的情况，故物体机械能的大小不能决定内能的大小,3温度和温标 (1)温度： 温度在宏观上表示物体的冷热程度，在微观上表示分子的平均动能 温度是决定一个系统与另一个系统是否达到热平衡状态的物理量，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的比较：两种温标温度的零点不同，同一温度两种温标表示的

7、数值不同，但它们表示的温度间隔是相同的，即每一度的大小相同，tT. 关系：T t273.15 K.,(1)热力学温度的零值是低温极限，永远达不到，即热力学温度无负值 (2)温度是大量分子热运动的集体行为，对个别分子来说温度没有意义,1决定内能的因素 微观上：分子动能、分子势能、分子个数 宏观上：温度、体积、物质的量(摩尔数) 2改变物体的内能有两种方式 做功：当做功使物体的内能发生改变的时候，外界对物体做了多少功，物体内能就增加多少；物体对外界做了多少功，物体内能就减小多少,热传递：当热传递使物体的内能发生改变的时候，物体吸收了多少热量，物体内能就增加多少；物体放出了多少热量，物体内能就减小多

8、少 注意：(1)温度相同的任意两个物体分子平均动能相同，如温度相同的氢气和氧气分子平均动能相同，但由于氢气分子质量小于氧气分子质量，故氢气分子平均速率大于氧气分子平均速率 (2)做功和热传递在改变物体内能上是等效的,3. 两组概念的理解 (1)热量和内能 内能是由系统的状态决定的，状态确定，系统的内能也随之确定，要使系统的内能发生变化，可以通过热传递或做功两种方式来完成而热量是热传递过程中的特征物理量，和功一样，热量只是反映物体在状态变化过程中所迁移的能量，是用来衡量物体内能变化的有过程，才有变化，离开过程，毫无意义，就某一状态而言，只有“内能”，根本不存在什么“热量”和“功”，因此，不能说一

9、个系统中含有“多少热量”或“多少功”,(2)热量和温度 热量是热传递过程中的内能变化的量度而温度是系统内部大量分子做无规则运动的激烈程度的标志虽然热传递的前提是两个系统之间要有温度差，但是传递的是能量，不是温度,热传递不仅可使系统温度发生变化，还可使物质状态发生变化在物质状态变化中，传递给系统的热量并没有使系统的温度发生变化，因此不能说“系统吸收热量多，温度变化一定大”，也不能认为“系统的温度高，它放出的热量一定多”因为放出的热量，不但和温度的变化值有关，还和物质的比热容有关总之，热量和温度之间虽然有一定的联系，但它们是完全不同的两个物理量,21 g 100的水和1 g 100的水蒸气相比较，

10、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. 1 g 100的水的内能小于1 g 100的水蒸气的内能,解析：温度相同，分子的平均动能相同，质量相同，分子个数相同，所以分子的总动能相同，故A对B错由水变成水蒸气需吸热，故C错，D对 答案：AD,1热力学第一定律的理解 (1)由UQW，可知改变物体的内能有两种方式：做功和热传递，只考虑其中之一无法确定内能的变化,(2)在UQW中，W表示做功情况，说明内能和其他形式的能可以相互转化；Q表示吸热或放热的情况，说明内能可以从一个物体转移到另一个物体，而UQW是能量守恒定

11、律的具体体现,(3)热力学第一定律的符号规定,2.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,热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在有外界影响的条件下，热量可以从低温物体传到高温物体，如电

12、冰箱；在引起其他变化的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程,32011重庆高考某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体(),A对外做正功，分子的平均动能减小 B对外做正功，内能增大 C对外做负功，分子的平均动能增大 D对外做负功，内能减少,思路点拨：根据热力学第一定律及温度的微观含义进行理解 解析：气体膨胀，体积增大对外做功；由热力学第一定律UWQ，由于是绝热过程，故气体内能减少，气体温度降低，分子的平均动能减小 答案：A,4在“用油

13、膜法估测分子的大小”的实验中，所用油酸酒精溶液的浓度为每104 mL溶液中有纯油酸6 mL，用注射器测得1 mL上述溶液为75滴把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔在玻璃板上描出油膜的轮廊，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图所示，坐标中正方形方格的边长为1 cm.则,(1)油酸薄膜的面积是 _cm2. (2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是_mL.(取一位有效数字) (3)按以上实验数据估测出油酸分子直径约为_m(取一位有效数字),答案：(1)1153(2)8106(3)71010 警示：(1)必须注意单位的统一 (2)计算油膜面积时，必须遵循“数格

14、子法”的原则(不足半个的舍去，大于半个的算一个),考向案例研究,例12012广东 清晨 ，草叶上的露珠是由空气中的水汽凝结成水珠 ，这一物理过程中，水分子间的() A. 引力消失 ，斥力增大 B. 斥力消失，引力增大 C. 引力、斥力都减小 D. 引力、斥力都增大,(一)解读审题视角 根据分子力特点即可判断 (二)名师分析解题 水汽凝结为水珠分子间距离减小，分子间引力和斥力都增大 (三)调用所学解题(D),(四)一语道破天机 与分子力特点有关的习题主要有三类：一是判断对分子力特点的描述是否正确二是利用分子力特点研究分子力做功，分子的加速度三是与实际相关联的问题要正确分析这些问题，必须准确把握分

15、子力的特点，熟知分子间斥力、引力及合力随分子间距离的变化规律,(五)同类跟踪训练 12010上海分子间的相互作用力由引力与斥力共同产生，并随着分子间距的变化而变化，则(),A分子间引力随分子间距的增大而增大 B分子间斥力随分子间距的减小而增大 C分子间相互作用力随分子间距的增大而增大 D分子间相互作用力随分子间距的减小而增大,解析分子间的引力和斥力都随分子间距离增大而减小斥力变化得快些，据此可知A项错误、B项正确分子间相互作用力是分子引力与分子斥力的合力，简称分子力分子力随分子间距的变化特点是非单调的，有最小值，故C、D两项均错分子力和分子间距离关系图象如图所示选B. 答案B,例22012四川

16、物体由大量分子组成，下列说法正确的是() A. 分子热运动越剧烈，物体内每个分子的动能越大 B. 分子间引力总是随着分子间距离减小而减小 C. 物体的内能跟物体的温度和体积有关 D. 只有外界对物体做功才能增加物体的内能,(一)解读审题视角 由分子热运动的特点判断A，分子间作用力特点判断B，由内能的定义可判断C，改变内能方式有两种，即做功和热传递，可判断D. (二)名师分析解题 分子热运动符合统计规律“中间多、两头少”，分子热运动越剧烈，物体内个别分子的动能可能更小，故A错；分子间的引力和斥力都随分子间距的减小而增大，B错；做功和热传递都可以改变物体的内能，D错；根据内能的定义可知C正确正确答

17、案为C.,(三)调用所学解题(C) (四)一语道破天机 从本质上说，分子无规则运动的剧烈程度只与物体的温度有关，而与物体的宏观运动情况无关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布朗运动中的微粒是由成千上万个分子组成的“分子集团”,(五)同类跟踪训练 22012大纲卷下列关于布朗运动的说法，正确的是() A布朗运动是液体分子的无规则运动 B. 液体温度越高，悬浮粒子越小，布朗运动越剧烈 C布朗运动是由于液体各个部分的温度不同而引起的 D布朗运动是由液体分子从各个方向对悬浮粒子撞击作用的不平衡引起的,解析布朗运动是悬浮颗粒的无规则运动，不是液体分子的运动

18、，选项A错；液体的温度越高，悬浮颗粒越小，布朗运动越剧烈，选项B正确；布朗运动是由于液体分子从各个方向对悬浮粒子撞击作用不平衡引起的，选项C错，选项D正确. 答案BD,例32011全国卷，22在用“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤： 往边长约为40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上 用注射器将事先配制好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定,将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小 用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由

19、此计算出一滴油酸酒精溶液的体积 将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上,完成下列填空： (1)上述步骤中，正确的顺序是_(填写步骤前面的数字) (2)将1 cm3的油酸溶于酒精，制成300 cm3的油酸酒精溶液；测得1 cm3的油酸酒精溶液有50滴现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜的面积是0.13 m2.由此估算出油酸分子的直径为_m(结果保留一位有效数字),(三)调用所学解题 (1)(2)51010 (四)一语道破天机 (1)由宏观量通过阿伏加德罗常数做桥梁，便可求出微观量应用公式时一定要注意各量的物理意义,(五)同类跟踪训练 32010江苏物理已知潜水员在岸上和海底吸入空气的密度分别为1.3 kg/m3和2.1 kg/m3，空气的摩尔质量为0.029 kg/mol，阿伏加德罗常数NA6.021023 mol1.若潜水员呼吸一次吸入2 L空气，试估算潜水员在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空气的分子数(结果保留一位有效数字