（江苏版 5年高考3年模拟A版）2020年物理总复习 专题十二 热学课件

1、专题十二热学 高考物理（江苏专用）高考物理（江苏专用） 考点一分子动理论、内能考点一分子动理论、内能 考点考点清单清单 考向基础考向基础 一、物体是由大量分子组成的一、物体是由大量分子组成的 1.分子的大小分子的大小极小极小 分子直径的数量级:10-10 m。 分子直径可用油膜法估测。 2.分子的质量很小,一般物质分子质量的数量级是:10-26 kg。 3.阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数 定义:1 mol的任何物质中含有相同的微粒个数,用符号NA表示,NA= 6.021023 mol-1 。 4.分子的两种理想模型分子的两种理想模型 球模型:V=d 3。 立方体模型:V=d 3。 注意 对固体和

2、液体,可以认为分子是一个个紧密排列在一起的小球, 对气体,由于分子间距离较大,可以利用立方体模型计算分子间的距离。 5.分子的大小、质量与物体的体积、质量的关系分子的大小、质量与物体的体积、质量的关系 (1)已知物体的摩尔体积Vmol和一个分子的体积V0,求NA,则NA=;知NA 和Vmol亦可估算分子的大小。 (2)已知物体的摩尔质量M和一个分子的质量m0,求NA,则NA=;知NA和 1 6 mol 0 V V 0 M m NA= , NA= mol M m分 mol V V分 阿伏加德罗常数是联系宏观和微观的桥梁。 M亦可估算分子的质量。 (3)已知物体的体积V和摩尔体积Vmol,求物体的

3、分子数n,则n=。 (4)已知物体的质量m和摩尔质量M,求物体的分子数n,则n=。 二、分子永不停息地做无规则运动二、分子永不停息地做无规则运动 扩散现象和布朗运动都说明分子做无规则运动。运动的剧烈程度与温 度有关。 1.扩散现象扩散现象:相互接触的物质彼此进入对方的现象。温度越高 ,扩 散越快。 2.布朗运动布朗运动 产生的原因:各个方向的液体分子对颗粒碰撞的不平衡 。 A mol NV V A Nm M 布朗运动的特点: 永不停息、无规则运动;颗粒越小,运动越剧烈;温度越高,运动越剧烈; 运动轨迹不确定。 布朗颗粒:布朗颗粒用肉眼直接看不到,但在显微镜下能看到,因此用肉 眼看到的颗粒所做的

4、运动,不能叫布朗运动。布朗颗粒直径约为10-6 m (包含约1021个分子),而分子直径约为10-10 m,布朗颗粒的运动是 分子运动 的间接反映。 三、分子间存在着相互作用力三、分子间存在着相互作用力 1.分子间同时存在相互作用的引力和斥力。 2.分子力分子力:引力和斥力的合力。引力和斥力的合力。 3.r0为分子间引力和斥力大小相等时的距离,其数量级为10-10 m。 4.如图所示,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,但引力不如斥力变化快。 r=r0时,F引=F斥,分子力F=0。 rr0时,F引r0时,F引F斥,分子力F为引力。 r10r0时,F引、

5、F斥迅速减弱,几乎为零,分子力F0。 四、物体的内能四、物体的内能 1.分子平均动能分子平均动能 物体内所有分子动能的平均值叫做分子热运动的平均动能。温度 是分子热运动的平均动能的标志,温度 越高,分子的平均动能 越大。 2.分子势能分子势能 (1)概念:由分子间的相互位置和相互作用 而决定的能量。 (2)影响分子势能大小的相关因素 微观上:分子势能的大小与分子间距离有关。 当分子间距离rr0时,分子势能随分子间距离的增大 而增大; 当rr0时,分子力表现为引力,当r增大时,分子力做负功,分子势能增加。 (2)当rr0阶段,F做正功,分子动能增加,势能减小 B.在rr0阶段,当r减小时F做正功

6、,分子势能减小,分子动能增加,故选项A正确。 在rr0阶段,当r减小时F做负功,分子势能增加,分子动能减小,故选项B错误。 当r=r0时,分子势能最小,动能最大,故选项C正确。 在整个相互接近的过程中分子动能和势能之和保持不变,故选项D正确。 答案答案 ACD 考点二固体、液体和气体考点二固体、液体和气体 考向基础考向基础 一、气体一、气体 1.描述气体的状态能量描述气体的状态能量 (1)温度(T或t) A.物理意义:宏观上表示物体的冷热程度;微观上标志物体分子热运动 的剧烈程度,它是物体分子热运动的平均动能 的标志。 B.两种温标 a.摄氏温标(t):单位。在1个标准大气压下,冰的熔点为0

7、,水的沸点 为100 。 b.热力学温标(T):单位K。把-273 作为0 K。绝对零度(0 K)是低温的 极限,只能接近不能达到。 c.两种温标的关系:就单位温度表示的冷热差别来说,两种温标是相同 的,只是零值的起点不同,所以二者关系为T=t+273 K,T=t。 (2)体积(V) A.意义:气体分子所占据的空间,也就是气体所充满的容器的容积。 B.单位:m3,1 m3=103 L=106 mL。 (3)压强(p) A.产生的原因 由于大量分子无规则地运动而碰撞器壁,形成对器壁各处均匀、持续的 压力,作用在器壁单位面积上的压力叫做气体的压强。 B.决定气体压强大小的因素 a.宏观上:决定于气

8、体的温度 和体积 。 b.微观上:决定于分子的平均动能 和单位体积的分子数 。 C.常用单位及换算关系 帕斯卡(Pa):1 Pa=1 N/m2 1 atm=1.013105 Pa (4)气体的状态及变化 A.对于一定质量的气体,如果温度、体积、压强这三个量都不变,我们 就说气体处于一定的状态。 B.一定质量的气体,p与T、V有关。三个参量中不可能只有一个参量发 生变化,至少有两个或三个同时改变。 2.气体实验定律及理想气体状态方程气体实验定律及理想气体状态方程 (1)玻意耳定律 a.内容:一定质量的某种气体,在温度不变的情况下,压强与体积成反比。 b.公式:pV=C或p1V1=p2V2。 c.

9、条件:质量一定,温度不变。 (2)查理定律 a.内容:一定质量的某种气体,在体积不变的情况下,压强与热力学温度 成正比。 b.公式:=C或=。 c.条件:质量一定,体积不变。 p T 1 1 p T 2 2 p T (3)盖吕萨克定律 a.内容:一定质量的某种气体,在压强不变的情况下,其体积与热力学温 度成正比。 b.公式:=C或=。 c.条件:质量一定,压强不变。 (4)理想气体的状态方程 a.理想气体 宏观上讲,理想气体是指在任何条件下始终遵守气体实验定律 的 气体,实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下,可视为理想气体。 微观上讲,理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力,即分子间无分 子

10、势能 。 V T 1 1 V T 2 2 V T b.理想气体的状态方程 一定质量的理想气体状态方程:=或=C。 气体实验定律可看做一定质量理想气体状态方程的特例。 1 1 1 pV T 22 2 p V T pV T 气体和气体分子运动的特点 (5)气体实验定律的微观解释 a.等温变化 一定质量的某种理想气体,温度保持不变时,分子的平均动能不变。在 这种情况下,体积减小时,分子的密集程度增大,气体的压强增大。 b.等容变化 一定质量的某种理想气体,体积保持不变时,分子的密集程度保持不变。 在这种情况下,温度升高时,分子的平均动能增大,气体的压强增大。 c.等压变化 一定质量的某种理想气体,温

11、度升高时,分子的平均动能增大。只有气 体的体积同时增大,使分子的密集程度减小,才能保持压强不变。 3.气体热现象的微观意义气体热现象的微观意义 热现象与大量分子热运动的统计规律有关,由于气体分子间的距离比较 大,大约是分子直径的10倍,分子间的作用力很弱,通常认为气体分子除 了相互碰撞或者跟器壁碰撞外,不受力的作用,因而气体会充满它能达 到的整个空间。分子的运动是杂乱无章的,在某一时刻向着各个方向运 动的气体分子数目都相等。尽管大量分子在做无规则运动,速率有大有 小,但分子的速率却按一定规律呈现“中间多、两头少”的分布。温度 升高气体分子的平均速率增大,但并不是每个气体分子的速率都增大。 二、

12、固体二、固体 1.固体分为晶体和非晶体两类。石英、云母、明矾、食盐、味精、蔗 糖等是晶体,玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是非晶体。 2.晶体的微观结构晶体的微观结构 (1)晶体的微观结构特点:组成晶体的物质微粒有规则 地、周期 性地在空间排列。 (2)用晶体的微观结构解释晶体的特点 现象原因 晶体有规则的外形内部微粒有规则的排列 晶体各向异性内部从任一结点出发在不同方向的相同距离上的微粒数不 同 晶体的多形性组成晶体的微粒可以形成 不 同的空间点阵 3.晶体与非晶体的比较晶体与非晶体的比较 三、液体和液晶三、液体和液晶 液体分子间距离比气体分子间距离小得多,液体分子间的作用力比固体分 子间的作

13、用力要小;液体内部分子间的距离在10-10 m左右。液晶是一种特 殊的物质,它既具有液体的流动性,又具有晶体的各向异性,它不是晶体。 分类 比较 晶体非晶体 单晶体多晶体 外形规则不规则不规则 熔点确定不确定 物理性质各向 异性 各向 同性 各向同性 原子排列有规则,但多晶体每个单晶体间的排列无规则无规则 形成与转化有的物质在不同条件下能够形成不同的形态,同一物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出 现,有些非晶体在一定条件下也可转化为晶体 典型物质石英、云母、食盐、硫酸铜玻璃、蜂蜡、松香 1.液体的表面张力液体的表面张力 (1)作用:液体的表面张力使液面具有收缩的趋势。 (2)方向:表面张力跟

14、液面相切,跟这部分液面的分界线垂直。 2.液晶液晶 (1)液晶分子既保持排列有序而显示各向异性 ,又可以自由移动 位置,保持了液体的流动性 。 (2)液晶分子的位置无序使它像液体 ,排列有序使它像晶体 。 (3)液晶分子的排列从某个方向看比较整齐,而从另外一个方向看则是 杂乱无章 的。 (4)液晶的物理性质很容易在外界的影响下 发生改变 。 四、饱和汽、饱和汽压和相对湿度四、饱和汽、饱和汽压和相对湿度 1.饱和汽与未饱和汽饱和汽与未饱和汽 (1)饱和汽:与液体处于动态平衡的蒸汽。 (2)未饱和汽:没有达到饱和状态的蒸汽。 2.饱和汽压饱和汽压 (1)定义:饱和汽所具有的压强。 (2)特点:液体

15、的饱和汽压与温度有关,温度越高,饱和汽压越大,且饱和汽 压与饱和汽的体积无关。 3.相对湿度 空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比,即: 相对湿度= 人体感受到的潮湿程度由相对湿度 决定。 水蒸气的实际压强 同温度水的饱和汽压 考向一考向一晶体和非晶体晶体和非晶体 1.单晶体具有各向异性,但不是在各种物理性质上都表现出各向异性。 2.只要是具有各向异性的物体必定是晶体,且是单晶体。 3.只要是具有确定熔点的物体必定是晶体,反之,必是非晶体。 4.晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。 考向突破考向突破 例例4下列说法正确的是() A.将一块晶体敲碎后,得到的小颗粒是非晶体 B.固体可

16、以分为晶体和非晶体两类,有些晶体在不同方向上有不同的光 学性质 C.由同种元素构成的固体,可能会由于原子的排列方式不同而成为不同 的晶体 D.在熔化过程中,晶体要吸收热量,但温度保持不变,内能也保持不变 解析解析 晶体被敲碎后,其空间点阵结构未变,仍是晶体,A错误;有些单晶 体光学性质各向异性,B正确;同种元素构成的固体,可能会由于原子的 排列方式不同而形成不同的晶体,C正确;在晶体熔化过程中,分子势能 会发生改变,内能也会改变,D错误。 答案答案 BC 例例5在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上石蜡,用烧热的针接触其上一 点,石蜡熔化的范围分别如图(a)、(b)、(c)所示,而甲、乙、丙三种固体

17、在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图(d)所示。则由此可判断 出甲为 ,乙为 ,丙为 。(填“单晶体”、“多 晶体”或“非晶体”) 解析解析晶体具有确定的熔点,非晶体没有确定的熔点。单晶体的物理性 质具有各向异性,多晶体的物理性质具有各向同性。 答案答案多晶体非晶体单晶体 考向二考向二两种气体压强的辨别两种气体压强的辨别 1.大气压强大气压强 (1)大气压强是由于空气受重力作用紧紧包围地球而对浸在它里面的物 体产生的压强。 (2)地面大气压的值与地球表面积的乘积,近似等于地球大气层所受的 重力值。 2.气体压强气体压强 (1)因密闭容器中的气体密度一般很小,由气体自身重力产生的压强极 小,

18、可忽略不计。 (2)气体压强是由气体分子频繁碰撞器壁产生的。 (3)气体压强由气体的体积和温度决定。 (4)密闭容器中气体对器壁的压强处处相等。 例例6关于压强下列说法中正确的是() A.大气压强是由于地球对大气的吸引而产生的 B.密闭容器中气体的压强是由气体受到的重力产生的 C.大气压强在一定海拔内随高度的增加而减小 D.装有气体的密闭容器自由下落时压强将减为零 解析解析因密闭容器中的气体密度一般很小,由气体自身重力产生的压强 极小,可以忽略不计,故气体压强是由气体分子频繁碰撞器壁产生,与重 力无关。密闭容器中的气体对器壁的压强处处相等,与容器所处的状态 无关。 大气压是由于空气受到重力作用

19、紧紧包围地球而对浸在它里面的物体 产生的压强。由于地球的引力作用,大气层分子密度上方小、下方大, 从而使得大气压的值在一定海拔内随高度增加而减小。 答案答案 AC 考向三考向三平衡状态下气体压强的求解平衡状态下气体压强的求解 1.液片法液片法:选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象,分析液片两 侧受力情况,建立平衡方程,消去面积,得到液片两侧压强相等方程,求得 气体的压强。 2.平衡法平衡法:选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析,得 到液柱(或活塞)的受力平衡方程,求得气体压强。 3.等压面法等压面法:在连通器中,同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相 等。液体内深h处

20、的总压强 p=p0+gh , p0为液面上方的压强。 例例7如图甲所示,汽缸开口向右、固定在水平桌面上,汽缸内用活塞 (横截面积为S)封闭了一定质量的理想气体,活塞与汽缸壁之间的摩擦 忽略不计。轻绳跨过光滑定滑轮将活塞和地面上的重物(质量为m)连 接。开始时汽缸内外压强相同,均为大气压p0(mgp0S),轻绳处在伸直状 态,汽缸内气体的温度为T0,体积为V。现使汽缸内气体的温度缓慢降低, 最终使得气体体积减半,求: (1)重物刚离开地面时汽缸内气体的温度T1; (2)气体体积减半时的温度T2; (3)在如图乙所示的坐标系中画出气体状态变化的整个过程并标注相关 点的坐标值。 解析解析(1)p1=

21、p0,p2=p0- 等容过程:= 解得:T1=T0 mg S 1 0 p T 2 1 p T 0 0 mg p S p (2)等压过程:= 解得:T2=T0 (3)如图所示 1 V T 2 2 V T 0 0 2 mg p S p 答案见解析 考点三热力学第一定律与能量守恒考点三热力学第一定律与能量守恒 考向基础考向基础 一、热力学第一定律一、热力学第一定律 1.改变物体内能的两种方式改变物体内能的两种方式 (1)做功;(2)热传递。 2.热力学第一定律热力学第一定律 (1)内容:一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界 对它所做的功的和。 (2)表达式:U=Q+W。 (3)U=Q

22、+W中正、负号法则 WQU + 外界对物体做功物体吸收 热量内能增加 - 物体对外界做功物体放出 热量内能减少 二、能量守恒定律二、能量守恒定律 1.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另一 种形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化或转移的过程中,能量 的总量保持不变。 2.能量守恒定律是自然界的普遍规律,第一类永动机是不可能制成的,它 违背了能量守恒定律 。 考向突破考向突破 考向一考向一做功和热传递是如何改变内能的做功和热传递是如何改变内能的 做功和热传递在改变物体内能上是等效的,但有本质的区别。 本质的区别本质的区别:做功使物体的内能改变,是其他形式的能和内能之

23、间的转 化,例如摩擦生热就是机械能转化成内能;热传递改变物体的内能是物 体间内能的转移,如太阳照射冰,使冰化成水,就是太阳的内能通过辐射 这一热传递的方式转移到冰,使冰的内能增加。 热量和功,都是系统内能变化的量度,都是过程量。一定量的热量还和 一定量的功相当,热量可以通过系统转化为功,功也可以通过系统转化 为热量,但它们之间有着本质的区别。 用做功来改变系统的内能,是一系统内分子随整体的有序运动,转化为 另一系统的分子的无规则运动的过程,是机械能或其他形式的能和内能 之间的转化过程。 用热传递来改变系统的内能,是通过传导、对流、辐射来完成的,它将 分子的无规则运动,从一个系统转移到另一个系统

24、,这一过程也就是系 统间的内能转移的过程。 功是在没有热传递的过程中,系统内能变化的量度;热量是在没有做功 的过程中,系统内能变化的量度。 例例8木箱静止于水平地面上,现在用一个80 N的水平推力推动木箱前 进10 m,木箱受到的摩擦力为60 N,则转化为木箱与地面系统的内能U和 转化为木箱的动能Ek分别是 。 A.U=200 J,Ek=600 JB.U=600 J,Ek=200 J C.U=600 J,Ek=800 JD.U=800 J,Ek=200 J 解析解析由于木箱在推动中受到滑动摩擦力,其与相对位移的乘积为系统 的内能增量,即U=6010 J=600 J,由能量守恒定律可得Ek=W总

25、-U=8010 J- 600 J=200 J。故正确答案为B。 答案答案B 考向二考向二热力学第一定律的应用热力学第一定律的应用 1.在运用热力学第一定律的表达式U=W+Q来分析问题时,必须理解它 的物理意义,掌握它的符号法则。做功和热传递都可以使物体的内能发 生变化。如果物体跟外界同时发生做功和热传递,那么,外界对物体所 做的功与物体从外界吸收的热量之和等于物体内能的增加。 2.按照符号法则将“+”“-”号代入U=W+Q计算或分析问题,如果事 先不便确定其正负,可以先假定它为正,在计算出结果以后再作判断。 若结果为正,说明与原假设一致,若结果为负,则说明与原假设相反。 3.三种特殊情况三种特

26、殊情况 (1)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 增加量。 (2)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 增加量。 (3)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.注意以下几个重点词注意以下几个重点词 理想气体:表示不考虑分子间作用力,不考虑分子势能的变化。温度升高,气 体的内能增大,温度降低,气体的内能减小,温度变化决定气体内能的变化。 体积的膨胀与压缩:体积膨胀表示气体对外做功;体积压缩表示外界对 气体做功。 绝热:表示没有热传递。 导热性能良好:表示容器内外温度相等

27、。 缓慢变化:表示一种动态的平衡,非绝热时,也可以理解为容器内外温度相等。 例例92014课标,33(1),6分一定量的理想气体从状态a开始,经历三个 过程ab、bc、ca回到原状态,其p-T图像如图所示。下列判断正确的是 。 A.过程ab中气体一定吸热 B.过程bc中气体既不吸热也不放热 C.过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热 D.a、b和c三个状态中,状态a分子的平均动能最小 E.b和c两个状态中,容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次 数不同 解析解析对封闭气体,由题图可知ab过程,气体体积V不变,没有做功,而 温度T升高,则为吸热过程,A项正确。bc过程为等温变化,压强

28、减小,体 积增大,对外做功,则为吸热过程,B项错。ca过程为等压变化,温度T降 低,内能减少,体积V减小,外界对气体做功,依据W+Q=U,外界对气体所 做的功小于气体所放的热,C项错。温度是分子平均动能的标志,Tapc,显然E项正确。 答案答案 ADE 方法方法1 1 微观量的估算方法微观量的估算方法 1.微观物理量微观物理量:分子的质量m0,分子体积V0,分子直径d。 2.宏观物理量宏观物理量:物质的质量m,体积V,密度,摩尔质量M,摩尔体积Vm。 3.阿伏加德罗常数是联系宏观物理量与微观物理量的桥梁,根据油膜法 测出分子的直径,可算出阿伏加德罗常数;反过来,已知阿伏加德罗常数, 根据摩尔质

29、量(或摩尔体积)就可以算出一个分子的质量(或一个分子的 体积)。 (1)分子的质量:m0=。 A M N A A V N 方法技巧方法技巧 (2)分子的体积:V0=。 对于气体,由于分子间空隙很大,用上式估算出的是一个分子所占据的 体积(活动的空间)。 (3)物质所含的分子数:N=nNA=NA=NA,NA=。 4.分子模型分子模型 (1)球体模型中的直径:d= (2)立方体模型中的边长:d= 5.常识性的数据常识性的数据:室温可取27 ,标准状况下的大气压p0=76 cmHg、温 度T=273 K、摩尔体积Vm=22.4 L/mol。 A A V N A M N m M m V V m 0 V

30、 m 0 M V 例例1已知汞的摩尔质量为M=200.510-3 kg/mol,密度为=13.6103 kg/m3, 阿伏加德罗常数NA=6.01023 mol-1。求: (1)一个汞原子的质量(用相应的字母表示即可); (2)一个汞原子的体积(结果保留一位有效数字); (3)体积为1 cm3的汞中汞原子的个数(结果保留一位有效数字)。 解题导引解题导引 解析解析(1)一个汞原子的质量为m0=。 (2)一个汞原子的体积为 V0= = m3210-29 m3。 (3)1 cm3的汞中含汞原子个数 n= =41022。 A M N A A V N A M N 3 323 200.5 10 13.6

31、 106.0 10 A VN M 3623 3 13.6 101 106.0 10 200.5 10 答案答案(1)(2)210-29 m3(3)41022个 A M N 方法方法2 2 利用气体实验定律和理想气体状态方程解题的步骤利用气体实验定律和理想气体状态方程解题的步骤 1.规律规律 = 2.解题的一般步骤解题的一般步骤 (1)明确研究对象,即某一定质量的理想气体; (2)确定气体在始末状态的参量p1、V1、T1及p2、V2、T2; (3)由状态方程列式求解; (4)讨论结果的合理性。 1 1 1 pV T 22 2 p V T 例例22014课标,33(2),9分一定质量的理想气体被活

32、塞封闭在竖直 放置的圆柱形汽缸内,汽缸壁导热良好,活塞可沿汽缸壁无摩擦地滑 动。开始时气体压强为p,活塞下表面相对于汽缸底部的高度为h,外界 的温度为T0。现取质量为m的沙子缓慢地倒在活塞的上表面,沙子倒完 时,活塞下降了h/4。若此后外界的温度变为T,求重新达到平衡后气体 的体积。已知外界大气的压强始终保持不变,重力加速度大小为g。 解题导引解题导引 解析解析 设汽缸的横截面积为S,沙子倒在活塞上后,对气体产生的压强为 p,由玻意耳定律得phS=(p+p)(h-h)S 解得p=p 外界的温度变为T后,设活塞距底面的高度为h。根据盖吕萨克定律, 得= 解得h=h 1 4 1 3 0 1 () 4 hh S T h S T 0 3 4 T T 据题意可得p= 气体最后的体积为V=Sh mg S 联立式得V= 0 9 4 mghT pT 答案答案 0