第八章热学

1、第一单元 分子动理论 热和功高考要求：1、理解阿伏加德罗常数，了解分子动理论的基本内容；2、知道物体的内能和热量；3、理解能量守恒定律；4、热力学第一定律，了解能源的开发和利用，能源的利用与环境保护。知识要点：一、 分子动理论的基本内容1、 物质是由大量分子组成的1） 分子体积很小，它直径数量级是10-10m。油膜法测分子直径：dV/S，V是油滴体积，S是水面上形成的单分子油膜的面积。2） 分子质量很小，一般分子质量的数量级是10-26kg。3） 分子间有空隙。4） 阿伏加德罗常数：1摩尔的任何物质含有的微粒数相同，这个数的测量值NA6.02×1023mol-1。阿伏加德罗常数是个十

2、分巨大的数字，分子的体积和质量都十分小，从而说明物质是由大量分子组成的。阿伏加德罗常数把摩尔质量M和摩尔体积V这种宏观量与分子质量m和分子体积v这种微观量联系起来了，故NA是宏观量和微观量联系的桥梁；mM/NA，vV/NA（对固体、液体成立）2、 分子永不停息地做无规则热运动1） 扩散现象：相互接触的物体的分子互相进入对方的现象。特点：温度越高，扩散越快。2） 布朗运动：在显微镜下看到的悬浮在液体中的花粉颗粒的永不停息的无规则运动。特点：颗粒越小，运动越明显；温度越高，运动越激烈，原因：布朗运动是液体分子永不停息地做无规则热运动的反映。布朗运动是微观分子热运动造成的宏观现象。注意：布朗运动是小

3、颗粒的运动，不是固体分子的运动，更不是液体分子的运动，气体中微小颗粒也能产生布朗运动。3、 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，合力叫分子力。2） 特点：分子间的引力和斥力都随分子间的距离增大而减小，随分子距离的减小而增大，但斥力比引力变化更快。当两个分子间的距离等于数量级为10-10m的某个值r0时，分子间的引力和斥力相互平衡分子间作用力为零。 当rr0时， F引F斥，分子力F0。 当rr0时， F引F斥，分子力F为斥力。 当rr0时， F引F斥，分子力F为引力。 当r10r0时， F引、F斥迅速减小为零，分子力为零。分子力的作用使分子聚集在一起，而分子的无规则运

4、动使它们趋于分散，正是这两个因素决定了物体的气、液、固三种不同的状态。二、 分子动能、分子势能、物体的内能1、 分子动能：物体内分子由于不停地做无规则热运动而具有的能量叫分子动能。分子平均动能：物体内所在分子动能的平均值叫分子平均动能。温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子平均动能越大。2、 分子势能：由分子间的相互作用和相对位置决定的能量叫分子势能。分子势能的大小与物体的体积有关。当分子间的距离rr0时，分子间的作用表现为引力，分子势能随分子间的距离增大而增大；当分子间的距离rr0时，分子间的作用表现为斥力，分子势能随分子间的距离减小而增大；对气体来说，体积增大，分子势能增加；体积缩小，分

5、子势能减小。3、 物体的内能：物体内所有的分子的动能和势能的总和叫做物体的内能。物体的内能跟物体的温度、体积及物质的量有关，跟微观量中的分子的平均动能、分子间距及分子个数有关。理想气体无分子势能，所以一定热量的理想气体内能只跟温度在关。物体的内能和机械能有着本质的区别，物体的内能指物体内分子热运动的能量，而机械能是物体做机械运动而具有的能量。三、 物体内能变化1、 改变物体的内能有两种方式：1） 做功：做功使物体的内能发生改变，物体内能的改变用做功的值来量度，外界对物体做了多少功，物体的内能就增加多少；物体对外界做了多少功；物体的内能就减少多少。2） 热传递：热传递使物体内能发生改变，物体内能

6、的改变用热量来量度，物体从外界吸收热量，物体的内能增加，物体内能的增加量等于物体吸收的热量；物体向外界放出热量，物体的内能减少，物体内能的减少量等于物体放出的热量。2、 做功和热传递在改变物体的内能上是等效的，但有本质的区别： 1） 做功是其他形式的能与内能相互转化的过程，内能的改变量用功来量度。2） 热传递是物体间或物体内各部分间内能转移的过程，内能的改变量用传递的热量来量度。四、 热力学定律1、 热力学第一定律：物体内能的增量U等于外界对物体所做的功W和物体吸收的热量Q的总和，即：UWQ。外界对物体做功，W0；物体克服外力做功，W0；符号法则： 物体吸热，Q0；物体放热，Q0； 物体内能增

7、加，U0；物体内能减少，U0；功不是能量的一种形式，而是能量转化多少的量度，功和能不能相互转化。热量也不是能量的一种形式，而是内能转移多少的量度。功和热是过程量，能量是状态量。2、 热力学第二定律：表述一：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化热传导具有方向性。表述二：不可能以单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化机械能和内能的转化具有方向性，即第二类永动机不可制成。热力学第二定律使人们认识到：自然界一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，所以人们无法把流散的能量全部收集起来加以利用能量耗散。五、 能量守恒定律1、 能量守恒定律：能量既不能凭空产生，也不能凭空消失

8、，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另一个物体，在转化或转移的过程中其总量保持不变。能量守恒定律是自然界的普遍规律之一。第一类永动机因违背该规律故不可制成。2、 能源和环境：常规能源（煤、石油、天然气）储量有限，且其利用过程会造成环境污染，新能源（风、水流、太阳能、沼气、核能）取之不尽，其利用对环境污染小。典型例题：例1、下列说法中错误的是（ ）A高压密闭的钢筒中的油沿筒壁溢出说明分子间有间隙；B水蒸气在低温时能凝结成水滴，是因为水分子有力的作用；C化学反应说明分子有作用力；D植物的根能吸收水分靠的是分子间的吸引力。例2、分子间的相互作用力由引力f引和f斥两部分组成，则（

9、）Af引和f斥是同时存在的；Bf引总是大于f斥，其合力总表现为引力；C分子之间的距离越小，f引就越小，f斥就越大；D分子之间的距离越小，f引就越大，f斥就越小。例3、某种气体的温度是0，可以说（ ）A气体中分子的温度是0；B气体中分子运动的速度快的温度一定高于0，运动速度慢的温度一定低于0，所以气体平均温度是0；C气体温度升高时，分子平均速率要增大；D该气体分子的平均速度是确定的。例4、关于同一种物质组成的物体的分子力、分子势能与分子间距离r的关系，下面说法正确的是（r010-10m）（ ）A当rr0时，r越小分子间作用力越大，分子势能越大；B当rr0时，分子间作用力为零，分子势能最小；C当r

10、r0时，r越大，分子间作用力越小，分子势能越小；D当rr0，r增大时，分子间引力和斥力同时减小，但斥力减小得更快，分子间作用力表现为引力，分子势能变大。例5、有关物体内能，以下说法正确的是（ ）A1克水0的内能比1克冰的内能大；B电流通过电阻后电阻发热，它的内能增加是通过“热传递”方式实现的；C气体膨胀，它的内能一定减少；D橡皮筋拉伸时，分子间势能增加。例6、一个带活塞的气缸内盛有一定量的气体，若此气体的温度随其内能的增大而升高，则（ ）A将热量传给气体，其温度必升高；B压缩气体，其温度必升高；C压缩气体，同时气体向外界放热，其温度必不变；D压缩气体，同时将热量传给气体，其温度必升高。例7、以

11、下说法中正确的是（ ）A温度高的物体的内能一定比温度低的物体的内能多；B分子数和温度相同的物体不一定有相同的内能；C物体的温度升高，其分子的平均动能一定增大；D如果不做功，热量只能从高温物体传到低温物体。例8、已知地球的半径为R，大气层厚度为h（可认为大气层厚hR），空气的平均摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，大气压强为p0，则地球大气层的空气分子数为_，分子间平均间距为_。例9、只要知道下列哪一组物理量，就可以估算出气体中分子的平均距离（ ）A阿伏加德罗常数、该气体的摩尔质量和质量；B阿伏加德罗常数、该气体的摩尔质量和密度；C阿伏加德罗常数、该气体的摩尔质量和体积；D该气体的密度、体积和摩

12、尔质量。例10、“和平号”空间站已于2001年3月23日成功地坠落在南太平洋海域，坠落过程可简化为从一个近圆轨道（可近似看作圆轨道）开始，经过与大气摩擦，空间站的绝大部分经过升温、溶化最后汽化而销毁，剩下的残片坠入大海，此过程中，空间站原来的机械能中，除一部分用于销毁和一部分被残片带走外，还有一部分能量E通过其他方式散失（不考虑坠落过程中化学反应和能量）。试导出以下列各物理量的符号表示散失能量E的公式。算出E的数值（结果保留两位有效数字） 坠落开始时空间站的质量m11.17×105kg； 轨道离地面的高度为h146km； 地球半径R6.4×106m； 坠落空间范围内重力加速

13、度可看作g10m/s2； 入海残片的质量m21.2×104kg； 入海残片的温度升高T3000K； 入海残片的入海速度为声速v340 m/s； 空间站材料每1kg升温1K平均所需能量c1.0×103J； 每销毁1kg材料平均所需能量1.0×107J答案：例1、BCD；例2、A；例3、CD；例4、ABD；例5、AD；例6、D；例7、BCD；例8、4R2p0NA/Mg，3Mgh/42p0NA；例9、B；例10、Em1g(R/23h/2)(m1m2) m22/2cm2T，E2.9×1012J；练习题：1、关于分子力，下列说法中正确的是（ ）A碎玻璃不能拼合在一

14、块，说明分子间存在斥力；B将两块铅压紧以后能连成一块，说明分子间存在斥力；C水和酒精混合后的体积小于原来二者的体积之和，说明分子间存在引力；D固体很难拉伸，也很难压缩，说明分子间既有引力，又有斥力；2、在油膜法实验中，体积为V的油滴在水面上充分展开形成圆形油膜，圆面直径为D，则油分子的直径约为（ ）A4V/D2； BD2/4V； C2V/D2； DD2/2V。3、某气体的摩尔质量为，当1mol气体的体积为V时，其密度为，若用m和v分别表示一个分子的质量和体积，则下列关系式中正确的是（NA为阿伏加德罗常数）AmNA； BVvNA； C/V； Dm/v。4、关于布朗运动的下列说法中正确的是（ ）A

15、布朗运动是指悬浮在液体中的固体小颗粒的永不停息的无规则运动；B布朗运动是指液体分子的无规则运动；C布朗运动说明固体小颗粒内的分子永不停息地做无规则运动。D布朗运动说明液体分子永不停息地做无规则运动。5、两个分子从靠近得不能再靠近起，分子间距离逐渐增大至相互作用力可以忽略不计，在此过程中（ ）A分子间引力逐渐减小； B分子间斥力逐渐减小；C分子力（合力）一直减小； D分子力先减小后增大再减小。6、下列叙述中，正确的是（ ）A物体的温度越高，分子热运动越激烈，分子的平均动能越大；B布朗运动就是液体分子的热运动；C对一定质量的气体加热，其内能一定增加；D分子间的距离r存在某一值r0，当rr0时，斥力

16、大于引力，当rr0时，斥力小于引力。7、下面给出的几种说法，正确的是（ ）A用手捏面包，面包体积减小，说明分子间有空隙；B把煤堆放在墙角，时间长了墙也变黑，说明分子在不断扩散；C打开香水瓶盖后，离它较远的地方也能闻到香味，说明分子在运动；D水和酒精混合后体积减小，说明分子间有空隙。8、一个带活塞气缸内盛有一定量的气体，若此气体的温度随其内能的增大而升高，则（ ）A将热量传给气体，其温度必升高；B压缩气体，其温度必升高；C压缩气体，同时气体向外界放热，其温度必不变；D压缩气体，同时将热量付给气体，其温度必升高。9、阿伏加德罗常数为N（mol-1），铝的摩尔质量为M（kg/mol），铝的密度为（k

17、g/m3），则以下说法正确的是（ ） 1 kg铝所含原子数为N； 1 m3铝所含原子数为N/M； 1个铝原子的质量为M/N kg； 1个铝原子所占的体积为M/N m3。A； B； C； D。10、表面平滑的太空飞行器在太空中相互摩擦时，很容易发生“粘合”现象，这是由于（ ）A摩擦生热的作用； B化学反应的作用；C分子间相互作用力的作用； D万有引力的作用。11、水分子的质量_kg，已知阿伏加德罗常数为6.02×1023mol-1。12、已知铜的密度为8.9×103kg/m3，铜的原子量为64，质子和中子质量均为1.67×10-27kg，则铜块中平均每个铜原子所占的

18、空间体积约为_m3。13、估算一下，可知地球表面附近空气分子之间的距离约为_m。（取一位有效数字）14、其金属的摩尔质量为，密度为，阿伏加德罗常数为NA。试估算1 m3的该金属含有多少分子；求该金属的分子质量；若把金属分子视为球形，试估算该金属的分子直径。15、关于内能和温度的下列说法中，正确的是（ ）A分子的动能和分子的势能的总和叫做这个分子的内能；B物体的动减小时，物体的温度可能升高；C温度是物体所含内能多少的标志；D铜块温度升高了，则铜块内所有分子的动能都增大了。16、用r表示两分子间的距离，EP表示分子势能，当rr0时，引力等于斥力，设两分子相距大于10 r0时，EP0，则（ ）A当r

19、r0时，EP随r的增大而增大； B当rr0时，EP随r的减小而增大；C当rr0时，EP不随r而变； D当rr0时，EP0。17、下列说法中正确的是（ ）A物体的分子热运动动能的总和就是物体的内能；B对于同一种气体，温度越高，分子平均动能越大；C要使气体的分子平均动能增大，外界必须向气体传热；D一定质量的气体，温度升高时，分子间的平均距离一定增大。18、下列说法正确的是（ ）A热传导过程是可逆过程；B不可能使热量由低温物体传递到高温物体；C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；D人们可以把流散的内能全部重新收集起来再利用。19、下列叙述中正确的是（ ）A物体的内能与物体的

20、温度有关，与物体的体积无关；B物体的温度越高，物体内分子无规则运动越剧烈；C物体体积改变，内能可能不变；D物体在压缩时，分子间存在着斥力，不存在引力。20、关于物体内能的变化，下列说法中正确的是（ ）A物体吸收热量，内能一定增大； B物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变；C物体对外做功，内能一定减小； D物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变。21、下列关于永动机的说法中正确的是（ ）A第一类永动机违反了能量守恒定律； B第一类永动机违反了热力学第一定律；C第二类永动机违反了能量守恒定律； D第二类永动机违反了热力学第二定律。22、100的水完全变成100的水蒸气的过程中（ ）A水分子的

21、平均动能增加； B水分子的势能增加；C水所增加的内能小于所吸收的热量； D水所增加的内能等于所吸收的热量。23、有一绝热容器，中间有一绝热活塞，用销钉固定，封闭了A、B两部分理想气体，开始它们温度相同，体积相同，A的压强是B的压强的2倍。如图所示，现拔掉销钉，活塞移动后，则（ ） A BAA气体内能增加； BB气体内能增加；CA气体温度升高； D两部分气体温度均不变。 23题图24、一定质量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，其内能增加了4.2×105J，则外界对气体做了_J的功。25、直立的绝热圆桶容器，中间用隔板分成容积相同的两部分，上部分充有密度较小的气体，下部

22、分充有密度较大的气体，两部分气体的初温相同，且不发生化学反应，现抽去隔板经过足够长的时间后，气体的温度将_（填“升高”、“降低”或“不变”）26、下列关于能源开发和能量利用的说法中，正确的是（ ）A能源利用的过程是内能转化成机械能的过程；B要合理开发和节约使用核能、太阳能、风能、地热能、海洋能等常规能源；C为了提高发电效率，一个重要的研究方向是从能源直接得到电能，如磁液体发电。D无论是节约能源还是开发能源，我国都要靠外国支援。27、某地强风速为14m/s，设空气密度为1.3kg/m3，通过横截面积为400m2的风使风力发电机转动，其动能有20%转化为电能，则风力发电机发电的功率为多少千瓦？（答案保留两位有效数字）28、横截面积为3dm2的圆筒内有0.6