北京专用2020版高考物理大一轮复习专题十四热学课件.ppt

1、考点清单,考点一分子动理论、内能 考向基础 一、分子动理论 1.物体是由大量分子组成的 (1)分子的大小极小分子直径的数量级为10-10 m;分子直径可用油膜法估测;分子大小计算有两种理想模型:一是球模型,二是立方体模型。对气体分子,用上述模型只能估算出分子间距离。 (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)分子的数目,a.阿伏加德罗常数定义:1 mol的任何物质中含有相同的粒子数,用符号NA表示,NA=6.021023 mol-1。 b.阿伏加德罗常数是联系宏观和微观的桥梁。 NA=NA=(不适用于气体,M、Vmol表示1 mol物质的质量和体 积) 2.分子

2、永不停息地做无规则热运动 扩散现象和布朗运动都可以反映分子做无规则热运动。运动的剧烈程度与温度有关。 (1)扩散现象:相互接触的物体互相进入对方的现象。温度越高,扩散越快。,(2)布朗运动 产生的原因:来自各个方向的液体分子对颗粒碰撞的不平衡。 布朗运动的特点: 布朗颗粒:布朗颗粒用肉眼不能直接看到,但在显微镜下能看到,因此用肉眼看到的颗粒所做的运动,不能叫布朗运动。布朗颗粒的运动是分子运动的间接反映。,(3)布朗运动和分子热运动的比较,3.分子间存在着相互作用力 (1)分子间同时存在着相互作用的引力和斥力,实际表现出来的是分子引力和斥力的合力,一般把这个合力叫分子力。 (2)分子力随分子间距

3、离变化的关系: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(r0表示引力和斥力相等时的分子间距,其数量级为10-10 m)。,r=r0时,F引=F斥,分子力F=0。 rr0时,F引F斥,分子力F为引力。 r10r0时,F引、F斥迅速减弱,几乎为零,分子力F0。 二、温度和内能 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+273.15 K。 3.分子平均动能:由于分子做热运动而具有的动能叫分子动能。物体内所有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,分子的

4、平均动能越大。 4.分子势能 (1)定义:由分子间相对位置决定的势能叫分子势能。 (2)影响分子势能大小的因素 微观上:分子势能的大小与分子间距离有关。 已知r0表示分子间引力和斥力相等时的分子间距,当分子间距离rr0时,分子势能随分子间距离增大而增大; 当rr0时,分子势能随分子间距离减小而增大; 当r=r0时,分子势能最小。 宏观上:影响分子势能的因素是物体的体积。,5.物体的内能 (1)定义:物体内所有分子动能和分子势能的总和。 (2)任何物体在任何情况下都具有内能。 (3)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。 (4)改变物体的内能有两种

5、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,物体内能就减少多少。 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,物体内能就减少多少。,考向突破 考向一分子动理论的基本观点和实验依据,与阿伏加德罗常数有关的计算 (1)宏观物理量:物体的质量m,体积V,密度,摩尔质量M,摩尔体积Vmol。 (2)微观物理量:分子的质量m0,分子体积V0,分子直径d。 (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

6、常数,根据摩尔质量(或摩尔体积)就可以算出一个分子的质量(或一个分子所占据的体积)。 分子的质量:m0=。 分子的体积:V0=。 分子的大小:球模型直径d=,立方体模型边长d=。,注意公式V0=仅适用于计算固体和液体分子的体积,对气体,V0 表示每个气体分子平均占有的空间体积。 对于气体分子,d= 的值并非气体分子直径的大小,而是两个相邻 的气体分子之间的平均距离。 在计算时要注意先建立分子的球模型或立方体模型。,例1已知阿伏加德罗常数为NA,油酸的摩尔质量为M,密度为。则下列选项可表示一个油酸分子的质量或体积的有() A.B. C.D.,解析一个油酸分子的质量等于摩尔质量除以阿伏加德罗常数,

7、则有m0=,A正确,B错误;因为油酸分子间隙小,所以分子的体积等于摩尔体 积除以阿伏加德罗常数,摩尔体积Vmol等于摩尔质量M除以密度,则有V0=,故C、D错误。,答案A,考向二温度和内能,分子力(F)、分子势能(Ep)与分子间距离(r)的关系如下: (1)当rr0时,分子间表现为引力,分子间距离增大时,分子力做负功,分子势能增大,反之减小。 (2)当rr0时,分子间表现为斥力,分子间距离减小时,分子力做负功,分子势能增大,反之减小。 (3)当r=r0时,分子力为零,分子势能最小,但不一定为零(这与零势能面的选取有关)。 (4)分子势能曲线(设r处势能为零)如图所示。,说明分子势能的变化与分子

8、力做功的关系,可用做功与能量变化的关系来分析。由于势能具有相对性,所以分子势能的大小、正负与零势能面的选取有关,一般选取无限远处为零势能面。因分子间的引力和斥力同时存在,且都随着间距变化,所以分析分子力做功时,应先明确分子力表现为什么力,在间距变化过程中做什么功,再根据分子力做功情况判断分子势能的变化。,例2关于两个分子之间的相互作用力和分子势能,下列判断正确的是() A.两分子处于平衡位置,分子间没有引力和斥力 B.两分子间距离减小,分子间的引力和斥力都增大 C.两分子间距离减小,分子势能一定减小 D.两分子间距离增大,分子势能一定增大,解析分子间同时存在引力和斥力,分子间的引力、斥力都随分

9、子间距离减小而增大;两分子处于平衡位置时,分子间引力和斥力等大反向,分子力为零,A项错误,B项正确。分子势能在分子处于平衡位置时最小,此时r=r0,当rr0时,随r的减小,分子势能增大;随r的增大,分子势能减小,C、D项错误。,答案B,考点二固体、液体和气体 考向基础 一、固体 1.固体分为晶体和非晶体两类。 2.单晶体具有规则的几何形状,多晶体和非晶体没有规则的几何形状;晶体有确定的熔点,非晶体没有确定的熔点。 3.有些晶体沿不同方向的导热或导电性能不同,有些晶体沿不同方向的光学性质不同,这类现象称为各向异性,非晶体和多晶体在各个方向的物理性质都是一样的,这类现象叫做各向同性。,4.晶体与非

10、晶体的比较,注意金属是多晶体,所以它是各向同性的。,二、液体 1.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用力要小;液体内部分子间的距离在10-10 m左右。 2.液体的表面张力 液体表面层分子间距离较大,因此分子间的作用力表现为引力;液体表面存在表面张力,使液体表面绷紧,浸润与不浸润也是分子力的表现。 3.液晶 液晶是一种特殊的物质,它既具有液体的流动性,又具有某些晶体的各向异性,液晶在显示器方面具有广泛的应用。,三、气体 1.气体压强 (1)产生的原因 由于大量分子无规则运动而碰撞器壁,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压强。

11、 (2)决定因素 a.宏观上:取决于气体的温度和体积。 b.微观上:取决于分子的平均动能和分子的密集程度。,2.气体实验定律,3.理想气体的状态方程 (1)理想气体 宏观上讲,理想气体是指在任何条件下始终遵从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,即分子间无分子势能。 (2)理想气体的状态方程 一定质量理想气体的状态方程:=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。,考向突破 考向气体实验定律、理想气体,气体实验定律的微观解释 (1)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

12、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。 (2)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。 (3)等压变化:一定质量的某种理想气体,温度升高时,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,才可能保持压强不变。,例3(多选)一定质量的理想气体,经等温压缩,气体的压强增大,用分子动理论的观点分析,这是因为() A.气体分子每次碰撞器壁的平均冲力增大 B.单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多 C.气体分子的总数增加 D.气体分子数密度增

13、大,解析一定质量的理想气体经等温压缩,压强增大,体积减小,气体分子总数不变,分子数密度增大,则单位时间内单位面积器壁上受到气体分子的碰撞次数增多,但气体分子每次碰撞器壁的平均冲力不变,故B、D正确,A、C错误。,答案BD,考点三热力学定律与能量守恒定律 考向基础 一、热力学定律 1.热力学第一定律 (1)内容:外界对物体做的功W与物体从外界吸收的热量Q之和等于物体内能的增量U。 (2)表达式:U=W+Q。 (3)符号规定,2.热力学第二定律 (1)克劳修斯表述:热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 (2)开尔文表述:不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响。 二、能量守恒定

14、律 能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为另一种形式,或者是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。,考向突破 考向热力学第一定律 1.热力学第一定律的应用 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量。 2.几种特殊情况 (1)若过程是绝热的,即Q=0,则W=U,外界对物体做的功等于物体内能的增量; (2)若过程中不做功,即W=0,则Q=U,物体吸收的热量

15、等于物体内能的增量; (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。,例4关于热现象,下列说法正确的是() A.物体温度不变,其内能一定不变 B.物体温度升高,其分子热运动的平均动能一定增大 C.外界对物体做功,物体的内能一定增加 D.物体放出热量,物体的内能一定减小,解析由热力学第一定律U=W+Q知,物体内能的变化由做功和热传递共同决定,A、C、D错误。温度是物体分子平均动能的标志,物体温度升高,其分子热运动的平均动能一定增大,B正确。,答案B,方法技巧,方法1微观量的测量与估算方法 用油膜法测定分子大小的原理:测出一滴油酸的体积

16、V,测出一滴油酸形成的单分子油酸薄膜的面积S,如果把分子看做球形,就可算出油酸分子的直径d=。分子虽然很小,但分子间有空隙,除一些有机物质的大分 子外,一般物质分子直径的数量级都是10-10 m。 例1在“用油膜法估测分子大小”的实验中,已知实验室中使用的酒精油酸溶液每104 mL溶液中含有2 mL油酸,又用滴管测得每50滴这种酒精油酸溶液的总体积为1 mL,将一滴这种溶液滴在浅盘中的水面上,在玻璃板上描出油膜的边界线,再把玻璃板放在画有边长为1 cm的正方形小格的纸上(如图)。,(1)油膜占有的面积约为cm2。 (2)油酸分子的大小d=m(结果保留一位有效数字)。,解析(1)由图可以知道,油

17、膜所占方格数是60(超过半个算一个,不足半个舍去),则油膜的面积S=601 cm2=610-3 m2。 (2)每一滴酒精油酸溶液中含纯油酸的体积V=410-6 mL=4 10-12 m3。 油酸分子的大小d= m=710-10 m,答案(1)60(2)710-10,方法2物体内能变化的判断方法 1.用内能的定义判断 内能是组成物体所有分子的分子动能和分子势能的总和。影响内能的因素在微观和宏观两方面的对应关系如下:,2.用热力学第一定律判断 热力学第一定律:U=W+Q。 外界对物体做功,W取正值,物体对外界做功,W取负值,对气体而言,体积不变时,W=0;物体吸收热量,Q取正值,物体放出热量,Q取负值,绝热时,Q=0;物体内能增加,U取正值,物体内能减少,U取负值。,例2下列说法中正确的是() A.分子之间的距离增大,分子势能一定增大 B.一定