北京專用2020版高考物理大一輪復(fù)習(xí)專題十四熱學(xué)課件.ppt

1、考點(diǎn)清單,考點(diǎn)一分子動(dòng)理論、內(nèi)能 考向基礎(chǔ) 一、分子動(dòng)理論 1.物體是由大量分子組成的 (1)分子的大小極小分子直徑的數(shù)量級(jí)為10-10 m;分子直徑可用油膜法估測(cè);分子大小計(jì)算有兩種理想模型:一是球模型,二是立方體模型。對(duì)氣體分子,用上述模型只能估算出分子間距離。 (2)分子的質(zhì)量很小,一般物質(zhì)分子質(zhì)量的數(shù)量級(jí)是10-26 kg。 (3)分子的數(shù)目,a.阿伏加德羅常數(shù)定義:1 mol的任何物質(zhì)中含有相同的粒子數(shù),用符號(hào)NA表示,NA=6.021023 mol-1。 b.阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀和微觀的橋梁。 NA=NA=(不適用于氣體,M、Vmol表示1 mol物質(zhì)的質(zhì)量和體 積) 2.分子

2、永不停息地做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng) 擴(kuò)散現(xiàn)象和布朗運(yùn)動(dòng)都可以反映分子做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)的劇烈程度與溫度有關(guān)。 (1)擴(kuò)散現(xiàn)象:相互接觸的物體互相進(jìn)入對(duì)方的現(xiàn)象。溫度越高,擴(kuò)散越快。,(2)布朗運(yùn)動(dòng) 產(chǎn)生的原因:來(lái)自各個(gè)方向的液體分子對(duì)顆粒碰撞的不平衡。 布朗運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn): 布朗顆粒:布朗顆粒用肉眼不能直接看到,但在顯微鏡下能看到,因此用肉眼看到的顆粒所做的運(yùn)動(dòng),不能叫布朗運(yùn)動(dòng)。布朗顆粒的運(yùn)動(dòng)是分子運(yùn)動(dòng)的間接反映。,(3)布朗運(yùn)動(dòng)和分子熱運(yùn)動(dòng)的比較,3.分子間存在著相互作用力 (1)分子間同時(shí)存在著相互作用的引力和斥力,實(shí)際表現(xiàn)出來(lái)的是分子引力和斥力的合力,一般把這個(gè)合力叫分子力。 (2)分子力隨分子間距

3、離變化的關(guān)系:如圖所示,分子間的引力和斥力都隨分子間距離的增大而減小,隨分子間距離的減小而增大,但引力不如斥力變化快(r0表示引力和斥力相等時(shí)的分子間距,其數(shù)量級(jí)為10-10 m)。,r=r0時(shí),F引=F斥,分子力F=0。 rr0時(shí),F引F斥,分子力F為引力。 r10r0時(shí),F引、F斥迅速減弱,幾乎為零,分子力F0。 二、溫度和內(nèi)能 1.溫度 一切達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度。 2.兩種溫標(biāo) 攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)。關(guān)系:T=t+273.15 K。 3.分子平均動(dòng)能:由于分子做熱運(yùn)動(dòng)而具有的動(dòng)能叫分子動(dòng)能。物體內(nèi)所有分子動(dòng)能的平均值叫分子平均動(dòng)能。溫度是分子平均動(dòng)能,的標(biāo)志,溫度越高,分子的

4、平均動(dòng)能越大。 4.分子勢(shì)能 (1)定義:由分子間相對(duì)位置決定的勢(shì)能叫分子勢(shì)能。 (2)影響分子勢(shì)能大小的因素 微觀上:分子勢(shì)能的大小與分子間距離有關(guān)。 已知r0表示分子間引力和斥力相等時(shí)的分子間距,當(dāng)分子間距離rr0時(shí),分子勢(shì)能隨分子間距離增大而增大; 當(dāng)rr0時(shí),分子勢(shì)能隨分子間距離減小而增大; 當(dāng)r=r0時(shí),分子勢(shì)能最小。 宏觀上:影響分子勢(shì)能的因素是物體的體積。,5.物體的內(nèi)能 (1)定義:物體內(nèi)所有分子動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和。 (2)任何物體在任何情況下都具有內(nèi)能。 (3)決定內(nèi)能的因素 微觀上:分子動(dòng)能、分子勢(shì)能、分子個(gè)數(shù)。 宏觀上:溫度、體積、物質(zhì)的量。 (4)改變物體的內(nèi)能有兩種

5、方式 做功:當(dāng)做功使物體的內(nèi)能發(fā)生改變的時(shí)候,外界對(duì)物體做了多少功,物體內(nèi)能就增加多少;物體對(duì)外界做了多少功,物體內(nèi)能就減少多少。 熱傳遞:當(dāng)熱傳遞使物體的內(nèi)能發(fā)生改變的時(shí)候,物體吸收了多少熱量,物體內(nèi)能就增加多少;物體放出了多少熱量,物體內(nèi)能就減少多少。,考向突破 考向一分子動(dòng)理論的基本觀點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)依據(jù),與阿伏加德羅常數(shù)有關(guān)的計(jì)算 (1)宏觀物理量:物體的質(zhì)量m,體積V,密度,摩爾質(zhì)量M,摩爾體積Vmol。 (2)微觀物理量:分子的質(zhì)量m0,分子體積V0,分子直徑d。 (3)阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀物理量與微觀物理量的橋梁,根據(jù)油膜法測(cè)出分子的直徑,可算出阿伏加德羅常數(shù);反過(guò)來(lái),已知阿伏加德羅

6、常數(shù),根據(jù)摩爾質(zhì)量(或摩爾體積)就可以算出一個(gè)分子的質(zhì)量(或一個(gè)分子所占據(jù)的體積)。 分子的質(zhì)量:m0=。 分子的體積:V0=。 分子的大小:球模型直徑d=,立方體模型邊長(zhǎng)d=。,注意公式V0=僅適用于計(jì)算固體和液體分子的體積,對(duì)氣體,V0 表示每個(gè)氣體分子平均占有的空間體積。 對(duì)于氣體分子,d= 的值并非氣體分子直徑的大小,而是兩個(gè)相鄰 的氣體分子之間的平均距離。 在計(jì)算時(shí)要注意先建立分子的球模型或立方體模型。,例1已知阿伏加德羅常數(shù)為NA,油酸的摩爾質(zhì)量為M,密度為。則下列選項(xiàng)可表示一個(gè)油酸分子的質(zhì)量或體積的有() A.B. C.D.,解析一個(gè)油酸分子的質(zhì)量等于摩爾質(zhì)量除以阿伏加德羅常數(shù),

7、則有m0=,A正確,B錯(cuò)誤;因?yàn)橛退岱肿娱g隙小,所以分子的體積等于摩爾體 積除以阿伏加德羅常數(shù),摩爾體積Vmol等于摩爾質(zhì)量M除以密度,則有V0=,故C、D錯(cuò)誤。,答案A,考向二溫度和內(nèi)能,分子力(F)、分子勢(shì)能(Ep)與分子間距離(r)的關(guān)系如下: (1)當(dāng)rr0時(shí),分子間表現(xiàn)為引力,分子間距離增大時(shí),分子力做負(fù)功,分子勢(shì)能增大,反之減小。 (2)當(dāng)rr0時(shí),分子間表現(xiàn)為斥力,分子間距離減小時(shí),分子力做負(fù)功,分子勢(shì)能增大,反之減小。 (3)當(dāng)r=r0時(shí),分子力為零,分子勢(shì)能最小,但不一定為零(這與零勢(shì)能面的選取有關(guān))。 (4)分子勢(shì)能曲線(設(shè)r處勢(shì)能為零)如圖所示。,說(shuō)明分子勢(shì)能的變化與分子

8、力做功的關(guān)系,可用做功與能量變化的關(guān)系來(lái)分析。由于勢(shì)能具有相對(duì)性,所以分子勢(shì)能的大小、正負(fù)與零勢(shì)能面的選取有關(guān),一般選取無(wú)限遠(yuǎn)處為零勢(shì)能面。因分子間的引力和斥力同時(shí)存在,且都隨著間距變化,所以分析分子力做功時(shí),應(yīng)先明確分子力表現(xiàn)為什么力,在間距變化過(guò)程中做什么功,再根據(jù)分子力做功情況判斷分子勢(shì)能的變化。,例2關(guān)于兩個(gè)分子之間的相互作用力和分子勢(shì)能,下列判斷正確的是() A.兩分子處于平衡位置,分子間沒(méi)有引力和斥力 B.兩分子間距離減小,分子間的引力和斥力都增大 C.兩分子間距離減小,分子勢(shì)能一定減小 D.兩分子間距離增大,分子勢(shì)能一定增大,解析分子間同時(shí)存在引力和斥力,分子間的引力、斥力都隨分

9、子間距離減小而增大;兩分子處于平衡位置時(shí),分子間引力和斥力等大反向,分子力為零,A項(xiàng)錯(cuò)誤,B項(xiàng)正確。分子勢(shì)能在分子處于平衡位置時(shí)最小,此時(shí)r=r0,當(dāng)rr0時(shí),隨r的減小,分子勢(shì)能增大;隨r的增大,分子勢(shì)能減小,C、D項(xiàng)錯(cuò)誤。,答案B,考點(diǎn)二固體、液體和氣體 考向基礎(chǔ) 一、固體 1.固體分為晶體和非晶體兩類。 2.單晶體具有規(guī)則的幾何形狀,多晶體和非晶體沒(méi)有規(guī)則的幾何形狀;晶體有確定的熔點(diǎn),非晶體沒(méi)有確定的熔點(diǎn)。 3.有些晶體沿不同方向的導(dǎo)熱或?qū)щ娦阅懿煌?有些晶體沿不同方向的光學(xué)性質(zhì)不同,這類現(xiàn)象稱為各向異性,非晶體和多晶體在各個(gè)方向的物理性質(zhì)都是一樣的,這類現(xiàn)象叫做各向同性。,4.晶體與非

10、晶體的比較,注意金屬是多晶體,所以它是各向同性的。,二、液體 1.液體分子間距離比氣體分子間距離小得多;液體分子間的作用力比固體分子間的作用力要小;液體內(nèi)部分子間的距離在10-10 m左右。 2.液體的表面張力 液體表面層分子間距離較大,因此分子間的作用力表現(xiàn)為引力;液體表面存在表面張力,使液體表面繃緊,浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)也是分子力的表現(xiàn)。 3.液晶 液晶是一種特殊的物質(zhì),它既具有液體的流動(dòng)性,又具有某些晶體的各向異性,液晶在顯示器方面具有廣泛的應(yīng)用。,三、氣體 1.氣體壓強(qiáng) (1)產(chǎn)生的原因 由于大量分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)而碰撞器壁,形成對(duì)器壁各處均勻、持續(xù)的壓力,作用在器壁單位面積上的壓力叫做氣體壓強(qiáng)。

11、 (2)決定因素 a.宏觀上:取決于氣體的溫度和體積。 b.微觀上:取決于分子的平均動(dòng)能和分子的密集程度。,2.氣體實(shí)驗(yàn)定律,3.理想氣體的狀態(tài)方程 (1)理想氣體 宏觀上講,理想氣體是指在任何條件下始終遵從氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體。實(shí)際氣體在壓強(qiáng)不太大、溫度不太低的條件下,可視為理想氣體。 微觀上講,理想氣體的分子間除碰撞外無(wú)其他作用力,即分子間無(wú)分子勢(shì)能。 (2)理想氣體的狀態(tài)方程 一定質(zhì)量理想氣體的狀態(tài)方程:=或=C。 氣體實(shí)驗(yàn)定律可看做一定質(zhì)量理想氣體狀態(tài)方程的特例。,考向突破 考向氣體實(shí)驗(yàn)定律、理想氣體,氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋 (1)等溫變化:一定質(zhì)量的某種理想氣體,溫度保持不變時(shí),分子的

12、平均動(dòng)能不變。在這種情況下,體積減小時(shí),分子的密集程度增大,氣體的壓強(qiáng)增大。 (2)等容變化:一定質(zhì)量的某種理想氣體,體積保持不變時(shí),分子的密集程度保持不變。在這種情況下,溫度升高時(shí),分子的平均動(dòng)能增大,氣體的壓強(qiáng)增大。 (3)等壓變化:一定質(zhì)量的某種理想氣體,溫度升高時(shí),分子的平均動(dòng)能增大,只有氣體的體積同時(shí)增大,使分子的密集程度減小,才可能保持壓強(qiáng)不變。,例3(多選)一定質(zhì)量的理想氣體,經(jīng)等溫壓縮,氣體的壓強(qiáng)增大,用分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)分析,這是因?yàn)?) A.氣體分子每次碰撞器壁的平均沖力增大 B.單位時(shí)間內(nèi)單位面積器壁上受到氣體分子碰撞的次數(shù)增多 C.氣體分子的總數(shù)增加 D.氣體分子數(shù)密度增

13、大,解析一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)等溫壓縮,壓強(qiáng)增大,體積減小,氣體分子總數(shù)不變,分子數(shù)密度增大,則單位時(shí)間內(nèi)單位面積器壁上受到氣體分子的碰撞次數(shù)增多,但氣體分子每次碰撞器壁的平均沖力不變,故B、D正確,A、C錯(cuò)誤。,答案BD,考點(diǎn)三熱力學(xué)定律與能量守恒定律 考向基礎(chǔ) 一、熱力學(xué)定律 1.熱力學(xué)第一定律 (1)內(nèi)容:外界對(duì)物體做的功W與物體從外界吸收的熱量Q之和等于物體內(nèi)能的增量U。 (2)表達(dá)式:U=W+Q。 (3)符號(hào)規(guī)定,2.熱力學(xué)第二定律 (1)克勞修斯表述:熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。 (2)開(kāi)爾文表述:不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量,使之完全變成功,而不產(chǎn)生其他影響。 二、能量守恒定

14、律 能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生,也不會(huì)憑空消失,它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,或者是從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中,能量的總量保持不變。,考向突破 考向熱力學(xué)第一定律 1.熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用 在運(yùn)用熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式U=W+Q來(lái)分析問(wèn)題時(shí),必須理解它的物理意義,掌握它的符號(hào)法則。做功和熱傳遞都可以使物體的內(nèi)能發(fā)生變化。如果物體跟外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞,那么,外界對(duì)物體所做的功與物體從外界吸收的熱量之和等于物體內(nèi)能的增量。 2.幾種特殊情況 (1)若過(guò)程是絕熱的,即Q=0,則W=U,外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增量; (2)若過(guò)程中不做功,即W=0,則Q=U,物體吸收的熱量

15、等于物體內(nèi)能的增量; (3)若過(guò)程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變,即U=0,則W+Q=0或W=-Q,外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量。,例4關(guān)于熱現(xiàn)象,下列說(shuō)法正確的是() A.物體溫度不變,其內(nèi)能一定不變 B.物體溫度升高,其分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能一定增大 C.外界對(duì)物體做功,物體的內(nèi)能一定增加 D.物體放出熱量,物體的內(nèi)能一定減小,解析由熱力學(xué)第一定律U=W+Q知,物體內(nèi)能的變化由做功和熱傳遞共同決定,A、C、D錯(cuò)誤。溫度是物體分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,物體溫度升高,其分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能一定增大,B正確。,答案B,方法技巧,方法1微觀量的測(cè)量與估算方法 用油膜法測(cè)定分子大小的原理:測(cè)出一滴油酸的體積

16、V,測(cè)出一滴油酸形成的單分子油酸薄膜的面積S,如果把分子看做球形,就可算出油酸分子的直徑d=。分子雖然很小,但分子間有空隙,除一些有機(jī)物質(zhì)的大分 子外,一般物質(zhì)分子直徑的數(shù)量級(jí)都是10-10 m。 例1在“用油膜法估測(cè)分子大小”的實(shí)驗(yàn)中,已知實(shí)驗(yàn)室中使用的酒精油酸溶液每104 mL溶液中含有2 mL油酸,又用滴管測(cè)得每50滴這種酒精油酸溶液的總體積為1 mL,將一滴這種溶液滴在淺盤中的水面上,在玻璃板上描出油膜的邊界線,再把玻璃板放在畫有邊長(zhǎng)為1 cm的正方形小格的紙上(如圖)。,(1)油膜占有的面積約為cm2。 (2)油酸分子的大小d=m(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)。,解析(1)由圖可以知道,油

17、膜所占方格數(shù)是60(超過(guò)半個(gè)算一個(gè),不足半個(gè)舍去),則油膜的面積S=601 cm2=610-3 m2。 (2)每一滴酒精油酸溶液中含純油酸的體積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物體內(nèi)能變化的判斷方法 1.用內(nèi)能的定義判斷 內(nèi)能是組成物體所有分子的分子動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和。影響內(nèi)能的因素在微觀和宏觀兩方面的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下:,2.用熱力學(xué)第一定律判斷 熱力學(xué)第一定律:U=W+Q。 外界對(duì)物體做功,W取正值,物體對(duì)外界做功,W取負(fù)值,對(duì)氣體而言,體積不變時(shí),W=0;物體吸收熱量,Q取正值,物體放出熱量,Q取負(fù)值,絕熱時(shí),Q=0;物體內(nèi)能增加,U取正值,物體內(nèi)能減少,U取負(fù)值。,例2下列說(shuō)法中正確的是() A.分子之間的距離增大,分子勢(shì)能一定增大 B.一定