分子动理论热力学定律与能量守恒

又能,考纲展示,高考瞭望,知识点,要求,分子动理论的基本观点和实验依据,1.考查阿伏加德罗常数及分子大小、分子质量、分子数目等微观量的估算,2.考查分子的平均动能、热运动和布朗运动,3.分子力与分子势能的综合问题,4.考查内能的相关因素,5.考查晶体和非晶体的特点及液体表面张力产生的原因,6.气体实验定律的定量计算及图象的考查,7.热力学第一定律与理想气体状态方程定性分析的综合考查,8.考查热力学第二定律,9.能量守恒定律的综合运算,10.考查油膜法测分子直径大小的实验原理、操作步骤和数据的处理,11.饱和汽、未饱和汽与饱和汽压及相对湿度为2009年考试大纲中新增内容,12.由于不同考区的要求不同，出题的形式也会各不相同，在新课标考区对气体实验定律的考查也有大的计算题.,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,固体的微观结构、晶体和非晶体,液晶的微观结构,液体的表面张力现象,气体实验定律,理想气体,饱和蒸气、未饱和蒸气和饱和蒸气压,相对湿度,热力学第一定律,能量守恒定律,热力学第二定律,要知道中学物理中涉及的国际单位制的基本单位和其他物理量的单位包括摄氏度(,)、标准大气压,实验：用油膜法估测分子的大小,选修33 第一章 热学,一、分子的大小,1,直,径数量级：,m.,2油膜法测分子直径：,d,，,V,是油滴的体积，,S,是水面上形成的,的面积,3分子质量的数量级为,kg.,10,10,单分子油膜,10,26,第1讲 分子动理论 热力学定律与能量守恒,4分子的两种模型：,(1),球,体模型直径,d,(2)立方体模型边长为,d,二、宏观量与微观量及相互关系,1,微,观量：分子体积,V,0,、分子直径,d,、分子质量,m,0,.,2宏观量：物体的体积,V,、摩尔体积,V,m,，,物体的质量,m,、摩尔质量,M,、物体的密度,.,3关系：,(1),分,子的质量：,m,0,(2)分子的体积：,V,0,(3)物体所含的分子数：,n,或,n,(1),固,体和液体分子都可看成是紧密堆集在一起的分子的体积,V,0,仅适用于固体和液体，对气体不适用,(2)对于气体分子，,d,的值并非气体分子的大小，,而是两个相邻的气体分子之间的平均距离,1,铜,的摩尔质量为,M,，密度为,，若用,N,A,表示阿伏加德罗常数，,则下列说法正确的是(),A1个铜原子的质量为,B1个铜原子占有的体积为,C1 m,3,铜所含原子的数目为,D1 kg铜所含原子的数目为,解析：,1,个,铜原子的质量为 ，,1个铜原子占有的体积为,由1个铜原子的体积大小即可计算1 m,3,铜所含原子的数目为,1 kg铜所含原子的数目为,答案：,CD,扩散现象和布朗运动都说明分子做无规则运动,一、扩散现象：,相互接触的物体彼此进入对方的现象温度越高，扩散越快,二、布朗运动,1,产,生的原因：是各个方向的液体分子对微粒碰撞的,引起的,2特点：,(1)永不停息、无规则运动 (2)颗粒越小，运动越,(3)温度越高，运动越,(4)运动轨迹不确定,不平衡性,剧烈,剧烈,3,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运动，不能叫做布朗运动布朗颗粒大小约为10,6,m(包含约10,21,个分子)，而分子直径约为10,10,m布朗颗粒的运动是分子热运动的,宏观表现,(1)布朗运动不是固体分子的运动，也不是液体分子的运动，,而是小颗粒的运动，是液体分子无规则运动的反映,(2)布朗运动中的颗粒很小，肉眼看不见，需用显微镜才能观察到,2,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布朗运动是指悬浮在液体中的固体分子的无规则运动,C布朗运动说明了液体分子与悬浮颗粒之间存在着相互作用力,D观察布朗运动会看到，悬浮的颗粒越小，温度越高，布朗运动越剧烈,解析：,布,朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，小颗粒由许多分子组成，所以布朗运动不是分子的无规则运动，也不是指悬浮颗粒内固体分子的无规则运动，故A、B选项错误，布朗运动虽然是由液体分子与悬浮颗粒间相互作用引起的，但其重要意义是反映了液体分子的无规则运动，而不是反映了分子间的相互作用，故C选项错误观察布朗运动会看到固体颗粒越小，温度越高，布朗运动越明显故D选项正确,答案：,D,一、分子力,1,分,子间同时存在着相互作用的,，分子力为它们的,2分子力的特点,(1)分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而,，随分子间距,离的减小而增大，但斥力比引力变化快,引力和斥力,合力,减小,r,r,0,时,，(,r,0,的数量级为10,10,m)，,F,引,F,斥,，分子力,F,0；,r,r,0,时，,F,引,r,0,时，,F,引,F,斥,，分子力,F,表现为,；,r,10,r,0,时，,F,引,、,F,斥,迅速减为零，分子力,F,0.,(2)分子力随分子间距离的变化图线如图111所示,(3)分子力的作用使分子聚集在一起，而分子的无规则运动使它们趋于,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,斥力,引力,二、分子的平均动能和势能,1分子的平均动能,(1),定义：物体内所有分子动能的,(2)决定因素：仅与物体的,有关，而与其他任何量无关系,2分子势能,(1),概念：由分子间的相互作用和,决定的能量,(2)分子势能大小的相关因素,微观,上：分子势能的大小与,有关,当分子间距离改变时，分子力做功，分子势能也相应变化,宏观上：与物体的,有关大多数物体是,越大，分子势能越大，,也有少数物体(如冰、铸铁等)，,变大，分子势能反而变小,平均值,温度,相对位置,分子间距,体积,体积,体积,3,物体的内能,(1),定,义：物体内所有分子的,和,的总和,(2)决定因素,微,观上：分子动能、分子势能、,宏观上：,、,、,物质的量(摩尔数),动能,势能,分子数,温度,体积,4,物体内能的变化,(1),改变,内能的两种方式,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,多少；物体对外界做了多少功，物体内能就,多少,增加,减少,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,多少；物体放出了多少热量，物体内能就,多少,(2)两种改变方式间的关系,两者在,上是等效的,两者的本质区别：做功是其他形式的能和内能的相互,，,热传递是内能的,增加,减少,内能改变,转化,转移,物体的内能和机械能的比较,内能,机械能,定义,物体内所有分子热运动动能与分子势能之和,物体的动能、重力势能和弹性势能的统称,决定,由物体内部状态决定,跟宏观运动状态、参考系和零势能点的选取有关,量值,任何物体都有内能,可以为零,测量,无法测量,可测量,本质,微观分子的运动和相互作用的结果,宏观物体的运动和相互作用的结果,比较,名称,(1)物体的体积越大，分子势能不一定就越大，如0,的水结成0,的冰后体积变大，但分子势能却减小了,(2)理想气体分子间相互作用力为零，故分子势能忽略不计，一定质量的理想气体内能只与温度有关,(3)机械能和内能都是对宏观物体而言的，不存在某个分子的内能、机械能的说法,温度、内能、热量、功之间的关系,温,度和内能是状态量，热量和功则是过程量，热传递的前提条件是存在温差，传递的是热量而不是温度，实质上是内能的转移,3.,如,图112所示，纵坐标表示两个分子间引力、斥力的大小，横坐标表示两个分子间的距离，图中两条曲线分别表示两分子间引力、斥力的大小随分子间距离的变化关系，,e,为两曲线的交点，则下列说法正确的是(),A,ab,为斥力曲线，,cd,为引力曲线，,e,点横坐标的数量级为10,10,m,B,ab,为引力曲线，,cd,为斥力曲线，,e,点横坐标的数量级为10,10,m,C若两个分子间距离大于,e,点的横坐标，则分子间作用力的合力表现为斥力,D若两个分子间距离越来越大，则分子势能亦越来越大,解析：,e,点,横坐标等于分子平衡距离,r,0,，其数量级应为10,10,m，因平衡距离之内，分子斥力大于分子引力，分子力表现为斥力则,ab,为引力曲线，,cd,为斥力曲线，B对两分子间距离大于,e,点的横坐标，即,r,r,0,时，作用力的合力表现为引力，C错若,r,r,0,时，当两分子间距离增大时，合力做正功，分子势能减小，D错,答案：,B,4,分,子间的势能与体积的关系，正确的是(),A物体的体积增大，分子间的势能增大,B气体分子间距离增大，分子间的势能减小,C物体的体积增大，分子间的势能有可能增大,D物体体积减小，分子间的势能增大,解析：,分子,间距离,r,r,0,的时候，分子间势能最小对A：若在,r,r,0,内，分子间距离增大，分子势能增大，故B错C对；对D：若在,r,r,0,内体积减小，分子势能减小，故D不对,答案：,C,一、能量守恒定律,内容,：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另一个物体，在能的转化或转移过程中其总量不变,二、热力学第一定律,1,内容,：一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，外,界对物体做的功,W,与物体从外界吸收的热量,Q,之和等于物体的内能的增加量,U,.,2表达式：,U,.,3对公式,U,Q,W,符号的规定,W,Q,符号,W,Q,U,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,三、热力学第二定律,两,种表述：,(1)不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而,(2)不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功，而不引起其他变化,不引起其他变化,1两类永动机的比较,2.热力学第一定律,(1),在应用热力学第一定律时，应特别分清,W,、,Q,的正负号，,以便准确地判断,U,的正、负,第一类永动机,第二类永动机,不消耗能量却可以源源不断地对外做功的机器,从单一热源吸热，全部用来对外做功而不引起其他变化的机器,违背能量守恒，不可能实现,不违背能量守恒，违背热力学第二定律，不可能实现,(2),容,易出错的几种特殊情况：,若是绝热过程，则,Q,0，,W,U,，,即外界对物体做的功等于物体内能的增加；,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；,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,3热力学过程方向性实例：,(1),高温物体,低温物体,(2)功,热,(3)气体体积,V,1,气体体积,V,2,(较大),(4)不同气体,A,和,B,混合气体,AB,4热力学第一定律和热力学第二定律的关系,热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式及热量与内能改变的定量关系而第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条件和过程进行的方向，指出了一切变化过程的自然发展是不可逆的，除非靠外界影响所以二者相互联系，又相互补充,5,(2009重庆，14),密,闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，,此过程中瓶内空气(不计分子势能)(),A内能增大，放出热量 B内能减小，吸收热量,C内能增大，对外界做功 D内能减小，外界对其做功,解析：,气体,的温度降低，则内能减小，又外界对气体做了功，,由热力学第一定律知，气体要向外放出热量,答案：,D,6,(2009四川，16),关于,热力学定律，下列说法正确的是(),A在一定条件下物体的温度可以降到0 K,B物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功,C吸收了热量的物体，其内能一定增加,D压缩气体总能使气体的温度升高,解析：,0 K,是,低温的极限，任何物体的温度只能接近而不能达到，所以A项错误；根据热力学第二定律，物体不可能从单一热源吸收热量全部用来对外做功而不产生其他影响，但在,“,产生其他影响的情况,”,下，也可以从单一热源吸收热量全部用来做功，所以B项正确；内能的改变与热传递和做功同时有关，所以C、D错误,答案：,B,7,下列,说法中正确的有(),A第二类永动机和第一类永动机一样