高考物理二轮复习 专题14 热学课件.ppt

1 专题14热学 考点48分子动理论内能 考点49气体 固体和液体 考点50热力学定律与能量守恒定律 考点51实验 用油膜法估测分子大小 考点52热学综合问题 2 考点48分子动理论内能 1 分子动理论 1 物体是由大量分子组成的 分子的大小 分子直径的数量级为10 10m 分子质量的数量级为10 26kg 分子直径估测方法 油膜法 阿伏伽德罗常数 1mol的任何物质中含有NA 6 02 1023个分子 2 分子永不停息地做无规则运动 扩散现象 不同物质能够彼此进入对方的现象叫做扩散 扩散现象是由物质分子的无规则运动产生的 3 布朗运动 指悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动 微粒越小 温度越高 布朗运动越明显 3 分子间存在相互的作用力分子间同时存在引力和斥力 分子力是分子间引力和斥力的合力 2 物体的内能 1 分子平均动能 分子由于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 2 分子的势能 由分子间相对位置决定的势能叫分子势能 固体和液体的分子势能与物体的体积有关 3 物体的内能 物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能 考点48分子动理论内能 4 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 改变物体内能有两种方式 做功 热传递 内能的改变由热力学第一定律决定 考点48分子动理论内能 5 考法1布朗运动与分子热运动的比较 6 考点48分子动理论内能 7 考法2利用阿伏伽德罗常数进行微观量的估算 1 灵活运用两种微观模型对液体 固体来说 可以将分子看成是一个个紧挨在一起的小球 也可认为这些分子是一个个紧密排列的立方体 如图所示 1 球体模型 分子的直径为 2 立方体模型 分子的直径为 这两种分子模型计算出的直径数量级相同 考点48分子动理论内能 8 考点48分子动理论内能 9 3 注意一个问题由于固体和液体中分子间距离较小 则可以近似表示每个分子的体积 而气体分子间的距离很大 用只能表示每个气体分子平均占据的空间 那么就可以表示气体分子间的平均距离了 考点48分子动理论内能 10 考法3分子间作用力和分子势能随分子间距的变化规律 考点48分子动理论内能 11 考点49气体 固体和液体 1 气体 1 描述气体状态的物理量 温度 体积 压强 2 气体的压强 产生原因 大量气体分子无规则热运动对器壁碰撞而产生 气体作用在器壁单位面积上的压力叫压强 决定因素 宏观上取决于气体的体积和温度 微观上取决于单位体积内的分子数 分子数密度 和分子平均动能 单位 国际单位是帕 Pa 常用单位有 标准大气压 atm 厘米汞柱 cmHg 和毫米汞柱 mmHg 换算关系是 1atm 76cmHg 1 013 105Pa 1mmHg 133Pa 12 3 气体实验定律 玻意耳定律 等温变化 p1V1 p2V2或pV C 查理定律 等容变化 盖 吕萨克定律 等压变化 理想气体状态方程 2 固体和液体 1 固体分为晶体和非晶体两类 晶体又分为单晶体和多晶体 2 液体 液体的表面张力 液体的表面分子间的引力称为表面张力 表面张力使液体表面收缩而绷紧 跟液面相切 跟这部分液面的分界线垂直 考点49气体 固体和液体 13 液晶 液晶是一种特殊的物质 它既具有液体的流动性 又具有晶体的各向异性 液晶在显示器方面具有广泛的应用 3 饱和汽 饱和汽压和相对湿度 1 饱和汽 在密闭容器中的液体不断蒸发 液面上的蒸汽也不断凝结 当这两个同时存在的过程达到动态平衡时 液面上的蒸汽叫饱和汽 而没有达到饱和状态的蒸汽叫做未饱和汽 2 饱和汽压 饱和汽的压强叫做饱和汽压 饱和汽压与温度的高低有关 温度升高时 饱和汽压也增大 饱和汽压与体积的大小无关 3 相对湿度 在某一温度下 空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压之比 称为空气的相对湿度 即相对湿度 B 考点49气体 固体和液体 14 考法4气体压强的计算 1 液体封闭的气体压强的确定平衡法 选与气体接触的液柱为研究对象进行受力分析 利用它的受力平衡 求出气体的压强 取等压面法 根据同种液体在同一水平液面处压强相等 在连通器内灵活选取等压面 由两侧压强相等建立方程求出压强 液体内部深度为h处的总压强p p0 gh 考点49气体 固体和液体 15 2 固体 活塞或汽缸 封闭的气体压强的确定由于该固体必定受到被封闭气体的压力 所以可通过对该固体进行受力分析 由平衡条件建立方程来求出气体压强 考点49气体 固体和液体 16 考法5气体实验定律 1 气体实验定律及图线比较 考点49气体 固体和液体 17 考点49气体 固体和液体 18 考法6理想气体的状态方程及应用 1 理想气体 1 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 2 微观上讲 理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力 分子本身没有体积 即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间 2 状态方程 3 应用状态方程解题的一般步骤 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 考点49气体 固体和液体 19 3 由状态方程列式求解 4 讨论结果的合理性 考法7晶体与非晶体 考点49气体 固体和液体 20 考点50热力学定律与能量守恒定律 1 热力学第一定律 1 做功和热传递是改变物体内能的两种方式 2 热力学第一定律 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 用公式表达为 U Q W 2 热力学第二定律 1 热传导的方向性 两个温度不同的物体接触时 热量会自发地从高温物体传到低温物体 不能自发地从低温物体传到高温物体 而低温物体必须要依靠外界的辅助才能将热量传给高温物体 21 2 第二类永动机 从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功 而不产生他变化的机器 机械能和内能的转化过程具有方向性 违背热力学第二定律 不可能实现 3 热力学第二定律 克劳修斯表述 热量不能自发地从低温物体传到高温物体 开尔文表述 不可能从单一热源吸收热量 使之完全变为有用功 而不产生其他影响 3 能量守恒定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 考点50热力学定律与能量守恒定律 22 考法8对热力学第一定律的理解 1 热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的过程是等效的 而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系 此定律是标量式 应用时功 内能 热量的单位应统一为国际单位焦耳 2 对公式 U Q W符号的规定 考点50热力学定律与能量守恒定律 23 3 几种特殊情况 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 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 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 注意事项 1 应用热力学第一定律时要明确研究的对象是哪个物体或者是哪个热力学系统 2 应用热力学第一定律计算时 要依照符号法则代入数据 对结果的正 负也同样依照规则来解释其意义 考点50热力学定律与能量守恒定律 24 3 分析此类问题需要注意两点 绝热 说明与外界没有热交换 气体向真空扩散时对外不做功 考点50热力学定律与能量守恒定律 25 考法9对热力学第二定律的理解 1 对热力学第二定律关键词的理解在热力学第二定律的表述中 自发地 不产生其他影响 的含义 1 自发地 指明了热传递等热力学宏观现象的方向性 不需要借助外界提供能量的帮助 2 不产生其他影响 是说发生的热力学宏观过程只在本系统内完成 对周围环境不产生热力学方面的影响 如吸热 放热 做功等 2 热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述 都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性 进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性 考点50热力学定律与能量守恒定律 26 3 热力学过程方向性实例 返回专题首页 考点50热力学定律与能量守恒定律 27 考点51实验 用油膜法估测分子的大小 1 实验原理用油膜法估测分子大小的原理是 用累积法测出一滴油酸酒精溶液的体积V0 根据溶液浓度算出一滴纯油酸的体积V 测出油滴形成单分子油膜层的面积S 如果把分子看做球形 就可算出油酸分子的直径 分子虽然很小 但分子间有空隙 除一些有机物质的大分子以外 一般物质分子直径的数量级都是10 10m 本实验采用使油酸在水面上形成一层单分子的油膜的方法 估测分子的大小 油酸是一种脂肪酸 它的分子和水有很强的亲和力 当它浮于水面时 能形成一个单分子层油膜 如果油膜分子可以大致看做球形 油膜的厚度就是分子的直径 如图所示 28 2 实验步骤 1 配制油酸酒精溶液 取1mL的油酸滴入酒精中配制成500mL的油酸酒精溶液 2 用滴管或注射器将配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中 记下量筒内增加一定体积 例如1mL 时的滴数 算出一滴油酸酒精溶液的体积 3 实验时先向边长为30 40cm的浅盘里倒入约2cm深的水 然后将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上 用滴管往水面上滴一滴油酸酒精溶液 油酸立即在水面上散开 4 待油酸薄膜的形状稳定后 将玻璃板放在浅盘上 然后将油酸膜的形状用彩笔画在玻璃板上 考点51实验 用油膜法估测分子的大小 29 5 将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上 算出油酸薄膜的面积S 求面积时以坐标纸上边长为1cm的正方形为单位 数出轮廓内正方形的个数 不足半个的舍去 多于半个的算一个 6 根据配制的油酸酒精溶液的浓度 算出一滴溶液中纯油酸的体积V 根据一滴纯油酸的体积V和薄膜的面积S即可算出油酸薄膜的厚度 即油酸分子的大小 3 误差分析用油膜法估测分子的直径 通常可以测得比较准 实验误差通常来自三个方面 1 形成单分子油膜只有形成单分子油膜 才能用油膜的厚度代表分子的直径 即 要求使用的酒精的浓度 痱子粉的用量适宜 考点51实验 用油膜法估测分子的大小 30 2 油滴的体积V用累积法测油滴的体积 先测出1mL的油酸酒精溶液的滴数 从而计算出一滴油酸酒精溶液的体积 再由油酸酒精溶液的浓度算出纯油酸的体积 3 油膜的面积S用坐标纸测出形状不规则油膜的面积 数出不规则图形的轮廓包围的方格数 计算方格数时 不足半格的舍去 多于半格的算一个 方格边长的单位越小 这种方法求出的面积越精确 4 注意事项 1 油酸酒精溶液的浓度应小于0 1 2 痱子粉的用量不要太多 否则不易成功 考点51实验 用油膜法估测分子的大小 31 3 测一滴油酸酒精溶液的体积时 滴入量筒中的油酸酒精溶液的体积应为整毫升数 应多滴几滴 数出对应的毫升数 这样求平均值时误差较小 4 浅盘里水离盘口面的距离应小些 并要水平放置 以便准确地画出油膜的形状 画线时视线应与板面垂直 5 要待油膜形状稳定后 再画轮廓 6 利用坐标纸求油膜面积时 以边长1cm的正方形为单位 计算轮廓内正方形的个数 不足半个的舍去 大于半个的算一个 7 做完实验后 把水从盘的一侧边缘倒出 并用少量酒精清洗 然后用脱脂棉擦拭 最后用水冲洗 以保持盘的清洁 考点51实验 用油膜法估测分子的大小 32 考点52热学综合问题 考法10热学综合问题 热学综合问题一方面以气体压强为桥梁表现为热学与力学的综合 涉及受力分析 平衡条件 牛顿运动定律 气体实验定律 理想气体状态方程等 另一方面以功和能为桥梁表现为实验定律与热力学定律的综合 涉及气体实验定律 理想气体状态方程 动能定理 功能关系 热力学定律 能量守恒等 求解前一类问题时首先要以跟气体接触的物体为对象进行受力分析 研究对象可以是活塞 或水银 汽缸以及活塞和汽缸组成的整体 明确研究对象是平衡还是加速运动 从而列出平衡方程或牛顿第二定律方程求出 33 压强 接下来再以被封闭的气体为对象 明确气体的初 末状态 结合气体实验定律 理想气体状态方程求解 求解后一类问题时找到气体实验定律与热力学定律之间的联系 弄清气体状态变化过程中各状态量的变化情况 两个规律的联系在于气体的体积V和温度T 关系如下 1 体积变化对应气体与外界做功的关系 体积增大 气体对外界做功 即W0 2 理想气体不计分子间作用力 即不计分子势能 故内能只与温度有关 温度升高 内能增大 即 U 0 温度降低 内能减小 即 U 0 最后结合热力学第一定律 U W Q求解问题 另外 对理想气体 只要体积变化 外界对气体 或气体对外界 要做功 考点52热学综合问题