高中物理热学知识点上课讲义.docx

高中物理热学知识点上课讲义.docx

《高中物理热学知识点上课讲义.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理热学知识点上课讲义.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高中物理热学知识点上课讲义

高中物理热学知识点

选修3-3《热学》

一、知识网络

分子直径数量级

物质是由大量分子组成的阿伏加德罗常数

油膜法测分子直径

分子动理论分子永不停息地做无规则运动扩散现象

布朗运动

分子间存在相互作用力，分子力的F－r曲线

分子的动能；与物体动能的区别

物体的内能分子的势能；分子力做功与分子势能变化的关系；EP－r曲线

物体的内能；影响因素；与机械能的区别

单晶体——各向异性（热、光、电等）

晶体多晶体——各向同性（热、光、电等）有固定的熔、沸点

非晶体——各向同性（热、光、电等）没有固定的熔、沸点

浸润与不浸润现象——毛细现象——举例

饱和汽与饱和汽压

液晶

体积V气体体积与气体分子体积的关系

温度T（或t）热力学温标分子平均动能的标志

压强的微观解释

压强P影响压强的因素

求气体压强的方法

改变内能的物理过程做功——内能与其他形式能的相互转化

热传递——物体间（物体各部分间）内能的转移

热力学第一定律

能量转化与守恒能量守恒定律

热力学第二定律（两种表述）——熵——熵增加原理

能源与环境常规能源．煤、石油、天然气

新能源．风能、水能、太阳能、核能、地热能、海洋能等

二、考点解析

考点64物体是由大量分子组成的阿伏罗德罗常数　　　　　　　要求：

Ⅰ

阿伏加德罗常数（NA＝6.02×1023mol－1）是联系微观量与宏观量的桥梁。

设分子体积V0、分子直径d、分子质量m；宏观量为．物质体积V、摩尔体积V1、物质质量M、摩尔质量μ、物质密度ρ。

（1）分子质量：

（2）分子体积：

（对气体，V0应为气体分子占据的空间大小）

（3）分子直径：

球体模型．

（固体、液体一般用此模型）

立方体模型．

（气体一般用此模型）（对气体，d应理解为相邻分子间的平均距离）

（4）分子的数量：

固体、液体分子可估算分子质量、大小（认为分子一个挨一个紧密排列）；气体分子不可估算大小，只能估算气体分子所占空间、分子质量。

考点65用油膜法估测分子的大小（实验、探究）　　　　　　　　　要求：

Ⅰ

在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，有下列操作步骤，请补充实验步骤C的内容及实验步骤E中的计算式：

A．用滴管将浓度为0.05%的油酸酒精溶液逐滴滴入量筒中，记下滴入1mL的油酸酒精溶液的滴数N；

B．将痱子粉末均匀地撒在浅盘内的水面上，用滴管吸取浓度为0.05%的油酸酒精溶液，逐滴向水面上滴入，直到油酸薄膜表面足够大，且不与器壁接触为止，记下滴入的滴数n；

C．________________________________________________________________________

D．将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，以坐标纸上边长1cm的正方形为单位，计算出轮廓内正方形的个数m（超过半格算一格，小于半格不算）

E．用上述测量的物理量可以估算出单个油酸分子的直径d=_______________cm．

考点66分子热运动布朗运动　　　　　　　要求：

Ⅰ

1）扩散现象：

不同物质彼此进入对方（分子热运动）。

温度越高，扩散越快。

扩散现象说明：

组成物体的分子总是不停地做无规则运动，温度越高分子运动越剧烈；分子间有间隙

2）布朗运动：

悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动，不是液体分子的无规则运动！

布朗运动发生的原因是受到包围微粒的液体分子无规则运动地撞击的不平衡性造成的．因而布朗运动说明了分子在永不停息地做无规则运动．

（1）布朗运动不是固体微粒中分子的无规则运动．

（2）布朗运动不是液体分子的运动．（3）课本中所示的布朗运动路线，不是固体微粒运动的轨迹．（4）微粒越小，温度越高，布朗运动越明显．

3）扩散现象是分子运动的直接证明；布朗运动间接证明了液体分子的无规则运动

考点67分子间的作用力　　　　　　　　　要求：

Ⅰ

1）分子间引力和斥力一定同时存在，且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，但斥力变化快。

2）实际表现出来的分子力是分子引力和斥力的合力。

随分子间距离的增大，分子力先变小后变大再变小。

（注意：

这是指r从小于r0开始到增大到无穷大）。

3）分子力的表现及变化，对于曲线注意两个距离，即r0（10－10m）与10r0。

①当分子间距离为r0（约为10－10m）时，分子力为零，分子势能最小；②当分子间距离r＞r0时，分子力表现为引力。

当分子间距离由r0增大时，分子力先增大后减小；③当分子间距离r＜r0时，分子力表现为斥力。

当分子间距离由r0减小时，分子力不断增大

考点68温度和内能　　　　　　　　　　要求：

Ⅰ

温度和温标：

1）温度：

反映物体冷热程度的物理量（是一个宏观统计概念），是物体分子平均动能大小的标志。

任何同温度的物体，其分子平均动能相同。

2）热力学温度（T）与摄氏温度（t）的关系为：

T＝t+273.15（K）

说明：

①两种温度数值不同，但改变1K和1℃的温度差相同。

②０K是低温的极限，只能无限接近，但不可能达到。

③这两种温度每一单位大小相同，只是计算的起点不同。

摄氏温度把1大气压下冰水混合物的温度规定为0℃，热力学温度把1大气压下冰水混合物的温度规定为273K（即把－273℃规定为0K）。

.

内能：

1）内能是物体内所有分子无规则运动的动能和分子势能的总和，是状态量．

改变内能的方法有做功和热传递，它们是等效的．三者的关系可由热力学第一定律得到ΔU＝W+Q．

2）决定分子势能的因素：

宏观）分势能跟物体的体积有关。

微观）子势能跟分子间距离r有关。

3）固体、液体的内能与物体所含物质的多少（分子数）、物体的温度（平均动能）和物体的体积（分子势能）都有关

气体：

一般情况下，气体分子间距离较大，不考虑气体分子势能的变化（即不考虑分子间的相互作用力）

4）一个具有机械能的物体，同时也具有内能；一个具有内能的物体不一定具有机械能。

5）理想气体的内能：

理想气体是一种理想化模型，理想气体分子间距很大，不存在分子势能，所以理想气体的内能只与温度有关。

温度越高，内能越大。

（1）理想气体与外界做功与否，看体积，体积增大，对外做了功（外界是真空则气体对外不做功），体积减小，则外界对气体做了功。

（2）理想气体内能变化情况看温度。

（3）理想气体吸不吸热，则由做功情况和内能变化情况共同判断。

（即从热力学第一定律判断）

6）关于分子平均动能和分子势能理解时要注意．

（1）温度是分子平均动能大小的标志，温度相同时任何物体的分

子平均动能相等，但平均速率一般不等（分子质量不同）．

（2）分子力做正功分子势能减少，分子力做负功分子势能增加。

（3）分子势能为零一共有两处，一处在无穷远处，另一处小于r0

分子力为零时分子势能最小，而不是零。

（4）理想气体分子间作用力为零，分子势能为零，只有分子动能。

考点69晶体和非晶体晶体的微观结构　　　　　　　　　　要求：

Ⅰ

考点70液体的表面张力现象要求：

Ⅰ

１）表面张力：

表面层分子比较稀疏，r＞r0在液体内部分子间的距离在r0左右，分子力几乎为零。

液体的表面层由于与空气接触，所以表面层里分子的分布比较稀疏、分子间呈引力作用，在这个力作用下，液体表面有收缩到最小的趋势，这个力就是表面张力。

２）浸润和不浸润现象：

３）毛细现象：

浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润液体在细管中下降的现象，称为毛细现象。

考点71液晶　　　　　　　　　　要求：

Ⅰ

1）液晶具有流动性、光学性质各向异性．

2）不是所有物质都具有液晶态，通常棒状分子、碟状分子和平板状分子的物质容易具有液晶态。

天然存在的液晶不多，多数液晶为人工合成．

3）向液晶参入少量多色性染料，染料分子会和液晶分子结合而定向排列，从而表现出光学各向异性。

当液晶中电场强度不同时，它对不同颜色的光的吸收强度也不一样，这样就能显示各种颜色．

4）在多种人体结构中都发现了液晶结构．

考点72气体实验定律理想气体　　　要求：

Ⅰ

1）探究一定质量理想气体压强p、体积V、温度T之间关系，采用的是控制变量法

2）三种变化：

玻意耳定律：

PV＝C

查理定律：

P/T＝C

盖—吕萨克定律：

V/T＝C

等温变化图线等容变化图线等压变化图线

提示：

①等温变化中的图线为双曲线的一支，等容（压）变化中的图线均为过原点的直线（之所以原点附近为虚线，表示温度太低了，规律不再满足）；②图中双线表示同一气体不同状态下的图线，虚线表示判断状态关系的两种方法；③对等容（压）变化，如果横轴物理量是摄氏温度t，则交点坐标为－273.15

3）理想气体状态方程：

理想气体，由于不考虑分子间相互作用力，理想气体的内能仅由温度和分子总数决定，与气体的体积无关。

对一定质量的理想气体，有

（或

）

4）气体压强微观解释：

由大量气体分子频繁撞击器壁而产生的，与温度和体积有关。

（１）气体分子的平均动能，从宏观上看由气体的温度决定

（２）单位体积内的分子数（分子密集程度），从宏观上看由气体的体积决定

考点73饱和汽和饱和汽压　　　　要求：

Ⅰ说明：

相对湿度的计算不做要求

１）汽化

沸腾只在一定温度下才会发生，液体沸腾时的温度叫做沸点，沸点与温度有关，大气压增大时沸点升高

２）饱和汽与饱和汽压

在密闭容器中的液面上同时进行着两种相反的过程：

一方面分子从液面飞出来；另一方面由于液面上的汽分子不停地做无规则的热运动，有的汽分子撞到液面上又会回到液体中去。

随着液体的不断蒸发，液面上汽的密度不断增大，回到液体中的分子数也逐渐增多。

最后，当汽的密度增大到一定程度时，就会达到这样的状态：

在单位时间内回到液体中的分子数等于从液面飞出去的分子数，这时汽的密度不再增大，液体也不再减少，液体和汽之间达到了平衡状态，这种平衡叫做动态平衡。

我们把跟液体处于动态平衡的汽叫做饱和汽，把没有达到饱和状态的汽叫做未饱和汽。

在一定温度下，饱和汽的压强一定，叫做饱和汽压。

未饱和汽的压强小于饱和汽压。

饱和汽压：

（1）饱和汽压只是指空气中这种液体蒸汽的分气压，与其他气体的压强无关。

（2）饱和汽压与温度和物质种类有关。

在同一温度下，不同液体的饱和气压一般不同，挥发性大的液体饱和气压大；同一种液体的饱和气压随温度的升高而迅速增大。

（3）将不饱和汽变为饱和汽的方法：

①降低温度②减小液面上方的体积③等待（最终此种液体的蒸气必然处于饱和状态）

3）空气的湿度

（1）空气的绝对湿度：

用空气中所含水蒸气的压强来表示的湿度叫做空气的绝对湿度。

（2）空气的相对湿度：

相对湿度更能够描述空气的潮湿程度，影响蒸发快慢以及影响人们对干爽与潮湿感受。

4）汽化热：

液体汽化时体积会增大很多，分子吸收的能量不只是用于挣脱其他分子的束缚，还用于体积膨胀时克服外界气压做功，所以汽化热还与外界气体的压强有关。

考点74做功和热传递是改变物体内能的两种方式要求：

Ⅰ

1）绝热过程：

系统只通过做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热

2）热传递：

热传导、热对流、热辐射

3）热量和内能：

⑴不能说物体具有多少热量，只能说物体吸收或放出了多少热量，热量是过程量，对应一个过程。

离开了热传递，无法谈热量。

不能说“物体温度越高，所含热量越多”。

⑵改变物体内能的两种方式：

做功和热传递。

做功是内能与其他形式的能发生转化；热传递是不同物体（或同一物体的不同部分）之间内能的转移，它们改变内能的效果是相同的。

考点75热力学第一定律能量守恒定律要求：

I

1）热力学第一定律：

（1）内容：

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。

（2）数学表达式为：

ΔU＝W+Q绝热：

Q＝0；等温：

ΔU＝0，如果是气体向真空扩散，W＝0

（3）符号法则：

做功W

热量Q

内能的改变ΔU

取正值“+”

外界对系统做功

系统从外界吸收热量

系统的内能增加

取负值“－”

系统对外界做功

系统向外界放出热量

系统的内能减少

2）能量守恒定律：

（1）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其总量不变。

这就是能量守恒定律。

（2）第一类永动机：

不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，人们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动机。

根据能量守恒定律，任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有地制造能量，因此第一类永动机是不可能制成的

考点76热力学第二定律要求：

Ⅰ

1）学第二定律的两种表述：

①热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。

②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。

2热机：

①热机是把内能转化为机械能的装置。

其原理是热机从热源吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后向冷凝器释放热量Q2。

②由能量守恒定律可得：

Q1=W+Q2。

们把热机做的功和它从热源吸收的热量的比值叫做热机效率，用η表示，即η=W/Q1。

热机效率不可能达到100%

3）第二类永动机：

①设想：

只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。

②第二类永动机不可能制成，表示尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化成机械能而不引起其他变化；机械能和内能的转化过程具有方向性。

考点77能源与环境能源的开发和应用要求：

Ⅰ

能量耗散：

各种形式的能量向内能转化，无序程度较小的状态向无序程度较大的状态转化。

能量耗散虽然不会使能的总量不会减少，却会导致能的品质降低，它实际上将能量从可用的形式降级为不大可用的形式，煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。

故能量虽然不会减少但能源会越来越少，所以要节约能源。

三种常规能源是：

煤、石油、天然气。

开发和利用新能源：

新能源主要指太阳能、生物能、风能、水能等。

这些能源一是取之不尽、用之不竭，二是不会污染环境等等。

检测题

1、（2012新课标）关于热力学定律，下列说法正确的是＿＿＿＿

A．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量

B．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加C．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功

D．不可能使热量从低温物体传向高温物体E．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程

2、（2012大纲卷）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.液体温度越高，悬浮粒子越小，布朗运动越剧

C．布朗运动是由于液体各个部分的温度不同而引起的

D.布朗运动是由液体分子从各个方向对悬浮粒子撞击作用的不平衡引起的

3、（2012广东）草叶上的露珠是由空气中的水汽凝结成水珠，这一物理过程中，水分子间的

A引力消失，斥力增大B斥力消失，引力增大C引力、斥力都减小D引力、斥力都增大

4、（2012福建）

（1）关于热力学定律和分子动理论，下列说法正确的是____。

A．一定量气体吸收热量，其内能一定增大B.不可能使热量由低温物体传递到高温物体

C.若两分子间距离增大，分子势能一定增大D.若两分子间距离减小，分子间引力和斥力都增大

5、（2012福建）

（2）空气压缩机的储气罐中储有1.0atm的空气6.0L,现再充入1.0atm的空气9.0L。

设充气过程为等温过程，空气可看作理想气体，则充气后储气罐中气体压强为（）。

A．2.5atmB.2.0atmC.1.5atmD.1.0atm

6、（2012江苏）下列现象中，说明液体存在表面张力的有____________

A．水黾可以停在水面上B．叶面上的露珠呈球形

C．滴入水中的红墨水很快散开D．悬浮在水中的花粉做无规则运动

7、（2012江苏）

（1）密闭在钢瓶中的理想气体，温度升高时压强增大，从分子动理论的角度分析，这是由于分子热运动的_______增大了，该气体在温度为T1、T2时的分子速率分布图像如题12A-1图所示，则T1_______（选填“大于”或“小于”）T2

（2）如图12A-2图所示，一定质量的理想气体从状态A经等压过程到状态B，此过程中，气体压强P=1.0×105Pa，吸收的热量Q=7.0×102J，求此过程中气体内能的增量。

8、（2012四川）.物体由大量分子组成，下列说法正确的是

A．分子热运动越剧烈，物体内每个分子的动能越大B.分子间引力总是随着分子间距离减小而减小

C.物体的内能跟物体的温度和体积有关D.只有外界对物体做功才能增加物体的内能

9、（2012海南）两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图中曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为r0.相距很远的两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近.若两分子相距无穷远时分子势能为零，下列说法正确的是________.

A.在r>r0阶段，F做正功，分子动能增加，势能减小

B.在r

C.在r=r0时，分子势能最小，动能最大

D.在r=r0时，分子势能为零E.分子动能和势能之和在整个过程中不变

10、（2013·西安模拟）一定质量气体，在体积不变的情况下，温度升高，压强增大的原因是（　　）

A．温度升高后，气体分子的平均速率变大B．温度升高后，气体分子的平均动能变大

C．温度升高后，分子撞击器壁的平均作用力增大D．温度升高后，单位体积内的分子数增多，撞击到单位面积器壁上的分子数增多了

11．（2013·抚顺模拟）下列说法中正确的是（　　）

A．布朗运动是液体分子的运动，它说明分子永不停息地做无规则运动

B．叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用

C．液晶显示器是利用了液晶对光具有各向异性的特点

D．当两分子间距离大于平衡位置的间距r0时，分子间的距离越大，分子势能越小

12．（2013·烟台模拟）如图，一定质量的理想气体经历如图所示的AB、BC、CA三个变化过程，则：

符合查理定律的变化过程是________；C→A过程中气体________（选填“吸收”或“放出”）热量，_______（选填“外界对气体”或“气体对外界”）做功，气体的内能_______（选填“增大”、“减小”或“不变”）．

13、（2007山东）36.（8分）某压力锅的结构如图所示。

盖好密封锅盖，将压力阀套在出气孔上，给压力锅加热，当锅内气体压强达到一定值时，气体就把压力阀顶起。

假定在压力阀被顶起时，停止加热。

（1）若此时锅内气体的体积为V，摩尔体积为

，阿伏加德罗常数为

，写出锅内气体分子数的估算表达式。

（2）假定在一次放气过程中，锅内气体对压力阀及外界做功1J，并向外界释放了2J的热量。

锅内原有气体的内能如何变化？

变化了多少？

（3）已知大气压强P随海拔高度H的变化满足P=

（1－αH），其中常数α＞0。

结合气体定律定性分析在不同的海拔高度使用压力锅，当压力阀被顶起时锅内气体温度有何不同。

14、（2008山东）喷雾器内有lOL水，上部封闭有latm的空气2L。

关闭喷雾阀门，用打气筒向喷雾器内再充入1atm的空气3L（设外界环境温度一定，空气可看作理想气体）。

（1）当水面上方气体温度与外界温度相等时．求气体压强，并从微观上解释气体压强变化的原因。

（2）打开喷雾阀门，喷雾过程中封闭气体可以看成等温膨胀，此过程气体是吸热还是放热?

简要说明理由。

15、（2009山东）36.（8分）

一定质量的理想气体由状态A经状态B变为状态C，其中A

B过程为等压变化，B

C过程为等容变化。

已知VA=0.3m3，TA=TC=300K，TB=400K。

（1）求气体在状态B时的体积。

（2）说明B

C过程压强变化的微观原因

（3）设A

B过程气体吸收热量为Q1，B

C过程气体放出热量为Q2，比较Q1、Q2的大小并说明原因。

16、（2010山东）36.（8分）一太阳能空气集热器，底面及侧面为隔热材料，顶面为透明玻璃板，集热器容积为V0，开始时内部封闭气体的压强为p0。

经过太阳暴晒，气体温度由T0=300K升至T1=350K。

（1）

求此时气体的压强。

（2）保持T1=350K不变，缓慢抽出部分气体，使气体压强再变回到p0。

求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值。

判断在抽气过程中剩余气体是吸热还是放热，并简述原因。

17、（2011山东）（8分）⑴人类对物质属性的认识是从宏观到微观不断深入的过程。

以下说法正确的是。

a．液体的分子势能与体积有关b．晶体的物理性质都是各向异性的

c．温度升高，每个分子的动能都增大d．露珠呈球状是由于液体表面张力的作用

⑵气体温度计结构如图所示。

玻璃测温泡A内充有理想气体，通过细玻璃管B和水银压强计相连。

开始时A处于冰水混合物中，左管C中水银面在O点处，

右管D中水银面高出O点h1=14cm。

后将A放入待测恒温槽中，上下移动D，使C中水银面仍在O点处，测得D中水银面高出O点h2=44cm。

（已知外界大气压为1个标准大气压，1标准大气压相当于76cmHg）①求恒温槽的温度。

②此过程A内气体内能（填“增大”或“减小”），气体不对外做功，气体将（填“吸热”或“放热”）。

18、（2012山东）36.（8分）

（1）以下说法正确的是。

a．水的饱和汽压随温度的升高而增大

b．扩散现象表明，分子在永不停息地运动

c．当分子间距离增大时，分子间引力增大，分子间斥力减小

d．一定质量的理想气体，在等压膨胀过程中，气体分子的平均动能减小

（2）如图所示，粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U型管竖直放置，右端与大气相通，左端封闭气柱长

（可视为理想气体），两管中水银面等高。

先将右端与一低压舱（未画出）接通，稳定后右管水银面高出左管水银面

（环境温度不变，大气压强

）

求稳定后低压舱内的压强（用“cmHg”做单位）

此过程中左管内的气体对外界（填“做正功”“做负功”“不做功”），气体将（填“吸热”或放热“）。

19．（2013·潍坊模拟）

（1）下列说法正确的是

A.0°C的冰与0°C的水分子的平均动能相同

B.温度高的物体内能一定大

C.分子间作用力总是随分子间距离的增大而减小

D.随着制冷技术的不断提高，绝对零度一定能在实验室中达到

（2）一定质量的理想气体压强p与热力学温度T的关系图象如图所示，气体在状态A时的体积V。

=2m3，线段AB与p轴平行.

①求气体在状态B时的体积；

②气体从状态A变化到状态B过程中，对外界做功30J，问该过程中气体吸热还是放热？

热量为多少？

20．（2013·日照模拟）在某高速公路发生一起车祸，车祸系轮胎爆胎所致。

已知汽车行驶前轮胎内气体压强为2．5atm，温度为27℃，爆胎时胎内气体的温度为87℃，轮胎中的空气可看作理想气体。

（1）求爆胎时轮胎内气体的压强；

（2）从微观上解释爆胎前胎内气体压强变化的原因；

（3）爆胎后气体迅速外泄，来不及与外界发生热交换，判断此过程胎内原有气体内能

如何变化?

简要说明理由。