高考物理二轮复习讲义第13章 热学.docx

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高考物理二轮复习讲义第13章热学

第1节　分子动理论　内能

一、分子动理论

1．物体是由大量分子组成的

（1）分子模型：

主要有两种模型，固体与液体分子通常用球体模型，气体分子通常用立方体模型．

（2）分子的大小

①分子直径：

数量级是10－10m；

②分子质量：

数量级是10－26kg；

③测量方法：

油膜法．

（3）阿伏加德罗常数

1mol任何物质所含有的粒子数，NA＝6.02×1023mol－1.

2．分子热运动

分子永不停息的无规则运动．

（1）扩散现象

相互接触的不同物质彼此进入对方的现象．温度越高，扩散越快，可在固体、液体、气体中进行．

（2）布朗运动

悬浮在液体（或气体）中的微粒的无规则运动，微粒越小，温度越高，布朗运动越显著．

3．分子力

分子间同时存在引力和斥力，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，但总是斥力变化得较快．

二、内能

1．分子平均动能

（1）所有分子动能的平均值．

（2）温度是分子平均动能的标志．

2．分子势能

由分子间相对位置决定的能，在宏观上分子势能与物体体积有关，在微观上与分子间的距离有关．

3．物体的内能

（1）内能：

物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和．

（2）决定因素：

温度、体积和物质的量．

三、温度

1．意义：

宏观上表示物体的冷热程度（微观上标志物体中分子平均动能的大小）．

2．两种温标

（1）摄氏温标t：

单位℃，在1个标准大气压下，水的冰点作为0℃，沸点作为100℃，在0℃～100℃之间等分100份，每一份表示1℃.

（2）热力学温标T：

单位K，把－273.15℃作为0K.

（3）就每一度表示的冷热差别来说，两种温度是相同的，即ΔT＝Δt.只是零值的起点不同，所以二者关系式为T＝t＋273.15.

（4）绝对零度（0K），是低温极限，只能接近不能达到，所以热力学温度无负值．

[自我诊断]

1．判断正误

（1）质量相等的物体含有的分子个数不一定相等．（√）

（2）组成物体的每一个分子运动是有规律的．（×）

（3）布朗运动是液体分子的运动．（×）

（4）分子间斥力随分子间距离的减小而增大，但分子间引力却随分子间距离的减小而减小．（×）

（5）内能相同的物体，温度不一定相同．（√）

（6）分子间无空隙，分子紧密排列．（×）

2．（多选）墨滴入水，扩而散之，徐徐混匀．关于该现象的分析正确的是（　　）

A．混合均匀主要是由于碳粒受重力作用

B．混合均匀的过程中，水分子和碳粒都做无规则运动

C．使用碳粒更小的墨汁，混合均匀的过程进行得更迅速

D．墨汁的扩散运动是由于碳粒和水分子发生化学反应引起的

解析：

选BC.根据分子动理论的知识可知，最后混合均匀是扩散现象，水分子做无规则运动，碳粒做布朗运动，由于布朗运动的剧烈程度与颗粒大小和温度有关，所以使用碳粒更小的墨汁，布朗运动会更明显，则混合均匀的过程进行得更迅速，故选B、C.

3．关于物体的内能，以下说法正确的是（　　）

A．不同物体，温度相等，内能也相等

B．所有分子的势能增大，物体内能也增大

C．温度升高，分子平均动能增大，但内能不一定增大

D．只要两物体的质量、温度、体积相等，两物体的内能一定相等

解析：

选C.不同物体，温度相等，分子平均动能相等，分子动能不一定相等，不能说明内能也相等，A错误；所有分子的势能增大，不能反映分子动能如何变化，不能确定内能也增大，B错误；两物体的质量、温度、体积相等，但其物质的量不一定相等，不能得出内能相等，D错误，C正确．

考点一　宏观量与微观量的计算

1．微观量：

分子体积V0、分子直径d、分子质量m0.

2．宏观量：

物体的体积V、摩尔体积Vm、物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ.

3．关系

（1）分子的质量：

m0＝＝.

（2）分子的体积：

V0＝＝.

（3）物体所含的分子数：

N＝·NA＝·NA

或N＝·NA＝·NA.

4．分子的两种模型

（1）球体模型直径d＝.（常用于固体和液体）

（2）立方体模型边长d＝.（常用于气体）

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．（多选）若以μ表示水的摩尔质量，V表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积，ρ表示在标准状态下水蒸气的密度，NA表示阿伏加德罗常数，m、v分别表示每个水分子的质量和体积，下面关系正确的是（　　）

A．NA＝　B．ρ＝

C．ρ＜D．m＝

解析：

选ACD.由于μ＝ρV，则NA＝＝，变形得m＝，故A、D正确；由于分子之间有空隙，所以NAv＜V，水的密度为ρ＝＜，故C正确，B错误．

2．（多选）已知铜的摩尔质量为M（kg/mol），铜的密度为ρ（kg/m3），阿伏加德罗常数为NA（mol－1）．下列判断正确的是（　　）

A．1kg铜所含的原子数为

B．1m3铜所含的原子数为

C．1个铜原子的质量为（kg）

D．1个铜原子的体积为（m3）

解析：

选ACD.1kg铜所含的原子数N＝NA＝，A正确；同理，1m3铜所含的原子数N＝NA＝，B错误；1个铜原子的质量m0＝（kg），C正确；1个铜原子的体积V0＝＝（m3），D正确．

3．（2016·陕西西安二模）目前专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术．实验发现，在水深300m处，二氧化碳将变成凝胶状态，当水深超过2500m时，二氧化碳会浓缩成近似固体的硬胶体．设在某状态下二氧化碳气体的密度为ρ，摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，将二氧化碳分子看成直径为D的球，则在该状态下体积为V的二氧化碳气体变成硬胶体后体积为________．

解析：

二氧化碳气体变成硬胶体后，可以看成是分子一个个紧密排列在一起的，故体积为V的二氧化碳气体质量为m＝ρV；所含分子数为n＝NA＝NA；变成硬胶体后体积为V′＝n·πD3＝.

答案：

在进行微观量与宏观量之间的换算的两点技巧

（1）正确建立分子模型：

固体和液体一般建立球体模型，气体一般建立立方体模型．

（2）计算出宏观量所含物质的量，通过阿伏加德罗常数进行宏观量与微观量的转换与计算．

考点二　布朗运动与分子热运动

布朗运动

热运动

活动主体

固体小颗粒

分子

区别

是固体小颗粒的运动，是比分子大得多的分子团的运动，较大的颗粒不做布朗运动，但它本身的以及周围的分子仍在做热运动

是指分子的运动，分子无论大小都做热运动，热运动不能通过光学显微镜直接观察到

共同点

都是永不停息的无规则运动，都随温度的升高而变得更加激烈，都是肉眼所不能看见的

联系

布朗运动是由于小颗粒受到周围分子做热运动的撞击力不均衡而引起的，它是分子做无规则运动的反映

1．（多选）关于扩散现象，下列说法正确的是（　　）

A．温度越高，扩散进行得越快

B．扩散现象是不同物质间的一种化学反应

C．扩散现象是由物质分子无规则运动产生的

D．扩散现象在气体、液体和固体中都能发生

E．液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的

解析：

选ACD.扩散现象与温度有关，温度越高，扩散进行得越快，选项A正确．扩散现象是由于分子的无规则运动引起的，不是一种化学反应，选项B错误、选项C正确、选项E错误．扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，选项D正确．

2．关于布朗运动，下列说法正确的是（　　）

A．布朗运动就是液体分子的无规则运动

B．布朗运动就是悬浮微粒的固体分子的无规则运动

C．气体分子的运动是布朗运动

D．液体中的悬浮微粒越大，布朗运动就越不明显

解析：

选D.布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒的无规则运动，是液体分子无规则运动的表现，A、B错误．气体分子的运动不是布朗运动，C错误．布朗运动的剧烈程度与液体的温度以及颗粒的大小有关，液体中的悬浮微粒越大，布朗运动就越不明显，D正确．

3．（多选）下列哪些现象属于热运动（　　）

A．把一块平滑的铅板叠放在平滑的铝板上，经相当长的一段时间再把它们分开，会看到与它们相接触的面都变得灰蒙蒙的

B．把胡椒粉末放入菜汤中，最后胡椒粉末会沉在汤碗底，但我们喝汤时尝到了胡椒的味道

C．含有泥沙的水经一定时间会变澄清

D．用砂轮打磨而使零件温度升高

解析：

选ABD.热运动在微观上是指分子的运动，如扩散现象，在宏观上表现为温度的变化，如“摩擦生热”、物体的热传递等，而水变澄清的过程是泥沙在重力作用下的沉淀，不是热运动，C错误．

区别布朗运动与热运动应注意以下两点

（1）布朗运动并不是分子的热运动．

（2）布朗运动可通过显微镜观察，分子热运动不能用显微镜直接观察．

考点三　分子力、分子力做功和分子势能

分子力和分子势能随分子间距变化的规律如下：

分子力F

分子势能Ep

随分子间距的变化图象

随分子间距的变化情况

r＜r0

F引和F斥都随距离的增大而减小，随距离的减小而增大，F引＜F斥，F表现为斥力

r增大，分子力做正功，分子势能减小；r减小，分子力做负功，分子势能增加

r＞r0

F引和F斥都随距离的增大而减小，随距离的减小而增大，F引＞F斥，F表现为引力

r增大，分子力做负功，分子势能增加；r减小，分子力做正功，分子势能减小

r＝r0

F引＝F斥，F＝0

分子势能最小，但不为零

r＞10r0（10－9m）

F引和F斥都已十分微弱，可以认为F＝0

分子势能为零

[典例]　（2016·东北三省三市联考）（多选）分子力比重力、引力等要复杂得多，分子势能跟分子间的距离的关系也比较复杂．图示为分子势能与分子间距离的关系图象，用r0表示分子引力与分子斥力平衡时的分子间距，设r→∞时，Ep＝0，则下列说法正确的是（　　）

A．当r＝r0时，分子力为零，Ep＝0

B．当r＝r0时，分子力为零，Ep为最小

C．当r0＜r＜10r0时，Ep随着r的增大而增大

D．当r0＜r＜10r0时，Ep随着r的增大而减小

E．当r＜r0时，Ep随着r的减小而增大

解析　由Ep－r图象可知，r＝r0时，Ep最小，再结合F－r图象知此时分子力为0，则A项错误，B项正确；结合F－r图象可知，在r0＜r＜10r0内分子力表现为引力，在间距增大过程中，分子引力做负功分子势能增大，则C项正确，D项错误；结合F－r图象可知，在r＜r0时分子力表现为斥力，在间距减小过程中，分子斥力做负功，分子势能增大，则E项正确．

答案　BCE

判断分子势能变化的两种方法

（1）利用分子力做功判断

分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增加．

（2）利用分子势能Ep与分子间距离r的关系图线判断

如图所示，仅受分子力作用，分子动能和势能之和不变，根据Ep变化可判知Ek变化．而Ep变化根据图线判断．但要注意此图线和分子力与分子间距离的关系图线形状虽然相似，但意义不同，不要混淆．

1．（2016·海口模拟）（多选）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＜r0阶段，F做负功，分子动能减小，势能也减小

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

解析：

选ACE.由Ep－r图可知：

在r＞r0阶段，当r减小时F做正功，分子势能减小，分子动能增加，故A正确；在r＜r0阶段，当r减小时F做负功，分子势能增加，分子动能减小，故B错误；在r＝r0时，分子势能最小，但不为零，动能最大，故C正确，D错误；在整个相互接近的过程中，分子动能和势能之和保持不变，故E正确．

2．（201