热学部分基础1.docx

1、热学部分基础1分子运动论、热和功、气体的性质 一、分子动理论1分子动理论基本内容：物体是由大量分子组成的；分子永不停息地做无规则运动；分子间存在着相互作用力。2物质是由大量分子组成的这里的分子是指构成物质的单元，即具有各种物质化学性质的最小微粒；可以是原子、离子，也可以是分子。在热运动中它们遵从相同的规律，所以统称为分子。（1）分子的大小：分子直径数量级为1010m；可用“油膜法”测定。分子质量的数量级是10-2710-26kg油膜法具体做法是：将油酸用酒精稀释后滴加在水面上，油酸在水面上散开，其中酒精溶于水中，并很快挥发，在水面上形成一层纯油酸膜，由于油酸分子的部分原子与水有很强的亲合力，这

2、样就形成了紧密排列的单分子层油膜。根据稀释前油酸的体积V和薄膜的面积S即可算出油酸薄的厚度的d=V/S，L即为分子的直径。用此方法得出的油酸分子的直径数量级是10-10m。（2）阿伏加德罗常数：1摩尔任何物质含有的粒子数都相同其值为：NA602 1023（3）分子间存在间隙：分子永不停息地做无规则运动，说明分子间有间隙。 气体容易被压缩，说明分子间有间隙。水和酒精混合后的体积小于两者原来的体积之和，说明分子间有间隙。用两万个标准大气压的压强压缩钢筒中的油，发现油可以透过筒壁逸出，说明分子间有间隙。说明:这里建立了一个理想化模型：把分子看作是小球，所以求出的数据只在数量级上是有意义的。固体、液体

3、被理想化地认为各分子是一个挨一个紧密排列的，每个分子的体积就是每个分子平均占有的空间。分子体积=物体体积分子个数。气体分子仍视为小球，但分子间距离较大，不能看作一个挨一个紧密排列，所以气体分子的体积远小于每个分子平均占有的空间。每个气体分子平均占有的空间看作以相邻分子间距离为边长的正立方体。3分子的热运动（1）分子热运动：物体里的大量分子做永不停息的无规则运动，随温度的升高而加剧。扩散现象和布朗运动可以证明分子热运动的存在。 (2)布朗运动：是指悬浮在液体中的花粉颗粒永不停息地做无规则运动它并不是分子本身的运动液体分子的无规则运动是布朗运动产生的原因，布朗运动虽不是分子的运动，但其无规则性正反

4、映了液体分子运动的无规则性 布朗运动的剧烈程度与颗粒大小和温度有关注意点：形成条件是：只要微粒足够小。温度越高，布朗运动越激烈。观察到的是固体微粒（不是液体分子，也不是固体分子）的无规则运动，反映的是液体分子运动的无规则性。实验中描绘出的是某固体微粒每隔30秒的位置的连线，不是该微粒的运动轨迹。布朗运动要用显微镜才能看到，分子的运动用显微镜也不能看到。4分子间的相互作用力(1)分子间同时存在着相互作用的引力和斥为，引力和斥力都随分子间距离增大而减小，随分子间距离减小而增大但斥力的变化比引力的变化快实际表现出来的分子力是引力和斥力的合力(2)分子间作用力(指引力和斥力的合力)随分子间距离而变的规

5、律是：r r0时表现为引力；r10 r0以后,分子力变得十分微弱,可以忽略不计。此时的气体看成理想气体。(3)从本质上来说，分子力是电场力的表现。因为分子是由原子组成的，原子内有带正电的原子核和带负电的电子，分子间复杂的作用力就是由这些带电粒子间的相互作用而引起的。（也就是说分子力的本质是四种基本基本相互作用中的电磁相互作用）。规律方法 1对微观量的估算 首先要建立微观模型对液体、固体来说，微观模型是分子紧密排列，将物质的摩尔体积分成NA个等份，每个等份就是一个分子，若把分子看作小立方体，则每一等份就是一个小立方体若把分子看成小球，则每一等份就是一个小球可以估算出分子的体积和分子的直径气体分子

6、不是紧密排列的，所以上述微观模型对气体不适用，但上述微观模型可用来求气体分子间的距离例如l mol任何气体，在标准状态下的体积是224103m3，将其分成NA个小立方体，每个小立方体中装一个气体分子，则小立方体的边长就是分子间的距离 阿伏加德罗常数NA=6.021023 mol-1是联系微观世界和宏观世界的桥梁.具体表现在：（1）固体、液体分子微观量的估算分子数N=nNA=NA=NA.分子质量的估算方法：每个分子的质量为m1=.分子体积（分子所占空间）的估算方法：每个分子的体积（分子所占空间）V1=.其中为固体、液体的密度.分子直径的估算方法：把固体、液体分子看成球形，则分子直径d=；把固体、

7、液体分子看成立方体，则d=.（2）气体分子微观量的估算方法摩尔数n=，V为气体在标况下的体积.分子间距的估算方法：设想气体分子均匀分布，每个分子占据一定的体积.假设为立方体,分子位于每个立方体的中心，每个小立方体的边长就是分子间距；假设气体分子占有的体积为球体，分子位于球体的球心，则分子间距离等于每个球体的直径.注意：同质量的同一气体，在不同状态下的体积有很大差别，不像液体、固体体积差别不大，所以求气体分子间的距离应说明实际状态2、布朗运动问题 3分子力问题二、内能 1分子的平均动能(温度) 物体内分子动能的平均值叫做分子的平均动能温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子运动越剧烈，分子的平均

8、动能就越大对个别分子讲温度无意义，也就是说，温度越高，并不是每个分子的动能都越大 2分子的势能(体积)由分子间的相对位置所决定的势能，叫做分子势能，分子势能的大小与物体的体积有关当分子间的距离小于r0时，随着分子间的距离的减小，分子势能增加当分子间距离大于r0时，随着分子间距离的增大，分子势能也增大当分子间距离等于r0时，分子势能最小从宏观的角度讲，分子势能与体积有关，从微观的角度讲，分子势能与分子间距离有关。3物体的内能：物体内所有分子的动能和势能的总和称为物体的内能物体的内能是由物质的量、温度、体积三个因素所决定的对于理想气体来说，由于忽略分子力作用，所以没有分子势能其内能由物质的量和温度

9、所决定4物体内能的变化：做功和热传递都可改变物体的内能，但它们有着本质的区别：做功是其他形式的能和内能之间的转化做功过程中，内能改变量的多少用功的大小来量度； 热传递则是物体间内能的转移热传递过程中，内能转移的多少用热量来量度。做功和热传递都是过程量，内能则是状态量。三能的转化和守恒定律1.热力学第一定律做功和热传递都能改变物体的内能。也就是说,做功和热传递对改变物体的内能是等效的。但从能量转化和守恒的观点看又是有区别的：做功是其他能和内能之间的转化,功是内能转化的量度；而热传递是内能间的转移,热量是内能转移的量度。内容: 外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于物体内能的变化U，表

10、达式: U=Q+W 这在物理学中叫做热力学第一定律。表达式中符号法则: W为正值，表达外界对物体做功； W为负值，表示物体对外界做功； Q为正值，表示物体从外界吸热； Q为负值，表示物体对外界放热； U为正值，表示物体内能增加；U为负值，表示物体内能减少. 经验：若研究对象是气体，W的正负根据气体的体积V的变化情况决定（V增大，则W取负; V减小，则W取正; V不变，则W取0），理想气体的内能U根据温度的变化情况决定（若温度升高，内能增加，U为正值；若温度降低，内能减少，U为负值；若温度不变，内能不变，U为0），分子间作用力忽略不计的气体或者分子势能忽略不计的气体视为理想气体。“绝热”表示Q=

11、0; “迅速压缩”表示来不及热传递，则Q=0. 除此之外Q的正负应根据W和U的正负符号来确定，从而判断出吸热放热情况。不消耗能量却能源源不断地对外做功的机器叫第一类永动机，第一类永动机不能制成，因为他违背了能的转化和守恒定律2.能的转化和守恒定律能量既不会凭空产生，也不会凭空消灭或消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，但总能量保持不变。这就是能的转化和守恒定律.(1)能量守恒定律是自然界普遍适用的规律之一，违背该定律的第一类永动机是无法实现的.(2)物质的不同运动形式对应不同形式的能,各种形式的能在一定的条件下可以转化或转移,在转化或转移过程中,能的总量守恒.四.

12、热力学第二定律1.热传导的方向性:热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行（热量会自发地从高温物体传给低温物体），但是向相反的方向却不能自发地进行。2.机械能与内能转化的方向性:机械能可以全部转化为内能,而内能不可能全部转化为机械能而不引起其它的变化.3.热力学第二定律(1)两种等效表述：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化（按热传导的方向性表述）。不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化（按机械能和内能转化过程的方向性表述）。或第二类永动机是不可能制成的。(2)意义：自然界种进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。它揭示了有大量分子参与

13、的宏观过程的方向性.(3)能量耗散:自然界的能量是守恒的，但是有的能量便于利用，有些能量不便于利用。很多事例证明，我们无法把流散的内能重新收集起来加以利用。这种现象叫做能量的耗散。它从能量转化的角度反映出自然界中的宏观现象具有方向性。4.热力学第三定律(1)内容:热力学零度不可达到。(2)意义:只需要温度不是绝对零度,就总可能降低,它促进人类想方设法尽可能降低温度,以探索更多的物理奥秘.五.能源与环境1.能源:能够提供可利用能量的物质2.能源的分类:(1)常规能源有:煤、石油、天然气等，存量有限，利用时对环境有污染。(2)新能源有:风能、水能、太阳能、沼气、原子能等，资源丰富，可再生，使用时污

14、染少或没有污染。六、气体的状态参量1、温度：T（t）（1）意义：宏观上：表示物体的冷热程度，微观上：标志物体分子平均动能的大小。（2）数值表示法：摄氏温标t：单位： 在1atm下，冰的熔点是0 沸点是：100 热力学温标T单位：K（SI制的基本单位之一）把273 作为0K绝对零度（是低温的极限，只能无限接近、不能达到）两种温标的关系：T=t+273 （K） T=t 冰的熔点 t1=0 T1=273K 水的沸点 t2=100 T2=373K t=100 T=100K说明：两种温标下每一度温差大小是相等的，只是零值起点不同2、体积：V气体分子所能达到的空间（一般为容器的容积）单位：m3 1 m3

15、=103dm3（L）=106cm3（ml）3、压强：器壁单位面积上受到的压力产生：由大量分子频繁碰撞器壁产生的（单位体积内分子个数越多，分子的平均速率越大，气体的压强就越大）七、气体分子动理论(1)气体分子运动的特点是：气体分子间的距离大约是分子直径的10倍，分子间的作用力十分微弱。通常认为，气体分子除了相互碰撞或碰撞器壁外，不受力的作用。每个气体分子的运动是杂乱无章的，但对大量分子的整体来说，分子的运动是有规律的。研究的方法是统计方法。气体分子的速率分布规律遵从统计规律。在一定温度下，某种气体的分子速率分布是确定的，可以求出这个温度下该种气体分子的平均速率。(2)用分子动理论解释气体压强的产

16、生（气体压强的微观意义）。气体的压强是大量分子频繁碰撞器壁产生的。压强的大小跟两个因素有关：气体分子的平均动能，分子的密集程度。八气体的体积、压强、温度间的关系：PV=nRT（1）一定质量的气体，在温度不变的情况下，体积减小时，压强增大，体积增大时，压强减小。（2）一定质量的气体，在压强不变的情况下，温度升高，体积增大。（3）一定质量的气体，在体积不变的情况下，温度升高，压强增大。九、 气体压强的计算 1气体压强的特点 （1）气体自重产生的压强一般很小，可以忽略但大气压强P0却是一个较大的数值（大气层重力产生），不能忽略 （2）密闭气体对外加压强的传递遵守帕斯卡定律，即外加压强由气体按照原来的

17、大小向各个方向传递 2静止或匀速运动系统中封闭气体压强的确定 （1）液体封闭的气体的压强1 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3加速运动系统中封闭气体压强的确定常从两处入手：一对气体，考虑用气体定律确定，二是选与气体接触的液柱或活塞等为研究对象，受力分析，利用牛顿第二定律解出具体问题中常把二者结合起来，建立方程组联立求解1、某气体的摩尔质量为M，摩尔体积为V，密度为，每个分子的质量和体积分别为m和Vo，则阿伏加德罗常数NA可表示为（ ）A、 B、 C、 D、2、关于油膜法测分子的直径，下列说法正确的是（ ）A、将油膜看成单层分子油膜；B、不考虑

18、各油膜分子间的间隙，因为油分子间无间隙；C、采用坐标纸测油膜面积，计算廓内正方形个数时，把不足半个的舍去，多于半个的算一个；D、实验时若在水面上均匀撒一层痱子粉或石膏粉，不利于油酸扩展形成单分子油膜，所以还是不加痱子粉或石膏粉为好。3、下列关于分子力和分子势能的说法中，正确的是（ ）A、当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而增大B、当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而减小C、分子力是原子内带电粒子的相互作用引起的D、当分子引力与分子斥力大小相等，分子力为零时，分子势能最小4、关于布朗运动，下列说法中正确的是：（ ）A布朗运动是由液体的振动或对流

19、引起的 B布朗运动是悬浮颗粒内部分子的无规则运动引起的C布朗运动的激烈程度与液体温度、液体中悬浮微粒的大小有关D由颗粒做布朗运动的位置连线图，便可确定某时刻颗粒的位置5、下列关于热现象的说法，正确的是（ ）A.外界对物体做功，物体的内能可能减少B.气体的温度升高，气体分子的平均动能增大，气体的压强也一定增大C.任何条件下，热量都不会由低温物体传递到高温物体D.理想热机可以使燃料释放的热量完全转化为机械能6、对常温、常压下封闭的绝热气缸中一定质量的气体（如图所示），下列说法正确的是（ ）A使活塞向右移动时，气体的温度一定保持不变B使活塞向右移动时，外界一定对气体做功C使活塞向左移动时，气体的压强

20、一定减小D使活塞向左移动时，每个气体分子的速率一定减小7、在温度均匀的水池中，有一气泡缓慢地向上浮起，如不考虑分子势能的变化，则在上浮的过程中（ ）A气泡内气体的内能减少，放出热量 B气泡内气体的内能不变，故不放热也不吸热C水对气泡的压强减小，则气泡压强减小，气体分子的平均动能减小D气泡内气体对外做功，吸收热量，内能不变8、A、B两装置，均由一支一端封闭，一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他条件都相同。将两管抽成真空后，开口向下竖直插入水银槽中(插入过程没有空气进人管内)，水银柱上升至图示位置停止。假设这一过程中水银与外界没有热交换，则下列说法正确的是(

21、 )AA中水银的内能增量大于B中水银的内能增量BB中水银的内能增量大于A中水银的内能增量CA和B中水银体积保持不变，故内能增量相同DA和B中水银温度始终相同，故内能增量相同9、用隔板将一绝热容器隔成 A和 B两部分，A中盛有一定质量的理想气体，B为真空（如图）。现把隔板抽去，A中的气体自动充满整个容器（如图），这个过程称为气体的自由膨胀。下列说法正确的是（ ）A自由膨胀过程中，气体分子只作定向运动 B自由膨胀前后，气体的压强不变 C自由膨胀前后，气体的温度不变 D容器中的气体在足够长的时间内，能全部自动回到A部分 10、下列说法正确的是（ ）A. 气体压强是由气体分子间的斥力产生的B. 一定质

22、量的理想气体经等温压缩后，其压强一定增大C. 在失重情况下，密闭容器内的气体对器壁没有压强D. 盛有气体的容器做减速运动时，容器中气体的内能随之减小11、如图所示，绝热隔板K把绝热的气缸分隔成体积相等的两部分，K与气缸壁的接触是光滑的。两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b。气体分子之间相互作用势能可忽略。现通过电热丝对气体a加热一段时间后，a、b各自达到新的平衡，则（ ）Aa的体积增大了，压强变小了 Bb的温度升高了C加热后a的分子热运动比b的分子热运动更激烈Da增加的内能大于b增加的内能12、下列说法正确的是（ ）气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力

23、 气体对器壁的压强就是大量气体分子单位时间作用在器壁上的平均冲量 气体分子热运动的平均动能减小，气体的压强一定减小单位体积的气体分子数增加，气体的压强一定增大13、右图中气缸内盛有一定量的理想气体，气缸是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与气缸壁的接触是光滑的，但不漏气，现将活塞杆与外界连接使杆缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功。若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是（ ）A.气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律B.气体是从单一热源吸热，但并未全用来对外做功，此过程不违反热力学第二定律C.气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，但此过程不违

24、反热力学第二定律D.A、B、C三种说法都不对14、如右图所示，水平放置的密封气缸内被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在气缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝，气缸壁和隔板均绝热。初始时隔板静止，左右两边气体温度相等。现给电热丝提供一微弱电流，通电一段时间后切断电源。当缸内气体再次达到平衡时，与初始状态相比（ ）A右边气体温度升高，左边气体温度不变B左右两边气体温度都升高C左边气体压强增大D右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量15、一导热性良好的气缸竖直倒放(开口端向下)，气缸内有一质量不可忽略的活塞，将一定质量的理想气体封在缸内，活塞与气缸壁无摩擦，不漏气，气体处于平衡状态。现将气缸缓慢

25、地倾斜一些，在气体重新平衡后与原来相比较，可知（）A气体吸热，分子平均距离增大，压强增大B气体内能不变，分子平均距离减小，压强不变C气体分子热运动的平均动能增大，分子平均距离增大，压强减小D气体分子热运动的平均动能不变，气体放热，压强增大16、一定质量的理想气体(分子力不计)，体积由V膨胀到V，如果通过压强不变的过程实现，对外做功大小为W1，传递热量的值为Q1，内能变化为U1；如果通过温度不变的过程来实现，对外做功大小为W2，传递热量的值为Q2，内能变化为U2则( )AW1 W2 QlU2 BW1 W2 QlQ2 U1U2CW1U2 DW1= W2 QlQ2 U1U217、利用油膜法估测油酸分

26、子的大小，实验器材有：浓度为0.05(体积分数)的油酸酒精溶液、最小刻度为0.1 mL的量筒、盛有适量清水的4550 cm2浅盘、痱子粉、橡皮头滴管、玻璃板、彩笔、坐标纸 下面是实验步骤，请填写所缺的步骤 A用滴管将浓度为0.05的油酸酒精溶液一滴一滴地滴人量筒中，记下滴入1 mL油酸酒精溶液时的滴数N B将痱子粉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，从低处向水面中央一滴一滴地滴入，直到油酸薄膜有足够大的面积又不与器壁接触为止，记下滴入的滴数nC_。 D将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数，算出油酸薄

27、膜的面积S(cm2) 用已给的和测得的物理量表示单个油酸分子的大小_ (单位：cm)18、用“油膜法”可以估测分子的大小：滴入盛水培养皿中的油酸溶液所含纯油酸体积为4.010-6ml，将培养皿水平放在边长1 cm的方格纸上，水面上散开的油膜轮廓如图所示，该油膜面积为S=_ cm2，由此可以估算油酸分子直径d=_m。19、如图所示，在质量为M的细玻璃管中盛有少量乙醚液体，用质量为m的软木塞将管口封闭，加热玻璃管使软木塞在乙醚蒸气的压力下水平飞出，玻璃管悬于长为L的轻质细杆上，细杆可绕上面固定轴O无摩擦转动，欲使玻璃管在竖直平面内做圆周运动，在忽略热量损失的情况下，乙醚至少要消耗多少内能？参考答案1、BC 2、AC 3、CD 4、C 5、A 6、 BC7、D 8、B 9、C 10、B 11、BCD 12、A 13、C 14、BC 15、D 16、B17、将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上18、104 3.8101019、