第七专题热学.docx

1、第七专题 热学第七章 热学一.考纲要求1物质是由大量分子组成的阿伏加德罗常数分子的热运动.布朗运动.分子间的相互作用力 2分子热运动的动能温度是物体分子的热运动平均动能的标志物体分子间的相互作用势能物体的内能 3做功和热传递是改变物体内能的两种方式热量能量守恒定律 4热力学第一定律 5热力学第二定律 6永动机不可能 7绝对零度不可达到 8能源的开发和利用能源的利用与环境保护 9气体的状态和状态参量热力学温度 10气体的体积、温度、压强之间的关系 11气体分子运动的特点 12气体压强的微观意义 本单元每年都有一个选择题。考查的重点是对分子动理论和热力学定律的理解，特别是热力学第一定律和能量守恒定

2、律的应用;气体状态参量之间的关系及气体压强的微观意义。二.复习时间共用8课时，其中复习指导7课时，问题答疑1课时 第1-7课时 复习指导教学目的：通过复习使学生1.进一步理解分子动理论，会求固体和液体分子的平均直径及气体分子间的平均距离，明确布朗运动的特点和分子力随分子间距的变化关系；2.掌握内能的概念，明确分子的平均动能和温度的关系，分子势能随分子间距的变化关系；3.明确改变物体内能的两种方式-做功和热传递；4.掌握热力学第一定律及其应用，理解热力学第二和热力学第三定律的内容；5.了解气体分子运动的特点，掌握气体压强的微观意义，掌握气体状态参量之间的关系。教学过程： 一 分子动理论（一）基础

3、知识回顾P111（二）深化拓展 P1121物体是由大量分子组成的(1)这里的分子是指构成物质的单元，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。(2) 微观物理量的估算微观物理量的估算就是估算分子的大小或分子间的距离，估算分子的质量。这里主要是明确分子的模型和宏观量与微观量联系的桥梁-阿伏伽德罗常量NA。分子模型固体、液体分子被理想化为球体，忽略分子间空隙，认为分子是一个挨一个紧密排列的小球。每个分子的体积就是每个分子平均占有的空间。气体分子仍视为小球，但分子间距远大于分子的大小。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

4、分子间距离为边长的正立方体。微观量和宏观量的关系分子的质量 mmol= vmol固体、液体分子的体积或分子的直径 气体分子平均占有的空间或分子间的平均距离 分子数 例1(96)只要知道下列哪一组物理量，就可以估算出气体中分子间的平均距离?(B )。(A)阿伏伽德罗常数、该气体的摩尔质量和质量 (B)阿伏伽德罗常数、该气体的摩尔质量和密度(C)阿伏伽德罗常数、该气体的质量和体积(D)该气体的密度、体积和摩尔质量例2(04山东理综)若以表示水的摩尔质量，v表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积， 为在标准状态下水蒸气的密度，NA为阿伏加德罗常数，m、分别表示每个水分子的质量和体积，下面是四个关系式： 其

5、中A和都是正确的； B和都是正确的；C和都是正确的； D和都是正确的。 【B】跟踪训练P113例3及跟踪训练2. 分子永不停息做无规则热运动（1）实验依据：扩散现象、布朗运动。同时也说明分子间有空隙。（2）布朗运动：在显微镜下看到的悬浮在液体中的花粉颗粒的永不停息的无规则运动布朗运动成因：液体分子无规则运动，对固体小颗粒碰撞不平衡。布朗运动的特点：微粒越小，布朗运动越显著，温度越高，布朗运动越剧烈。这里要注意：a.布朗运动既不是固体分子的运动，也不是液体分子的运动，它是在显微镜下看到的悬浮在液体中的花粉颗粒的永不停息的无规则运动，是周围液体分子对小颗粒的冲击不平衡的结果。但它是液体分子无规则的

6、运动反映.b.课本上的折线是每隔30秒颗粒位置的连线，而不是颗粒运动的轨迹，就在这30秒内，颗粒的运动也是很复杂的。C.阳光照射下看到的尘埃的无规则运动不是布朗运动。3.分子间存在着相互作用的引力和斥力（1）分子间同时存在着相互作用的引力和斥力，表现出的分子力是其合力。（2）特点：分子间的引力和斥力都随着分子间的距离增大而减小，随着分子间的距离减小而增大，但斥力比引力变化的快。分子间距存在着某一个值r0（数量级为10-10m）r r0时，f引 r0时, f引 f斥,分子力F表现为引力，且随分子间距的增加而先增加后减小。r10 r0，时, f引、f斥均可忽略,分子力F0分子间引力f引，斥力f斥及

7、分子力F随分子间距r的变化情况如图例1:下面关于分子力的说法中正确的有：A铁丝很难被拉长，这一事实说明铁丝分子间存在引力B水很难被压缩，这一事实说明水分子间存在斥力C将打气管的出口端封住，向下压活塞，当空气被压缩到一定程度后很难再压缩，这一事实说明这时空气分子间表现为斥力D磁铁可以吸引铁屑，这一事实说明分子间存在引力例2（02江苏、河南卷）分子间同时存在吸引力和排斥力，下列说法正确的是CA 固体分子的吸引力总是大于排斥力B 气体能充满任何容器是因为分子间的排斥力大于吸引力C 分子间的吸引力和排斥力都随分子间距离的增大而减小D 分子间的吸引力随分子间距离的增大而增大，而排斥力都随分子间距离的增大

8、而减小（三）随堂巩固P114二 物体的内能、热力学定律（一）基础知识回顾P112 P115（二）深化拓展1物体的内能（1）分子的平均动能：做热运动的分子具有的动能叫分子动能。大量分子动能的平均值叫分子的平均动能。温度是大量分子热运动的平均动能的标志。温度越高，分子做热运动的平均动能越大。这里要注意：热运动是对大量分子而言的，对个别分子谈不上热运动。温度越高，分子的平均动能越大，但就某个分子，动能可能变大，也可能减小。分子的平均动能只由温度决定，任何物质，只要温度相同，分子的平均动能就相同，但分子的平均速率不一定相同。（2）分子势能:由分子间相对位置决定的势能叫分子势能。分子力做正功时分子势能减

9、小；分子力作负功时分子势能增大由分子力曲线可以得出：所以,当r=r0时分子势能最小。不论r从r0增大还是减小，分子势能都将增大。如果以分子间距离为无穷远时分子势能为零，则分子势能随分子间距离而变的图象如右。分子势能宏观上与物体的体积有关。体积变化，分子势能也变化。例题1如果取两个分子相距无穷远时的分子势能为零，下面说法中正确的有A当两分子间距在r0和10r0之间时，分子势能一定为负值B当两分子间距为r0时，分子势能一定为零C当两分子间距为r0时，分子势能最小且为负值D当两分子间距小于r0时，分子势能可能为正值 【CD】例2如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，纵轴表示分子间的相互

10、作用力，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示，F0为斥力，F0为引力，a、b、c、d为x轴上四个特定的位置，现把乙分子从a处由静止释放，则（ D ）A乙分子由a到c的过程中，分子势能先减小后增大B乙分子由a到d的过程中，分子势能一直增加C乙分子从a到b做加速运动，由b到c做减速运动D乙分子由a到c做加速运动，到达c时速度最大跟踪训练P113例2及训练2（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物体的内能由物体的温度、体积和物质的量（分子数目）决定，即内能是状态的函数，由物体所处的状态决定。2.改变物体能能的两种方式：做功和热传递做功和热传递

11、对改变物体的内能是等效的但是在本质上是有区别的。做功是其它形式的能与内能的相互转化过程,功是能量转化的量度，而热传递则是内能的转移过程，转移的多少用物体吸收或放出的热量量度。（1）发生热传递的条件：发生在两个温度不同的物体间，内能总是由高温物体向低温物体传递。与物体的质量、比热、内能的多少等无关。（2）内能和热量的区别：内能是所有分子动能和分子势能的总和，是状态的函数。热量是热传递过程中内能的该变量，即热量是内能变化的亮度。（3）内能和机械能的区别：内能是由于热运动而具有的能，机械能是由于机械运动而具有的能，两种形式的能间无直接联系，但可以发生相互转化。3.能量守恒定律P112违背能量守恒定律

12、的机器叫第一类永动机。因而，.能量守恒定律也可以说成第一类永动机造不成。例1图中容器A、B各有一个可自由移动的活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定，A、B的底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热。原先A中水面比B中的高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡，在这个过程中A大气压力对水做功，水的内能增加B水克服大气压力做功，水的内能减少C大气压力对水不做功，水的内能不变 BD大气压力对水不做功，水的内能增加例2 P114例3及跟踪训练 4.热力学定律（1）热力学第一定律只有热传递没有做功时（W=0），内能的变化等于物体吸收或放出的热量，吸收多少热量，内能就增加多少，放出多

13、少热量，内能就减少多少。U=Q只有做功没有热传递（Q=0叫绝热过程）时，内能的变化等于外界对系统做的功。外界对系统做多少正功，系统的内能就增加多少，外界对系统做多少负功即系统克服外界做多少功，系统的内能就减少多少。U= W做功和热传递同时存在时，外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于物体内能的增加U，即 U=Q+W 这在物理学中叫做热力学第一定律。在表达式中，当外界对物体做功时W取正，物体克服外力做功时W取负；当物体从外界吸热时Q取正，物体向外界放热时Q取负；当物体的内能增加时U为正，物体的内能减少时U为负。这里要注意由于改变物体的内能有两种方式，因而物体吸收热量时，内能不一定增加

14、，温度不一定升高，放出热量时，内能不一定减少，温度不一定降低。同样，物体对外做功时，内能不一定减少，外界对物体做功时，内能也不一定增加。只有在不发生热传递（绝热）过程中，做功和内能的变化间的关系才是一定的，只有在没有做功的条件下，热传递和内能的变化间的关系才是一定的。对一定量的气体，做功不做功看体积，体积变大，气体对外做功，体积减小，外界对气体做功。内能变化不变化看温度，温度升高，内能增加，温度降低，内能减少。除绝热过程外，一般都是先根据温度和体积的变化判断出内能怎样变化和做功情况，再由热力学第一定律判断吸热或放热情况。例1(04全国卷)一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，则此过程的末态

15、与初态相比， A气体内能一定增加 B气体内能一定减小C气体内能一定不变 D气体内能是增是减不能确定 D 例2（09重庆）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 D例3（02江苏）一个带活塞的汽缸内盛有一定量的气体，若此气体的温度随内能的增加而升高，则 DA 将热量传给气体，其温度必升高 B 压缩气体，其温度必升高C 压缩气体，同时气体向外界放热，其温度必升高D 压缩气体，同时将热量传给气体，其温度必升高例4.关于物体的内能，下列说法正确的是 BDA 一定量的气体，体积增

16、加时内能一定减少B 一定量的气体，体积不变而吸收热量时内能一定增加C 相同质量的两物体，升高相同的温度，内能的变化一定相同D 一定量0度的水结成0度的冰，其内能一定减少要注意：对一定量的物质发生物态变化时，当固液气时，内能一定增加，但不一定吸收热量。反过来气液固时，内能一定减少，但不一定放出热量。跟踪训练：P117例1及训练（2）热力学第二定律人们在研究中发现，自然界中进行凡是和热现象相关的宏观过程都具有方向性，或者说都是不可逆的。如扩散现象、热传递现象、机械能和内能的转化等都具有方向性。热力学第二定律就是描述和热现象相关的宏观过程的方向性的。表述：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引

17、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对外做功，而不引起其他变化。也可以描述为：机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能而不引起其它变化。（按机械能和内能转化过程的方向性表述。）。第二类永动机是不可能制成的。（第二类永动机就是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它变化的机器，第二类永动机并不违背能量守恒定律） 这里要注意：热量不可能由低温物体传递到高温物体，不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功，内能不可能全部转化为机械能等这些都是在并不引起其他变化的条件下才成立，若引起其他变化，这些过程都是可能的发生的。即在引起其他变化

18、的条件下热量可以由低温物体传递到高温物体，如电冰箱，空调，可以从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功，内能可以全部转化为机械能。3热力学第三定律热力学0度不可能达到(4)热机的效率 例1（09年四川卷）.关于热力学定律，下列说法正确的是 BA.在一定条件下物体的温度可以降到0 KB.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例2（08天津卷）下列说法正确的是 【D】A布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的分子无规则运动的反映B没有摩擦的理想热机可以把吸收的能量全部转化为机械能C知道某物质的摩尔质量和密度可求出阿伏加德罗常数D内能不同

19、的物体，它们分子热运动的平均动能可能相同例3（08四川卷）14下列说法正确的是 DA物体吸收热量，其温度一定升高 B热量只能从高温物体向低温物体传递C遵守热力学第一定律的过程一定能实现 D做功和热传递是改变物体内能的两种方式例4（04天津卷）下列说法正确的是 【D】A 热量不能由低温物体传递到高温物体B 外界对物体做功，物体的内能必定增加C 第二类永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律D 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化例5（05北京卷）下列关于热现象的说法，正确的是 【D】A.外界对物体做功 ，物体的内能一定增加B.气体的温度升高，气体的压强一定增大C.任何条

20、件下，热量都不会由低温物体传递到高温物体D.任何热机都不可能使燃料释放的热量完全转化为机械能三 气体的性质（一）基础知识回顾P116（二）深化拓展1.气体分子运动的特点P116（1）气体分子间的距离较大，大约是分子直径的10倍。气体分子间的引力大于分子间的斥力，分子力表现为引力，由于分子力很小，通常可以忽略不计。（2）气体分子随速率的分布规律，表现为中间多两头少的统计分布规律。（3）气体分子向各个方向运动的几率均等。（4）温度一定时，某种气体分子的速率分布是确定的，速率的平均值也是确定的，但某个分子的速率是随时变化的，可能大于平均速率也可能小于平均速率。温度升高时，气体分子的平均速率变大，但某

21、个分子的速率也可能减小。2.理想气体 忽略分子的大小和分子间的作用力的气体叫理想气体。由于理想气体忽略了分子间的作用力，因而理想气体没有分子势能。理想气体的内能只由温度和物质的量决定，对一定量的理想气体，温度升高时，内能增加，温度降低时，内能减少。3.气体的状态参量(1)温度 (T或t) 意义：宏观上表示物体的冷热程度，微观上标志物体内分子热运动的激烈程度，是物体大量分子热运动平均动能的标志。 单位 摄氏温标t：单位，在一个标准大气压下，冰水混合物的温度作为0，水的沸点作为100。 热力学温标T：单位K，把273作为0K。绝对零度(0K)是低温的极限，只能接近不能达到。就每一度的大小来说，两种

22、温标是相同的，只是零值的起点不同。 两者关系：T(t+273)K或t(T273) (2)体积(V) 气体分子所占据的空间，也就是气体所充满的容器的容积。 单位：m3、L、mL 1m3103L106mL(3)压强(P)压强是指气体作用在器壁单位面积上的压力,数值上等于单位时间内器壁单位面积上受到气体分子的总冲量。 产生原因：大量气体分子无规则运动碰撞器壁，形成对器壁各处均匀的持续的压力而产生的。 决定因素：一定量的气体的压强大小，微观上决定于分子运动的平均速率和单位时间内与单位面积相碰的分子数。宏观上决定于气体的温度T和体积V。气体的密度一般都很小，容器内的气体由气体自身的重力产生的压强极小，可

23、忽略不计，因此容器内各处的压强都是相等的。单位：国际单位 帕斯卡(Pa)、常用的还有 大气压(atm)、厘米高汞柱(cmHg)气体压强的微观意义：气体的压强是大量气体分子无规则运动碰撞器壁的结果，其大小由分子运动的平均速率和单位时间内与单位面积器壁相碰的分子数决定，即由温度和单位体积内的分子数决定。单位体积内的分子数越多，单位时间内与器壁单位面积相碰的分子数越多，产生的压强越大。温度越高，分子的平均速率越大，单位时间内与器壁单位面积相碰的分子数越多，同时每个分子与器壁相碰时对器壁的平均作用力越大，因而产生的压强越大。气体压强的计算一般以液柱或活塞或系统为研究对象进行受力分析，由牛顿第二定律F合

24、ma列方程求解气体压强。【例1】如图所示，直玻璃管竖直静止放置，开口向上，高为h的水银柱把玻璃管下端的气体封闭，外界大气压强P0，水银密度为，求被封闭气体A的压强。【解析】以水银柱为研究对象，它受到竖直方向的三个力作用，如图8-37-4所示，依平衡条件， PA SP0 Smg，其中：mgShg， PAP0gh上式中各物理量使用国际单位。如果液柱为水银，压强单位为cmHg或mmHg，则上式简化为PAP0h【例2】如图所示，U型管竖直静止放置，左端封闭，右端开口向上，用水银柱封有一部分气体A，左侧水银面比右侧水银面高h，外界大气压为P0，水银密度为，求被封闭气体A的压强。【解析】由于静止液体同一深

25、度压强相等，B、C在同一深度，PBPC 。以高为h的水银柱为研究对象，它受到竖直方向的三个力作用而处于静止状态， 故有：PB SgShPA SPAPBgh 【例3】.如图所示，一个横截面积为S的圆筒型容器竖直放置，金属圆板A的上表面是水平的，下表面是倾斜的，下表面与水平面的夹角为，圆板的质量为M，不计圆板A与容器内壁之间的摩擦，若大气压强为P0，则被圆板封闭在容器中气体的压强p等于 （D）A B C D 例4.如图，在一个圆柱形导热的气缸中，用活塞封闭了一部分空气，活塞与气缸壁间是密封而光滑的，一弹簧秤挂在活塞上，将整个气缸悬吊在天花板上。当外界气温升高（大气压不变）时， （ ）A弹簧秤示数变

26、小 B弹簧秤示数不变C.缸内气体的压强变大 D缸内气体的压强不变跟踪训练P117例2及训练2(4) 气体状态参量之间的关系.理想气体三个状态参量在状态变化中遵循理想气体状态方程PV/T常数 .三个状态参量同时发生变化或者其中有两个发生变化，我们就说气体的状态改变了。对一定质量的气体来说，只有一个参量改变而其他两个参量都不改变的情况是不会发生的。例1（09年全国卷）.下列说法正确的是 【A】A. 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B. 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C. 气体分子热运动的平均动能减少，气体的压强一定减小D. 单位面积的

27、气体分子数增加，气体的压强一定增大例2（06全国2）对一定量的气体，若用N表示单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数，则 【C】A当体积减小时，N必增加 B当温度升高时，N必增加C当压强不变而体积和温度变化时，N必变化D当压强不变而体积和温度变化时，N可能不变例3（09年全国卷）如图，水平放置的密封气缸内的气体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 【BC】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

28、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热量例4（08重庆卷）.地面附近有一正在上升的空气团，它与外界的热交热忽略不计.已知大气压强随高度增加而降低，则该气团在此上升过程中（不计气团内分子间的势能）【C】A.体积减小，温度降低 B.体积减小，温度不变C.体积增大，温度降低 D.体积增大，温度不变例5（09江苏）若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变，则在此过程中关于气泡中的气体，下列说法正确的是 【D】 （A）气体分子间的作用力增大 （B）气体分子的平均速率增大 （C）气体分子的平均动能减小 （D）气体的内能减小例6（05河北、河南、安徽、山西）如图所示，绝热隔板K

29、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（ BCD）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的分热运动更激烈Da增加的内能大于b增加的内能例7（06北京卷）如图所示，两个相通的容器P、Q间装有阀门K、P中充满气体，Q为真空，整个系统与外界没有热交换.打开阀门K后，P中的气体进入Q中，最终达到平衡，则 【D.】A.气体体积膨胀，内能增加B.气体分子势能减少，内能增加C.气体分子势能增加，压强可能不变D.Q中气体不可能自发地全部退回到P中 跟踪训练：P117例3（07全国1）及训练