（江蘇版 5年高考3年模擬A版）2020年物理總復(fù)習(xí) 專題十二 熱學(xué)課件.ppt

專題十二熱學(xué),高考物理（江蘇專用）,考點(diǎn)一分子動(dòng)理論、內(nèi)能,考點(diǎn)清單,考向基礎(chǔ) 一、物體是由大量分子組成的 1.分子的大小極小 分子直徑的數(shù)量級(jí):10-10 m。 分子直徑可用油膜法估測(cè)。 2.分子的質(zhì)量很小,一般物質(zhì)分子質(zhì)量的數(shù)量級(jí)是:10-26 kg。 3.阿伏加德羅常數(shù) 定義:1 mol的任何物質(zhì)中含有相同的微粒個(gè)數(shù),用符號(hào)NA表示,NA= 6.021023 mol-1。,4.分子的兩種理想模型 球模型:V=d 3。 立方體模型:V=d 3。 注意對(duì)固體和液體,可以認(rèn)為分子是一個(gè)個(gè)緊密排列在一起的小球,對(duì)氣體,由于分子間距離較大,可以利用立方體模型計(jì)算分子間的距離。 5.分子的大小、質(zhì)量與物體的體積、質(zhì)量的關(guān)系 (1)已知物體的摩爾體積Vmol和一個(gè)分子的體積V0,求NA,則NA=;知NA 和Vmol亦可估算分子的大小。 (2)已知物體的摩爾質(zhì)量M和一個(gè)分子的質(zhì)量m0,求NA,則NA=;知NA和,NA= , NA=,阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀和微觀的橋梁。,M亦可估算分子的質(zhì)量。 (3)已知物體的體積V和摩爾體積Vmol,求物體的分子數(shù)n,則n=。 (4)已知物體的質(zhì)量m和摩爾質(zhì)量M,求物體的分子數(shù)n,則n=。 二、分子永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng) 擴(kuò)散現(xiàn)象和布朗運(yùn)動(dòng)都說(shuō)明分子做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)的劇烈程度與溫度有關(guān)。 1.擴(kuò)散現(xiàn)象:相互接觸的物質(zhì)彼此進(jìn)入對(duì)方的現(xiàn)象。溫度越高,擴(kuò)散越快。 2.布朗運(yùn)動(dòng) 產(chǎn)生的原因:各個(gè)方向的液體分子對(duì)顆粒碰撞的不平衡。,布朗運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn): 永不停息、無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng);顆粒越小,運(yùn)動(dòng)越劇烈;溫度越高,運(yùn)動(dòng)越劇烈;運(yùn)動(dòng)軌跡不確定。 布朗顆粒:布朗顆粒用肉眼直接看不到,但在顯微鏡下能看到,因此用肉眼看到的顆粒所做的運(yùn)動(dòng),不能叫布朗運(yùn)動(dòng)。布朗顆粒直徑約為10-6 m(包含約1021個(gè)分子),而分子直徑約為10-10 m,布朗顆粒的運(yùn)動(dòng)是 分子運(yùn)動(dòng)的間接反映。 三、分子間存在著相互作用力 1.分子間同時(shí)存在相互作用的引力和斥力。 2.分子力:引力和斥力的合力。 3.r0為分子間引力和斥力大小相等時(shí)的距離,其數(shù)量級(jí)為10-10 m。,4.如圖所示,分子間的引力和斥力都隨分子間距離的增大而減小,隨分子間距離的減小而增大,但引力不如斥力變化快。,r=r0時(shí),F引=F斥,分子力F=0。 r<r0時(shí),F引<F斥,分子力F為斥力。,rr0時(shí),F引F斥,分子力F為引力。 r10r0時(shí),F引、F斥迅速減弱,幾乎為零,分子力F0。 四、物體的內(nèi)能 1.分子平均動(dòng)能 物體內(nèi)所有分子動(dòng)能的平均值叫做分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能。溫度 是分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的標(biāo)志,溫度越高,分子的平均動(dòng)能越大。 2.分子勢(shì)能 (1)概念:由分子間的相互位置和相互作用而決定的能量。 (2)影響分子勢(shì)能大小的相關(guān)因素 微觀上:分子勢(shì)能的大小與分子間距離有關(guān)。,當(dāng)分子間距離rr0時(shí),分子勢(shì)能隨分子間距離的增大而增大; 當(dāng)r<r0時(shí),分子勢(shì)能隨分子間距離的減小而增大; 當(dāng)r=r0時(shí),分子勢(shì)能最小。 宏觀上:與物體的體積有關(guān)。大多數(shù)物體是體積變大,分子勢(shì)能變大,也有少數(shù)物體(如冰),體積變大,分子勢(shì)能反而變小。 3.物體的內(nèi)能 (1)概念:物體內(nèi)所有分子的熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能與分子勢(shì)能的總和。 (2)決定內(nèi)能的因素 微觀上:分子動(dòng)能、分子勢(shì)能、分子個(gè)數(shù)。 宏觀上:溫度、體積、物質(zhì)的量。 (3)改變物體內(nèi)能的兩種方式,做功:當(dāng)做功使物體的內(nèi)能發(fā)生改變的時(shí)候,外界對(duì)物體做了多少功,物體內(nèi)能就增加多少;物體對(duì)外界做了多少功,物體內(nèi)能就減少多少。 熱傳遞:當(dāng)熱傳遞使物體的內(nèi)能發(fā)生改變的時(shí)候,物體吸收了多少熱量,物體內(nèi)能就增加多少;物體放出了多少熱量,物體內(nèi)能就減少多少。 注意(1)溫度相同的任意兩個(gè)物體分子平均動(dòng)能相同,如溫度相同的氫氣和氧氣分子平均動(dòng)能相同,但由于氫氣分子質(zhì)量小于氧氣分子質(zhì)量,故氫氣分子平均速率大于氧氣分子平均速率。,(2)做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的。,考向一兩對(duì)易混概念的辨別 1.熱量和內(nèi)能 內(nèi)能是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的,狀態(tài)確定,系統(tǒng)的內(nèi)能也隨之確定,要使系統(tǒng)的內(nèi)能發(fā)生變化,可以通過(guò)熱傳遞和做功兩種方式來(lái)完成。而熱量是熱傳遞過(guò)程中的特征物理量,和功一樣,熱量只是反映物體在狀態(tài)變化過(guò)程中所遷移的能量,是用來(lái)衡量物體內(nèi)能變化的。有過(guò)程,才有變化,離開(kāi)過(guò)程,毫無(wú)意義,就某一狀態(tài)而言,只有“內(nèi)能”,根本不存在什么“熱量”和“功”,因此,不能說(shuō)一個(gè)系統(tǒng)中含有“多少熱量”或“多少功”。,考向突破,2.熱量和溫度 熱量是熱傳遞過(guò)程中的內(nèi)能變化的量度。而溫度是系統(tǒng)內(nèi)部大量分子 做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度的標(biāo)志。雖然熱傳遞的前提是兩個(gè)系統(tǒng)之間要有溫度差,但是傳遞的是能量,不是溫度。 熱傳遞不僅可使系統(tǒng)溫度發(fā)生變化,還可使物質(zhì)狀態(tài)發(fā)生變化。在物質(zhì)狀態(tài)變化中,傳遞給系統(tǒng)的熱量并沒(méi)有使系統(tǒng)的溫度發(fā)生變化,因此不能說(shuō)“系統(tǒng)吸收熱量多,溫度變化一定大”,也不能認(rèn)為“系統(tǒng)的溫度高,它放出的熱量一定多”。因?yàn)榉懦龅臒崃?不但和溫度的變化量有關(guān),還和比熱容有關(guān)?？傊?熱量和溫度之間雖然有一定的聯(lián)系,但它們是完全不同的兩個(gè)物理量。,例1對(duì)于熱量、功和物體的內(nèi)能這三個(gè)物理量,下列各種敘述中正確的是() A.熱量、功、內(nèi)能三者的物理意義相同 B.熱量和功都可以作為物體內(nèi)能的量度 C.熱量、功、內(nèi)能的單位肯定不相同 D.熱量和功是由過(guò)程決定的,而內(nèi)能是由物體的狀態(tài)決定的,解析熱量和功是物體內(nèi)能改變的量度,而不是內(nèi)能的量度,是過(guò)程量,而內(nèi)能是狀態(tài)量,A、B錯(cuò),D對(duì)。它們的單位是相同的,C錯(cuò)。,答案D,考向二布朗運(yùn)動(dòng)與分子熱運(yùn)動(dòng) 1.布朗運(yùn)動(dòng) (1)研究對(duì)象:懸浮在液體或氣體中的小顆粒; (2)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn):無(wú)規(guī)則、永不停息; (3)相關(guān)因素:顆粒大小,溫度; (4)物理意義:說(shuō)明液體或氣體分子做永不停息的無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)。 2.布朗運(yùn)動(dòng)與熱運(yùn)動(dòng)的比較,例2墨滴入水,擴(kuò)而散之,徐徐混勻。關(guān)于該現(xiàn)象的分析正確的是() A.混合均勻主要是由于炭粒受重力作用 B.混合均勻的過(guò)程中,水分子和炭粒都做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng) C.使用炭粒更小的墨汁,混合均勻的過(guò)程進(jìn)行得更迅速 D.墨汁的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)是由于炭粒和水分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的,解析墨汁與水混合均勻的過(guò)程,是水分子和炭粒做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的過(guò)程,這種運(yùn)動(dòng)與重力無(wú)關(guān),也不是化學(xué)反應(yīng)引起的。微粒越小、溫度越高,無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)越劇烈,可見(jiàn),B、C正確,A、D均錯(cuò)誤。,答案BC,考向三分子力、分子勢(shì)能和內(nèi)能 1.分子力、分子勢(shì)能與分子間距離的關(guān)系 分子力F、分子勢(shì)能Ep與分子間距離r的關(guān)系圖線如圖所示(取無(wú)窮遠(yuǎn)處分子勢(shì)能Ep=0)。 (1)當(dāng)rr0時(shí),分子力表現(xiàn)為引力,當(dāng)r增大時(shí),分子力做負(fù)功,分子勢(shì)能增加。,(2)當(dāng)r<r0時(shí),分子力表現(xiàn)為斥力,當(dāng)r減小時(shí),分子力做負(fù)功,分子勢(shì)能增加。 (3)當(dāng)r=r0時(shí),分子勢(shì)能最小。,2.內(nèi)能和機(jī)械能的區(qū)別,例3兩分子間的斥力和引力的合力F與分子間距離r的關(guān)系如圖中曲線所示,曲線與r軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)為r0。相距很遠(yuǎn)的兩分子在分子力作用下,由靜止開(kāi)始相互接近。若兩分子相距無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)分子勢(shì)能為零,下列說(shuō)法正確的是() A.在rr0階段,F做正功,分子動(dòng)能增加,勢(shì)能減小,B.在r<r0階段,F做負(fù)功,分子動(dòng)能減小,勢(shì)能也減小 C.在r=r0時(shí),分子勢(shì)能最小,動(dòng)能最大 D.分子動(dòng)能和勢(shì)能之和在整個(gè)過(guò)程中不變,解析由Ep-r圖可知: 在rr0階段,當(dāng)r減小時(shí)F做正功,分子勢(shì)能減小,分子動(dòng)能增加,故選項(xiàng)A正確。 在r<r0階段,當(dāng)r減小時(shí)F做負(fù)功,分子勢(shì)能增加,分子動(dòng)能減小,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤。 當(dāng)r=r0時(shí),分子勢(shì)能最小,動(dòng)能最大,故選項(xiàng)C正確。,在整個(gè)相互接近的過(guò)程中分子動(dòng)能和勢(shì)能之和保持不變,故選項(xiàng)D正確。,答案ACD,考點(diǎn)二固體、液體和氣體,考向基礎(chǔ) 一、氣體 1.描述氣體的狀態(tài)能量 (1)溫度(T或t) A.物理意義:宏觀上表示物體的冷熱程度;微觀上標(biāo)志物體分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度,它是物體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的標(biāo)志。 B.兩種溫標(biāo) a.攝氏溫標(biāo)(t):單位。在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,冰的熔點(diǎn)為0 ,水的沸點(diǎn)為100 。 b.熱力學(xué)溫標(biāo)(T):單位K。把-273 作為0 K。絕對(duì)零度(0 K)是低溫的極限,只能接近不能達(dá)到。,c.兩種溫標(biāo)的關(guān)系:就單位溫度表示的冷熱差別來(lái)說(shuō),兩種溫標(biāo)是相同的,只是零值的起點(diǎn)不同,所以二者關(guān)系為T=t+273 K,T=t。 (2)體積(V) A.意義:氣體分子所占據(jù)的空間,也就是氣體所充滿的容器的容積。 B.單位:m3,1 m3=103 L=106 mL。 (3)壓強(qiáng)(p) A.產(chǎn)生的原因 由于大量分子無(wú)規(guī)則地運(yùn)動(dòng)而碰撞器壁,形成對(duì)器壁各處均勻、持續(xù)的壓力,作用在器壁單位面積上的壓力叫做氣體的壓強(qiáng)。 B.決定氣體壓強(qiáng)大小的因素 a.宏觀上:決定于氣體的溫度和體積。,b.微觀上:決定于分子的平均動(dòng)能和單位體積的分子數(shù)。 C.常用單位及換算關(guān)系 帕斯卡(Pa):1 Pa=1 N/m2 1 atm=1.013105 Pa (4)氣體的狀態(tài)及變化 A.對(duì)于一定質(zhì)量的氣體,如果溫度、體積、壓強(qiáng)這三個(gè)量都不變,我們就說(shuō)氣體處于一定的狀態(tài)。 B.一定質(zhì)量的氣體,p與T、V有關(guān)。三個(gè)參量中不可能只有一個(gè)參量發(fā)生變化,至少有兩個(gè)或三個(gè)同時(shí)改變。,2.氣體實(shí)驗(yàn)定律及理想氣體狀態(tài)方程 (1)玻意耳定律 a.內(nèi)容:一定質(zhì)量的某種氣體,在溫度不變的情況下,壓強(qiáng)與體積成反比。 b.公式:pV=C或p1V1=p2V2。 c.條件:質(zhì)量一定,溫度不變。 (2)查理定律 a.內(nèi)容:一定質(zhì)量的某種氣體,在體積不變的情況下,壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度成正比。 b.公式:=C或=。 c.條件:質(zhì)量一定,體積不變。,(3)蓋呂薩克定律 a.內(nèi)容:一定質(zhì)量的某種氣體,在壓強(qiáng)不變的情況下,其體積與熱力學(xué)溫 度成正比。 b.公式:=C或=。 c.條件:質(zhì)量一定,壓強(qiáng)不變。 (4)理想氣體的狀態(tài)方程 a.理想氣體 宏觀上講,理想氣體是指在任何條件下始終遵守氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體,實(shí)際氣體在壓強(qiáng)不太大、溫度不太低的條件下,可視為理想氣體。 微觀上講,理想氣體的分子間除碰撞外無(wú)其他作用力,即分子間無(wú)分 子勢(shì)能。,b.理想氣體的狀態(tài)方程 一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)方程:=或=C。 氣體實(shí)驗(yàn)定律可看做一定質(zhì)量理想氣體狀態(tài)方程的特例。,氣體和氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),(5)氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋 a.等溫變化 一定質(zhì)量的某種理想氣體,溫度保持不變時(shí),分子的平均動(dòng)能不變。在這種情況下,體積減小時(shí),分子的密集程度增大,氣體的壓強(qiáng)增大。 b.等容變化 一定質(zhì)量的某種理想氣體,體積保持不變時(shí),分子的密集程度保持不變。 在這種情況下,溫度升高時(shí),分子的平均動(dòng)能增大,氣體的壓強(qiáng)增大。 c.等壓變化 一定質(zhì)量的某種理想氣體,溫度升高時(shí),分子的平均動(dòng)能增大。只有氣體的體積同時(shí)增大,使分子的密集程度減小,才能保持壓強(qiáng)不變。,3.氣體熱現(xiàn)象的微觀意義 熱現(xiàn)象與大量分子熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律有關(guān),由于氣體分子間的距離比較大,大約是分子直徑的10倍,分子間的作用力很弱,通常認(rèn)為氣體分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外,不受力的作用,因而氣體會(huì)充滿它能達(dá)到的整個(gè)空間。分子的運(yùn)動(dòng)是雜亂無(wú)章的,在某一時(shí)刻向著各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的氣體分子數(shù)目都相等。盡管大量分子在做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),速率有大有小,但分子的速率卻按一定規(guī)律呈現(xiàn)“中間多、兩頭少”的分布。溫度升高氣體分子的平均速率增大,但并不是每個(gè)氣體分子的速率都增大。 二、固體 1.固體分為晶體和非晶體兩類。石英、云母、明礬、食鹽、味精、蔗糖等是晶體,玻璃、蜂蠟、松香、瀝青、橡膠等是非晶體。,2.晶體的微觀結(jié)構(gòu) (1)晶體的微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn):組成晶體的物質(zhì)微粒有規(guī)則地、周期性地在空間排列。 (2)用晶體的微觀結(jié)構(gòu)解釋晶體的特點(diǎn),3.晶體與非晶體的比較,三、液體和液晶 液體分子間距離比氣體分子間距離小得多,液體分子間的作用力比固體分子間的作用力要小;液體內(nèi)部分子間的距離在10-10 m左右。液晶是一種特殊的物質(zhì),它既具有液體的流動(dòng)性,又具有晶體的各向異性,它不是晶體。,1.液體的表面張力 (1)作用:液體的表面張力使液面具有收縮的趨勢(shì)。 (2)方向:表面張力跟液面相切,跟這部分液面的分界線垂直。 2.液晶 (1)液晶分子既保持排列有序而顯示各向異性,又可以自由移動(dòng) 位置,保持了液體的流動(dòng)性。 (2)液晶分子的位置無(wú)序使它像液體,排列有序使它像晶體。 (3)液晶分子的排列從某個(gè)方向看比較整齊,而從另外一個(gè)方向看則是,雜亂無(wú)章的。 (4)液晶的物理性質(zhì)很容易在外界的影響下發(fā)生改變。,四、飽和汽、飽和汽壓和相對(duì)濕度 1.飽和汽與未飽和汽 (1)飽和汽:與液體處于動(dòng)態(tài)平衡的蒸汽。 (2)未飽和汽:沒(méi)有達(dá)到飽和狀態(tài)的蒸汽。 2.飽和汽壓 (1)定義:飽和汽所具有的壓強(qiáng)。 (2)特點(diǎn):液體的飽和汽壓與溫度有關(guān),溫度越高,飽和汽壓越大,且飽和汽壓與飽和汽的體積無(wú)關(guān)。 3.相對(duì)濕度,空氣中水蒸氣的壓強(qiáng)與同一溫度時(shí)水的飽和汽壓之比,即: 相對(duì)濕度= 人體感受到的潮濕程度由相對(duì)濕度決定。,考向一晶體和非晶體 1.單晶體具有各向異性,但不是在各種物理性質(zhì)上都表現(xiàn)出各向異性。 2.只要是具有各向異性的物體必定是晶體,且是單晶體。 3.只要是具有確定熔點(diǎn)的物體必定是晶體,反之,必是非晶體。 4.晶體和非晶體在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。,考向突破,例4下列說(shuō)法正確的是() A.將一塊晶體敲碎后,得到的小顆粒是非晶體 B.固體可以分為晶體和非晶體兩類,有些晶體在不同方向上有不同的光學(xué)性質(zhì) C.由同種元素構(gòu)成的固體,可能會(huì)由于原子的排列方式不同而成為不同的晶體 D.在熔化過(guò)程中,晶體要吸收熱量,但溫度保持不變,內(nèi)能也保持不變,解析晶體被敲碎后,其空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)未變,仍是晶體,A錯(cuò)誤;有些單晶體光學(xué)性質(zhì)各向異性,B正確;同種元素構(gòu)成的固體,可能會(huì)由于原子的排列方式不同而形成不同的晶體,C正確;在晶體熔化過(guò)程中,分子勢(shì)能會(huì)發(fā)生改變,內(nèi)能也會(huì)改變,D錯(cuò)誤。,答案BC,例5在甲、乙、丙三種固體薄片上涂上石蠟,用燒熱的針接觸其上一點(diǎn),石蠟熔化的范圍分別如圖(a)、(b)、(c)所示,而甲、乙、丙三種固體在熔化過(guò)程中溫度隨加熱時(shí)間變化的關(guān)系如圖(d)所示。則由此可判斷出甲為,乙為,丙為。(填“單晶體”、“多晶體”或“非晶體”),解析晶體具有確定的熔點(diǎn),非晶體沒(méi)有確定的熔點(diǎn)。單晶體的物理性質(zhì)具有各向異性,多晶體的物理性質(zhì)具有各向同性。,答案多晶體非晶體單晶體,考向二兩種氣體壓強(qiáng)的辨別 1.大氣壓強(qiáng) (1)大氣壓強(qiáng)是由于空氣受重力作用緊緊包圍地球而對(duì)浸在它里面的物體產(chǎn)生的壓強(qiáng)。 (2)地面大氣壓的值與地球表面積的乘積,近似等于地球大氣層所受的重力值。 2.氣體壓強(qiáng) (1)因密閉容器中的氣體密度一般很小,由氣體自身重力產(chǎn)生的壓強(qiáng)極小,可忽略不計(jì)。 (2)氣體壓強(qiáng)是由氣體分子頻繁碰撞器壁產(chǎn)生的。 (3)氣體壓強(qiáng)由氣體的體積和溫度決定。,(4)密閉容器中氣體對(duì)器壁的壓強(qiáng)處處相等。,例6關(guān)于壓強(qiáng)下列說(shuō)法中正確的是() A.大氣壓強(qiáng)是由于地球?qū)Υ髿獾奈a(chǎn)生的 B.密閉容器中氣體的壓強(qiáng)是由氣體受到的重力產(chǎn)生的 C.大氣壓強(qiáng)在一定海拔內(nèi)隨高度的增加而減小 D.裝有氣體的密閉容器自由下落時(shí)壓強(qiáng)將減為零,解析因密閉容器中的氣體密度一般很小,由氣體自身重力產(chǎn)生的壓強(qiáng)極小,可以忽略不計(jì),故氣體壓強(qiáng)是由氣體分子頻繁碰撞器壁產(chǎn)生,與重力無(wú)關(guān)。密閉容器中的氣體對(duì)器壁的壓強(qiáng)處處相等,與容器所處的狀態(tài)無(wú)關(guān)。 大氣壓是由于空氣受到重力作用緊緊包圍地球而對(duì)浸在它里面的物體產(chǎn)生的壓強(qiáng)。由于地球的引力作用,大氣層分子密度上方小、下方大,從而使得大氣壓的值在一定海拔內(nèi)隨高度增加而減小。,答案AC,考向三平衡狀態(tài)下氣體壓強(qiáng)的求解 1.液片法:選取假想的液體薄片(自身重力不計(jì))為研究對(duì)象,分析液片兩側(cè)受力情況,建立平衡方程,消去面積,得到液片兩側(cè)壓強(qiáng)相等方程,求得氣體的壓強(qiáng)。 2.平衡法:選取與氣體接觸的液柱(或活塞)為研究對(duì)象進(jìn)行受力分析,得到液柱(或活塞)的受力平衡方程,求得氣體壓強(qiáng)。 3.等壓面法:在連通器中,同一種液體(中間不間斷)同一深度處壓強(qiáng)相等。液體內(nèi)深h處的總壓強(qiáng) p=p0+gh , p0為液面上方的壓強(qiáng)。,例7如圖甲所示,汽缸開(kāi)口向右、固定在水平桌面上,汽缸內(nèi)用活塞(橫截面積為S)封閉了一定質(zhì)量的理想氣體,活塞與汽缸壁之間的摩擦忽略不計(jì)。輕繩跨過(guò)光滑定滑輪將活塞和地面上的重物(質(zhì)量為m)連接。開(kāi)始時(shí)汽缸內(nèi)外壓強(qiáng)相同,均為大氣壓p0(mg<p0S),輕繩處在伸直狀態(tài),汽缸內(nèi)氣體的溫度為T0,體積為V?，F(xiàn)使汽缸內(nèi)氣體的溫度緩慢降低,最終使得氣體體積減半,求:,(1)重物剛離開(kāi)地面時(shí)汽缸內(nèi)氣體的溫度T1; (2)氣體體積減半時(shí)的溫度T2; (3)在如圖乙所示的坐標(biāo)系中畫出氣體狀態(tài)變化的整個(gè)過(guò)程并標(biāo)注相關(guān)點(diǎn)的坐標(biāo)值。,解析(1)p1=p0,p2=p0- 等容過(guò)程:= 解得:T1=T0,(2)等壓過(guò)程:= 解得:T2=T0 (3)如圖所示,答案見(jiàn)解析,考點(diǎn)三熱力學(xué)第一定律與能量守恒,考向基礎(chǔ) 一、熱力學(xué)第一定律 1.改變物體內(nèi)能的兩種方式 (1)做功;(2)熱傳遞。 2.熱力學(xué)第一定律 (1)內(nèi)容:一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功的和。 (2)表達(dá)式:U=Q+W。 (3)U=Q+W中正、負(fù)號(hào)法則,二、能量守恒定律 1.能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生,也不會(huì)憑空消失,它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中,能量的總量保持不變。 2.能量守恒定律是自然界的普遍規(guī)律,第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的,它違背了能量守恒定律。,考向突破,考向一做功和熱傳遞是如何改變內(nèi)能的 做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的,但有本質(zhì)的區(qū)別。 本質(zhì)的區(qū)別:做功使物體的內(nèi)能改變,是其他形式的能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化,例如摩擦生熱就是機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能;熱傳遞改變物體的內(nèi)能是物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移,如太陽(yáng)照射冰,使冰化成水,就是太陽(yáng)的內(nèi)能通過(guò)輻射這一熱傳遞的方式轉(zhuǎn)移到冰,使冰的內(nèi)能增加。 熱量和功,都是系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度,都是過(guò)程量。一定量的熱量還和一定量的功相當(dāng),熱量可以通過(guò)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為功,功也可以通過(guò)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為熱量,但它們之間有著本質(zhì)的區(qū)別。 用做功來(lái)改變系統(tǒng)的內(nèi)能,是一系統(tǒng)內(nèi)分子隨整體的有序運(yùn)動(dòng),轉(zhuǎn)化為另一系統(tǒng)的分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的過(guò)程,是機(jī)械能或其他形式的能和內(nèi)能,之間的轉(zhuǎn)化過(guò)程。 用熱傳遞來(lái)改變系統(tǒng)的內(nèi)能,是通過(guò)傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射來(lái)完成的,它將分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),從一個(gè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)系統(tǒng),這一過(guò)程也就是系統(tǒng)間的內(nèi)能轉(zhuǎn)移的過(guò)程。 功是在沒(méi)有熱傳遞的過(guò)程中,系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度;熱量是在沒(méi)有做功的過(guò)程中,系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度。,例8木箱靜止于水平地面上,現(xiàn)在用一個(gè)80 N的水平推力推動(dòng)木箱前進(jìn)10 m,木箱受到的摩擦力為60 N,則轉(zhuǎn)化為木箱與地面系統(tǒng)的內(nèi)能U和轉(zhuǎn)化為木箱的動(dòng)能Ek分別是。 A.U=200 J,Ek=600 JB.U=600 J,Ek=200 J C.U=600 J,Ek=800 JD.U=800 J,Ek=200 J,解析由于木箱在推動(dòng)中受到滑動(dòng)摩擦力,其與相對(duì)位移的乘積為系統(tǒng)的內(nèi)能增量,即U=6010 J=600 J,由能量守恒定律可得Ek=W總-U=8010 J- 600 J=200 J。故正確答案為B。,答案B,考向二熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用 1.在運(yùn)用熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式U=W+Q來(lái)分析問(wèn)題時(shí),必須理解它的物理意義,掌握它的符號(hào)法則。做功和熱傳遞都可以使物體的內(nèi)能發(fā)生變化。如果物體跟外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞,那么,外界對(duì)物體所做的功與物體從外界吸收的熱量之和等于物體內(nèi)能的增加。 2.按照符號(hào)法則將“+”“-”號(hào)代入U(xiǎn)=W+Q計(jì)算或分析問(wèn)題,如果事先不便確定其正負(fù),可以先假定它為正,在計(jì)算出結(jié)果以后再作判斷。若結(jié)果為正,說(shuō)明與原假設(shè)一致,若結(jié)果為負(fù),則說(shuō)明與原假設(shè)相反。 3.三種特殊情況 (1)若過(guò)程是絕熱的,則Q=0,W=U,外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加量。,(2)若過(guò)程中不做功,即W=0,則Q=U,物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加量。 (3)若過(guò)程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變,即U=0,則W+Q=0或W=-Q。外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量。 4.注意以下幾個(gè)重點(diǎn)詞 理想氣體:表示不考慮分子間作用力,不考慮分子勢(shì)能的變化。溫度升高,氣體的內(nèi)能增大,溫度降低,氣體的內(nèi)能減小,溫度變化決定氣體內(nèi)能的變化。 體積的膨脹與壓縮:體積膨脹表示氣體對(duì)外做功;體積壓縮表示外界對(duì)氣體做功。 絕熱:表示沒(méi)有熱傳遞。,導(dǎo)熱性能良好:表示容器內(nèi)外溫度相等。 緩慢變化:表示一種動(dòng)態(tài)的平衡,非絕熱時(shí),也可以理解為容器內(nèi)外溫度相等。,例92014課標(biāo),33(1),6分一定量的理想氣體從狀態(tài)a開(kāi)始,經(jīng)歷三個(gè)過(guò)程ab、bc、ca回到原狀態(tài),其p-T圖像如圖所示。下列判斷正確的是。 A.過(guò)程ab中氣體一定吸熱 B.過(guò)程bc中氣體既不吸熱也不放熱 C.過(guò)程ca中外界對(duì)氣體所做的功等于氣體所放的熱 D.a、b和c三個(gè)狀態(tài)中,狀態(tài)a分子的平均動(dòng)能最小,E.b和c兩個(gè)狀態(tài)中,容器壁單位面積單位時(shí)間內(nèi)受到氣體分子撞擊的次數(shù)不同,解析對(duì)封閉氣體,由題圖可知ab過(guò)程,氣體體積V不變,沒(méi)有做功,而溫度T升高,則為吸熱過(guò)程,A項(xiàng)正確。bc過(guò)程為等溫變化,壓強(qiáng)減小,體積增大,對(duì)外做功,則為吸熱過(guò)程,B項(xiàng)錯(cuò)。ca過(guò)程為等壓變化,溫度T降低,內(nèi)能減少,體積V減小,外界對(duì)氣體做功,依據(jù)W+Q=U,外界對(duì)氣體所做的功小于氣體所放的熱,C項(xiàng)錯(cuò)。溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,Tapc,顯然E項(xiàng)正確。,答案ADE,方法1微觀量的估算方法 1.微觀物理量:分子的質(zhì)量m0,分子體積V0,分子直徑d。 2.宏觀物理量:物質(zhì)的質(zhì)量m,體積V,密度,摩爾質(zhì)量M,摩爾體積Vm。 3.阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀物理量與微觀物理量的橋梁,根據(jù)油膜法測(cè)出分子的直徑,可算出阿伏加德羅常數(shù);反過(guò)來(lái),已知阿伏加德羅常數(shù),根據(jù)摩爾質(zhì)量(或摩爾體積)就可以算出一個(gè)分子的質(zhì)量(或一個(gè)分子的體積)。 (1)分子的質(zhì)量:m0=。,方法技巧,(2)分子的體積:V0=。 對(duì)于氣體,由于分子間空隙很大,用上式估算出的是一個(gè)分子所占據(jù)的體積(活動(dòng)的空間)。 (3)物質(zhì)所含的分子數(shù):N=nNA=NA=NA,NA=。 4.分子模型 (1)球體模型中的直徑:d= (2)立方體模型中的邊長(zhǎng):d= 5.常識(shí)性的數(shù)據(jù):室溫可取27 ,標(biāo)準(zhǔn)狀況下的大氣壓p0=76 cmHg、溫度T=273 K、摩爾體積Vm=22.4 L/mol。,例1已知汞的摩爾質(zhì)量為M=200.510-3 kg/mol,密度為=13.6103 kg/m3,阿伏加德羅常數(shù)NA=6.01023 mol-1。求: (1)一個(gè)汞原子的質(zhì)量(用相應(yīng)的字母表示即可); (2)一個(gè)汞原子的體積(結(jié)果保留一位有效數(shù)字); (3)體積為1 cm3的汞中汞原子的個(gè)數(shù)(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)。,解題導(dǎo)引,解析(1)一個(gè)汞原子的質(zhì)量為m0=。 (2)一個(gè)汞原子的體積為 V0= = m3210-29 m3。 (3)1 cm3的汞中含汞原子個(gè)數(shù) n= =41022。,答案(1)(2)210-29 m3(3)41022個(gè),方法2利用氣體實(shí)驗(yàn)定律和理想氣體狀態(tài)方程解題的步驟 1.規(guī)律 = 2.解題的一般步驟 (1)明確研究對(duì)象,即某一定質(zhì)量的理想氣體; (2)確定氣體在始末狀態(tài)的參量p1、V1、T1及p2、V2、T2; (3)由狀態(tài)方程列式求解; (4)討論結(jié)果的合理性。,例22014課標(biāo),33(2),9分一定質(zhì)量的理想氣體被活塞封閉在豎直放置的圓柱形汽缸內(nèi),汽缸壁導(dǎo)熱良好,活塞可沿汽缸壁無(wú)摩擦地滑動(dòng)。開(kāi)始時(shí)氣體壓強(qiáng)為p,活塞下表面相對(duì)于汽缸底部的高度為h,外界的溫度為T0。現(xiàn)取質(zhì)量為m的沙子緩慢地倒在活塞的上表面,沙子倒完時(shí),活塞下降了h/4。若此后外界的溫度變?yōu)門,求重新達(dá)到平衡后氣體的體積。已知外界大氣的壓強(qiáng)始終保持不變,重力加速度大小為g。,解題導(dǎo)引,解析設(shè)汽缸的橫截面積為S,沙子倒在活塞上后,對(duì)氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)為p,由玻意耳定律得phS=(p+p)(h-h)S 解得p=p 外界的溫度變?yōu)門后,設(shè)活塞距底面的高度為h。根據(jù)蓋呂薩克定律,得= 解得h=h,據(jù)題意可得p= 氣體最后的體積為V=Sh,聯(lián)立式得V=,答案,方法3氣體狀態(tài)變化的圖像問(wèn)題分析技巧 1.氣體實(shí)驗(yàn)定律圖像對(duì)比(質(zhì)量一定),2.質(zhì)量一定,垂直于坐標(biāo)軸作輔助線去分析不同溫度的兩條等溫線,不同體積的兩條等容線,不同壓強(qiáng)的兩條等壓線的關(guān)系。例如圖中A、B是輔助線與兩條等容線的交點(diǎn),可以認(rèn)為從B狀態(tài)通過(guò)等溫升壓到A狀態(tài),體積必然減小,所以V2<V1。,例3一定質(zhì)量的理想氣體,從圖中A狀態(tài)開(kāi)始,經(jīng)歷了B、C,最后到D狀態(tài),下列說(shuō)法中正確的是() A.AB溫度升高,體積不變 B.BC壓強(qiáng)不變,體積變大 C.CD壓強(qiáng)變小,體積變小 D.B點(diǎn)的溫度最高,C點(diǎn)的體積最大,解析縱坐標(biāo)表示壓強(qiáng)的大小,橫坐標(biāo)表示溫度的大小,各點(diǎn)與O點(diǎn)連線的斜率表示體積的大小,由圖可得選項(xiàng)A正確。,答案A,方法4應(yīng)用熱力學(xué)第一定律分析氣體功能關(guān)系的方法 1.做功看體積:體積增大,氣體對(duì)外做功,W為負(fù);體積縮小,外界對(duì)氣體做功,W為正;氣體向真空中自由膨脹,對(duì)外界不做功,W=0;恒壓過(guò)程氣體做功等于壓強(qiáng)和體積變化量的積。 2.與外界絕熱,則不發(fā)生熱傳遞,此時(shí)Q=0。 3.由于理想氣體沒(méi)有分子勢(shì)能,所以當(dāng)它的內(nèi)能變化時(shí),主要體現(xiàn)在分子動(dòng)能的變化上,從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化。,例4如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)a沿abc變化到狀態(tài)c,吸收了340 J的熱量,并對(duì)外做功120 J。若該氣體由狀態(tài)a沿adc變化到狀態(tài)c時(shí),對(duì)外做功40 J,則這一過(guò)程中氣體(填“吸收”或“放出”)J熱量。,解析由熱力學(xué)第一定律可得,該氣體由狀態(tài)a沿abc變化到狀態(tài)c的過(guò)程中內(nèi)能的變化量U=W+Q=-120 J+340 J=220 J,因此該氣體由狀態(tài)a沿adc變化到狀態(tài)c時(shí),Q1=U-W1=220 J-(-40 J)=260 J,顯然此過(guò)程中氣體從外界吸收熱量。,答案吸收260,