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1、专题十三热学2021/8/11 星期三1考纲考点要求热点考向 1.分子动理论的基本观 点和实验依据 1.本专题的命题多集中在分子动理论、估算分子数目和大小、热力 学两大定律的应用、气体状态参量的意义及与热力学第一定律的综 合，还有气体实验定律和气体状态方程的应用及图象表示气体状态 的变化过程等知识点上，多以选择题的形式出现 2.对热学前面知识的考查往往在一题中容纳更多的知识点，把热学 知识综合在一起进行考查，多以选择题和填空题的形式出现；对后 者的考查多以计算题的形式出现，着重考查热学状态方程的应用 3.物理课程新标准在课程性质中指出：“高中物理课程有助于学 生继续学习基本的物理知识与技能，增
2、强创新意识和实践能力，发 展探索自然、理解自然的兴趣与热情”.近两年来热学考题中还涌现了许多对热现象的自主学习和创新能力考查的新情景试题同时，本考点还可以与生活、生产的实际相关联来考查热学知识在实际中 的应用 2.阿伏加德罗常数 3.气体分子运动速率的 统计分布 4.温度是分子平均动能 的标志、内能 5.固体的微观结构、晶体 和非晶体 6.液晶的微观结构 7.液体的表面张力现象 8.气体实验定律 9.理想气体 10.饱和蒸汽、未饱和蒸 汽和蒸汽压 11.相对湿度 12.热力学第一定律 13.能量守恒定律 14.热力学第二定律 15.实验：用油膜法估测 分子的大小2021/8/11 星期三2热学
3、2021/8/11 星期三3101010第1讲分子动理论 内能考点 1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，所以统称为分子体积和质量很小，分子直径数量级是m，分子质量数量级是kg.分子1027262021/8/11 星期三422.4102物体能被压、水与酒精混合后总体积比混合前两体积之和要小，表明分子间确实存在着空隙3阿伏加德罗常数：1 mol 的任何物质含有 NA .个分子.1 mol 的任何气体，在标准状态下的体积是m3.分子的质量 m0、分子的体积 V0和分子的直径 d 称为微观物理量，物体的质量 M、体积 V、
4、密度、摩尔质量 MA和摩尔体积 VA称为宏观物理量，阿伏加德罗常数是联系宏观物理量与微观物理量的桥梁34微观量与宏观量间的关系：6.0210232021/8/11 星期三52021/8/11 星期三6D1(双选)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，表示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，下面四个关系式中正确的有()ACANAvmB NACmNAvNA2021/8/11 星期三7解析：水蒸气的摩尔体积与其密度的乘积是摩尔质量，摩尔质量除以一个分子的质量得阿伏加德罗常数，所以 A 表达式正确；B 选项表达式得到的不是水蒸气的密
5、度，则 B 不正确；C选项表达式量与阿伏加德罗常数的比值，可求得一个分子的质量，它对固、液、气三种状态下的物体求分子的质量都适用；D选项表达式是分子的体积，该式只适用于固体、液体，不适用于气体，则 D 不正确2021/8/11 星期三82利用阿伏加德罗常数，估算在标准状态下相邻气体分子间的平均距离 D.2021/8/11 星期三9考点 2实验：用油膜法估测分子大小1.实验原理实验采用使油酸在水面上形成一层单分子油膜的方法估测分子的大小把一滴用稀释过的油酸滴在水面上时，油酸就在水面上散开，其中的酒精溶于水，并很快挥发，在水面上形成如图 1311 所示形状的一个单分子层油膜，实验中如果算出一定体积
6、的油酸在水面上形成的单分子油膜的面积，即可算出油酸分子的大小2021/8/11 星期三10图 13112021/8/11 星期三112注意事项(1)酒精油酸溶液的浓度以小于11000为宜(2)实验前，必须把所有的实验用具擦洗干净，实验时吸取油酸、酒精和溶液的移液管要分别专用，不能混用否则会增大误差，影响实验结果(3)痱子粉和油酸用量都不能太多，否则不易成功，撒痱子粉时一定要均匀(4)待测油酸面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓扩散后又收缩有两个原因：一是水面受油酸滴冲击凹陷后又恢复；二是酒精挥发后液面收缩2021/8/11 星期三12求(10m)即可(5)本实验只要求估算分子大小，实验结果的数量
7、级符合要103误差分析(1)酒精油酸溶液的配制体积比不准确(2)测定每一滴酒精油酸溶液的体积时造成误差；(3)计算油膜面积时采用正方形座标纸“数格子法”，会造成误差4难点分析(1)计算每滴酒精油酸溶液中的纯油酸含量，是难点之一设溶液浓度为，每滴体积为 V1，则每滴溶液中，纯油酸含量为V0V1.2021/8/11 星期三13纯油酸量酒精油酸溶液总量(2)对微观问题建立物理模型是重要的物理思维方法，也是难点之一应理解本实验的物理模型：视分子为一个一个紧挨的小球或高度等于直径的柱体，不考虑分子间隙；分子没有叠层，将油膜厚度视为分子的直径2021/8/11 星期三14假设单分子油膜的面积为S，必然有d
8、 .所以，“用油膜法估A将油膜看成单分子油膜B不考虑各油分子间的间隙C考虑了各油分子间的间隙D将油膜分子看成质点解析：“用油膜法估测分子的大小”的原理是将一滴油酸(体积为 V)滴入水中，使之形成一层单分子油膜，成为一个一个单层排列的球形体显然，球形体的直径即为单分子油膜的厚度 d.VS测分子的大小”实验的科学依据是 A、B.3(双选)用油膜法估测分子直径实验的科学依据是()AB2021/8/11 星期三154(2010 年黄冈中学月考)“用油膜法估测分子的大小”的实验的方法及步骤如下：向体积 V 油1 mL 的油酸中加酒精，直至总量达到 V 总500 mL；用注射器吸取中配制好的酒精油酸溶液，
9、把它一滴一滴地滴入小量筒中，当滴入 n100 滴时，测得其体积恰好是V01 mL；先往边长为 30 cm40 cm 的浅盘里倒入 2 cm 深的水，然后将_均匀地撒在水面上；用注射器往水面上滴一滴酒精油酸溶液，待油酸薄膜形2021/8/11 星期三16状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，并在玻璃板上描下油酸膜的形状；将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，如图 1312 所示，数出轮廓范围内小方格的个数 N，小方格的边长 l20 mm.图 13122021/8/11 星期三17根据以上信息，回答下列问题：(1)步骤中应填写：.(2)1 滴酒精油酸溶液中纯油酸的体积 V是_mL；(3)油酸分
10、子直径是_m.考点 3扩散现象、布朗运动和分子间相互作用力1分子不停息地做无规则热运动(1)扩散现象：相互接触的物体互相进入对方的现象温度越 ，扩散越快(2)布朗运动：在显微镜下看到的悬浮在液体(或气体)中的微小颗粒的无规则运动颗粒越 ，运动越明显；温度越 ，小高痱子粉或石膏粉21054.31010高2021/8/11 星期三18运动越激烈布朗运动是液体分子永不停息地做无规则热运动的反映，是液体分子对微小颗粒撞击作用的不平衡造成的(3)分子永不停息地做无规则热运动的实验事实有两个：扩散现象和布朗运动扩散现象不仅说明物质分子在不停地运动着，同时还说明分子与分子之间有空隙，扩散现象是分子永停息地做
11、无规则运动的直接表现；布朗运动是固体微粒(不是液体分子，也不是固体分子)的无规则运动，但它说明分子在不停地做无规则运动，布朗运动是液体(或气体)分子无规则运动的间接反映2021/8/11 星期三192分子间存在着相互作用力(1)分子间相互作用力既有引力，又有斥力从理论上讲，任何时候引力和斥力都是同时存在的，实际表现出的分子力是引力和斥力的合力图 13132021/8/11 星期三20离 r0，分子间距离为 r0 的位置就叫做平衡位置(数量级为 10(2)分子间相互作用的引力与斥力都随着分子间距离的增大而减小，只是斥力变化得更快一些(3)分子间存在一个平衡距10m)当 rr0 时，F 引F 斥，
12、对外表现的分子力 F 为引力；当 rr0时，F 引F 斥，对外表现的分子力 F0；当 rr0 时，F 引F 斥，对外表现的分子力 F 为斥力(4)分子力是一种短程作用力，当分子间距离的数量级大于 时，分子间的相互作用力已变得很小，可以忽略不计，可以认为此时分子间相互作用的引力和斥力都为零，这时物体处于气态并可以当成理想气体在标准状态下，气体分子间的相互作2021/8/11 星期三21用力可以不计，就是因为这时气体分子间的距离远大于分子直径的缘故中正确的是()CA布朗运动就是液体分子的热运动B布朗运动图示中不规则折线表示的是液体分子的运动轨迹C当分子间的距离变小时，分子间作用力可能减小，也可能增
13、大D物体温度改变时物体分子的平均动能不一定改变5(单选)(上海 2011 届高三期末)关于分子运动，下列说法2021/8/11 星期三22解析：布朗运动是分子热运动的间接反映；微粒做布朗运动没有固定的轨迹；温度是物体分子平均动能的标志，温度改变，其分子平均动能必定改变6(双选)下面关于分子力的说法中正确的有()ABA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2021/8/11 星期三23解析：无
14、论怎样压缩，气体分子间距离一定大于r0，所以气体分子间一定表现为引力空气压缩到一定程度很难再压缩不是因为分子斥力的作用，而是气体分子频繁撞击活塞产生压强的结果，应该用压强增大解释，所以 C 不正确磁铁吸引铁屑是磁场力的作用，不是分子力的作用，所以 D也不正确 2021/8/11 星期三247(双选)如图 1314，关于分子间的作用力的下列说法正确的是(r0 为分子的平衡位置)()图 13142021/8/11 星期三25解析：关于分子间的引力和斥力的表现可参照分子的“弹簧模型”，但同时也应明确分子间的合力无论表现为引力或斥力其间的引力和斥力都是同时存在的，则易分析出 A、B 错误，C、D 正确
15、答案：答案：CDA两个分子间距离小于 r0时，分子间只有斥力B两个分子间距离大于 r0时，分子间只有引力C两个分子间距离由较远逐渐减小到 rr0的过程中，分子力先增大后减小，表现为引力D两个分子间距离由极小逐渐增大到 rr0的过程中，引力和斥力都同时减小，分子力表现为斥力2021/8/11 星期三26考点 4物体的内能1分子动能：温度是大量物体分子平均动能的标志(1)温度是大量分子的平均动能的标志，对个别分子来讲是无意义的(2)温度相同的不同种类的物质，它们分子的平均动能相同，但由于不同种类物质的分子质量不等，所以，它们分子的平均速率不同(3)分子的平均动能与物体运动的速度无关2分子势能：微观
16、上与分子间的距离有关，宏观上与物体的体积有关2021/8/11 星期三27图 1315(1)选取分子间距离为无穷远处分子势能为零，则分子势能与分子间距离的关系如图 1315 所示2021/8/11 星期三28(2)分子力做正功，分子势能减小；克服分子力做功，分子势能增大当 rr0时，分子力表现为引力，随着 r 的增大，分子引力做负功，分子势能增加；当 rr 0时，分子力表现为斥力，随着 r 的减小，分子斥力做负功，分子势能增加；rr0时，分子势能最小，但不为零，为负值，因为选两分子相距无穷远时的分子势能为 0.3物体的内能(1)物体内所有分子的动能与势能的总和即为物体的内能2021/8/11
17、星期三29由于分子的动能与温度有关，分子势能与体积有关，所以一定质量的某种物质的内能由物体的温度和体积共同决定的当然还和分子的数目有关(2)内能改变的两种方式：做功和热传递做功是其他形式的能与内能相互转化的过程热传递是物体间内能的转移过程做功与热传递在改变物体内能上是等效的，但在能量的转化或转移上有本质的区别2021/8/11 星期三308(单选)气体内能是所有气体分子热运动动能和势能的总和，其大小与气体的状态有关，分子热运动的平均动能与分子间势能分别取决于气体的()AA温度和体积C温度和压强 B体积和压强D压强和温度解析：由于温度是分子平均动能的标志，所以气体分子的动能在宏观上取决于温度；分
18、子势能是由分子间引力和分子间距离共同决定，宏观上取决于气体的体积2021/8/11 星期三319(单选)下列说法正确的是()AA温度是分子平均动能的标志，物体温度高，则分子的平均动能大B温度是分子平均动能的标志，温度升高，则物体的每一个分子的动能都增大C当某物体内能增加时，则该物体的温度一定升高D甲物体的温度比乙物体的温度高，则甲物体分子平均速率比乙物体分子平均速率大解析：温度是大量分子平均 动能的标志，对个别分子来讲没有意义；物体的内能包括分子动能和分子势能；不同物体的分子的质量不相同，所以无法靠温度来判断分子的平均速率故BCD 错误 2021/8/11 星期三3210(双选)如图 1316
19、 甲分子固定在坐标原点 O，乙分子位于 x 轴上，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，则以下判断正确的是()图 1316A乙分子由 a 到 b 做加速运动，由 b 到 c 做减速运动B乙分子由 a 到 c 做加速运动，到达 c 时速度最大C乙分子由 a 到 b 的过程中，两分子间的分子势能一直减小D乙分子由 b 到 d 的过程中，两分子间的分子势能一直增大BC2021/8/11 星期三33解析：乙分子从 a 到 b 再到 c 的过程，分子之间均表现为引力，显然乙分子始终做加速
20、运动，且达到 c 点速度最大，故 A错，B 对乙分子由 a 到 b 的过程中，两分子间的引力一直做正功，两分子间的分子势能一直减小，故 C 正确乙分子由 b到 c 的过程中，两分子间的引力仍然做正功，两分子间的分子势能仍在减小，由 c 到 d 的过程中，两分子间的斥力做负功，则分子势能增加，故 D 错2021/8/11 星期三34热点 分子间作用力和内能【例 1】(双选)(2010 年全国卷)图 1317 为两分子系统的势能 Ep 与两分子间距离 r 的关系曲线下列说法正确的是()图 1317A当 r 大于 r1时，分子间的作用力 表现为引力B当 r 小于 r1时，分子间的作用力 表现为斥力C
21、当 r 等于 r2时，分子间的作用力为零 D当由 r1变到 r2的过程中，分子间的作用力做负功BC2021/8/11 星期三35要记住分子间作用力和分子势能的特点和规律，仔细地看懂高中物理课本中分子间的作用力跟距离的关系图和两分子系统的分子势能跟距离的关系图是一种很有效、很直观的方法解析：分子间距等于r0时分子势能最小，即r0 r2.当r小于r1时分子力表现为斥力；当r大于r1小于r2时分子力表现为斥力；当r大于r2时分子力表现为引力，A错BC对在r由r1变到r2的过程中，分子斥力做正功分子势能减小，D错误 故选BC.2021/8/11 星期三36A分子间作用力先减小后增大B分子间作用力先增大
22、后减小C分子势能先减小后增大D分子势能先增大后减小解析：设两分子平衡位置之间距离为 r0，分子间距从 r 减小到 r0过程，分子间作用力表现为引力，分子力大小先增大后减小；分子间距从 r0继续减小过程，分子力表现为斥力，分子力大小增大当 rr0时，分子力为零，此时分子势能最小故正确选项为 C.和分子势能的变化，下列正确说法是()1(单选)(2010 年潮州二模)在使两个分子间的距离由很远C2021/8/11 星期三37易错点：对内能的涵义的理解【例 1】(单选)下列说法中正确的是()DA温度低的物体内能小B温度低的物体分子运动的平均速率小C做加速运动的物体，由于速度越来越大，因此物体分子的平均
23、动能越来越大D温度低的铜块与温度高的铁块相比，分子平均动能小2021/8/11 星期三38错解分析：A，因为温度低，平均动能就小，所以内能就小，所以应选 A.B，由动能公式 Ek(1/2)mv2可知，速率越小动能就越小，而温度低的物体分子平均动能小，所以速率也小，所以应选 B.C，由加速运动的规律我们了解到，物体的速度大小由初速度、加速度和时间决定，随着时间的推移，速度越来越快，再由动能公式 Ek(1/2)mv2可知，物体动能也越来越大，所以应选 C.正确解析：内能是物体内所有分子的动能和势能的总和温度是分子平均动能的标志，任何物质只要温度低则物体分子平均动能就一定小，D 选项正确；但温度低不
24、表示内能一定也2021/8/11 星期三39小，也就是所有分子的动能和势能的总和不一定就小，A 选项错误；温度低，物体分子平均动能小，但不同物质的分子质量不同，所以无法确定温度低时分子运动的平均速率是否一定小；选项 B 错误；微观分子无规则运动与宏观物体运动不同，分子的平均动能只是分子无规则热运动的动能，而物体加速运动时，物体内所有分子均参与物体的整体、有规律的运动，这时物体整体运动虽然越来越快，但并不能说明分子无规则运动的情况就加剧从本质上说，分子无规则运动的剧烈程度只与物体的温度有关，而与物体的宏观运动情况无关，C 选项错误故选 D.2021/8/11 星期三40物体内能是物体内部分子热运动和相互作用决定的能，与温度有关，跟物体的宏观机械运动无关；而机械能是物体宏观机械运动具有的能量，与物体整体运动速度和位置有关解题关键是充分理解决定物体内能大小的因素、分子速率的决定因素、内能与机械能的区别以及改变内能的两种方式等内容2021/8/11 星期三41)1(双选)关于内能和机械能的下列说法中，正确的是(A机械能很大的物体，其内能一定很大B物体的机械能损失时，内能却可能增加C物体的内能为零时，机械能可以不为零D物体的机械能为零时，内能可以不为零BD2021/8/11 星期三422021/8/11 星期三43