第一單元分子動理論 熱力學(xué)定律與能量守恒

1、第十一章 熱學(xué)一.宏觀量與微觀量及相互關(guān)系1.微觀量：分子的體積，分子直徑，分子質(zhì)量2.宏觀量：物體的體積V，摩爾體積，物體的質(zhì)量m，摩爾質(zhì)量M，物體的密度3.關(guān)系：（1）分子的質(zhì)量：=（2）分子的體積：=（3）物體所含的分子數(shù)：N=4.分子的大?。?）兩種類型球體模型直徑為D立方體模型邊長為(2)熟記分子直徑的數(shù)量級是m分子質(zhì)量的數(shù)量級是注意：（1）固體和液體分子都可看成是緊密堆集在一起的，分子的體積=，僅適用于固體和液體，對氣體不適用。（2）對于氣體分子，的值并非氣體分子的大小，而是兩個相鄰的氣體分子之間的平均距離。二、分子的熱運動1.擴散現(xiàn)象和布朗運動擴散現(xiàn)象和布朗運動都說明分子做無規(guī)則

2、運動。（1） 擴散現(xiàn)象：不同物質(zhì)相互接觸時彼此進入對方的現(xiàn)象，溫度越高，擴散越快。（2） 布朗運動定義：懸浮微粒做的無規(guī)則運動特點：a:永不停息、無規(guī)則運動b:顆粒越小，運動越劇烈c:溫度越高，運動越劇烈d:運動軌跡不確定產(chǎn)生的原因：由各個方向的液體分子對微粒碰撞的不平衡引起的。布朗微粒：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動不能叫做布朗運動。布朗顆粒大小約為m（包含約個分子），而分子直接約為。布朗顆粒的運動時分子熱運動的間接反映。2.熱運動（1）定義：分子永不停息的無規(guī)則運動（2）特點：溫度越高，分子的熱運動越激烈。注意：（1）布朗運動是分子永不停息地做

3、無規(guī)則熱運動的間接反映，是微觀分子熱運動造成的宏觀現(xiàn)象。（2）布朗運動只能發(fā)生在氣體、液體中，而擴散現(xiàn)象在氣體、液體、固體之間均發(fā)生。三、分子間的相互力、內(nèi)能1.分子間的相互作用力分子力是引力與斥力的合力，分之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，但總是斥力變化的較快。（1） r=r0時，引力等于斥力，合力為0；（2） r<r0時,引力和斥力都隨距離的減小而增大，但斥力比引力增大的快，合力表現(xiàn)為斥力；（3） r>r0時,引力和斥力都隨距離的增大而減小，但引力比斥力減小的慢，合力表現(xiàn)為引力；（4） r=10r0（）時，引力和斥力都已經(jīng)十分微弱，可以認為分

4、子間沒有相互作用力（合力等于0）。2.分子動能（1）定義：做熱運動的分子具有的動能叫分子動能（2）分子的平均動能：組成系統(tǒng)的所有分子的動能的平均值叫做分子熱運動的平均動能。（3）溫度是分子熱運動的平均動能的標志，溫度越高，分子熱運動的平均動能越大。3分子勢能分子勢能是由分子間相對位置而決定的勢能，它隨著物體體積的變化而變化，與分子間的距離有關(guān)系：（1）r>r0時，分子力表現(xiàn)為引力，隨著r的增大，分子引力做負功，分子勢能增大。（2）r<r0時,分子力表現(xiàn)為斥力，隨著r的增大，分子斥力做負功，分子勢能增大。（3）r=r0時，分子勢能最小，但不為0，為負值。因為兩分子相距無窮遠時分子勢能

5、為0.（4）分子勢能曲線如圖。4.物體的內(nèi)能（1）定義：物體中所有分子的熱運動動能和分子勢能的總和。（2）決定內(nèi)能的因素：微觀上：分子動能、分子勢能、分子個數(shù)宏觀上：溫度、體積、物質(zhì)的量（摩爾數(shù)）（3）改變物體的內(nèi)能的兩種方式做功：當(dāng)做功使物體的內(nèi)能發(fā)生改變的時候，外界對物體做了多少功，物體的內(nèi)能就增加多少；物體對外界做了多少功，物體的內(nèi)能就減少多少；熱傳遞：熱傳遞可以改變物體的內(nèi)能，用熱量量度，物體吸收了多少熱量，物體的內(nèi)能就增加多少；反之物體的內(nèi)能就減少多少。注意：（1）任何物體都具有內(nèi)能（2）溫度相同的任意兩個物體的分子的平均動能相同，如溫度相同的氫氣和氧氣的分子的平均動能相同，但由于氫

6、氣分子質(zhì)量小于氧氣分子質(zhì)量，故氫氣分子的平均速率大于氧氣分子的平均速率。（3）做功和熱傳遞在改變物體的內(nèi)能上是等效的，但它們的本質(zhì)不同，做功時內(nèi)能與其他形式的能形式的轉(zhuǎn)化，熱傳遞是不同物體之間的內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。（4）物體的體積越大，分子勢能不一定越大。如的水結(jié)成的冰之后體積變大，但分子勢能卻減少了。（5）理想氣體分子間相互作用力為零，故分子勢能忽略不計，一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)。四、溫度和溫標1.溫度（1）溫度在宏觀上表示物體的冷熱程度，在微觀上表示分子的平均動能（2）溫度是決定一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)是否達到熱平衡狀態(tài)的物理量，一切達到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度。2.兩種溫標（1）攝氏

7、溫標和熱力學(xué)溫標的比較，兩種溫標溫度的零點不同。同一溫度兩種溫標表示的數(shù)值不同，但它們表示的溫度間隔是相同的，即每一度的大小相同，。（2）關(guān)系：注意：（1）熱力學(xué)溫度的零值是低溫極限，永遠達不到，即熱力學(xué)溫度無負值。（2）溫度是大量分子熱運動的集體行為，對個別分子來說溫度沒有意義。五、溫度、內(nèi)能、熱量、功的比較概念溫度內(nèi)能熱量功含義表示物體的冷熱程度，是物體分子平均動能大小的標志，它是大量分子熱運動的集體表現(xiàn)，對個別分子來說，溫度沒有意義物體內(nèi)所有分子熱運動動能和勢能的總和，它是由大量分子的熱運動和分子的相互位置所決定的能熱量表示熱傳遞過程中內(nèi)能的改變量，用來量度熱傳遞過程中內(nèi)能轉(zhuǎn)移的多少做功

8、過程是機械能或其他形式的能額內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化過程關(guān)系溫度和內(nèi)能是狀態(tài)量，熱量和功則是過程量，發(fā)生熱傳遞的前提條件是存在溫度差，傳遞的是熱量而不是溫度，實際上是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移六.熱力學(xué)定律1.熱力學(xué)第一定律（1）內(nèi)容：一個熱力學(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它所做的功的總和。（2）表達式： （3）符號規(guī)定符號WQ+外界對物體做功物體吸收熱量內(nèi)能增加-物體對外界做功物體放出熱量內(nèi)能減少（4）幾種特殊情況若過程是絕熱的，則Q=0，W=,外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加。若過程中不做功，即W=0，Q=，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加。若過程的始、末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即=0，則W+Q=0，

9、外界對物體做的功等于物體放出的熱量。2.熱力學(xué)第二定律（1）兩種表述熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。（2）在熱力學(xué)第二定律的表述中，“自發(fā)地”、“不產(chǎn)生其他影響”的含義“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助。“不產(chǎn)生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只是本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響，如吸熱，放熱，做功等。（3）熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)熱力學(xué)第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，進而使人們認識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程具有方向性（4）熱力學(xué)第二定

10、律的微觀意義：一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行。3.熱力學(xué)過程方向性實例（1）高溫物體可以將熱量Q自發(fā)傳給低溫物體，但低溫物體不能將熱量Q自發(fā)傳給高溫物體（2）功能自發(fā)地完全轉(zhuǎn)化為熱，但熱不能自發(fā)地完全轉(zhuǎn)化為功（3）氣體體積能自發(fā)膨脹到較大氣體體積，但較大氣體體積不能自發(fā)收縮到氣體體積（4）不同氣體A和B能自發(fā)混合成混合氣體AB，但混合氣體AB不能自發(fā)分離成不同其他A和B注意：熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但在有外界影響的條件下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，如電冰箱；在引起其他變化的條件下內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機械能，如氣體的等溫膨脹過程七.對能量守恒定律的理解1

11、.自然界中能量的存在形式：物體運動具有動能、分子運動具有分子動能、電荷具有電能、原子內(nèi)部的運動具有原子能等，可見，在自然界中不同的能量形式與不同的運動形式相對應(yīng)。2.不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，且這一轉(zhuǎn)化過程是通過做功來完成的3.某種形式的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等4.兩種永動機均不能制成第一類永動機第二類永動機不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機器從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響的機器違背能量守恒，不可能制成不違背能量守恒，違背熱力學(xué)第二定律注意：（1）雖然功和能具有相同的單位，但兩者是完全不同的兩個概念，在能量守恒定律的表

12、達式中只存在能量，不存在功（2）能量守恒定律是自然界中普遍存在的一種規(guī)律，是無條件的，而機械能守恒定律是有條件的考點一 阿伏伽德羅常數(shù)與微觀量的計算例1. 已知汞的摩爾質(zhì)量為M=200.5×10-3kg/mol，密度為=13.6×103kg/m3，阿伏加德羅常數(shù)NA=6.0×10-23mol-1求：（1）一個汞原子的質(zhì)量（用相對應(yīng)的字母表示即可）（2）一個汞原子的體積（結(jié)果保留一位有效數(shù)字）（3）體積為1cm3的汞中汞原子的個數(shù)（結(jié)果保留一位有效數(shù)字）.考點二. 熱力學(xué)第一定律的理解及應(yīng)用例2一定質(zhì)量的氣體,在從一個狀態(tài)變化（）到另一個狀態(tài)（）的過程中,吸收熱量2

13、80 J,并對外做功120 J,試問:(1)這些氣體的內(nèi)能發(fā)生了怎樣的變化?(2)如果這些氣體又返回原來的狀態(tài),并放出了240 J熱量,那么在返回的過程中是氣體對外界做功,還是外界對氣體做功?做功多少?考點三. 能量守恒定律的理解及應(yīng)用例3. 一輛汽車正在平直的公路上以速度v勻速行駛，此時汽車的功率為P，已知汽車的總效率為,所使用的汽油的熱值為q（每完全燃燒單位質(zhì)量的燃料產(chǎn)生的熱量叫熱值），現(xiàn)油箱中還有質(zhì)量為m的汽油，則汽車還能行駛多遠？（設(shè)汽車的質(zhì)量為M，汽油消耗引起的汽車質(zhì)量的減少忽略不計）課時作業(yè)1. 利用所學(xué)的熱學(xué)知識回答下列問題：(1)我們知道分子熱運動的速率是比較大的，常溫下能達幾

14、百米/秒將香水瓶蓋打開后，離瓶較遠的人，為什么不能立刻聞到香味呢？(2)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，近幾年來，也出現(xiàn)了許多新的焊接方式， 如摩擦焊接、爆炸焊接等摩擦焊接是使焊件的兩個接觸面高速地向相反方向旋轉(zhuǎn)，同時加上很大的壓力(約每平方厘米加幾千到幾萬牛頓的力)，瞬間就焊接成一個整體了試用所學(xué)知識分析摩擦焊接的原理2. 如圖所示，甲分子固定在坐標原點O，乙分子位于x軸上，甲分子對乙分子的作用力與兩分子間距離的關(guān)系如圖中曲線所示F0表示斥力，F(xiàn)0表示引力，a、b、c、d為x軸上四個特定的位置現(xiàn)把乙分子從a處由靜止釋放，若規(guī)定無窮遠處分子勢能為零，則，（1）乙分子在何處勢能最??？是正直還是負值？（2

15、）在乙分子運動的哪個范圍內(nèi)分子力和分子勢能都隨距離的減小而增加？3. (1)遠古時代，取火是一件困難的事，火一般產(chǎn)生于雷擊或磷的自燃隨著人類文明的進步，出現(xiàn)了“鉆木取火”等方法“鉆木取火”是通過_方式改變物體的內(nèi)能，把_轉(zhuǎn)變成內(nèi)能(2) 某同學(xué)做了一個小實驗：先把空的燒瓶放入冰箱冷凍，  一小時后取出燒瓶，并迅速把一個氣球緊密地套在瓶頸上，然后將燒瓶放進盛滿熱水的燒杯里，氣球逐漸膨脹起來，如圖1114所示這是因為燒瓶里的氣體吸收了水的_，溫度_，體積_4. 某同學(xué)為測量地表植物吸收太陽能的本領(lǐng)做了如下實驗：用一面積為0.1 m2的面盆盛6 kg的水，經(jīng)太陽垂直照射15 mi

16、n，溫度升高5 .若地表植物接收太陽光的能力與水相等，試計算：(1)每平方米綠色植物每秒接收的太陽能為多少焦？(2)若綠色植物在光合作用中每吸收1 kJ的太陽能可以放出0.05 L的氧氣，則每公頃綠地每秒可放出多少升氧氣？(1公頃=104m2，水的比熱容)5.1mol銅的質(zhì)量為63.5g，銅的密度是，試計算（）（1）一個銅原子的體積（2）假若銅原子為球形，求銅原子的直徑（3）銅原子的質(zhì)量6. 一定量的氣體內(nèi)能增加了3×105 J.(1)若吸收了2×105 J的熱量，則是氣體對外界做功，還是外界對氣體做功？做了多少焦耳的功？(2)若氣體對外界做了4

17、5;105 J的功，則是氣體放熱還是從外界吸熱？放出或吸收的熱量是多少？7. 已知水的密度=1.0×103 kg/m3，水的摩爾質(zhì)量M=1.8×10-2 kg/mol，求：（保留兩位有效數(shù)字，）（1）1 cm3水中有多少個水分子？（2）估算一下水分子的直徑是多大.8. 下表為0和100時氧分子的速率分布不同溫度下各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比(%)，仔細觀察下表，對于氣體分子的無規(guī)則運動，你能得出哪些結(jié)論？按速率大小劃分的速率區(qū)間v/(m·s1)0100100以下1.40.71002008.15.420030017.011.930040021.417.440050020.418.650060015.116.76007009.212.97008004.57.98009002.04.6900以上0.93.99. 如圖為電冰箱的工作原理示意圖.壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán).在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量