2013屆高考一輪物理復習課件選修3-3熱學第1講-分子動理論-能量守恒與熱力學定律(教科版)

第1講分子動理論能量守恒與熱力學定律高考一輪物理復習課件選修3-3課件（教科版）物體是由大量分子組成的(1)分子的大小①一般分子直徑的數(shù)量級：_____m②估測的方法：_____法(2)一般分子質量的數(shù)量級：10－26kg(3)阿伏加德羅常數(shù)(1)1mol的任何物質中含有相同的粒子數(shù)，用符號NA表示，NA＝__________mol－1.分子動理論的基本觀點和實驗依據(jù)阿伏加德羅常數(shù)Ⅰ(考綱要求)1．10－10油膜6.02×1023(1)擴散現(xiàn)象：相互接觸的物體互相進入對方的現(xiàn)象．溫度越高，擴散越快．(2)布朗運動的特點：永不停息、無規(guī)則運動；顆粒越___，運動越劇烈；溫度越___，運動越劇烈；運動軌跡不確定．小高2.分子永不停息地做無規(guī)則熱運動(3)布朗運動和熱運動的比較布朗運動熱運動共同點都是無規(guī)則運動，都隨溫度的升高而變得更加劇烈不同點運動物體小顆粒分子運動觀察光學顯微鏡電子顯微鏡聯(lián)系布朗運動是由于小顆粒受到周圍分子熱運動的撞擊力而引起的，它是分子做無規(guī)則運動的反映分子間存在著相互作用力(1)分子間同時存在相互作用的引力和斥力．(2)分子力是分子間引力和斥力的合力．(3)r0為分子間引力和斥力大小相等時的距離，其數(shù)量級為10－10m.(4)如圖1－1－1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，但總是斥力變化得較快．①r＝r0時，F(xiàn)引＝F斥，分子力F＝0；②r<r0時，F(xiàn)引和F斥都隨距離的減小而增大，但F斥比F引增大得更快，分子力F表現(xiàn)為斥力；③r>r0時，F(xiàn)引和F斥都隨距離的增大而減小，但F斥和F引減小得更快，分子力F表現(xiàn)為引力；④r>10r0(10－9m)時，F(xiàn)引、F斥迅速減弱，幾乎為零，分子力F≈0.圖1－1－13.分子動能、勢能和內能溫度是分子平均動能的標志、內能Ⅰ(考綱要求)分子動能分子勢能內能定義分子無規(guī)則運動的動能(即熱運動)分子間有作用力，由分子間相對位置決定的勢能物體中所有分子的熱運動的動能和分子勢能的總和分子動能分子勢能內能影響因素微觀分子運動的快慢分子相對位置，分子力分子動能與分子勢能之和宏觀溫度體積溫度、體積、物質的量改變方式升高或降低溫度增大或減小體積做功和熱傳遞(二者實質不一樣)①溫度是分子平均動能的標志②溫度、分子動能、分子勢能或內能只對大量分子才有意義③任何物體都有內能④體積增大分子勢能不一定增大（如水變成冰）熱力學第一定律(1)內容：一個熱力學系統(tǒng)的內能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和．(2)表達式：ΔU＝Q＋W(3)符號規(guī)定熱力學第一、二定律Ⅰ(考綱要求)能量守恒定律Ⅰ(考綱要求)做功W外界對物體做功W>0物體對外界做功W<0吸放熱Q物體從外界吸收熱量Q>0物體向外界放出熱量Q<0內能變化ΔU物體內能增加ΔU>0物體內能減少ΔU<01．熱力學第二定律(1)表述一：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體．(2)表述二：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.能量守恒定律(1)能量守恒定律的內容：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者是從一個物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中其總量保持不變．(2)條件性：能量守恒定律是自然界的普遍規(guī)律，某一種形式的能是否守恒是有條件的．例如，機械能守恒定律具有適用條件，而能量守恒定律是無條件的，是一切自然現(xiàn)象都遵守的基本規(guī)律．3.(3)兩類永動機①第一類永動機不消耗任何能量，卻源源不斷地對外做功的機器．不能制成的原因：違背能量守恒定律．②第二類永動機從單一熱庫吸收熱量并把它全部用來對外做功，而不引起其他變化的機器．不能制成的原因：違背了熱力學第二定律．1．三種特殊情況(1)若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU.(2)若過程中不做功，即W＝0，Q＝ΔU.(3)若過程的始、末狀態(tài)物體的內能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q.2．在熱力學第二定律的表述中，“自發(fā)地”、“不產(chǎn)生其他影響”的涵義(1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助．(2)“不產(chǎn)生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學宏觀過程只在本系統(tǒng)內完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學方面的影響．如吸熱、放熱、做功等．3．熱力學過程方向性實例實驗：用油膜法估測分子的大小用油膜法估測分子大小的實驗步驟如下：①向體積為V1的純油酸中加入酒精，直到油酸酒精溶液總量為V2；②用注射器吸取上述溶液，一滴一滴地滴入小量筒，當?shù)稳雗滴時體積為V0；③先往邊長為30～40cm的淺盤里倒入2cm深的水；④用注射器往水面上滴一滴上述溶液，等油酸薄膜形狀穩(wěn)定后，將事先準備好的玻璃板放在淺盤上，并在玻璃板上描出油酸薄膜的形狀；⑤將畫有油酸薄膜輪廓形狀的玻璃板，放在畫有許多邊長為a的小正方形的坐標紙上；⑥計算出輪廓范圍內正方形的總數(shù)為N，其中不足半個格的兩個格算一格，多于半個格的算一格．7．上述實驗步驟中有遺漏和錯誤，遺漏的步驟是________；錯誤的步驟是___________________(指明步驟，并改正)，油酸分子直徑的表達式d＝________.解析本題考查的是用油膜法測分子直徑，意在考查學生對單分子油膜的理解和粗略估算能力．本實驗中為了使油膜不分裂成幾塊，需在水面上均勻撒上痱子粉；由于本實驗只是一種估算，在數(shù)油膜所覆蓋的坐標格數(shù)時，大于半個格的算一個格，少于半個格的舍去；油酸溶液在水面上充分擴散后形成一層單分子油膜，油膜厚度可看成分子直注意事項1．實驗前應檢查方盤是否干凈．2．方盤中的水應保持穩(wěn)定狀態(tài)，最好靜置一段時間，痱

子粉均勻撒在水面上．3．向水面滴油酸酒精溶液時，針尖應豎直、靠近水面，

如果離水面太高，可能無法形成油膜．最好在1cm左右．4．計算油膜面積時，以坐標紙上方格的數(shù)目來計算，不足

半個的舍去，多于半個的算1個．某同學在進行“用油膜法估測分子的大小”的實驗前，查閱數(shù)據(jù)手冊得知：油酸的摩爾質量M=0.283kg/mol,密度若100滴油酸的體積為1mL，則1滴油酸所能形成的單分子油膜的面積約是多少？（取，結果保留一位有效數(shù)字）10m3下列關于布朗運動的說法，正確的是 (

)．A．布朗運動是液體分子的無規(guī)則運動B．布朗運動是指懸浮在液體中的固體分子的無規(guī)則運動C．布朗運動說明了液體分子與懸浮顆粒之間存在著相互

作用力D．觀察布朗運動會看到，懸浮的顆粒越小，溫度越高，

布朗運動越劇烈1．解析布朗運動是懸浮在液體中的固體小顆粒的無規(guī)則運動，小顆粒由許多分子組成，所以布朗運動不是分子的無規(guī)則運動，也不是指懸浮顆粒內固體分子的無規(guī)則運動，故A、B選項錯誤，布朗運動雖然是由液體分子與懸浮顆粒間相互作用引起的，但其重要意義是反映了液體分子的無規(guī)則運動，而不是反映了分子間的相互作用，故C選項錯誤．觀察布朗運動會看到固體顆粒越小、溫度越高，布朗運動越明顯，故D選項正確．答案

D對熱力學第二定律，下列理解正確的是 (

)．A．自然界進行的一切宏觀過程都是可逆的B．自然界進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性，

是不可逆的C．熱量不可能由低溫物體傳遞到高溫物體D．第二類永動機違背了能量守恒定律，因此不可能制成解析由熱力學第二定律可知，熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體，而不引起其他變化，由此說明熱量由低溫物體傳到高溫物體是可能的，但要引起其他變化，故C錯；第二類永動機并不違反能量守恒，卻違背了熱力學第二定律，故A、D錯，B正確．答案

B2．一定量氣體，吸熱200J，內能減少20J，下列說法中正確的是 (

)．A．氣體對外做功180JB．氣體對外做功220JC．外界對氣體做功180JD．外界對氣體做功220J解析根據(jù)ΔU＝Q＋W，Q＝200J，ΔU＝－20J．所以W＝－220J，即對外做功220J，B項正確．答案

B3．下列關于分子熱運動的說法中正確的是 (

)．A．布朗運動就是液體分子的熱運動B．氣體如果失去了容器的約束就會散開，這是因為氣體分子

之間存在斥力C．對于一定量的理想氣體，如果壓強不變，體積增大，那么

它的內能一定增大D．如果氣體溫度升高，分子平均動能會增加，但并不是所有

分子的速率都增大解析布朗運動是懸浮在液體中小顆粒的運動；氣體分子散開的原因在于氣體分子能做無規(guī)則熱運動；對于一定量的理想氣體，在壓強不變的情況下，體積增大，溫度升高，分子平均動能增加，理想氣體分子勢能為零，所以內能增大．答案

CD4．設某種物質的摩爾質量為μ，分子間平均距離為d，已知阿伏加德羅常數(shù)為NA，則該物質的密度ρ可表示為 (

)．答案

AB5．如圖1－1－2所示，用F表示兩分子間的作用力，Ep表示分子間的分子勢能，在兩個分子之間的距離由10r0變?yōu)閞0的過程中 (

)．A．F不斷增大，Ep不斷減小B．F先增大后減小，Ep不斷減小C．F不斷增大，Ep先增大后減小D．F、Ep都是先增大后減小解析分子間的作用力是矢量，分子勢能是標量，由圖象可知F先增大后減小，Ep則不斷減小，B正確．答案

B6．圖1－1－2一氣泡從湖底上升到湖面，已知氣泡內氣體的密度為1.29kg/m3，平均摩爾質量為0.029kg/mol.阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.02×1023mol－1，取氣體分子的平均直徑為2×10－10m．若氣泡內的氣體能完全變?yōu)橐后w，請估算液體體積與原來氣體體積的比值．(結果保留一位有效數(shù)字)解析題目考查利用阿伏加德羅常數(shù)進行估算．設氣體體積為V1，液體體積為V2，由此可知，考點一微觀量的估算【典例1】答案見解析——在求解與阿伏加德羅常數(shù)有關的計算問題時，總體思路是

已知銅的摩爾質量為M(kg/mol)，銅的密度為ρ(kg/m3)，阿伏加德羅常數(shù)為NA(mol－1)．下列判斷錯誤的是 (

)．【變式1】答案

B如圖1－1－3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系如圖中曲線所示，F(xiàn)>0為斥力，F(xiàn)<0為引力，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，則 (

)．A．乙分子由a到b做加速運動，由b到c做減速運動B．乙分子由a到c做加速運動，到達c時速度最大C．乙分子由a到b的過程中，兩分子間的分子勢能一直減少D．乙分子由b到d的過程中，兩分子間的分子勢能一直增加考點二分子間作用力、分子勢能、分子力做功【典例2】圖1－1－3解析由題意可知，乙分子由a到c的過程中，兩分子間表現(xiàn)為引力，分子力做正功，動能一直增大，分子勢能一直減少，到c點時加速度為零，速度達最大，因此，A錯誤，B、C正確；b到c分子間表現(xiàn)為引力，分子力做正功，分子勢能減少，c到d分子間表現(xiàn)為斥力，斥力做負功，分子勢能增加，因此，D錯誤．答案

BC(2011·廣東廣州)某一密閉容器中密封著一定質量的某種實際氣體，氣體分子間的相互作用力表現(xiàn)為引力．關于實際氣體的下列說法中正確的是 (

)．A．在完全失重的情況下，密封容器內的氣體對器壁的頂部

沒有作用力B．若氣體膨脹對外界做功，則分子勢能一定增大C．若氣體被壓縮，外界對氣體做功，則氣體內能一定增加D．若氣體從外界吸收的熱量等于膨脹對外界做的功，則氣

體分子的動能一定不變【變式2】解析在完全失重的情況下，密封容器內的氣體仍然有壓強，氣體對器壁的頂部有作用力，所以A錯誤；體積膨脹，分子間距離增大，分子力做負功，氣體的分子勢能增加，B正確；外界對氣體做功，但氣體有可能向外界放熱，所以內能的變化情況不能確定，C錯誤；氣體從外界吸收的熱量等于膨脹對外界做的功，所以內能不變，但分子勢能增大了，所以分子動能一定減小，即D錯誤．答案

B考點三

熱力學定律及能量守恒定律的理解及應用【典例3】一定質量的氣體，在從一個狀態(tài)①變化到另一個狀態(tài)②的過程中，吸收熱量280J，并對外做功120J，試問：(1)這些氣體的內能發(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240J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？解析

(1)由熱力學第一定律可得ΔU＝W＋Q＝－120J＋280J＝160J氣體的內能增加了160J.(2)由于氣體的內能僅與狀態(tài)有關，所以氣體從②狀態(tài)回到①狀態(tài)的過程中內能的變化應等于從①狀態(tài)到②狀態(tài)的過程中內能的變化，則從②狀態(tài)到①狀態(tài)的內能應減少160J即ΔU′＝－160J，又Q′＝－240J，根據(jù)熱力學第一定律得：ΔU′＝W′＋Q′，所以W′＝ΔU′－Q′＝－160J－(－240J)＝80J，即外界對氣體做功80J.答案

(1)增加了160J

(2)外界對氣體做功80J——熱力學第一定律反映功、熱量與內能改變量之間的定量關系ΔU＝W＋Q，使用時注意符號法則(簡記為：外界對系統(tǒng)取正，系統(tǒng)對外取負)．對理想氣體，ΔU僅由溫度決定，W僅由體積決定，絕熱情況下，Q＝0.(2011·江蘇四市聯(lián)考)一定質量的理想氣體(分子力不計)，體積由V膨脹到V′.如果通過壓強不變的過程實現(xiàn)，對外做功大小為W1，傳遞熱量的值為Q1，內