2024屆高考物理二輪專題復習與測試第一部分專題五熱學光學原子物理第13講熱學命題點一分子動理論內(nèi)能

第13講熱學1．分子動理論．(1)分子大?。侔⒎拥铝_常數(shù)NA＝6.02×1023mol－1.②分子體積：V0＝eq\f(Vmol,NA)(占有空間的體積)．③分子質(zhì)量：m0＝eq\f(Mmol,NA).④油膜法估測分子的直徑：d＝eq\f(V,S).(2)分子熱運動的實驗基礎：擴散現(xiàn)象和布朗運動．①擴散現(xiàn)象特點：溫度越高，擴散越快．②布朗運動特點：液體內(nèi)固體小顆粒永不停息、無規(guī)則的運動，顆粒越小、溫度越高，運動越劇烈．(反映了液體分子的無規(guī)則運動，但并非液體分子的無規(guī)則運動)(3)分子間的相互作用力和分子勢能．①分子力：分子間引力與斥力的合力．分子間距離增大，引力和斥力均減??；分子間距離減小，引力和斥力均增大，但斥力總比引力變化得快．②分子勢能：分子力做正功，分子勢能減小；分子力做負功，分子勢能增大；當分子間距為r0時，分子勢能最小．2．固體和液體．(1)晶體和非晶體的分子結構不同，表現(xiàn)出的物理性質(zhì)不同．晶體具有確定的熔點．單晶體表現(xiàn)出各向異性，多晶體和非晶體表現(xiàn)出各向同性．晶體和非晶體在適當?shù)臈l件下可以相互轉化．(2)液晶是一種特殊的物質(zhì)狀態(tài)，所處的狀態(tài)介于固態(tài)和液態(tài)之間．液晶具有流動性，在光學、電學物理性質(zhì)上表現(xiàn)出各向異性．(3)液體的表面張力使液體表面具有收縮到最小的趨勢，表面張力的方向跟液面相切．3．氣體實驗定律．(1)等溫變化：pV＝C或p1V1＝p2V2.(2)等容變化：eq\f(p,T)＝C或eq\f(p1,T1)＝eq\f(p2,T2).(3)等壓變化：eq\f(V,T)＝C或eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2).(4)理想氣體狀態(tài)方程：eq\f(pV,T)＝C或eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2).4．熱力學定律．(1)物體內(nèi)能變化的判定：溫度變化引起分子平均動能的變化；體積變化，分子間的分子力做功，引起分子勢能的變化．(2)熱力學第一定律．①公式：ΔU＝W＋Q；②符號規(guī)定：外界對系統(tǒng)做功，W>0，系統(tǒng)對外界做功，W<0；系統(tǒng)從外界吸收熱量，Q>0，系統(tǒng)向外界放出熱量，Q<0.系統(tǒng)內(nèi)能增加，ΔU>0，系統(tǒng)內(nèi)能減少，ΔU<0.(3)熱力學第二定律．①熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體(按熱傳遞的方向性表述)．②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(按機械能和內(nèi)能轉化的方向性表述)．(4)第一類永動機違背了能量守恒，不可能實現(xiàn)；第二類永動機不違背能量守恒，但違背熱力學第二定律，也不可能實現(xiàn)．

命題點一分子動理論內(nèi)能一、分子動理論的三條基本內(nèi)容1．物體是由大量分子組成的．(1)分子的大?。俜肿拥闹睆?視為球模型)：數(shù)量級為10－10m.②分子的質(zhì)量：數(shù)量級為10－26kg.(2)阿伏加德羅常數(shù)．1mol的任何物質(zhì)都含有相同的粒子數(shù)．通常可取NA＝6.02×1023mol－1.2．分子永不停息地做無規(guī)則熱運動的相關現(xiàn)象．(1)擴散現(xiàn)象：不同物質(zhì)能夠彼此進入對方的現(xiàn)象．溫度越高，擴散越快．直接說明了組成物質(zhì)的分子總是不停地無規(guī)則運動．(2)布朗運動：懸浮在液體或氣體中的固體顆粒的無規(guī)則運動．發(fā)生原因是固體顆粒受到液體分子無規(guī)則撞擊的不平衡性造成的．間接說明了液體或氣體分子在永不停息地無規(guī)則運動．3．分子間存在著相互作用力．(1)分子間同時存在引力和斥力，實際表現(xiàn)的分子力是他們的合力．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，斥力比引力變化得更快．(2)由于分子間存在著引力和斥力，所以分子具有由它們的相對位置決定的能，即分子勢能．(3)分子力和分子勢能隨分子間距變化的規(guī)律如下：項目分子力F分子勢能Ep變化圖像隨分子間距的變化情況r<r0F引和F斥都隨距離的增大而減小，隨距離的減小而增大，F(xiàn)引<F斥，F(xiàn)表現(xiàn)為斥力r增大，分子力做正功，分子勢能減小；r減小，分子力做負功，分子勢能增加r>r0F引和F斥都隨距離的增大而減小，隨距離的減小而增大，F(xiàn)引>F斥，F(xiàn)表現(xiàn)為引力r增大，分子力做負功，分子勢能增加；r減小，分子力做正功，分子勢能減小r＝r0F引＝F斥，F(xiàn)＝0分子勢能最小，但不為零r>10r0(10－9m)F引和F斥都已十分微弱，可以認為F＝0分子勢能為零在圖線表示F、Ep隨r變化規(guī)律中，要注意它們的區(qū)別：r＝r0處，F(xiàn)＝0，Ep最?。谧xEp-r圖像時還應注意分子勢能的“＋”、“－”值是參與比較大小的．二、物體的內(nèi)能1．物體的內(nèi)能．(1)等于物體中所有分子的熱運動動能與分子勢能的總和，是狀態(tài)量．(2)對于給定的物體，其內(nèi)能大小由物體的溫度和體積決定．(3)物體的內(nèi)能與物體的位置高低、運動速度大小無關．2．熱力學第一定律：(1)內(nèi)容：一個熱力學系統(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和．(2)數(shù)學表達式：ΔU＝Q＋W.(3)對公式ΔU＝Q＋W中ΔU、Q、W符號的規(guī)定：符號QWΔU＋物體吸收熱量外界對物體做功內(nèi)能增加－物體放出熱量物體對外界做功內(nèi)能減少(4)幾種特殊情況：①若過程是絕熱的，即Q＝0，則ΔU＝W，物體內(nèi)能的增加量等于外界對物體做的功．②若過程中不做功，即W＝0，則ΔU＝Q，物體內(nèi)能的增加量等于物體從外界吸收的熱量．③若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＝－Q(或Q＝－W)，外界對物體做的功等于物體放出的熱量(或物體吸收的熱量等于物體對外界做的功)．(5)判斷是否做功的方法：一般情況下外界對物體做功與否，需看物體的體積是否變化．①若物體體積增大，表明物體對外界做功，W<0.②若物體體積減小，表明外界對物體做功，W>0.兩只相同的籃球甲、乙內(nèi)空氣壓強相等，溫度相同．用氣筒給甲球快速充氣、給乙球緩慢充氣，兩球充入空氣的質(zhì)量相同．設充氣過程籃球體積不變，則()A．剛充完氣，兩球中氣體分子的平均動能相等B．剛充完氣，甲中分子的數(shù)密度較大C．剛充完氣，兩球內(nèi)氣體壓強相等D．對甲充氣過程人做的功比對乙的多解析：氣筒給甲球快速充氣，外界對氣體做功，內(nèi)能增加，溫度升高；氣筒給乙球緩慢充氣，則乙氣體溫度不變，內(nèi)能不變；所以剛充完氣，甲球中氣體分子的平均動能比乙球大，故A項錯誤；由題知沖完氣后，兩球中氣體質(zhì)量相等，兩球體積相同，則兩球中分子的數(shù)密度相等，故B項錯誤；由以上分析可知，剛充完氣，兩球中分子的數(shù)密度相等，而甲球中氣體溫度比乙球高，則甲球的氣體壓強比乙球大，故C項錯誤；兩球充入空氣的質(zhì)量相同，由于充氣過程，甲球的氣體壓強大于乙球的氣體壓強，則對甲充氣過程人需要克服氣體做的功更多，即對甲充氣過程人做的功比對乙的多，故D項正確．故選D.答案：D1．如圖所示，內(nèi)壁光滑的絕熱汽缸內(nèi)用絕熱活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，初始時汽缸開口向上放置，活塞處于靜止狀態(tài)，將汽缸緩慢轉動90°過程中，缸內(nèi)氣體()A．內(nèi)能增加，外界對氣體做正功B．內(nèi)能減小，所有分子熱運動速率都減小C．溫度降低，速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例減少D．溫度升高，速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例增加解析：初始時汽缸開口向上，活塞處于平衡狀態(tài)，汽缸內(nèi)外氣體對活塞的壓力差與活塞的重力平衡，則有(p1－p0)S＝mg汽缸在緩慢轉動的過程中，汽缸內(nèi)外氣體對活塞的壓力差大于重力沿汽缸壁的分力，故汽缸內(nèi)氣體緩慢的將活塞往外推，最后汽缸水平，缸內(nèi)氣壓等于大氣壓．汽缸、活塞都是絕熱的，故缸內(nèi)氣體與外界沒有發(fā)生熱傳遞，汽缸內(nèi)氣體壓強作用將活塞往外推，氣體對外做功，根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝Q＋W得：氣體內(nèi)能減小，故缸內(nèi)理想氣體的溫度降低，分子熱運動的平均速率減小，并不是所有分子熱運動的速率都減小，AB錯誤；氣體內(nèi)能減小，缸內(nèi)理想氣體的溫度降低，分子熱運動的平均速率減小，故速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)的比例減小，C項正確，D項錯誤．故選C.答案：C2．如圖，固定在鐵架臺上的燒瓶，通過橡膠塞連接一根水平玻璃管，向玻璃管中注入一段水柱．用手捂住燒瓶，會觀察到水柱緩慢向外移動，關于燒瓶內(nèi)的氣體，下列說法正確的是()A．氣體