2020版高考物理总复习13第1讲分子动理论内能热力学定律教案新人教版.docx

第1讲分子动理论内能热力学定律一、分子动理论的基本观点和实验依据阿伏加德罗常数1物体是由大量分子组成的(1)分子很小直径数量级为1010 m。质量数量级为1026 kg。(2)分子数目特别大阿伏加德罗常数NA6.021023 mol1。2分子的热运动(1)布朗运动永不停息、无规则运动。颗粒越小，运动越显著。温度越高，运动越剧烈。运动轨迹不确定，只能用不同时刻的位置连线确定微粒做无规则运动。不能直接观察分子的无规则运动，而是用悬浮的固体小颗粒的无规则运动来反映液体分子的无规则运动。(2)热运动：物体分子永不停息地无规则运动，这种运动跟温度有关(填“有关”或“无关”)。3.分子间的相互作用力(1)引力和斥力同时存在，都随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而增大，斥力比引力变化更快。(2)分子力的特点rr0时(r0的数量级为1010 m)，F引F斥，分子力F0。rr0时，F引r0时，F引F斥，分子力F表现为引力。r10r0时，F引、F斥迅速减为零，分子力F0。(3)分子力随分子间距离的变化图象如图所示。二、温度内能1温度一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。2两种温标摄氏温标和热力学温标。关系：Tt273.15 K。3分子的动能(1)分子动能是分子热运动所具有的动能。(2)分子热运动的平均动能是所有分子热运动的动能的平均值，温度是分子热运动的平均动能的标志；(3)分子热运动的总动能是物体内所有分子热运动动能的总和。4分子的势能(1)意义：由于分子间存在着引力和斥力，所以分子具有由它们的相对位置决定的能。(2)分子势能的决定因素微观上决定于分子间距离和分子排列情况；宏观上决定于体积和状态。5物体的内能(1)等于物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和，是状态量。(2)对于给定的物体，其内能大小由物体的温度和体积决定。(3)物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关(填“有关”或“无关”)。(判断正误，正确的画“”，错误的画“”。)1布朗运动是分子的运动。()2分子间相互作用的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小。()3做功和热传递的实质是相同的。()4物体吸收热量同时对外做功，内能可能不变。()5热机中，燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变化。()1(微观量的计算)已知铜的摩尔质量为M，铜的密度为，阿伏加德罗常数为NA，下列说法正确的是()A1个铜原子的质量为B1个铜原子的质量为C1个铜原子所占的体积为D1个铜原子所占的体积为解析1 mol铜的质量等于NA个铜原子的质量之和，所以一个铜原子的质量为m，A项错误，B项正确；1 mol铜的体积为，这是所有铜原子所占体积的总和，所以每个铜原子所占的体积为，C、D两项错误。答案B2(分子热运动与布朗运动)(多选)下列关于布朗运动的说法，正确的是()A布朗运动是液体流动引起的B液体温度越高，悬浮颗粒越小，布朗运动越剧烈C布朗运动是由于液体各部分的温度不同而引起的D布朗运动是由液体分子从各个方向对悬浮粒子撞击作用的不平衡引起的解析液体的温度越高，悬浮颗粒越小，布朗运动越剧烈，B项正确；布朗运动是由于液体分子从各个方向对悬浮颗粒撞击作用的不平衡引起的，A、C两项错误，D项正确。答案BD3. (分子作用力)(多选)图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()A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当r等于r2时，分子间的作用力为零D在r由r1变到r2的过程中，分子间的作用力做负功解析本题考查分子力做功与分子势能的关系。对两分子组成的系统，分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增加。结合图象可知，分子距离由非常近到r1时，Ep减少，分子力做正功；当分子距离由r1到r2时，Ep减小，分子力做正功，故分子力为斥力，B项正确，A、D两项错误；分子间距离由r2继续增大时，分子势能增加，说明分子力做负功，即分子间表现为引力，故分子间距离为r2时，分子间作用力为零，C项正确。答案BC4(物体的内能)关于温度的概念，下述说法正确的是()A温度是分子平均动能的标志，物体温度越高，则分子的平均动能越大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加C当某物体内能增加时，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，则甲物体分子的平均速率比乙物体分子的平均速率大解析由分子动理论内容得：温度是分子平均动能的标志，物体温度越高，则分子的平均动能就越大，所以A项正确；温度升高，但是每一个分子的动能不一定全变大，而是分子的平均动能增加，B项错误；物体的内能是由两方面共同决定的：分子动能和分子势能，所以当物体内能增加时，单一地说该物体的温度升高是错误的，所以C项错误；两个物体温度高低比较，温度高的则分子的平均动能大，但是不能说明是平均速率大，所以D项错误。答案A5(热力学定律)(多选)关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述错误的是()A热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的B内能可以全部转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾C两条定律都是有关能量转化的规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别D能量守恒定律已包含了热力学第一定律和热力学第二定律E热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的解析热力学第一定律是能量守恒在热现象中的体现，而热力学第二定律则指出内能和其他形式的能发生转化的方向性，二者并不矛盾，故A、C、D三项错误，B项正确；热力学第一定律和热力学第二定律是相互独立的，各自描述了热现象中不同方面的规律，E项正确。答案ACD考点1阿伏加德罗常数及微观量的计算考|点|速|通1两种分子模型物质有固态、液态和气态三种情况，不同物态下应将分子看成不同的模型。(1)固体、液体分子一个一个紧密排列，可将分子看成球形或立方体形，如图所示，分子间距等于小球的直径或立方体的棱长，所以d (球体模型)或d(立方体模型)。(2)气体分子不是一个一个紧密排列的，它们之间的距离很大，所以气体分子的大小不等于分子所占有的平均空间。如图所示，此时每个分子占有的空间视为棱长为d的立方体，所以d。气体分子模型2宏观量与微观量的相互关系(1)微观量：分子体积V0、分子直径d、分子质量m0。(2)宏观量：物体的体积V、摩尔体积Vm，物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度。(3)相互关系一个分子的质量：m0。一个分子的体积：V0。(注：对气体V0为分子所占空间体积)物体所含的分子数nNANA或nNANA。单位质量中所含的分子数：n。典|例|微|探【例1】(多选)某气体的摩尔质量为M，分子质量为m。若1摩尔该气体的体积为Vm，密度为，则该气体单位体积分子数为(阿伏加德罗常数为NA)()ABCD解析1摩尔该气体的体积为Vm，则单位体积分子数为n，气体的摩尔质量为M，分子质量为m，则1 mol 气体的分子数为NA，可得n，单位体积的质量等于单位体积乘以密度，质量除以摩尔质量等于摩尔数，则有n，D项错误，A、B、C三项正确。答案ABC1微观量的估算应利用阿伏加德罗常数的桥梁作用，依据分子数N与摩尔数n之间的关系NnNA，并结合密度公式进行分析计算。2注意建立正方体分子模型或球体分子模型。3对液体、固体物质可忽略分子之间的间隙；对气体物质，分子之间的距离远大于分子的大小，气体的摩尔体积与阿伏加德罗常数的比值不等于气体分子的体积，仅表示一个气体分子平均占据的空间大小。 题|组|冲|关1(多选)某气体的摩尔质量为Mmol，摩尔体积为Vmol，密度为，每个分子的质量和体积分别为m和V0，则阿伏加德罗常数NA不可表示为()A B C D E.解析阿伏加德罗常数NA，其中V应为每个气体分子所占有的体积，而题目中的V0则表示气体分子的体积，A、C两项正确，B、E两项错误；D中的V0不是气体分子的质量，因而D项错误。所以B、D、E三项符合题意。答案BDE2(多选)钻石是首饰和高强度钻头、刻刀等工具中的主要材料，设钻石的密度为(单位为kg/m3)，摩尔质量为M(单位为g/mol)，阿伏加德罗常数为NA。已知1克拉0.2克，则()Aa克拉钻石所含有的分子数为Ba克拉钻石所含有的分子数为C每个钻石分子直径的表达式为 (单位为m)D每个钻石分子直径的表达式为 (单位为m)E每个钻石分子的质量为解析a克拉钻石物质的量(摩尔数)为n，所含分子数为NnNA，A项正确，B项错误；钻石的摩尔体积V(单位为m3/mol)，每个钻石分子体积为V0，设钻石分子直径为d，则V03，联立解得d (单位为m)，C项正确，D项错误；根据阿伏加德罗常数的意义知，每个钻石分子的质量m，E项正确。答案ACE考点2分子力与分子势能考|点|速|通 名称项目分子间的相互作用力F分子势能Ep与分子间距的关系图象随分子间距的变化情况rr0F引和F斥都随距离的增大而减小，随距离的减小而增大，F引r0F引和F斥都随距离的增大而减小，随距离的减小而增大，F引F斥，F表现为引力r增大，引力做负功，分子势能增加r减小，引力做正功，分子势能减少rr0F引F斥，F0分子势能最小，但不为零r10r0 (109 m)F引和F斥都已十分微弱，可以认为分子间没有相互作用力分子势能为零典|例|微|探【例2】下列关于分子力和分子势能的说法，正确的是()A当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而增大B当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而减小C当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大D当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而减小解析当分子间距离为r0时为平衡位置，当rr0时分子间表现为引力，且分子力随r的增大而先增大后减小，而分子力做负功，分子势能增大，故A、B两项错误；当rr0时分子间表现为斥力，且分子力随着r的减小而增大，当r减小时分子力做负功，分子势能增大，故C项正确，D项错误。答案C判断分子势能变化的两种方法1根据分子力做功判断分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增加。2利用分子势能与分子间距离的关系图线判断但要注意此图线和分子力与分子间距离的关系图线形状虽然相似但意义不同，不要混淆。 题|组|冲|关1.如图所示，甲分子固定在坐标原点O处，乙分子位于r轴上，甲、乙两分子间作用力与分子间距离关系图象如图。现把乙分子从r3处由静止释放，则()A乙分子从r3到r1一直加速B乙分子从r3到r2加速，从r2到r1减速C乙分子从r3到r1过程中，两分子间的分子势能一直增大D乙分子从r3到r1过程中，两分子间的分子势能先减小后增大解析由题图可知乙分子从r3到r1始终受分子引力，即乙分子始终加速。在r2处引力最大，加速度最大，故A项正确，B项错误；此过程中引力做正功，分子势能减小，故C、D两项错误。答案A2(多选)两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动，直至不再靠近。在此过程中，下列说法正确的是()A分子力先增大，后一直减小B分子力先做正功，后做负功C分子动能先增大，后减小D分子势能先增大，后减小E分子势能和动能之和不变解析两个分子相距较远时表现为引力，相互靠近时分子力先增大后减小，减小到零后分子力变为斥力，分子减速至不再靠近，因此分子力经历了增大、减小再反向增大的过程，故A项错误；分子不断靠近，分子力先做正功后做负功，动能先增大后减小，B、C两项正确；分子力做正功分子势能减小，分子力做负功分子势能增大，所以D项错误；整个过程中只有分子力做功，动能与势能之和不变，E项正确。答案BCE考点3物体的内能热力学第一定律考|点|速|通1温度、内能、热量、功的比较含义特点温度表示物体的冷热程度，是物体分子平均动能大小的标志，它是大量分子热运动激烈程度的宏观表现，对单个分子来说，温度没有意义状态量内能(热能)物体内所有分子动能和分子势能的总和，它是由大量分子的热运动和分子的相对位置所决定的能热量是热传递过程中内能的改变量，热量用来量度热传递过程中内能转移的多少过程量功做功过程是机械能或其他形式的能和内能之间的转化过程2.改变内能的两种方式的比较 方式名称比较项目 做功热传递区别内能变化情况外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少从运动形式上看做功是宏观的机械运动向物体的微观分子热运动的转化热传递是通过分子之间的相互作用，使同一物体的不同部分或不同物体间的分子热运动发生变化，是内能的转移从能量的角度看做功是其他形式的能与内能相互转化的过程不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移能的性质变化情况能的性质发生了变化能的性质不变相互联系做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的典|例|微|探【例3】(多选)关于气体的内能，下列说法正确的是()A质量和温度都相同的气体，内能一定相同B气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大C气体被压缩时，内能可能不变D一定量的某种理想气体的内能只与温度有关E一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加解析温度相同的气体分子平均动能相同，仅质量相同，分子质量不同的气体，所含分子数不同，气体的动能也不同，所以内能不一定相同，A项错误；气体的内能与整体运动的机械能无关，B项错误；理想气体等温压缩过程中，其内能不变，C项正确；理想气体不考虑分子间相互作用力，分子势能为零，一定量的气体，分子数量一定，温度相同时分子平均动能相同，内能是所有分子热运动的动能与分子势能的总和，D项正确；由盖吕萨克定律可知，一定量的理想气体在等压膨胀过程中，温度一定升高，则其内能一定增加，E项正确。答案CDE题|组|冲|关1某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大。若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么()A外界对胎内气体做功，气体内能减小B外界对胎内气体做功，气体内能增大C胎内气体对外界做功，内能减小D胎内气体对外界做功，内能增大解析中午，车胎内气体温度升高，内能增大，车胎体积增大，气体对外做功，D项正确。答案D2(多选)关于一定质量的理想气体，下列叙述正确的是()A气体体积增大时，其内能一定减少B外界对气体做功，气体内能可能减少C气体从外界吸收热量，其内能一定增加D气体温度升高，其分子平均动能一定增加E气体温度升高，气体可能向外界放热解析做功和热传递是改变物体内能的两种方式，气体体积增大时，可能同时从外界吸收热量，其内能不一定减少；气体从外界吸收热量，可能同时对外做功，其内能不一定增加，同理，外界对气体做功，气体内能不一定增加，A、C两项错误，B项正确；温度是分子平均动能的标志，气体温度升高，其分子平均动能一定增加，内能增加，若外界对气体做的功大于内能的增加量，则气体向外放热，D、E两项正确。答案BDE考点4热力学第二定律考|点|速|通1对热力学第二定律关键词的理解在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”的涵义。(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助。(2)“不产生其他影响”的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响。如吸热、放热、做功等。2热力学第二定律的实质自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。如(1)高温物体低温物体(2)功热(3)气体体积V1气体体积V2(较大)(4)不同气体A和B混合气体AB3两类永动机的比较分类第一类永动机第二类永动机设计要求不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器不可能制成的原因违背能量守恒不违背能量守恒，违背热力学第二定律典|例|微|探【例4】关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是()A第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律B第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律C由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能D由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的解析第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机违反热力学第二定律，A、B两项错误；由热力学第一定律可知W0，Q0，但UWQ可以等于0，C项错误；由热力学第二定律可知D选项中现象是可能的，但会引起其他变化，D项正确。答案D题|组|冲|关1(多选)如图所示，为电冰箱的工作原理示意图，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列说法正确的是 ()A热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能C电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律D电冰箱的工作原理违反热力学第一定律解析由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传给高温物体，除非有外界的影响或帮助，A项错误，B项正确；电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，不违反热力学第一定律，C项正确，D项错误。答案BC2能是当今社会快速发展所面临的一大难题，由此，人们想到了永动机。关于第二类永动机，甲、乙、丙、丁4名同学争论不休。甲：第二类永动机不违反能量守恒定律，应该可以制造成功。乙：虽然内能不可能全部转化为机械能，但在转化过程中可以不引起其他变化。丙：摩擦、漏气等因素导致能量损失，第二类永动机才因此不能制成。丁：内能与机械能之间的转化具有方向性才是第二类永动机不可能制成的原因。你认为_的说法是正确的。A甲B乙 C丙D丁解析内能与机械能之间的转化具有方向性才是第二类永动机不可能制成的原因，D项正确。答案D扩散现象、布朗运动与分子热运动1扩散现象直接反映了分子的无规则运动，并且可以发生在固体、液体、气体任何两种物质之间。2布朗运动不是分子的运动，是液体分子无规则运动的反映。【经典考题】(多选)下列有关扩散现象与布朗运动的叙述中，正确的是()A扩散现象与布朗运动都能说明分子在做永不停息的无规则运动B扩散现象与布朗运动没有本质的区别C扩散现象突出说明了物质分子的迁移规律，布朗运动突出说明了分子运动的无规则性规律D布朗运动是扩散的形成原因，扩散是布朗运动的宏观表现解析扩散现象与布朗运动都能说明分子做永不停息的无规则运动，故A项正确；扩散是物质分子的迁移，布朗运动是宏观颗粒的运动，是两种完全不同的运动，故B项错误；两个实验现象说明了分子运动的两个不同规律，则C项正确；布朗运动与扩散的成因均是分子的无规则运动，两者之间不具有因果关系，故D项错误。答案AC必|刷|好|题1(多选)墨滴入水，扩而散之，徐徐混匀。关于该现象的分析正确的是()A混合均匀主要是由于碳粒受重力作用B混合均匀的过程中，水分子和碳粒都做无规则运动C使用碳粒更小的墨汁，混合均匀的过程进行得更迅速D墨汁的扩散运动是由于碳粒和水分子发生化学反应引起的解析墨汁与水混合均匀的过程，是水分子和碳粒做无规则运动的过程，这种运动与重力无关，也不是化学反应引起的。微粒越小、温度越高，无规则运动越剧烈，可见，B、C两项正确，A、D两项错误。答案BC2(多选)下列关于布朗运动的说法正确的是()A布朗运动是液体分子的无规则运动B布朗运动是指悬浮在液体中的颗粒内固体分子的无规则运动C布朗运动指的是悬浮在液体中颗粒的无规则运动，但反映的是液体分子的无规则运动D观察布朗运动会看到，悬浮的颗粒越小，温度越高，布朗运动越剧烈解析布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，小颗粒由许多分子组成，所以布朗运动不是分子的无规则运动，也不是指悬浮颗粒内固体分子的无规则运动，故A、B两项错误；布朗运动指的是悬浮在液体中颗粒的无规则运动，但是是由液体分子的碰撞产生的，C项正确；观察布朗运动会看到固体颗粒越小，温度越高，布朗运动越明显，故D项正确。答案CD1(2018全国卷)(多选)对于实际的气体，下列说法正确的是()A气体的内能包括气体分子的重力势能B气体的内能包括气体分子之间相互作用的势能C气体的内能包括气体整体运动的动能D气体的体积变化时，其内能可能不变E气体的内能包括气体分子热运动的动能解析实际气体的内能包括气体分子间相互作用的势能和分子热运动的动能，当气体体积变化时影响的是气体的分子势能，内能可能不变，所以B、D、E三项正确，A、C两项错误。答案BDE2(2017全国卷)(多选)氧气分子在0 和100 温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示。下列说法正确的是()A图中两条曲线下面积相等B图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形C图中实线对应于氧气分子在100 时的情形D图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目E与0 时相比，100 时氧气分子速率出现在0400 m/s区间内的分子数占