高考物理一轮复习 专题十三 热学课件.ppt

专题十三热学 考点一分子动理论内能 1 分子动理论和内能 2 分子势能与分子间距离的关系当r r0时 分子力表现为引力 随着r的增大 需不断克服分子引力做功 分子势能增大 当r r0时 分子力表现为斥力 随着r的减小 需不断克服分子斥力做功 分子势能增大 当r r0时 分子力为零 分子势能为最小值 正误辨识 1 布朗运动是液体分子的无规则运动 2 温度越高 布朗运动越剧烈 3 分子间的引力和斥力都随分子间距的增大而增大 4 33 240k 5 分子动能指的是由于分子定向移动具有的能 6 当分子力表现为引力时 分子势能随分子间距离的增大而增大 7 内能相同的物体 它们的分子平均动能一定相同 答案 1 2 3 4 5 6 7 形象思考 类比弹性势能变化记忆分子势能的变化拉伸时 弹力做负功 弹性势能 r r0 分子势能随分子间距离的增大而 增大 增大 压缩时 弹力做负功 弹性势能也 r r0 分子势能随分子间距离的减小而 原长时 弹性势能 r r0时 分子势能 增大 增大 最小 最小 解题方略 布朗运动是悬浮在液体中微粒的运动 由于液体分子运动的无规则性 微粒不断受周围液体分子的撞击 如果微粒较大 则在每一个时刻撞击微粒的分子数较多 各个方向撞击的情况大致相同 微粒基本处于平衡状态 如果微粒足够小 各个方向撞击就不平衡 由于受力不平衡而引起颗粒的无规则运动 布朗运动虽然不是液体分子的运动 但是却是液体分子无规则运动的反映 分子的无规则运动 例1 2015 山东理综 37 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根据分子动理论的知识可知 混合均匀主要是由于水分子做无规则运动 使得碳粒无规则运动造成的布朗运动 由于布朗运动的剧烈程度与颗粒大小和温度有关 所以使用碳粒更小的墨汁 布朗运动会更明显 则混合均匀的过程进行得更迅速 故选b c 答案bc 分子间作用力与分子势能 解题方略 1 分子力随距离的变化情况 1 分子间同时存在着引力和斥力 分子力是引力和斥力的合力 当r r0时 引力和斥力大小相等 分子力为零 2 引力和斥力都随距离的减小而增大 随距离的增大而减小 但斥力变化得快 当r r0时 引力大于斥力 分子力表现为引力 当r r0时 斥力大于引力 分子力表现为斥力 3 分子力随分子间距离变化的图象如图所示 2 判断分子势能变化的两种方法方法一 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 方法二 利用分子势能与分子间距离的关系图线判断 如图所示 图中选r 处 ep 0 由图可知 当r r0时 分子势能最小 需要注意的是此图线和分子力与分子间距离的关系图象形状很相似 但意义不同 不要混淆 例2 2013 课标全国 33 1 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 填正确答案标号 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 解析两分子从较远靠近的过程 分子力先表现为引力且先增大后减小 到平衡位置时 分子力为零 之后再靠近 分子力表现为斥力且越来越大 a选项错误 分子力先做正功后做负功 b选项正确 分子势能先减小后增大 动能先增大后减小 c选项正确 d选项错误 只有分子力做功 分子势能和分子动能相互转化 总和不变 e选项正确 答案bce 物体的内能 解题方略 物体的内能e nk ep 分子的平均动能k只与温度有关 分子势能ep与体积有关 而分子数n由物质的量决定 所以内能由上面三个因素决定 分析物体的内能问题应当注意以下几点 1 内能是对物体的大量分子而言的 不存在某个分子内能的说法 2 决定内能大小的因素为温度 体积 分子数 3 通过做功和热传递可以改变物体的内能 例3 物体由大量分子组成 下列说法正确的是 a 分子热运动越剧烈 物体内每个分子的动能越大b 分子间引力总是随着分子间距离减小而减小c 物体的内能跟物体的温度和体积有关d 只有外界对物体做功才能增加物体的内能解析分子热运动越剧烈 物体内个别分子的动能可能越小 故a错误 分子间引力总是随着分子间距减小而增大 故b错误 做功和热传递都可以改变物体的内能 d错误 由内能的定义可知c正确 答案c 油膜法估测分子的大小 例4 在 油膜法估测油酸分子的大小 实验中 有下列实验步骤 往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水 待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上 用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上 待薄膜形状稳定 将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上 计算出油膜的面积 根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小 用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中 记下量筒内每增加一定体积时的滴数 由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积 将玻璃板放在浅盘上 然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上 完成下列填空 1 上述步骤中 正确的顺序是 填写步骤前面的数字 2 将1cm3的油酸溶于酒精 制成300cm3的油酸酒精溶液 测得1cm3的油酸酒精溶液有50滴 现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上 测得所形成的油膜的面积是0 13m2 由此估算出油酸分子的直径为 m 结果保留1位有效数字 答案 1 2 5 10 10 1 固体和液体 考点二气体 固体和液体 2 气体 1 描述气体的状态参量 温度 t t 273k 温度是分子平均动能的标志 体积 气体分子占据的空间 即气体所充满的容器的体积 压强 微观上决定于分子的平均动能和单位体积内的分子数 宏观上决定于气体的温度和体积 2 三个实验定律 正误辨识 1 大块塑料粉碎成形状相同的颗粒 每个颗粒即为一个单晶体 2 单晶体的所有物理性质都是各向异性的 3 晶体有天然规则的几何形状 是因为物质微粒是规则排列的 4 液晶是液体和晶体的混合物 5 船浮于水面上不是由于液体的表面张力 6 水蒸气达到饱和时 水蒸气的压强不再变化 这时 水不再蒸发和凝结 7 压强极大的气体不遵从气体实验定律 答案 1 2 3 4 5 6 7 形象思考 1 空气中水蒸气的压强离饱和汽压越远 越利于水分的蒸发 人们感觉越 干爽 2 在太空轨道上运行的空间站中 玻璃烧杯中盛有少许水银 你认为水银在烧杯中应该是怎样的形状 水银不浸润玻璃 在完全失重的情况下 水银的形状只由 决定 表面张力 固体和液体 解题方略 1 晶体和非晶体 1 单晶体具有各向异性 但不是在各种物理性质上都表现出各向异性 2 只要是具有各向异性的物体必定是晶体 且是单晶体 3 只要具有确定熔点的物体必定是晶体 反之 必是非晶体 4 单晶体具有天然规则的几何外形 而多晶体和非晶体没有天然规则的几何外形 所以不能从形状上区分晶体与非晶体 5 晶体和非晶体不是绝对的 晶体与非晶体在某些条件下 可以相互转化 6 液晶既不是晶体也不是液体 2 液体表面张力 1 形成的原因 表面层中分子间距离比液体内部分子间距离大 分子间作用力表现为引力 2 表面特征 表面层中分子间的引力使液面产生了表面张力 使液体表面好像一层张紧的弹性薄膜 3 表面张力的方向 和液面相切 垂直于液面上的各条分界线 4 表面张力的效果 使液体表面具有收缩的趋势 使液体表面积趋于最小 而在体积相同的条件下 球形表面积最小 例1 2014 新课标全国 33 1 5分 下列说法正确的是 填正确答案标号 a 悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动b 空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果c 彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点d 高原地区水的沸点较低 这是高原地区温度较低的缘故e 干湿泡湿度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度 这是湿泡外纱布中的水蒸发吸热的结果 解析水中花粉的布朗运动 反映的是水分子的热运动规律 则a项错 正是表面张力使空中雨滴呈球形 则b项正确 液晶的光学性质是各向异性 液晶显示器正是利用了这种性质 c项正确 高原地区大气压较低 对应的水的沸点较低 d项错误 因为纱布中的水蒸发吸热 则同样环境下湿泡温度计显示的温度较低 e项正确 答案bce 气体压强的产生与计算 解题方略 1 产生的原因由于大量分子无规则运动而碰撞器壁 形成对器壁各处均匀 持续的压力 作用在器壁单位面积上的压力叫做气体的压强 2 决定因素 1 宏观上 决定于气体的温度和体积 2 微观上 决定于分子的平均动能和分子的密集程度 2 液柱模型 液体因重力产生的压强大小为p gh 其中h为至液面的竖直高度 不要漏掉大气压强 同时又要尽可能平衡掉某些大气的压力 有时直接应用连通器原理 连通器内静止的液体 同种液体在同一水平面上各处压强相等 当液体为水银时 可灵活应用压强单位 cmhg 等 使计算过程简捷 例2 如图所示 上端开口的圆柱形汽缸竖直放置 截面积为5 10 3m2 一定质量的气体被质量为2 0kg的光滑活塞封闭在汽缸内 其压强为 pa 大气压强取1 01 105pa g取10m s2 解析对活塞进行受力分析如图所示 答案1 05 105 气体实验定律的应用 解题方略 1 应注意以下几点 1 选定题意中的 一定量的气体 为研究对象 2 注意分析可能的临界现象 确定其临界点 并分析临界点具有的物理意义 例如在临界点的两侧 气体可能有不同的变化规律 3 确定研究对象的 变化过程 并确定始 末状态的相应参量 p1 v1 t1 与 p2 v2 t2 分析其恒定不变的参量 在变化的参量中 确定已知量与待求量 4 选用相应的实验定律求解 5 合理使用各物理量的单位 p v的单位只要始末状态统一即可 但t的单位必须用 k 例3 2014 山东理综 37 2 一种水下重物打捞方法的工作原理如图所示 将一质量m 3 103kg 体积v0 0 5m3的重物捆绑在开口朝下的浮筒上 向浮筒内充入一定量的气体 开始时筒内液面到水面的距离h1 40m 筒内气体体积v1 1m3 在拉力作用下浮筒缓慢上升 当筒内液面到水面的距离为h2时 拉力减为零 此时气体体积为v2 随后浮筒和重物自动上浮 求v2和h2 已知大气压强p0 1 105pa 水的密度 1 103kg m3 重力加速度的大小g 10m s2 不计水温变化 筒内气体质量不变且可视为理想气体 浮筒质量和筒壁厚度可忽略 解析当f 0时 由平衡条件得mg g v0 v2 代入数据得v2 2 5m3 设筒内气体初态 末态的压强分别为p1 p2 由题意得p1 p0 gh1 p2 p0 gh2 在此过程中筒内气体的温度和质量不变 由玻意耳定律得p1v1 p2v2 联立 式 代入数据得h2 10m 答案v2 2 5m3h2 10m 变质量气体问题的解题方法 解题方略 例如 向容器内打气或原来隔离的两部分气体在末状态时混合在一起了 再就是原来一个容器中的气体扩散到更大的空间中 求原容器中气体占总气体的比例等 都属于该类问题 这类问题中一般气体的温度不变 具体解法如下 1 充气问题和原来隔离的两部分气体混合的问题解法相同 由pv nrt知 混合前 p1v1 n1rt p2v2 n2rt 混合后 pv nrt 而n n1 n2 所以有p1v1 p2v2 pv 答案c 一部分气体多过程的问题 解题方略 一部分气体多过程变化的问题是高考中重点考查的题型 其中等温变化过程出现的频率最高 研究对象 一定质量的气体 发生了多种不同性质的变化 表现出 多过程 现象 如由 状态a 等温变化至 状态b 后由 状态b 等压变化至 状态c 等 对于 多过程 现象 则要确定每个有效的 子过程 及其性质 选用合适的实验定律 并充分应用各 子过程 间的有效关联 解答时 特别注意变化过程可能的 临界点 找出临界点对应的状态参量 在 临界点 的前 后可以形成不同的 子过程 在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间 缸内封闭气体的温度 缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时 缸内封闭气体的压强 答案 330k 1 01 105pa 两部分气体问题 技巧秘诀多个系统相互联系的定质量气体问题 往往以压强建立起系统间的关系 各系统独立进行状态分析 要确定每个研究对象的变化性质 分别应用相应的实验定律 并充分应用各研究对象之间的压强 体积 温度等量的有效关联 若活塞可自由移动 一般要根据活塞平衡确定两部分气体的压强关系 气体状态变化中的图象问题 解题方略 一定质量的气体不同图象的比较 例7 2014 新课标全国 33 1 6分 一定量的理想气体从状态a开始 经历三个过程ab bc ca回到原状态 其p t图象如图所示 下列判断正确的是 填正确答案标号 a 过程ab中气体一定吸热b 过程bc中气体既不吸热也不放热c 过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热d a b和c三个状态中 状态a分子的平均动能最小e b和c两个状态中 容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同 解析对封闭气体 由题图可知a b过程 气体体积v不变 没有做功 而温度t升高 则为吸热过程 a项正确 b c过程为等温变化 压强减小 体积增大 对外做功 则为吸热过程 b项错 c a过程为等压变化 温度t降低 内能减少 体积v减小 外界对气体做功 依据w q u 外界对气体所做的功小于气体所放的热 c项错 温度是分子平均动能的标志 ta tb tc 故d项正确 同种气体的压强由气体的分子数密度 和温度t决定 由题图可知tb tc pb pc 显然e项正确 答案ade 考点三热力学定律与能量守恒定律 正误辨识 1 做功和热传递的实质是相同的 2 绝热过程中 外界压缩气体做功20j 气体的内能一定减少 3 物体吸收热量 同时对外做功 内能可能不变 4 在给自行车打气时 会发现打气筒的温度升高 这是因为外界对气体做功 5 自由摆动的秋千摆动幅度越来越小 能量正在消失 6 利用河水的能量使船逆水航行的设想 符合能量守恒定律 7 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 答案 1 2 3 4 5 6 7 热力学第一定律 解题方略 1 热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的过程是等效的 而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系 此定律是标量式 应用时功 内能 热量的单位应统一为国际单位 焦耳 2 对公式 u q w符号的规定 3 几种特殊情况 1 若过程是绝热的 则q 0 w u 外界对物体做的功等于物体内能的增加 2 若过程中不做功 则w 0 q u 物体吸收的热量等于物体内能的增加 3 若过程的始末状态物体的内能不变 即 u 0 则w q 0或w q 外界对物体做的功等于物体放出的热量 例1 2015 北京理综 13 6分 下列说法正确的是 a 物体放出热量 其内能一定减小b 物体对外做功 其内能一定减小c 物体吸收热量 同时对外做功 其内能可能增加d 物体放出热量 同时对外做功 其内能可能不变解析由热力学第一定律 u w q可知 改变物体内能的方式有两种 做功和热传递 若物体放热q 0 但做功w未知 所以内能不一定减小 a选项错误 物体对外做功w 0 但q未知 所以内能不一定减小 b选项错误 物体吸收热量q 0 同时对外做功w 0 w q 可正 可负 所以内能可能增加 故c选项正确 物体放出热量q 0 同时对外做功w 0 所以 u 0 即内能一定减小 d选项错误 答案c 热力学第二定律 解题方略 解答该类问题应注意以下两点 1 自发地 不产生其他影响 的含义 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 不产生其他影响 的含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 明确热力学过程方向性的实例 例2 多选 关于热力学定律 下列说法正确的是 a 为了增加物体的内能 必须对物体做功或向它传递热量b 对某物体做功 必定会使该物体的内能增加c 可以从单一热源吸收热量 使之完全变为功d 不可能使热量从低温物体传向高温物体e 功转变为热的实际