高中物理热学演示文稿课件

热学第1讲分子动理论内能基础再现对点自测知识清单一、分子动理论1．物体是由大量分子组成的(1)分子的大小①一般分子直径的数量级：________m；②估测的方法___________.(2)一般分子质量的数量级：________kg；(3)阿伏加德罗常数：1mol任何物质所含有的粒子数，用符号NA表示，NA＝___________mol－1.10－10

10－26

油膜法6.02×1023

二、温度1．意义：宏观上表示物体的冷热程度(微观上标志物体中分子平均动能的大小)．2．两种温标(1)摄氏温标t：单位℃，在1个标准大气压下，水的________作为0℃，沸点作为100℃,在0℃～100℃之间等分100份，每一份表示1℃.(2)热力学温标T：单位K，把___________℃作为0K.(3)就每一度表示的冷热差别来说，两种温度是相同的，即ΔT＝Δt.只是零值的起点不同，所以二者关系式为________________.(4)绝对零度(0K)：是低温极限，只能接近不能达到，所以热力学温度无负值．凝固点－273.15

T＝t＋273.15三、内能1．分子平均动能所有分子动能的平均值．_____是分子平均动能的标志．2．分子势能由分子间_________决定的能，在宏观上分子势能与物体____有关，在微观上与分子间的______有关．3．物体的内能(1)内能：物体中所有分子的___________与_________的总和.(2)决定因素：_____、______和物质的量．温度相对位置体积距离热运动动能分子势能温度体积热身体验1－2.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．液体温度越高，悬浮粒子越大，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2．关于热力学温度与摄氏温度，下列说法正确的是(

)A．－33.15℃小于33.15KB．温度变化1℃，也就是温度变化1KC．摄氏温度和热力学温度的零度是相同的D．温度由t℃升到2t℃时，对应的热力学温度由TK升至2TK要点二、微观分子热运动与其宏观表现的关系1．布朗运动的理解(1)研究对象：悬浮在液体、气体中的小颗粒．(2)特点：①永不停息②无规则③颗粒越小，现象越明显④温度越高，运动越激烈⑤肉眼看不到(3)成因：布朗运动是由于液体分子无规则运动对小颗粒撞击力的不平衡引起的，是分子无规则运动的反映．2．布朗运动与扩散现象的异同(1)它们都反映了分子在永不停息地做无规则运动．(2)它们都随温度的升高而表现得更明显．(3)布朗运动只能在液体、气体中发生，而扩散现象可以发生在固体、液体、气体任何两种物质之间．3．布朗运动和分子热运动的比较即时应用2下列有关扩散现象与布朗运动的叙述中，错误的是(

)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．扩散现象和布朗运动都与温度有关三、分子力、分子势能和分子动能1．分子间的相互作用力分子力是引力与斥力的合力．分子间的引力和斥力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，但总是斥力变化得较快，如图所示．(1)当r＝r0时，F引＝F斥，F＝0；(2)当r＜r0时，F引和F斥都随距离的减小而增大，但F引＜F斥，F表现为斥力；(3)当r＞r0时，F引和F斥都随距离的增大而减小，但F引＞F斥，F表现为引力；(4)当r＞10r0(10－9m)时，F引和F斥都已经十分微弱，可以认为分子间没有相互作用力(F＝0)．即时应用3

(2013·北京四中高三模拟)如图所示，用F表示两分子间的作用力，Ep表示分子间的分子势能，在两个分子之间的距离由10r0变为r0的过程中(

)A．F不断增大，Ep不断减小B．F先增大后减小，Ep不断减小C．F不断增大，Ep先增大后减小D．F、Ep都是先增大后减小四、物体的内能和机械能的比较即时应用4

(2013·泉州模拟)下列说法中正确的是(

)A．物体自由下落时速度增大，所以物体内能也增大B．物体的机械能为零时内能也为零C．物体的体积减小温度不变时，物体内能一定减小D．气体体积增大时气体分子势能一定增大5．误差分析(1)纯油酸体积的计算引起误差．(2)油膜面积的测量引起误差主要是有两个方面：①油膜形状的画线误差；②数格子法本身是一种估算的方法，自然会带来误差．考点探究讲练互动例1【答案】

B【方法总结】由宏观量通过阿伏加德罗常数作桥梁，便可求出微观量．应用公式时一定要注意各量的物理意义．考点2分子力、分子力做功和分子势能

(2012·高考海南卷改编)两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图中曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为r0.相距很远的两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近．若两分子相距无穷远时分子势能为零，下列说法错误的是(

)A．在r＞r0阶段，F做正功，分子动能增加，势能减小B．在r＜r0阶段，F做负功，分子动能减小，势能也减小C．在r＝r0时，分子势能最小，动能最大D．分子动能和势能之和在整个过程中不变例2【解析】由Ep－r图可知：在r＞r0阶段，当r减小时F做正功，分子势能减小，分子动能增加，故选项A正确．在r＜r0阶段，当r减小时F做负功，分子势能增加，分子动能减小，故选项B错误．在r＝r0时，分子势能最小，动能最大，故选项C正确．在整个相互接近的过程中分子动能和势能之和保持不变，故选项D正确．【答案】

B考点3对物体内能的认识(1)气体内能是所有气体分子热运动动能和势能的总和，其大小与气体的状态有关，分子热运动的平均动能与分子势能分别取决于气体的(

)A．温度和体积

B．体积和压强C．温度和压强

D．压强和温度(2)1g100℃的水和1g100℃的水蒸气相比较，下列说法是否正确？①分子的平均动能和分子的总动能都相同．②它们的内能相同．例3【解析】

(1)由于温度是分子平均动能的标志，所以气体分子的动能宏观上取决于温度；分子势能是由分子间作用力和分子间距离共同决定的，宏观上取决于气体的体积．因此选项A正确．(2)①温度相同则说明它们的分子平均动能相同；又因为1g水和1g水蒸气的分子数相同，因而它们的分子总动能相同,所以①说法正确；②当100℃的水变成100℃的水蒸气时，该过程吸收热量，内能增加，所以1g100℃的水的内能小于1g100℃的水蒸气的内能，故②说法错误．【答案】

(1)A

(2)见解析考点4油膜法估测分子大小

在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：①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．②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．③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.④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．例4⑤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)④①②⑤③

(2)5×10－10思维建模

建立分子模型估算分子大小【范例】

(14分)某房间的地面面积是15m2，高3m①.已知空气的平均摩尔质量为2.9×10－2kg/mol②.若房间内所有水蒸气凝化成水后的体积为103cm3，已知水的密度ρ＝1.0×103kg/m3③，水的摩尔质量Mmol＝1.8×10－2kg④.(1)求房间内空气的质量．(2)估算相邻水分子间的平均距离⑤.(保留两位有效数字)技法提炼思维升华寻规探法批注①②：根据已知条件欲求房间内空气质量，必须知道气体的摩尔体积(这是本题的隐含条件)，因为是估算，可将房间内空气看做是标准状况；批注③④：根据已知条件，利用阿伏加德罗常数可求出10cm3内水分子的个数；批注⑤：若把水分子看做球形,分子距离即为水分子直径；若把水分子看做立方体，分子距离即为立方体的边长．【答案】

(1)58kg

(2)①建立球模型：水分子的直径为3.9×10－10m

②建立立方体模型：水分子的直径为3.1×10－10m第2讲固体、液体与气体考点1固体和液体1.晶体与非晶体(1)固体分为_____和________两类.晶体分_______和_______.(2)单晶体具有_____的几何形状，多晶体和非晶体________的几何形状；晶体有______的熔点，非晶体_________的熔点.(3)单晶体具有各向______，多晶体和非晶体具有各向_____.晶体非晶体单晶体多晶体规则无一定确定无确定异性同性2.液体(1)液体的表面张力.①概念：液体表面存在的收缩力.②作用：液体的___________使液面具有收缩到表面积最小的趋势.③方向：表面张力跟液面_____，且跟这部分液面的分界线____.④大小：液体的温度越高，表面张力____；液体中溶有杂质时，表面张力_____；液体的密度越大，表面张力_____.表面张力相切垂直越小变小越大(2)液晶.①液晶表现出来的特性跟液晶内部分子以及分子排列的______有关.②液晶分子的位置无序使它像____，排列有序使它像_____；③液晶的物理性质很容易在外界的影响下_________.有序性液体晶体发生改变3.饱和汽湿度(1)饱和汽与未饱和汽.①饱和汽：跟液体处于_________的气体.②未饱和汽：未达到_____的气体.(2)饱和汽压.①定义：饱和汽产生的_____.②特点：饱和汽压随温度而变.温度越高，饱和汽压_____，相同温度下越容易蒸发的液体，饱和汽压越大.动态平衡饱和压强越大(3)湿度.①绝对湿度：空气中所含_______的压强.②相对湿度：在某一温度下，空气中的水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压之比，即相对湿度(B)=水蒸气1.对晶体与非晶体的进一步说明(1)同一种物质在不同的条件下可能是晶体也可能是非晶体，晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化.(2)晶体中的多晶体具有各向同性，晶体中的单晶体具有各向异性，但单晶体并不一定在各种物理性质上都表现出各向异性.2.对液体性质的三点说明(1)液体表面层、附着层的分子结构特点是导致表面张力、浸润和不浸润现象、毛细现象等现象的根本原因.(2)同一种液体，对一些固体是浸润的，对另一些固体可能不浸润.(3)液体沸腾的条件是饱和汽压和外部压强相等.考点2气体1.气体的状态参量(1)_______;(2)________;(3)_______.

压强体积温度2.气体的压强(1)产生原因：由于气体分子无规则的热运动，大量的分子频繁地碰撞器壁而产生的.(2)大小:大量气体分子作用在器壁单位面积上的___________.公式：平均作用力3.气体实验定律(1)等温变化——玻意耳定律.①内容：一定质量的某种气体，在_______不变的情况下，压强与体积成_____.②公式：____________或pV=C(常量).(2)等容变化——查理定律.①内容：一定质量的某种气体，在______不变的情况下，压强与热力学温度成_______.②公式：____________或(常量).③推论式：温度反比p1V1=p2V2体积正比(3)等压变化——盖吕萨克定律.①内容：一定质量的某种气体，在______不变的情况下，其体积与热力学温度成______.②公式：________或(常量).③推论式：压强正比4.理想气体状态方程(1)理想气体：在任何温度、任何压强下都遵从_____________的气体.(2)一定质量的理想气体状态方程：气体实验定律1.气体和气体分子运动的特点分子很小，间距很大，除碰撞外，不受力，做匀速直线运动分子密度大，碰撞频繁，分子运动杂乱无章分子能充满到达的空间，向各个方向运动的分子数相等，分子速率分布“中间多，两头少”理想性现实性规律性2.对气体实验定律的微观解释(1)一定质量的理想气体，分子的总数是一定的，在温度保持不变时，分子的平均动能保持不变.气体的体积减小时，分子的密集程度增大，气体的压强就增大，反之情况相反，所以气体的压强与体积成反比.这就是等温变化.(2)一定质量的理想气体，体积保持不变，分子的密集程度保持不变，当温度升高时，分子的平均动能增大，因而气体压强增大.温度降低时，情况相反.这就是等容变化.(3)一定质量的理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大.要保持压强不变，只有增大气体体积，减小分子的密集程度才行.这就是等压变化.3.一定质量的气体不同图像的比较类别图线特点举例p-VpV=CT(其中C为恒量)，即pV之积越大的等温线温度越高，线离原点越远pT2>T1OT2T1VpT2>T1OT2T11/V过程等温过程类别图线特点举例p-TV-TpV2<V1OV2V1TVp2<p1Op2p1T过程等容过程等压过程固体、液体的性质【例证1】(2011·山东高考)人类对物质属性的认识是从宏观到微观不断深入的过程，以下说法正确的是()A．液晶的分子势能与体积有关B．晶体的物理性质都是各向异性的C．温度升高，每个分子的动能都增大D．露珠呈球状是由于液体表面张力的作用【解题指南】解答本题时应注意以下三点：(1)晶体和非晶体的性质，多晶体与单晶体的区别.(2)固体和液体的内能与体积及温度有关.(3)液体的性质与其对应的现象.【自主解答】选A、D.液晶是一类处于液态和固态之间的特殊物质，其分子间的作用力较强，在体积发生变化时需要考虑分子间力的作用，分子势能和体积有关，A正确.晶体分为单晶体和多晶体，单晶体物理性质表现为各向异性，多晶体物理性质表现为各向同性，B错误.温度升高时，分子的平均动能增大，但不是每一个分子动能都增大，C错误.露珠由于受到表面张力的作用，表面积有收缩到最小的趋势即呈球状，D正确.【总结提升】解答本题的关键在于搞清晶体、非晶体、液晶及液体的特性.理解好分子势能、分子动能的概念及其影响因素.对易错选项及错误原因具体分析如下：气体状态变化的图像问题【例证2】(2011·上海高考)如图，一定质量的理想气体从状态a沿直线变化到状态b,在此过程中，其压强()A.逐渐增大B.逐渐减小C.始终不变D.先增大后减小【解题指南】解答本题时可根据理想气体状态方程及体积和温度的变化情况，确定压强如何变化.【自主解答】选A.由理想气体状态方程可得，气体的压强由图像可知，气体的温度升高，体积减小，所以气体的压强逐渐增大，故A正确.B、C、D错误.【总结提升】气体状态变化的图像的应用技巧(1)求解气体状态变化的图像问题，应当明确图像上的点表示一定质量的理想气体的一个平衡状态，它对应着三个状态参量；图像上的某一条直线段或曲线段表示一定质量的理想气体状态变化的一个过程.(2)在V-T图像(或p-T图像)中，比较两个状态的压强(或体积)大小，可以比较这两个状态到原点连线的斜率的大小，其规律是：斜率越大，压强(或体积)越小；斜率越小，压强(或体积)越大.气体实验定律的应用【例证3】(2011·新课标全国卷)(9分)如图，一上端开口，下端封闭的细长玻璃管，下部有长l1=66cm的水银柱，中间封有长l2=6.6cm的空气柱，上部有长l3=44cm的水银柱，此时水银面恰好与管口平齐.已知大气压强为p0=76cmHg.如果使玻璃管绕底端在竖直平面内缓慢地转动一周，求在开口向下和转回到原来位置时管中空气柱的长度.封入的气体可视为理想气体，在转动过程中没有发生漏气.【解题指南】解答本题时可选取封闭气体为研究对象，注意玻璃管转动过程中开口向上、向下两位置封闭气体压强的求解，并在这两个位置应用玻意耳定律列出方程.【规范解答】设玻璃管开口向上时，空气柱的压强为p1=p0+ρgl3①(1分)式中，ρ和g分别表示水银的密度和重力加速度.玻璃管开口向下时，原来上部的水银有一部分会流出，封闭端会有部分真空.设此时开口端剩下的水银柱长度为x，则p2=ρgl1，p0=p2+ρgx②(1分)式中，p2为管内空气柱的压强.由玻意耳定律有p1l2S=p2hS③(2分)式中，h是此时空气柱的长度，S为玻璃管的横截面积，由①②③式和题干条件得h=12cm(1分)从开始转动一周后，设空气柱的压强为p3，则p3=p0+ρgx④(1分)由玻意耳定律得p1l2S=p3h′S⑤(2分)式中，h′是此时空气柱的长度，解得h′=9.2cm(1分)答案：12cm9.2cm【总结提升】应用气体定律或状态方程解题的一般步骤(1)明确研究对象(即选取一定质量的气体)；(2)确定气体在始、末状态的参量；(3)结合气体定律或状态方程列式求解；(4)讨论结果的合理性.1.(2011·福建高考)如图所示，曲线M、N分别表示晶体和非晶体在一定压强下的熔化过程，图中横轴表示时间t，纵轴表示温度T，从图中可以确定的是()A.晶体和非晶体均存在固定的熔点T0B.曲线M的bc段表示固液共存状态C.曲线M的ab段、曲线N的ef段均表示固态D.曲线M的cd段、曲线N的fg段均表示液态【解析】选B.由图像可知曲线M表示晶体，bc段表示晶体熔化过程，处于固液共存状态，B对；N表示非晶体，没有固定的熔点，A错；由于非晶体没有一定的熔点而是逐步熔化，因此C、D错.2.2010年诺贝尔物理学奖授予安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究.他们通过透明胶带对石墨进行反复的粘贴与撕开使得石墨片的厚度逐渐减小，最终寻找到了厚度只有0.34nm的石墨烯，是碳的二维结构.如图所示为石墨、石墨烯的微观结构，根据以上信息和已学知识判断，下列说法中正确的是()A.石墨是晶体，石墨烯是非晶体B.石墨是单质，石墨烯是化合物C.石墨、石墨烯与金刚石都是晶体D.他们是通过物理变化的方法获得石墨烯的【解析】选C、D.石墨、石墨烯、金刚石都是晶体且都为单质，A、B错误，C正确.两位科学家是通过物理变化的方法获得石墨烯的，D正确.3.关于气体的压强，下列说法中正确的是()A.气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力B.气体对器壁的压强就是大量气体分子单位时间作用在器壁上的平均作用力C.气体分子热运动的平均动能减小，气体的压强一定减小D.单位体积的气体分子数增加，气体的压强一定增大【解析】选A.由气体压强的微观解释知，A对，B错；气体压强的大小与气体分子的平均动能和单位体积内的分子数两个因素有关，C、D均错.4.(2012·南京模拟)一定质量的理想气体，经等温压缩，气体的压强增大，用分子动理论的观点分析，这是因为()A.气体分子每次碰撞器壁的平均冲力增大B.单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多C.气体分子的总数增加D.气体分子的密度增大【解析】选B、D.理想气体经等温压缩，压强增大，体积减小，分子密度增大，则单位时间内单位面积器壁上受到气体分子的碰撞次数增多，但气体分子每次碰撞器壁的冲力不变，故B、D正确，A、C错误.5.(1)干湿泡温度计通常由干泡温度计和湿泡温度计组成,由于蒸发_____,湿泡所示的温度_____(选填“大于”或“小于”)干泡所示的温度.干湿泡温度计温差的大小与空气湿度有关,温度相差越大,说明空气越_____(选填“干燥”或“潮湿”).(2)如图所示,在针管中封闭有一定质量的气体,当温度不变时,用力压活塞使气体的体积减小,则管内气体的压强____(选填“变大”或“变小”），按照气体分子热运动理论从微观上解释，这是因为____.【解析】(1)干湿泡温度计通常由干泡温度计和湿泡温度计组成,其中一只温度计的玻璃泡外包着纱布,纱布的另一端浸在水中.由于蒸发吸热,湿泡所示的温度小于干泡所示的温度.蒸发的快慢与空气的湿度有关,也与气温有关.（2）温度不变,体积减小,则压强增大.这是因为气体温度不变,分子平均动能不变,而分子的密集程度增大,单位时间内对容器壁单位面积的碰撞次数增多,故压强增大.答案：(1)吸热小于干燥(2)变大分子密集程度增大6.(2011·海南高考)(1)关于空气湿度，下列说法正确的是_______(填入正确选项前的字母).A.当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大B.当人们感到干燥时，空气的相对湿度一定较小C.空气的绝对湿度用空气中所含水蒸气的压强表示D.空气的相对湿度定义为水的饱和蒸汽压与相同温度时空气中所含水蒸气的压强之比(2)如图，容积为V1的容器内充有压缩空气.容器与水银压强计相连，压强计左右两管下部由软胶管相连.气阀关闭时，两管中水银面等高，左管中水银面上方到气阀之间空气的体积为V2.打开气阀，左管中水银下降；缓慢地向上提右管，使左管中水银面回到原来高度，此时右管与左管中水银面的高度差为h.已知水银的密度为ρ，大气压强为p0，重力加速度为g；空气可视为理想气体，其温度不变.求气阀打开前容器中压缩空气的压强p1.【解析】(1)选B、C.相对湿度越大，人感觉越潮湿，相对湿度大时，绝对湿度不一定大，故A错误；相对湿度较小时，人感觉干燥，故B正确；用空气中水蒸气的压强表示的湿度叫做空气的绝对湿度，空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和蒸汽压之比叫做相对湿度，故C正确，D错误.(2)气阀打开前，左管内气体的压强为p0气阀打开后稳定时的压强p2=p0+ρgh①根据等温变化，则有p1V1+p0V2=p2(V1+V2)②联立①②两式解得答案：(1)B、C(2)7.医疗室用的电热高压灭菌锅的锅盖密封良好，盖上有一个排气孔，上面扣一个限压阀，利用其重力将排气孔压住，排气孔和限压阀的示意图如图所示，加热过程中当锅内气压达到一定程度时，气体就会把限压阀顶起来，使高压气体排出，这样就使锅内能保持较高而又安全稳定的压强.若限压阀的质量m=0.1kg，横截面直径D=2cm，排气孔直径d=0.3cm，大气压为标准值(取p0=1×105Pa)，g取10m/s2,则锅内气压最大可达多少？【解析】当锅内气压达到最大时，限压阀被顶起，此时限压阀处于受力平衡状态，设此时锅内气压为p，则由平衡条件可得所以答案：2.4×105Pa【总结提升】封闭气体压强的计算方法(1)系统处于平衡状态下的气体压强计算方法①液体封闭的气体压强的确定平衡法：选与气体接触的液柱为研究对象进行受力分析，利用它的受力平衡，求出气体的压强.取等压面法：根据同种液体在同一水平液面处压强相等，在连通器内灵活选取等压面，由两侧压强相等建立方程求出压强.液体内部深度为h处的总压强为p=p0+ρgh.②固体(活塞或汽缸)封闭的气体压强的确定由于该固体必定受到被封闭气体的压力，所以可通过对该固体进行受力分析，由平衡条件建立方程来找出气体压强与其他各力的关系.(2)加速运动系统中封闭气体压强的计算方法：一般选与气体接触的液柱或活塞为研究对象，进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程求解.8.内壁光滑的导热汽缸竖直浸放在盛有冰水混合物的水槽中，用不计质量的活塞封闭压强为1.0×105Pa、体积为2.0×10-3m3的理想气体，现在活塞上方缓慢倒上沙子，使封闭气体的体积变为原来的一半，然后将汽缸移出水槽，缓慢加热，使气体温度变为127℃.(1)求汽缸内气体的最终体积；(2)在如图所示p-V图上画出整个过程中汽缸中气体的状态变化.(大气压强为1.0×105Pa)【解析】(1)封闭气体的体积变为原来的一半且汽缸处于水槽中时，气体压强为p1，在活塞上方倒沙子的全过程中温度保持不变，由玻意耳定律得p0V0=p1V1解得设最终体积为V2,在缓慢加热到127℃的过程中压强保持不变，由盖吕萨克定律所以(2)如图所示答案：(1)1.47×10-3m3(2)见解析图9.(2011·上海高考)如图，绝热汽缸A与导热汽缸B均固定于地面，由刚性杆连接的绝热活塞与两汽缸间均无摩擦.两汽缸内装有处于平衡状态的理想气体，开始时体积均为V0、温度均为T0.缓慢加热A中气体，停止加热达到稳定后，A中气体压强为原来的1.2倍.设环境温度始终保持不变，求汽缸A中气体的体积VA和温度TA.【解题指南】解答本题应把握以下三点：(1)明确汽缸A和汽缸B中气体的变化特点.(2)两汽缸中气体的体积变化时，两体积之和不变.(3)选用相对应的规律列方程计算.【解析】设初态压强为p0,膨胀后A、B压强相等pB=1.2p0B中气体始末状态温度相等p0V0=1.2p0(2V0-VA)所以A部分气体满足所以TA=1.4T0答案：1.4T010.一太阳能空气集热器，底面及侧面为隔热材料，顶面为透明玻璃板，集热器容积为V0，开始时内部封闭气体的压强为p0.经过太阳暴晒，气体温度由T0=300K升至T1=350K.(1)求此时气体的压强.(2)保持T1=350K不变，缓慢抽出部分气体，使气体压强再变回到p0.求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值.判断在抽气过程中剩余气体是吸热还是放热，并简述原因.【解题指南】解答本题时可按以下思路分析：【解析】(1)设升温后气体的压强为p1，由查理定律得①代入数据得②(2)抽气过程可视为等温膨胀过程，设膨胀后的总体积为V，由玻意耳定律得p1V0=p0V③联立②③式解得④设剩余气体的质量与原来气体的总质量之比为K，由题意得⑤联立④⑤式解得⑥抽气过程中剩余气体吸热.因为抽气过程中剩余气体质量不变，温度不变，故内能不变，而剩余气体膨胀对外做功，所以根据热力学第一定律可知剩余气体要吸热.答案：(1)(2)吸热原因见解析第3讲热力学定律与能量守恒考点1热力学第一定律1.改变物体内能的两种方式(1)_____;(2)_________.2.热力学第一定律(1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的____与外界对它所做的功的和.(2)表达式：ΔU=_____.

做功热传递热量Q+W1.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从运动形式上看从能量的角度看能的性质变化情况相互联系外界对物体做功，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则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，是内能的转移做功是其他形式的能与内能相互转化的过程能的性质发生了变化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不变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2.ΔU=W+Q中正、负号法则意义符号WQ+-物量理外界对物体做功物体吸收热量内能增加物体对外界做功物体放出热量内能减少3.ΔU=Q+W的三种特殊情况(1)若过程是绝热的，则Q=0,W=ΔU,外界对物体做的功等于物体内能的增加.(2)若过程是等容的，即W=0,Q=ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加.(3)若过程是等温的，即ΔU＝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.4.对温度、内能、热量和功的三点说明(1)温度、内能、热量和功是热学中相互关联的四个物理量.当物体的内能改变时，温度不一定改变.只有当通过热传递改变物体内能时才会有热量传递，但能的形式没有发生变化.(2)热量是热传递过程中的特征物理量，和功一样是过程量，离开过程谈热量毫无意义.就某一状态而言，只有“内能”，根本不存在“热量”和“功”，因此不能说一个系统中含有“多少热量”或“多少功”.(3)物体的内能大，并不意味着物体一定会对外做功或向外传递热量.只有物体的内能变化较大时，做的功或传递的热量才会多.考点2热力学第二定律1.热力学第二定律的两种表述(1)克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传递到高温物体而________其他影响.(2)开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量使之全部变为有用的功而_________________.不产生不产生其他影响2.用熵的概念表示热力学第二定律孤立系统的熵总是_____的,或者孤立系统的熵总不_____(填“增加”或“减少”）.

3.热力学第二定律的微观意义一切自发过程总是沿着分子热运动的________增大的方向进行.无序性增加减少1.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热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性,进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性.3.热力学过程方向性实例(1)高温物体低温物体(2)功热(3)气体体积V1气体体积V2(V1<V2)(4)不同气体A和B混合气体AB4.热力学第二定律的微观意义系统的热力学过程就是大量分子无序运动状态的变化过程.(1)在机械能通过做功转化为热的过程中，自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程，但其逆过程却不能自发地进行，即不可能由大量分子无规则的热运动自发转变为有序运动.(2)热传递的过程中，自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程，其逆过程不能自发进行.(3)大量分子无序运动状态变化的方向总是向无序性增大的方向进行，即一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，这就是热力学第二定律的微观意义.考点3能量守恒定律、能源和环境1.能量守恒定律能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式_______为另一种形式，或者从一个物体_____到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的_____保持不变.2.能源的利用(1)存在能量耗散而导致_________的降低.(2)重视利用能源时对_____的影响.(3)要开发新能源(如_______、生物质能、风能、水流能等).转化转移总量能量品质环境太阳能1.对能量守恒定律的四点说明(1)能量守恒定律是自然界的普遍规律，一切违背能量守恒定律的过程都不可能实现.(2)不同形式的能量之间可以相互转化，且这一转化过程是通过做功来完成的.(3)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等.(4)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等.2.能量守恒定律的应用方法(1)在利用能量守恒定律解题时，要注意先搞清楚过程中有几种形式的能在转化或转移.(2)分析初、末状态，确定ΔE增、ΔE减各为多少，再由ΔE增=ΔE减列式计算.热力学定律的应用【例证1】(2011·广东高考)如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中()A.外界对气体做功，气体内能增大B.外界对气体做功，气体内能减小C.气体对外界做功，气体内能增大D.气体对外界做功，气体内能减小【解题指南】解答本题时应把握以下两点：(1)M向下滑动的过程中，气体体积减小；(2)在与外界不发生热交换的情况下，只靠做功改变气体的内能.【自主解答】选A.M向下滑动的过程中，气体体积减小，故外界对气体做功，W>0，下滑过程不与外界发生热交换，Q=0，由热力学第一定律ΔU=W+Q可知内能增大，A正确，B、C、D错误.【总结提升】判定物体内能变化的方法(1)当做功和热传递两种过程同时发生时，内能的变化就要用热力学第一定律进行综合分析.(2)做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正.(3)与外界绝热，则不发生热传递，此时Q=0.(4)如果研究对象是理想气体，则由于理想气体没有分子势能，所以当它的内能变化时，主要体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化.热力学第二定律的应用【例证2】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.(1)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(2)电冰箱的制冷系统从冰箱内吸收的热量与释放到外界的热量相比，有怎样的关系？【解题指南】结合热力学第一定律、热力学第二定律的相关知识进行研究分析.【自主解答】(1)选B、C.热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C正确，D错误；由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，除非有外界的影响或帮助.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，故B正确，A错误.(2)由热力学第一定律可知，电冰箱制冷系统从冰箱内吸收了热量，同时消耗了电能，释放到外界的热量比从冰箱内吸收的热量多.【总结提升】解答本题的关键在于理解热力学第一、第二定律，特别是对第二定律应理解“自发地”和“不产生其他影响”的涵义.第(1)问中易错选A.原因是误认为热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外，其实热量在从冰箱内传到冰箱外时，需要压缩机的帮助，并消耗电能，并不是“自发地”、“不产生其他影响”.气体实验定律与热力学定律综合【例证3】(8分)如图，体积为V、内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；汽缸内密封有温度为2.4T0、压强为1.2p0的理想气体，p0和T0分别为大气的压强和温度.已知：气体内能U与温度T的关系为U=αT,α为正的常量；容器内气体的所有变化过程都是缓慢的.求：(1)汽缸内气体与大气达到平衡时的体积V1;(2)在活塞下降过程中，汽缸内气体放出的热量Q.【解题指南】可按以下思路分析此题：【规范解答】(1)在气体由p=1.2p0下降到p0的过程中，气体体积不变，温度由T=2.4T0变为T1，由查理定律得(2分)在气体温度由T1变为T0的过程中，体积由V减小到V1，气体压强不变，由盖吕萨克定律得解得(2分)(2)在活塞下降过程中，活塞对气体做的功为W=p0(V-V1)(1分)在这一过程中，气体内能的减少为ΔU=α(T1-T0)(1分)由热力学第一定律得，汽缸内气体放出的热量为Q=W+ΔU,(1分)解得(1分)答案：(1)【总结提升】气体实验定律与热力学定律的综合问题的处理方法(1)气体实验定律研究对象是一定质量的理想气体.(2)解决具体问题时，分清气体的变化过程是求解问题的关键，根据不同的变化，找出与之相关的气体状态参量，利用相关规律解决.(3)对理想气体，只要体积变化外界对气体(或气体对外界)要做功W=pΔV；只要温度发生变化，其内能要发生变化.(4)结合热力学第一定律ΔU=W+Q求解问题.1.(2011·福建高考)一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5×104J，气体对外界做功1.0×104J，则该理想气体的()A.温度降低，密度增大B.温度降低，密度减小C.温度升高，密度增大D.温度升高，密度减小【解析】选D.由热力学第一定律ΔU=W+Q，Q=2.5×104J，W=-1.0×104J，可知ΔU大于零，气体内能增加，温度升高，A、B错；气体对外做功，体积增大，密度减小，C错，D对.2.(2011·大纲版全国卷)关于一定量的气体，下列叙述正确的是()A.气体吸收的热量可以完全转化为功B.气体体积增大时，其内能一定减小C.气体从外界吸收热量，其内能一定增加D.外界对气体做功，气体内能可能减小【解析】选A、D.如果气体等温膨胀，则气体的内能不变，吸收热量全部用来对外做功，A正确；当气体体积增大时，对外做功，若同时吸收热量，且吸收的热量大于或等于对外做功的数值时，内能不会减小，所以B错误；若气体吸收热量同时对外做功，其内能也不一定增加，C错误；若外界对气体做功同时气体向外放出热量，且放出的热量多于外界对气体所做的功，则气体内能减小，所以D正确.3.关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是()A.第二类永动机违反能量守恒定律B.如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加C.外界对物体做功，则物体的内能一定增加D.做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能量转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的【解析】选D.第二类永动机违反热力学第二定律并不违反能量守恒定律，A错误.由热力学第一定律可知吸收热量物体的内能不一定增加，B错误.同理外界对物体做功，物体的内能也不一定增加，C错误.做功和热传递都可以改变物体的内能，但做功是能量的转化，热传递是能量的转移，D正确.【总结提升】两类永动机的比较4.关于热力学定律，下列说法正确的是()A.在一定条件下物体的温度可以降到0KB.物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功C.吸收了热量的物体，其内能一定增加D.压缩气体总能使气体的温度升高【解析】选B.由热力学第三定律知，绝对零度不可能达到，A错；由热力学第二定律知，物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功，但是将产生其他影响，B对；物体吸收了热量，若全部用于对外做功，其内能不变，C错；压缩气体，若气体向外放热，气体的温度不一定升高，D错.5.(2012·南京模拟)(1)下列说法正确的是______.(填写选项前的字母)A.机械能和内能的转化具有方向性B.大颗粒的盐磨成细盐，就变成了非晶体C.第二类永动机不违反能量守恒定律，它是能制造出来的D.当温度由20℃变为40℃时，物体分子的平均动能应变为原来的2倍(2)如图所示的圆柱形汽缸固定于水平面上，缸内用活塞密封一定质量的理想气体，已知汽缸的横截面积为S，活塞重为G，大气压强为p0.将活塞固定，使汽缸内气体温度升高1℃，气体吸收的热量为Q1；如果让活塞可以缓慢自由滑动(活塞与汽缸间无摩擦、不漏气，且不计气体的重力)，也使汽缸内气体温度升高1℃，其吸收的热量为Q2.①简要说明Q1和Q2哪个大些.②求汽缸内气体温度升高1℃时活塞向上移动的高度h.【解析】(1)选A.机械能和内能的转化具有方向性，A正确.大颗粒的盐磨成细盐还是晶体，B错误.第二类永动机不违反能量守恒定律但违反热力学第二定律，制造不出来，C错误.当温度由20℃变为40℃时，物体分子的平均动能增加，但并不是变为原来的2倍，D错误.(2)①等容过程，吸收的热量，用于增加气体的内能，ΔU1=Q1.等压过程，吸收的热量，用于增加气体的内能和对外做功，又ΔU2=ΔU1，则Q1＜Q2②气体对外做功活塞向上移动的高度答案：(1)A(2)①见解析②6.(1)下列说法正确的是_______.A.根据热力学第二定律可知，热量能够从高温物体传到低温物体，但不可能从低温物体传到高温物体B.固体小颗粒在液体中的布朗运动是由固体分子的无规则运动引起的C.物体的温度为0℃时，物体分子的平均动能为零D.一定质量的理想气体，保持温度不变，压强随体积增大而减小的微观原因是气体分子的密集程度减小了(2)(2012·南通模拟)一定质量的理想气体压强p与热力学温度T的关系图像如图所示，AB、BC分别与p轴和T轴平行，气体在状态A时的压强为p0,体积为V0,在状态B时的压强为2p0,则气体在状态B时的体积为_____；气体从状态A经状态B变化到状态C的过程中，对外做的功为W，内能增加了ΔU，则此过程气体_____（选填“吸收”或“放出”）的热量为______.【解析】(1)选D.根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体而不引起其他变化，A错；布朗运动是由于液体分子对固体小颗粒的碰撞引起的，B错；物体分子的平均动能永远不会为零，C错；一定质量的理想气体，温度不变，压强取决于分子密度，体积增大，分子密度减小，故压强减小，D正确.(2)从A到B为等温变化，由玻意耳定律知：p0V0=2p0·VB所以根据ΔU=（-W）+Q可得Q=ΔU+W因为ΔU>0，-W<0所以Q>0所以气体吸热ΔU+W答案：(1)D(2)吸收ΔU+W7.(2011·江苏高考)(1)如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片.轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动.离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动.下列说法正确的是()A.转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量B.转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身C.转动的叶片不断搅动热水，水温升高D.叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量(2)如图所示，内壁光滑的汽缸水平放置，一定质量的理想气体被活塞密封在汽缸内，外界大气压强为p0.现对汽缸缓慢加热，气体吸收热量Q后，体积由V1增大为V2，则在此过程中，气体分子平均动能______(选填“增大”、“不变”或“减小”)，气体内能变化了_______.(3)某同学在进行“用油膜法估测分子的大小”的实验前，查阅数据手册得知：油酸的摩尔质量M＝0.283kg·mol-1，密度ρ=0.895×1