重庆市XX中学高考物理总复习-第1讲-分子动理论-热力学定律与能量守恒课件

选修3-3热学第1讲

分子动理论热力学定律与能量守恒

抓住四个考点备选视频展台突破三个考向

随堂基础演练第1讲分子动理论热力学定律与能量守恒

1.分子动理论的基本观点和实验依据

阿伏加德罗常数2.温度是分子平均动能的标志内能3.热力学第一、二定律能量守恒定律4.实验：用油膜法估测分子的大小1.分子模型、与阿伏加德罗常数相关的估算

2.分子间作用力、分子势能与分子间距的关系

3.热力学定律及能量守恒定律的应用

显示/隐藏热学备选多媒体展台1.单分子油膜法估测分子的大小2.分子引力实验3.分子势能曲线4.根据力的平衡判定密闭气体的压强5.气体等温变化的定性试验6.探究物体等温变化的规律7.活塞抽气筒的工作原理8.理想气体的分子运动模型9.由实验定律归纳气态方程10.气体热现象的微观意义-决定气体压强大小的因素11.气体热现象的微观意义-氧气分子的速率分布规律12.液体表面张力现象及机理◆01抓住四个考点◆【思维驱动】以下关于分子动理论的说法中不正确的是(

)．A．物质是由大量分子组成的B．－2℃时水已经结为冰，部分水分子已经停止了热运动C．分子势能随分子间距离的增大，可能先减小后增大D．分子间的引力与斥力都随分子间距离的增大而减小解析

物质是由大量分子组成的，A正确；分子是永不停息地做无规则运动的，B错误；在分子间距离增大时，如果先是分子斥力做正功，后是分子引力做负功，则分子势能是先减小后增大的，C正确；分子间的引力与斥力都随分子间距离的增大而减小，但斥力变化得快，D正确．答案B考纲点击1.分子动理论的基本观点和实验依据阿伏加德罗常数◆01抓住四个考点◆【知识存盘】

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：_______m②估测的方法：________法(2)分子的质量一般分子质量的数量级：10－26kg(3)阿伏加德罗常数①1mol的任何物质中含有相同的粒子数，用符号NA表示，NA＝____________mol－1.10－10油膜6.02×1023◆01抓住四个考点◆2．分子永不停息地做无规则热运动(1)扩散现象：相互接触的物体互相进入对方的现象．温度越高，扩散越快．(2)布朗运动的特点：永不停息、无规则运动；颗粒越小，运动越剧烈；温度越高，运动越剧烈；运动轨迹不确定．◆01抓住四个考点◆(3)布朗运动和热运动的比较布朗运动热运动共同点不同点运动物体观察联系3.分子间存在着相互作用力(1)分子间同时存在相互作用的引力和斥力．(2)分子力是分子间引力和斥力的合力．(3)r0为分子间引力和斥力大小相等时的距离,其数量级为10－10m.都是无规则运动，都随温度的升高而变得更加剧烈小颗粒分子运动光学显微镜电子显微镜布朗运动是由于小颗粒受到周围分子热运动的撞击力而引起的，它是分子做无规则运动的反映动画：分子引力实验◆01抓住四个考点◆(4)如图所示，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．①r＝r0时，F引＝F斥，分子力F＝0；②r<r0时，F引和F斥都随距离的减小而增大，但F斥比F引增大得更快，分子力F表现为斥力；③r>r0时，F引和F斥都随距离的增大而减小，但F斥比F引减小得更快，分子力F表现为引力；④r>10r0(10－9m)时，F引、F斥迅速减弱，几乎为零，分子力F≈0.◆01抓住四个考点◆状元微博阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁分子模型球体立方体固体液体气体求分子间的距离适用适用审题导析1.系统的内能只依赖于系统自身的状态.2.做功和热传递都可以改变系统的内能.3.微观角度看，气体的内能与分子平均动能及气体分子数目有关.4.一定质量的水变成同温度的水蒸气，分子平均动能不变，分子势能增加.◆01抓住四个考点◆【思维驱动】关于对内能的理解，下列说法不正确的是(

)．A．系统的内能是由系统的状态决定的B．做功可以改变系统的内能，但是单纯地对系统传热不能改变系统的内能C．不计分子之间的分子势能，质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能D．1g100℃水的内能小于1g100℃水蒸气的内能考纲点击2.温度是分子平均动能的标志内能解析

系统的内能只依赖于系统自身的状态,是由系统的状态决定的,A正确；做功和热传递都可以改变系统的内能,B错误；质量和温度相同的氢气和氧气的平均动能相同,但它们的物质的量不同,内能不同,C错误；在1g100℃的水变成100℃水蒸气的过程中,分子间距增大,要克服分子间的引力做功,分子势能增大,所以1g100℃水的内能小于1g100℃水蒸气的内能,D正确.答案BC◆01抓住四个考点◆【知识存盘】

1．温度和温标(1)温度：两个系统处于热平衡时，它们具有某个“共同的热学性质”，我们把表征这一“共同热学性质”的物理量定义为温度．一切达到热平衡的系统都具有相同的______．(2)两种温标：摄氏温标和热力学温标．关系：T＝_____________.温度273.15＋t◆01抓住四个考点◆分子动能分子势能内能定义分子无规则运动的动能(即热运动)分子间有作用力，由分子间相对位置决定的势能物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和影响因素微观分子运动的快慢分子相对位置，分子力

分子动能与分子势能之和宏观温度体积温度、体积、物质的量改变方式升高或降低温度增大或减小体积做功和热传递(二者本质不一样)2．分子动能、分子势能和物体的内能

◆01抓住四个考点◆状元微博1．温度是分子平均动能的标志2．温度、分子动能、分子势能或内能只对大量分子才有意义3．任何物体都有内能4．体积增大分子势能不一定增大(如水变成冰)改变内能的方式能量转化内能转移做功热传递本质不同内能改变上是等效的◆01抓住四个考点◆考纲点击3.热力学第一、二定律能量守恒定律给旱区送水的消防车停于水平地面上，在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体(

)．A．从外界吸热B．对外界做负功C．分子平均动能减小D．内能增加解析

胎内气体发生的是等温变化，在缓慢放水过程中，压强减小，体积增大，因温度不变，所以分子平均动能和内能不变，而体积增大，气体膨胀对外界做正功，根据热力学第一定律可知气体一定从外界吸热，A对．答案A【思维驱动】◆01抓住四个考点◆【知识存盘】

1．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热量与外界对它所做的功的和．(2)表达式：ΔU＝__________2．热力学第二定律(1)表述一：热量不能__________从低温物体传到高温物体．(2)表述二：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而____________________．Q＋W自发地不产生其他影响◆01抓住四个考点◆3．能量守恒定律(1)内容：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，或者是从一个物体_______到别的物体，在转化或转移的过程中其总量保持不变．(2)条件性：能量守恒定律是自然界的普遍规律，某一种形式的能是否守恒是有条件的．例如，机械能守恒定律具有适用条件，而能量守恒定律是无条件的，是一切自然现象都遵守的基本规律．(3)两类永动机①第一类永动机不消耗任何能量，却源源不断地对外做功的机器．不能制成的原因：违背______________定律．②第二类永动机从单一热库吸收热量并把它全部用来对外做功，而不引起其他变化的机器．不能制成的原因：违背了___________________．转化转移能量守恒热力学第二定律◆01抓住四个考点◆状元微博1．三种特殊情况(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU.(2)若过程中不做功，即W＝0，Q＝ΔU.(3)若过程的始、末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q.2．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．◆01抓住四个考点◆考纲点击4.实验：用油膜法估测分子的大小用油膜法估测分子大小的实验步骤如下：①向体积为V1的纯油酸中加入酒精，直到溶液总量为V2；②用注射器吸取上述溶液，一滴一滴地滴入小量筒，当滴入n滴时体积为V0；③先往边长为30～40cm的浅盘里倒入2cm深的水；④用注射器往水面上滴一滴上述溶液，等油酸薄膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，并在玻璃板上描出油酸薄膜的形状；⑤将画有油酸薄膜轮廓形状的玻璃板，放在画有许多边长为a的小正方形的坐标纸上；⑥计算出轮廓范围内正方形的总数为N，其中不足半个格的两个格算一格，多于半个格的算一格．上述实验步骤中有遗漏和错误，遗漏的步骤是__________________;错误的步骤是______________________________________________(指明步骤，并改正)，油酸分子直径的表达式d＝______________.【思维驱动】将痱子粉均匀撒在水面上⑥，应该是不足半个格的舍去，多于半个格的算一格V1V0/NV2a2n

动画：单分子油膜法估测分子的大小◆01抓住四个考点◆◆01抓住四个考点◆【知识存盘】

◆01抓住四个考点◆◆01抓住四个考点◆注意事项1．实验前应检查方盘是否干净．2．方盘中的水应保持稳定状态，最好静置一段时间，痱子粉均匀撒在水面上．3．向水面滴油酸酒精溶液时，针尖应竖直、靠近水面，如果离水面太高，可能无法形成油膜．最好在1cm左右．4．计算油膜面积时，以坐标纸上方格的数目来计算，不足半个的舍去，多于半个的算1个．热学问题中的重要名词(1)宏观量：物质的体积V、摩尔体积Vmol、物质质量M、摩尔质量Mmol、物质密度ρ.(2)微观量：分子的体积V0、分子的直径d、分子的质量m.(3)阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023个/mol，是联系宏观世界和微观世界的桥梁．◆02突破三个考向◆考向一分子模型、与阿伏加德罗常数相关的估算

审题导析注意：宏观量M、ρ

与微观量分子质量m、体积V、分子直径D之间的关系.◆02突破三个考向◆◆02突破三个考向◆【借题发挥】【变式跟踪1】

空调在制冷过程中，室内空气中的水蒸气接触蒸发器(铜管)液化成水，经排水管排走，空气中水分越来越少，人会感觉干燥．某空调工作一段时间后，排出液化水的体积V＝1.0×103cm3.已知水的密度ρ＝1.0×103kg/m3、摩尔质量M＝1.8×10－2kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023mol－1.试求：(结果均保留一位有效数字)(1)该液化水中含有水分子的总数N；(2)一个水分子的直径d.◆02突破三个考向◆◆02突破三个考向◆考向二分子间作用力、分子势能与分子间距的关系

1.在r>r0阶段,F为引力,随r减小,F做正功,分子势能减小,动能增加.2.在r<r0阶段,F为斥力,随r减小,F做负功,分子势能增大,动能减小.3.在r=r0时刻,分子间合力F为零,分子势能最小,动能最大.审题导析◆02突破三个考向◆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r＝r0时，分子势能最小，但不为零，故选项D错误．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E正确．答案ACE◆02突破三个考向◆1．用好两个曲线分子力曲线如图甲所示、分子势能曲线如图乙所示，当分子间距离r＝r0时，分子力为0，分子势能最小，但不是零．2．对分子力与分子势能理解的几个误区(1)对分子间的作用力与距离的关系理解不清．(2)认为物体体积增大时，物体的分子势能就增大而出错(如水结成冰体积增大，分子势能反而减小)．(3)对分子力做功与分子势能间的关系不明确．【借题发挥】◆02突破三个考向◆【变式跟踪2】

如图所示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注意：分子力曲线、分子势能曲线关于分子间距之间的对应关系.引力斥力势能为正势能为负，此时势能最小◆02突破三个考向◆解析

分子间距等于r0时分子势能最小，即r0＝r2.当r小于r1时分子力表现为斥力；当r大于r1小于r2时分子力表现为斥力；当r大于r2时分子力表现为引力，A错误，B、C正确；在分子间距离r由r1变到r2的过程中，分子斥力做正功，分子势能减小，D错误．答案BC解析内能的改变可以通过做功或热传递进行，故A对；对某物体做功，若物体向外放热，则物体的内能不一定增加，B错；在引起其他变化的情况下，从单一热源吸收热量可以将其全部变为功，C对；在引起其他变化的情况下，可以将热量从低温物体传向高温物体，D错；涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故E对．答案ACE◆02突破三个考向◆考向三热力学定律及能量守恒定律的应用

【典例3】(2012·课标全国卷)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．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程【典例4】(2011·江苏卷)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______________.解析由于对汽缸缓慢加热，温度升高，气体分子平均动能增大；根据热力学第一定律:W＋Q＝ΔU，其中气体对外做功:W＝－p0(V2－V1)，气体内能变化:ΔU＝Q－p0(V2－V1).答案增大Q－p0(V2－V1)◆02突破三个考向◆增大Q－p0(V2－V1)P、V、T◆02突破三个考向◆【借题发挥】◆02突破三个考向◆2．热力学第一定律的符号规定做功W吸、放热Q内能变化ΔU外界对物体做功W>0物体对外界做功W<0物体从外界吸收热量Q>0物体向外界放出热量Q<0物体内能增加ΔU>0物体内能减少ΔU<0【变式跟踪3】(1)第一类永动机不可能制成是因为其违反了________________，第二类永动机不可能制成是因为其违反了__________________．(2)在一个大气压下，水在沸腾时，1g水吸收2263.8J的热量后由液态变成同温度的气态，其体积由1.043cm3变成1676cm3，求：①1g水所含的分子个数；②体积膨胀时气体对外界做的功；③气体的内能变化．(大气压强p0＝1.0×105Pa，水的摩尔质量为M＝18g/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023mol