高考物理（山东专用）一轮复习专题十五热学教学课件

考点一分子动理论内能一、物体是由大量分子组成的1.分子直径的数量级为10-10m,分子直径可用油膜法估测。2.阿伏加德罗常数:1mol的任何物质中含有相同的微粒个数,用符号NA表示,NA=6.02×1023mol-1。3.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Vmol、物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ。(3)几个重要关系①分子质量:m0=

=

。②分子体积:V0=

=

(适用于固体和液体)。③物体所含的分子数:N=

NA=

NA或N=

NA=

NA。注意阿伏加德罗常数是联系宏观和微观的桥梁。

球体模型立方体模型对象固体和液体分子气体分子图示

结果d=

d=

意义d为分子直径d为气体分子间的平均距离4.分子的两种模型二、分子热运动1.分子热运动:分子在做永不停息的无规则运动。2.扩散现象:相互接触的不同物质彼此进入对方的现象。(1)扩散现象直接地反映了分子的热运动。(2)影响因素:温度。温度越高,扩散越快。3.布朗运动:悬浮在液体或气体中的微粒的无规则运动。(1)布朗运动不是分子的运动,但间接反映了液体或气体分子的无规则运动。(2)影响因素:微粒大小和温度。微粒越小,温度越高,布朗运动越明显。

分子热运动扩散现象布朗运动产生原因自发产生分子的无规则运动产生分子对悬浮微粒的撞击

不平衡产生活动主体分子分子悬浮的固体微小颗粒活动范围任何物质中发生任何两种物质间发生只能在液体、气体中发

生共同点(1)都是无规则运动(2)都随温度的升高而运动得更加剧烈4.分子热运动、扩散现象与布朗运动的比较5.分子运动速率分布规律(1)在任一温度下,气体分子的速率都呈“中间多、两头少”的特点。(2)100℃时分子的平均速率比0℃时分子的平均速率大,温度升高,分子的平均速率增大,但不是每个分子的速率都增大。三、分子间作用力与内能1.分子动能、分子势能与内能

分子动能分子势能内能定义分子无规则运动所具有

的动能由分子间相对位置决定

的势能物体中所有分子的热运

动动能和分子势能的总

和决定因素温度、物质的量体积、物质的量温度、体积、物质的量注意(1)温度、内能等物理量只对大量分子才有意义,对少量分子没有实际意义(2)改变内能的方式有两种:做功和传热2.分子间作用力与分子势能图像的比较

分子间作用力F分子势能Ep图像

随分子间距离的变化情

况r<r0F随r增大而减小,表现为

斥力r增大,F做正功,Ep减小r>r0r增大,F先增大后减小,

表现为引力r增大,F做负功,Ep增大r=r0F=0Ep最小,但不为0r>10r0F近似为0Ep=0知识拓展判断分子力(分子势能)变化的三种方法方法一:利用F-r图像(Ep-r图像)判断。方法二:根据功能关系F·Δr=-ΔEp判断。方法三:与弹簧类比。弹簧处于原长(r=r0)时F=0(Ep最小)。例1图甲是一定质量的某种气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线;图乙是两

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.甲:同一温度下,气体分子热运动的速率都呈“中间多、两头少”的分布B.甲:气体在①状态下的内能小于在②状态下的内能C.乙:当r大于r1时,分子间作用力表现为引力D.乙:在r由r1变到r2的过程中分子间作用力做负功

解析

由题图甲可知,同一温度下气体分子的速率都呈“中间多、两头少”的分布,①状态下气体分子热运动速率大的分子占总分子数的百分比较大,则说明①对应的气

体分子热运动的平均动能较大,即气体在①状态下的内能大于在②状态下的内能,故A

正确,B错误;由题图乙可知,当r=r2时,分子势能最小,此时分子间作用力为0,则当r>r2时,

分子间作用力表现为引力,当r<r2时,分子间作用力表现为斥力,故C错误;在r由r1变到r2

的过程中,分子势能减小,故分子间作用力做正功,故D错误。

答案

A考点二固体、液体和气体一、固体和液体1.晶体和非晶体

晶体非晶体单晶体多晶体外形规则不规则不规则熔点确定确定不确定物理性质各向异性各向同性各向同性原子排列有规则晶粒的排列无规则无规则转化某些晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化典型物质石英、云母、明矾、食盐、单晶硅蔗糖块、铜玻璃、蜂蜡2.液体(1)液体表面张力定义使液体表面绷紧的力形成原因表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离

大,分子间作用力表现为引力方向和液面相切,垂直于液面上的各条分界线

作用使液体表面具有收缩的趋势,使液体表面积趋于最

小(在体积相同的条件下,球体的表面积最小)(2)浸润和不浸润①浸润:一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上,这种现象叫作浸润。②不浸润:一种液体不会润湿某种固体,也就不会附着在这种固体的表面,这种现象叫

作不浸润。知识拓展浸润与不浸润产生的原因a.附着层内的液体分子比液体内部密集,故分子间作用力为斥力,附着层有扩展的趋势,

故形成浸润现象。b.附着层内的液体分子比液体内部稀疏,故分子间为引力,附着层有收缩的趋势,故形成不浸润现象。③毛细现象a.定义:浸润液体在细管中上升的现象(如图1所示),以及不浸润液体在细管中下降的现

象(如图2所示),称为毛细现象。

b.特点:细管内径越小,毛细现象越明显。二、气体1.气体压强(1)定义:气体作用在器壁单位面积上的压力叫作气体的压强。(2)产生的原因:气体中大量分子做无规则热运动时对器壁频繁碰撞而形成对器壁各处

均匀、持续的压力。(3)决定因素(一定质量的某种理想气体)(4)气体压强的计算①平衡状态下气体压强的求法力平衡法选取与气体接触的液柱为研究对象进行受力分析,得到液柱的受力平衡方程,求得气体的压强等压面法在连通器中,同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等。液体内深h处的总压强p=p0+ρgh,p0为液面上方的压强液片法选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象,分析液片两侧受力情况,建立平衡方程,消去面积,得到液片两侧压强相等的方程,求得气体的压强②加速运动系统中封闭气体压强的求法选取与气体接触的液柱(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。2.气体实验定律

玻意耳定律查理定律盖-吕萨克定律内容一定质量的某种气体,在

温度不变的情况下,压强

与体积成反比一定质量的某种气体,在

体积不变的情况下,压强

与热力学温度成正比一定质量的某种气体,在

压强不变的情况下,其体

积与热力学温度成正比表达式p1V1=p2V2

=

=

图像

3.理想气体状态方程(1)理想气体①定义:在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体。②理想气体特点:理想气体不计分子间的作用力,即不计分子势能,其内能仅由温度决

定。(2)理想气体状态方程:

=

或

=C。(质量一定的理想气体)例2

(多选)拔火罐的物理原理是利用火罐内、外的气压差使罐吸附在人体上,进而可

以养疗。如图所示,是治疗常用的一种火罐,使用时,先加热罐中气体,然后迅速按到皮

肤上,降温后火罐内部气压低于外部,从而吸附在皮肤上,某次使用时,先将气体由300

K加热到400K,按在皮肤上后,又降温至300K,由于皮肤凸起,罐内气体体积变为罐容

积的

,以下说法正确的是

(

)

A.加热后罐内气体质量是加热前的

B.加热后罐内气体质量是加热前的

C.温度降至300K时,罐内气体压强变为原来的

D.温度降至300K时,罐内气体压强变为原来的

审题指导

(1)加热过程火罐是开口的,是等压变化;(2)按在皮肤上后,罐内气体的质量不变。

解析

设罐容积为V1,加热过程为等压变化,由盖-吕萨克定律得

=

,解得V2=

=

V1,一定质量的气体总体积变为原来的

,则火罐内气体的密度变为原来的

,所以加

=

,则p3=

p2,罐内气体压强变为原来的

,C错误,D正确。

答案

AD热后罐内气体质量是加热前的

,A正确,B错误;由理想气体状态方程可得

=

,即

归纳总结利用气体实验定律、理想气体状态方程解决问题的基本思路考点三热力学定律能量守恒定律一、热力学第一定律1.内容:一个热力学系统的内能变化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=W+Q。3.符号规定做功W外界对物体做功W>0物体对外界做功W<0吸、放热Q物体从外界吸收热量Q>0物体向外界放出热量Q<0内能变化ΔU物体内能增加ΔU>0物体内能减少ΔU<0知识拓展热力学第一定律的三种特殊情况(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量。(2)若过程中不做功,即W=0,则Q=ΔU,物体吸收的热量等于物体内能的增加量。(3)若过程的始末状态物体的内能相同,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。二、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,它只能从一种形式转化为其他形式,或

者从一个物体转移到别的物体,在转化或转移的过程中,能量的总量保持不变。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。3.第一类永动机是不可能制成的,它违背了能量守恒定律。三、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:热量不能自发地从低温物体传到高温物体。(2)开尔文表述:不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响。2.对热力学第二定律中关键词的理解(1)“自发地”指明了传热的方向性,不需要外界提供能量的帮助;(2)“不产生其他影响”是说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。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。4.第二类永动机不能制成的原因是违背了热力学第二定律。例3

(多选)如图所示,两端开口、下端连通的导热汽缸,用两个轻质绝热活塞(横截面

积分别为S1和S2)封闭一定质量的理想气体,活塞与汽缸壁间无摩擦。在左端活塞上缓

慢加细沙,活塞从A下降h高度到B位置时,活塞上细沙的总质量为m。在此过程中,用外

力F作用在右端活塞上,使活塞位置始终不变。整个过程环境温度和大气压强p0保持

不变,系统始终处于平衡状态,重力加速度为g。下列说法正确的是

(

)

A.整个过程,外力F做功大于0,小于mghB.整个过程,理想气体的分子平均动能保持不变C.整个过程,理想气体的内能增大D.整个过程,理想气体向外界释放的热量小于p0S1h+mgh

解析

整个过程中右边活塞的位置始终不变,外力F不做功,A错误;整个过程中系统的温度不变,所以一定质量的理想气体的分子平均动能不变,内能不变,B正确,C错误;

当左边活塞到达B位置时汽缸内气体的压强最大,最大压强p=

+p0,故外界对气体做的功小于p0S1h+mgh,由于内能不变,由热力学第一定律ΔU=W+Q知,理想气体向外界释

放的热量小于p0S1h+mgh,D正确。

答案

BD模型活塞-汽缸模型一、以气体为研究对象1.如果气体在单个汽缸中,需明确气体的变化过程,分析清楚气体初末状态,温度、压

强、体积三个物理量和初末状态之间的关系,再依据气体实验定律列出方程。2.如果涉及两个或多个汽缸封闭着几部分气体,并且气体之间相互关联,解答时应分别

研究各部分气体,找出它们各自遵循的规律,并写出相应的方程,最后联立求解。二、以活塞为研究对象1.明确活塞的质量是否忽略不计,明确活塞是水平放置还是竖直放置,如果竖直放置,

是否考虑活塞的重力产生的压强。2.活塞如果处于力学平衡状态,则要对活塞进行受力分析,根据受力平衡得出气体压强

的大小或活塞两端的隔离气体的压强关系。3.活塞如果处于力学非平衡状态,则要对活塞进行受力分析,根据牛顿运动定律得出气

体压强的大小或活塞两端的隔离气体的压强关系。三、实例分析例4

(关联气体问题)水平放置的气体阻尼器模型截面如图所示,汽缸中间有一固定隔

板,将汽缸内一定质量的某种理想气体分为两部分,“H”形连杆活塞的刚性连杆从隔

板中央圆孔穿过,连杆与隔板之间密封良好。设汽缸内、外压强均为大气压强p0,活塞

面积为S,隔板两侧气体体积均为SL0,各接触面光滑,连杆的截面积忽略不计。现将整

个装置缓慢旋转至竖直方向,稳定后,上部气体的体积为原来的

。设整个过程温度保持不变,求:(1)此时上、下两部分气体的压强;(2)“H”形连杆活塞的质量(重力加速度大小为g)。

模型建构

(1)关联条件:“H”形连杆活塞、隔板和汽缸将气体分成两部分,两部分气体的总体积保持不变。(2)模型规律:将整个装置缓慢旋转至竖直方向,整个过程是

个等温变化过程,符合玻意耳定律的适用条件。

解析

(1)以气体为研究对象,旋转前后,上部分气体发生等温变化,根据玻意耳定律可知p0SL0=p1·

SL0,解得旋转且稳定后,上部分气体压强p1=2p0;旋转前后,下部分气体发生等温变化,下部分气体体积增大为

SL0+SL0=

SL0,则p0SL0=p2·

SL0,解得旋转且稳定后下部分气体压强p2=

p0。(2)以活塞为研究对象,旋转且稳定后,对“H”形连杆活塞整体受力分析(点拨:“H”

形活塞问题,通常都会选取活塞整体为研究对象,这样分析问题较为简便。通常要借

助活塞的受力及运动状态来分析解答。),根据平衡条件可知p1S+p0S=mg+p2S+p0S,解得

活塞的质量m=

。

答案

(1)2p0

p0

(2)

微专题20气体实验定律与热力学第一定律的综合应用一、解题思路1.气体的状态变化可由图像直接判断或结合理想气体状态方程

=C分析。2.气体做功的情况由体积的变化情况分析。体积膨胀,气体对外做功,W<0;气体被压

缩,外界对气体做功,W>0。3.气体内能的变化由温度的变化判断。温度升高,气体内能增大;温度降低,气体内能

减小。4.气体的做功情况、吸放热及内能变化也可由热力学第一定律ΔU=W+Q分析。知识拓展

在p-V图像中,图线与横轴所围面积表示气体对外界或外界对气体整个过程中所做的功。二、思维流程

例5一定质量的理想气体由状态a开始,经历ab、bc、ca三个过程回到原状态,其p-T

图像如图所示,气体在三个状态的体积分别为Va、Vb、Vc,压强分别为pa、pb、pc。已知

pb=p0,pc=4p0,则下列说法正确的是

(

)

A.pa=3p0B.Vb=3VcC.从状态a到状态b,气体对外做功D.从状态c到状态a,气体从外界吸热

解析

从状态a到状态b,气体体积不变(ab延长线过原点),气体对外界不做功,由查理定律可得

=

,又pb=p0,得pa=2p0,A、C错误;从状态b到状态c,气体温度不变,由玻意耳定律可得pbVb=pcVc,解得Vb=4Vc,B错误;从状态c到状态a,温度升高,内能增大,体积增大

(Va=Vb=4Vc),气体对外做功,根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知,Q>0,所以吸收热量,D

正确。

答案

D微专题21气体变质量问题

特点巧选对象解题方法打气问题向球、轮胎中充气是一

个典型的气体变质量问

题选择球内原有气体和即

将打入的气体整体作为

研究对象把充气过程中的气体质

量变化的问题转化为一

定质量气体的状态变化

问题抽气问题从容器内抽气的过程中,

容器内的气体质量不断

减小,这属于气体变质量

问题将抽气过程中抽出的气

体和剩余气体整体作为

研究对象气体质量不变,故抽气过

程可看作是等温膨胀过

程灌气问题将一个大容器里的气体

分装到多个小容器中也

是一个典型的气体变质

量问题把大容器中的剩余气体

和多个小容器中的气体

看作整体来作为研究对

象将这类问题转化为一定

质量的气体问题,用理想

气体状态方程求解漏气问题容器漏气过程中气体的

质量不