高考物理热学(教案)

热学（教案）布朗运动分子势能布朗运动分子势能（体积）分子动能（温度）内能热力学第一定律能量转化与守恒热力学第二定律改变内能的方式做功热传递大量分子组成无规则运动相互作用力扩散现象斥力引力分子运动理论热学气体气体压强的微观解释气体分子的状态参量P、T、V分子动理论知识达标：1．物质是由大量分子组成的(1)分子直径的数量级是，粗略测定分子大小的方法是．(2)纳米是一个长度单位，符号：，l纳米=米．(3)阿伏加德罗常数表示NA=(4)微观量的估算：对固体和液体，认为分子紧密排列，设其摩尔体积为V，则分子体积为，通常把分子看作球体，则分子直径为．对气体分子来说，由于分子不是紧密排列，上述微观模型不适用，但我们可以通过上述模型求分子间的距离．例如，在标准状况下，气体的摩尔体积是22．4L，则气体分子间的距离是m．2．分子永不停息地做无规则的运动(1)现象：和(2)布朗运动是指的运动，是分子本身的运动吗?．布朗运动是由于对固体微粒的碰撞不引起的，它间接反映了．当温度一定时，颗粒越小，布朗运动越；当颗粒大小一定时，温度越高，布朗运动越．(3)热运动，由于分子无规则运动的剧烈程度与有关，所以通常把分子的无规则运动叫热运．温度的微观含义是3．分子间的作用力——分子力证明分子间有空隙的事实(气体、液体、固体各举一例)，分子之间虽然有空隙，大量分子却能聚集在一起形成固体或液体，这说明；分子之间有引力而分子之间又有空隙，没有紧紧吸在一起，说明。实际上，分子之间既存在引力又存在斥力，分子力是引力和斥力的．分子间的引力和斥力都随分子间距的增大而，但变化得更快一些。分子间距离达到某一数值r0(r0的数量级为m)，引力=斥力，分子力=O；当分子间距离r>ro，引力斥力，分子力表现为：当分子间距离r<ro，引力斥力，分子力表现为；当分子间距离r>lOro时，分子力知识达标：1．(1)10-10米、油膜法(2)nm、10．9(3)lmol物质中含有的分子数、6.02×1023(4)V／NA、3.3×10-92．(1)扩散现象、布朗运动(2)悬浮于液体中的颗粒所做的无规则运动、不是、液体分子的无规则运动、平衡、液体分子的无规则运动、明显、明显(3)温度、物体分子热运动的平均动能的标志3．略、分子间有引力、分子间有斥力、合力、减小、斥力、10-10米、大于、引力、小于、斥力、忽略不计例1．若以表示水的摩尔质量，v表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积，为在标准状态下水蒸气的密度，NA为阿伏加德罗常数，m、△分别表示每个水分子的质量和体积，下面是四个关系式： ① ② ③ ④其中（） A．①和②都是正确的； B．①和③都是正确的；C．②和④都是正确的； D．①和④都是正确的。解析：=，=，所以，所以B选项正确。例2：在下列叙述中，正确的是：A．物体的温度越高，分子运动越剧烈，分子的平均动能越大B．布朗运动就是液体分子的运动C．对一定质量的理想气体加热。其内能一定增加D．解析：布朗运动不是液体分子的运动，而是反映了液体分子的运动，B错，对一定质量的理想气体加热。同时又不对外做功，其内能一定增加，若做功，则内能可能增加，也可能减小，也可能不变，C错。答案：A、D例3．（2003江苏）如图8—1—1，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示，图8—1—1为引力，a、b、c、d为x轴上四个特定的位置，现把乙分子从图8—1—1A．乙分子从a到b做加速运动，由b到c做减速运动B．乙分子由a到c做加速运动，到达c时速度最大C．乙分子由a到b的过程中，两分子间的分子势能一直减少D．乙分子由b到d的过程中，两分子间的分子势能一直增加解析：乙分子从a到b，加速度增大，速度增加，由b到c加速度减小，速度增加，到C时速度达到最大，从a到c分子力一直做正功，分子势能减小，c点分子力的合力为零，势能最小，A错，B、C对，D错。答案：BC【常见误区】有关阿伏加德罗常数的计算，有的学生找不到之间的关系，气体分子之间的空隙很大，用计算是错误的！计算出的是气体分子所占的体积。【基础演练】1．已知阿伏加德罗常数为NA，空气的摩尔质量为M，室温下空气的密度为ρ（均为国际单位）。则 （） A．1kg空气含分子的数目为NA/M B．一个空气分子的质量是M/NA C．一个空气分子的体积是M/NAρ D．室温下相邻空气分子间的平均距离为2．（2004广东卷）下列说法哪些是正确的 （） A．水的体积很难被压缩，这是分子间存在斥力的宏观表现 B．气体总是很容易充满容器，这是分子间存在斥力的宏观表现 C．两个相同的半球壳吻合接触，中间抽成真空（马德堡半球），用力很难拉开，这是分子间存在吸引力的宏观表现 D．用力拉铁棒的两端，铁棒没有断，这是分子间存在吸引力的宏观表现3．分子间有相互作用势能，规定两分子相距无穷远时两分子间的势能为零。设分子a固定不动，分子b以某一初速度从无穷远处向a运动，直至它们之间的距离最小。在此过程中，a、b之间的势能 （） A．先减小，后增大，最后小于零 B．先减小，后增大，最后大于零 C．先增大，后减小，最后小于零 D．先增大，后减小，最后大于零4．观察布朗运动时，下列说法中正确的是 （） A．温度越高，布朗运动越明显 B．大气压强的变化，对布朗运动没有影响 C．悬浮颗粒越大，布朗运动越明显 D．悬浮颗粒的布朗运动，就是构成悬浮颗粒的物质的分子热运动物体的内能热力学定律知识达标：一、物体的内能1．分子的平均动能：的平均值．是分子热运动的平均动能的标志。问题：比较O℃的铁和O℃的铜分子的平均动能的关系．比较O℃的铅球静止和运动时分子的平均动能的关系．2．分子的势能：分子势能的变化与做功密切相关．r>ro时，分子间作用力表现为，当增大r时，分子力做功，分子势能r<ro时，分子间作用力表现为______，当减小r时，分子力做_____功，分子势能______.当r=ro时，分子势能具有________值．从宏观上看，分子势能与物体的_____________有关．对于气体，分子间的作用力_____________，分子势能和体积___________.3.物体的内能：物体内_____________________________________,也叫___________.物体的内能与物体的______________、_______________有关．因分子在永不停息地做无规则的热运动，所以任何物体__________________________.4．改变内能的两种方式：_____________和________________.二、能量守恒定律1．热力学第一定律：如果外界既向物体传热又对物体做功，那么物体内能的增加量就等于______________________________________________________________________.2．能量守恒定律：3．永动机不可能制成，因为它违反了_________________________________.知识达标：一、1．缉成物体的所有分子动能、温度2．分子力、引力、负、增大、斥力、负、增大、最小、体积、趋近于零、无关3．所有分子的热运动的动能和分子势能的总和、热力学能、温度、体积、，都具有内能4．做功、热传递二、1.物体吸热和外界对物够做功之和2．略3．能量守恒定律理想气体图8—2—1例1．如图理想气体图8—2—1塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计，置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的底部.另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为(弹簧处于自然长度时的弹性势能为零)，现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡态，经过此过程（） A．全部转换为气体的内能 B．一部分转换成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能 C．全部转换成活塞的重力势能和气体的内能 D．一部分转换成活塞的重力势能，一部分转换为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能 解析：绳断开，弹簧推动活塞向上运动，则此时弹簧的弹力大于气体对活塞的压强所造成的压力，由于底部是真空，所以最后弹簧肯定是处于压缩状态，所以弹簧的弹性势能没有全部转化为气体的内能，A、C错，同时由于活塞具有质量，又升高一段距离，还要有一部分转化为活塞的重力势能，D正确。 例2：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图8—2—2 解析：物体的机械能和内能是两个完全不同的概念。物体的动能由物体的宏观速率决定，而物体内分子的动能由分子热运动的速率决定。分子动能不可能为零（温度不可能达到绝对零度），而物体的动能可能为零。所以A、B不正确。物体体积减小时，分子间距离减小，但分子势能不一定减小，例如将处于原长的弹簧压缩，分子势能将增大，所以C也不正确。由于气体分子间距离一定大于r0图8—2—2例3：钢瓶内装有高压氧气。打开阀门氧气迅速从瓶口喷出，当内外气压相等时立即关闭阀门。过一段时间后再打开阀门，会不会再有氧气逸出？ 解析：第一次打开阀门氧气“迅速”喷出，是一个绝热过程Q=0，同时氧气体积膨胀对外做功W<0，由热力学第一定律ΔU<0，即关闭阀门时瓶内氧气温度必然低于外界温度，而压强等于外界大气压；“过一段时间”经过热交换，钢瓶内氧气的温度又和外界温度相同了，由于体积未变，所以瓶内氧气压强将增大，即大于大气压，因此再次打开阀门，将会有氧气逸出。图8—2—3 例4：（2004年高考科研测试）图8—2—3图8—2—3A．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律 B．气体是从单一热源吸热，但并未全用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律 C．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律 D．ABC三种说法都不对 解析：气体等温膨胀并通过杆对外做功，由于气体等温，所以内能不变，对外做功，则要吸收热量，即气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律，因为气体的体积发生变化，所以没有违反热力学第二定律。答案：C【常见误区】 1．物体的内能和机械能没有联系，有的同学认为物体的机械能越大，其内能越大，内能只和物体的温度、摩尔数和体积有关，而与动能和势能无关，如例2。 2．对热力学第二定律的理解不够透彻，或只记半句话，比如，不可能使热量由高温物体传到低温物体而不引起其他变化。有的同学认为热量不能从高温物体传到低温物体，因此而犯错，如例4。【基础演练】图8—2—41．如图图8—2—4 A．气体压强增大，内能可能不变 B．气体对外界作功，气体温度可能降低 C．气体体积减小，压强增大，内能一定减小 D．外界对气体作功，气体内能一定增加2．下列说法正确的是 （） A．物体放出热量，温度一定降低 B．物体内能增加，温度一定升高 C．热量能自发地从低温物体传给高温物体 D．热量能自发地从高温物体传给低温物体3．下列说法正确的是 （） A．机械能全部变成内能是不可能的 B．第二类永动机不可能制造成功的原因是因为能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化成另一种形式。 C．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 D．从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的4．关于物体的内能变化，下列说法正确的是 （） A.物体吸收热量，内能一定增大 B.物体对外做功，内能一定减少 C.物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变 D.物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变气体知识达标：1．气体分子运动的特点气体分子之间的空隙_________________气体分子之间的相互作用力_________，气体分子可以___________地运动，因此气体能够__________整个容器.2．气体的压强气体对器壁的压强_______是由于气体的重量产生的．气体压强的产生原因是______________________________________3．气体的压强、体积和温度间的关系一定质量的气体，在温度不变时，体积增大，压强一定质量的气体，在体积不变时，温度升高，压强一定质量的气体，在压强不变时，温度升高，体积从分子动理论的观点解释“一定质量的气体，温度不变，体积减小，压强增大”．4．绝对零度是____________0C．绝对零度不可达到．热力学温度的单位，热力学温度与摄氏温度的换算关系_____________．知识达标：1．很大、十分微弱、自由、充满2．不是、大量分子不断地和器壁碰撞3．减小、增大、增大4．-273.15、开尔文、T=t+273.15例1．如图8—3—1所示的绝热容器，把隔板抽掉，让左侧气体自由膨胀到右侧直至平衡图8—3—1图8—3—1 B．气体对外做功，内能不变，温度不变 C．气体不做功，内能不变，温度不变，压强减小 D．气体不做功，内能减少，压强减小 解析：由于右边是真空，没有压强，因此气体在膨胀时并没有对外做功，也没有传热，根据热力学第一定律可知，气体的内能没有变化。但是由于气体的体积变大，所以压强减小。C正确。答案：C 例2．（1999年全国物理）一定质量的理想气体处于平衡状态I，现设法使其温度降低而压强升高，达到平衡状态II，则（） A．状态I时气体的密度比状态II时的大 B．状态I时分子的平均动能比状态II时的大 C．状态I时分子间的平均距离比状态II时的大 D．状态I时每个分子的动能都比状态II时的分子平均动能大 解析：若使理想气体的温度降低，气体的平均动能变小，如体积不变，则压强一定减小，此时温度保持不变，压强要增加，体积一定减小，密度一定增加，平均距离变大。B、C正确。答案：BC 解析：分子热运动变剧烈时，温度变大，但是体积不知如何变化，压强不一定变大，A错，B对，当分子间的平均距离变大时，若温度不变，则压强变小，若温度变高，则压强的变化不好确定！答案：BPB甲乙图8—3—2例3．（2003年理科综合）如图8—3—2所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一个导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和乙。现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高，则在移动P的过程中PB甲乙图8—3—2 A.外力对乙做功；甲的内能不变 B.外力对乙做功；乙的内能不变 C.乙传递热量给甲；乙的内能增加D.乙的内能增加；甲的内能不变 解析：活塞P缓慢地向B移动一段距离，外界对乙气体做功，乙气体内能增加，温度升高，同时乙气体向甲气体放热，乙的内能增加，C对。abK图8—3—3例4．（2005年全国理综Ⅰ）如图8—3—3所示，绝热隔板K把绝热的气缸分隔成体积相等的两部分，K与气缸壁的接触是光滑的。两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b。气体分子之间相互作用势能可忽略。现通过电热丝对气体a加热一段时间后，abK图8—3—3A．a的体积增大了，压强变小了B．b的温度升高了C．加热后a的分子热运动比b的分子热运动更激烈D．a增加的内能大于b增加的内能解析：本题的考点为热学，这是高中物理选择题中常考的题目，根据重新到达平衡压强相等，由b部分可知后来压强变大;外界对b做功，b部分的内能增大，本题中又不考虑势能，所以b的温度升高;由压强的微观解释可知，单位体积内a的分子数要小于b，而两者压强相等，所以a的温度要大于b的温度，由此可以选出正确答案。答案：BCD【常见误区】1．学生容易出现的错误：认为气体体积变大就对外做功；认为压强减小，温度降低，如例12．做功和热传递都能改变气体的内能和状态，气体既吸收热量，又对外做功，气体内能是否增加或减小与状态相联系，如例4，a气体吸热，同时对b气体做功，有的同学就不知道a气体的内能如何变化了，而b气体的内能增加，体积减小，压强增加，a气体的压强也增加，温度升高。【基础演练】1．一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过系列变化后又回一开始的状态，用W1表示外界对气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有 （） A．Q1—Q2=W2—W1 B．Q1=Q2 C．W1=W2 D．Q1>Q22．（2003江苏）一定质量的理想气体， （） A．先等压膨胀，再等容降温，其温度必低于起始温度 B．先等温膨胀，再等压压缩，其体积必小于起始体积 C．先等容升温，再等压压缩，其温度有可能等于起始温度 D．先等容加热，再绝热压缩，其内能必大于起始内能3．一定质量的气体发生状态变化时，其状态参量的变化情况可能是 （） A．P，V，T都增大 B．P减小，V和T增大 C．P和V减小，T增大 D．P和T增大，V减小4.（06年全国理综卷Ⅰ，18）下列说法中正确的是： （） A.气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子的平均动能增大，撞击器壁时对器壁的作用力增大，从而气体的压强一定增大 B.气体体积变小时，单位体积的分子数增多，单位时间内打到器壁单位面积上的分子数增多，从而气体的压强一定增大 C.压缩一定量的气体，气体的内能一定增加 D.分子a从远外趋近固定不动的分子b，当a到达受b的作用力为零处时，a的动能一定最大实验油膜法测定分子的大小 例题：把油酸用无水酒精稀释成百分比为0.5%的油酸酒精溶液，设被吸管吸取1mL时，可均匀滴出N滴，取其中的一滴滴在水面上，测得油膜所占的小方格数为n，已知每个小方格的面积为l2cm2，则油酸分子的的直径为多少？ 解析：1滴油酸酒精溶液的体积，由于油酸酒精溶液的浓度为0.5%，因此一滴溶液中油酸体积 油膜的面积 所以油酸分子的直径【常见误区】学生在计算时经常忘记是油酸酒精溶液，没有在计算体积时乘以浓度，如例题。【基础演练】1．用油膜法粗测分子直径的科学依据是 （） A．将油膜看成单分子油膜 B．不考虑各油分子间的间隙 C．考虑了各油分子间的间隙 D．将油膜中分子看成球形2．某学生在用油膜法估测分子直径的实验中，计算结果明显偏大，可能是由于 （） A．油膜没有完全散开 B．油酸中含有大量酒精 C．计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格 D．求每滴体积时，的溶液的滴数多记了10滴3．用油膜法估测分子直径的实验中，下列操作有错误的是 （） A．将纯油酸直接滴在水面上 B．向量筒中滴100滴油酸酒精溶液，读出其体积V C．用试管向水面倒油酸溶液少许 D．在计算油膜面积时，凡是占到方格的一部分的都记入方格总数4．利用油膜法粗略测出阿伏加德罗常数，把密度的某种油，用滴管滴出一滴在水面上形成油膜，已知这滴油的体积为，形成的油膜的面积为油的摩尔质量，若把油膜看成单分子层，每个油分子看成球形，求：（1）油分子的直径多大？（2）由以上数据可粗略测出阿伏加德罗常数NA是多少？先列出文字计算式，在代入数据计算，只要求保留一位有效数字。综合能力测试（八）一、选择题（本题包括10小题。每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得5分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。）1．对于一定质量的理想气体，下列四个论述中正确的是 （） A．当分子热运动变剧烈时，压强必变大 B．当分子热运动变剧烈时，压强可以不变 C．当分子间的平均距离变大时，压强必变小 D．当分子间的平均距离变大时，压强必变大2．关于内能、温度和热量，下列说法正确的是 （） A．物体的温度升高时，一定吸收热量 B．物体沿光滑斜面下滑时，内能将增大 C．物体沿斜面匀速下滑时，内能增大 D．内能总是从高温物体传递给低温物体，当内能相等时停止传递3．根据分子动理论，下列关于气体的说法中正确的是 （） A．气体的温度越高，气体分子无规则运动越剧烈 B．气体的压强越大，气体分子的平均动能越大 C．气体分子的平均动能越大，气体的温度越高 D．气体的体积越大，气体分子之间的相互作用力越大4．把表面光滑的铅块放在铁块上，经过几年后将它们分开，发现铅块中含有铁，而铁块中也含有铅，这种现象说明 （） A．物质分子之间存在着相互作用力 B．分子之间存在空隙 C．分子在永不停息地运动D．分子的引力大于斥力5．从下列哪一组数据可以算出阿伏伽德罗常数? （） A．水的密度和水的摩尔质量 B．水的摩尔质量和水分子的体积 C．水分子的体积和水分子的质量 D．水分子的质量和水的摩尔质量6．一木块从斜面上匀速下滑，在下滑过程中，木块的（不考虑木块的热膨胀） （） A．分子势能减小，分子平均动能不变 B．机械能减小，内能增大 C．机械能不变，内能增大 D．分子势能不变，分子平均动能增大7．下列说法正确的是 （） A．热量可以自发地由低温物体传到高温物体 B．第二类永动机都以失败告终，导致了热力学第一定律的发现 C．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化 D．第二类永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律8．根据热力学第二定律判断，下列说法正确的是 （） A．内能可以自发的转变成机械能 B．扩散的过程完全可逆的。 C．火力发电时，燃烧物质的内能不可以全部转化为电能 D．热量不可能自发的从低温物体传递到高温物体9．已知阿佛伽德罗常数为N，某物质的摩尔质量为M（kg/mol），该物质的密度为ρ（kg/m3），则下列叙述中正确的是 （） A．1kg该物质所含的分子个数是ρN B．1kg该物质所含的分子个数是 C．该物质1个分子的质量是（kg） D．该物质1个分子占有的空间是（m3）10．关于分子势能的下面说法中，正确的是 （） A．当分子距离为平衡距离时分子势能最大 B．当分子距离为平衡距离时分子势能最小，但不一定为零 C．当分子距离为平衡距离时，由于分子力为零，所以分子势能为零 D．分子相距无穷远时分子势能为零，在相互靠近到不能再靠近的过程中，分子势能逐渐增大二、非选择题（本题包括6题）11．（4分）在用油膜法估测分子大小的实验中，已知纯油酸的摩尔质量为M，密度为ρ，一滴油酸溶液中含纯油酸的质量为m，一滴油酸溶液滴在水面上扩散后形成的纯油酸油膜最大面积为S，阿伏加德罗常数为NA。以上各量均采用国际单位制，对于油酸分子的直径和分子数量有如下判断： ①油酸分子直径d=②油酸分子直径d=图3 ③一滴油酸溶液中所含油酸分子数n=图3 ④一滴油酸溶液中所含油酸分子数n= 以上判断正确的是______________12．（6分）如图3所示的是医院用于静脉滴注的示意图，倒置的输液瓶上方有一气室A，密封的瓶口处的软木塞上插有两根细管，其中a管与大气相通，b管为输液软管，中间又有一气室B，而其c端则通过针头接入人体静脉．（1）若气室A、B中的压强分别为pA、pB，则它们与外界大气压强p0的大小顺序应为______________图4（2）在输液瓶悬挂高度与输液软管内径确定的情况下，药液滴注的速度是_____________（填“越滴越慢”、“越滴越快”或“恒定”）图413．（8分）在“用油膜法估测分子大小”的实验中，所用的油酸酒精溶液的浓度为每1000mL溶液中有纯油酸0.6mL，用注射器测得lmL上述溶液有80滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘内，让油膜在水面上尽可能散开，得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图4所示，图中正方形格的边长为1cm，则可求得：（1）油酸薄膜的面积是_____________cm2． （2）油酸分子的直径是______________m．（结果保留两位有效数字）（3）利用单分子油膜法可以粗测分子的大小和阿伏加德罗常数．如果已知体积为V的一滴油在水面上散开形成的单分子油膜的面积为S，这种油的密度为，摩尔质量为M，则阿伏加德罗常数的表达式为_________14．（10分）“奋进号”航天飞机进行过一次太空飞行，其主要任务是给国际空间站安装太阳能电池板。该太阳能电池板长L=73m，