11.1分子動理論 內能.docx

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1、第十一章熱學［選修3 — 3］高考研究?△◎底公◎因AINUJIIU（教師用書獨具）一、三年高考考點統(tǒng)計與分析 在新課標省區(qū)的高考中，對熱學局部的考查是在選做題局部出現(xiàn)，考查的知識點不會面 面俱到，一般情況下只重點考查某幾個知識點，如分子動理論、阿伏加德羅常數(shù)的應用、理 想氣體狀態(tài)方程、熱力學第一定律等，從近三年的高考考點分析來看，高考在本章中命題形 ，式既有選擇題，也有填空、計算題，為了增加考題對知識點的覆蓋面，計算題形式的命題 多是一個情境下的多個設問，也有以混合題型出現(xiàn)的命題形式。 二、2014年高考考情預測 預計在2014年高考中，對熱學的考查仍集中在上述知識點上，氣體局部有定量

2、計算題, 其他局部主要以定性分析的題目出現(xiàn)。 ［備課札記］第十一章熱學［選修3 — 3］［學習目標定位］ 考綱下載 考情上線 1 .分子動理論的基本觀點和實驗依據(jù) 2 .阿伏加德羅常數(shù)（I） 3 .氣體分子運動速率的統(tǒng)計分布（I） 4 .溫度是分子平均動能的標志、內能（I） 5 .固體的微觀結構、晶體和非晶體（I） (D 高考 地位 高考對本章內容的要求偏 低，題型多樣，難度不大。 不產生熱力學方面的影響，如吸熱、放熱、做功等。 (2)熱力學第二定律的實質： 熱力學第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，進而使人們 認識到自然界中進行的涉

3、及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。 (3)熱力學過程方向性實例: ①高溫物體 熱量。能自發(fā)傳給 熱量Q不能自發(fā)傳給 ②功 能自發(fā)地完全轉化為 不能自發(fā)地且不能完全轉化為 ③氣體體積V1 能自發(fā)膨脹到 不能自發(fā)收縮到 ④不同氣體A和B 能自發(fā)混合成 不能自發(fā)別離成 低溫物體 執(zhí) J、、、 氣體體積丫2(較大) 混合氣體AB ［例3］ (2012.新課標全國卷)關于熱力學定律，以下說法正確的選項是A.為了增加物體的內能，必須對物體做功或向它傳遞熱量B.對某物體做功，必定會使該物體的內能增加C.可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣.不可能使熱量從低溫物體傳向高

4、溫物體E.功轉變?yōu)闊岬膶嶋H宏觀過程是不可逆過程［嘗試解題］ 改變內能的方法有做功和熱傳遞兩種，所以為了增加物體的內能，必須對物體做功或向 它傳遞熱量，選項A正確；對物體做功的同時物體向外界放熱，那么物體的內能可能不變或 減小，選項B錯誤；根據(jù)熱力學第二定律可知，在對外界有影響 的前提下，可以從單一熱 源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣Γx項C正確；在有外界做功的條件下，可以使熱量從低溫 物體傳遞到高溫物體，選項D錯誤；根據(jù)熱力學第二定律可知，選項E正確。 ［答案］ACE固根源 固根源 固根源 6 .液晶的微觀結構（I） 7 .液體的外表張力現(xiàn)象（I） 8 .氣體實驗定律（I） 9

5、.理想氣體（I） 10 .飽和蒸汽、未飽和蒸汽和飽和蒸汽壓（I） 11 .相對濕度（I） 12 .熱力學第一定律（I） 13 .能量守恒定律（I） 14 .熱力學第二定律（I） 實驗十二：用油膜法估測分子的大小 考^點 布設 1 .分子動理論、熱力學定 律、能量守恒等是高考的 熱點。 2 .氣體實驗定律與熱力學 定律的綜合考查在高考中 經(jīng)常出現(xiàn)。 固根源 抓雙基 必備知織要打牢 BI BEI ZHISHI Y A O D AL A 得基礎分 掌握程度 知識點一 分子動理論［想一想］在國際單位制中，金屬鋁的密度為2，它的摩爾質量為阿伏加德羅常數(shù)為Na，那

6、么1 n?和1 kg鋁所含鋁原子的個數(shù)分別是多少？ 1個鋁原子的質量和占有的體積分別是多少？ M1［提示］由密度"和摩爾質量”可求鋁的摩爾體積V=—9故1 m3鋁所含原子個數(shù)為7 刈=吟\ 1kg鋁所含原子個數(shù)為=Na,1個鋁原子質量為今，1個鋁原子占有的體積為小= M 麗？ ［記一記］1.物體是由大量分子組成的（1）分子的大?、俜肿拥闹睆剑ㄒ暈榍蚰Ｐ停簲?shù)量級為10—1° m。 ②分子的質量：數(shù)量級為l（）—26kg。 （2）阿伏加德羅常數(shù)①1 mol的任何物質都含有相同的粒子數(shù)。通常可取Na = 6.02X 1023②阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀物理量和微觀物理量的橋梁。 2

7、.分子永不停息地做無規(guī)那么運動 (1)擴散現(xiàn)象 ①定義：丕圓物質能夠彼此進入對方的現(xiàn)象叫做擴散。 ②實質：擴散現(xiàn)象并不是外界作用引起的，也不是化學反響的結果，而是由物質分子的 無規(guī)那么運動產生的。 (2)布朗運動 ①定義：懸浮在液體中的小顆粒的永不停息地正規(guī)那么運動叫做布朗運動。 ②特點：永不停息，無規(guī)那么；顆粒越小，溫度越高，布朗運動越顯著。 ③布朗運動是由成千上萬個分子組成的“分子集團”即固體顆粒的運動，布朗運動的無 規(guī)那么性是液體(氣體)分子運動無規(guī)那么性的反映。 (3)熱運動 分子的無規(guī)那么運動和溫度有關，溫度越高，分子運動越激烈。分子永不停息地無規(guī)那么運 動叫做熱運

8、動。 3.分子間同時存在引力和斥力 (1)物質分子間存在空隙，分子間的引力和斥力是同時存在的,實際表現(xiàn)出的分子力是 引力和斥力的合力。 (2)分子力隨分子間距離變化的關系：分子間的引力和斥力都隨分子間距離的增大而減 小，隨分子間距離的減小而增大,但斥力比引力變化的怏。 (3)分子力與分子間距離關系圖線 由分子間的作用力與分子間距離關系圖線(如圖11-1-1所示)可知： 當廠=廠0時，尸引=尸斥，分子力為。； 當》廠0時，尸引〉F斥，分子力表現(xiàn)為引力。 當尸＜用時，尸引＜/斥，分子力表現(xiàn)為斥力。 當分子間距離大于10m(約為lO^m)時，分子力很弱，可以忽略不計。 4.統(tǒng)

9、計規(guī)律 由于物體是由數(shù)量極多的分子組成的，這些分子并沒有統(tǒng)一的運動步調，單獨來看，各 個分子的運動都是不規(guī)那么的、帶有偶然性的，但從總體來看，大量分子的運動卻有一定的規(guī) 律，這種規(guī)律叫做統(tǒng)計規(guī)律。大量分子的集體行為受到統(tǒng)計規(guī)律的支配。 ［試一試］ 1 .如圖11 —1—2所示，甲分子固定在坐標原點。，乙分子沿x軸運動，兩分子間的分子勢能Ep與兩分子間距離的變化關系如圖中曲線所示。圖中分子勢能的最小值為一瓦。假設 兩分子所具有的總能量為0,那么以下說法中正確的選項是()圖 11-1-2 圖 11-1-2 圖 11-1-2 A.乙分子在尸點(X=X2)時，加速度最大 B.

10、乙分子在尸點(X=X2)時，其動能為瓦 C.乙分子在。點(X=X1)時，處于平衡狀態(tài) D.乙分子的運動范圍為工2汨 解析：選BD 初處分子勢能最小，那么分子動能最大，分子力為0,加速度為0,應選 項A錯，B正確；因M處分子力不為0,故不是平衡狀態(tài)，選項C錯誤；在xi處因分子勢 能為零，故分子動能為零，速度為零，故乙分子會沿原路返回，應選項D正確。 知識點二 溫度、溫標與物體的內能 ［想一想］ 物體內分子的平均動能、分子勢能以及內能，在宏觀上分別由什么決定？ ［提示］物體分子的平均動能由溫度決定；分子勢能由物體的體積決定；物體的內能跟 物體的溫度和體積都有關系。 ［記一記］

11、 1. 溫度 兩個系統(tǒng)處于熱平衡時，它們具有某個“共同的熱學性質”，我們把表征這一 “共同熱 學性質”的物理量定義為溫度。一切到達熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度。 2 .兩種溫標 攝氏溫標和熱力學溫標。 關系：T=r+273J5 Ko 3 .分子的動能 (1)分子動能是分子熱運動所具有的動能。 (2)分子熱運動的平均動能是所有分子熱運動的動能的平均值，溫度是分子熱運動的平 均動能的標志。 (3)分子熱運動的總動能是物體內所有分子熱運動動能的總和。 4 .分子的勢能 ⑴意義：由于分子間存在著引力和斥力，所以分子具有由它們的相對位置決定的能。 ⑵分子勢能的決定因素 微觀上—

12、—決定于分子間距離和分子排列情況; 宏觀上——決定于體積和狀態(tài)。 5 .物體的內能 ⑴等于物體中所有分子的熱運動動能與分子勢能的總和,是狀態(tài)量。 (2)對于給定的物體，其內能大小由物體的溫度和體積決定。 ⑶物體的內能與物體的位置高低、運動速度大小無關。 ［試一試］ 2.1g 10?！娴乃?g 100 ℃的水蒸氣相比擬，以下說法正確的選項是() A.分子的平均動能和分子的總動能都相同 B.分子的平均動能相同，分子的總動能不同 C.內能相同 D. 1 g 100 ℃的水的內能小于1 g 100 ℃的水蒸氣的內能 解析：選AD 溫度相同那么它們的分子平均動能相同；又因為1

13、g水和1 g水蒸氣的分 子數(shù)相同，因而它們的分子總動能相同，A正確、B錯誤；當100℃的水變成的水蒸 氣時，分子間距離變大，分子力做負功、分子勢能增加，該過程吸收熱量，所以1g 100 ℃ 的水的內能小于1 g 100 °C的水蒸氣的內能，C錯誤、D正確。 熱力學定律與能量守恒 ［想一想］ 蒸汽機、內燃機等熱機以及電冰箱工作時都利用了氣體狀態(tài)變化來實現(xiàn)能量的轉移和轉 化，我們把這些氣體稱為工質。某熱機經(jīng)過一個循環(huán)后，工質從高溫熱源吸熱Q”對外做 功W,又向低溫熱源放熱。2,工質完全恢復初始狀態(tài)，內能沒有變化。根據(jù)熱力學第一定 律，在工質的一個循環(huán)中，。、。2、卬三者之間滿足的關系？熱機的

14、效率不可能到達100%, 從能量轉化的角度說明了什么？ ［提示］Q\-Q2=W,說明內能不能完全轉化為機械能。 ［記一記］ 1 .熱力學第一定律 (1)改變物體內能的兩種方式： ①做功;②熱傳遞。 (2)熱力學第一定律 ①內容：一個熱力學系統(tǒng)的內能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和。 ②表達式：AU=O+M 2 .熱力學第二定律 (1)熱力學第二定律的兩種表述： ①克勞修斯表述：熱量不能直嵬地從低溫物體傳到高溫物體。 ②開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響。或 表述為“第二類永動機是不可能制成的?！? (2)用燧的概念表示

15、熱力學第二定律 在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總端不會遮小(填“增大”或“減小”)。 (3)熱力學第二定律的微觀意義 一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運動的無莊姓增大的方向進行。 3 .能量守恒定律 (1)能量守恒定律 能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式,或者從 一個物體轉移到別的物體,在轉化或轉移的過程中，能量的總量保持不變。 (2)能源的利用 ①存在能量耗散和品質下降。 ②重視利用能源時對豆境的影響。 ③要開發(fā)新能源(如太陽能、生物質能、風能、水流能等)。 ［試一試］ 4 .關于熱力學定律，以下說法正確的選項是() A.在一定條件下物

16、體的溫度可以降到0K B.物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功 C.吸收了熱量的物體，其內能一定增加 D.壓縮氣體總能使氣體的溫度升高 解析：選B 0K是絕對零度，不可能到達，A項錯；由熱力學第一定律可知，C、D 選項錯；應選B。 高頻考點要通關 GAOPIN KAODIAN YAO TON 抓考點攻重點得拔高分 掌握程度 考點一 微觀量的估算 1 .分子模型 物質有固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種情況，不同物態(tài)下應將分子看成不同的模型。 ⑴固體、液體分子一個一個緊密排列，可將分子看成球形或立方體形，如圖11 —1—3球形分子模型 球形分子模型 球形分子模型

17、球形分子模型 立方體形分子模型 所示，分子間距等于小球的直徑或立方體的棱長，所以d= 體模型)。 (2)氣體分子不是一個一個緊密排列的，它們之間的距離很大，所以氣體分子的大小不 等于分子所占有的平均空間。如圖11 — 1—4所示，此時每個分子占有的空間視為棱長為d的立方體，所以d=加。 d 氣體分子模型圖 11 — 1—4 2 .微觀量 分子體積Vo、分子直徑d、分子質量〃2。 5 .宏觀量 物體體積V、摩爾體積%而、物體的質量/、摩爾質量Mmol、物體的密度"。 6 .關系 (1)分子的質量："=噤=*。 (2)分子的體積：%)=要=耨。對氣體，Vo表示分子占據(jù)的

18、空間。 VMM nV (3)物體所含的分子數(shù)：n=~\/~，Na=~^~*Na，或〃=應-，N^=乂 *Na。 Vmol p ^molMmol "mol ［例1］ (2012.云南局部名校聯(lián)考)“水立方”國家游泳中心是北京為2008年夏季奧運會 修建的主游泳館。水立方游泳館共有8條泳道的國際標準比賽用游泳池，游泳池長50 m、 寬25 m、水深3 m。設水的摩爾質量為L8X IO" kg/m°l,試估算該游泳池中水分子數(shù)。 ［嘗試解題1 游泳池中水體積 V=50X25X3 m3 = 3 750 m3,質量1.0X 103 X 3 750 kg =3.75 X 106 kg,物質的量

19、為n = m/M=2A X 10s mol,該游泳池中水分子數(shù) N = nN乂 = 2.1 X108X6X 1023=1.26X 1032o ［答案］1.26X 10321 .分子力與分子勢能 分子力、分子勢能與分子間距離的關系 名稱 工程 分子間的相互作用力尸 分子勢能Ep與分子間距的關系 圖象 O O Ep \, Z / / r 隨分 子間 距的 變化 情況 f) 尸引和尸斥都隨距離的增大 而減小，隨距離的減小而增 大，尸引V尸斥，尸表現(xiàn)為斥 力 廠增大，斥力做正功，分子勢能 減少 廠減小，斥力做負功，分子勢能 增加 r>r（） 尸引和尸斥都

20、隨距離的增大 而減小，隨距離的減小而增 大,尸引,尸斥，尸表現(xiàn)為引 力 「增大，引力做負功，分子勢能 增加 r減小，引力做正功，分子勢能 減少 r=ro 尸弓1=尸斥，F(xiàn)=0 分子勢育縊小，但不為零 r>lOro (10 9m) 尸引和尸斥都已十分微弱，可 以認為分子間沒有相互作 用力 分子勢能為零 ［例2］以下關于分子力和分子勢能的說法中，正確的選項是（） A.當分子力表現(xiàn)為引力時，分子力和分子勢能總是隨分子間距離的增大而增大 B.當分子力表現(xiàn)為引力時，分子力和分子勢能總是隨分子間距離的增大而減小 C.當分子力表現(xiàn)為斥力時，分子力和分子勢能總是隨分子間距離的減小而增大

21、 D.當分子力表現(xiàn)為斥力時，分子力和分子勢能總是隨分子間距離的減小而減小 ［嘗試解題］ 當分子間距為用時為平衡位置，當時分子間表現(xiàn)為引力，且其隨廠的增大而先增 大后減小，一直做負功，分子勢能增大，故A、B錯；當廠<小時分子間表現(xiàn)為斥力，且分子 力隨著尸的減小而增大，當一減小時分子力做負功，分子勢能增大，應選項C正確，D錯。 ［答案］C［規(guī)律總結］濟那那奈潦謂謂親相謂謂踹簿潦思沏 (1)分子勢能在平衡位置有最小值，無論分子間距離如何變化，靠近平衡位置，分子勢 能減小，反之增大。 (2)判斷分子勢能的變化有兩種方法： ①看分子力的做功情況。 ②直接由分子勢能與分子間距離的關系圖線判斷

22、，但要注意其和分子力與分子間距離的 關系圖線的區(qū)別。 熱力學定律的應用1.對熱力學第一定律的理解 (1)熱力學第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種改變內能的過程是等效的，而且給 出了內能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關系。此定律是標量式，應用時功、內能、熱 量的單位應統(tǒng)一為國際單位焦耳。 (2)對公式AU=Q+W符號的規(guī)定： IV Q MJ + 外界對物體做功 物體吸收熱量 內能增加 — 物體對外界做功 物體放出熱量 內能減少 (3)幾種特殊情況： ①假設過程是絕熱的，那么Q=0,外界對物體做的功等于物體內能的增加；②假設過程中不做功，即W=0,,那么。=

23、八。，物體吸收的熱量等于物體內能的增加； ③假設過程的始末狀態(tài)物體的內能不變，即AU=O,那么W+Q=O或W= —Q,外界對物 體做的功等于物體放出的熱量。 (4)應用考前須知： ①應用熱力學第一定律時要明確研究的對象是哪個物體或者是哪個熱力學系統(tǒng)； ②應用熱力學第一定律計算時，要依照符號法那么代入數(shù)據(jù)，對結果的正、負也同樣依照 規(guī)那么來解釋其意義； ③分析此類問題需要注意兩點，“絕熱”說明與外界沒有熱交換，氣體向真空擴散時對 外不做功。 2.對熱力學第二定律的理解(1)在熱力學第二定律的表述中，“自發(fā)地”、“不產生其他影響”的涵義： ①“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫 助；②“不產生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學宏觀過程只在本系統(tǒng)內完成，對周圍環(huán)境