11.1分子動理論 內(nèi)能.docx

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1、第十一章熱學(xué)［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(biāo)省區(qū)的高考中，對熱學(xué)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(yīng)用、理 想氣體狀態(tài)方程、熱力學(xué)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(shè)問，也有以混合題型出現(xiàn)的命題形式。 二、2014年高考考情預(yù)測 預(yù)計在2014年高考中，對熱學(xué)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(xué)［選修3 — 3］［學(xué)習(xí)目標(biāo)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(biāo)志、內(nèi)能（I） 5 .固體的微觀結(jié)構(gòu)、晶體和非晶體（I） (D 高考 地位 高考對本章內(nèi)容的要求偏 低，題型多樣，難度不大。 不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響，如吸熱、放熱、做功等。 (2)熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)： 熱力學(xué)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(rèn)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(xué)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(zhuǎn)化為 不能自發(fā)地且不能完全轉(zhuǎn)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(biāo)全國卷)關(guān)于熱力學(xué)定律，以下說法正確的選項是A.為了增加物體的內(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶嶋H宏觀過程是不可逆過程［嘗試解題］ 改變內(nèi)能的方法有做功和熱傳遞兩種，所以為了增加物體的內(nèi)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(nèi)能可能不變或 減小，選項B錯誤；根據(jù)熱力學(xué)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(xué)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(jié)構(gòu)（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(xué)第一定律（I） 13 .能量守恒定律（I） 14 .熱力學(xué)第二定律（I） 實驗十二：用油膜法估測分子的大小 考^點 布設(shè) 1 .分子動理論、熱力學(xué)定 律、能量守恒等是高考的 熱點。 2 .氣體實驗定律與熱力學(xué) 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(chǔ)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(zhì)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(zhì)量和占有的體積分別是多少？ M1［提示］由密度"和摩爾質(zhì)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(zhì)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(zhì)量：數(shù)量級為l（）—26kg。 （2）阿伏加德羅常數(shù)①1 mol的任何物質(zhì)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(zhì)能夠彼此進入對方的現(xiàn)象叫做擴散。 ②實質(zhì)：擴散現(xiàn)象并不是外界作用引起的，也不是化學(xué)反響的結(jié)果，而是由物質(zhì)分子的 無規(guī)那么運動產(chǎn)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(guān)，溫度越高，分子運動越激烈。分子永不停息地?zé)o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(zhì)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(guān)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(guān)系圖線 由分子間的作用力與分子間距離關(guān)系圖線(如圖11-1-1所示)可知： 當(dāng)廠=廠0時，尸引=尸斥，分子力為。； 當(dāng)》廠0時，尸引〉F斥，分子力表現(xiàn)為引力。 當(dāng)尸＜用時，尸引＜/斥，分子力表現(xiàn)為斥力。 當(dāng)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(diào)，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(biāo)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(guān)系如圖中曲線所示。圖中分子勢能的最小值為一瓦。假設(shè) 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(yīng)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(yīng)選項D正確。 知識點二 溫度、溫標(biāo)與物體的內(nèi)能 ［想一想］ 物體內(nèi)分子的平均動能、分子勢能以及內(nèi)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(nèi)能跟 物體的溫度和體積都有關(guān)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(xué)性質(zhì)”，我們把表征這一 “共同熱 學(xué)性質(zhì)”的物理量定義為溫度。一切到達(dá)熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度。 2 .兩種溫標(biāo) 攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)。 關(guān)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(biāo)志。 (3)分子熱運動的總動能是物體內(nèi)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(nèi)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(nèi)能大小由物體的溫度和體積決定。 ⑶物體的內(nèi)能與物體的位置高低、運動速度大小無關(guān)。 ［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(nèi)能相同 D. 1 g 100 ℃的水的內(nèi)能小于1 g 100 ℃的水蒸氣的內(nèi)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(dāng)100℃的水變成的水蒸 氣時，分子間距離變大，分子力做負(fù)功、分子勢能增加，該過程吸收熱量，所以1g 100 ℃ 的水的內(nèi)能小于1 g 100 °C的水蒸氣的內(nèi)能，C錯誤、D正確。 熱力學(xué)定律與能量守恒 ［想一想］ 蒸汽機、內(nèi)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(zhuǎn)移和轉(zhuǎn) 化，我們把這些氣體稱為工質(zhì)。某熱機經(jīng)過一個循環(huán)后，工質(zhì)從高溫?zé)嵩次鼰酫”對外做 功W,又向低溫?zé)嵩捶艧帷?,工質(zhì)完全恢復(fù)初始狀態(tài)，內(nèi)能沒有變化。根據(jù)熱力學(xué)第一定 律，在工質(zhì)的一個循環(huán)中，。、。2、卬三者之間滿足的關(guān)系？熱機的

14、效率不可能到達(dá)100%, 從能量轉(zhuǎn)化的角度說明了什么？ ［提示］Q\-Q2=W,說明內(nèi)能不能完全轉(zhuǎn)化為機械能。 ［記一記］ 1 .熱力學(xué)第一定律 (1)改變物體內(nèi)能的兩種方式： ①做功;②熱傳遞。 (2)熱力學(xué)第一定律 ①內(nèi)容：一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)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(dá)式：AU=O+M 2 .熱力學(xué)第二定律 (1)熱力學(xué)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(chǎn)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(xué)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(xué)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(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,或者從 一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)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(zhì)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(zhì)能、風(fēng)能、水流能等)。 ［試一試］ 4 .關(guān)于熱力學(xué)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(nèi)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(dá)，A項錯；由熱力學(xué)第一定律可知，C、D 選項錯；應(yīng)選B。 高頻考點要通關(guān) 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(zhì)有固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種情況，不同物態(tài)下應(yīng)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(zhì)量〃2。 5 .宏觀量 物體體積V、摩爾體積%而、物體的質(zhì)量/、摩爾質(zhì)量Mmol、物體的密度"。 6 .關(guān)系 (1)分子的質(zhì)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(yīng)-，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(biāo)準(zhǔn)比賽用游泳池，游泳池長50 m、 寬25 m、水深3 m。設(shè)水的摩爾質(zhì)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(zhì)量1.0X 103 X 3 750 kg =3.75 X 106 kg,物質(zhì)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(guān)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(guān)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(fù)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(fù)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(rèn)為分子間沒有相互作 用力 分子勢能為零 ［例2］以下關(guān)于分子力和分子勢能的說法中，正確的選項是（） A.當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)分子間距為用時為平衡位置，當(dāng)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(fù)功，分子勢能增大，故A、B錯；當(dāng)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(dāng)一減小時分子力做負(fù)功，分子勢能增大，應(yīng)選項C正確，D錯。 ［答案］C［規(guī)律總結(jié)］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(guān)系圖線判斷

22、，但要注意其和分子力與分子間距離的 關(guān)系圖線的區(qū)別。 熱力學(xué)定律的應(yīng)用1.對熱力學(xué)第一定律的理解 (1)熱力學(xué)第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種改變內(nèi)能的過程是等效的，而且給 出了內(nèi)能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關(guān)系。此定律是標(biāo)量式，應(yīng)用時功、內(nèi)能、熱 量的單位應(yīng)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(nèi)能增加 — 物體對外界做功 物體放出熱量 內(nèi)能減少 (3)幾種特殊情況： ①假設(shè)過程是絕熱的，那么Q=0,外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加；②假設(shè)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(nèi)能的增加； ③假設(shè)過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)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(yīng)用考前須知： ①應(yīng)用熱力學(xué)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(xué)系統(tǒng)； ②應(yīng)用熱力學(xué)第一定律計算時，要依照符號法那么代入數(shù)據(jù)，對結(jié)果的正、負(fù)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(xué)第二定律的理解(1)在熱力學(xué)第二定律的表述中，“自發(fā)地”、“不產(chǎn)生其他影響”的涵義： ①“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)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(chǎn)生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境