1、选考内容 第十三章 热学 (选修3-3) -3- 考点及要求 命题视角 复习指要 分子动理论的基本观点和实验依据 阿伏加德罗常数 气体分子运动速率的统计分布 温度、内能 固体的微观结构、晶体和非晶体 液晶的微观结构 液体的表面张力现象 气体实验定律 1 . 以选择题的形式考查分子动理论、气体压强的微观解释、晶体和非晶体的特点、液体的表面张力、饱和汽与饱和汽压、热力学第二定律的理解等 ; 2 . 以计算和问答题的形式结合气体考查内能、气体实验定律、理想气体状态方程、热力学第一定律等 ; 复习过程中要加强对基本概念和基本规律的理解 ,例如分子动理论的基本内容 , 阿伏加德罗常数的理解 , 内能基本
2、概念的理解 ; 强化概念规律的应用 , 例如理想气体状态方程 , 热力学定律及能量守恒定律。 -4- 考点及要求 命题视角 复习指要 理想气体 饱和蒸汽、未饱和蒸汽、饱和蒸汽压 相对湿度 热力学第一 定律 能量守恒定律 热力学第二定律 中学物理中涉及的国际单位制的基本单位和其他物理量的单位。例如摄氏度 ( ) 、标准大气压 实验 : 用油膜法估测分子的大小 3 . 考查油膜法估测分子直径的实验原理、操作步骤和数据处理。 第 1节 分子动理论 内能 -6- 一、分子动理论的基本观点和实验依据、阿伏加德罗常数 -7- 二、温度是分子平均动能的标志 内能 1.温度 一切达到热平衡的系统都具有相同的
3、温度 。 2.两种温标 摄氏温标和热力学温标。关系 :T=t+273.15 K。 3.分子的动能 (1)分子动能是 分子热运动 所具有的动能 ; (2)分子热运动的平均动能是所有分子热运动的动能的平均值 , 温度 是分子热运动的平均动能的标志 ; (3)分子热运动的总动能是物体内所有分子热运动动能的 总和 。 -8- 4.分子的势能 (1)意义 :由于分子间存在着引力和斥力 ,所以分子具有由它们的 相对位置 决定的能。 (2)分子势能的决定因素 微观上 :决定于 分子间距离 和分子排列情况 ; 宏观上 :决定于 体积 和状态。 5.物体的内能 (1)概念理解 :物体中所有分子的热运动 分子动能
4、 与 分子势能 的总和 ,是状态量 ; (2)决定因素 :对于给定的物体 ,其内能大小由物体的 温度 和 体积 决定 ,即由物体内部状态决定 ; (3)影响因素 :物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小 无关 。 -9- (4)改变内能的方式 -10- 命题点一 命题点二 命题点三 微观量的估算 1.两种分子模型 物质有固态、液态和气态三种情况 ,不同物态下应将分子看成不同的模型。 (1)固体、液体分子一个一个紧密排列 ,可将分子看成球形或立方体形 ,如图所示 ,分子间距等于小球的直径或立方体的棱长 ,所以 d= 6 V3 ( 球体模型 ) 或 d= V3 ( 立方体模型 ) 。 球体分子模
5、型 立方体分子模型 气体分子模型 -11- 命题点一 命题点二 命题点三 (2)气体分子不是一个一个紧密排列的 ,它们之间的距离很大 ,所以气体分子的大小不等于分子所占有的平均空间 ,如图所示 ,此时每个分子占有的空间视为棱长为 d的立方体 ,所以 d= 。 提醒 :对于气体 ,利用 d= 得到的不是分子直径 ,而是气体分子间的平均距离。 V3 V3 2.微观量与宏观量间的关系 微观量 :分子体积 V0、分子直径 d、分子质量 m0。 宏观量 :物体的体积 V、摩尔体积 Vm、物体的质量 m、摩尔质量M、物体的密度 。 ( 1) 分子的质量 :m 0 =MN = V N 。 ( 2) 分子的体
6、积 :V 0 =V N =M N ( 适用于固体和液体 ) 。 ( 3) 物体所含的分子数 : N =VV N A =m V N A 或 N=mM N A = VM N A 。 -12- 命题点一 命题点二 命题点三 例 1(2017江苏卷 )科学家可以运用无规则运动的规律来研究生物蛋白分子。资料显示 ,某种蛋白的摩尔质量为 66 kg/mol,其分子可视为半径为 3 10-9 m的球 ,已知阿伏加德罗常数为 6.0 1023 mol-1。请估算该蛋白的密度。 (计算结果保留一位有效数字 ) 答案 :1 103 kg/m3或 5 102 kg/m3 解析 :摩尔体积 V= 43 r 3 N A
7、 ( 或 V= (2 r ) 3 N A ) 由密度 = ,解得 = 3 4 3 A( 或 = 8 3 A) 代入数据得 1 103 kg/m3(或 5 102 kg/m3,5 1021 103 kg/m3都算对 ) -13- 命题点一 命题点二 命题点三 微观量的求解方法 (1)分子的大小、分子体积、分子质量属微观量 ,直接测量它们的数值非常困难 ,可以借助较易测量的宏观量结合摩尔体积、摩尔质量等来估算这些微观量 ,其中阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁和纽带。 (2)建立合适的物理模型 ,通常把固体、液体分子模拟为球形或立方体形。气体分子所占据的空间可模拟为立方体模型。 -14- 命
8、题点一 命题点二 命题点三 即学即练 1.(多选 )(2017辽宁大连模拟 )某气体的摩尔质量为 M,摩尔体积为Vm,密度为 ,每个分子的质量和体积分别为 m和 V0,则阿伏加德罗常数 NA不可表示为 ( ) A . N A = Mm B . N A = V mV0C . N A = V mm D . N A = M V0E . N A = mM 答案 解析 解析关闭 阿伏加德罗常数 N A = = ,其中 V 应为每个气体分子所占有的体积 ,而题目中的 V 0 则表示气体分子的体积 ,选项 A 、 C 正确 ,选项B 、 E 错误 ;D 中的 V 0 不是气体分子的质量 ,因而选项 D 错误
9、。所以选项 B 、 D 、 E 符合题意。 答案解析关闭 B DE -15- 命题点一 命题点二 命题点三 2.(多选 )(2016上海卷 )某气体的摩尔质量为 M,分子质量为 m。若 1 mol该气体的体积为 Vm,密度为 ,则该气体单位体积分子数为 (阿伏加德罗常数为 NA)( ) A . N V B . Mm V C . N M D . N m 答案 解析 解析关闭 用阿伏加德罗常数除以气体的摩尔体积 ,就是单位体积内的分子个数 ,A 选项正确 ;用摩尔质量 M 除以一个分子的质量 m 即为阿伏加德罗常数 ,化简后和 A 选项相同 ,B 选项正确 ; A= A = A m,C 选项正确
10、,D 选项错误。 答案解析关闭 A B C -16- 命题点一 命题点二 命题点三 3.(2017山东垦利期中 )已知地球大气层的厚度 h远小于地球半径 r,空气平均摩尔质量为 M,阿伏加德罗常数为 NA,地面大气压强为 p0,重力加速度大小为 g。由此可估算得 ,地球大气层空气分子总数为 ,空气分子之间的平均距离为 。 答案 解析 解析关闭 可认为地球大气对地球表面的压力是由其重力引起的 ,即m g= p 0 S= p 0 4 r2,故大气层的空气总质量 m=4 0 2,空气分子总数N=N A =4 0 A 2 。由于 h r ,则大气层的总体积 V= 4 r2h ,每个分子所占空间设为一个
11、棱 长为 a 的正方体 ,则有 Na3=V ,可得分子间的平均距离 a= 0 A3。 答案解析关闭 4 0 A 2 0 A3 -17- 命题点一 命题点二 命题点三 布朗运动与分子热运动 扩散现象、布朗运动与热运动的比较 现象 扩散现象 布朗运动 热运动 活动 主体 分子 固体微小颗粒 分子 区别 是分子的运动 , 发生在固体、液体、气体任何两种物质之间 是比分子大得多的颗粒的运动 , 只能在液体、气体中发生 是分子的运动 ,不能 通过光学显微镜直接观察到 共同点 ( 1) 都是无规则运动 ; ( 2) 都随温度的升高而更加激烈 联系 扩散现象、布朗运动都反映了分子做无规则的热运动 -18-
12、命题点一 命题点二 命题点三 例 2(2016北京卷 )雾霾天气是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述 ,是特定气候条件与人类活动相互作用的结果。雾霾中 ,各种悬浮颗粒物形状不规则 ,但可视为密度相同、直径不同的球体 ,并用 PM10、 PM2.5分别表示球体直径小于或等于 10 m、 2.5 m的颗粒物 (PM是颗粒物的英文缩写 )。 某科研机构对北京地区的检测结果表明 ,在静稳的雾霾天气中 ,近地面高度百米的范围内 ,PM10的浓度随高度的增加略有减小 ,大于 PM10的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小 ,且两种浓度分布基本不随时间变化。 -19- 命题点一 命题点二 命题点三
13、据此材料 ,以下叙述正确的是 ( ) A.PM10表示直径小于或等于 1.0 10-6 m的悬浮颗粒物 B.PM10受到的空气分子作用力的合力始终大于其所受到的重力 C.PM10和大悬浮颗粒物都在做布朗运动 D.PM2.5的浓度随高度的增加逐渐增大 答案 解析 解析关闭 PM10表示直径小于或等于 1.0 10-5 m的悬浮颗粒物 ,A错误 ;来自各个方向的空气分子对 PM10的撞击不平衡 ,使 PM10做布朗运动 ,是不规则的运动 ,故加速度大小和方向不断变化 ,所以合力可以大于、小于或等于其重力的大小 ,故 B错误 ,C正确。根据题干可推测 ,PM2.5的浓度应随高度增加而减小 ,故 D错
14、误。 答案解析关闭 C -20- 命题点一 命题点二 命题点三 思维点拨 对于信息题 ,不要过多注意题目的长度 ,一定要仔细阅读题文 ,从题文中找出相应的信息 ,布朗运动是悬浮微粒的无规则运动 ,不是分子的无规则运动 ,形成的原因是由于液体分子对悬浮微粒无规则撞击引起的 ,布朗运动既不是颗粒分子的运动 ,也不是液体分子的运动 ,而是液体分子无规则运动的反映。 1.扩散现象直接反映了分子的无规则运动 ,并且可以发生在固体、液体、气体任何两种物质之间。 2.布朗运动不是分子的运动 ,是液体分子无规则运动的反映。 -21- 命题点一 命题点二 命题点三 即学即练 4.(多选 )我国已开展空气中 PM
15、2.5浓度的监测工作。 PM2.5是指空气中直径等于或小于 2.5 m的悬浮颗粒物 ,其飘浮在空中做无规则运动 ,很难自然沉降到地面 ,吸入后对人体形成危害。矿物燃料燃烧的排放物是形成 PM2.5的主要原因。下列关于 PM2.5的说法正确的是 ( ) A.PM2.5的大小比空气中氧分子大得多 B.PM2.5在空气中的运动属于分子热运动 C.PM2.5的运动轨迹只是由大量空气分子对 PM2.5无规则碰撞的不平衡决定的 D.倡导低碳生活 ,减少煤和石油等燃料的使用 ,能有效减小 PM2.5在空气中的浓度 E.PM2.5必然有内能 答案 解析 解析关闭 PM2.5的尺寸比空气中氧分子的尺寸大得多 ,
16、选项 A正确 ;PM2.5在空气中的运动不属于分子热运动 ,选项 B错误 ;PM2.5的运动轨迹是由大量空气分子对 PM2.5无规则碰撞的不平衡和气流的运动决定的 ,选项 C错误 ;倡导低碳生活 ,减少煤和石油等燃料的使用 ,能有效减小 PM2.5在空气中的浓度 ,PM2.5必然有内能 ,选项 D、选项 E正确。 答案解析关闭 ADE -22- 命题点一 命题点二 命题点三 5.(2017河南郑州一中月考 )下列关于布朗运动的说法 ,正确的是( ) A.布朗运动是液体分子的无规则运动 B.观察布朗运动会看到 ,悬浮的颗粒越小 ,温度越高 ,布朗运动越剧烈 C.布朗运动是指悬浮在液体中的固体分子
17、的无规则运动 D.布朗运动说明了液体分子之间存在着相互作用力 答案 解析 解析关闭 布朗运动的运动主体是固体小颗粒 ,而不是液体分子或者固体分子的运动 ,选项 A、选项 C错误 ;悬浮的颗粒越小 ,温度越高 ,布朗运动越剧烈 ,选项 B正确 ;布朗运动只是间接说明了液体分子的无规则运动 ,选项 D错误。 答案解析关闭 B -23- 命题点一 命题点二 命题点三 6.(2017江苏卷 )图甲和图乙是某同学从资料中查到的两张记录水中炭粒运动位置连线的图片 ,记录炭粒位置的时间间隔均为 30 s,两方格纸每格表示的长度相同。比较两张图片可知 :若水温相同 , (选填 “甲 ”或 “乙 ”)中炭粒的颗
18、粒较大 ;若炭粒大小相同 , (选填 “甲 ”或 “乙 ”)中水分子的热运动较剧烈。 答案 解析 解析关闭 影响布朗运动的因素有两个 ,分别是颗粒大小和温度。温度相同时 ,颗粒越大 ,布朗运动越不明显 ,相同时间内位置变化越小。颗粒大小相同时 ,温度越高 ,布朗运动越明显 ,相同时间内位置变化越大。 答案解析关闭 甲 乙 -24- 命题点一 命题点二 命题点三 分子力、分子势能及物体的内能 1.分子力 F、分子势能 Ep与分子间距离 r的关系图线 项 目 分子间的相互作用力 F 分子势能 E p 与分子间距 的关系图象 -25- 命题点一 命题点二 命题点三 项 目 分子间的相互作用力 F 分
19、子势能 E p 随分 子间 距的 变化 情况 r r 0 F 引 和 F 斥 都随距离的增大而减小 , 随距离的减小而增大 ,F 引 F 斥 ,F 表现为引力 r 增大 , 引力做负功 ,分子势能增加 r 减小 , 引力做正功 ,分子势能减少 r = r 0 F引 =F 斥 , F = 0 分 子势能最小 , 但不为零 r 10r 0 ( 10- 9m ) F 引 和 F 斥 都已十分微弱 , 可以认为分子间没有相互作用力 分子势能为零 -26- 命题点一 命题点二 命题点三 2.物体的内能与机械能的比较 项目 内 能 机 械 能 定义 物体内所有分子的动能和势能的总和 物体的动能及重力势能和
20、弹性势能的总和 决定 由物体内部分子微观运动状态决定 , 与物体整体运动情况无关 与物体宏观运动状态、参考系和零势能面选取有关 ,和物体内部分子运动情况无关 量值 任何物体都具有内能 , 恒不为零 可以为零 测量 无法测量。其变化量可由做功和热传递来量度 可以测量 转化 在一定条件下可相互转化 -27- 命题点一 命题点二 命题点三 例 3(多选 )(2016全国卷 )关于气体的内能 ,下列说法正确的是( ) A.质量和温度都相同的气体 ,内能一定相同 B.气体温度不变 ,整体运动速度越大 ,其内能越大 C.气体被压缩时 ,内能可能不变 D.一定量的某种理想气体的内能只与温度有关 E.一定量的
21、某种理想气体在等压膨胀过程中 ,内能一定增加 答案 解析 解析关闭 气体的内能在宏观上由物质的量、温度和体积决定 ,质量相同的气体 ,物质的量不一定相同 ,选项 A 错误 ;若是理想气体 ,不考虑分子势能 ,其内能由物质的量和温度共同来决定 ;若是一定质量的理想气体 ,其内能仅由温度来决定 ,选项 D 正确 ;由 =C ( C 为常数 ) 知 ,一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中 ,温度一定升高 ,内能一定增加 ,选项 E正确 ;气体整体运动的速度对应气体的宏观动能 ,属于机械能 ,选项 B错误 ;改变内能有两种方式 :做功和热传递 ,气体被压缩时 ,外界对气体做功 ,但气体吸、放热情况不知
22、 ,气体内能可能升高、不变或降低 ,故选项 C 正确。 答案解析关闭 C D E -28- 命题点一 命题点二 命题点三 分析物体的内能问题应当明确四个要点 1.内能是对物体的大量分子而言的 ,不存在某个分子内能的说法。 2.决定内能大小的因素为温度、体积、分子数 ,还与物态有关系。 3.通过做功或热传递可以改变物体的内能。 4.温度是分子平均动能的标志 ,温度相同的任何物体 ,分子的平均动能相同。 -29- 命题点一 命题点二 命题点三 即学即练 7.(2017北京卷 )以下关于热运动的说法正确的是 ( ) A.水流速度越大 ,水分子的热运动越剧烈 B.水凝结成冰后 ,水分子的热运动停止 C
23、.水的温度越高 ,水分子的热运动越剧烈 D.水的温度升高 ,每一个水分子的运动速率都会增大 答案 解析 解析关闭 水分子热运动的剧烈程度与温度有关 ,与水流速度无关 ,故 A项错。水分子的热运动永不停息 ,故 B项错。温度越高 ,水分子热运动越剧烈 ,故 C项正确。水的温度升高 ,水分子的平均运动速率增大 ,不是每一个分子的运动速率都增大 ,故 D项错误。 答案解析关闭 C -30- 命题点一 命题点二 命题点三 8.(多选 )(2017山东烟台一模 )关于物体的内能 ,下列说法正确的是( ) A.物体的内能是指物体内所有分子的动能和势能的总和 B.一定质量的 0 的水凝结为 0 的冰时 ,分
24、子平均动能不变 ,分子势能减少 C.通电时电阻发热 ,它的内能增加是通过 “热传递 ”方式实现的 D.温度高的物体一定比温度低的物体内能大 E.一定质量的理想气体吸收热量 ,它的内能可能不变 答案 解析 解析关闭 物体的内能是物体内所有分子动能和分子势能的总和 ,故 A正确 ; 一定质量的 0 的水凝结为 0 的冰时要放出热量 ,分子平均动能不变 ,分子势能减小 ,故 B正确 ; 通电时电阻发热 ,它的内能增加是通过电流做功的方式实现的 ,故 C错误 ; 内能不仅与物体的温度有关 ,还与物质的多少有关 ,故 D错误 ; 一定质量的理想气体吸收热量 ,如果同时对外做功 ,则它的内能可能不变 ,故 E正确。 答案解析关闭 ABE
