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600分考点700分考法 专题14 热学


专题14
考点48 考点49 分子动理论

热学
内能

气体、固体和液体

考点50 热力学定律与能量守恒定律 考点51 实验:用油膜法估测分子大小
考点52 热学综合问题

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考点48

分子动理论

内能

1. 分子动理论 (1) 物体是由大量分子组成的

①分子的大小:分子直径的数量级为 10-10 m,分子质量的数量级为
10-26 kg. ②分子直径估测方法:油膜法.

③阿伏伽德罗常数:1 mol的任何物质中含有NA=6.02×1023个分子.
(2) 分子永不停息地做无规则运动 ①扩散现象:不同物质能够彼此进入对方的现象叫做扩散.扩散现 象是由物质分子的无规则运动产生的. 2

考点48 分子动理论 内能

② 布朗运动 :指悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动.微粒越 小,温度越高,布朗运动越明显. (3) 分子间存在相互的作用力 分子间同时存在引力和斥力,分子力是分子间引力和斥力的合力. 2.物体的内能 (1) 分子平均动能 :分子由于做热运动而具有的动能叫分子动 能.物体内所有分子动能的平均值叫分子平均动能. (2) 分子的势能:由分子间相对位置决定的势能叫分子势能.固体 和液体的分子势能与物体的体积有关. (3) 物体的内能:物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总 和叫做物体的内能. 3

考点48 分子动理论 内能 ①决定内能的因素.微观上:分子动能、分子势能、分子个数.宏 观上:温度、体积、物质的量. ②改变物体内能有两种方式: 做功、热传递.内能的改变由热力 学第一定律决定.

4

考法1 布朗运动与分子热运动的比较★★

5

考点48 分子动理论 内能

6

考点48 分子动理论 内能

考法2 利用阿伏伽德罗常数进行微观量的估算★
1.灵活运用两种微观模型 对液体、固体来说,可以将分子看成是一个个紧挨在一起的小球, 也可认为这些分子是一个个紧密排列的立方体,如图所示.

(1) 球体模型:分子的直径为
(2) 立方体模型:分子的直径为

.
.

这两种分子模型计算出的直径数量级相同.

7

考点48 分子动理论 内能

8

考点48 分子动理论 内能

3.注意一个问题 由于固体和液体中分子间距离较小,则 子的体积.而气体分子间的距离很大,用 平均占据的空间,那么 可以近似表示每个分 只能表示每个气体分子

就可以表示气体分子间的平均距离了.

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考点48 分子动理论 内能

考法3 分子间作用力和分子势能随分子间距的变化规律

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考点49
1. 气体

气体、固体和液体

(1) 描述气体状态的物理量:温度、体积、压强. (2) 气体的压强 ①产生原因:大量气体分子无规则热运动对器壁碰撞而产生,气体作 用在器壁单位面积上的压力叫压强.

②决定因素:宏观上取决于气体的体积和温度;微观上取决于单位体
积内的分子数(分子数密度)和分子平均动能. ③单位:国际单位是帕(Pa),常用单位有:标准大气压(atm)、厘米汞

柱 (cmHg) 和 毫 米 汞 柱 (mmHg) . 换 算 关 系 是 : 1 atm = 76 cmHg =
1.013×105Pa,1 mmHg=133 Pa. 11

考点49 气体、固体和液体

(3) 气体实验定律 ①玻意耳定律(等温变化):p1V1=p2V2或pV=C. ②查理定律(等容变化): ③盖-吕萨克定律(等压变化): 理想气体状态方程: 2.固体和液体 (1) 固体分为晶体和非晶体两类,晶体又分为单晶体和多晶体. (2) 液体 ① 液体的表面张力 : 液体的表面分子间的引力称为表面张力, 表面张力使液体表面收缩而绷紧,跟液面相切,跟这部分液面的分界 线垂直. 12 . . .

考点49 气体、固体和液体

②液晶:液晶是一种特殊的物质,它既具有液体的流动性,又具有 晶体的各向异性,液晶在显示器方面具有广泛的应用. 3.饱和汽、饱和汽压和相对湿度 (1) 饱和汽:在密闭容器中的液体不断蒸发,液面上的蒸汽也不断 凝结,当这两个同时存在的过程达到动态平衡时,液面上的蒸汽叫饱和 汽,而没有达到饱和状态的蒸汽叫做未饱和汽. (2) 饱和汽压:饱和汽的压强叫做饱和汽压,饱和汽压与温度的高 低有关,温度升高时,饱和汽压也增大.饱和汽压与体积的大小无关. (3) 相对湿度:在某一温度下,空气中水蒸气的压强与同一温度下 水的饱和汽压之比,称为空气的相对湿度,即 相对湿度(B)= 13 .

考点49 气体、固体和液体

考法4 气体压强的计算★★★
1.液体封闭的气体压强的确定

平衡法 :选与气体接触的液柱为研究对象进行受力分析,利用它
的受力平衡,求出气体的压强.

取等压面法:根据同种液体在同一水平液面处压强相等,在连通
器内灵活选取等压面,由两侧压强相等建立方程求出压强. 液体内部深度为h处的总压强p=p0+ρgh.

14

考点49 气体、固体和液体 2.固体(活塞或汽缸)封闭的气体压强的确定 由于该固体必定受到被封闭气体的压力,所以可通过对该固体进行受 力分析,由平衡条件建立方程来求出气体压强.

15

考点49 气体、固体和液体

考法5 气体实验定律★★★★★
1.气体实验定律及图线比较

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考点49 气体、固体和液体

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考点49 气体、固体和液体

考法6 理想气体的状态方程及应用★★★★
1.理想气体 (1) 宏观上讲,理想气体是指在任何条件下始终遵守气体实验定律 的气体,实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下,可视为理想 气体. (2) 微观上讲,理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力,分子本 身没有体积,即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间. 2.状态方程: .

3.应用状态方程解题的一般步骤 (1) 明确研究对象,即某一定质量的理想气体; (2) 确定气体在始末状态的参量p1、V1、T1及p2、V2、T2; 18

考点49 气体、固体和液体

(3) 由状态方程列式求解;

(4) 讨论结果的合理性.

考法7 晶体与非晶体

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考点50

热力学定律与能量守恒定律

1. 热力学第一定律 (1) 做功和热传递是改变物体内能的两种方式. (2) 热力学第一定律:一个热力学系统的内能增量等于外界向它传 递的热量与外界对它所做的功的和.用公式表达为:ΔU=Q+W. 2.热力学第二定律 (1) 热传导的方向性:两个温度不同的物体接触时,热量会自发地 从高温物体传到低温物体,不能自发地从低温物体传到高温物体.而低 温物体必须要依靠外界的辅助才能将热量传给高温物体. 20

考点50 热力学定律与能量守恒定律

(2) 第二类永动机:从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做 功,而不产生他变化的机器.机械能和内能的转化过程具有方向性, 违背热力学第二定律,不可能实现. (3) 热力学第二定律 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:不可能从单一热源吸收热量,使之完全变为有用 功,而不产生其他影响. 3.能量守恒定律 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 为另一种形式,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. 21

考点50 热力学定律与能量守恒定律

考法8 对热力学第一定律的理解★★★
1.热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的过程是 等效的,而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系.此定 律是标量式,应用时功、内能、热量的单位应统一为国际单位焦耳. 2.对公式ΔU=Q+W符号的规定:

22

考点50 热力学定律与能量守恒定律 3. 几种特殊情况:

(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; (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; (3) 若过程的始末状态物体的内能不变,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. 4.注意事项: (1) 应用热力学第一定律时要明确研究的对象是哪个物体或者是 哪个热力学系统; (2) 应用热力学第一定律计算时,要依照符号法则代入数据,对

结果的正、负也同样依照规则来解释其意义;
23

考点50 热力学定律与能量守恒定律

(3) 分析此类问题需要注意两点,“绝热”说明与外界没有热交换,
气体向真空扩散时对外不做功.

24

考点50 热力学定律与能量守恒定律

考法9 对热力学第二定律的理解★★★
1.对热力学第二定律关键词的理解
在热力学第二定律的表述中,“自发地”“不产生其他影响”的含 义: (1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性,不需要 借助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,如吸热、放热、做功等. 2.热力学第二定律的实质 热力学第二定律的每一种表述,都揭示了大量分子参与宏观过程的 方向性,进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具 有方向性. 25

考点50 热力学定律与能量守恒定律

3.热力学过程方向性实例

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考点51 实验:用油膜法估 测分子的大小
1. 实验原理 用油膜法估测分子大小的原理是:用累积法测出一滴油酸酒精溶液的 体积V0,根据溶液浓度算出一滴纯油酸的体积 V,测出油滴形成单分子油 膜层的面积S,如果把分子看做球形,就可算出油酸分子的直径 .分子 虽然很小,但分子间有空隙,除一些有机物质的大分子以外,一般物质分 子直径的数量级都是10-10 m.本实验采用使油酸在水面上形成一层单分 子的油膜的方法,估测分子的大小,油酸是一种脂肪酸,它的分子和水有 很强的亲和力,当它浮于水面时,能形成一个单分子层油膜,如果油膜分 子可以大致看做球形,油膜的厚度就是分子的直径,如图所示.

27

考点51 实验:用油膜法估测分子的大小

2.实验步骤 (1) 配制油酸酒精溶液,取1 mL的油酸滴入酒精中配制成500 mL的油 酸酒精溶液. (2) 用滴管或注射器将配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中 ,记下量筒内增加一定体积(例如1 mL)时的滴数,算出一滴油酸酒精溶 液的体积. (3) 实验时先向边长为30~40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水,然后

将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上,用滴管往水面上滴一滴油酸酒精
溶液,油酸立即在水面上散开. (4) 待油酸薄膜的形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,然后将油酸膜 的形状用彩笔画在玻璃板上.

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考点51 实验:用油膜法估测分子的大小 (5) 将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,算出油酸薄膜的

面积S.求面积时以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位.数出轮廓
内正方形的个数,不足半个的舍去,多于半个的算一个. (6) 根据配制的油酸酒精溶液的浓度,算出一滴溶液中纯油酸的 体积V.根据一滴纯油酸的体积V和薄膜的面积S即可算出油酸薄膜的 厚度 ,即油酸分子的大小.

3.误差分析 用油膜法估测分子的直径,通常可以测得比较准,实验误差通 常来自三个方面: (1) 形成单分子油膜 只有形成单分子油膜,才能用油膜的厚度代表分子的直径,



.要求使用的酒精的浓度、痱子粉的用量适宜.
29

考点51 实验:用油膜法估测分子的大小

(2) 油滴的体积V 用累积法测油滴的体积.先测出1 mL的油酸酒精溶液的滴数, 从而计算出一滴油酸酒精溶液的体积,再由油酸酒精溶液的浓度算 出纯油酸的体积. (3) 油膜的面积S 用坐标纸测出形状不规则油膜的面积.数出不规则图形的轮廓 包围的方格数,计算方格数时,不足半格的舍去,多于半格的算一 个,方格边长的单位越小,这种方法求出的面积越精确. 4.注意事项

(1) 油酸酒精溶液的浓度应小于0.1%.
(2) 痱子粉的用量不要太多,否则不易成功.

30

考点51 实验:用油膜法估测分子的大小

(3) 测一滴油酸酒精溶液的体积时,滴入量筒中的油酸酒精溶液的体 积应为整毫升数,应多滴几滴,数出对应的毫升数,这样求平均值时误 差较小. (4) 浅盘里水离盘口面的距离应小些,并要水平放置,以便准确地画 出油膜的形状,画线时视线应与板面垂直. (5) 要待油膜形状稳定后,再画轮廓. (6) 利用坐标纸求油膜面积时,以边长1 cm的正方形为单位,计算轮 廓内正方形的个数,不足半个的舍去,大于半个的算一个.

(7) 做完实验后,把水从盘的一侧边缘倒出,并用少量酒精清洗,然
后用脱脂棉擦拭,最后用水冲洗,以保持盘的清洁. 返回专题首页 31

考点52 热学 综合问题
考法10 热学综合问题★★★★
热学综合问题一方面以气体压强为桥梁表现为热学与力学的综合,涉
及受力分析、平衡条件、牛顿运动定律、气体实验定律、理想气体状态方 程等;另一方面以功和能为桥梁表现为实验定律与热力学定律的综合,涉 及气体实验定律、理想气体状态方程、动能定理、功能关系、热力学定律、 能量守恒等. 求解前一类问题时首先要以跟气体接触的物体为对象进行受力分析, 研究对象可以是活塞(或水银)、汽缸以及活塞和汽缸组成的整体,明确研 究对象是平衡还是加速运动,从而列出平衡方程或牛顿第二定律方程求出 32

考点52 热学综合问题

压强;接下来再以被封闭的气体为对象,明确气体的初、末状态,结合 气体实验定律、理想气体状态方程求解. 求解后一类问题时找到气体实验定律与热力学定律之间的联系,弄 清气体状态变化过程中各状态量的变化情况.两个规律的联系在于气体 的体积V和温度T,关系如下:(1)体积变化对应气体与外界做功的关系: 体积增大,气体对外界做功,即W<0;体积减小,外界对气体做功,即 W>0.(2)理想气体不计分子间作用力,即不计分子势能,故内能只与温度 有关,温度升高,内能增大,即 ΔU>0 ;温度降低,内能减小,即 ΔU<0 ,

最后结合热力学第一定律 ΔU=W+Q求解问题.另外,对理想气体,只
要体积变化,外界对气体(或气体对外界)要做功. 返回专题首页 33


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