2021版高2018级高三物理一轮复习课件第十三章热学(选修3—3)第3节热力学定律与能量守恒定律
其内能不一定改变
C．对系统做功，系统内能必定改变；系统向外传出一定热
量，其内能必定改变
D．若系统与外界不发生热交换，则系统的内能必定不改变 解析：系统的温度只能决定分子平均动能，而内能由分子动
能和分子势能共同决定，A 错误；做功和热传递都可以改变
系统的内能，B 正确，C、D 错误。 答案：B
2．[人教版选修 3－3P61T2](多选)下列现象中能够发生的是 ()
解析：活塞光滑、容器绝热，容器内空气体积增大，对外做
功，由 ΔU＝W＋Q 知，气体内能减少，温度降低。气体的 压强与温度和单位体积内的分子数有关，由于容器内空气的 温度低于外界温度，但压强相同，则容器中空气的密度大于 外界空气的密度。 答案：低于 大于
3．(多选)下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是 ( ) A．第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律 B．能量耗散过程中能量不守恒 C．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外 界，违背了热力学第二定律 D．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过 程具有方向性 E．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功
解析：第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律， 选项 A 正确。能量耗散过程中能量仍然守恒，只是将能量从高 度有用的形式降级为不大可用的形式，选项 B 错误。电冰箱的 制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是利用压缩机 做功，引起了其他变化，不违背热力学第二定律，选项 C 错误。 能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具 有方向性，选项 D 正确。物体从单一热源吸收的热量可全部用 于做功，引起了其他变化，选项 E 正确。 答案：ADE
第 3 节 热力学定律与能量守恒定律
着眼“四层” 夯基础 立足“四翼” 探考点 课时跟踪检测
着眼“四层” 夯基础
一、热力学第一定律 1．改变物体内能的两种方式 (1)做功；(2)热传递。[注 1] 2．热力学第一定律 (1)内容：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。 (2)表达式：ΔU＝ Q ＋W 。
变化。
(×)
(5)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量正在消失。 (×)
(6)利用河水的能量使船逆水航行的设想，符合能量守恒定律。
(√)
二、选择题
1．(沪科版选修 3－3 P96 T2)关于度改变时，其内能必定改变
B．系统对外做功，其内能不一定改变；向系统传递热量，
立足“四翼” 探考 点
考点一 热力学第一定律与能量守恒定律
[基础自修类]
【题点全练】
1．[热力学第一定律的理解]
(多选)关于一定量的气体，下列说法正确的是
()
A．气体吸热，内能一定增大
B．气体对外做功时，其内能一定减小
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．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加
A．一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热 B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能 C．桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的
水变清，泥、水自动分离 D．电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体
解析：根据热力学第二定律知，A、B 错误，D 正确；泥、 水分离是因为泥沙所受重力大于水的浮力，C 正确。 答案：CD
解析：由热力学第一定律 ΔU＝W＋Q 知，气体的内能变化由 W、
Q 共同决定，气体吸热，如果同时对外做功，则内能不一定增大，
故 A 错误；气体对外做功时，如果同时吸热，则其内能不一定 减小，故 B 错误；根据pTV＝C 可知，如果等温压缩，则内能不 变；等压膨胀，温度升高，内能一定增大，C、E 正确；理想气 体的分子势能为零，所以一定量的某种理想气体的内能只与分子 平均动能有关，而分子平均动能和温度有关，D 正确。 答案：CDE
三、能量守恒定律和两类永动机 1．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。 2．两类永动机 (1)第一类永动机：不消耗任何能量，却源源不断地对外做功 的机器。 违背能量守恒定律，因此不可能实现。 (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，而不引起其他变化的机器。 违背热力学第二定律，不可能实现。
二、热力学第二定律及微观意义 1．热力学第二定律的两种表述 (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：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，
而不产生其他影响。或表述为“第二类永动机是不可能制成 的。” 2．用熵的概念表示热力学第二定律 在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小(选填“增 大”或“减小”)。 3．热力学第二定律的微观意义 一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。
2．[热力学第一定律的应用] (2019·全国卷Ⅰ)某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和 活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体。初始时容器中 空气的温度与外界相同，压强大于外界。现使活塞缓慢移 动，直至容器中的空气压强与外界相同。此时，容器中空 气的温度________(填“高于”“低于”或“等于”)外界 温度，容器中空气的密度________(填“大于”“小于”或 “等于”)外界空气的密度。
[注 1] 做功和热传递对改变物体的内能具有等效性。
3．ΔU＝W＋Q 中正、负号法则
物理量
W
Q
ΔU
＋ 外界对物体做功 物体_吸__收_热量 内能_增__加_
－ [注 2]
物体对外界做功 物体_放__出_热量 内能_减__少_
[注 2] 功 W 的正负可以根据系统的体积变化判断： ①体积增大→系统对外做功→W＜0； ②体积减小→外界对系统做功→W＞0。
【基础自测】
一、判断题
(1)外界压缩气体做功 20 J，气体的内能可能不变。
(√)
(2)给自行车打气时，发现打气筒的温度升高，这是因为打气筒
从外界吸热。
(×)
(3)可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功。
(√)
(4) 热 机 中 ， 燃 气 的 内 能 可 以 全 部 变 为 机 械 能 而 不 引 起 其 他
2018高考物理大一轮复习领航课件：第十三章 热学(选修3-3) -第3节
课 时 规 范训练
第3节 热力学定律与能量守恒定律
做功
热传递
热量
做功
低温
高温
单一热源
热力学第二定律
能量守恒定律
√ √ ×
× ×
×
符号 ＋ －
W 外界对物体做功 物体对外界做功
Q 物体吸收热量 物体放出热量
ΔU机
不需要任何动力或燃料， 从单一热源吸收热量，
却能不断地对外做功的 使之完全变成功，而不
机器
产生其他影响的机器
违背能量守恒定律，不 可能制成
不违背能量守恒定律， 但违背热力学第二定律， 不可能制成
课时规范训练
高考物理一轮复习第十三章热学(第1课时)课件(选修33)高三选修33物理课件
(3)分子力随分子间距离的变化图像
二、温度和物体的内能 1．两种温标：摄氏温标和_热__力__学___温__标__． 关系：T＝t＋_________ K.
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2．分子的动能 (1)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． (2)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． 3．分子势能的决定因素 微观上——决定于分子间距离； 宏观上——决定于物体的体积． 4．物体的内能 (1)内能：物体中_所__有__分子的热运动动能与分子势能的总和； (2)对于给定的物体，其内能大小由物体的_温__度__和_体__积__决定.
的大小
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2017年Ⅱ卷Ⅲ卷33题 2016年Ⅰ卷Ⅱ卷33题
2016年Ⅰ卷33题
1.在全国卷的命题中，对该部分内容的考查，在选考部分 单独设置，考查的知识内容比较全面．重点考查分子动理 论、气体实验定律及热力学第一定律．题型一般以选择、 命题 计算为主． 特点 2．预计在2018年高考中，对本部分内容的考查仍将以分 子动理论、气体实验定律及热力学第一定律为重点，固体 与液体的性质及物态变化的知识也可能会考查到.
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【变式 5】(2018 北京卷)关于分子动理论，下列说法正确的是 ()
A．气体扩散的快慢与温度无关 B．布朗运动是液体分子的无规则运动 C．分子间同时存在着引力和斥力 D．分子间的引力总是随分子间距增大而增大 答案：C
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考点三 分子力和分子势能的理解
(1)一个分子的质量：m0＝NMA＝ρNVAm. (2)一个分子的体积：V0＝VNmA＝ρMNA.(注：对气体，V0 为一个分
高考物理(人教版)一轮课件：选修3-3 热学 第3讲 热力学定律与能量守恒
表示物体的冷热程度，是物体分 子平均动能大小的标志，它是大 量分子热运动的集体表现，对个 别分子来说，温度没有意义
物体内所有分子动能和势能的总 内能 和，它是由大量分子的热运动和 （热能） 分子的相对位置所决定的能
状 态 量
含
义
特 点
热
量
是热传递过程中内能的改变量， 热量用来量度热传递过程中内能 转移的多少 做功过程是机械能或其他形式的 过
（4）做成一条船利用河水的能量逆水航行的设想，符合能量 守恒定律。( ) （5）热机中，燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他 变化。( ) 分析:做功和热传递在改变物体内能上是等效的，但本质不同， 做功是将其他形式的能转化为内能或将内能转化为其他形式的 能；热传递是将一个物体的内能转移到另一个物体,（1）错。
普遍规律
知识点 3 热力学第二定律 Ⅰ 1.热力学第二定律的三种表述 （1）克劳修斯表述：热量不能_______从低温物体传到高温物 体。 （2）开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变 成功，而_______________。或表述为“_______永动机是不可 自发地 能制成的。” （3）用熵的概念表示热力学第二定律。 在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会_____。
如果物体吸收热量的同时又对外做功，且吸收的 热量与对外做的功在数值上相等，此时物体的内能不发生变 化，（2）对。给自行车轮胎打气时，人要不断地把空气压入
轮胎内，其实是通过压缩不停地对气体做功，使气体的内能增
大，气体及打气筒的温度也随之升高，（3）错。让船先静止在 水中，设计一台水力发电机使船获得足够的电能，然后把电能 转化为船的动能可使船逆水航行，（4）对。根据热力学第二定 律可知，机械能可全部变为内能，而内能不可能全部变为机械 能而不引起其他变化，（5）错。
高考物理一轮复习第十三章热学(第3课时)课件(选修33)高三选修33物理课件
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第二十五页，共四十四页。
(1)活塞静止时，求汽缸内气体的压强； (2)若降低汽缸内气体的温度，当活塞 A 缓慢向右移动L2时，求 汽缸内气体的温度． 答案：(1)1.2×105 Pa (2)500 K
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第二十六页，共四十四页。
解析 (1)设静止时汽缸内气体压强为 p1，活塞受力平衡 p1S1 ＋p0S2＝p0S1＋p1S2＋mg
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第十三页，共四十四页。
解析：设初始时，右管中空气柱的压强为 p1，长度为 l1；左管 中空气柱的压强为 p2＝p0，长度为 l2.活塞被下推 h 后，右管中空气 柱的压强为 p1′，长度为 l1′；左管中空气柱的压强为 p2′，长度 为 l2′.以 cmHg 为压强单位．由题给条件得
代入数据解得 p1＝1.2×105 Pa (2)由活塞受力平衡可知缸内气体压强没有变化，设开始温度为 T1，变化后温度为 T2，由盖—吕萨克定律得 S1L＋ T1 S2L＝S1·L2TS22·32L 代入数据解得 T2＝500 K.
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第二十七页，共四十四页。
类型 2 关联气体问题 【例 4】(2017·全国卷Ⅰ·33(2))如图，容积均为 V 的汽缸 A、B 下端有细管(容积可忽略)连通，阀门 K2 位于细管的中部，A、B 的 顶部各有一阀门 K1、K3；B 中有一可自由滑动的活塞(质量、体积 均可忽略)．初始时，三个阀门均打开，活塞在 B 的底部；关闭 K2、 K3，通过 K1 给汽缸充气，使 A 中气体的压强达到大气压 p0 的 3 倍 后关闭 K1.已知室温为 27 ℃，汽缸导热．
(3)挖掘题目的隐含条件，如几何关系等，列出辅助方程． (4)多个方程联立求解．对求解的结果注意检验它们的合理性． 2．常见类型 (1)气体系统处于平衡状态，需综合应用气体实验定律和物体的 平衡条件解题．
高考新课标物理一轮复习课件：选修3-3 第3讲 热力学定律与能量守恒
3．关于热力学定律，下列说法正确的是 ( )． A．在一定条件下物体的温度可以降到0 K B．物体从单一热源吸收的热量可全部用于 做功 C．吸收了热量的物体，其内能一定增加 D．压缩气体总能使气体的温度升高 答案 B
4．(2010·广东高考)如图1－3－1所示是密 闭的汽缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气 体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，缸内 气体的( )． A．温度升高，内能增加600 J B．温度升高，内能减少200 J 图 1－ 3－ 1 C．温度降低，内能增加600 J D．温度降低，内能减少200 J 解析 由热力学第一定律知：由W＋Q＝ΔU 得：ΔU＝800 J＋(－200 J)＝600 J，B、D错， 一定质量的理想气体的内能大小只与温度有 关，ΔU＝600 J>0，故温度一定升高，A选项正
5．(2011·福州质检)(1)下列关于分子运动 和热现象的说法中正确的是________(填选项前 的字母)． A．布朗运动反映了悬浮微粒中分子运动的 无规则性 B．冰融化为同温度的水时，其分子势能增 加 C．热机效率不可能提高到100%……，因 为它违背了热力学第一定律 D．气体如果失去了容器的约束就会散开， 这是因为气体分子之间存在斥力
(3)两类永动机 ①第一类永动机 不消耗任何能量，却源源不断地对外做功的 机器． 不能制成的原因：违背能量守恒定律． ②第二类永动机 从单一热库吸收热量并把它全部用来对外做 功，而不引起其他变化的机器． 不能制成的原因：违背了热力学第二定律．
1．三种特殊情况 (1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU. (2)若过程中不做功，即W＝0，Q＝ΔU. (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.
考点一 热力学定律及能量守恒定律的理解 及应用 【典例1】 一定质量的气体，在从一个状态①变化到另 一个状态②的过程中，吸收热量280 J，并对外 做功120 J，试问： (1)这些气体的内能发生了怎样的变化？ (2)如果这些气体又返回原来的状态，并放 出了240 J热量，那么在返回的过程中是气体对 外界做功，还是外界对气体做功？做功多少？
高考物理一轮复习 专题十三 热学 考点1 分子动理论 内能课件(选修3-3)
3．分子间的相互作用力 (1)分子间同时存在相互作用的 引力和斥力 。 实际表现出的分子力是 引力和斥力 的合力。
(2)分子间的相互作用力的特点：分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而 减小 ，随分子间距离 的减小而 增大 ， 斥力 比引力变化更快。
，即为油酸分子的直径。比较算出的分子直径，看其数量级(单位为
m)是否
为 10－10，若不是 10－10，需重做实验。
重难点 一、对分子动理论的理解及应用 1．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
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 ①微观上——决定于 分子间距离 和分子排列情况；取 r→∞处为零势能处，分子势能 Ep 与分子间 距离 r 的关系如图所示，当 r＝r0 时分子势能最小。 ②宏观上——决定于 体积 和状态。
2．分子永不停息地做无规则热运动 (1)扩散现象：由于物质分子的无规则运动而产生的物质迁移现象。温度越高，扩散得 越快 。 (2)布朗运动：在显微镜下看到的悬浮在液体中的 微粒 的永不停息的无规则运动。布朗运动反映了 液体内部的分子 的无规则运动。微粒越 小 ，运动越明显；温度越 高，运动越剧烈。
周围的分子仍在做热运动
微镜直接观察到
观察 裸眼可见
专题十三 热学(选修3－3)
考点一 分子动理论 内能
撬点·基础点 重难点
基础点
知识点 1 分子动理论的基本观点和实验依据、阿伏加德罗 常数
高三物理一轮复习课件 选修3-3《热学》
8.气体实验定律
Ⅰ 三年12考
9.理想气体
Ⅰ 三年12考
10.饱和蒸气、未饱和蒸气和饱和蒸气压 Ⅰ 三年2考
11.相对湿度
Ⅰ 三年2考
12.热力学第一定律
Ⅰ 三年12考
13.能量守恒定律
Ⅰ 三年12考
14.热力学第二定律 15.要知道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.包 括摄氏度(℃)、标准大气压 实验：用油膜法估测分子的大小
选修3-3 热学
1.分子动理论的基本观点和实验依据 2.阿伏加德罗常数 3.气体分子运动速率的统计分布 4.温度是分子平均动能的标志、内能 5.固体的微观结构、晶体和非晶体 6.液晶的微观结构 7.液体的表面张力现象
Ⅰ 三年6考 Ⅰ 三年10考 Ⅰ 三年5考 Ⅰ 三年6考 Ⅰ 三年5考 Ⅰ 三年3考 Ⅰ 三年4考
二、复习方法及重点难点突破 1.复习方法 对本部分内容的复习应抓好以下几个方面： (1)加强对基本概念和基本规律的理解和记忆，通过复习， 在理解的基础上记住本部分的基本概念和基本规律，如布朗运 动、分子动能、分子势能、物体内能、热传递、分子力等概念； 分子特点及分子力随距离变化的关系，分子势能随分子间距的 变化关系，分子动能与温度的关系，晶体与非晶体的特点，热 力学第一、第二定律，三个气体实验定律及理想气体状态方程 等.
Ⅰ 三年10考
Ⅰ 三年2考 三年5考
1.本模块知识点多，涉及知识面广，把宏观的现象和微观的分 子运动相联系，主要通过阿伏加德罗常数把宏观量和微观量联 系起来，以实验为基础从分子动理论的角度理解物体的内能， 固体、液体、气体的微观结构以及气体的实验定律；以热力学 定律为基础来说明宏观的热现象发生的可能性和方向性
一、知识特点 1.本部分的概念多、规律多且涉及概念比较抽象，概念间 联系多而杂 2.本部分包含了高中热学的全部内容，共三部分，第一是 分子动理论的内容，主要从微观角度来认识热现象，是学习热 学的基础.第二是热力学定律，包括热力学第一定律和热力学第 二定律，研究热现象中所遵循的规律.第三是对气体的研究，确 定气体的状态参理想气体”模型，结合理 想气体状态方程 pV C ,判断气体状态参量间的关系.并利用图
2021版高2018级高三物理一轮复习课件配套学案教师版第十三章热学(选修3.3)
考情分析★靶向明确未曾独立命题的考点命题概率较小的考点命题概率较大的考点阿伏加德罗常数（Ⅰ）液晶的微观结构（Ⅰ）液体的表面张力现象（Ⅰ）饱和蒸气、未饱和蒸气、饱和蒸气压（Ⅰ）能量守恒定律（Ⅰ）中学物理中涉及的国际单位制的基本单位和其他单位, 例如摄氏度、标准大气压（Ⅰ）分子动理论的基本观点和实验依据（Ⅰ）'15Ⅱ卷T33（1）（5分）气体实验定律（Ⅱ）'19Ⅰ卷T33（2）（10分）, Ⅱ卷T33（1）（5分）, Ⅱ卷T33（2）（10分）,Ⅲ卷T33（2）（10分）气体分子运动速率的统计分布（Ⅰ）'17Ⅰ卷T33（1）（5分）'18Ⅰ卷T33（2）（10分）, Ⅱ卷T33（2）（10分）, Ⅲ卷T33（2）（10分）温度、内能（Ⅰ）'18Ⅱ卷T33（1）（5分）'17Ⅱ卷T33（1）（5分）'16Ⅱ卷T33（1）（5分）'16Ⅲ卷T33（1）（5分）'17Ⅰ卷T33（2）（10分）, Ⅱ卷T33（2）（10分）, Ⅲ卷T33（2）（10分）固体的微观结构、晶体和非晶体（Ⅰ）'15Ⅰ卷T33（1）（5分）'16Ⅰ卷T33（2）（10分）, Ⅱ卷T33（2）（10分）, Ⅲ卷T33（2）（10分）理想气体（Ⅰ）'18Ⅰ卷T33（1）（5分）'15Ⅰ卷T33（2）（10分）, Ⅱ卷T33（2）'18Ⅲ卷T33（1）（5分）'17Ⅲ卷T33（1）（5分）'16Ⅱ卷T33（1）（5分）'16Ⅲ卷T33（1）（5分）（10分）相对湿度（Ⅰ）'16Ⅱ卷T33（1）（5分）热力学第一定律（Ⅰ）'19Ⅰ卷T33（1）（5分）热力学第二定律（Ⅰ）'16Ⅰ卷T33（1）（5分）'18Ⅰ卷T33（1）（5分）,Ⅲ卷T33（1）（5分）实验十三: 用油膜法估测分子的大小'19Ⅲ卷T33（1）（5分）'17Ⅱ卷T33（1）（5分）,Ⅲ卷T33（1）（5分）'16Ⅰ卷T33（1）（5分）,Ⅱ卷T33（1）（5分）第1节分子动理论内能一、分子动理论的三条基本内容1. 物体是由大量分子组成的（1）分子的大小①分子的直径（视为球模型）: 数量级为10－10 m；②分子的质量: 数量级为10－26 kg。
高考物理一轮复习第十三章热学(第2课时)课件(选修33)高三选修33物理课件
石英、云母、食盐、硫酸铜
玻璃、蜂蜡、
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第三页，共三十六页。
2.液体 (1)液体的表面张力 ①作用：液体的__表_面__张__力__(b_iǎ_o使mià液nzh面āngl具ì) 有收缩到表面积最小的趋势． ②原因：液体表面层分子间距较大，分子力表现为引力．
(2)液晶 ①液晶分子既能在某条件下保持排列有序而显示光学性质各向 _异__性__(y，ìxìn又g) 可以自由移动位置，保持了液体的__流__动__性__； ②液晶分子的位置无序使它像_液__体___，排列有序使它像晶__体____； ③液晶的物理性质很容易在外界的影响下_发__生__改__变____．
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第十五页，共三十六页。
2．加速运动系统中封闭气体压强的计算方法：选与气体接触 的液柱或活塞(或气缸)为研究对象，利用牛顿第二定律列方程求出 封闭气体的压强．
如图所示，当竖直放置的玻璃管向上加速时，对液柱受力分析 有
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第十六页，共三十六页。
pS－p0S－mg＝ma，S 为横截面积． 得 p＝p0＋m（gS＋a）. 3．固定容器内气体的压强计算方法：由题目给定的气体状态 参量及变化过程特点，结合实验定律求解气体的压强．
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第十三页，共三十六页。
BCD 解析：晶体有固定的熔点，并不会因为颗粒的大小而改 变，即使敲碎为小颗粒，仍旧是晶体，选项 A 错误；固体分为晶体 和非晶体两类，有些晶体在不同方向上光学性质不同，表现为晶体 具有各向异性，选项 B 正确；同种元素构成的固体可能由于原子的 排列方式不同而形成不同的晶体，如金刚石和石墨，选项 C 正确； 晶体的分子排列结构如果遭到破坏就可能形成非晶体，反之亦然， 选项 D 正确；熔化过程中，晶体要吸热，温度不变，但是内能增大， 选项 E 错误．
2018高考物理大一轮复习：第13章热学(选修3-3)(8份打包有课件)
2018高考物理大一轮复习：第13章热学（选修3-3）（8份打包有课件）第1节分子动理论内能一、分子动理论1．物体是由大量分子组成的(1)分子模型：主要有两种模型，固体与液体分子通常用球体模型，气体分子通常用立方体模型．(2)分子的大小①分子直径：数量级是10－10 ；②分子质量：数量级是10－26 g；③测量方法：油膜法．(3)阿伏加德罗常数1 l任何物质所含有的粒子数，NA＝602×1023 l－12．分子热运动分子永不停息的无规则运动．(1)扩散现象相互接触的不同物质彼此进入对方的现象．温度越高，扩散越快，可在固体、液体、气体中进行．(2)布朗运动悬浮在液体(或气体)中的微粒的无规则运动，微粒越小，温度越高，布朗运动越显著．3．分子力分子间同时存在引力和斥力，且都随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而增大，但总是斥力变化得较快．二、内能1．分子平均动能(1)所有分子动能的平均值．(2)温度是分子平均动能的标志．2．分子势能由分子间相对位置决定的能，在宏观上分子势能与物体体积有关，在微观上与分子间的距离有关．3．物体的内能(1)内能：物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和．(2)决定因素：温度、体积和物质的量．三、温度1．意义：宏观上表示物体的冷热程度(微观上标志物体中分子平均动能的大小)．2．两种温标(1)摄氏温标t：单位℃，在1个标准大气压下，水的冰点作为0 ℃，沸点作为100 ℃，在0 ℃～100 ℃之间等分100份，每一份表示1 ℃(2)热力学温标T：单位，把－2731 ℃作为0(3)就每一度表示的冷热差别说，两种温度是相同的，即ΔT＝Δt只是零值的起点不同，所以二者关系式为T＝t＋2731(4)绝对零度(0 )，是低温极限，只能接近不能达到，所以热力学温度无负值．[自我诊断]1．判断正误(1)质量相等的物体含有的分子个数不一定相等．(√)(2)组成物体的每一个分子运动是有规律的．(×)(3)布朗运动是液体分子的运动．(×)(4)分子间斥力随分子间距离的减小而增大，但分子间引力却随分子间距离的减小而减小．(×)()内能相同的物体，温度不一定相同．(√)(6)分子间无空隙，分子紧密排列．(×)2．(多选)墨滴入水，扩而散之，徐徐混匀．关于该现象的分析正确的是()A．混合均匀主要是由于碳粒受重力作用B．混合均匀的过程中，水分子和碳粒都做无规则运动．使用碳粒更小的墨汁，混合均匀的过程进行得更迅速D．墨汁的扩散运动是由于碳粒和水分子发生化学反应引起的解析：选B根据分子动理论的知识可知，最后混合均匀是扩散现象，水分子做无规则运动，碳粒做布朗运动，由于布朗运动的剧烈程度与颗粒大小和温度有关，所以使用碳粒更小的墨汁，布朗运动会更明显，则混合均匀的过程进行得更迅速，故选B、3．关于物体的内能，以下说法正确的是()A．不同物体，温度相等，内能也相等B．所有分子的势能增大，物体内能也增大．温度升高，分子平均动能增大，但内能不一定增大D．只要两物体的质量、温度、体积相等，两物体的内能一定相等解析：选不同物体，温度相等，分子平均动能相等，分子动能不一定相等，不能说明内能也相等，A错误；所有分子的势能增大，不能反映分子动能如何变化，不能确定内能也增大，B错误；两物体的质量、温度、体积相等，但其物质的量不一定相等，不能得出内能相等，D 错误，正确．考点一宏观量与微观量的计算1．微观量：分子体积V0、分子直径d、分子质量02．宏观量：物体的体积V、摩尔体积V、物体的质量、摩尔质量、物体的密度ρ3．关系(1)分子的质量：0＝NA＝ρVNA(2)分子的体积：V0＝VNA＝ρNA(3)物体所含的分子数：N＝VV•NA＝ρV•NA或N＝•NA＝ρV•NA4．分子的两种模型(1)球体模型直径d＝36V0π(常用于固体和液体)(2)立方体模型边长d＝3V0(常用于气体)对于气体分子，d＝3V0的值并非气体分子的大小，而是两个相邻的气体分子之间的平均距离．1．(多选)若以μ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，ρ表示在标准状态下水蒸气的密度，NA表示阿伏加德罗常数，、v分别表示每个水分子的质量和体积，下面关系正确的是()A．NA＝ρV B．ρ＝μNAv．ρ＜μNAv D．＝μNA解析：选AD由于μ＝ρV，则NA＝μ＝ρV，变形得＝μNA，故A、D 正确；由于分子之间有空隙，所以NAv＜V，水的密度为ρ＝μV＜μNAv，故正确，B错误．2．(多选)已知铜的摩尔质量为(g/l)，铜的密度为ρ(g/3)，阿伏加德罗常数为NA(l－1)．下列判断正确的是()A．1 g铜所含的原子数为NAB．1 3铜所含的原子数为NAρ．1个铜原子的质量为NA(g)D．1个铜原子的体积为ρNA(3)解析：选AD1 g铜所含的原子数N＝1NA＝NA，A正确；同理，1 3铜所含的原子数N＝ρNA＝ρNA，B错误；1个铜原子的质量0＝NA(g)，正确；1个铜原子的体积V0＝0ρ＝ρNA(3)，D正确．3．(2016•陕西西安二模)目前专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术．实验发现，在水深300 处，二氧化碳将变成凝胶状态，当水深超过2 00 时，二氧化碳会浓缩成近似固体的硬胶体．设在某状态下二氧化碳气体的密度为ρ，摩尔质量为，阿伏加德罗常数为NA，将二氧化碳分子看成直径为D的球球的体积公式V球＝16πD3，则在该状态下体积为V的二氧化碳气体变成硬胶体后体积为________．解析：二氧化碳气体变成硬胶体后，可以看成是分子一个个紧密排列在一起的，故体积为V的二氧化碳气体质量为＝ρV；所含分子数为n＝NA＝ρVNA；变成硬胶体后体积为V′＝n•16πD3＝πρVNAD36答案：πρVNAD36在进行微观量与宏观量之间的换算的两点技巧(1)正确建立分子模型：固体和液体一般建立球体模型，气体一般建立立方体模型．(2)计算出宏观量所含物质的量，通过阿伏加德罗常数进行宏观量与微观量的转换与计算．考点二布朗运动与分子热运动布朗运动热运动活动主体固体小颗粒分子区别是固体小颗粒的运动，是比分子大得多的分子团的运动，较大的颗粒不做布朗运动，但它本身的以及周围的分子仍在做热运动是指分子的运动，分子无论大小都做热运动，热运动不能通过光学显微镜直接观察到共同点都是永不停息的无规则运动，都随温度的升高而变得更加激烈，都是肉眼所不能看见的联系布朗运动是由于小颗粒受到周围分子做热运动的撞击力不均衡而引起的，它是分子做无规则运动的反映1．(多选)关于扩散现象，下列说法正确的是()A．温度越高，扩散进行得越快B．扩散现象是不同物质间的一种化学反应．扩散现象是由物质分子无规则运动产生的D．扩散现象在气体、液体和固体中都能发生E．液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的解析：选AD扩散现象与温度有关，温度越高，扩散进行得越快，选项A正确．扩散现象是由于分子的无规则运动引起的，不是一种化学反应，选项B错误、选项正确、选项E错误．扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，选项D正确．2．关于布朗运动，下列说法正确的是()A．布朗运动就是液体分子的无规则运动B．布朗运动就是悬浮微粒的固体分子的无规则运动．气体分子的运动是布朗运动D．液体中的悬浮微粒越大，布朗运动就越不明显解析：选D布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒的无规则运动，是液体分子无规则运动的表现，A、B错误．气体分子的运动不是布朗运动，错误．布朗运动的剧烈程度与液体的温度以及颗粒的大小有关，液体中的悬浮微粒越大，布朗运动就越不明显，D正确．3．(多选)下列哪些现象属于热运动()A．把一块平滑的铅板叠放在平滑的铝板上，经相当长的一段时间再把它们分开，会看到与它们相接触的面都变得灰蒙蒙的B．把胡椒粉末放入菜汤中，最后胡椒粉末会沉在汤碗底，但我们喝汤时尝到了胡椒的味道．含有泥沙的水经一定时间会变澄清D．用砂轮打磨而使零温度升高解析：选ABD热运动在微观上是指分子的运动，如扩散现象，在宏观上表现为温度的变化，如“摩擦生热”、物体的热传递等，而水变澄清的过程是泥沙在重力作用下的沉淀，不是热运动，错误．区别布朗运动与热运动应注意以下两点(1)布朗运动并不是分子的热运动．(2)布朗运动可通过显微镜观察，分子热运动不能用显微镜直接观察．考点三分子力、分子力做功和分子势能分子力和分子势能随分子间距变化的规律如下：分子力F分子势能Ep随分子间距的变化图象随分子间距的变化情况r＜r0F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表现为斥力r增大，分子力做正功，分子势能减小；r减小，分子力做负功，分子势能增加r＞r0F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，分子力做负功，分子势能增加；r减小，分子力做正功，分子势能减小r＝r0F引＝F斥，F＝0分子势能最小，但不为零r＞10r0 (10－9)F引和F斥都已十分微弱，可以认为F＝0分子势能为零[典例](2016•东北三省三市联考)(多选)分子力比重力、引力等要复杂得多，分子势能跟分子间的距离的关系也比较复杂．图示为分子势能与分子间距离的关系图象，用r0表示分子引力与分子斥力平衡时的分子间距，设r→∞时，Ep＝0，则下列说法正确的是()A．当r＝r0时，分子力为零，Ep＝0B．当r＝r0时，分子力为零，Ep为最小．当r0＜r＜10r0时，Ep随着r的增大而增大D．当r0＜r＜10r0时，Ep随着r的增大而减小E．当r＜r0时，Ep随着r的减小而增大解析由Ep－r图象可知，r＝r0时，Ep最小，再结合F－r图象知此时分子力为0，则A项错误，B项正确；结合F－r图象可知，在r0＜r＜10r0内分子力表现为引力，在间距增大过程中，分子引力做负功分子势能增大，则项正确，D项错误；结合F－r图象可知，在r ＜r0时分子力表现为斥力，在间距减小过程中，分子斥力做负功，分子势能增大，则E项正确．答案BE判断分子势能变化的两种方法(1)利用分子力做功判断分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增加．(2)利用分子势能Ep与分子间距离r的关系图线判断如图所示，仅受分子力作用，分子动能和势能之和不变，根据Ep变化可判知E变化．而Ep变化根据图线判断．但要注意此图线和分子力与分子间距离的关系图线形状虽然相似，但意义不同，不要混淆．1．(2016•海口模拟)(多选)两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图中曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为r0相距很远的两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近．若两分子相距无穷远时分子势能为零，下列说法正确的是()A．在r＞r0阶段，F做正功，分子动能增加，势能减小B．在r＜r0阶段，F做负功，分子动能减小，势能也减小．在r＝r0时，分子势能最小，动能最大D．在r＝r0时，分子势能为零E．分子动能和势能之和在整个过程中不变解析：选AE由Ep－r图可知：在r＞r0阶段，当r减小时F做正功，分子势能减小，分子动能增加，故A正确；在r＜r0阶段，当r减小时F做负功，分子势能增加，分子动能减小，故B错误；在r＝r0时，分子势能最小，但不为零，动能最大，故正确，D错误；在整个相互接近的过程中，分子动能和势能之和保持不变，故E正确．2．(2016•东烟台二模)(多选)两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动，直至不再靠近．在此过程中，下列说法正确的是()A．分子力先增大，后一直减小B．分子力先做正功，后做负功．分子动能先增大，后减小D．分子势能先增大，后减小E．分子势能和动能之和不变解析：选BE两分子从较远靠近的过程分子力先表现为引力且先增大后减小，到平衡位置时，分子力为零，之后再靠近分子力表现为斥力且越越大，A选项错误；分子力先做正功后做负功，B选项正确；分子势能先减小后增大，动能先增大后减小，选项正确、D选项错误；只有分子力做功，分子势能和分子动能相互转化，总和不变，E选项正确．考点四实验：用油膜法估测分子大小1 实验原理：利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜，将油酸分子看作球形，测出一定体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积，用d＝VS计算出油膜的厚度，其中V为一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积，S为油膜面积，这个厚度就近似等于油酸分子的直径．2．实验器材：盛水浅盘、滴管(或注射器)、试剂瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉(或细石膏粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩笔．3．实验步骤：(1)取1 L(1 3)的油酸溶于酒精中，制成200 L的油酸酒精溶液．(2)往边长为30～40 的浅盘中倒入约2 深的水，然后将痱子粉(或细石膏粉)均匀地撒在水面上．(3)用滴管(或注射器)向量筒中滴入n滴配制好的油酸酒精溶液，使这些溶液的体积恰好为1 L，算出每滴油酸酒精溶液的体积V0＝1n L(4)用滴管(或注射器)向水面上滴入一滴配制好的油酸酒精溶液，油酸就在水面上慢慢散开，形成单分子油膜．()待油酸薄膜形状稳定后，将一块较大的玻璃板盖在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上．(6)将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积．(7)据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V，据一滴油酸的体积V和薄膜的面积S，算出油酸薄膜的厚度d＝VS，即为油酸分子的直径．比较算出的分子直径，看其数量级(单位为)是否为10－10，若不是10－10需重做实验．4．实验时应注意的事项：(1)油酸酒精溶液的浓度应小于11 000(2)痱子粉的用量不要太大，并从盘中央加入，使粉自动扩散至均匀．(3)测1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，应多滴几毫升，数出对应的滴数，这样求平均值误差较小．(4)浅盘里水离盘口面的距离应较小，并要水平放置，以便准确地画出薄膜的形状，画线时视线应与板面垂直．()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，以边长为1 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．．可能引起误差的几种原因：(1)纯油酸体积的计算引起误差．(2)油膜面积的测量引起的误差主要有两个方面：①油膜形状的画线误差；②数格子法本身是一种估算的方法，自然会带误差．1．(2016•湖北三校联考)在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：①往边长约为40 的浅盘里倒入约2 深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上．②用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定．③将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小．④用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积．⑤将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上．完成下列填空：(1)上述步骤中，正确的顺序是_____．(填写步骤前面的数字)(2)将1 3的油酸溶于酒精，制成300 3的油酸酒精溶液，测得1 3的油酸酒精溶液有0滴．现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜的面积是013 2由此估算出油酸分子的直径为________ ．(结果保留1位有效数字)解析：(1)依据实验顺序，首先配置混合溶液，然后在浅盘中放水和痱子粉，将一滴溶液滴入浅盘中，将玻璃板放在浅盘上获取油膜形状，最后用已知边长的坐标纸上的油膜形状计算油膜的总面积，故正确的操作顺序为④①②⑤③；(2)一滴油酸酒精溶液的体积为V＝1 3300×0＝SD，其中S＝013 2，故油酸分子直径D＝VS＝1×10－63300×0×013 2＝×10－10答案：(1)④①②⑤③(2)×10－102．(1)现有按酒精与油酸的体积比为∶n配制好的油酸酒精溶液，用滴管从量筒中取体积为V的该种溶液，让其自由滴出，全部滴完共N 滴．把一滴这样的溶液滴入盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面上展开，稳定后形成单分子油膜的形状如图所示，已知坐标纸上每个小方格面积为S根据以上数据可估算出油酸分子直径为d＝________；(2)若已知油酸的密度为ρ，阿伏加德罗常数为NA，油酸的分子直径为d，则油酸的摩尔质量为________．解析：(1)一滴油酸酒精溶液里含油酸的体积为：V1＝nV＋nN，油膜的总面积为8S；则油膜的厚度即为油酸分子直径，即d＝V18S＝nV8S＋nN(2)一个油酸分子的体积：V′＝16πd3，则油酸的摩尔质量为＝ρNA V′＝16πρNAd3答案：(1)nV8S＋nN(2)πρNAd363．在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，所用油酸酒精溶液的浓度为每104 L溶液中有纯油酸6 L，用注射器测得1 L上述溶液为7滴．把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔在玻璃板上描出油膜的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图所示，坐标中正方形方格的边长为 1 则(1)油酸薄膜的面积是________2(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________L(取一位有效数字)(3)按以上实验数据估测出油酸分子直径约为________．(取一位有效数字)解析：(1)根据数方格数的原则“多于半个的算一个，不足半个的舍去”可查出共有11个方格，故油膜的面积：S＝11×1 2＝11 2(2)一滴油酸酒精溶液的体积：V′＝17 L，一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积：V＝6104V′＝8×10－6 L(3)油酸分子的直径：d＝VS＝8×10－1211×10－4 ＝7×10－10答案：(1)11±3(2)8×10－6(3)7×10－10时规范训练[基础巩固题组]1．(多选)以下关于分子动理论的说法中正确的是()A．物质是由大量分子组成的B．－2 ℃时水已经结为冰，部分水分子已经停止了热运动．随分子间距离的增大，分子势能可能先减小后增大D．分子间的引力与斥力都随分子间距离的增大而减小解析：选AD物质是由大量分子组成的，A正确；分子是永不停息地做无规则运动的，B错误；在分子间距离增大时，如果先是分子力做正功，后是分子力做负功，则分子势能是先减小后增大的，正确；分子间的引力与斥力都随分子间距离的增大而减小，但斥力变化得快，D正确．2．下列叙述正确的是()A．只要知道水的摩尔质量和水分子的质量，就可以计算出阿伏加德罗常数B．只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，就可以算出气体分子的体积．悬浮在液体中的固体颗粒越大，布朗运动就越明显D．当分子间的距离增大时，分子间的引力变大而斥力减小解析：选A水的摩尔质量除以水分子的质量就等于阿伏加德罗常数，选项A正确；气体分子间的距离很大，气体的摩尔体积除以阿伏加德罗常数得到的不是气体分子的体积，选项B错误；布朗运动与固体颗粒大小有关，颗粒越大，布朗运动越不明显，选项错误；当分子间距离增大时，分子间的引力和斥力都减小，选项D错误．3．(多选)1 g 100 ℃的水和1 g 100 ℃的水蒸气相比较，下列说法正确的是()A．分子的平均动能和分子的总动能都相同B．分子的平均动能相同，分子的总动能不同．内能相同D．1 g 100 ℃的水的内能小于1 g 100 ℃的水蒸气的内能解析：选AD温度相同则它们的分子平均动能相同；又因为1 g水和1 g水蒸气的分子数相同，因而它们的分子总动能相同，A正确、B 错误；当100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气时，分子间距离变大，分子力做负功、分子势能增加，该过程吸收热量，所以1 g 100 ℃的水的内能小于1 g 100 ℃的水蒸气的内能，错误、D正确．4．(多选)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．液体温度越高，悬浮粒子越小，布朗运动越剧烈．布朗运动是由于液体各个部分的温度不同而引起的D．布朗运动是由液体分子从各个方向对悬浮粒子撞击作用的不平衡引起的解析：选BD布朗运动是悬浮颗粒的无规则运动，A错误．温度越高、颗粒越小，布朗运动越剧烈，B正确．布朗运动是由液体分子撞击的不平衡引起的，间接反映了液体分子的无规则运动，错误、D正确．．(多选)下列说法正确的是()A．显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这反映了液体分子运动的无规则性B．分子间的相互作用力随着分子间距离的增大，一定先减小后增大．分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大D．在真空、高温条下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素E．当温度升高时，物体内每一个分子热运动的速率一定都增大解析：选AD根据布朗运动的定义，显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，不是分子运动，是小炭粒的无规则运动．但却反映了小炭粒周围的液体分子运动的无规则性，A正确．分子间的相互作用力随着分子间距离的增大，可能先增大后减小，也可能一直减小，B错误．由于分子间的距离不确定，故分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大，也可能一直增大，正确．由扩散现象可知，在真空、高温条下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素，D正确．当温度升高时，分子的热运动加剧，但不是物体内每一个分子热运动的速率都增大，E错误．6．如图所示是分子间作用力和分子间距离的关系图线，关于图线下面说法正确的是()A．曲线a是分子间引力和分子间距离的关系曲线B．曲线b是分子间作用力的合力和分子间距离的关系曲线．曲线是分子间斥力和分子间距离的关系曲线D．当分子间距离r＞r0时，曲线b对应的力先减小，后增大解析：选B在F－r图象中，随着距离的增大，斥力比引力变化得快，所以a为斥力曲线，为引力曲线，b为合力曲线，故A、错误，B正确；当分子间距离r＞r0时，曲线b对应的力先增大，后减小，故D 错误．7．(多选)当两分子间距为r0时，它们之间的引力和斥力大小相等．关于分子之间的相互作用，下列说法正确的是()A．当两个分子间的距离等于r0时，分子势能最小B．当两个分子间的距离小于r0时，分子间只存在斥力．在两个分子间的距离由很远逐渐减小到r＝r0的过程中，分子间作用力的合力先增大后减小D．在两个分子间的距离由很远逐渐减小到r＝r0的过程中，分子间作用力的合力一直增大E．在两个分子间的距离由r＝r0逐渐减小的过程中，分子间作用力的合力一直增大解析：选AE两个分子间的距离等于r0时，分子力为零，分子势能最小，选项A正确；两分子之间的距离小于r0时，它们之间既有引力又有斥力的作用，而且斥力大于引力，作用力表现为斥力，选项B 错误；当分子间距离等于r0时，它们之间引力和斥力的大小相等、方向相反，合力为零，当两个分子间的距离由较远逐渐减小到r＝r0的过程中，分子间作用力的合力先增大后减小，表现为引力，选项正确，D错误；两个分子间的距离由r＝r0开始减小的过程中，分子间作用力的合力一直增大，表现为斥力，选项E正确．。