高中物理-热学

分 ①：物体是由大量分子组成的；
子
布朗运动
动 ②：分子永不停息
热 运 动
理 论
地做无规则运动 扩散运动
③：分子之间存在着相互作用的引力和斥力。
能
物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和
量
(是微观世界的能量)
守 恒
内 能
决定因素： 物体的温度、体积、 物体内分子总数
改变方式：做功和热传递 变化
热力学第一定律：△U=Q+W
②气体状态变化规律中包括热力学温度、 理想气体和气体状态参量等有关的概念，以 及理想气体的等温、等容、等压过程的特点 及规律（包括公式和图象两种描述方法）。
理想化的模型方法
理想的球体：在分子动理论中将微观分子的 形状视为理想的球体，这是通过阿伏伽德罗常 数对微观量进行估算的基础；
理想气体：在气体状态变化规律中，将实际 中的气体视为分子没有实际体积且不存在相互 作用力的理想气体(没有分子势能)，从而使气 体状态变化的规律在误差允许的范围内得以大 大的简化。
1.关于布朗运动，下列说法中正确的是[ BD ] A．悬浮在液体或气体中的小颗粒的无规则运动就是分 子的无规则运动 B．布朗运动反映了液体或气体分子的无规则运动 C．温度越低时，布朗运动就越明显 D．悬浮在液体或气体中的颗粒越小，布朗运动就越明 显
【思路剖析】布朗运动的实质是分子运动的宏观表现,并非是分子的运动.
做功和热传递在改变物体的内能上是等效的.
改变物体内能的方式
做功 做功的数值＝内能的改变量
等效
热传递 传递的热量数值＝内能的改变量
热功当量 (J＝4.2J/cal)
传递给物体1卡的热量可使物体内能增加 对物体做4.2焦耳的功可使物体内能增加
等效
二、能的转化和守恒定律
1.热力学第一定律：
(1)内容：物体内能的增量△E等于外界对物体做的功W 和物体吸收的热量Q的总和. (2)表达式：W+Q=△E (3)符号法则：
风天看到的灰沙尘土都是较大的颗粒；另外，它们 的运动基本上属于在气流作用下的定向移动，而布 朗运动是受气体分子撞击引起的无规则运动.所以， 它们的运动不能称为布朗运动.
(2)布朗运动是由于液体分子对固体小颗粒 的撞击引起的，固体小颗粒的体积越大，液 体分子对它的撞击越多，布朗运动就越显著.
只有在固体微粒很小，各个方向的液体分 子对它的碰撞不均匀才引起它做布朗运动.
不 章的运动，叫分子的热运动。
停
息 地 做 无 规 则
影响布朗运动的因素是：液体的温度和悬 浮颗粒的大小，液体温度越高，悬浮颗粒 越小布朗运动越明显，由于分子的无规则 运动与温度有关，因而把大量分子的无规 则运动叫热运动，而布朗运动、扩散现象 是热运动的反映。
运
动
(二) 布朗运动与分子热运动的区别
对于理想气体，只考分子动能，一定 质量气体的内能只由温度决定.
2.物体的内能的变化
改变物体的内能有两种方式：
(1)做功——其他形式的能与内能相互转化的 过程，内能改变可以用做功的数值来量度.
(2)热传递——是物体间内能转移的过程.内能 改变可以用传递的热量数值来量度.
热传递的条件：温度不同.热量自动地从高 温物体向低温物体传递，当温度相等时达到动 态平衡——即热平衡.热量是过程量，与物体 的内能多少、温度高低无关.
分子热运动是指分子的无规则运动 而布朗运动是指小颗粒的机械运动.
2.下面两种关于布朗运动的说法都是错误的，试分 析它们各错在哪里.
(1)大风天常常看到风沙弥漫、尘土飞扬，有 时在室内也能看到漂浮在空气中尘埃的运动， 这些都是布朗运动.
能在液体或气体中做布朗运动的微粒都是很小 的，一般数量级在10-6m，这种微粒是肉眼看不到 的，必须借助于显微镜!
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：分子势能的大小与物体的体积有关， 但和温度与分子平均动能的关系不同，分子势 能随物体的体积的变化并不是单调的.
1.内能的概念
(3)物体的内能：
物体中所有分子动能与分子势能的总和叫 物体的内能.内能是状态量.
物体的内能是由物质的量、温度、体积等 因素所决定的.
本单元主要内容
① 分子动理论部分 ②气体状态变化规律
理想的球体 基本方法----理想化的模型方法
理想气体
本单元内容包括两部分：
① 分子动理论部分包括分子动理论的基 本观点、分子热运动的动能、分子间相互作 用的势能和物体的内能等概念，及分子间相 互作用力的变化规律、物体内能变化的规律、 能量转化和守恒定律等基本规律；
【说明】(1)能的转化和守恒定律是自然界的普 遍规律.违背该定律的永动机每类永动机是永远 无法实现的.
(2)物质的不同运动形式对应不同的形式的能. 各种形式的能在一定条件下可以转化或转移， 在转化或转移过程中，能的总量守恒.
能量守恒定律 失 败 的 永 动 机
某种变化有自动发生的趋势，一旦发生 就无需借助外力，可以自动进行，这种变化 称为自发变化。
【思路剖析】要熟悉分子力在什么范围表现为引力,什么范围表现为斥力.
1.两分子从相距较远（分子力可忽略）到开始靠近，直
到不能靠近的过程中，分子力做功和分子间引力如何
变化？两分子从r0处靠近，分子的斥力大小、引力大小
谁变化的快？
F
排
【答案】分子力先做正功后做负功，分
斥
子间的引力和斥力都增大，两分子从r0
(2)意义：有大量分子参与的宏观过程有方向性. 如“能量耗散”
热机：一种把内能转化为机械能的装置 热机构造：
热
转
换 做 功 的 过 程 也 是
不 可 逆 的 ， 具 有 方
向
性
。
热力学三大定律
第一定律：物体内能的增量等于外界对物体 所做的功和物体吸收的热量的总和 △U=W+Q （能分析理想气体变化过程的特点）
①温度是大量分子的平均动能的标志，对个别分子 来讲，温度无意义. ②不同物质的物体，如果温度相同，则它们的分子 平均动能相同，但它们的分子平均速率不同. ③分子的平均动能与物体机械运动的速率无关.
1.内能的概念
(2)分子势能：
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，称为分 子势能.
成
的
A：分子大小
油膜法：d=V/s 测定
扫描隧道显微镜法
直径：数量级为10-10m
B：阿伏加德罗常数：NA=6.02×1023mol-1
分子质量：m=M/NA 分子体积：Vo=VM/NA
(一)弄清摩尔质量、摩尔体积、分子质量、分子体 积和阿伏伽德罗常数的含义以及它们的关系
阿伏加德罗常数：NA=6.02×1023mol-1
热力学第一定律：△E=Q+W
方向的变化
热力学第二定律
C:发生热传递，内能的改变是用热量来量度的； 发生做功，内能的改变是用功的数值来量度的
外界对物体做功物体体积减小，W取正值； 物体对外界做功物体体积增大，W取负值. 物体吸收热量，Q取正值；物体放出热量，Q取负值； 物体内能增加，△E取正值，物体内能减少，△E取负 值.
2.能的转化和守恒定律
能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它 只能从一种形式转化为别的形式，或从一个物 体转移到别的物体.
【解析】两个分子由远及近时，当达到分子作用力距离范畴时，分子间先 表现为引力，分子力做正功，随着距离的接近，当分子间距离小于平衡位 置距离时，分子力表现为斥力，分子力做负功.当分子间距离为r0时，引力 和斥力恰好相等，分子处于平衡状态，物体被压缩时，分子间引力和斥力 者增大，结果斥力大于引力，分子力表现为斥力.
1．热现象：与温度有关的物理现象。
2. 热学的主要内容：热传递、热膨胀、物态 变化、固体、液体、气体的性质等。
3．热学的基本理论：分子动理论、能的转化 和守恒规律。
第一课 热学总介及分子动理论
研究方法
1：从物质的微观结构出发，建立 分子动理论。
2：宏观上总结热观象，引入内能的概 念，并把内能跟其他形式的能联系；
凸不平而无法接近到r＜10r0的范围，所
以不能因分子间相吸引而达到“重圆”.
高考对分子动理论知识的考查仅限于理解和识记， 故应熟记一些物理事实、物理现象及规律。
第二课时
1.内能的概念
(1)分子的平均动能：物体内分子动能的平均值叫分 子平均动能. 温度是分子平均动能的标志.温度越高，分子平均动 能越大.
第二定律：不是所有的热学过程都是可逆的
第三定律：绝对零度不可能达到
第一类永动机：违反了能量守恒定律
第二类永动机:能从单一热源获取热量全部用 于做功的机器
物体中所有分子做热运动的动能和分子势 能的总和 (是微观世界的能量)
决定因素：
内 物体的温度、体积、 物体内分子总数 能
量的变化
改变方式：做功和热传递
B．分子间同时存在引力和斥力，分子间距离的改变 对斥力的影响比对引力的影响大
C．断开的铸铁块压紧后不能再连接起来，说明铸铁 分子间没有引力
D．液体和固体都很难压缩，原因是分子间的空隙已 经很小，分子间存在着斥力
课本P75-76
3.利用分子间作用力解释“破镜不能重圆” 的物理原理?
玻璃断面处的分子之间距离由于断面的凹
力
处靠近，斥力比引力增加得快.
0
r0
r
吸
引
力
思维拓展 分子间的相互作用可用弹簧连起来的一个小球的模型来帮 助想象，拉长时，各小球相吸引，压缩时，各小球相排斥.
2.下列说法正确的是[ BD]
A．分子处于平衡状态时，分子间的距离为r0，当r＞ r0时它们之间只有引力而无斥力，当r＜r0时只有斥 力而无引力
布朗运动的确是由于液体(或气体)分子对固 体微粒的碰撞引起的，但正确的是：固体微粒体 积越小，布朗运动就越显著，如果固体微粒过大， 液体分子对它的碰撞在各个方向上接近均匀的， 微粒就不会做布朗运动了.
3.对于扩散现象，下列说法正确的是(BCD )
A.扩散现象是指两种物质的混合，如酒精和 水的混合
B.固体、液体、气体都能发生扩散现象
排 斥 力
0
r0
r
吸
引
力
材料补充：
距离为4 × 10-10m的 两个氦分子间的作用力 为6×10-23N，分子间的 万有引力为7×10-42N.
(三)弄清分子间斥力、引力和分子力的概念以及它们 与分子间距离的关系
F
排 斥 力
0 r0
吸 引 力
分子之间同时存在着相互作用的引力和斥力
分子间的引力和斥力总是同时随分 子间距离增大而减小,总是同时随它 r 们之间距离的减小而增大;
r =r0(数量约为10-10m)，分子处于平衡状态；
r＞r0 ，合力(分子力)表现为引力；,
r＜r0 ，合力(分子力)表现为斥力.
1.两分子从相距较远（分子力可忽略） F
到开始靠近，直到不能靠近的过程
排 斥
中，分子力做功和分子间引力如何
力
0
r0
r
变化？两分子从r0处靠近，分子的斥
吸 引
力大小、引力大小谁变化的快？ 力
自发变化的共同特征—不可逆性。任何 自发变化的逆过程是不能自动进行的。
高温 物体
低温 物体
高温 物体
低温 物体
QFra Baidu bibliotek
Q
会自动发生
不会自动发生
定律的两种表述
不可能将热量从低温物体 传到高温物体而不引起其它变化（即热量不会 自动地从低温物体传到高温物体）。
不可能从单一热源吸取热 量并使它完全变为有用的功而不引起其它变化。
C.温度越高，扩散现象越明显
D.扩散现象说明分子是运动的，同时也能说 明分子间有间隙
③：分子之间存在着相互作用的引力和斥力。
F
1、分子间有空隙； 2、在一定距离内(r<10-9m) 同时存在斥力和引力; 3、引力和斥力的和力即为分 子力; 4 、分子间的引力和斥力总是 同时随分子间距离增大而减 小,总是同时随它们之间距离 的减小而增大; 5.当分子间距离的数量级大 于10-9m时，分子力忽略不计
① 物
1.分子： 定义：构成物质，并且具有这种 物质的性质的最小微粒。
体
是 大小：通常近似把分子视为球形，直径只
由
有几个埃（Å）（1埃=10-10m)(一般分子的线
度（直径）的数量级是10－10m；质量的数量级是
大 10－27～10－26kg ）。
量
分 子 组
2.数目：1摩尔（mol）各种物质中含有的 分 子 数 目 是 相 同 的 ， 都 等 于 6.02×1023 个 ， 这个数称为阿伏伽德罗常数 ，一般用NA表 示。
分子质量：m=M/NA 固体、液体的分子体积：Vo=VM/NA
阿伏伽德罗常数是微观世界中的一个重要常 数，它是沟通摩尔体积、摩尔质量和物质的密度等 宏观量与原子(或分子)质量和分子体积(或直径)等 微观量的桥梁，
②
分 分子的热运动：任何物质的分子都在做
子 着永不停息的无规则运动，且该运动随
永 着温度的升高而愈加剧烈，这种杂乱无