专题十二 热学 高考物理 江苏专用 考点一 分子动理论 内能 考点清单单 考向基础 一 物体是由大量分子组成的 1 分子的大小 极小 分子直径的数量级 10 10 m 分子直径可用油膜法估测 2 分子的质量很小 一般物质分子质量的数量级是 10 26 kg 3 阿伏加德罗常数 定义 1 mol的任何物质中含有相同的微粒个数 用符号NA表示 NA 6 02 1023 mol 1 4 分子的两种理想模型 球模型 V d 3 立方体模型 V d 3 注意 对固体和液体 可以认为分子是一个个紧密排列在一起的小球 对气体 由于分子间距离较大 可以利用立方体模型计算分子间的距离 5 分子的大小 质量与物体的体积 质量的关系 1 已知物体的摩尔体积Vmol和一个分子的体积V0 求NA 则NA 知NA 和Vmol亦可估算分子的大小 2 已知物体的摩尔质量M和一个分子的质量m0 求NA 则NA 知NA和 NA NA 阿伏加德罗常数是联系宏观和微观的桥梁 M亦可估算分子的质量 3 已知物体的体积V和摩尔体积Vmol 求物体的分子数n 则n 4 已知物体的质量m和摩尔质量M 求物体的分子数n 则n 二 分子永不停息地做无规则运动 扩散现象和布朗运动都说明分子做无规则运动 运动的剧烈程度与温 度有关 1 扩散现象 相互接触的物质彼此进入对方的现象 温度 越高 扩 散越快 2 布朗运动 产生的原因 各个方向的液体分子对颗粒碰撞的 不平衡 布朗运动的特点 永不停息 无规则运动 颗粒越小 运动越剧烈 温度越高 运动越剧烈 运动轨迹不确定 布朗颗粒 布朗颗粒用肉眼直接看不到 但在显微镜下能看到 因此用肉 眼看到的颗粒所做的运动 不能叫布朗运动 布朗颗粒直径约为10 6 m 包含约1021个分子 而分子直径约为10 10 m 布朗颗粒的运动是 分子运动 的间接反映 三 分子间存在着相互作用力 1 分子间同时存在相互作用的引力和斥力 2 分子力 引力和斥力的合力 3 r0为分子间引力和斥力大小相等时的距离 其数量级为10 10 m 4 如图所示 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 但引力不如斥力变化快 r r0时 F引 F斥 分子力F 0 r r0时 F引r0时 F引 F斥 分子力F为引力 r 10r0时 F引 F斥迅速减弱 几乎为零 分子力F 0 四 物体的内能 1 分子平均动能 物体内所有分子动能的平均值叫做分子热运动的平均动能 温度 是分子热运动的平均动能的标志 温度 越高 分子的平均动能 越大 2 分子势能 1 概念 由分子间的 相互位置和相互作用 而决定的能量 2 影响分子势能大小的相关因素 微观上 分子势能的大小与分子间距离有关 当分子间距离r r0时 分子势能随分子间距离的 增大 而增大 当rr0时 分子力表现为引力 当r增大时 分子力做负功 分子势能增加 2 当rr0阶段 F做正功 分子动能增加 势能减小 B 在rr0阶段 当r减小时F做正功 分子势能减小 分子动能增加 故选项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 故选项B错误 当r r0时 分子势能最小 动能最大 故选项C正确 在整个相互接近的过程中分子动能和势能之和保持不变 故选项D正确 答案 ACD 考点二 固体 液体和气体 考向基础 一 气体 1 描述气体的状态能量 1 温度 T或t A 物理意义 宏观上表示物体的冷热程度 微观上标志物体分子热运动 的剧烈程度 它是物体分子热运动的 平均动能 的标志 B 两种温标 a 摄氏温标 t 单位 在1个标准大气压下 冰的熔点为0 水的沸点 为100 b 热力学温标 T 单位K 把 273 作为0 K 绝对零度 0 K 是低温的 极限 只能接近不能达到 c 两种温标的关系 就单位温度表示的冷热差别来说 两种温标是相同 的 只是零值的起点不同 所以二者关系为T t 273 K T t 2 体积 V A 意义 气体分子所占据的空间 也就是气体所充满的容器的容积 B 单位 m3 1 m3 103 L 106 mL 3 压强 p A 产生的原因 由于大量分子无规则地运动而碰撞器壁 形成对器壁各处均匀 持续的 压力 作用在器壁单位面积上的压力叫做气体的压强 B 决定气体压强大小的因素 a 宏观上 决定于气体的 温度 和 体积 b 微观上 决定于分子的 平均动能 和单位体积的 分子数 C 常用单位及换算关系 帕斯卡 Pa 1 Pa 1 N m2 1 atm 1 013 105 Pa 4 气体的状态及变化 A 对于一定质量的气体 如果温度 体积 压强这三个量都不变 我们 就说气体处于一定的状态 B 一定质量的气体 p与T V有关 三个参量中不可能只有一个参量发 生变化 至少有两个或三个同时改变 2 气体实验定律及理想气体状态方程 1 玻意耳定律 a 内容 一定质量的某种气体 在温度不变的情况下 压强与体积成反比 b 公式 pV C或p1V1 p2V2 c 条件 质量一定 温度不变 2 查理定律 a 内容 一定质量的某种气体 在体积不变的情况下 压强与热力学温度 成正比 b 公式 C或 c 条件 质量一定 体积不变 3 盖 吕萨克定律 a 内容 一定质量的某种气体 在压强不变的情况下 其体积与热力学温 度成正比 b 公式 C或 c 条件 质量一定 压强不变 4 理想气体的状态方程 a 理想气体 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 微观上讲 理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力 即分子间 无分 子势能 b 理想气体的状态方程 一定质量的理想气体状态方程 或 C 气体实验定律可看做一定质量理想气体状态方程的特例 气体和气体分子运动的特点 5 气体实验定律的微观解释 a 等温变化 一定质量的某种理想气体 温度保持不变时 分子的平均动能不变 在 这种情况下 体积减小时 分子的密集程度增大 气体的压强增大 b 等容变化 一定质量的某种理想气体 体积保持不变时 分子的密集程度保持不变 在这种情况下 温度升高时 分子的平均动能增大 气体的压强增大 c 等压变化 一定质量的某种理想气体 温度升高时 分子的平均动能增大 只有气 体的体积同时增大 使分子的密集程度减小 才能保持压强不变 3 气体热现象的微观意义 热现象与大量分子热运动的统计规律有关 由于气体分子间的距离比较 大 大约是分子直径的10倍 分子间的作用力很弱 通常认为气体分子除 了相互碰撞或者跟器壁碰撞外 不受力的作用 因而气体会充满它能达 到的整个空间 分子的运动是杂乱无章的 在某一时刻向着各个方向运 动的气体分子数目都相等 尽管大量分子在做无规则运动 速率有大有 小 但分子的速率却按一定规律呈现 中间多 两头少 的分布 温度 升高气体分子的平均速率增大 但并不是每个气体分子的速率都增大 二 固体 1 固体分为晶体和非晶体两类 石英 云母 明矾 食盐 味精 蔗 糖等是晶体 玻璃 蜂蜡 松香 沥青 橡胶等是非晶体 2 晶体的微观结构 1 晶体的微观结构特点 组成晶体的物质微粒有 规则 地 周期 性地在空间排列 2 用晶体的微观结构解释晶体的特点 现象原因 晶体有规则的外形内部微粒有规则的排列 晶体各向异性内部从任一结点出发在不同方向的相同距离上的微粒数 不 同 晶体的多形性组成晶体的微粒可以形成 不 同的空间点阵 3 晶体与非晶体的比较 三 液体和液晶 液体分子间距离比气体分子间距离小得多 液体分子间的作用力比固体分 子间的作用力要小 液体内部分子间的距离在10 10 m左右 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 它不是晶体 分类 比较 晶体非晶体 单晶体多晶体 外形规则不规则不规则 熔点确定不确定 物理性质各向 异性 各向 同性 各向同性 原子排列有规则 但多晶体每个单晶体间的排列无规则无规则 形成与转化有的物质在不同条件下能够形成不同的形态 同一物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出 现 有些非晶体在一定条件下也可转化为晶体 典型物质石英 云母 食盐 硫酸铜玻璃 蜂蜡 松香 1 液体的表面张力 1 作用 液体的表面张力使液面具有收缩的趋势 2 方向 表面张力跟液面相切 跟这部分液面的分界线垂直 2 液晶 1 液晶分子既保持排列有序而显示各向 异性 又可以自由移动 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 液晶分子的排列从某个方向看比较整齐 而从另外一个方向看则是 杂乱无章 的 4 液晶的物理性质很容易在外界的影响下 发生改变 四 饱和汽 饱和汽压和相对湿度 1 饱和汽与未饱和汽 1 饱和汽 与液体处于动态平衡的蒸汽 2 未饱和汽 没有达到饱和状态的蒸汽 2 饱和汽压 1 定义 饱和汽所具有的压强 2 特点 液体的饱和汽压与温度有关 温度越高 饱和汽压越大 且饱和汽 压与饱和汽的体积无关 3 相对湿度 空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比 即 相对湿度 人体感受到的潮湿程度由 相对湿度 决定 考向一 晶体和非晶体 1 单晶体具有各向异性 但不是在各种物理性质上都表现出各向异性 2 只要是具有各向异性的物体必定是晶体 且是单晶体 3 只要是具有确定熔点的物体必定是晶体 反之 必是非晶体 4 晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化 考向突破 例4 下列说法正确的是 A 将一块晶体敲碎后 得到的小颗粒是非晶体 B 固体可以分为晶体和非晶体两类 有些晶体在不同方向上有不同的光 学性质 C 由同种元素构成的固体 可能会由于原子的排列方式不同而成为不同 的晶体 D 在熔化过程中 晶体要吸收热量 但温度保持不变 内能也保持不变 解析 晶体被敲碎后 其空间点阵结构未变 仍是晶体 A错误 有些单晶 体光学性质各向异性 B正确 同种元素构成的固体 可能会由于原子的 排列方式不同而形成不同的晶体 C正确 在晶体熔化过程中 分子势能 会发生改变 内能也会改变 D错误 答案 BC 例5 在甲 乙 丙三种固体薄片上涂上石蜡 用烧热的针接触其上一 点 石蜡熔化的范围分别如图 a b c 所示 而甲 乙 丙三种固体 在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图 d 所示 则由此可判断 出甲为 乙为 丙为 填 单晶体 多 晶体 或 非晶体 解析 晶体具有确定的熔点 非晶体没有确定的熔点 单晶体的物理性 质具有各向异性 多晶体的物理性质具有各向同性 答案 多晶体 非晶体 单晶体 考向二 两种气体压强的辨别 1 大气压强 1 大气压强是由于空气受重力作用紧紧包围地球而对浸在它里面的物 体产生的压强 2 地面大气压的值与地球表面积的乘积 近似等于地球大气层所受的 重力值 2 气体压强 1 因密闭容器中的气体密度一般很小 由气体自身重力产生的压强极 小 可忽略不计 2 气体压强是由气体分子频繁碰撞器壁产生的 3 气体压强由气体的体积和温度决定 4 密闭容器中气体对器壁的压强处处相等 例6 关于压强下列说法中正确的是 A 大气压强是由于地球对大气的吸引而产生的 B 密闭容器中气体的压强是由气体受到的重力产生的 C 大气压强在一定海拔内随高度的增加而减小 D 装有气体的密闭容器自由下落时压强将减为零 解析 因密闭容器中的气体密度一般很小 由气体自身重力产生的压强 极小 可以忽略不计 故气体压强是由气体分子频繁碰撞器壁产生 与重 力无关 密闭容器中的气体对器壁的压强处处相等 与容器所处的状态 无关 大气压是由于空气受到重力作用紧紧包围地球而对浸在它里面的物体 产生的压强 由于地球的引力作用 大气层分子密度上方小 下方大 从而使得大气压的值在一定海拔内随高度增加而减小 答案 AC 考向三 平衡状态下气体压强的求解 1 液片法 选取假想的液体薄片 自身重力不计 为研究对象 分析液片两 侧受力情况 建立平衡方程 消去面积 得到液片两侧压强相等方程 求得 气体的压强 2 平衡法 选取与气体接触的液柱 或活塞 为研