第十三章热学 第1节分子动理论固体液体内能热力学定律 一 分子动理论的基本观点和实验依据 阿伏加德罗常数 知识梳理 考点自诊 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温度 2 两种温标摄氏温标和热力学温标 关系 T t 273 15K 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 知识梳理 考点自诊 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 知识梳理 考点自诊 4 改变内能的方式 知识梳理 考点自诊 三 固体1 分类固体分为晶体和非晶体两类 晶体分单晶体和多晶体 知识梳理 考点自诊 2 晶体与非晶体的比较 知识梳理 考点自诊 四 液体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 3 大小 液体的温度越高 表面张力越小 液体中溶有杂质时 表面张力变小 液体的密度越大 表面张力越大 2 液晶的物理性质 1 具有液体的流动性 2 具有晶体的光学各向异性 3 在某个方向上看 其分子排列比较整齐 但从另一方向看 分子的排列是杂乱无章的 知识梳理 考点自诊 五 饱和汽湿度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 湿度 1 绝对湿度 空气中所含水蒸气的压强 2 相对湿度 空气的绝对湿度与同一温度下水的饱和汽压之比 3 相对湿度公式 知识梳理 考点自诊 六 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 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 U Q W 知识梳理 考点自诊 七 能量守恒定律1 内容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 或者是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 条件性能量守恒定律是自然界的普遍规律 某一种形式的能是否守恒是有条件的 3 第一类永动机是不可能制成的 它违背了能量守恒定律 知识梳理 考点自诊 八 热力学第二定律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 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 4 第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律 知识梳理 考点自诊 知识梳理 考点自诊 1 判断下列说法正误 1 分子间的引力和斥力都随分子间距的增大而增大 2 分子动能指的是由于分子定向移动具有的能 3 当分子力表现为引力时 分子势能随分子间距离的增大而增大 4 内能相同的物体 它们的分子平均动能一定相同 5 单晶体有天然规则的几何形状 是因为物质微粒是规则排列的 6 草叶上的露珠呈球形是表面张力引起的 7 液晶是液体和晶体的混合物 8 水蒸气达到饱和时 水蒸气的压强不再变化 这时蒸发和凝结仍在进行 答案 知识梳理 考点自诊 2 多选 关于分子热运动和布朗运动 下列说法正确的是 A 布朗运动是指在显微镜中看到的液体分子的无规则运动B 布朗运动间接反映了分子在永不停息地做无规则运动C 悬浮颗粒越大 同一时刻与它碰撞的液体分子越多 布朗运动越不显著D 当物体温度达到0 时 物体分子的热运动就会停止E 物体的温度升高 但并不是物体每一个分子的运动速率都会增大 答案 解析 知识梳理 考点自诊 3 多选 下列有关热现象和内能的说法正确的是 A 把物体缓慢举高 其机械能增加 内能不变B 盛有气体的容器做加速运动时 容器中气体的内能必定会随之增大C 电流通过电阻后电阻发热 它的内能增加是通过 做功 方式实现的D 分子间引力和斥力相等时 分子势能最大E 分子间引力和斥力相等时 分子势能最小 答案 解析 知识梳理 考点自诊 4 多选 2018 湖北华中师大附中检测 下列说法正确的是 A 悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动B 空中的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果C 彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点D 高原地区水的沸点较低 这是高原地区温度较低的缘故E 干湿泡湿度计的湿泡显示的温度低于干泡显示的温度 这是湿泡外纱布中的水蒸发吸热的结果 答案 解析 知识梳理 考点自诊 5 多选 关于两类永动机和热力学的两个定律 下列说法不正确的是 A 第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律B 第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律C 由热力学第一定律可知做功可以改变内能 热传递也可以改变内能 但同时做功和热传递不一定会改变内能D 由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的 从单一热源吸收热量 完全变成功也是可能的E 第一类永动机违背能量守恒定律 第二类永动机不违背能量守恒定律 随着科技的进步和发展 第二类永动机可以制造出来 答案 解析 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 球体分子模型立方体分子模型气体分子模型 命题点四 命题点五 命题点六 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 得到的不是气体分子直径 而是气体分子间的平均距离 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 命题点四 命题点五 命题点六 命题点一 命题点二 命题点三 典例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66kg mol 其分子可视为半径为3 10 9m的球 已知阿伏加德罗常数为6 0 1023mol 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 103kg m3或5 102kg m3 代入数据得 1 103kg m3 或 5 102kg m3 5 102 1 103kg m3都算对 命题点四 命题点五 命题点六 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 命题点四 命题点五 命题点六 命题点一 命题点二 命题点三 即学即练1 多选 2018 陕西未央区期末 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 答案 解析 命题点四 命题点五 命题点六 命题点一 命题点二 命题点三 2 2018 江苏崇川区期中 某固体物质的摩尔质量为M 密度为 阿伏加德罗常数为NA 则每个分子的质量和体积V内所含的分子数以及分子直径分别是 答案 解析 命题点四 命题点五 命题点六 命题点一 命题点二 命题点三 3 2018 四川宜宾期中 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 命题点四 命题点五 命题点六 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 命题点四 命题点五 命题点六 命题点一 命题点二 命题点三 典例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 命题点四 命题点五 命题点六 命题点一 命题点二 命题点三 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 6m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 命题点四 命题点五 命题点六 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 命题点四 命题点五 命题点六 命题点一 命题点二 命题点三 即学即练4 多选 2018 海南模拟 我国已开展空气中PM2 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 命题点四 命题点五 命题点六 命题点一 命题点二 命题点三 5 多选 2018 河南郑州模拟 下列关于布朗运动和扩散现象的说法中错误的是 A 布朗运动就是液体分子的扩散现象B 布朗运动和扩散现象都是分子的无规则运动C 布朗运动和扩散现象都是温度越高越明显D 布朗运动和扩散现象都能在固体 液体和气体中发生E 布朗运动和扩散现象都能说明物质分子的运动是无规则的 答案 解析 命题点四 命题点五 命题点六 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30s 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