1、第1单元 分子动理论 热力学定律与能量守恒一、宏观量与微观量及相互关系1微观量分子体积V0、分子直径d、分子质量m0.2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.3关系(1)分子的质量：m0 MNAVmNA.(2)分子的体积V0VmNA MNA.(3)物体所含的分子数n VVmNA mVmNA或nmMNAVMNA.(4)单位质量中所含的分子数nNAM.4分子的大小(1)球体模型直径d3 6V0(2)立方体模型边长为d 3 V0.(3)熟记分子直径的数量级是1010 m.分子质量的数量级是1026 kg.(1)固体和液体分子都可看成是紧密堆积在一起的分子的体积 V0
2、VmNA，仅适用于固体和液体，对气体，V0 表示每个气体分子平均占有的空间体积(2)对于气体分子，d3 V0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二、布朗运动与扩散现象1布朗运动与扩散现象的异同(1)它们都反映了分子在永不停息地做无规则运动；(2)它们都随温度的升高而表现得更明显(3)布朗运动只能在液体、气体中发生，而扩散现象可以发生在固体、液体、气体任何两种物质之间2对布朗运动的理解(1)研究对象：悬浮在液体、气体中的小颗粒(2)特点：永不停息 无规则 颗粒越小，现象越明显 温度越高，运动越激烈 肉眼看不到(3)成因：布朗运动是由于液体分子无规则运动对小颗粒撞击力的不平
3、衡引起的，是分子无规则运动的反映(1)布朗运动不是固体分子的运动，也不是液体分子的运动，而是小颗粒的运动，是液体分子无规则运动的反映(2)布朗运动中的颗粒很小，肉眼看不见，需用显微镜才能观察到(1)rr0时，F引F斥，F0；(2)当rr0时，F引和F斥都随距离的减小而增大，但F引r0时，F引和F斥都随距离的增大而减小，但F引F斥，F表现为引力；(4)当r10r0(109 m)时，F引和F斥都已经十分微弱，可以认为分子间没有相互作用力(F0)三、分子力与分子势能1分子间的相互作用力分子力是引力与斥力的合力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，但总是斥力变化得较快
4、，如图甲所示2分子势能分子势能是由分子间相对位置而决定的势能，它随着物体体积的变化而变化，与分子间距离的关系为：(1)当rr0时，分子力表现为引力，随着r的增大，分子引力做负功，分子势能增大；(2)当rr0时，分子力表现为斥力，随着r的减小，分子斥力做负功，分子势能增大；(3)当rr0时，分子势能最小，但不为零，为负值，因为选两分子相距无穷远时分子势能为零(4)分子势能曲线如图乙所示四、温度和温标1温度温度在宏观上表示物体的冷热程度；在微观上表示分子的平均动能2两种温标(1)比较摄氏温标和热力学温标：两种温标温度的零点不同，同一温度两种温标表示的数值不同，但它们表示的温度间隔是相同的，即每一度
5、的大小相同，tT.(2)关系：Tt273.15 K.(1)热力学温度的零值是低温极限，永远达不到，即热力学温度无负值(2)温度是大量分子热运动的集体行为，对个别分子来说温度没有意义五、物体的内能1定义：物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和2决定内能的因素(1)微观上：分子动能、分子势能、分子个数(2)宏观上：温度、体积、物质的量(摩尔数)3改变物体的内能有两种方式(1)做功：当做功使物体的内能发生改变的时候，外界对物体做了多少功，物体内能就增加多少；物体对外界做了多少功，物体内能就减少多少(2)热传递：当热传递使物体的内能发生改变的时候，物体吸收了多少热量，物体内能就增加多少；物体放出了
6、多少热量，物体内能就减少多少4温度、内能、热量、功的比较 说明：(1)温度、内能、热量和功是热学中相互关联的四个物理量当物体的内能改变时，温度不一定改变只有当通过热传递改变物体内能时才会有热量传递，但能的形式没有发生变化(2)热量是热传递过程中的特征物理量，离开过程谈热量毫无意义就某一状态而言，只有“内能”，根本不存在“热量”和“功”，因此不能说一个系统中含有“多少热量”或“多少功”(3)物体的内能大，并不意味着物体一定会对外做功或向外传递热量，或者做的功多，传递的热量多只有物体内能的变化大时，过程中做的功或传递的热量才会多六、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
7、量与外界对它所做的功的和2表达式：UQW.3符号规定 4.几种特殊情况(1)若过程是绝热的，则Q0，WU，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W0，则QU，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U0，则WQ0或WQ，外界对物体做的功等于物体放出的热量(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七、对热力学第二定律的理解1在热力学第二定律的表述中，“自发地”、“不产生其他影响”的涵义(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏
8、观对象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助(2)“不产生其他影响”的涵义是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3热力学过程方向性实例 热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在有外界影响的条件下，热量可以从低温物体传到高温物体，如电冰箱；在引起其他变化的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程八、对能量守恒定律的理解1自然界中能量的存在形式：物体运动具有动能、分子运动具有分子动
9、能、电荷具有电能、原子核内部的运动具有原子能等，可见，在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应2不同形式的能量之间可以相互转化，且这一转化过程是通过做功来完成的3某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等4某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等5两类永动机的比较(1)虽然功与能具有相同的单位，但两者是完全不同的两个概念，在能量守恒定律的表达式中只存在能量，不存在功(2)能量的转化和守恒定律是自然界中普遍存在的一种规律，是无条件的，而机械能守恒定律是有条件的阿伏加德罗常数的应用例1 已知汞的摩尔质量为M200.5103 kg/mol
10、，密度为13.6103 kg/m3，阿伏加德罗常数NA6.01023 mol1.求：(1)一个汞原子的质量(用相应的字母表示即可)；(2)一个汞原子的体积(结果保留一位有效数字)；(3)体积为1 cm3的汞中汞原子的个数(结果保留一位有效数字)思路点拨 把握宏观量与微观量之间的对应关系，由联系宏观量(物体的体积、质量等)与微观量(分子体积、质量等)的桥梁阿伏加德罗常数求解相关问题解析(1)一个汞原子的质量为m0 MNA.(2)一个汞原子的体积为V0VmolNA MNA200.510313.61036.01023 m321029 m3.(3)1 cm3的汞中含汞原子个数nVNAM 13.6103
11、11066.01023200.5103个41022个答案(1)MNA(2)21029 m3(3)41022个(2)一颗炮弹在空中以某一速度v飞行，有人说：由于炮弹中所有分子都具有这一速度v，所以分子具有动能；又由于分子都处于高处，所以分子又具有势能，因此分子的上述动能和势能的总和就是炮弹的内能，试分析这种说法是否正确对分子力、分子势能、内能的理解例2(2010年高考全国卷)(1)如图为两分子系统的势能Ep与两分子间距离r的关系曲线下列说法正确的是()A当r大于r1时，分子间的作用力表现为引力B当r小于r1时，分子间的作用力表现为斥力C当r等于r2时，分子间的作用力为零D在r由r1变到r2的过程
12、中，分子间的作用力做负功也有人说：炮弹飞行时，与空气摩擦造成炮弹温度升高，所以炮弹内每个分子的温度都升高，每个分子的动能都增大，试分析这种说法是否正确思路点拨 解答此题应把握以下三点：(1)根据分子势能Ep与分子间距离r的关系曲线，分析出r1与r0，r2与r0间的大小关系，从而分析分子力情况(2)根据决定物体内能的因素分析炮弹的内能(3)明确温度的物理意义解析(1)分子间距等于r0时分子势能最小，即r0r2，当r小于r1时分子力表现为斥力；当r大于r1小于r2时分子力表现为斥力；当r大于r2时分子力表现为引力，所以A错，B、C正确在r由r1变到r2的过程中，分子斥力做正功，分子势能减小，D错误
13、(2)不正确物体的内能是指物体内分子无规则热运动的动能和分子间由于相互作用而具有的分子势能的和它和整个物体宏观有序运动的动能12mv2及物体的重力势能mgh即机械能是完全不同的两个概念，是两种形式的能量物体具有内能的同时，还可具有机械能，物体的机械能可以为零，但物体的内能不可能为零机械能和内能在一定条件下可相互转化不正确炮弹飞行时，由于不断克服摩擦力做功，机械能在减少，因摩擦生热，它的温度升高但温度是宏观量，对单个分子而言，温度无意义，随着温度升高，炮弹内分子的平均动能增大，但对个别分子，其动能不一定增大答案(1)BC(2)见解析 热力学第一定律的应用例3(2010年高考江苏单科)(1)为了将
14、空气装入气瓶内，现将一定质量的空气等温压缩，空气可视为理想气体下列图象能正确表示该过程中空气的压强p和体积V关系的是_(2)在将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，外界做了24 kJ的功现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底，若在此过程中，瓶中空气的质量保持不变，且放出了5 kJ的热量在上述两个过程中，空气的内能共减小_kJ，空气_(选填“吸收”或“放出”)的总热量为_kJ.(3)已知潜水员在岸上和海底吸入空气的密度分别为1.3 kg/m3和2.1 kg/m3，空气的摩尔质量为0.029 kg/mol，阿伏加德罗常数NA6.021023 mol1.若潜水员呼吸一次吸入2 L的空气，试估算潜水员在
15、海底比在岸上每呼吸一次多吸入空气的分子数(结果保留一位有效数字)思路点拨 解答此题应把握以下三点：(1)由玻意耳定律数学表达式分析图象形状求(1)(2)用热力学第一定律分析(2)(3)用宏观量与微观量间的关系求(3)解析(1)由玻意耳定律可知，在等温变化过程中，压强p与 1V 成正比，故选B.(2)根据热力学第一定律UWQ，第一阶段W124 kJ，U10，所以Q124 kJ，故放热；第二阶段W20，Q25 kJ，由热力学第一定律知，U25kJ，故在上述两个过程中，空气的内能共减少UU1U25kJ；两过程共放出热量QQ1Q229kJ，故空气放出的总热量为29 kJ.(3)设空气的摩尔质量为M，在
16、海底和岸上的密度分别为p海和p岸，一次吸入空气体积为V，则有nmM NA海岸VMNA代入数据得n31022.答案(1)B(2)5 kJ 放出 29 kJ(3)31022例4 如图为电冰箱的工作原理示意图压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外(1)下列说法正确的是()A热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能C电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律D电冰箱的工作原理违反热力学第一定律(2)电冰箱的制冷系统从冰箱内吸收的热量与释放到外界的热量相比，有怎样的关系？思路点拨 结合热力学第一定律、热力学第二定律的相关知识进行研究分析热力学第二定律的应用解析(1)热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C正确、D错误；由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，除非有外界的影响或帮助电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，故应选B、C.(2)由热力学第一定律可知，电冰箱制冷系统从冰箱内吸收了热量，同时消耗了电能，释放到外界的热量比从冰箱内吸收的热量多答案(1)BC(2)释放到外界的热量比冰箱内吸收的热量多
