1、第十一章 热学第一节 分子动理论 热力学定律和能量守恒突破考点02突破考点01突破考点03突破考点05课时作业高考真题突破考点04 突破考点01 分类例析微观量的估算 1分子的大小(1)分子的直径(视为球模型)：数量级为_m.(2)分子的质量：数量级为 1026 kg.2阿伏加德罗常数(1)1 mol 的任何物质都含有相同的粒子数通常可取 NA_mol1.(2)阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁答案1(1)10102(1)6.0210231两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，
2、如图所示，分子间距等于小球的直径或立方体的棱长，所以d3 6V(球体模型)或d3 V(立方体模型)(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右图所示，此时每个分子占有的空间视为棱长为d的立方体，所以d3 V.2宏观量与微观量的相互关系(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)相互关系一个分子的质量：m0MNAVmNA.一个分子的体积：V0VmNA MNA.(注：对气体V0为分子所占空间体积)物体所含的分子数n VVmNA mVmNA或n
3、mMNAVMNA.单位质量中所含的分子数：nNAM.【例1】教育部办公厅和卫生部办公厅日前联合发布了关于进一步加强学校控烟工作的意见意见中要求，教师在学校的禁烟活动中应以身作则、带头戒烟，通过自身的戒烟，教育、带动学生自觉抵制烟草的诱惑试估算一个高约2.8 m，面积约10 m2的两人办公室，若只有一人吸了一根烟(人正常呼吸一次吸入气体300 cm3，一根烟大约吸10次)求：(1)估算被污染的空气分子间的平均距离；(2)另一不吸烟者呼吸一次大约吸入多少个被污染过的空气分子被污染的空气分子数单位体积内被污染的空气分子数每个污染分子所占体积污染空气分子的平均距离(1)吸烟者吸一根烟吸入气体的总体积为
4、10300 cm3，含有被污染的空气分子数n1030010622.41036.0210238.11022个办公室单位体积空间内含被污染的空气分子数为n18.11022102.8个/m32.91021 个/m3每个被污染分子所占体积为V12.91021 m3所以平均距离为L3 V7108 m.(2)被动吸烟者一次吸入被污染的空气分子数为n22.91021300106个8.71017个(1)7108 m(2)8.71017个1冬天到了，很多人用热水袋取暖现有一中号热水袋，容积为1 000 cm3，正常使用时，装水量为80%，请估算该热水袋中水分子的数目约为多少个？(计算结果保留1位有效数字，已知1
5、 mol水的质量为18 g，水的密度取1.0103 kg/m3，阿伏加德罗常数取61023 mol1)解析：热水袋内水的物质的量为n mMmol80%VMmol热水袋内水分子数为NnNA代入数值得N31025个答案：31025个2空调在制冷过程中，室内空气中的水蒸气接触蒸发器(铜管)液化成水，经排水管排走，空气中水份越来越少，人会感觉干燥某空调工作一段时间后，排出液化水的体积 V1.0103 cm3.已知水的密度 1.0103 kg/m3、摩尔质量 M1.8102 kg/mol，阿伏加德罗常数 NA6.01023 mol1.试求：(结果均保留一位有效数字)(1)该液化水中含有水分子的总数 N；
6、(2)一个水分子的直径 d.解析：(1)水的摩尔体积为VmM 1.81021.0103 m3/mol1.8105 m3/mol水分子数 NVNAVm 1.01031066.010231.810531025个(2)建立水分子的球模型有VmNA16d3得水分子直径 d3 6VmNA361.81053.146.01023 m41010m.答案：(1)31025 个(2)41010 m 突破考点02 分类例析 圆周运动中的传动问题 1扩散现象(1)定义：_物质能够彼此进入对方的现象(2)实质：扩散现象并不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果，而是由分子的无规则运动产生的物质迁移现象，温度_，扩散现象
7、越明显2布朗运动在显微镜下看到的悬浮在液体中的_的永不停息地无规则运动布朗运动反映了_的无规则运动颗粒越_，运动越明显；温度越_，运动越剧烈3热运动分子的无规则运动和温度有关，温度越高，分子运动越激烈分子永不停息地做_运动叫做热运动答案1(1)不同(2)越高2小颗粒 液体分子 小 高3无规则布朗运动和分子热运动的比较两种运动比较项目布朗运动热运动研究对象固体微小颗粒分子区别是微小颗粒的运动，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 两种运动比较项目布朗运动热运动共同点都是
8、永不停息地无规则运动，都随温度的升高而变得更加激烈，都是肉眼所不能直接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平衡而引起的，它是分子做无规则运动的反映1(2012全国卷)(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C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：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，C 错误，D 正
9、确答案：BD2做布朗运动实验，得到某个观测记录如图所示图中记录的是()A分子无规则运动的情况B某个微粒做布朗运动的轨迹C某个微粒做布朗运动的速度时间图线D按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线解析：微粒在周围液体分子无规则碰撞作用下，做布朗运动，轨迹是无规则的，实际操作中不易描绘出微粒的实际轨迹；按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线的无规则性，也能反映微粒做布朗运动的无规则性记录描绘的正是按等时间间隔记录的某个运动微粒位置的连线，故 D 正确答案：D3下列叙述正确的是()A扩散现象说明了分子在不停地做无规则运动B布朗运动就是液体分子的运动C分子间距离增大，分子间作用力一定减小D物
10、体的温度较高，分子运动越激烈，每个分子的动能都一定越大解析：扩散现象说明了分子在不停地做无规则运动，选项 A正确；布朗运动是液体分子无规则运动的反映，不是液体分子的运动，选项 B 错误；在分子之间距离从平衡位置开始增大时，分子间作用力先增大后减小，选项 C 错误；物体的温度越高，分子运动越激烈，分子平均动能增大，并非每个分子的动能都一定越大，选项 D 错误答案：A 突破考点03 分类例析 分子力、分子势能与分子间距离的关系 名称项目 分子间的相互作用力 F分子势能 Ep与分子间距离的关系图象 名称项目 分子间的相互作用力 F分子势能 Ep随分子间距的变化情况rr0F 引和 F 斥都随距离的增大
11、而减小，随距离的减小而增大，F 引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，引力做负功，分子势能增加r 减小，引力做正功，分子势能减少 名称项目 分子间的相互作用力 F分子势能 Eprr0F 引F 斥，F0分子势能最小，但不为零随分子间距的变化情况r10r0(109 m)F 引和 F 斥都已十分微弱，可以认为分子间没有相互作用力分子势能为零2.物体的内能(1)决定因素微观上：分子动能、分子势能、分子数宏观上：温度、体积、物质的量(摩尔数)(2)两种改变内能方式间的关系两者在内能改变上是等效的两者的本质区别：做功是其他形式的能和内能的相互转
12、化，热传递是内能的转移【例 2】(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_(填入正确选项前的字母)A在 rr0 阶段，F 做正功，分子动能增加，势能减小B在 rr0 阶段，F 做负功，分子动能减小，势能也减小C在 rr0 时，分子势能最小，动能最大D在 rr0 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(1)分子力做功与分子势能的变化有什么关系？(2)rr0 处，分子力和分子势能的大小情况如何？由Epr图可知：在
13、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rr0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错误在rr0时，分子势能最小，动能最大，故选项C正确在rr0时，分子势能最小，但不为零，故选项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，故选项E正确ACE3下列四幅图中，能正确反映分子间作用力 f 和分子势能Ep 随分子间距离 r 变化关系的图线是()解析：分子间作用力 f 的特点是：rr0 时 f 为引力；分子势能 Ep的特点是 rr0 时 Ep 最小，因此只有 B 项正确答案：B4(多选)如图所示，甲分子固定在坐标原点 O，乙分子在分子
14、力作用下沿 x 轴运动，两分子间的分子势能 EP 与两分子间距离的关系如图所示，图中分子势能的最小值为E0.若两分子所具有的总能量为零，则下列说法正确的是()A乙分子在 P 点(xx2)时，加速度最大B乙分子在 P 点(xx2)时，其动能为 E0C乙分子在 Q 点(xx1)时，处于平衡状态D乙分子的运动范围为 xx1解析：由图线可知 xx2 时，分子势能最小，所以此位置为分子的平衡位置，分子力为零，加速度最小，A、C 错误；根据总能量为零，即 EpEk0，乙分子在 P 点动能最大，为E0，在 Q 点动能为零，所以乙分子的运动范围为 xx1，B、D正确答案：BD 突破考点04 自主练透 温度、温
15、标与内能 1温度两个系统处于热平衡时，它们具有某个“共同的热学性质”，我们把表征这一“共同的热学性质”的物理量定义为温度一切达到热平衡的系统都具有相同的_2两种温标摄氏温标和热力学温标关系：Tt273.15 K.3分子的动能(1)分子动能是_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，_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_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_决定的能(2)分子势能的决定因素微观上：决定于_和分子排列情况；宏观上：决定于_和状态5物体的内能(1)物体中所有分子的_与_的总
16、和，是状态量(2)对于给定的物体，其内能大小由物体的_和_决定，即由物体内部状态决定(3)物 体 的 内 能 与 物 体 的 位 置 高 低、运 动 速 度 大 小_答案1温度3(1)分子热运动(2)温度(3)总和4(1)相对位置(2)分子间距离 体积5(1)热运动动能 分子势能(2)温度 体积(3)无关1分子势能与分子间距离的关系取 r处为零势能处(1)当 rr0 时，分子力为引力，当 r 增大时，分子力做负功，分子势能增加(2)当 rr0 时，分子力为斥力，当 r 减小时，分子力做负功，分子势能增加(3)当 rr0 时，分子势能最小2对内能概念的进一步说明(1)内能是对物体的大量分子而言的
17、，不存在某个分子内能的说法(2)决定内能大小的因素为温度、体积、分子数，还与物态有关系(3)通过做功或热传递可以改变物体的内能4关于温度的概念，下列说法中正确的是()A温度是分子平均动能的标志，物体温度高，则物体的分子平均动能大B物体温度高，则物体每一个分子的动能都大C某物体内能增大时，其温度一定升高D甲物体温度比乙物体温度高，则甲物体的分子平均速率比乙物体的大解析：物质分子由于不停地运动而具有的能叫分子动能分子的运动是杂乱的，同一物体内各个分子的速度大小和方向是不同的从大量分子的总体来看，速率很大和速率很小的分子数比较少，具有中等速率的分子数比较多在研究热现象时，有意义的不是一个分子的动能，
18、而是大量分子的平均动能从分子动理论观点来看，温度是物体分子热运动平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能就越大；反之亦然注意同一温度下，不同物质分子的平均动能都相同，但由于不同物质的分子质量不尽相同，所以分子运动的平均速率不尽相同答案：A5下列说法中正确的是()A温度低的物体内能小B外界对物体做功时，物体的内能一定增加C温度低的物体分子运动的平均动能小D做加速运动的物体，由于速度越来越大，因此物体分子的平均动能越来越大解析：物体的内能跟物体所含的分子数、物体的温度和体积等因素有关，所以温度低的物体内能不一定小，选项 A 错误；做功和热传递均能改变物体的内能，当外界对物体做功，而物体放热时，物体
19、的内能可能减小，选项 B 错误；物体的温度低表示物体分子运动的平均动能小，选项 C 正确；物体做机械运动时的动能与物体分子做热运动时的动能不同，显然，选项 D错误答案：C6(多选)关于对内能的理解，下列说法正确的是()A系统的内能是由系统的状态决定的B做功可以改变系统的内能，但是单纯地对系统传热不能改变系统的内能C不计分子之间的分子势能，质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能D1 g 100 水的内能小于 1 g 100 水蒸气的内能解析：系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理量，所以是由系统的状态决定的，A 正确；做功和热传递都可以改变系统的内能，B 错误；质量和温度相同的氢气和氧气的
20、平均动能相同，但它们的物质的量不同，内能不同，C 错误；在 1 g 100 的水变成 100 水蒸气的过程中，分子间距增大，要克服分子间的引力做功，分子势能增大，所以 1 g 100 水的内能小于 1 g 100 水蒸气的内能，D 正确答案：AD 突破考点05 分类例析 对热力学定律的理解 1热力学第一定律(1)改变物体内能的两种方式_；_.(2)热力学第一定律内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的_与外界对它所做的功的和表达式：U_.2热力学第二定律(1)热力学第二定律的两种表述克劳修斯表述：热量不能_从低温物体传到高温物体开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而_
21、或表述为“_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_(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_增大的方向进行3.能量守恒定律(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_为另一种形式，或者从一个物体_到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的_保持不变(2)能源的利用存在能量耗散和_重视利用能源时对_的影响要开发新能源(如_、生物质能、风能、水流能等)答案1(1)做功 热传递(2)热量 QW2(1)自发地 不产生其他影响 第二类(2)减小(3)无序性3(1)转化 转移
22、 总量(2)品质下降 环境 太阳能1对热力学第一定律的理解(1)热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系此定律是标量式，应用时功、内能、热量的单位应统一为国际单位焦耳(2)对公式 UQW 符号的规定符号WQU外界对物体做功物体吸收热量内能增加物体对外界做功物体放出热量内能减少(3)几种特殊情况若过程是绝热的，则 Q0，WU，外界对物体做的功等于物体内能的增加；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；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
23、的热量(4)应用注意事项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；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；分析此类问题需要注意两点，“绝热”说明与外界没有热交换，气体向真空扩散时对外不做功2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：“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助；“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
24、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：高温物体热量Q能自发传给热量Q不能自发传给 低温物体功能自发地完全转化为不能自发地且不能完全转化为热气体体积 V1能自发膨胀到不能自发收缩到气体体积 V2(较大)不同气体 A 和 B能自发混合成不能自发分离成混合气体 AB3两类永动机的比较第一类永动机第二类永动机不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不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【例 3】如下
25、图所示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，在蒸发器中的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)(多选)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的热量相比，有怎样的关系？(1)热量传递的自发过程具有方向性(2)压缩机将热量从低温物体传递到高温物体要消耗电能，并同时产生热量(3)能量在转移和转化过程中总和不变(1)热力学第一
26、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)由能量守恒定律可知，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(1)BC(2)释放到外界的热量多1热力学第一定律反映功、热量与内能改变量之间的定量关系：UWQ，使用时注意符号法则简记为：外界对系统取正，系统对外界取负.对理想气体，U仅由温度决定，W仅由体积决定，绝热情况下，Q
27、0.2热力学第二定律指明了哪些过程可能发生，哪些过程不可能发生.如：第二类永动机不可能实现，热现象中的能量耗散是不可避免的，揭示了自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性，一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行的.5地球上有很多的海水，它的总质量约为1.41018吨，如果这些海水的温度降低0.1，将要放出5.81023焦耳的热量，有人曾设想利用海水放出的热量使它完全变成机械能来解决能源危机，但这种机器是不能制成的，其原因是()A内能不能转化成机械能B内能转化成机械能不满足热力学第一定律C只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能的机器不满足热力学第二定律D上述三种原因都不正确解析：内能可以转化成
28、机械能，如热机，A错误；内能转化成机械能的过程满足热力学第一定律，即能量守恒定律，B错误；热力学第二定律告诉我们：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化，C正确答案：C6关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是()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不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能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解析：第一类永动机违反了能量守恒定律，第二类永动机违反了热
29、力学第二定律，A、B错；由热力学第一定律知，做功和热传递都能改变物体的内能，C错；由热力学第二定律可知，若有外界影响，热量可以从低温物体传向高温物体，也可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功，D对答案：D7根据你学过的热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是()A机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功转化成机械能B凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体C尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机却可以使温度降到293 D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
30、发展，第二类永动机可以制造出来解析：机械能可以全部转化为内能，而内能在引起其他变化时也可以全部转化为机械能，A正确；凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，也能从低温物体传递给高温物体，但必须借助外界的帮助，B错误；尽管科技不断进步，热机的效率仍不能达到100%，制冷机也不能使温度降到293，只能无限接近273.15，却永远不能达到，C错误；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，而是违背了热力学第二定律，第二类永动机不可能制造出来，D错误答案：A温示提馨请 做：课时作业 31（点击进入）温示提馨请 做：高考真题（点击进入）
