《（課標(biāo)版 5年高考3年模擬A版）2020年物理總復(fù)習(xí) 專題十五 熱學(xué)課件.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（課標(biāo)版 5年高考3年模擬A版）2020年物理總復(fù)習(xí) 專題十五 熱學(xué)課件.ppt（61頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、專題十五熱學(xué),高考物理（課標(biāo)專用）,考點(diǎn)一分子動(dòng)理論,考點(diǎn)清單,考向基礎(chǔ) 一、物體是由大量分子組成的 1.分子的大小極小 分子直徑的數(shù)量級(jí):10-10 m。 分子直徑可用油膜法估測(cè)。 2.分子的質(zhì)量很小,一般物質(zhì)分子質(zhì)量的數(shù)量級(jí)是:10-26 kg。 3.阿伏加德羅常數(shù) 定義:1 mol的任何物質(zhì)中含有相同的微粒個(gè)數(shù),用符號(hào)NA表示,NA= 6.021023 mol-1。,阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀和微觀的橋梁。 4.分子的兩種理想模型 球模型:V=d3。 立方體模型:V=d3。 5.微觀量與宏觀量 (1)已知固體和液體的摩爾體積Vmol和一個(gè)分子的體積V0,求NA,則NA= Vmol/V0;知

2、NA和Vmol亦可估算分子的大小。 (2)已知物質(zhì)的摩爾質(zhì)量M和一個(gè)分子的質(zhì)量m0,求NA,則NA=M/m0;知NA和M亦可估算分子的質(zhì)量。 (3)已知物體的體積V和摩爾體積Vmol,求物體的分子數(shù)n,則n=NAV/Vmol。 (4)已知物體的質(zhì)量m和摩爾質(zhì)量M,求物體的分子數(shù)n,則n=NAm/M。,注意對(duì)固體和液體,可以認(rèn)為分子是一個(gè)個(gè)緊密排列在一起的小球,對(duì)氣體,由于分子間距離較大,可以利用立方體模型計(jì)算分子間的距離。 二、分子永不停息地做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng) 擴(kuò)散現(xiàn)象和布朗運(yùn)動(dòng)都說明分子做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)的劇烈程度與溫度有關(guān)。 1.擴(kuò)散現(xiàn)象:相互接觸的物體互相進(jìn)入對(duì)方的現(xiàn)象。溫度越高,擴(kuò)散越快

3、。 2.布朗運(yùn)動(dòng) 產(chǎn)生的原因:各個(gè)方向的液體分子對(duì)顆粒碰撞的不平衡。 布朗運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn):,布朗顆粒:布朗顆粒用肉眼直接看不到,但在顯微鏡下能看到,因此用肉眼看到的顆粒所做的運(yùn)動(dòng),不能叫布朗運(yùn)動(dòng)。布朗顆粒直徑約為10-6 m(包含約1021個(gè)分子),而分子直徑約為10-10 m,布朗顆粒的運(yùn)動(dòng)是 分子運(yùn)動(dòng)的間接反映。,3.布朗運(yùn)動(dòng)和熱運(yùn)動(dòng)的比較,三、分子間存在著相互作用力 1.分子間同時(shí)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為分子間引力和斥力大小相等時(shí)的距離,其數(shù)量級(jí)為10-10 m。 4.如圖所示,分子間的引力和斥力都隨分子間距離的增大而減小,隨分子間距離的減小而增

4、大,但引力不如斥力變化快。 r=r0時(shí),F引=F斥,分子力F=0。,rr0時(shí),F引F斥,分子力F為引力。 r10r0時(shí),F引、F斥迅速減弱,幾乎為零,分子力F0。 四、物體的內(nèi)能 1.分子平均動(dòng)能 物體內(nèi)所有分子動(dòng)能的平均值叫做分子的平均動(dòng)能。溫度是分子的平均動(dòng)能大小的標(biāo)志,溫度越高,分子的平均動(dòng)能越大。 2.分子勢(shì)能 (1)概念:由分子間的相對(duì)位置和相互作用決定的能量。 (2)分子勢(shì)能大小的相關(guān)因素 微觀上:分子勢(shì)能的大小與分子間距離有關(guān)。,當(dāng)分子間距離rr0時(shí),分子勢(shì)能隨分子間距離的增大而增大; 當(dāng)r

5、的體積有關(guān)。大多數(shù)物體是體積變大,分子勢(shì)能變大,也有少數(shù)物體(如冰、鑄鐵等),體積變大,分子勢(shì)能反而變小。 3.物體的內(nèi)能 (1)定義:物體內(nèi)所有分子勢(shì)能和分子動(dòng)能的總和。 (2)決定內(nèi)能的因素 微觀上:分子動(dòng)能、分子勢(shì)能、分子個(gè)數(shù)。 宏觀上:溫度、體積、物質(zhì)的量。 (3)改變物體的內(nèi)能有兩種方式,做功:當(dāng)做功使物體的內(nèi)能發(fā)生改變的時(shí)候,外界對(duì)物體做了多少功,物體內(nèi)能就增加多少;物體對(duì)外界做了多少功,物體內(nèi)能就減少多少。 熱傳遞:當(dāng)熱傳遞使物體的內(nèi)能發(fā)生改變的時(shí)候,物體吸收了多少熱量,物體內(nèi)能就增加多少;物體放出了多少熱量,物體內(nèi)能就減少多少。,注意(1)溫度相同的任意兩個(gè)物體的分子平均動(dòng)能相

6、同,如溫度相同的氫氣和氧氣分子平均動(dòng)能相同,但由于氫氣分子質(zhì)量小于氧氣分子質(zhì)量,故氫氣分子平均速率大于氧氣分子平均速率。 (2)做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的。,考向突破,考向分子動(dòng)理論、內(nèi)能 1.為什么懸浮顆粒越小,溫度越高,布朗運(yùn)動(dòng)越顯著 布朗運(yùn)動(dòng)在相同溫度下,懸浮顆粒越小,它的線度越小,表面積越小,在某一瞬間跟它相撞的分子數(shù)越少,顆粒受到來自各個(gè)方向的撞擊力越不平衡;另外,顆粒線度小,它的體積和質(zhì)量比表面積減小得更快,因而沖擊力引起的加速度更大。因此,懸浮顆粒越小,布朗運(yùn)動(dòng)就越顯著。 相同的顆粒懸浮在同種液體中,液體溫度越高,分子運(yùn)動(dòng)的平均速率越大,對(duì)懸浮顆粒的撞擊作用也越大,顆粒

7、受到來自各個(gè)方向的撞擊力越不平衡,由撞擊力引起的加速度更大,所以溫度越高,布朗運(yùn)動(dòng)就越顯著。,例1關(guān)于分子熱運(yùn)動(dòng)和布朗運(yùn)動(dòng),下列說法正確的是() A.布朗運(yùn)動(dòng)是指在顯微鏡中看到的液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng) B.布朗運(yùn)動(dòng)間接反映了分子在永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng) C.懸浮顆粒越大,同一時(shí)刻與它碰撞的液體分子越多,布朗運(yùn)動(dòng)越顯著 D.當(dāng)物體溫度達(dá)到0 時(shí),物體分子的熱運(yùn)動(dòng)就會(huì)停止,解析布朗運(yùn)動(dòng)是指在顯微鏡中看到的懸浮小顆粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),A錯(cuò)誤;布朗運(yùn)動(dòng)間接反映了液體分子運(yùn)動(dòng)的無(wú)規(guī)則性,B正確;懸浮顆粒越大,液體分子對(duì)它的撞擊作用的不平衡性越小,布朗運(yùn)動(dòng)越不明顯,C錯(cuò)誤;熱運(yùn)動(dòng)在0 時(shí)不會(huì)停止,D錯(cuò)誤。,答案

8、B,2.幾組易混概念的辨析 (1)熱量和內(nèi)能 內(nèi)能是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的,狀態(tài)確定,系統(tǒng)的內(nèi)能也隨之確定,要使系統(tǒng)的內(nèi)能發(fā)生變化,可以通過熱傳遞和做功兩種方式來完成。而熱量是熱傳遞過程中的特征物理量,和功一樣,熱量只是反映物體在狀態(tài)變化過程中所遷移的能量,是用來衡量物體內(nèi)能變化的。有過程,才有變化,離開過程,毫無(wú)意義,就某一狀態(tài)而言,只有“內(nèi)能”,根本不存在什么“熱量”和“功”,因此,不能說一個(gè)系統(tǒng)中含有“多少熱量”或“多少功”。,(2)熱量和溫度 熱量是熱傳遞過程中的內(nèi)能變化的量度。而溫度是系統(tǒng)內(nèi)部大量分子做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的激烈程度的標(biāo)志。雖然熱傳遞的前提是兩個(gè)系統(tǒng)之間要有溫度差,但是傳遞的是能量

9、,不是溫度。 熱傳遞不僅可使系統(tǒng)溫度發(fā)生變化,還可使物質(zhì)狀態(tài)發(fā)生變化。在物質(zhì)狀態(tài)變化中,傳遞給系統(tǒng)的熱量并沒有使系統(tǒng)的溫度發(fā)生變化,因此不能說“系統(tǒng)吸收熱量多,溫度變化一定大”,也不能認(rèn)為“系統(tǒng)的溫度高,它放出的熱量一定多”。因?yàn)榉懦龅臒崃?不但和溫度的變化值有關(guān),還和比熱容有關(guān)?？傊?熱量和溫度之間雖然有一定的聯(lián)系,但它們是完全不同的兩個(gè)物理量。,例2對(duì)于熱量、功和物體的內(nèi)能這三個(gè)物理量,下列各種敘述中正確的是() A.熱量、功、內(nèi)能三者的物理意義相同 B.熱量和功都可以作為物體內(nèi)能的量度 C.熱量、功、內(nèi)能的單位肯定不相同 D.熱量和功是由過程決定的,而內(nèi)能是由物體的狀態(tài)決定的,解析熱量和

10、功是物體內(nèi)能改變的量度,而不是內(nèi)能的量度,是過程量,而內(nèi)能是狀態(tài)量,A、B錯(cuò),D對(duì)。它們的單位是相同的,C錯(cuò)。,答案D,(3)平衡態(tài)與熱平衡 平衡態(tài)是對(duì)某一系統(tǒng)而言的,熱平衡是對(duì)兩個(gè)接觸的系統(tǒng)而言的;分別處于平衡態(tài)的兩個(gè)系統(tǒng)在相互接觸時(shí),它們的狀態(tài)可能會(huì)發(fā)生變化,直到溫度相同時(shí),兩系統(tǒng)便達(dá)到了熱平衡。達(dá)到了熱平衡的兩個(gè)系統(tǒng)都處于平衡態(tài)。 3.分子力做功與分子勢(shì)能變化 分子勢(shì)能與分子間距離(r)的關(guān)系如下: (1)當(dāng)rr0時(shí),分子間表現(xiàn)為引力,分子間距離增大時(shí),分子力做負(fù)功,分子勢(shì)能增大,反之減小。 (2)當(dāng)r

11、 (3)當(dāng)r=r0時(shí),分子力為零,分子勢(shì)能最小,但不一定為零(這與零勢(shì)能面的選取有關(guān))。 (4)分子勢(shì)能曲線(設(shè)r處勢(shì)能為零)如圖所示。,說明分子勢(shì)能的變化與分子力做功的關(guān)系,可用做功與能量變化的關(guān)系來分析。由于勢(shì)能具有相對(duì)性,所以分子勢(shì)能的大小、正負(fù)與零勢(shì)能面的選取有關(guān),一般選取無(wú)限遠(yuǎn)處為零勢(shì)能面。因分子間的引力和斥力同時(shí)存在,且都隨著間距變化,所以分析分子力做功時(shí),應(yīng)先明確分子力表現(xiàn)為什么力,在間距變化過程中做什么功,再根據(jù)分子力做功情況判斷分子勢(shì)能的變化情況。,例3下列四幅圖中,能正確反映分子間作用力f和分子勢(shì)能Ep隨分子間距離r變化關(guān)系的圖線是(),解析分子間作用力f的特點(diǎn)是:rr0時(shí)

12、f為引力;分子勢(shì)能Ep的特點(diǎn)是r=r0時(shí)Ep最小,因此只有B項(xiàng)正確。,答案B,考點(diǎn)二固體、液體、氣體,考向基礎(chǔ) 一、固體 1.固體分為晶體和非晶體兩類。石英、云母、明礬、食鹽、味精、蔗糖等是晶體,玻璃、蜂蠟、松香、瀝青、橡膠等是非晶體。 2.單晶體具有規(guī)則的幾何形狀,多晶體和非晶體沒有規(guī)則的幾何形狀;晶體有確定的熔點(diǎn),非晶體沒有確定的熔點(diǎn)。 3.有些晶體沿不同方向的導(dǎo)熱或?qū)щ娦阅懿煌?有些晶體沿不同方向的光學(xué)性質(zhì)不同,這類現(xiàn)象稱為各向異性,非晶體和多晶體在各個(gè)方向的物理性質(zhì)都是一樣的,這叫做各向同性。,注意金屬是多晶體,所以它是各向同性的。 二、液體 1.液體分子間距離比氣體分子間距離小得多,

13、液體分子間的作用力比固體分子間的作用力要小;液體內(nèi)部分子間的距離在10-10 m左右。 2.液體的表面張力 液體表面層分子間距離較大,因此分子間的作用力表現(xiàn)為引力;液體表面存在表面張力,使液體表面繃緊,浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)也是分子力的表現(xiàn)。 3.液晶 液晶是一種特殊的物質(zhì),它既具有液體的流動(dòng)性,又具有某些晶體的各向異性,液晶在顯示器方面具有廣泛的應(yīng)用。,三、氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn) 1.氣體分子之間的距離大約是分子直徑的10倍,氣體分子之間的作用力十分微弱,可以忽略不計(jì)。 2.氣體分子的速率分布,表現(xiàn)出“中間多,兩頭少”的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律。 3.氣體分子向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)均等。 4.溫度一定時(shí),某種氣體分子的

14、速率分布是確定的,速率的平均值也是確定的,溫度升高,氣體分子的平均速率增大,但不是每個(gè)分子的速率都增大。,四、描述氣體的狀態(tài)參量 1.溫度(T或t) (1)物理意義:宏觀上表示物體的冷熱程度;微觀上標(biāo)志物體分子熱運(yùn)動(dòng)的激烈程度,它是物體分子平均動(dòng)能的標(biāo)志。 (2)兩種溫標(biāo) a.攝氏溫標(biāo)(t):單位。在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,冰的熔點(diǎn)為0 ,水的沸點(diǎn)為100 。 b.熱力學(xué)溫標(biāo)(T):單位K。把-273 作為0 K。絕對(duì)零度(0 K)是低溫的極限,只能接近不能達(dá)到。 c.兩種溫標(biāo)的關(guān)系:就每分度表示的冷熱差別來說,兩種溫標(biāo)是相同的,只是零值的起點(diǎn)不同,所以二者關(guān)系為T=t+273 K,T=t。,2.體

15、積(V) (1)意義:氣體分子所占據(jù)的空間,也就是氣體所充滿的容器的容積。 (2)單位:m3,1 m3=103 L=106 mL。 3.壓強(qiáng)(p) (1)產(chǎn)生的原因 由于大量分子無(wú)規(guī)則地運(yùn)動(dòng)而碰撞器壁,形成對(duì)器壁各處均勻、持續(xù)的壓力,作用在器壁單位面積上的壓力叫做氣體的壓強(qiáng)。 (2)決定氣體壓強(qiáng)大小的因素 a.宏觀上:決定于氣體的溫度、體積和物質(zhì)的量。 b.微觀上:決定于分子的平均動(dòng)能和單位體積的分子數(shù)。 (3)常用單位及換算關(guān)系 帕斯卡(Pa):1 Pa=1 N/m2 1 atm=1.013105 Pa,4.氣體的狀態(tài)及變化 (1)對(duì)于一定質(zhì)量的氣體,如果溫度、體積、壓強(qiáng)這三個(gè)量都不變,我們

16、就說氣體處于一定的狀態(tài)。 (2)一定質(zhì)量的氣體,p與T、V有關(guān)。三個(gè)參量中不可能只有一個(gè)參量發(fā)生變化,至少有兩個(gè)或三個(gè)同時(shí)改變。,考向突破,考向氣體實(shí)驗(yàn)定律、理想氣體狀態(tài)方程 1.理想氣體 (1)在任何溫度、任何壓強(qiáng)下都遵從氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體叫理想氣體。 (2)實(shí)際氣體在溫度不太低、壓強(qiáng)不太大時(shí)可當(dāng)做理想氣體處理。,注意理想氣體是不存在的,它是實(shí)際氣體在一定程度上的近似,是一種理想化的物理模型,一些不易液化的氣體如氫氣、氧氣、氮?dú)狻⒑獾?在通常溫度、壓強(qiáng)條件下,它們的性質(zhì)近似于理想氣體,可按理想氣體處理。 2.兩種氣體壓強(qiáng)的辨別 (1)大氣壓強(qiáng) 大氣壓強(qiáng)是由于空氣受重力作用緊緊包圍地球而對(duì)浸

17、在它里面的物體產(chǎn)生的壓強(qiáng)。 地面大氣壓的值與地球表面積的乘積,近似等于地球大氣層所受的重力值。 (2)氣體壓強(qiáng),因密閉容器中的氣體質(zhì)量一般很小,由氣體自身重力產(chǎn)生的壓強(qiáng)極小,可忽略不計(jì)。 氣體壓強(qiáng)是由氣體分子頻繁碰撞器壁產(chǎn)生的。 氣體壓強(qiáng)由氣體的體積、溫度和物質(zhì)的量決定。 密閉容器中氣體對(duì)器壁的壓強(qiáng)處處相等。,例1關(guān)于壓強(qiáng)下列說法中正確的是() A.大氣壓強(qiáng)是由于地球?qū)Υ髿獾奈a(chǎn)生的 B.密封容器中氣體的壓強(qiáng)是由氣體受到的重力產(chǎn)生的 C.大氣壓強(qiáng)在一定海拔內(nèi)隨高度的增加而減小 D.裝有氣體的密封容器自由下落時(shí)壓強(qiáng)將減為零,解析因密閉容器中的氣體質(zhì)量一般很小,由氣體自身重力產(chǎn)生的壓強(qiáng)極小,可

18、以忽略不計(jì),故氣體壓強(qiáng)由氣體分子碰撞器壁產(chǎn)生,與重力無(wú)關(guān)。密閉容器中的氣體對(duì)器壁的壓強(qiáng)處處相等,與容器所處的狀態(tài)無(wú)關(guān)。 大氣壓是由于空氣受到重力作用緊緊包圍地球而對(duì)浸在它里面的物體產(chǎn)生的壓強(qiáng)。由于地球的引力作用,大氣層分子密度上方小、下方大,從而使得大氣壓的值在一定海拔內(nèi)隨高度增加而減小。,答案AC,3.玻意耳定律 (1)內(nèi)容:一定質(zhì)量的某種氣體,在溫度不變的情況下,壓強(qiáng)與體積成反比。 (2)公式:pV=C或p1V1=p2V2。 (3)條件:氣體的質(zhì)量一定,溫度不變。 (4)圖像:一定質(zhì)量的氣體在p-V圖上的等溫線是一條雙曲線,如圖所示, T1

19、氣體,在體積不變的情況下,壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度成正比。 (2)公式:=C或=。 (3)條件:氣體的質(zhì)量一定,體積不變。 (4)圖像:一定質(zhì)量的某種氣體在p-T圖上的等容線是一條過原點(diǎn)的直線,,p-t圖中等容線在t軸上的截距是-273 ,如圖所示,V1

20、、T都可能改變,但壓強(qiáng)跟體積的乘積與熱力學(xué)溫度的比值不變。 (2)公式:=C或=。,例22014課標(biāo),33(2),10分如圖,兩汽缸A、B粗細(xì)均勻、等高且內(nèi)壁光滑,其下部由體積可忽略的細(xì)管連通;A的直徑是B的2倍,A上端封閉,B上端與大氣連通;兩汽缸除A頂部導(dǎo)熱外,其余部分均絕熱。兩汽缸中各有一厚度可忽略的絕熱輕活塞a、b,活塞下方充有氮?dú)?活塞a上方充有氧氣。當(dāng)大氣壓為p0、外界和汽缸內(nèi)氣體溫度均為7 且平衡時(shí),活塞a離汽缸頂?shù)木嚯x是汽缸高度的,活塞b在汽缸正中間。 ()現(xiàn)通過電阻絲緩慢加熱氮?dú)?當(dāng)活塞b恰好升至頂部時(shí),求氮?dú)獾臏囟? ()繼續(xù)緩慢加熱,使活塞a上升。當(dāng)活塞a上升的距離是汽缸

21、高度的 時(shí),求氧氣的壓強(qiáng)。,解題導(dǎo)引,解析()活塞b升至頂部的過程中,活塞a不動(dòng),活塞a、b下方的氮?dú)饨?jīng)歷等壓過程。設(shè)汽缸A的容積為V0,氮?dú)獬鯌B(tài)體積為V1,溫度為T1;末態(tài)體積為V2,溫度為T2。按題意,汽缸B的容積為V0/4,由題給數(shù)據(jù)和蓋-呂薩克定律有 V1=V0+=V0 V2=V0+V0=V0 = 由式和題給數(shù)據(jù)得 T2=320 K ()活塞b升至頂部后,由于繼續(xù)緩慢加熱,活塞a開始向上移動(dòng),直至活,塞上升的距離是汽缸高度的時(shí),活塞a上方的氧氣經(jīng)歷等溫過程。設(shè) 氧氣初態(tài)體積為V1,壓強(qiáng)為p1;末態(tài)體積為V2,壓強(qiáng)為p2。由題給數(shù)據(jù)和玻意耳定律有 V1=V0,p1=p0,V2=V0 p1

22、V1=p2V2 由式得 p2=p0,答案()320 K()p0,考點(diǎn)三熱力學(xué)定律與能量守恒,考向基礎(chǔ) 一、熱力學(xué)定律 1.熱力學(xué)第一定律 (1)內(nèi)容:外界對(duì)物體做的功W與物體從外界吸收的熱量Q之和等于物體內(nèi)能的增量U。 (2)表達(dá)式:U=W+Q。 (3)符號(hào)規(guī)定,2.熱力學(xué)第二定律的兩種表述 (1)熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。 (2)不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量,使之完全變成功,而不產(chǎn)生其他影響。 二、能量守恒定律 1.能量守恒定律的內(nèi)容:能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生,也不會(huì)憑空消失,它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,或者是從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量保持不變。 2.條件性

23、:能量守恒定律是自然界的普遍規(guī)律,某一種形式的能是否守恒是有條件的,例如,機(jī)械能守恒定律具有適用條件,而能量守恒定律是無(wú)條件的,是一切自然現(xiàn)象都遵守的基本規(guī)律。,3.兩類永動(dòng)機(jī) (1)第一類永動(dòng)機(jī):不消耗任何能量,卻源源不斷地對(duì)外做功的機(jī)器。 違背能量守恒定律,因此不可能實(shí)現(xiàn)。 (2)第二類永動(dòng)機(jī):從單一熱庫(kù)吸收熱量并把它全部用來對(duì)外做功,而不引起其他變化的機(jī)器。 違背熱力學(xué)第二定律,不可能實(shí)現(xiàn)。 三、物體內(nèi)能和機(jī)械能的區(qū)別,考向突破,考向熱力學(xué)第一定律 一、做功和熱傳遞是如何改變內(nèi)能的 做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的,但有本質(zhì)的區(qū)別。 本質(zhì)的區(qū)別:做功使物體的內(nèi)能改變,是其他形式的能和

24、內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化。例如摩擦生熱就是機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。熱傳遞改變物體的內(nèi)能是物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移,如太陽(yáng)照射冰,使冰化成水,就是太陽(yáng)的內(nèi)能通過輻射這一熱傳遞的方式轉(zhuǎn)移到冰,使冰的內(nèi)能增加。 熱量和功,都是系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度,都是過程量。一定量的熱量還和一定量的功相當(dāng),熱量可以通過系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為功,功也可以通過系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為熱量,但它們之間有著本質(zhì)的區(qū)別。 用做功來改變系統(tǒng)的內(nèi)能,是系統(tǒng)內(nèi)分子隨整體的有序運(yùn)動(dòng),轉(zhuǎn)化為另,一系統(tǒng)的分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的過程,是機(jī)械能或其他形式的能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化過程。 用熱傳遞來改變系統(tǒng)的內(nèi)能,是通過傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射來完成的,它將分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),從一個(gè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)系統(tǒng),這種轉(zhuǎn)移

25、也就是系統(tǒng)間的內(nèi)能轉(zhuǎn)換的過程。功是在沒有熱傳遞的過程中,系統(tǒng)能量變化的量度;熱量是在沒有做功的過程中,系統(tǒng)能量變化的量度。 二、熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用 在運(yùn)用熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式U=W+Q來分析問題時(shí),必須理解它的物理意義,掌握它的符號(hào)法則。做功和熱傳遞都可以使物體的內(nèi)能發(fā)生變化。如果物體跟外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞,那么,外界對(duì)物體所做的功與物體從外界吸收的熱量之和等于物體內(nèi)能的增加。,按照符號(hào)法則將“+”“-”號(hào)代入U(xiǎn)=W+Q計(jì)算或分析問題,如果事先不便確定其正負(fù),可以先假定它為正,在計(jì)算出結(jié)果以后再作判斷。若結(jié)果為正,說明與原假設(shè)一致,若結(jié)果為負(fù),則說明與原假設(shè)相反。,例2014課標(biāo),33

26、(1),6分一定量的理想氣體從狀態(tài)a開始,經(jīng)歷三個(gè)過程ab、bc、ca回到原狀態(tài),其p-T圖像如圖所示。下列判斷正確的是。 A.過程ab中氣體一定吸熱 B.過程bc中氣體既不吸熱也不放熱 C.過程ca中外界對(duì)氣體所做的功等于氣體所放的熱 D.a、b和c三個(gè)狀態(tài)中,狀態(tài)a分子的平均動(dòng)能最小,E.b和c兩個(gè)狀態(tài)中,容器壁單位面積單位時(shí)間內(nèi)受到氣體分子撞擊的次數(shù)不同,解析對(duì)封閉氣體,由題圖可知ab過程,氣體體積V不變,沒有做功,而溫度T升高,則為吸熱過程,A項(xiàng)正確。bc過程為等溫變化,壓強(qiáng)減小,體積增大,對(duì)外做功,則為吸熱過程,B項(xiàng)錯(cuò)。ca過程為等壓變化,溫度T降低,內(nèi)能減少,體積V減小,外界對(duì)氣體

27、做功,依據(jù)W+Q=U,外界對(duì)氣體所做的功小于氣體所放的熱,C項(xiàng)錯(cuò)。溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,Tapc,顯然E項(xiàng)正確。,答案ADE,方法1微觀量的估算方法 1.微觀物理量:分子的質(zhì)量m0,分子體積V0,分子直徑d。 2.宏觀物理量:物質(zhì)的質(zhì)量m,體積V,密度,摩爾質(zhì)量M,摩爾體積VA。 3.阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀物理量與微觀物理量的橋梁,根據(jù)油膜法測(cè)出分子的直徑,可算出阿伏加德羅常數(shù);反過來,已知阿伏加德羅常數(shù),根據(jù)摩爾質(zhì)量(或摩爾體積)就可以算出一個(gè)分子的質(zhì)量(或一個(gè)分子的體積)。 (1)分子的質(zhì)量:m0==。,方法技巧,(2)分子的體積:V0==。 對(duì)于氣體,由于分子間空隙很大,用上式估算

28、出的是一個(gè)分子所占據(jù)的體積(活動(dòng)的空間)。 (3)分子的大小:球模型直徑d=,立方體模型邊長(zhǎng)為d=。 (4)物質(zhì)所含的分子數(shù):N=nNA=NA=NA,NA==。,例1已知汞的摩爾質(zhì)量為M=200.510-3 kg/mol,密度為=13.6103 kg/m3, 阿伏加德羅常數(shù)NA=6.01023 mol-1。求: (1)一個(gè)汞原子的質(zhì)量(用相應(yīng)的字母表示即可); (2)一個(gè)汞原子的體積(結(jié)果保留一位有效數(shù)字); (3)體積為1 cm3的汞中汞原子的個(gè)數(shù)(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)。,解題導(dǎo)引,解析(1)一個(gè)汞原子的質(zhì)量為m0=。 (2)一個(gè)汞原子的體積為 V0== = m3210-29 m3。 (3

29、)1 cm3的汞中含汞原子個(gè)數(shù) n= =41022。,答案(1)(2)210-29 m3(3)41022,方法2液柱或活塞移動(dòng)問題的分析方法 用液柱或活塞隔開兩部分氣體,當(dāng)氣體溫度變化時(shí),液柱或活塞是否移動(dòng)?如何移動(dòng)? 此類問題的特點(diǎn)是氣體的狀態(tài)參量p、V、T都發(fā)生了變化,直接判斷液柱或活塞的移動(dòng)方向比較困難,通常先進(jìn)行氣體狀態(tài)的假設(shè),然后應(yīng)用查理定律可以簡(jiǎn)單地求解。其一般思路為: 1.先假設(shè)液柱或活塞不發(fā)生移動(dòng),兩部分氣體均做等容變化。 2.對(duì)兩部分氣體分別應(yīng)用查理定律的分比形式p=p,求出每部分氣 體壓強(qiáng)的變化量p,并加以比較。 如果液柱或活塞兩端的橫截面積相等,則若p均大于零,意味著兩部

30、分氣體的壓強(qiáng)均增大,則液柱或活塞向p值較小的一方移動(dòng);若p均小,于零,意味著兩部分氣體的壓強(qiáng)均減小,則液柱或活塞向壓強(qiáng)減小量較大的一方(即|p|較大的一方)移動(dòng);若p相等,則液柱或活塞不移動(dòng)。 如果液柱或活塞兩端的橫截面積不相等,則應(yīng)考慮液柱或活塞兩端的受力變化(pS),若p均大于零,則液柱或活塞向pS較小的一方移動(dòng);若p均小于零,則液柱或活塞向|pS|值較大的一方移動(dòng);若pS相等,則液柱或活塞不移動(dòng)。,說明要判斷液柱或活塞的移動(dòng)方向,則需要選擇好研究對(duì)象,進(jìn)行受力分析,綜合應(yīng)用玻意耳定律、查理定律和力學(xué)規(guī)律進(jìn)行推理和判斷。,例2如圖,一上端開口、下端封閉的細(xì)長(zhǎng)玻璃管豎直放置。玻璃管的下部封有

31、長(zhǎng)l1=25.0 cm的空氣柱,中間有一段長(zhǎng)l2=25.0 cm的水銀柱,上部空氣柱的長(zhǎng)度l3=40.0 cm。已知大氣壓強(qiáng)為p0=75.0 cmHg。現(xiàn)將一活塞(圖中未畫出)從玻璃管開口處緩慢往下推,使管下部空氣柱長(zhǎng)度變?yōu)閘1=20.0 cm。假設(shè)活塞下推過程中沒有漏氣,求活塞下推的距離。,解析以cmHg為壓強(qiáng)單位。在活塞下推前,玻璃管下部空氣柱的壓強(qiáng)為 p1=p0+l2 設(shè)活塞下推后,下部空氣柱的壓強(qiáng)為p1,由玻意耳定律得 p1l1=p1l1 如圖,設(shè)活塞下推距離為l,則此時(shí)玻璃管上部空氣柱的長(zhǎng)度為 l3=l3+l1-l1-l 設(shè)此時(shí)玻璃管上部空氣柱的壓強(qiáng)為p3,則 p3=p1-l2,由玻

32、意耳定律得 p0l3=p3l3 由式及題給數(shù)據(jù)解得 l=15.0 cm,答案15.0 cm,方法3汽缸類問題的解題方法 汽缸類問題是熱學(xué)部分典型的物理綜合題,它需要考查氣體、汽缸或活塞等多個(gè)研究對(duì)象,涉及熱學(xué)、力學(xué)乃至電學(xué)等物理知識(shí),需要靈活、綜合地應(yīng)用知識(shí)來解決問題。 汽缸類問題的幾種常見類型 (1)氣體系統(tǒng)處于平衡狀態(tài),需綜合應(yīng)用氣體定律和物體的平衡條件解題。 (2)氣體系統(tǒng)處于力學(xué)非平衡狀態(tài),需要綜合應(yīng)用氣體定律和牛頓運(yùn)動(dòng)定律解題。,(3)封閉氣體的容器(如汽缸、活塞、玻璃管等)與氣體發(fā)生相互作用的過程中,如果滿足能量守恒定律的適用條件,可根據(jù)相應(yīng)的能量守恒定律解 題。 (4)兩個(gè)或多個(gè)

33、汽缸封閉著幾部分氣體,并且汽缸之間相互關(guān)聯(lián)的問題,解答時(shí)應(yīng)分別研究各部分氣體,找出它們各自遵循的規(guī)律,并寫出相應(yīng)的方程,還要寫出各部分氣體之間壓強(qiáng)或體積的關(guān)系式,最后聯(lián)立求解。,說明當(dāng)選取力學(xué)研究對(duì)象進(jìn)行分析時(shí),研究對(duì)象的選取并不唯一,可以靈活地選取整體或部分為研究對(duì)象進(jìn)行受力分析,列出平衡方程或動(dòng)力學(xué)方程。,例32014課標(biāo),33(2),9分一定質(zhì)量的理想氣體被活塞封閉在豎直放置的圓柱形汽缸內(nèi),汽缸壁導(dǎo)熱良好,活塞可沿汽缸壁無(wú)摩擦地滑動(dòng)。開始時(shí)氣體壓強(qiáng)為p,活塞下表面相對(duì)于汽缸底部的高度為h,外界的溫度為T0?，F(xiàn)取質(zhì)量為m的沙子緩慢地倒在活塞的上表面,沙子倒完時(shí),活塞下降了h/4。若此后外界的溫度變?yōu)門,求重新達(dá)到平衡后氣體的體積。已知外界大氣的壓強(qiáng)始終保持不變,重力加速度大小為g,,解題導(dǎo)引,解析設(shè)汽缸的橫截面積為S,沙子倒在活塞上后,對(duì)氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)為p,由玻意耳定律得 phS=(p+p)(h-h)S 解得p=p 外界的溫度變?yōu)門后,設(shè)活塞距底面的高度為h。根據(jù)蓋呂薩克定律,得 = 解得h=h 據(jù)題意可得p=,氣體最后的體積為V=Sh 聯(lián)立式得V=,答案,