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2019-2020年高考物理知識要點總結(jié) 分子運動論 熱和功教案 知識要點： 一、分子動理論的基本內(nèi)容： 分子理論是認識微觀世界的基本理論，主要內(nèi)容有三點。 1、物質(zhì)是由大量分子組成的。 我們說物質(zhì)是由大量分子組成的，原因是分子太小了。一般把分子看成球形，分子直徑的數(shù)量級是米。 1摩爾的任何物質(zhì)含有的微粒數(shù)都是6.021023個，這個常數(shù)叫做阿伏加德羅常數(shù)。記作： 阿伏加德羅常數(shù)是連接宏觀世界和微觀世界的橋梁。已知宏觀的摩爾質(zhì)量M和摩爾體積V，通過常數(shù)N可以算出每個分子的質(zhì)量和體積。 每個分子的質(zhì)量 每個分子的體積 根據(jù)上述內(nèi)容我們不難理解一般物體中的分子數(shù)目都是大得驚人的，由此可知物質(zhì)是由大量分子組成的。 2、分子永不停息地做無規(guī)則運動。 ①布朗運動間接地說明了分子永不停息地做無規(guī)則運動。 布朗運動的產(chǎn)生原因：被液體分子或氣體分子包圍著的懸浮微粒（直徑約為mm，稱為“布朗微?！保?，任何時刻受到來自各個方向的液體或氣體分子的撞擊作用不平衡，顆粒朝向撞擊作用較強的方向運動，使微粒發(fā)生了無規(guī)則運動。應(yīng)注意布朗運動并不是分子的運動，而是分子運動的一種表現(xiàn)。 影響布朗運動明顯程度的因素：固體顆粒越小，撞擊它的液體分子數(shù)越少，這種不平衡越明顯；固體顆粒越小，質(zhì)量也小，運動狀態(tài)易于改變，因此固體顆粒越小，布朗運動越顯著。液體溫度越高，布朗運動越激烈。 ②熱運動：分子的無規(guī)則運動與溫度有關(guān)，因此分子的無規(guī)則運動又叫做熱運動。 3、分子間存在著相互作用的引力和斥力。 ①分子間同時存在著引力和斥力，實際表現(xiàn)出來的分子力是分子引力和斥力的合力。 ②分子間相互作用的引力和斥力的大小都跟分子間的距離有關(guān)。 當(dāng)分子間的距離m時，分子間的引力和斥力相等，分子間不顯示作用力；當(dāng)分子間距離從增大時，分子間的引力和斥力都減小，但斥力小得快，分子間作用力表現(xiàn)為引力；當(dāng)分子間距離從減小時，斥力、引力都增在大，但斥力增大得快，分子間作用力表現(xiàn)為斥力。 ③分子力相互作用的距離很短，一般說來，當(dāng)分子間距離超過它們直徑10倍以上，即m時，分子力已非常微弱，通常認為這時分子間已無相互作用。 二、內(nèi)能： 1、 分子的動能： 由于組成任何物體的分子都是在不停地做無規(guī)則運動，因此，構(gòu)成物體的每一個分子在任何時刻都具有動能。 由于分子熱運動的無規(guī)則性及分子間的頻繁碰撞，任何一個分子的動能都是不斷變化的。即使一個物體在穩(wěn)定的狀態(tài)下，構(gòu)成物體的每個分子動能的大小也是不相等的。組成物體所有分子動能的平均值，叫做分子熱運動的平均動能。平均動能的大小決定了物體所處的狀態(tài)，分子平均動能大小的宏觀標(biāo)志是物體的溫度。物體的溫度越高，分子平均動能越大；反之，物體的溫度越低，分子平均動能越小。 ①分子無規(guī)則熱運動的動能叫做分子的動能。一切分子都具有動能。 ②溫度是物體分子平均動能的標(biāo)志。 做無規(guī)則運動的每個分子都具有動能。但由于分子運動的無規(guī)則性，每個分子的動能都不相同，討論每個分子的動能是無意義的。在研究熱運動中，有意義的是討論所有分子動能的平均值，即分子的平均動能。理論和實踐均已證明，溫度和分子的平均動能有確定的函數(shù)關(guān)系，因此溫度是物體分子平均動能的標(biāo)志。 2、 分子的勢能： 由于分子間存在著相互作用力，且分子間又有間隙，分子間的距離可變，這跟物體與地球間的關(guān)系相當(dāng)。物體與地球間存在著相互作用力—重力，物體與地球間有間隙—高度，且距離可變。地球上的重物有勢能—由相互作用的物體間相對位置決定的能，那么，分子間也存在著分子勢能—由分子間相對位置決定的勢能叫分子勢能。 因為分子間的相互作用力比較復(fù)雜—既存在相互作用的引力又有相互作用的斥力，所以分子勢能的規(guī)律也是復(fù)雜的。當(dāng)分子間的距離為r0（=10-10m）時，分子處于平衡態(tài)勢能最低。因為分子間的距離r大于r0時分子間的合作用表現(xiàn)為引力，分子間的距離r小于r0時分子間的合作用表現(xiàn)為斥力，所以，當(dāng)分子間距離r大于r0時，分子間距離越大分子勢能越大，當(dāng)分子間距離r小于r0時，分子間距離越小分子勢能越大。 綜上所述，分子勢能的大小與分子間的距離是密切相關(guān)的。宏觀上看物體分子勢能的變化可由物體的體積及物體所處的態(tài)（固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)）決定。 ①分子間存在著由相對位置決定的勢能叫分子勢能。 ②分子間勢能與分子間的距離的關(guān)系可用右圖來表示。當(dāng)分子間的距離大到10時，分子間的作用力可認為零，定義比位置勢能為零。分子間距離從10逐漸小，引力做正功，分子勢能減小，到時，分子間勢能減小到最小。當(dāng)分子間距離從繼續(xù)減小時，斥力做負功，即要克服斥力做功，分子間勢能增加。 ③分子勢能與體積有關(guān)。 3、 物體的內(nèi)能： 定義：構(gòu)成物體所有分子動能與勢能的總和，叫物體的內(nèi)能。 顯然，物體內(nèi)能的多少與各分子動能的大小有關(guān)，與分子的勢能大小有關(guān)，與分子的總量有關(guān)。宏觀上看，物體內(nèi)能的多少由物體的溫度、物體的體積（及所處的態(tài)）和物體所包含的分子數(shù)決定，即由三個參量決定。 比較兩個物體所含內(nèi)能多少時，目前我們只能討論相同物質(zhì)構(gòu)成的物體。在比較相同物質(zhì)構(gòu)成的物體內(nèi)能時，一定要抓住兩者三個參量中的相同因素。如： 1kg的15℃的水與1kg的25℃的水相比，因為分子數(shù)相同，分子勢能相同，前者分子平均動能小，所以后者的內(nèi)能多。 1kg的15℃的水與2kg的15℃的水相比，因為分子勢能相同， 分子的平均動相同，而后者所含分子數(shù)多，所以后者的內(nèi)能多。 1kg的0℃的冰與1kg的0℃的水相比，因為分子數(shù)相同，分子的平均動相同，前者分子勢能比后者小，所以后者的內(nèi)能多。 以上比較中它們只有一個參量不同，若有兩個或兩個以上參量不同時，問題就要復(fù)雜的多了。如： 1kg的15℃的水與2kg的25℃的水相比，因為，兩者分子勢能相同，而分子的平均動能和分子數(shù)后者都大于前者，后者所含的內(nèi)能多是可以確定的。 1kg的0℃的冰與2kg的0℃的水相比，因為，兩者分子動能相同，而分子的勢能和分子數(shù)后者都大于前者，后者所含的內(nèi)能多也是可以確定的。 1kg的0℃的冰與1kg的25℃的水相比，因為，兩者分子數(shù)相同，而分子的平均動能和分子勢能后者都大于前者，所以，后者所含的內(nèi)能多也是位移確定的。當(dāng)然，若1kg的0℃的冰與2kg的25℃的水相比，因為，物體所含的分子數(shù)、分子的平均動能和分子勢能后者都大于前者，也是好比較的。 但是，在三個參量中有兩個相對的不同，在我們不具有定量計算公式的情況下，則不好比較。如： 2kg的0℃的冰與1kg的15℃的水相比，因為，前者分子勢能和分子的平均動能都小于后者，而分子數(shù)后者卻大于前者，具體兩者的內(nèi)能哪個偏大則無法確定。 ⒋幾個需要說明的問題： ⑴分子勢能的大小跟其它勢能一樣也是相對的。若選分子間的距離無限大時分子勢能為零，那么，分子間的距離為r0時，分子勢能不但最小且是負的最大值。 ⑵物體分子動能、分子勢能的大小與物體運動的動能和物體重力勢能的大小無關(guān)。這兩者一個是微觀的能量一個是宏觀的能量，自身并沒有必然的聯(lián)系。你把一塊冰舉得再高，且讓它具有較大的速度，它的機械能可能很大，但它的內(nèi)能并沒有變。 ⑶物體的內(nèi)能發(fā)生變化時，可能僅是物體分子動能發(fā)生變化，也可能僅是物體分子勢能發(fā)生變化，當(dāng)然可能是分子的動能和勢能都發(fā)生了變化。 三、熱和功： ⒈通過做功可以改變物體的內(nèi)能。 ⑴大家知道摩擦生熱的道理，我們把兩塊冰放在一起互相摩擦對冰做功，過一會冰可以變成水，使原來兩塊冰的內(nèi)能（分子勢能）增加；給自行車的車胎充氣時，人通過氣筒壓縮氣體對氣體做功，我們會發(fā)現(xiàn)氣體的溫度升高（使氣筒變熱），使原來的空氣內(nèi)能（主要是分子的動能）增加。我們也可以舉出一些例子說明通過做功不但使物體分子的動能增加還會使物體分子勢能增加。總之，外界對物體做功可以使物體的內(nèi)能增加。 ⑵四沖程內(nèi)燃機工作時，“做功沖程”是高溫、高壓氣體膨脹推動活塞運動對外做功，其特點是氣體溫度降低（氣體分子平均動能減少），氣體內(nèi)能減少。你知道電冰箱能夠制冷的基本原理是什么嗎？先通過壓縮機把致冷劑壓縮，在讓被壓縮的致冷劑在冰箱內(nèi)的蒸發(fā)器中迅速蒸發(fā)膨脹對外做功，對外做功的同時致冷劑溫度迅速下降。這兩個例子說明，物體對外做功（或稱外界對物體做負功）時，物體的內(nèi)能會減少。 綜上所述，通過做功的方式可以改變物體的內(nèi)能。要能理解好這個結(jié)論，同學(xué)們還要多思考，多注意周圍所見的能證明這個結(jié)論的實例。 ⒉熱傳遞可以改變物體的內(nèi)能。 ⑴用燒熱了的電烙鐵與焊錫接觸，過一段時間焊錫就會熔化。像這樣把存在溫差的兩個物體放在一起，溫度較高的物體過一段時間溫度會下降，而溫度較低的物體過一段時間溫度會升高。說明在這個過程中溫度較高的物體把一部分內(nèi)能傳遞給溫度較低的物體（有時把這個過程敘述為溫度較高的物體把一部分熱量傳遞給溫度較低的物體），結(jié)果使兩個物體的溫差逐漸減小。這個吸熱和放熱的過程叫做熱傳遞，能發(fā)生熱傳遞的條件是兩個物體必須存在溫差。 ⑵一個物體吸熱內(nèi)能增加；放熱內(nèi)能減小。 ⒊關(guān)于物體內(nèi)能的變化。 應(yīng)該指出的是，做功和熱傳遞的本質(zhì)是完全不同的。大家知道“功是能量轉(zhuǎn)換多少的量度?！蹦敲?，通過做功改變物體內(nèi)能時，一定存在著內(nèi)能與其它形式能之間的轉(zhuǎn)化；熱傳遞是內(nèi)能在物體間轉(zhuǎn)移，能量的形式并沒有發(fā)生改變。 由上述分析可知：改變物體內(nèi)能有兩種方式，即做功和熱傳遞。做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能的問題上是完全等效的，并不能由物體內(nèi)能變化的情況來判定是做功的結(jié)果還是熱傳遞的表現(xiàn)。物體內(nèi)能發(fā)生變化也可能是既有做功又有熱傳遞，從能的轉(zhuǎn)化和守恒定律來分析自然可以得到這樣的結(jié)論：外界對物體所做的功（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（ΔE）這就是熱力學(xué)第一定律。熱力學(xué)第一定律的表達式為： ΔE=W+Q 1、改變內(nèi)能的兩種方式：做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能。 2、做功和熱傳遞的本質(zhì)區(qū)別：做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的。但二者本質(zhì)上有差別。做功是把其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。而熱傳遞是把內(nèi)能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體上。 3、功、熱量、內(nèi)能改變量的關(guān)系——熱力學(xué)第一定律。 ①內(nèi)容：在系統(tǒng)狀態(tài)變化過程中，它的內(nèi)能的改變量等于這個過程中所做功和所傳遞熱量的總和。 ②實質(zhì)：是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律在熱學(xué)中的體現(xiàn)。 ③表達式： ④為了區(qū)別不同情況，對、W、Q做如下符號規(guī)定： > 0 表示內(nèi)能增加 < 0 表示內(nèi)能減少 Q > 0 表示系統(tǒng)吸熱 Q < 0 表示系統(tǒng)放熱 W > 0 表示外界對系統(tǒng)做功 W < 0 表示系統(tǒng)對外界做功 四、能的轉(zhuǎn)化和守恒定律： 1、物質(zhì)有許多不同的運動形式，每一種運動形式都有一種對應(yīng)的能。 2、各種形式的能都可以互相轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過程中遵守能的轉(zhuǎn)化和守恒定律。 3、能的轉(zhuǎn)化和守恒定律：能量既不能憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體。 五、應(yīng)注意的問題： 1、溫度與熱量： ①溫度：溫度是表示物體冷熱程度的物理量。從分子動理論觀點看，溫度是物體分子平均動能的標(biāo)志。溫度是大量分子熱運動的集體表現(xiàn)，含有統(tǒng)計意義，對個別分子來說，溫度是沒有意義的。溫度高低標(biāo)志著物體內(nèi)部的分子熱運動的劇烈程度。溫度的變化反映了分子平均動能的變化。 ②熱量：熱量是熱傳遞過程中內(nèi)能的改變量。離開過程（物體升溫降溫過程，狀態(tài)變化過程，燃燒過程等。）講熱量，是沒有意義的。 ③溫度和熱量：溫度和熱量兩個完全不同的物理量。它們只是通過熱傳遞過程建立聯(lián)系。 2、內(nèi)能與機械能： ①內(nèi)能：物體內(nèi)所有分子所具有的動能和勢能的總和叫做物體的內(nèi)能。分子的動能跟溫度有關(guān)，分子的勢能跟分子間的距離有關(guān)，所以物體的內(nèi)能跟溫度、體積有關(guān)。內(nèi)能還跟物體內(nèi)所含分子的數(shù)目有關(guān)。 ②內(nèi)能與機械能：內(nèi)能與機械能是截然不同的。內(nèi)能是由大量分子的熱運動和分子間相對位置所決定的能量。機械能是物體作機械運動和物體形變所決定的能量。機械能可以等于零，而內(nèi)能永遠不會等于零。