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2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第26講 熱學(xué)經(jīng)典精講1 開心自測 題一：如圖所示，兩個(gè)接觸面平滑的鉛柱壓緊后懸掛起來，下面的鉛柱不脫落，主要原因是 （ ） A.鉛分子做無規(guī)則熱運(yùn)動 B.鉛柱受到大氣壓力作用 C.鉛柱間存在萬有引力作用 D.鉛柱間存在分子引力作用 題二：圖為某種椅子與其升降部分的結(jié)構(gòu)示意圖，M、N兩筒間密閉了一定質(zhì)量的氣體，M可沿N的內(nèi)壁上下滑動，設(shè)筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換，在M向下滑動的過程中（ ） A.外界對氣體做功，氣體內(nèi)能增大 B.外界對氣體做功，氣體內(nèi)能減小 C.氣體對外界做功，氣體內(nèi)能增大 D.氣體對外界做功，氣體內(nèi)能減小 題三：如題圖所示，一淙用的“永動機(jī)”轉(zhuǎn)輪由5根輕桿和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，輕桿的末端裝有形狀記憶合金制成的葉片，輕推轉(zhuǎn)輪后，進(jìn)入熱水的葉片因伸展面“劃水”，推動轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動。離開熱水后，葉片形狀迅速恢復(fù)，轉(zhuǎn)輪因此能較長時(shí)間轉(zhuǎn)動。下列說法正確的是（ ） A. 轉(zhuǎn)輪依靠自身慣性轉(zhuǎn)動，不需要消耗外界能量 B. 轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動所需能量來自形狀記憶合金自身 C. 轉(zhuǎn)動的葉片不斷攪動熱水，水溫升高 D. 葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量 考點(diǎn)梳理與金題精講 內(nèi)容 要求 說明 1.物質(zhì)是由大量分子組成的。阿伏伽德羅常數(shù)。分子的熱運(yùn)動、布朗運(yùn)動。分子間的相互作用力。 2.分子熱運(yùn)動的動能。溫度是物體分子熱運(yùn)動平均動能的標(biāo)志。物體分子間的相互作用勢能、物體內(nèi)能 3.做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方式。熱量、能量守恒定律 4.熱力學(xué)第一定律 5.熱力學(xué)第二定律 6.永動機(jī)不可能 7.絕對零度不可達(dá)到 8.能源的開發(fā)和利用、能源的利用與環(huán)境保護(hù) 9.氣體的狀態(tài)和狀態(tài)參量、熱力學(xué)溫度 10.氣體的體積、溫度、壓強(qiáng)之間的關(guān)系 11.氣體分子運(yùn)動的特點(diǎn) 12.氣體壓強(qiáng)的微觀意義 Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ 氣體 氣體狀態(tài)參量（p、V、T） 氣體狀態(tài)的變化 知識結(jié)構(gòu) 分子動理論 物質(zhì)由大量分子組成 分子做永不停息的 熱運(yùn)動 分子間存在相互的引力和斥力 分子的直徑和質(zhì)量 物體的體積和質(zhì)量 阿伏伽德羅常數(shù)NA 擴(kuò)散現(xiàn)象 布朗運(yùn)動 分子力隨距離的增大而減小，且斥力變化快 分子運(yùn)動—動能 分子間相互作用—勢能 溫度是分子平均動能的標(biāo)志 分子勢能與物體的 體積有關(guān) 物體的內(nèi)能 其他物體(部分)的內(nèi)能 Q 其他形式能量 W 能的轉(zhuǎn)化和守恒定律 分子運(yùn)動的統(tǒng)計(jì)平均規(guī)律 研究跟分子運(yùn)動有關(guān)的熱現(xiàn)象，不可能也不必要去追隨每一個(gè)分子，只能根據(jù)分子集體的運(yùn)動特性去確定分子運(yùn)動的規(guī)律及其所反映的宏觀性質(zhì)，采用的是統(tǒng)計(jì)平均方法。比如：布朗運(yùn)動的產(chǎn)生原因、溫度的含義等，都需要從大量分子的無規(guī)則運(yùn)動的統(tǒng)計(jì)平均意義上去解釋和理解。 一、分子動理論基礎(chǔ) 三個(gè)要點(diǎn)： 1.物質(zhì)是由大量分子組成的。 2.分子的運(yùn)動：永不停息、無規(guī)則、隨著溫度的升高而更劇烈。 3.分子之間有相互的引力和斥力。 1、物質(zhì)是由大量分子組成的 分子——組成物質(zhì)的、具有物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小微粒。 原子、離子、分子等。 分子模型：分子球、立方體等——用于估算。 固體和液體——分子緊密排列，空隙不計(jì)。 氣體——立方體。分子間距很大，游離狀的，能充滿整個(gè)容器。所以認(rèn)為每個(gè)分子在正立方體空間范圍活動，分子在這個(gè)正立方體的中心。 分子大小的測量方法 ①電子顯微鏡觀測——掃面隧道顯微鏡等 ②實(shí)驗(yàn)用單分子油膜法估測分子大小 V——一滴油的體積 S——水面上形成單分子油膜的面積 分子直徑的數(shù)量級：10-10m 一般分子質(zhì)量數(shù)量級：10-26Kg 分子間有間隙。酒精和水混合總體積減小。 (3)阿伏伽德羅常數(shù) NA=6.021023個(gè)/mol 反映1 mol的任何物質(zhì)中含有的微粒數(shù)(包括原子數(shù)、分子數(shù)、離子數(shù)等)相同。 粗略計(jì)算可用NA=61023 個(gè)/mol。 阿伏伽德羅常數(shù)是聯(lián)系微觀量與宏觀量的橋梁。 微觀量： 分子體積 (或直徑)、分子質(zhì)量、分子間距、分子的數(shù)密度等。 宏觀量： 摩爾體積、摩爾質(zhì)量、 物體體積、物質(zhì)密度等。 題一：將1 cm3的油酸溶于酒精，制成200 cm3的油酸酒精溶液。已知1 cm3 溶液有50滴油酸，將一滴油酸溶液滴到水面上，酒精溶于水，油酸形成一單分子層，其面積為0.2 m2。由此可知油酸分子的直徑大約為多少？ 二、分子的熱運(yùn)動 兩個(gè)實(shí)驗(yàn)事實(shí)： 1、擴(kuò)散現(xiàn)象：是分子運(yùn)動的直接結(jié)果，證明分子做無規(guī)則運(yùn)動，還說明分子 間有空隙。 2、布朗運(yùn)動 在顯微鏡下，每隔30 s 把觀察到的微粒的位置記錄下來得到下圖： 布朗顆粒的運(yùn)動不是分子的運(yùn)動,它是液體分子運(yùn)動的間接反映。 布朗運(yùn)動特點(diǎn)：溫度越高，顆粒越小，布朗運(yùn)動越劇烈。 布朗運(yùn)動與擴(kuò)散現(xiàn)象都發(fā)現(xiàn)溫度越高，現(xiàn)象越劇烈，說明了分子運(yùn)動劇烈程度與溫度的關(guān)系。由于分子做永不停息的無規(guī)則運(yùn)動，且溫度越高越劇烈，所以分子的這種無規(guī)則運(yùn)動也叫熱運(yùn)動。 布朗運(yùn)動產(chǎn)生的原因： 液體分子熱運(yùn)動 布朗運(yùn)動 題二：關(guān)于布朗運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是( ) A.圖中記錄的是分子無規(guī)則運(yùn)動的情況 B.圖中記錄的是微粒做布朗運(yùn)動的軌跡 C.實(shí)驗(yàn)中可以看到，微粒越大，布朗運(yùn)動越明顯 D.實(shí)驗(yàn)中可以看到，溫度越高，布朗運(yùn)動越激烈 三、分子間的相互作用力 1. 分子間相互作用的引力和斥力同時(shí)存在 。 2. f 引﹑f斥隨分子間距離的增大而減小，但f斥減小得快。 （1）當(dāng)r = r0時(shí)，f引=f斥 ， f合= 0 （2）壓縮 r < r0 時(shí)， r↓→ f引< f斥 f合 為斥力 (斥力增得快) （3）拉伸 r > r0 時(shí)， r→ f引> f斥 f合 為引力 (斥力減得快) （4）r > 10r0 時(shí)，f合 很小，可不計(jì) f —r 關(guān)系圖線 分子的平衡位置： r0的數(shù)量級：10-10m 當(dāng)r =10r0時(shí)，分子力f ≈0，不計(jì)分子力。 4、 內(nèi)能、熱和功 1. 分子的動能 概念1：分子由于做熱運(yùn)動而具有的動能叫分子動能。 分子動能由分子的m、v 決定。 物體中分子熱運(yùn)動的速率大小不一，所以各個(gè) 分子的動能也有大有小。 概念2：分子熱運(yùn)動的平均動能。 ——所有分子動能的平均值，即 分子的平均動能是個(gè)統(tǒng)計(jì)量。 溫度升高→分子熱運(yùn)動加劇→分子熱運(yùn)動的平均動能增加 規(guī)律1：溫度是分子熱運(yùn)動平均動能的標(biāo)志。 注意：溫度不是分子平均速率的標(biāo)志，而是分子平均動能的標(biāo)志。 理解： 1. 同一間教室內(nèi)，一瓶20℃氧氣與一瓶20℃氫氣，哪瓶氣體的分子平均動能大？ 它們的分子平均速率一樣大嗎？ 2. 一瓶20℃氧氣與一瓶25℃氫氣，哪瓶氣體的分子平均動能大？ 2.分子勢能 分子間存在著相互作用力，因此分子間具有由它們的相對位置決定的勢能，這就是分子勢能。(可類比彈性勢能) 分子勢能ep與分子間距 r 有關(guān)。 分子勢能ep的大小跟物體的體積V 有關(guān)。 ep、V 的具體關(guān)系需從具體問題分析。 3.物體的內(nèi)能 （1）概念： 物體內(nèi)所有分子熱運(yùn)動的動能和勢能的總和，稱為物體的內(nèi)能。 根據(jù)內(nèi)能的概念思考： 哪些物體具有內(nèi)能？靜止的？運(yùn)動的？高溫的？低溫的？ 有沒有哪一個(gè)物體沒有內(nèi)能？ （2）任何物體在任何情況下都有內(nèi)能。 （3）物體的內(nèi)能由宏觀上的溫度、體積、物質(zhì)的量決定。 4、改變內(nèi)能的方式 做功：其他形式的能內(nèi)能； 熱傳遞：內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化（方向性） 做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的。 單一的做功過程：ΔE = W 單一的熱傳遞過程：ΔE= Q 既有做功又有熱傳遞的過程：ΔE = W+Q 5、熱力學(xué)第一定律： 外界對物體所做的功W 加上物體從外界吸收的熱量Q 等于物體內(nèi)能的增加量ΔE。ΔE = W + Q ΔE> 0：物體內(nèi)能增加；ΔE< 0：物體內(nèi)能減少。 W > 0：外界對物體做功；W< 0：物體對外做功。 Q > 0：物體從外界吸熱；Q< 0：物體向外界放熱 。 6、能量守恒定律 在自然界發(fā)生的一切過程中，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)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移給另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量是不變的。 第一類永動機(jī)（不需要任何能量的機(jī)器）是不可能實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)榈谝活愑绖訖C(jī)違反能量守恒定律。 絕對零度不可達(dá)到——熱力學(xué)第三定律 7、熱力學(xué)第二定律 熱力學(xué)第一定律 告訴我們，在一切熱力學(xué)過程中能量必須守恒。但是，滿足能量守恒的過程是否都能實(shí)現(xiàn)呢？ （1）自然過程的方向性： ① 氣體的擴(kuò)散具有方向性 ② 熱傳導(dǎo)具有方向性 ③ 功變熱具有方向性 要實(shí)現(xiàn)反向的過程，必須借助外界的幫助。這個(gè)過程必然會造成其他的影響或變化。 自然過程的“方向性” 熱傳導(dǎo)的方向性：熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體。 反向的過程有沒有例子？熱傳導(dǎo)的過程是有方向性的。 要實(shí)現(xiàn)反向的過程，必須得到外界的幫助。這個(gè)過程必然會造成其他的影響或變化。自發(fā) 高溫物體的內(nèi)能 低溫物體的內(nèi)能 其他表述： 熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%；第二類永動機(jī)(熱變功)是不可能制成的。 熱機(jī)——將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器。 第二類永動機(jī)：從單一的熱源吸熱，然后全部用來做功，而不引起其他的變化的熱機(jī)。第二類永動機(jī)雖然不違反能量守恒定律，但違反熱力學(xué)第二定律。 五、氣體 內(nèi) 容 要求 說明 1.氣體的狀態(tài)和狀態(tài)參量；熱力學(xué)溫度 2.氣體的體積、溫度、壓強(qiáng)之間的關(guān)系 3.氣體壓強(qiáng)的微觀意義 Ⅰ Ⅰ Ⅰ 1、氣體的壓強(qiáng)、體積、溫度的關(guān)系 （1）氣體的狀態(tài)參量：p V T ① 體積V——描述氣體幾何特性的物理量。 由于氣體分子的無規(guī)則熱運(yùn)動，每一部分氣體都要充滿所能給予它的整個(gè)空間。 ② 溫度T——描述氣體熱學(xué)特征的物理量。 微觀含義：是分子熱運(yùn)動的平均動能的標(biāo)志。熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系：T= t + 273 ③ 壓強(qiáng)p ——描述氣體力學(xué)特性的宏觀參量。 氣體的壓強(qiáng) （1）壓強(qiáng)是描述氣體力學(xué)特性的宏觀參量。 （2）氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生——大量分子頻繁地碰撞器壁而產(chǎn)生了氣體的壓強(qiáng)。 （3）氣體作用在器壁單位面積上的壓力叫做氣體的壓強(qiáng)。用符號p 表示。即 p =F/S （4）氣體壓強(qiáng)的微觀意義：大量氣體分子對器壁的碰撞作用，形成了對器壁的壓力。氣體壓強(qiáng)大小跟溫度及分子的數(shù)密度有關(guān)。 一定質(zhì)量的氣體： ① 溫度一定時(shí)，體積越小壓強(qiáng)越大； ② 體積一定時(shí)，溫度越高壓強(qiáng)越大； ③ 壓強(qiáng)一定時(shí)，溫度越高體積越大。 可參考公式： 注意結(jié)合熱力學(xué)第一定律分析氣體相關(guān)問題。 題三：對于一定量的氣體，下列四個(gè)論述中正確的是 （ ） A.當(dāng)分子熱運(yùn)動變劇烈時(shí)，壓強(qiáng)必變大 B.當(dāng)分子熱運(yùn)動變劇烈時(shí)，壓強(qiáng)可以不變 C.當(dāng)分子間的平均距離變大時(shí)，壓強(qiáng)必變小 D.當(dāng)分子間的平均距離變大時(shí)，壓強(qiáng)必變大 第26講 熱學(xué) 開心自測 題一：D 題二：A 題三：D 金題精講 題一：510-10m 題二：D 題三：B