北京四中网校高考综合复习――热学专题复习一

高考综合复习——热学专题复习一分子动理论、热力学定律和能量守恒编稿：郁章富审稿：李井军总体感知知识网络考纲要求考点要求分子动理论的基本观点和实验依据阿伏加德罗常数气体分子运动速率的统计分布温度是分子平均动能的标志、内能热力学第一定律能量守恒定律热力学第二定律固体的微观结构、晶体和非晶体ⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠ液晶的微观结构液体的表面张力现象气体实验定律理想气体ⅠⅠⅠⅠ实验：用油膜法估测分子的大小命题规律1．从近几年高考试题来看，本专题命题的热点多集中在分子动理论、估算分子的大小和数目和气体实验定律上，对能力的要求也只限于“理解能力”——理解物理概念和物理规律的适用条件，以及它们在简单情况下的应用，题型多为选择题。2．本专题也有少数的填空题，多以考查分子动理论、阿伏加德罗常数的计算（或估算）和油膜法测分子直径的计算为主。3、由于不同考区的要求不同，出题的形式也会各不相同，在新课标考区对气体的三大定律的考查也有大的计算题。复习策略热学是研究与温度有关的热现象的科学，它是从两个方面来研究热现象及其规律的：一是从物质的微观结构即分子动理论的观点来解释与揭示热学宏观量及科学规律的本质；二是以观测和实验事实为依据，寻求各热学参量之间的关系及热功转换的关系。热学包括分子热运动，热和功，固、液、气体的性质等内容。分子热运动是物质的微观结构学说，是宏观现象与微观本质间的联系纽带；能的转化和守恒定律是自然界普遍适用的规律。1．深刻理解基本概念和规律（1）建立宏观量与微观量的关系对于一个确定的物体而言，其分子动能与物体的温度相对应，其分子势能与物体的体积相对应，物体的内能与物体的温度、体积、质量相对应，物体内能的改变与做功或热传递的过程相对应。（2）强化基本概念和规律的记忆通过复习，在理解的基础上记住本部分的基本概念与规律，并能灵活地运用于解题中。例如：热现象、阿伏伽德罗常数、布朗运动、热运动、分子动能、温度、分子势能、物体的内能、热传递等基本概念。再例如：分子热运动、分子力的特点及分子间距离变化的规律、分子动能与温度的关系、分子势能随分子间距离的变化关系、热力学第一定律、热力学第二定律、能量守恒定律等基本规律。2．加强贴近高考的典型题训练精选一组符合考试说明、贴近高考热点的选择题，通过对这组题目的强化训练，巩固本部分的基本概念和规律，提高分析问题与解决问题的能力。3．建立统计的观点。物质的微观结构，尤其是气体分子的速率分布呈统计规律，深刻理解统计规律在物理现象中的应用。4．注意与其他学科知识的综合由于该专题分子动理论与化学、生物学科相联系，而能源的开发和利用则是现今的热门课题，与地理和实际结合紧密，因此出综合题的可能性较大，例如：估算细胞大小，用能量守恒的观点去分析能源的开发利用等问题。5．固体和液体部分在高考中属于新增加内容，应侧重于基础知识的考查。预计在今后的高考中，很可能以选择题形式考查知识点为主，因此在学习中应夯实基础，灵活掌握，在多变的高考中立于不败之地。第一部分分子动理论知识要点梳理知识点一——物质是由大量分子组成的▲知识梳理1．分子体积分子体积很小，它的直径数量级是m。油膜法测分子直径：，V是油滴体积，S是水面上形成的单分子油膜的面积。2．分子质量分子质量很小，一般分子质量的数量级是㎏。3．阿伏伽德罗常数1摩的任何物质含有的微粒数相同，这个数的测量值。▲疑难导析关于计算分子大小的两种物理模型：1．对于固体和液体对于固体和液体，分子间距离比较小，可以认为分子是一个个紧挨着的，设分子体积为，则分子直径：（球体模型），（立方体模型）。2．对于气体对于气体，分子间距离比较大，处理方法是建立立方体模型，从而可计算出两气体分子之间的平均间距。说明：（1）不论把分子看成是球体还是立方体，都是一种近似的处理方法，得出的结果虽然稍有不同，但不会影响到分子直径的数量级都是m这一点。（2）估算问题常用到的一些常识性的数据：如室温可取27℃；地球公转周期为365天；地球自转周期为24h；月球绕地球转动周期为30天；标准状态下气体压强=76cmHg、温度T=273K、体积V=22.4L等。：在用油膜法测定分子直径的实验中，若已知该种油的摩尔质量为M，密度为，油滴质量为m，油滴在液面上扩展后的最大面积为S，以上各量均为国际单位，那么，下列各式中正确的是（）A．油分子直径B．油分子直径C．油滴所含分子数为D．油滴所含分子数为答案：BC解析：油滴的体积为，则分子直径，A错，B项正确。油滴中所含的分子数，故C对，D错。知识点二——分子永不停息地做无规则热运动▲知识梳理1．分子永不停息做无规则热运动的实验事实：扩散现象和布郎运动。扩散现象在说明分子在不停地运动着的同时，还说明了分子之间有空隙。水和酒精混合后的体积小于原来总体积之和，就是分子之间有空隙的一个例证。2．布朗运动布朗运动是悬浮在液体（或气体）中的固体微粒的无规则运动。布朗运动不是分子本身的运动，但它间接地反映了液体（气体）分子的无规则运动。3．实验中画出的布朗运动路线的折线，不是微粒运动的真实轨迹。因为图中的每一段折线，是每隔30s时间观察到的微粒位置的连线，就是在这短短的30s内，小颗粒的运动也是极不规则的。4．布朗运动产生的原因大量液体分子（或气体）永不停息地做无规则运动时，对悬浮在其中的微粒撞击作用的不平衡性是产生布朗运动的原因。简言之：液体（或气体）分子永不停息的无规则运动是产生布朗运动的原因。5．影响布朗运动激烈程度的因素固体微粒的大小和液体(或气体)的温度。固体微粒越小，液体分子对它各部分碰撞的不均匀性越明显；质量越小，它的惯性越小，越容易改变运动状态，所以运动越激烈；液体(或气体)的温度越高，固体微粒周围的液体分子运动越不规则，对微粒碰撞的不平衡性越强，布朗运动越激烈。6．能在液体（或气体）中做布朗运动的微粒都是很小的，一般数量级在m，这种微粒肉眼是看不到的，必须借助于显微镜。风天看到的灰砂尘土都是较大的颗粒，它们的运动不能称为布朗运动，另外它们的运动基本属于在气流作用下的定向移动，而布朗运动是无规则运动。▲疑难导析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．热运动与机械运动由于物体是由数量极多的分子组成的，这些分子并没有统一的运动步调，单独来看，各个分子的运动都是不规则的、带有偶然性的，但从总体来看，大量分子的运动却有一定的规律，这种规律叫做统计规律。大量分子的集体行为受到统计规律的支配。热运动中每个分子的运动速度无论是方向还是大小都在不断地变化。标准状况下，一个空气分子在1s内与其他空气分子的碰撞达到65亿次之多，所以大量分子的运动是十分混乱的，其中单个分子的速率测定是做不到的。在任一时刻，物体内既具有速率大的分子，也具有速率小的分子。由于分子之间的相互碰撞，使速率很大和速率很小的分子的个数所占的比例相对较少，大多数分子的速率和某一平均速率相差很小。通常所说分子运动的速率，均指它们的平均速率，分子的平均速率是很大的，且和物体的温度以及分子的种类有关。例如，一般室温下，氢分子的平均速率约为2000m/s，而汞的分子平均速率约为200m/s。机械运动指宏观物体整体的运动，与热运动是两种不同的运动形式，所以机械运动与热运动的速率不存在对应关系。必须注意，不能把布朗运动叫做热运动。：如图所示是关于布朗运动的实验，下列说法中正确的是（）A．图中记录的是分子无规则运动的情况B．图中记录的是粒子做布朗运动的轨迹C．实验中可以看到，粒子越大，布朗运动越明显D．实验中可以看到，温度越高，布朗运动越激烈答案：D解析：布朗运动不是固体分子的无规则运动，而是大量液体分子无规则热运动时与悬浮在液体中的小颗粒发生碰撞，从而使小颗粒做无规则运动，即布朗运动是分子热运动的反映．温度越高，分子运动越激烈，布朗运动也越激烈，可见A错误，D正确．粒子越小，某一瞬间跟它撞击的分子数越少，撞击作用的不平衡性表现得越明显，即布朗运动越显著，故C错．图中每个拐点记录的是粒子每隔30s的位置；而在30s内粒子做的也是无规则运动，而不是直线运动，故B错。知识点三——分子间存在着相互作用力▲知识梳理1．分子间的引力和斥力同时存在，实际表现出来的分子力是分子引力和斥力的合力。分子间的引力和斥力只与分子间距离(相对位置)有关，与分子的运动状态无关。2．分子间的引力和斥力都随分子间的距离r的增大而减小，随分子间的距离r的减小而增大，但斥力的变化比引力的变化快。3．分子力F和距离r的关系如图所示，F＞0为斥力，F＜0为引力，横轴上方的虚线表示分子间斥力随r的变化图线，横轴下方的虚线表示分子间引力随r的变化图线，实线为分子间引力和斥力的合力F（分子力）随r的变化图线。（1）当时，分子间引力和斥力相平衡，，分子处于平衡位置，其中为分子直径的数量级，约为m。（2）当时，，对外表现的分子力F为斥力。（3）当时，，对外表现的分子力F为引力。（4）当时，分子间相互作用力变得十分微弱，可认为分子力F为零（如气体分子间可认为作用力为零）。▲疑难导析1．引起分子间相互作用力的原因分子间相互作用力是由原于内带正电的原子核和带负电的电子间相互作用而引起的。2．对气体很难被压缩的解释有的同学认为：气体被压缩时，当体积压缩到一定程度后就很难再继续压缩了，这是由于气体分子间的分子力表现为斥力的缘故。其实这种说法是不正确的。因为气体分子间的距离往往都是大于的，表现出来的分子力是引力。至于很难压缩是由于气体的体积减小，单位体积内的分子数增加，单位面积上受到气体分子的碰撞作用增大，即压强增大，所以就难压缩。：分子间同时存在吸引力和排斥力，下列说法正确的是（）A．当物体内部分子间的吸引力大于排斥力时，物体的形态表现为固体B．当物体内部分子间的吸引力小于排斥力时．物体的形态表现为气体C．当分子间的距离增大时，分子间的吸引力和排斥力都减小D．当分子间的距离减小时，分子间的吸引力增大而排斥力减小答案：C解析：气体的分子间距约为，分子力约为零，所以选项B错误；物体的形态表现为固体时，分子间距约为，分子力约为零，所以选项A错误；当分子间距增大时，分子间的吸引力和排斥力都减小，选项C正确；分子间距减小时，分子间的吸引力和排斥力都增大．斥力比引力增加得更快，表现为斥力，选项D错误．知识点四——温度和温标▲知识梳理1．热平衡定律如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡，这个结论称为热平衡定律。一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。2．温度和温标（1）温度宏观上表示物体的冷热程度。从分子运动论的观点来看，温度标志着物体内部分子无规则热运动的激烈程度，温度越高，物体内部分子的热运动越激烈，分子的平均动能就越大。温度的高低是物体分子平均动能大小的宏观标志。（2）温度的数值表示方法叫做温标。常用温标有两种：温标摄氏温标热力学温标零度的规定冰水混合物的温度－273.15℃温度名称摄氏温度热力学温度温度符号tT温度的单位名称摄氏度开尔文温度的单位符号℃K关系特别提醒：（1）热力学温度的零度叫做绝对零度，它是低温的极限，可以无限接近但不能达到。（2）热力学温度是国际单位制中七个物理量之一，因此它的单位属基本单位。（3）用热力学温标表示的温度和用摄氏温标表示的温度，虽然起点不同，但所表示温度的间隔是相同的,△T=△t。（4）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。▲疑难导析对温度的理解：1．宏观上（1）温度的物理意义：表示物体冷热程度的物理量。（2）与热平衡的关系：各自处于热平衡状态的两个系统，相互接触时，它们相互之间发生了热量的传递，热量从高温系统传递给低温系统，经过一段时间后两系统温度相同，达到一个新的平衡状态。2．微观上（1）反映物体内分子热运动的剧烈程度，是大量分子热运动平均动能的标志。（2）温度是大量分子热运动的集体表现，是含有统计意义的，对个别分子来说温度是没有意义的。特