1、选考内容 第十三章 热学(选修 3-3) -3- 考点及要求 命题视角 复习指要 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、内能 固体的微观结构、晶 体和非晶体 液晶的微观结构 液体的表面张力现象 气体实验定律 1.以选择题的形式 考查分子动理论、 气体压强的微观解 释、晶体和非晶体 的特点、液体的表 面张力、饱和汽与 饱和汽压、热力学 第二定律的理解等; 2.以计算和问答题 的形式结合气体考 查内能、气体实验 定律、理想气体状 态方程、热力学第 一定律等; 复习过程中要加 强对基本概念和 基本规律的理解, 例如分子动理论 的基本内容,阿伏 加德罗常
2、数的理 解,内能基本概念 的理解;强化概念 规律的应用,例如 理想气体状态方 程,热力学定律及 能量守恒定律。 -4- 考点及要求 命题视角 复习 指要 理想气体 饱和蒸汽、未饱和蒸汽、饱和蒸汽压 相对湿度 热力学第一定律 能量守恒定律 热力学第二定律 中学物理中涉及的国际单位制的基本 单位和其他物理量的单位。例如摄氏 度()、标准大气压 实验:用油膜法估测分子的大小 3.考查油膜法估 测分子直径的实 验原理、操作步 骤和数据处理。 分子动理论 内能 -6- 一、分子动理论的基本观点和实验依据、阿伏加德罗常数 -7- 二、温度是分子平均动能的标志 内能 1.温度 一切达到热平衡的系统都具有相同
3、的 温度 。 2.两种温标 摄氏温标和热力学温标。关系:T=t+273.15 K。 3.分子的动能 (1)分子动能是 分子热运动 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, 温度 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 总和。 -8- 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 相对位置 决定的能。 (2)分子势能的决定因素 微观上:决定于 分子间距离 和分子排列情况; 宏观上:决定于 体积 和状态。 5.物体的内能 (1)概念理解:物体中所有分子的热运动 分子动能 与 分子势能 的
4、总和,是状态量; (2)决定因素:对于给定的物体,其内能大小由物体的 温度 和 体积 决定,即由物体内部状态决定; (3)影响因素:物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小 无 关 。 -9- (4)改变内能的方式 -10- 命题点一 命题点二 命题点三 微观量的估算微观量的估算 1.两种分子模型 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,如图所示,分子间距等于小球的直径或立方体的棱长,所以 d= 6 V 3 (球体模型)或 d= V 3 (立方体模型)。 球体分子模型 立方体分子模型 气体分子模型
5、 -11- 命题点一 命题点二 命题点三 (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d= 。 提醒:对于气体,利用d= 得到的不是分子直径,而是气体分子间 的平均距离。 V 3 V 3 2.微观量与宏观量间的关系 微观量:分子体积V0、分子直径d、分子质量m0。 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。 (1)分子的质量:m0= M N = V N 。 (2)分子的体积:V0=V N = M N (适用于固体和液体)。 (3)物体所含的
6、分子数:N= V V NA= m V NA或 N=m M NA= V M NA。 -12- 命题点一 命题点二 命题点三 例1(2017 江苏卷)科学家可以运用无规则运动的规律来研究生 物蛋白分子。资料显示,某种蛋白的摩尔质量为66 kg/mol,其分子 可视为半径为310-9 m的球,已知阿伏加德罗常数为6.01023 mol- 1。请估算该蛋白的密度。(计算结果保留一位有效数字) 答案:1103 kg/m3或5102 kg/m3 解析:摩尔体积 V=4 3r 3NA(或 V=(2r)3NA) 由密度 = ,解得 = 3 43A (或 = 83A) 代入数据得1103 kg/m3(或5102
7、 kg/m3,51021103 kg/m3都算对) -13- 命题点一 命题点二 命题点三 微观量的求解方法 (1)分子的大小、分子体积、分子质量属微观量,直接测量它们的数 值非常困难,可以借助较易测量的宏观量结合摩尔体积、摩尔质量 等来估算这些微观量,其中阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量 的桥梁和纽带。 (2)建立合适的物理模型,通常把固体、液体分子模拟为球形或立方 体形。气体分子所占据的空间可模拟为立方体模型。 -14- 命题点一 命题点二 命题点三 即学即练即学即练 1.(多选)(2017 辽宁大连模拟)某气体的摩尔质量为M,摩尔体积为 Vm,密度为,每个分子的质量和体积分别为m和V0
8、,则阿伏加德罗常 数NA不可表示为( ) A.NA=M m B.NA=V m V0 C.NA=V m m D.NA= M V0 E.NA= m M 答案 解析 解析 关闭 阿伏加德罗常数NA= = = ,其中V应为每个气体分子所占有 的体积,而题目中的 V0则表示气体分子的体积,选项 A、 C 正确,选项 B、E 错误;D 中的 V0不是气体分子的质量,因而选项 D 错误。所以 选项 B、D、E 符合题意。 答案 解析 关闭 BDE -15- 命题点一 命题点二 命题点三 2.(多选)(2016 上海卷)某气体的摩尔质量为M,分子质量为m。若1 mol该气体的体积为Vm,密度为,则该气体单位体
9、积分子数为(阿伏 加德罗常数为NA)( ) A.N V B. M mV C.N M D.N m 答案 解析 解析 关闭 用阿伏加德罗常数除以气体的摩尔体积,就是单位体积内的分子个 数,A选项正确;用摩尔质量 M 除以一个分子的质量 m即为阿伏加德 罗常数,化简后和 A选项相同,B选项正确;A = A = A m ,C 选项 正确,D 选项错误。 答案 解析 关闭 ABC -16- 命题点一 命题点二 命题点三 3.(2017 山东垦利期中)已知地球大气层的厚度h远小于地球半径r, 空气平均摩尔质量为M,阿伏加德罗常数为NA,地面大气压强为p0, 重力加速度大小为g。由此可估算得,地球大气层空气
10、分子总数 为 ,空气分子之间的平均距离为 。 答案 解析 解析 关闭 可认为地球大气对地球表面的压力是由其重力引起的,即 mg=p0S=p04r2,故大气层的空气总质量 m=40 2 ,空气分子总数 N= NA=40A 2 。由于 hr,则大气层的总体积 V=4r2h,每个分子 所占空间设为一个棱长为 a 的正方体,则有 Na3=V,可得分子间的平 均距离 a= 0A 3 。 答案 解析 关闭 40A 2 0A 3 -17- 命题点一 命题点二 命题点三 布朗运动与分子热运动布朗运动与分子热运动 扩散现象、布朗运动与热运动的比较 现象 扩散现象 布朗运动 热运动 活动 主体 分子 固体微小颗粒
11、 分子 区别 是分子的运动,发 生在固体、液 体、气体任何两 种物质之间 是比分子大得多 的颗粒的运动,只 能在液体、气体 中发生 是分子的运动, 不能通过光学 显微镜直接观 察到 共同点 (1)都是无规则运动;(2)都随温度的升高而更加激烈 联系 扩散现象、布朗运动都反映了分子做无规则的热运动 -18- 命题点一 命题点二 命题点三 例2(2016 北京卷)雾霾天气是对大气中各种悬浮颗粒物含量超 标的笼统表述,是特定气候条件与人类活动相互作用的结果。雾霾 中,各种悬浮颗粒物形状不规则,但可视为密度相同、直径不同的 球体,并用PM10、PM2.5分别表示球体直径小于或等于10 m、2.5 m的
12、颗粒物(PM是颗粒物的英文缩写)。 某科研机构对北京地区的检测结果表明,在静稳的雾霾天气中, 近地面高度百米的范围内,PM10的浓度随高度的增加略有减小,大 于PM10的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小,且两种浓 度分布基本不随时间变化。 -19- 命题点一 命题点二 命题点三 据此材料,以下叙述正确的是( ) A.PM10表示直径小于或等于1.010-6 m的悬浮颗粒物 B.PM10受到的空气分子作用力的合力始终大于其所受到的重力 C.PM10和大悬浮颗粒物都在做布朗运动 D.PM2.5的浓度随高度的增加逐渐增大 答案 解析 解析 关闭 PM10表示直径小于或等于1.010-5 m的悬
13、浮颗粒物,A错误;来自各个方 向的空气分子对PM10的撞击不平衡,使PM10做布朗运动,是不规则的运 动,故加速度大小和方向不断变化,所以合力可以大于、小于或等于其重 力的大小,故B错误,C正确。根据题干可推测,PM2.5的浓度应随高度增加 而减小,故D错误。 答案 解析 关闭 C -20- 命题点一 命题点二 命题点三 思维点拨对于信息题,不要过多注意题目的长度,一定要仔细阅 读题文,从题文中找出相应的信息,布朗运动是悬浮微粒的无规则 运动,不是分子的无规则运动,形成的原因是由于液体分子对悬浮 微粒无规则撞击引起的,布朗运动既不是颗粒分子的运动,也不是 液体分子的运动,而是液体分子无规则运动
14、的反映。 1.扩散现象直接反映了分子的无规则运动,并且可以发生在固体、 液体、气体任何两种物质之间。 2.布朗运动不是分子的运动,是液体分子无规则运动的反映。 -21- 命题点一 命题点二 命题点三 即学即练即学即练 4.(多选)我国已开展空气中PM2.5浓度的监测工作。PM2.5是指空 气中直径等于或小于2.5 m的悬浮颗粒物,其飘浮在空中做无规则 运动,很难自然沉降到地面,吸入后对人体形成危害。矿物燃料燃 烧的排放物是形成PM2.5的主要原因。下列关于PM2.5的说法正确 的是 ( ) A.PM2.5的大小比空气中氧分子大得多 B.PM2.5在空气中的运动属于分子热运动 C.PM2.5的运
15、动轨迹只是由大量空气分子对PM2.5无规则碰撞的不 平衡决定的 D.倡导低碳生活,减少煤和石油等燃料的使用,能有效减小PM2.5在 空气中的浓度 E.PM2.5必然有内能 答案 解析 解析 关闭 PM2.5的尺寸比空气中氧分子的尺寸大得多,选项A正确;PM2.5在空气中 的运动不属于分子热运动,选项B错误;PM2.5的运动轨迹是由大量空气分 子对PM2.5无规则碰撞的不平衡和气流的运动决定的,选项C错误;倡导低 碳生活,减少煤和石油等燃料的使用,能有效减小PM2.5在空气中的浓 度,PM2.5必然有内能,选项D、选项E正确。 答案 解析 关闭 ADE -22- 命题点一 命题点二 命题点三 5
16、.(2017 河南郑州一中月考)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.观察布朗运动会看到,悬浮的颗粒越小,温度越高,布朗运动越剧 烈 C.布朗运动是指悬浮在液体中的固体分子的无规则运动 D.布朗运动说明了液体分子之间存在着相互作用力 答案 解析 解析 关闭 布朗运动的运动主体是固体小颗粒,而不是液体分子或者固体分子的运动, 选项A、选项C错误;悬浮的颗粒越小,温度越高,布朗运动越剧烈,选项B正 确;布朗运动只是间接说明了液体分子的无规则运动,选项D错误。 答案 解析 关闭 B -23- 命题点一 命题点二 命题点三 6.(2017 江苏卷)图甲和图乙
17、是某同学从资料中查到的两张记录水 中炭粒运动位置连线的图片,记录炭粒位置的时间间隔均为30 s,两 方格纸每格表示的长度相同。比较两张图片可知:若水温相同, (选填“甲”或“乙”)中炭粒的颗粒较大;若炭粒大小相同, (选 填“甲”或“乙”)中水分子的热运动较剧烈。 答案 解析 解析 关闭 影响布朗运动的因素有两个,分别是颗粒大小和温度。温度相同时,颗粒 越大,布朗运动越不明显,相同时间内位置变化越小。颗粒大小相同时,温 度越高,布朗运动越明显,相同时间内位置变化越大。 答案 解析 关闭 甲 乙 -24- 命题点一 命题点二 命题点三 分子力、分子势能及物体的内能分子力、分子势能及物体的内能 1
18、.分子力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图线 项 目 分子间的相互作用力 F 分子势能 Ep 与分子间距 的关系图象 -25- 命题点一 命题点二 命题点三 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 rr0 F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r0 F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 r=r0 F引=F斥,F=0 分子势能最小,但不 为零 r10r0 (10-9 m) F引和 F斥都已十分微弱,可 以认为分
19、子间没有相互作 用力 分子势能为零 -26- 命题点一 命题点二 命题点三 2.物体的内能与机械能的比较 项目 内 能 机 械 能 定义 物体内所有分子的动能和 势能的总和 物体的动能及重力势能和 弹性势能的总和 决定 由物体内部分子微观运动 状态决定,与物体整体运动 情况无关 与物体宏观运动状态、参 考系和零势能面选取有关, 和物体内部分子运动情况 无关 量值 任何物体都具有内能,恒不 为零 可以为零 测量 无法测量。其变化量可由 做功和热传递来量度 可以测量 转化 在一定条件下可相互转化 -27- 命题点一 命题点二 命题点三 例3(多选)(2016 全国卷)关于气体的内能,下列说法正确的
20、是 ( ) A.质量和温度都相同的气体,内能一定相同 B.气体温度不变,整体运动速度越大,其内能越大 C.气体被压缩时,内能可能不变 D.一定量的某种理想气体的内能只与温度有关 E.一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中,内能一定增加 答案 解析 解析 关闭 气体的内能在宏观上由物质的量、 温度和体积决定,质量相同的气体, 物质的量不一定相同,选项 A 错误;若是理想气体,不考虑分子势能, 其内能由物质的量和温度共同来决定;若是一定质量的理想气体,其 内能仅由温度来决定,选项 D 正确;由 =C(C为常数)知,一定量的某 种理想气体在等压膨胀过程中,温度一定升高,内能一定增加,选项 E 正确;气
21、体整体运动的速度对应气体的宏观动能,属于机械能,选项 B 错误;改变内能有两种方式:做功和热传递,气体被压缩时,外界对气 体做功,但气体吸、放热情况不知,气体内能可能升高、不变或降低, 故选项 C 正确。 答案 解析 关闭 CDE -28- 命题点一 命题点二 命题点三 分析物体的内能问题应当明确四个要点 1.内能是对物体的大量分子而言的,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.温度是分子平均动能的标志,温度相同的任何物体,分子的平均动 能相同。 -29- 命题点一 命题点二 命题点三 即学即练即学
22、即练 7.(2017 北京卷)以下关于热运动的说法正确的是( ) A.水流速度越大,水分子的热运动越剧烈 B.水凝结成冰后,水分子的热运动停止 C.水的温度越高,水分子的热运动越剧烈 D.水的温度升高,每一个水分子的运动速率都会增大 答案 解析 解析 关闭 水分子热运动的剧烈程度与温度有关,与水流速度无关,故A项错。水分子 的热运动永不停息,故B项错。温度越高,水分子热运动越剧烈,故C项正确。 水的温度升高,水分子的平均运动速率增大,不是每一个分子的运动速率 都增大,故D项错误。 答案 解析 关闭 C -30- 命题点一 命题点二 命题点三 8.(多选)(2017 山东烟台一模)关于物体的内能
23、,下列说法正确的是 ( ) A.物体的内能是指物体内所有分子的动能和势能的总和 B.一定质量的0 的水凝结为0 的冰时,分子平均动能不变,分子 势能减少 C.通电时电阻发热,它的内能增加是通过“热传递”方式实现的 D.温度高的物体一定比温度低的物体内能大 E.一定质量的理想气体吸收热量,它的内能可能不变 答案 解析 解析 关闭 物体的内能是物体内所有分子动能和分子势能的总和,故A正确; 一定质量的0 的水凝结为0 的冰时要放出热量,分子平均动能不变,分 子势能减小,故B正确; 通电时电阻发热,它的内能增加是通过电流做功的方式实现的,故C错误; 内能不仅与物体的温度有关,还与物质的多少有关,故D
24、错误; 一定质量的理想气体吸收热量,如果同时对外做功,则它的内能可能不变, 故E正确。 答案 解析 关闭 ABE -31- 命题点一 命题点二 命题点三 9.(多选)(2017 全国卷)氧气分子在0 和100 温度下单位速率 间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如 图中两条曲线所示。下列说法正确的是( ) A.图中两条曲线下面积相等 B.图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形 C.图中实线对应于氧气分子在100 时的情形 D.图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目 E.与0 时相比,100 时氧气分子速率出现在0400 m/s区间内的 分子数占总分子数的百分比较大 答案 解析 解析 关闭 由归一化知图中两条曲线下的面积相等均为1,A项正确。虚线对应的氧 气分子速率较小的占的比例大,故平均动能较小,B项正确。实线对应的氧 气分子速率较大的占的比例大,故热运动剧烈,为100 的情形,C项正确。 曲线只给出了各速率区间分子数占总分子数的百分比,没有给出分子数目, 故D项错误。100 时分子速率出现在0400 m/s区间内的分子数占总分 子数的百分比较小,E项错误。 答案 解析 关闭 ABC
