高考物理二輪復習 專題14 熱學課件.ppt

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1 專題14熱學 考點48分子動理論內(nèi)能 考點49氣體 固體和液體 考點50熱力學定律與能量守恒定律 考點51實驗 用油膜法估測分子大小 考點52熱學綜合問題 2 考點48分子動理論內(nèi)能 1 分子動理論 1 物體是由大量分子組成的 分子的大小 分子直徑的數(shù)量級為10 10m 分子質(zhì)量的數(shù)量級為10 26kg 分子直徑估測方法 油膜法 阿伏伽德羅常數(shù) 1mol的任何物質(zhì)中含有NA 6 02 1023個分子 2 分子永不停息地做無規(guī)則運動 擴散現(xiàn)象 不同物質(zhì)能夠彼此進入對方的現(xiàn)象叫做擴散 擴散現(xiàn)象是由物質(zhì)分子的無規(guī)則運動產(chǎn)生的 3 布朗運動 指懸浮在液體中的固體微粒的無規(guī)則運動 微粒越小 溫度越高 布朗運動越明顯 3 分子間存在相互的作用力分子間同時存在引力和斥力 分子力是分子間引力和斥力的合力 2 物體的內(nèi)能 1 分子平均動能 分子由于做熱運動而具有的動能叫分子動能 物體內(nèi)所有分子動能的平均值叫分子平均動能 2 分子的勢能 由分子間相對位置決定的勢能叫分子勢能 固體和液體的分子勢能與物體的體積有關(guān) 3 物體的內(nèi)能 物體中所有分子做熱運動的動能和分子勢能的總和叫做物體的內(nèi)能 考點48分子動理論內(nèi)能 4 決定內(nèi)能的因素 微觀上 分子動能 分子勢能 分子個數(shù) 宏觀上 溫度 體積 物質(zhì)的量 改變物體內(nèi)能有兩種方式 做功 熱傳遞 內(nèi)能的改變由熱力學第一定律決定 考點48分子動理論內(nèi)能 5 考法1布朗運動與分子熱運動的比較 6 考點48分子動理論內(nèi)能 7 考法2利用阿伏伽德羅常數(shù)進行微觀量的估算 1 靈活運用兩種微觀模型對液體 固體來說 可以將分子看成是一個個緊挨在一起的小球 也可認為這些分子是一個個緊密排列的立方體 如圖所示 1 球體模型 分子的直徑為 2 立方體模型 分子的直徑為 這兩種分子模型計算出的直徑數(shù)量級相同 考點48分子動理論內(nèi)能 8 考點48分子動理論內(nèi)能 9 3 注意一個問題由于固體和液體中分子間距離較小 則可以近似表示每個分子的體積 而氣體分子間的距離很大 用只能表示每個氣體分子平均占據(jù)的空間 那么就可以表示氣體分子間的平均距離了 考點48分子動理論內(nèi)能 10 考法3分子間作用力和分子勢能隨分子間距的變化規(guī)律 考點48分子動理論內(nèi)能 11 考點49氣體 固體和液體 1 氣體 1 描述氣體狀態(tài)的物理量 溫度 體積 壓強 2 氣體的壓強 產(chǎn)生原因 大量氣體分子無規(guī)則熱運動對器壁碰撞而產(chǎn)生 氣體作用在器壁單位面積上的壓力叫壓強 決定因素 宏觀上取決于氣體的體積和溫度 微觀上取決于單位體積內(nèi)的分子數(shù) 分子數(shù)密度 和分子平均動能 單位 國際單位是帕 Pa 常用單位有 標準大氣壓 atm 厘米汞柱 cmHg 和毫米汞柱 mmHg 換算關(guān)系是 1atm 76cmHg 1 013 105Pa 1mmHg 133Pa 12 3 氣體實驗定律 玻意耳定律 等溫變化 p1V1 p2V2或pV C 查理定律 等容變化 蓋 呂薩克定律 等壓變化 理想氣體狀態(tài)方程 2 固體和液體 1 固體分為晶體和非晶體兩類 晶體又分為單晶體和多晶體 2 液體 液體的表面張力 液體的表面分子間的引力稱為表面張力 表面張力使液體表面收縮而繃緊 跟液面相切 跟這部分液面的分界線垂直 考點49氣體 固體和液體 13 液晶 液晶是一種特殊的物質(zhì) 它既具有液體的流動性 又具有晶體的各向異性 液晶在顯示器方面具有廣泛的應用 3 飽和汽 飽和汽壓和相對濕度 1 飽和汽 在密閉容器中的液體不斷蒸發(fā) 液面上的蒸汽也不斷凝結(jié) 當這兩個同時存在的過程達到動態(tài)平衡時 液面上的蒸汽叫飽和汽 而沒有達到飽和狀態(tài)的蒸汽叫做未飽和汽 2 飽和汽壓 飽和汽的壓強叫做飽和汽壓 飽和汽壓與溫度的高低有關(guān) 溫度升高時 飽和汽壓也增大 飽和汽壓與體積的大小無關(guān) 3 相對濕度 在某一溫度下 空氣中水蒸氣的壓強與同一溫度下水的飽和汽壓之比 稱為空氣的相對濕度 即相對濕度 B 考點49氣體 固體和液體 14 考法4氣體壓強的計算 1 液體封閉的氣體壓強的確定平衡法 選與氣體接觸的液柱為研究對象進行受力分析 利用它的受力平衡 求出氣體的壓強 取等壓面法 根據(jù)同種液體在同一水平液面處壓強相等 在連通器內(nèi)靈活選取等壓面 由兩側(cè)壓強相等建立方程求出壓強 液體內(nèi)部深度為h處的總壓強p p0 gh 考點49氣體 固體和液體 15 2 固體 活塞或汽缸 封閉的氣體壓強的確定由于該固體必定受到被封閉氣體的壓力 所以可通過對該固體進行受力分析 由平衡條件建立方程來求出氣體壓強 考點49氣體 固體和液體 16 考法5氣體實驗定律 1 氣體實驗定律及圖線比較 考點49氣體 固體和液體 17 考點49氣體 固體和液體 18 考法6理想氣體的狀態(tài)方程及應用 1 理想氣體 1 宏觀上講 理想氣體是指在任何條件下始終遵守氣體實驗定律的氣體 實際氣體在壓強不太大 溫度不太低的條件下 可視為理想氣體 2 微觀上講 理想氣體的分子間除碰撞外無其他作用力 分子本身沒有體積 即它所占據(jù)的空間認為都是可以被壓縮的空間 2 狀態(tài)方程 3 應用狀態(tài)方程解題的一般步驟 1 明確研究對象 即某一定質(zhì)量的理想氣體 2 確定氣體在始末狀態(tài)的參量p1 V1 T1及p2 V2 T2 考點49氣體 固體和液體 19 3 由狀態(tài)方程列式求解 4 討論結(jié)果的合理性 考法7晶體與非晶體 考點49氣體 固體和液體 20 考點50熱力學定律與能量守恒定律 1 熱力學第一定律 1 做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方式 2 熱力學第一定律 一個熱力學系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和 用公式表達為 U Q W 2 熱力學第二定律 1 熱傳導的方向性 兩個溫度不同的物體接觸時 熱量會自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體 不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體 而低溫物體必須要依靠外界的輔助才能將熱量傳給高溫物體 21 2 第二類永動機 從單一熱源吸收熱量并把它全部用來對外做功 而不產(chǎn)生他變化的機器 機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性 違背熱力學第二定律 不可能實現(xiàn) 3 熱力學第二定律 克勞修斯表述 熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體 開爾文表述 不可能從單一熱源吸收熱量 使之完全變?yōu)橛杏霉?而不產(chǎn)生其他影響 3 能量守恒定律能量既不會憑空產(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 或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體 在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中 能量的總量保持不變 考點50熱力學定律與能量守恒定律 22 考法8對熱力學第一定律的理解 1 熱力學第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種改變內(nèi)能的過程是等效的 而且給出了內(nèi)能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關(guān)系 此定律是標量式 應用時功 內(nèi)能 熱量的單位應統(tǒng)一為國際單位焦耳 2 對公式 U Q W符號的規(guī)定 考點50熱力學定律與能量守恒定律 23 3 幾種特殊情況 1 若過程是絕熱的 則Q 0 W U 外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加 2 若過程中不做功 即W 0 則Q U 物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加 3 若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變 即 U 0 則W Q 0或W Q 外界對物體做的功等于物體放出的熱量 4 注意事項 1 應用熱力學第一定律時要明確研究的對象是哪個物體或者是哪個熱力學系統(tǒng) 2 應用熱力學第一定律計算時 要依照符號法則代入數(shù)據(jù) 對結(jié)果的正 負也同樣依照規(guī)則來解釋其意義 考點50熱力學定律與能量守恒定律 24 3 分析此類問題需要注意兩點 絕熱 說明與外界沒有熱交換 氣體向真空擴散時對外不做功 考點50熱力學定律與能量守恒定律 25 考法9對熱力學第二定律的理解 1 對熱力學第二定律關(guān)鍵詞的理解在熱力學第二定律的表述中 自發(fā)地 不產(chǎn)生其他影響 的含義 1 自發(fā)地 指明了熱傳遞等熱力學宏觀現(xiàn)象的方向性 不需要借助外界提供能量的幫助 2 不產(chǎn)生其他影響 是說發(fā)生的熱力學宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成 對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學方面的影響 如吸熱 放熱 做功等 2 熱力學第二定律的實質(zhì)熱力學第二定律的每一種表述 都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性 進而使人們認識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性 考點50熱力學定律與能量守恒定律 26 3 熱力學過程方向性實例 返回專題首頁 考點50熱力學定律與能量守恒定律 27 考點51實驗 用油膜法估測分子的大小 1 實驗原理用油膜法估測分子大小的原理是 用累積法測出一滴油酸酒精溶液的體積V0 根據(jù)溶液濃度算出一滴純油酸的體積V 測出油滴形成單分子油膜層的面積S 如果把分子看做球形 就可算出油酸分子的直徑 分子雖然很小 但分子間有空隙 除一些有機物質(zhì)的大分子以外 一般物質(zhì)分子直徑的數(shù)量級都是10 10m 本實驗采用使油酸在水面上形成一層單分子的油膜的方法 估測分子的大小 油酸是一種脂肪酸 它的分子和水有很強的親和力 當它浮于水面時 能形成一個單分子層油膜 如果油膜分子可以大致看做球形 油膜的厚度就是分子的直徑 如圖所示 28 2 實驗步驟 1 配制油酸酒精溶液 取1mL的油酸滴入酒精中配制成500mL的油酸酒精溶液 2 用滴管或注射器將配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中 記下量筒內(nèi)增加一定體積 例如1mL 時的滴數(shù) 算出一滴油酸酒精溶液的體積 3 實驗時先向邊長為30 40cm的淺盤里倒入約2cm深的水 然后將痱子粉或石膏粉均勻地撒在水面上 用滴管往水面上滴一滴油酸酒精溶液 油酸立即在水面上散開 4 待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后 將玻璃板放在淺盤上 然后將油酸膜的形狀用彩筆畫在玻璃板上 考點51實驗 用油膜法估測分子的大小 29 5 將畫有油酸膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上 算出油酸薄膜的面積S 求面積時以坐標紙上邊長為1cm的正方形為單位 數(shù)出輪廓內(nèi)正方形的個數(shù) 不足半個的舍去 多于半個的算一個 6 根據(jù)配制的油酸酒精溶液的濃度 算出一滴溶液中純油酸的體積V 根據(jù)一滴純油酸的體積V和薄膜的面積S即可算出油酸薄膜的厚度 即油酸分子的大小 3 誤差分析用油膜法估測分子的直徑 通常可以測得比較準 實驗誤差通常來自三個方面 1 形成單分子油膜只有形成單分子油膜 才能用油膜的厚度代表分子的直徑 即 要求使用的酒精的濃度 痱子粉的用量適宜 考點51實驗 用油膜法估測分子的大小 30 2 油滴的體積V用累積法測油滴的體積 先測出1mL的油酸酒精溶液的滴數(shù) 從而計算出一滴油酸酒精溶液的體積 再由油酸酒精溶液的濃度算出純油酸的體積 3 油膜的面積S用坐標紙測出形狀不規(guī)則油膜的面積 數(shù)出不規(guī)則圖形的輪廓包圍的方格數(shù) 計算方格數(shù)時 不足半格的舍去 多于半格的算一個 方格邊長的單位越小 這種方法求出的面積越精確 4 注意事項 1 油酸酒精溶液的濃度應小于0 1 2 痱子粉的用量不要太多 否則不易成功 考點51實驗 用油膜法估測分子的大小 31 3 測一滴油酸酒精溶液的體積時 滴入量筒中的油酸酒精溶液的體積應為整毫升數(shù) 應多滴幾滴 數(shù)出對應的毫升數(shù) 這樣求平均值時誤差較小 4 淺盤里水離盤口面的距離應小些 并要水平放置 以便準確地畫出油膜的形狀 畫線時視線應與板面垂直 5 要待油膜形狀穩(wěn)定后 再畫輪廓 6 利用坐標紙求油膜面積時 以邊長1cm的正方形為單位 計算輪廓內(nèi)正方形的個數(shù) 不足半個的舍去 大于半個的算一個 7 做完實驗后 把水從盤的一側(cè)邊緣倒出 并用少量酒精清洗 然后用脫脂棉擦拭 最后用水沖洗 以保持盤的清潔 考點51實驗 用油膜法估測分子的大小 32 考點52熱學綜合問題 考法10熱學綜合問題 熱學綜合問題一方面以氣體壓強為橋梁表現(xiàn)為熱學與力學的綜合 涉及受力分析 平衡條件 牛頓運動定律 氣體實驗定律 理想氣體狀態(tài)方程等 另一方面以功和能為橋梁表現(xiàn)為實驗定律與熱力學定律的綜合 涉及氣體實驗定律 理想氣體狀態(tài)方程 動能定理 功能關(guān)系 熱力學定律 能量守恒等 求解前一類問題時首先要以跟氣體接觸的物體為對象進行受力分析 研究對象可以是活塞 或水銀 汽缸以及活塞和汽缸組成的整體 明確研究對象是平衡還是加速運動 從而列出平衡方程或牛頓第二定律方程求出 33 壓強 接下來再以被封閉的氣體為對象 明確氣體的初 末狀態(tài) 結(jié)合氣體實驗定律 理想氣體狀態(tài)方程求解 求解后一類問題時找到氣體實驗定律與熱力學定律之間的聯(lián)系 弄清氣體狀態(tài)變化過程中各狀態(tài)量的變化情況 兩個規(guī)律的聯(lián)系在于氣體的體積V和溫度T 關(guān)系如下 1 體積變化對應氣體與外界做功的關(guān)系 體積增大 氣體對外界做功 即W0 2 理想氣體不計分子間作用力 即不計分子勢能 故內(nèi)能只與溫度有關(guān) 溫度升高 內(nèi)能增大 即 U 0 溫度降低 內(nèi)能減小 即 U 0 最后結(jié)合熱力學第一定律 U W Q求解問題 另外 對理想氣體 只要體積變化 外界對氣體 或氣體對外界 要做功 考點52熱學綜合問題