高考物理二轮复习课件专题13　热学 33页

专题十三 热　学 主干知识整合 专题十三 │ 主干知识整合 一、分子动理论 1．物质是由大量分子组成的． (1)分子属于在微观上描述物质的概念，分子直径数量级一 般为________，所以分子体积和质量都非常小； (2)物体能够被压缩，说明分子间________． 2．分子永不停息地做无规则热运动． (1)实验依据：扩散现象和布朗运动； 10－10 m 有空隙 专题十三 │ 主干知识整合 (2)布朗运动是悬浮于液体中的颗粒所做的永不停息的运 动，是由于________的热运动对悬浮颗粒的无规则撞击造成的， 布朗运动间接证明了液体分子的无规则热运动； (3)布朗运动是在显微镜下观察到的热现象，用肉眼能直 接观察的微粒运动不能视为布朗运动． 3．分子间存在相互作用的引力和斥力． (1)分子间同时存在相互作用的引力和斥力，引力和斥力 的合力称为________，是分子间实际表现出来的相互作用； ( 2 )分子间引力和斥力都随着分子间距离的增大而 ________，随着分子间距离的减小而________，当分子间引力 和斥力相等时，分子力为______． 液体分子 分子力 减小 增大 零 专题十三 │ 主干知识整合 二、内能和热力学定律 1．物体的内能 定义 组成 微观决定 因素 宏观决 定因素 规律 物 体 内 ______分子 热运动的动 能和分子势 能的总和 分子动能：分 子因________ ____________ 而具有的动能 分子无规 则热运动 的剧烈程 度 温度 温度越高，则分子做 热运动的平均动能 ______；温度越低， 则分子做热运动的平 均动能______ 所有 　　做无规 则热运动 越大 越小 专题十三 │ 主干知识整合 定义 组成 微观决 定因素 宏观决 定因素 规律 物 体 内 _ _ _ _ _ _分 子 热 运 动 的 动 能 和 分 子 势 能 的总和 分子势能： 由分子间相 对位置和分 子力决定的 势能 分子间 距离 体积 分子力对分子做正功， 分子势能______；分 子力对分子做负功， 分子势能______ 减小 增大 减少 专题十三 │ 主干知识整合 2.热力学第一定律 公式 公式符号 符号法则 Q ＋ W ＝ΔU Δ U表示物体内 能的变化 ΔU＞0表示物体内能______；ΔU＜0 表示物体内能______；ΔU＝0表示物体 内能______ Q表示通过热传 递途径实现的对 物体内能变化的 贡献 Q＞0表示物体______，使内能______； Q＜0表示物体______，使内能减少；Q ＝0表示物体既不放热也不吸热，在热 传递途径上没有改变物体内能 减少 不变 吸热 增加 放热 增加 专题十三 │ 主干知识整合 公式 公式符号 符号法则 Q ＋ W ＝ΔU W表示通过做功 途径实现的对物 体内能变化的贡 献 W＞0表示_______________，使其内 能增加；W＜0表示_______________， 使其内能减少；W＝0表示在做功途径 上没有改变物体内能 外界对物体做功 物体对外界做功 专题十三 │ 主干知识整合 3.热力学第二定律 两种表述 表述内容 表述角度 实质 表述一 不 可 能 使 热 量 由 ________传递到高温物 体，而不引起其他变化 按热传导的方向性表 述 反 映 了 涉 及 内 能 的 宏 观 过 程 的 不 可 逆性表述二 不可能从单一热源吸收 热量并把它全部用来 ________，而不引起其 他变化 按机械能和内能转化 过程的方向性表述， 从这个角度也可表述 为“第二类永动机不 可能制成” 做功 低温物体 专题十三 │ 主干知识整合 三、关于理想气体 1．气体分子之间作用力十分微弱，可以认为气体分子间 没有相互作用，这样的气体称为理想气体． 2．通过分子动理论的观点分析，大量气体分子频繁碰撞 器壁，就会对器壁产生持续的、均匀的压力，气体压强就是大 量气体分子作用在器壁单位面积上的压力．气体压强的大小跟 两个因素有关：气体分子平均动能和气体分子密集程度． 专题十三 │ 主干知识整合 3．对一定质量的气体，若气体的体积、温度、压强这三 个参量都不变，则说明气体处于一定的状态中，气体状态发生 变化时，至少要有两个参量发生变化，这三个参量间的定量关 系可记为：　　＝C(恒量)． 要点热点探究 专题十三 │ 要点热点探究 ► 　探究点一　分子动理论综合问题 涉及分子动理论内容的综合题是高考命题的热点，主要围 绕分子动理论内容的准确叙述、布朗运动的理解、分子力的理 解来设置问题． 专题十三 │ 要点热点探究 例1　 [2011·海南卷]下列说法中正确的是 (　　) A．布朗运动就是固体分子无规则的运动 B．当分子间的距离变小时，分子间作用力可能减小，也 可能增大 C．物体温度改变时，物体分子的平均动能不一定改变 D．不计分子势能的气体吸收热量时温度一定升高 专题十三 │ 要点热点探究 【点拨】　本题重点考查分子动理论，包括布朗运动、 分子力、分子平均动能、分子势能等考点，题目具有基础性 强、覆盖面广的特征． 例1　B　【解析】　布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的无 规则运动，选项A错误；当分子间的距离变小时，分子间作用力 可能减小，也可能增大，选项B正确；温度是物体分子平均动能 的标志，二者必定同时改变，选项C错误；如果理想气体吸收热 量的同时对外做功，则其内能不一定增加，即温度不一定升高， 选项D错误． 专题十三 │ 要点热点探究 【点评】　对分子间相互作用力的理解和掌握一定要结合其 图象进行；对布朗运动运动的理解要掌握以下要点：①不是液 体分子的运动，但间接反映液体分子的运动；②在显微镜下才 能观察到布朗运动，用肉眼直接观察到的微粒运动不是布朗运 动，如空气中灰尘的运动就不是布朗运动． 对于分子力和分子势能要注意以下两点：①分子间作用力与 分子间相对位置共同决定了分子势能，分子间作用力做功和分 子势能的关系与重力做功和重力势能的关系类似，可对比理解； ②特别要注意，对于气体而言，气体分子间作用力要么忽略(视 为理想气体)，要么表现为引力，而一定不会处于斥力状态．为 此，一定要克服“气体很难压缩是由于气体分子间存在斥力的 缘故”这样的错误认识，如下面的变式题． 　　　　下列说法正确的是(　　) A．气体的体积就是所有气体分子的体积之和 B．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体 分子之间存在斥力的缘故 C．内能不同的物体其分子热运动的平均动能可能相同 D．密闭容器内气体体积减小，在单位时间内撞击容器器 壁的分子个数一定增多 专题十三 │ 要点热点探究 专题十三 │ 要点热点探究 例1　变式题　C　【解析】　由于气体分子之间距离远 大于气体分子直径，所以气体的体积远大于其所有气体分子 的体积之和，选项A错误；气体如果失去了容器的约束就会 散开，这是因为气体分子永不停息做无规则热运动的缘故， 选项B错误；根据内能的定义可知，内能不同的物体可能具 有相同的温度，则它们分子热运动的平均动能可能相同，选 项C正确；密闭容器内气体体积减小，但如果同时气体温度 降低，则在单位时间内撞击容器器壁的分子个数不一定增多 ， 选项D错误． 专题十三 │ 要点热点探究 ► 　探究点二　热力学定律 热力学定律是研究内能变化和转化的重要规律：热力学第 一定律定量研究内能的变化与做功和热传递的关系；热力学第 二定律则描述了内能转化和转移的方向性． 内能属于一种能量形式，反映物体一种能量状态．一个物 体所具有的内能在数值上等于物体内所有分子动能和分子势能 的总和．涉及内能的分析与计算问题主要通过以下途径：①根 据热力学第一定律；②根据理想气体状态方程；③根据内能定 义；④根据能量守恒定律. 专题十三 │ 要点热点探究 例2 [2011·全国卷] 关于一定量的气体，下列叙述正确的 是(　　) A．气体吸收的热量可以完全转化为功 B．气体体积增大时，其内能一定减少 C．气体从外界吸收热量，其内能一定增加 D．外界对气体做功，气体内能可能减少 【点拨】　本题重点考查热力学定律，注意准确全面应用对 应概念、规律分析问题． 专题十三 │ 要点热点探究 例2　AD　【解析】 当气体体积增大而内能不变时，气体 吸收的热量全部用来对外做功，A正确；当气体体积增大时， 对外做功，若同时吸收热量，且吸收的热量多于对外做的功， 内能会增加，所以B错误；若气体吸收热量的同时对外做功， 且吸收的热量少于对外做的功，则其内能会减少，C错误；若 外界对气体做功的同时气体向外放出热量， 且放出的热量多于 外界对气体所做的功，则气体内能减少，所以D正确． 专题十三 │ 要点热点探究 【点评】　对热力学第一定律和热力学第二定律要把握其 实质：热力学第一定律给出了定量分析物体内能变化的两个基 本途径，即内能的变化决定于两个因素，只知道一个因素的情 况则不能判定内能具体变化情况，如本题中关于BCD选项的分 析即基于此；热力学第二定律揭示的是与热现象相关的宏观过 程的不可逆性．同时，要把二者和第一类永动机、第二类永动 机的关系理清：第一类永动机违背能量守恒定律；第二类永动 机违背热力学第二定律． 专题十三 │ 要点热点探究 　　　　[2010·全国卷Ⅱ] 如图4－13－1所示，一绝热 容器被隔板K隔开成a、b两部分．已知a内有一定量的稀薄气 体，b内为真空，抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平 衡状态．在此过程中(　　) A．气体对外界做功，内能减少 B．气体不做功，内能不变 C．气体压强变小，温度降低 D．气体压强变小，温度不变 专题十三 │ 要点热点探究 例2　变式题　BD　【解析】　绝热容器内的稀薄气体与 外界没有热传递，则Q＝0.稀薄气体向真空扩散没有做功，则 W＝0.根据热力学第一定律可知，稀薄气体内能不变，则其温 度不变．稀薄气体扩散，体积增大，压强必然减小．选项BD 正确． 专题十三 │ 要点热点探究 【高考命题者说】　本题主要考查考生的理解能力和推理 能力，考查的知识点为气体的体积、温度和压强之间的关系及 热力学第一定律． 题目给出的热力学过程实际上是自由膨胀过程．由于b内 为真空，当隔板K被抽开后，a内气体在进入b内的过程中不做 功(W＝0)，由于整个容器是绝热的，系统也不向外界传递热量 (Q＝0)．将a内的稀薄气体看作系统，根据热力学第一定律ΔU ＝W＋Q(式中ΔU、W和Q分别为系统内能的增量、外界对系统 所做的功和系统从外界吸收的热量)．在上述自由膨胀的过程 中，气体对外界不做功，并且气体的内能不发生改变．所以选 项A错误，选项B正确． 专题十三 │ 要点热点探究 由于从最初的状态在抽掉隔板后重新达到平衡状态的过程 中，系统没有对外界做功，也没有向外界散发热量，因而系统 的内能没有发生改变．对于稀薄气体而言，气体分子之间的距 离很大，各个气体分子之间的相互作用可以忽略，气体的内能 没有改变即表明气体的平均动能没有改变．而温度是系统分子 的平均动能的标志，故可以判断出系统的温度没有改变；但由 于系统所在容器的体积变大了，所以单位时间内与单位面积的 器壁发生碰撞的气体分子数将减少，尽管从平均的意义看每个 分子对器壁的冲量不会发生改变，但同样的时间内，与器壁碰 撞的分子个数减少了，因而压强会减小．由以上分析可知选项 C错误，选项D正确． 专题十三 │ 要点热点探究 在热学所研究的问题中，确定研究对象是非常重要的一个 环节，但考生在平时学习和联系的过程中往往忽略这一点．本 题中考生若认为当a中的气体向b中扩散时，先进入b内的气体 分子会阻碍其余气体分子，因而，后面的气体分子要对先进入 b的气体分子做功，结果造成气体的内能减少．错误选择选项A 的原因是没有把研究对象也就是系统界定清楚，实际上原来在 a内的气体分子是作为研究对象(系统)，先进入b的气体分子对 后面进入的气体分子的作用是系统内部的分子之间的相互作用， 不是系统对外部的作用． 专题十三 │ 要点热点探究 本题抽样统计难度为0.364，区分度为0.289，对物理得分 在70分以上的考生有一定的区分度.15%的考生选择了正确选项 B、D，但有8%的考生错选了A项，11%的考生仅选了B项， 21%的考生错选了C项，32%的考生仅选了D项． (引自教育部考试中心2011《高考理科试题分析》第289～ 290页) 专题十三 │ 要点热点探究 ► 　探究点三　理想气体及其热学综合题 理想气体是一种理想模型，在具体问题的分析中认定气体 为理想气体主要有三个基本途径：①直接说明研究对象为理想 气体；②除碰撞外，不考虑气体分子间相互作用；③不考虑分 子势能． 要熟练掌握热学规律和理想气体特点，并能分析一定量气 体经历等温、等压、等容、绝热、自由膨胀等变化过程时涉及 的热学参量变化及相关分析． 专题十三 │ 要点热点探究 例3 如果将一气球充气过足，又放在阳光下暴晒，气球极 易爆裂，关于这一现象的描述，下列说法正确的是(暴晒过程中 气球容积几乎不变)(　　) A．气球爆裂是气球内气体温度升高、气体分子间斥力急剧 增大的结果 B．在爆裂前的过程中，气体温度升高，分子无规则热运动 加剧，气体压强增大 C．在气球突然爆裂的瞬间，气体内能增加 D．在气球突然爆裂的瞬间，气体内能减少 专题十三 │ 要点热点探究 【点拨】　气球爆裂瞬间，有相当一部分气体跑到了气球 外边，请认真分析选项，合力选取研究对象． 例3　BD　【解析】　气球爆裂是由于气球内气体温度升 高，分子无规则热运动加剧，使得封闭气体压强增大的结果， 选项A错误、B正确；以气球内原有气体为研究对象，在气球突 然爆裂的瞬间，该气体体积瞬间增大而对外做功，而爆裂瞬间， 该部分气体来不及与外界发生热交换，因此此过程可视为绝热 膨胀过程，根据热力学第一定律(ΔU＝W＋Q)可知，气体内能 一定减少，则选项C错误、D正确． 专题十三 │ 要点热点探究 　　　　如图4－13－2所示，一导热良好的气缸内用活 塞封闭住一定质量的气体，不考虑气体分子势能，活塞上方 注有一定质量的水，现外界环境温度逐渐升高，不考虑水和 气缸的膨胀，在活塞将水缓慢压入上管的过程中，下列判断 正确的是(　　) 专题十三 │ 要点热点探究 A．活塞将水全部压到上管前，气体吸收热量，对外做功， 内能不变 B．活塞将水全部压到上管后，气体从外界吸收的热量等 于内能的增加量 C．活塞将水全部压到上管前，气体压强不变，分子平均 距离增大 D．活塞将水全部压到上管后，随着温度升高，单位时间 内气体分子对活塞碰撞的次数增多 专题十三 │ 要点热点探究 例3 变式题　BD　【解析】　设活塞质量为m、活塞上表 面到水面的距离为h、水的密度为ρ、大气压强为p0、封闭气 体压强为p、活塞面积为S，活塞缓慢上升过程中可视为始终 处于平衡状态，则对活塞根据平衡条件有mg＋(p0＋ρgh)S＝ pS，解得p＝ 　　　　　　　　　据此可知，活塞将水全部压 到上管前，气体压强随h的增大而增大，选项C错误．活塞将 水全部压到上管前，气体体积增大，对外做功，根据理想气体 状态方程　　＝C(常量)可知，气体体积和压强同时增大，则 气体温度必定同时增大，作为理想气体其内能增大，选项A错 误． 专题十三 │ 要点热点探究 活塞将水全部压到上管后，气体体积不再增大，根据热力学 第一定律可知，则此后气体从外界吸收的热量将全部用于内能的 增加，选项B正确．对于封闭气体，保持体积一定，温度升高， 则单位时间内气体分子对活塞碰撞的次数一定增多，选项D正 确．