高二物理第十一章 分子熱運動能量守恒人教版

1、高二物理第十一章 分子熱運動 能量守恒人教版 【本講教育信息】一. 教學(xué)內(nèi)容：第十一章 分子熱運動 能量守恒二. 知識要點：（一）分子動理論1. 物質(zhì)是由大量分子組成的（1）分子的大?。簲?shù)量級（2）阿伏加德羅常數(shù)：任何物質(zhì)含有的粒子數(shù)都相同，這個常數(shù)叫阿伏加德羅常數(shù)。2. 分子在做永不停息的無規(guī)則熱運動（1）布朗運動的特點： 無規(guī)則； 永不停息； 溫度越高越劇烈； 顆粒越小越明顯。（2）布朗運動的意義：說明了液體分子在做永不停息的無規(guī)則運動。由于溫度越高，分子的無規(guī)則運動越劇烈，所以把分子的這種無規(guī)則運動叫熱運動。3. 分子間的相互作用力（1）分了間同時存在著引力和斥力，且都隨分子間距離的增大

2、而減小，但斥力變化更快。如圖1所示。圖1（2）分子間的合力當(dāng)時，合力為零。當(dāng)時，減小，但減小更快，合力表現(xiàn)為引力。當(dāng)時，增大，但增大更快，合力表現(xiàn)為斥力?？梢?，分子力類似于彈簧彈力。（3）分子力的作用范圍當(dāng)時，分子力變?yōu)榱?，所以分子力的作用范圍為，為?shù)量級（二）物體的內(nèi)能1. 分子的動能（1）分子做永不停息的無規(guī)則熱運動，因而具有動能。（2）平均動能：物體內(nèi)所有分子動能的平均值。（3）溫度的微觀含義：溫度是物體分子平均動能的標(biāo)志。2. 分子的勢能（1）分子間有相互作用力，因而分子間有由它們相對位置決定的勢能，叫分子勢能。（2）分子力做正功，分子勢能減??；克服分子力做功，分子勢能增加。分子勢能宏

3、觀上跟物體的體積有關(guān)。3. 物體的內(nèi)能物體內(nèi)所有分子的動能和勢能的總和叫物體的內(nèi)能。它與物體的質(zhì)量溫度和體積有關(guān)。（三）熱和功1. 改變物體內(nèi)能的兩種方式：做功和熱傳遞。從能量轉(zhuǎn)化角度來講，兩種方式有區(qū)別。熱傳遞是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移，做功是內(nèi)能跟其它形式能之間的轉(zhuǎn)化、做功和熱傳遞對改變物體的內(nèi)能是等效的。（四）能的轉(zhuǎn)化和守恒定律1. 內(nèi)容：能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，而能的總量保持不變。2. 熱力學(xué)第一定律：外界對物體做的功與物體從外界吸收的熱量之和，等于物體內(nèi)能的變化。符號定則：（1）W：外界對物體做功為“+”，物體對外做功為“”

4、。（2）Q：從外界吸熱為“+”，向外放熱為“”。（3）：內(nèi)能增加為“+”，減小為“”。（五）重點、難點突破：1. 水和酒精混合后體積減小說明分子間有空隙。2. 不僅液體中存在布朗運動，在氣體中也存在布朗運動。如微小塵埃在靜止空氣中要很久才落下來是由于重力和空氣分子共同對它作用的結(jié)果。3. 溫度是針對由大量分子組成的物質(zhì)而言的。這里的物質(zhì)不包括電場、磁場等場物質(zhì)；分子也與化學(xué)中的含義有所不同，包括分子、原子、離子、對真空和場物質(zhì)不能講溫度。4. 關(guān)于分子勢能的幾點說明：（1）要考慮分子勢能隨分子間距離怎么變化，可以認為分子間存在“彈簧”，先弄清“彈簧”處于壓縮還是伸長狀態(tài)，再考慮勢能隨距離的變化

5、。（2）對理想氣體，分子力為零，可認為沒有分子勢能。（3）分子勢能的具體數(shù)值還與零勢能點的選取有關(guān)，如選時為零勢能點，則當(dāng)變?yōu)闀r，分子引力做正功，分子勢能減少，就為負值了。5. 內(nèi)能與機械能的區(qū)別（1）把分子熱運動動能與整體宏觀運動動能區(qū)別開來。（2）把分子勢能與重力勢能區(qū)別開來。6. 正確認為熱量（1）熱量是熱傳遞過程中內(nèi)能轉(zhuǎn)移的量度是一個過程量，不能講物體具有多少熱量。（2）熱傳遞的方向是從高溫物體低溫物體。7. 對微觀量的估算（1）建立合理的微觀模型如用油膜法估測分子直徑，應(yīng)建立一個單分子層油膜模型；估算標(biāo)況下氣體分子間平均距離，可取氣體看做由N個小立方體組成。（2）利用阿伏加德羅常數(shù)把

6、宏觀和微觀聯(lián)系起來。（六）物體內(nèi)能的變化分析內(nèi)能是熱學(xué)中的一個重要概念，在熱學(xué)習(xí)題中（包括高考試題中）經(jīng)常出現(xiàn)分析物體內(nèi)能變化的問題，如何解答這類習(xí)題呢？下面介紹三種解題思路：1. 根據(jù)內(nèi)能的定義分析物體內(nèi)能的變化物體內(nèi)所有分子做無規(guī)則運動的動能與分子勢能之和，叫做物體的內(nèi)能。分子的平均動能與溫度有關(guān)，分子的勢能與物體的體積有關(guān)，所以物體的內(nèi)能由物體的溫度和體積決定，此外還與分子數(shù)目的多少有關(guān)，當(dāng)溫度相同時所有分子的平均動能都相同，但由于不同物質(zhì)的分子質(zhì)量不同，所以對于不同的物體，分子的平均速率不同。例1 下列說法正確的是（ ）A. 溫度高的物體內(nèi)能大B. 溫度低的物體分子運動的平均速率小C.

7、 物體做加速運動時速度越來越大，物體內(nèi)分子的平均動能也越來越大D. 物體體積改變，內(nèi)能可能不變解析：溫度高的物體，其分子的平均動能一定大于溫度低的物體，但分子的勢能無法比較，A錯。溫度低的物體分子平均動能小，但由于不同物質(zhì)的分子質(zhì)量不同，所以溫度低的物體分子平均速率不一定小，B錯。物體做加速運動時，速度增大，其機械運動的動能增大，但分子的平均動能與機械運動的動能無關(guān)，與溫度有關(guān)，若溫度不變，物體內(nèi)分子的平均動能不變，C錯，內(nèi)能由溫度和體積決定，物體體積雖然發(fā)生改變，但由于不知道溫度的變化情況，所以其內(nèi)能有可能不變，D正確，故正確答案為D。例2 質(zhì)量相當(dāng)?shù)臍錃夂脱鯕?，溫度相同，不考慮分子間的勢能

8、，則（ ）A. 氧氣內(nèi)能較大B. 氫氣的內(nèi)能較大C. 兩者的內(nèi)能相等D. 氫氣分子的平均動能較大解析：溫度相同的氫氣和氧氣，分子的平均動能相同，D錯，質(zhì)量相同，但摩爾質(zhì)量不同，氫氣的摩爾質(zhì)量小，分子個數(shù)多，所以氫氣的內(nèi)能較大，故選項B正確。2. 根據(jù)熱力學(xué)第一定律分析物體內(nèi)能的變化做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，在系統(tǒng)狀態(tài)變化過程中，物體的內(nèi)能變化等于在這個過程中所做的功和所傳遞的熱量總和。熱力學(xué)第一定律是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律在熱力學(xué)中的一種特殊形式，它反映了內(nèi)能和其他形式能之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系。熱力學(xué)第一定律通常用于分析既有做功又有熱傳遞時的內(nèi)能變化。例3 關(guān)于物體內(nèi)能，下列說法正確的是（ ）

9、A. 相同質(zhì)量的兩個物體，升高相同的溫度，內(nèi)能增量一定相同B. 一定量的水結(jié)成的冰，內(nèi)能一定減少C. 一定量的氣體體積增大，但既不吸熱也不放熱，內(nèi)能一定減少D. 一定量氣體吸收熱量而保持體積不變，內(nèi)能一定減少解析：由熱力學(xué)第一定律知：C對A、D錯，一定量的水結(jié)成的冰，這一過程放熱，而且水結(jié)成冰體積增大，所以內(nèi)能一定減少，B對。3. 根據(jù)能量守恒定律分析物體內(nèi)能的變化能量守恒定律通常用于分析物體與外界沒有熱交換（即絕熱過程）的內(nèi)能變化。例4 如圖1所示，容器A、B各有一個可以自由移動的輕活塞，活塞下面是水，上面是空氣，大氣壓強恒定。A、B的底部由帶有閥門K的管道相連，整個裝置與外界絕熱，原先，A

10、中水面比B中高，打開閥門，使A中的水逐漸向B中流，最后達到平衡，在這個過程中（ ）A. 大氣壓力對水做功，水的內(nèi)能增加B. 水克服大氣壓力做功，水的內(nèi)能減少C. 大氣壓力對水不做功，水的內(nèi)能不變D. 大氣壓力對水不做功，水的內(nèi)能增加圖1解析：根據(jù)能量守恒定律，水減少的重力勢能全部轉(zhuǎn)化為整個系統(tǒng)的內(nèi)能，水的內(nèi)能增加（容器的內(nèi)能也增加）。A、B液面大氣壓強相等，設(shè)為，當(dāng)A中水的體積減少時，B中水的體積增加，所以大氣壓力對水做的總功，即大氣壓力對水不做功。故選D。（七）熱學(xué)學(xué)習(xí)中五個易錯考點：1. 分子動理論物質(zhì)是由大量分子組成的，分子在永不停息地做無規(guī)則的運動，分子間存在著相互作用的引力和斥力。例

11、1 解釋以下四種現(xiàn)象：物體能被壓縮，但不能被無限地壓縮，固體和液體很難被壓縮，也很難被拉伸，氣體很容易被壓縮。分析：物體能被壓縮說明分子間有距離，布朗運動不僅間接說明了分子在永不停息地做無規(guī)則的運動，而且同時說明了分子間有距離，物體不能被無限地壓縮說明了分子有確定的大小，分子直徑數(shù)量級為。固體和液體很難被壓縮，也很難被拉伸說明分子間存在較大的斥力和引力。氣體很容易被壓縮說明氣體分子間距離大于，相互作用的引力很小。例2 已知地球半徑，地球表面的重力加速度，大氣壓強，空氣平均摩爾質(zhì)量為，阿伏加德羅常數(shù)，試估算地球周圍大氣層的空氣分子數(shù)。（保留兩位有效數(shù)字）分析：這是估算法的考查，阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)

12、系宏觀與微觀的紐帶和橋梁，在估算中占有很重要的地位，因為大氣壓是由大氣質(zhì)量產(chǎn)生的，所以大氣的總質(zhì)量為地球周圍大氣中空氣分子總數(shù)為N，代入數(shù)據(jù)得2. 物體內(nèi)能的變化分析與熱運動對應(yīng)的能量是物體的內(nèi)能，即內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子熱運動的動能和分子勢能的總和。分子熱運動的動能微觀上取決于分子運動的劇烈程度，宏觀上取決于物體的溫度；分子勢能微觀上取決于分子間的距離，宏觀上取決于物體的體積，所以物體的內(nèi)能取決于物體的量、物體的溫度和體積，改變物體的內(nèi)能有兩種方式：即做功和熱傳遞。它們在改變內(nèi)能的效果上等效，即為熱力學(xué)第一定律，二者有本質(zhì)的區(qū)別，做功的實質(zhì)是其他形式的能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化過程，熱傳遞是物體內(nèi)部或

13、物體之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。例3 有關(guān)物體內(nèi)能，以下說法正確的是（ ）A. 水的內(nèi)能比冰的內(nèi)能大B. 電流通過電阻后電阻發(fā)熱，它的內(nèi)能增加是通過“熱傳遞”方式實現(xiàn)的C. 氣體膨脹，它的內(nèi)能一定減少D. 橡皮筋被拉伸時，分子間勢能增加分析：因的水凝固成的冰時既要放出熱量，又要體積增大對外做功，所以內(nèi)能減少，選項A正確，電流通過電阻后電阻內(nèi)能增加，是因為電流做功改變了它的內(nèi)能，不是通過熱傳遞實現(xiàn)的，所以選項B錯誤，氣體膨脹時可能同時吸熱，所以內(nèi)能可能不變、增大或減少，所以選項C錯誤；拉伸橡皮筋時，分子力反抗拉伸表現(xiàn)為引力，所以分子勢能增加，選項D正確。答案：A、D3. 熱力學(xué)第二定律（1）內(nèi)容表述一：不可

14、能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化，也可以表述為：第二類永動機是不可能制成的。（2）熱力學(xué)第二定律揭示了大量分子參與的宏觀過程的方向性。自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。例4 下列說法正確的是（ ）A. 第二類永動機違反能量守恒定律B. 機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化具有方向性C. 氣體的擴散現(xiàn)象不具有方向性D. 熱機是一種把機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的裝置答案：根據(jù)有關(guān)知識可以判斷B正確。例5 下列設(shè)想中，符合能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的是（ ） 利用永磁鐵和軟鐵的相互作用，制成一臺機器，永遠地轉(zhuǎn)動下去 制造一架飛機，不攜帶燃料，只需利用太陽能飛行 制成一只船，利用流水的能量，逆水行駛，不用

15、其他動力 利用核動力，駕駛地球離開太陽系A(chǔ). B. C. D. 答案：由熱力學(xué)第二定律可知正確選項為B。4. 能量轉(zhuǎn)化和守恒定律能的轉(zhuǎn)化和守恒定律是自然界中的普遍規(guī)律，熱力學(xué)第一定律就是能的轉(zhuǎn)化和守恒在改變物體內(nèi)能這一特定過程中的具體體現(xiàn)，一切違背能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的過程都是不可能實現(xiàn)的，這也證明了永動機不可能制成。例6 行駛中的汽車制動后滑行一段距離，最后停下；流星在夜空中墜落并發(fā)生明亮的火焰，降落傘在空中勻速下降，條形磁鐵在下落過程中穿過閉合線圈，線圈中產(chǎn)生電流，上述不同現(xiàn)象中所包含相同的物理過程是（ ）A. 物體克服阻力做功B. 物體的動能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量C. 物體的勢能轉(zhuǎn)化為其他形

16、式的能量D. 物體的機械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量答案：根據(jù)能量守恒定律和題中給出的信息知AD正確。5. “用油膜法測分子直徑的大小”的實驗例7 在做“用油膜法估測分子的大小”實驗中，實驗簡要步驟如下：A. 將畫有油膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，數(shù)輪廓內(nèi)的方格數(shù)（不足半個的舍去，多于半個的算一個）再根據(jù)方格的邊長求出油膜的面積S。B. 將一滴酒精油酸溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形狀穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，用彩筆將油膜的形狀畫在玻璃板上。C. 用淺盤裝入約2 cm深的水，然后用痱子粉或石膏粉均勻的撒在水面上。D. 求出薄膜厚度，即油酸分子的大小。E. 根據(jù)酒精油酸溶液的濃度，算出一滴溶液中純油酸的

17、體積VF. 用注射器將事先配制好的酒精油酸溶液一滴一滴地滴入量筒，記下量筒內(nèi)增加一定體積時的滴數(shù)。上述實驗步驟的合理順序是 ；油酸分子的直徑約為 。（用題中字母表示）答案：FCBAED，【典型例題分析】例1 一種油的密度為，摩爾質(zhì)量為。取體積為V的油慢慢滴出，可滴滴。將其中一滴滴在廣闊水面形成面積為S的油膜。則分子直徑為 ，還可推算出阿伏加德羅常數(shù)為 。分析：由一滴油在水面形成單分子層油膜可以推算出油分子直徑，從而算出油分子體積，再算出油的體積即可算出阿伏加德羅常數(shù)。解答：由 ，單個油分子體積，油的體積，解得，所以填、說明：此題需理解單分子層油膜的厚度等于油分子直徑、油的體積等于阿伏加德羅常數(shù)

18、跟單個油分子體積的乘積。例2 甲、乙兩分子相距，甲分子固定，乙分子以初速沿甲、乙連線向甲運動，設(shè)此時甲乙間分子勢能為零，從開始到甲乙間距離最近，下列說法正確的是（ ）A. 乙先勻速運動，后加速、再減速B. 乙的分子勢能先不變，后減小再增加C. 乙的動能與分子勢能總和不變D. 甲乙間分子勢能一直不為負值分析：分子力作用范圍為，所以分子間距離從分子力為零，乙分子做勻速運動，分子勢能不變；從到分子力為引力，乙做加速運動，分子力做正功，分子勢能減小為負值；到處乙速度最大，分子勢能最小，此后分子間為斥力，乙分子的動能又因克服分子力做功而轉(zhuǎn)化為分子勢能。全過程中動能與分子勢能之和守恒，最終分子勢能為，為乙

19、分子質(zhì)量。故應(yīng)選A、B、C。說明：記住分子力隨分子間距離變化的規(guī)律是解決本題的關(guān)鍵。例3 關(guān)于物體溫度和內(nèi)能，下列說法不正確的是（ ）A. 物體內(nèi)能大的分子溫度高B. 高溫物體比低溫物體內(nèi)能大C. 某物質(zhì)發(fā)生物態(tài)變化，最終溫度升高，則它的內(nèi)能增大D. 物體溫度升高，則每個分子的動能均增大分析：溫度不是針對個別分子而言的，就個別分子而言，動能在不斷變化，但若分子平均動能不變則溫度不變；同理，若溫度升高，整個分子平均動能增大，就某個分子而言，動能有時增大，有時減小，故A、D均錯。物體的內(nèi)能不僅跟物體溫度有關(guān)，還跟物體的質(zhì)量和體積有關(guān)，故B錯。對C，可設(shè)想電冰箱內(nèi)的致冷劑的壓縮過程，壓縮機對致冷劑壓

20、縮做少量的功，致冷劑變成液體并向外放出更多的熱，由熱力學(xué)第一定律可知內(nèi)能是減小的，可液態(tài)的末溫比氣態(tài)的初溫更高。故C錯。解答：此題應(yīng)選A、B、C、D說明：正確理解溫度的微觀含義及內(nèi)能與溫度、體積、物態(tài)、質(zhì)量等因素均有關(guān)。例4 質(zhì)量為的子彈，以的速度水平射入光滑水平面上一質(zhì)量為M=1950g的木塊中，子彈未穿出，設(shè)子彈比熱為，過程中產(chǎn)生的熱有60%為子彈吸收，求子彈的溫度升高多少？分析：子彈擊入木塊過程中系統(tǒng)動量守恒，且過程中產(chǎn)生的熱等于系統(tǒng)損失的機械能。解答： 對子彈： 說明：理解能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，是解決本題的關(guān)鍵?！灸M試題】（答題時間：40分鐘）1. 下列關(guān)于布朗運動的說法正確的是（ ）

21、A. 布朗運動是指液體分子的無規(guī)則運動B. 液體中的懸浮顆粒越小，布朗運動就越顯著C. 布朗運動產(chǎn)生的原因是液體中懸浮顆粒內(nèi)分子在做無規(guī)則運動D. 布朗運動產(chǎn)生的原因是液體內(nèi)分子在做無規(guī)則運動，并且分子對小顆粒的撞擊不平衡2. 對于液體和固體，如果用M表示摩爾質(zhì)量，表示分子質(zhì)量，表示物質(zhì)密度，V表示摩爾體積，表示分子體積，表示阿伏加德羅常數(shù)，下列各式中能正確反映這些量之間關(guān)系的是（ ）A. B. C. D. 3. 兩個分子相距為，當(dāng)稍增大些（ ）A. 分子力一定減小，分子勢能一定增大B. 分子力一定增大，分子勢能一定減小C. 分子力可能增大也可能減小，分子勢能一定減小D. 因為不知道的大小，故

22、對分子力和分子勢能的變化都無法判定4. 銅的摩爾質(zhì)量是M，密度是，阿伏加德羅常數(shù)為，則（ ）A. 單位體積銅中所含原子數(shù)目是B. 單位質(zhì)量銅中所含原子數(shù)目是C. 單個銅原子質(zhì)量是D. 單個銅原子占有的體積是5. 關(guān)于溫度、熱量、內(nèi)能，以下說法正確的是（ ）A. 同一物體，溫度高時，含有的熱量多B. 物體的內(nèi)能越大，含有的熱量就越多，溫度也越高C. 熱量總是從內(nèi)能大的物體傳給內(nèi)能小的物體D. 熱量總是從溫度高的物體傳給溫度低的物體6. 一個物體內(nèi)能的多少從微觀上看是由每個分子的動能、分子間的勢能及物體所含分子數(shù)的多少來決定的，那么體現(xiàn)在宏觀上是由下列哪些量決定的（ ）A. 摩爾質(zhì)量、壓強、體積B. 摩爾數(shù)、體積、溫度C. 壓強、體積、溫度D. 摩爾數(shù)、壓強、溫度7. 如圖中活塞將氣缸分成甲、乙兩氣室，氣缸、活塞（連同拉桿）是絕熱的，且不漏氣，