高考物理 知識大全十一 熱學（分子熱運動、能量、氣體）

1、十、熱學（分子熱運動、能量、氣體）一、知識網(wǎng)絡二、畫龍點睛概念1、分子的大小(1)分子：物理中所說的分子指的是做熱運動時遵從相同規(guī)律的微粒。在研究熱現(xiàn)象時，組成物質(zhì)的原子、離子或分子，統(tǒng)稱為分子。(2)分子的大小d單分子油膜法粗測分子的大小原理：把一滴油酸滴到水面上，油酸在水面上散開形成單分子油膜，如果把分子看成球形，單分子油膜的厚度就可認為等于油膜分子的直徑，如右圖所示。把滴在水面上的油酸層當作單分子油膜層和把分子看成球形等是理想化處理。具體做法是：a測出1滴油酸的體積V；b讓這滴油酸在水面上盡可能散開，形成單分子油膜，用方格坐標紙測出水面上漂浮的油膜的面積S，如右圖所示；c單分子油膜的厚度

2、d等于油滴體積V與油膜面積S的比值。d利用離子顯微鏡測定分子的直徑一般分子直徑的數(shù)量級為1010m。例如水分子直徑是4×1010m，氫分子直徑是2.3×1010m。(3)分子模型的意義把分子看作小球，是對分子模型的簡化。實際上，分子結(jié)構很復雜，并不都是小球。因此說分子直徑有多大，一般知道數(shù)量級就已經(jīng)可以了。2、阿伏加德羅常數(shù)(1)阿伏加德羅常數(shù)：1mol的任何物質(zhì)都含有相同的粒子數(shù)，這個數(shù)就叫阿伏加德羅常數(shù)。用符號NA表示此常數(shù)，NA6.02×1023 mol1，粗略計算時：NA6.0×1023 mol1。(2)宏觀量與微觀量及其聯(lián)系宏觀量體積V質(zhì)量m密

3、度摩爾體積Vmol摩爾質(zhì)量MmolVmol摩爾數(shù)n物體中所含的分子數(shù)Nn NA微觀量分子體積V0D3(球體模型)分子質(zhì)量m0宏觀量與微觀量的聯(lián)系橋梁是阿伏伽德羅常數(shù)NA對固體和液體：分子體積V0對氣體：每個分子占有的空間體積對固體、液體和氣體：分子質(zhì)量m0(3)阿伏伽德羅常數(shù)的計算NA (對固體、液體和氣體都適用) (只對固體、液體適用)阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系微觀世界和宏觀世界的橋梁。它把摩爾質(zhì)量、摩爾體積等這些宏觀量與分子質(zhì)量、分子體積（直徑）等微觀量聯(lián)系起來。3、物體是由大量分子組成的例題：水的摩爾質(zhì)量是1.8×102kg/mol，1 mol水中含有6.0×1023個分子

4、，則每個水分子的質(zhì)量是m03.0×1026kg總結(jié)：一般物體中的分子數(shù)目是很大的，一個分子質(zhì)量是很小的。例題：已知鐵的原子量是56，鐵的密度是7.8×105kg/m3，求：a質(zhì)量是1g的鐵塊中鐵原子的數(shù)目(取1位有效數(shù)字)；b計算出鐵原子的直徑。解析：a1g鐵的物質(zhì)的量是1/56mol，其中鐵原子的數(shù)目是n1×1022個b1g鐵原子的體積是V1×107m31個鐵原子的體積是V01×1029 m3鐵原子的直徑4、擴散現(xiàn)象(1)擴散現(xiàn)象不同的物質(zhì)互相接觸時彼此進入對方的現(xiàn)象，叫做擴散。(2)擴散現(xiàn)象證實一切物體的分子都在不停地運動著(3)與擴散快慢

5、有關的因素擴散的快慢與溫度有關，溫度越高，擴散進行的越快。擴散現(xiàn)象的本質(zhì)是分子在運動，擴散現(xiàn)象的產(chǎn)生條件是兩不同物質(zhì)(或不同濃度的物體)相接觸，影響擴散快慢的因素是溫度高低。擴散現(xiàn)象說明了組成物質(zhì)的大量分子在不停地做運動著。5、布朗運動(1)布朗運動：懸浮微粒在液體中所做的無規(guī)則運動，叫做布朗運動。(2)影響布朗運動的因素顆粒的大小：顆粒越大，布朗運動越不明顯。顆粒越小，布朗運動越明顯。溫度的高低：溫度越高，布朗運動越激烈。溫度越低，布朗運動越不明顯。(3)布朗運動的特點布朗運動是無規(guī)則的，課本中的圖線還是顆粒的運動軌跡；各種小顆粒均可做布朗運動；顆粒越小、溫度超高，布朗運動越明顯；布朗運動絕

6、不會停止。(4)布朗運動的產(chǎn)生原因布朗運動的形成原因是液體中的顆粒受到液體分子碰撞的不平衡造成的，分子永不停息的無規(guī)則運動是產(chǎn)生布朗運動根本原因。(5)布朗運動反映的實質(zhì)布朗運動既不是液體分子的運動，也不是顆粒分子的運動。布朗運動是懸浮在液體中的固體小顆粒的無規(guī)則運動。布朗運動的無規(guī)則性反映了液體分子運動的無規(guī)則性例題：關于布朗運動的下列說法中，正確的是（C）A布朗運動就是分子的運動B布朗運動是組成固體微粒的分子無規(guī)則運動的反映C布朗運動是液體或氣體分子無規(guī)則運動的反映D觀察時間越長，布朗運動就越顯著E陽光從縫隙射入教室，從陽光中看到的塵埃的運動就是布朗運動解析：布朗運動指的是懸浮在液體或氣體

7、里的固體微粒的運動，不是分子本身的運動，所以A錯；布朗運動是由于液體或氣體分子無規(guī)則運動碰撞固體微粒產(chǎn)生的，因此可以從布朗運動間接反映液體或氣體分子的無規(guī)則運動，所以B錯，C正確。布朗運動的激烈程度與固體微粒的大小及溫度有關，與觀察時間長短無關，所以D是錯誤的。本題正確的答案：C6、熱運動：分子的無規(guī)則運動叫熱運動。Fr排斥力吸引力Or0分子力F7、分子間的相互作用力(1) 分子間同時存在相互作用的引力和斥力(2) 分子間的相互作用力是引力和斥力的合力(3)分子間的作用力隨距離變化的特點分子間引力和斥力隨距離變化的特點 F斥r斥力變化比引力快 F引F斥rrr0F斥F引F引F斥甲rr0F斥F引F

8、引F斥乙rr0F斥F引F引F斥丙 F引分子間的作用力與分子間距離的關系a、當rr0時，引力和斥力相等，分子力F0，此時分子所處的位置為平衡位置。r0的數(shù)量級為1010m，如甲圖；b、當rr0時，斥力大于引力，分子力F表現(xiàn)為斥力，如乙圖；c、當rr0時，引力大于斥力，分子力F表現(xiàn)為引力，如丙圖。(4)分子間作用力的范圍當分子間距離r大于109m時，分子力可以忽略不計。8、固體、液體和氣體的分子運動情況(1)固體分子的運動情況固體子間距離數(shù)量級在1010m，分子之間作用很大，絕大部分分子只能在各自平衡位置附近做無規(guī)則的振動。因而固體有一定的形狀和體積。(2)液體分子的運動情況液體分子間有較強的作用

9、力，分子無規(guī)則運動主要表現(xiàn)為在平衡位置附近振動。分子也存在移動性。所以液體在宏觀上有一定的體積，而又有流動性，沒有固定的形狀。(3)氣體分子的運動情況氣體分子間距離的數(shù)量級在109m，分子間除碰撞時有相互作用力外，彼此之間一般幾乎沒有分子作用力，分子在兩次碰撞之間是自由移動的。所以氣體在宏觀上表現(xiàn)出沒有一定的體積形狀，可以充滿任何一種容器。9、分子的動能 溫度(1)運動的分子具有動能：做熱運動的分子具有動能。(2)分子熱運動的平均動能：物體里所有分子的動能的平均值，叫做分子熱運動的平均動能。(3)溫度的微觀含義溫度的微觀含義：溫度是物體分子熱運動的平均動能的標志。說明：溫度是宏觀統(tǒng)計量；同一溫

10、度下，不同物質(zhì)的分子平均動能一定相同。10、分子勢能(1)分子勢能：由于分子間存在相互作用力，分子間具有由它們的相對位置決定的勢能。 (2)分子勢能的特點rr0F為引力，rEP，rEPrr0F為斥力，rEP，rEPrr0F0，分子勢能最小當它們之間的距離發(fā)生變化時，相互作用力如果是做正功，勢能要減小，如果是做負功，勢能要增大。(3)分子勢能跟物體的體積有關：分子勢能跟物體的宏觀體積有關。11、物體的內(nèi)能(1)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，叫做物體的熱力學能，也叫內(nèi)能。(2)任何物體都具有內(nèi)能(3)與物體的內(nèi)能有關的因素從微觀上看：內(nèi)能由分子的平均動能、分子勢能和分子

11、總數(shù)共同決定；從宏觀上看：內(nèi)能取決于物體的溫度、體積、摩爾數(shù)和物態(tài)。內(nèi)能與其它能量一樣，同樣是狀態(tài)量，因而內(nèi)能由物體的狀態(tài)決定。(4)內(nèi)能與機械能的區(qū)別兩者反映的能量不同兩者的數(shù)值不同兩者的變化情況不同兩種形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化12、改變內(nèi)能的兩種方式(1)做功可以改變物體的內(nèi)能：外界對物體做功，物體的內(nèi)能增加；物體對外界做功，物體的內(nèi)能減少。(2)熱傳遞可以改變物體的內(nèi)能熱傳遞：沒有做功而使物體內(nèi)能改變的物理過程，叫做熱傳遞。發(fā)生熱傳遞的條件：存在溫度差。熱傳遞的方式：傳導、對流和輻射。熱傳遞可改變物體的內(nèi)能物體吸收熱量，內(nèi)能增加；物體放出熱量，內(nèi)能減少。(3)內(nèi)能改變的量度做功使物體的

12、內(nèi)能發(fā)生改變的時候，內(nèi)能的改變就用功的數(shù)值來量度。熱傳遞使物體的內(nèi)能發(fā)生改變的時候，內(nèi)能的改變是用熱量來量度。(4)做功和熱傳遞對改變物體內(nèi)能的等效性)做功和熱傳遞對改變物體內(nèi)能的等效性做功和熱傳遞在能量改變上存在本質(zhì)區(qū)別做功：轉(zhuǎn)化分子無規(guī)則運動的能量 內(nèi)能其它形式的能 分子有規(guī)則運動的能量。熱傳遞：轉(zhuǎn)移分子無規(guī)則運動的能量 內(nèi)能內(nèi)能 分子無規(guī)則運動的能量。(5)內(nèi)能和熱量的區(qū)別內(nèi)能與物體的狀態(tài)(溫度和體積)有關，是狀態(tài)量，與狀態(tài)對應。熱量是熱傳遞過程中內(nèi)能變化的量度，是過程量，與狀態(tài)變化相聯(lián)系。例題：下列敘述中正確的是( )A物體的內(nèi)能與物體的溫度有關，與物體的體積無關B.物體的溫度越高，物

13、體中分子無規(guī)則運動越劇烈C物體體積改變，內(nèi)能可能不變D物體被壓縮時，內(nèi)有可能減少解析：由于物體所屬不具體，因此，判斷時首先考慮到一般物體（固體、液體、非理想氣體），還要考慮到特殊物體（理想氣體），其次，要根據(jù)一般物體和理想氣體的內(nèi)能關系，分別判知，A錯，B、C、D正確。例題：以下說法正確的是( )A機械能為零，內(nèi)能不為零是可能的B溫度相同，質(zhì)量相同的物體具有相同內(nèi)能 C溫度越高，物體的內(nèi)能越大 D的冰的內(nèi)能比等質(zhì)量的0的水內(nèi)能大 解析：A正確，因為機械能為零，但內(nèi)能不能為零；B不正確，因為物體的內(nèi)能由物體的溫度、體積、物態(tài)等因素決定；C不正確，原因同上；D由于的冰的體積比的水大，溫度相同，有的

14、同學錯認正確，實際上有較為復雜的反常膨脹的現(xiàn)象，我們用體積來討論其內(nèi)能是不適合的，我們可以從能量角度來討論.因為0的冰熔化為0的水要吸收熱量或?qū)λ龉?，所以有其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能或內(nèi)能轉(zhuǎn)移給冰，所以0的水的內(nèi)能比等質(zhì)量的的冰的內(nèi)能大，所以不正確。13、理想氣體及其內(nèi)能(1)氣體膨脹時對外做功，壓縮時外界對氣體做功(2)理想氣體(3)理想氣體的分子勢能不隨體積的變化而改變(4)理想氣體的內(nèi)能變化由溫度決定14、氣體的狀態(tài)及狀態(tài)參量(1)氣體的平衡狀態(tài)：氣體的分布不隨時間而變時，氣體所處的狀態(tài)，稱之為氣體的平衡狀態(tài)。(2)氣體的狀態(tài)參量溫度：溫度是氣體分子無規(guī)則熱運動平均動能的標志。是氣體內(nèi)分子

15、無規(guī)則熱運動激烈程度的反映。體積：氣體的體積就是指氣體分子所能達到的空間，也就是氣體所充滿的容器的容積。壓強(1)氣體的壓強：指的是氣體對容器器壁的壓強，是器壁單位面積上受到的壓力。 (2)單位：國際單位制中，壓強的單位是帕斯卡，簡稱帕，符號是Pa。1Pa1N/m2(3)氣體壓強的微觀意義A氣體壓強的產(chǎn)生原因：是大量氣體分子與器壁碰撞作用在器壁單位面積上的平均作用力。B與氣體壓強有關的因素氣體分子的密集程度(單位體積內(nèi)的分子數(shù)n)nPa、微觀的角度氣體分子的平均動能 vP氣體密度Pb、宏觀的角度氣體溫度T TP氣體的壓強，指的是氣體對于容器器壁的壓強，是器壁單位面積上受到的壓力。15、氣體壓強

16、和體積的關系(1)氣體壓強和體積的關系一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的前提下，體積減小時，壓強增大；體積增大時，壓強減小。(2)微觀解釋m一定分子總數(shù)N一定，T一定分子熱運動的平均動能EK一定。V分子的密集程度單位時間與單位面積器壁碰撞的次數(shù)PV分子的密集程度單位時間與單位面積器壁碰撞的次數(shù)P16、氣體體積、壓強和溫度的關系(1)氣體的體積和溫度的關系氣體的體積和溫度的關系一定質(zhì)量的氣體，在壓強不變的情況下，當溫度升高時，體積增大；當溫度降低時，體積減小。微觀解釋m一定分子總數(shù)N一定。 每碰撞一次的作用力T分子平均動能EK PP不變 單位時間與單位面積器壁碰撞的次數(shù) V分子的密集程度單位時間與單位

17、面積器壁碰撞的次數(shù)P(2)氣體的壓強和溫度的關系氣體的壓強和溫度的關系一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的情況下，當溫度升高時，壓強增大；當溫度降低時，壓強減小。微觀解釋m一定分子總數(shù)N一定，V一定分子的密集程度一定。 每碰撞一次的作用力T分子平均動能EK P 單位時間與單位面積器壁碰撞的次數(shù) 每碰撞一次的作用力T分子平均動能EK P 單位時間與單位面積器壁碰撞的次數(shù)規(guī)律1、熱力學第一定律(1) UQW 上述所表示的功、熱量跟內(nèi)能改變之間的定量關系，在物理學中叫做熱力學第一定律。(2) 符號法則物理量符號意 義符號意 義W外界對物體做功外界對物體做功Q物體吸收熱量物體放出熱量U內(nèi)能增加內(nèi)能減少例題：一

18、定質(zhì)量的氣體，在被壓縮的過程中，外界對氣體做功300J，但這一過程中氣體的內(nèi)能減少了300J，問氣體在這一過程中是吸熱還是放熱？吸收(或放出)多少熱量？解析：由題意知W300J，U300J。根據(jù)熱力學第一定律UQW，可得QUW300J300J600JQ為負值，表示氣體放熱。所以，氣體在這一過程中放出600J的熱量。例題：用力F壓縮氣缸中的氣體，力F對氣體做了1800J的功，同時氣體向外放熱2000J，空氣的內(nèi)能改變了多少？解析：由熱力學第一定律：UQW得：U1800 J+(2000 )JU200 J即空氣內(nèi)能減少了200 J例題：關于物體內(nèi)能的變化，下列說法中正確的是( )A物體吸收熱量，內(nèi)能

19、一定增大B物體對外做功，內(nèi)能一定減少C物體吸收熱量，同時對外做功，內(nèi)能可能不變D物體放出熱量，同時對外做功，內(nèi)能可能不變解析：根據(jù)熱力學第一定律UQW，物體內(nèi)能的變化與外界對氣體做功（或氣體對外界做功），氣體從外界吸熱（或向外界放熱）兩種因素有關，物體吸收熱量，但有可能同時對外做功，故內(nèi)能有可能不變甚至減小，故A錯。同理，物體對外做功的同時有可能吸熱，故內(nèi)能不一定減小，B錯；若物體吸收的熱量與對外做功相等，則內(nèi)能不變，正確。而放熱與對外做功是使物體內(nèi)能減小，所以錯。所以本題正確答案為：2、能量守恒定律(1)能量在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移中守恒機械能與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化時守恒其它形式的能和內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化時守恒熱傳遞使

20、內(nèi)能在物體之間發(fā)生轉(zhuǎn)移時守恒大量的事實證明：各種形式的能都可以相互轉(zhuǎn)化，并且在轉(zhuǎn)化過程中守恒。(2)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律內(nèi)容：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)化為別的形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變，這就是能量守恒定律。 能量守恒定律發(fā)現(xiàn)的意義：能的轉(zhuǎn)化和守恒定律是19世紀自然科學中三大發(fā)現(xiàn)之一，是分析解決問題的一個極為重要的武器之一。3、永動機不可能制成(1)永動機：不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對外做功，這種機器叫永動機。(2)第一類永動機：不消耗能量的機器叫做第一類永動機。(3)永動機不可能制成的原因：違背了能量守恒定律。4、熱傳導

21、的方向性高溫物體低溫物體自發(fā)進行不能自發(fā)進行(1)熱量自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體(2)熱量從低溫物體傳給高溫物體必須借助外界的幫助(3)熱傳導具有方向性機械能內(nèi)能自發(fā)全部轉(zhuǎn)化不能自發(fā)全部轉(zhuǎn)化(4)所有的宏觀自發(fā)過程都具有單向性5、第二類永動機(1)熱機：概念：熱機是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機械能的裝置。熱機的效率熱機做的功W和它從熱源吸收的熱量Q1的比值，叫做熱機的效率。熱機的效率不可能達到100%。(2)第二類永動機第二類永動機：從單一熱源吸收的熱量，可以全部用來做功而不引起其他變化的熱機，叫第二類永動機。第二類永動機不可能制成的原因第二類永動機雖不違背守恒定律，不可能制成，是因為機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性。6、熱力學第二定律(1)擴散現(xiàn)象具有方向性(2)熱力學第二定律兩種表述：不可能使熱量由低溫物體傳到高溫物體，而不引起其他變化；不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，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。兩種表述是等效7、絕對零度不可能達到(1)絕對溫度：273.15，叫做絕對零度，又叫熱力學零度。以絕對零度為起點的溫度叫做熱力學