分子動理論熱力學(xué)定律與能量守恒江蘇高考總復(fù)習(xí)物理

一、宏觀量與微觀量及相互關(guān)系1．微觀量：分子體積V0、分子直徑d、分子質(zhì)量m0.2．宏觀量：物體的體積V、摩爾體積Vm，物體的質(zhì)量m、

摩爾質(zhì)量M，物體的密度ρ.3．關(guān)系

(1)分子的質(zhì)量：m0＝(2)分子的體積：V0＝(3)物體所含的分子數(shù)：或4．分子的大小

(1)兩種模型①球體模型直徑為d＝②立方體模型邊長為d＝

(2)熟記①分子直徑的數(shù)量級是10－10m.②分子質(zhì)量的數(shù)量級是10－26kg.5．阿伏加德羅常數(shù)：NA＝6.02×1023mol－1.

(1)固體和液體分子都可看成是緊密堆集在一起的．分子的體積V0＝，僅適用于固體和液體，對氣體不適用．(2)對于氣體分子，d＝的值并非氣體分子的大小，而是兩個相鄰的氣體分子之間的平均距離．②特點永不停息、無規(guī)則運動；顆粒越小，運動越劇烈；溫度越高，運動越劇烈；運動軌跡不確定.二、分子的熱運動1．擴散現(xiàn)象和布朗運動擴散現(xiàn)象和布朗運動都說明分子做無規(guī)則運動．

(1)擴散現(xiàn)象：不同物質(zhì)相互接觸時彼此進入對方的

現(xiàn)象．溫度越高，擴散越快．

(2)布朗運動①定義：懸浮微粒做的無規(guī)則運動．③產(chǎn)生的原因：由各個方向的液體分子對微粒碰撞的不平衡引起的．④布朗顆粒：布朗顆粒用肉眼直接看不到，但在顯微鏡下能看到，因此用肉眼看到的顆粒所做的運動不能叫做布朗運動．布朗顆粒大小約為10－6m(包含約1021個分子)，而分子直徑約為10－10m．布朗顆粒的運動是分子熱運動的間接反映．(3)意義：擴散現(xiàn)象和布朗運動都說明分子做無規(guī)則運動．2．熱運動

(1)定義：分子永不停息的無規(guī)則運動．

(2)特點：溫度越高，分子的熱運動越激烈．(1)布朗運動是分子永不停息地做無規(guī)則熱運動的間接反映，是微觀分子熱運動造成的宏觀現(xiàn)象．(2)布朗運動只能發(fā)生在氣體、液體中，而擴散現(xiàn)象在氣體、液體、固體之間均可發(fā)生．三、分子間的作用力、內(nèi)能1．分子間的相互作用力分子力是引力與斥力的合力．

分子間的引力和斥力都隨分

子間距離的增大而減小、隨

分子間距離的減小而增大，

但總是斥力變化得較快，如圖11－1－1所示．

(1)當r＝r0時，F(xiàn)引＝F斥，F(xiàn)＝0；(2)當r＜r0時，F(xiàn)引和F斥都隨距離的減小而增大，但F斥比F引增大得更快，F(xiàn)表現(xiàn)為斥力；(3)當r＞r0時，F(xiàn)引和F斥都隨距離的增大而減小，但F斥比F引減小得更快，F(xiàn)表現(xiàn)為引力；(4)當r＞10r0(10－9m)時，F(xiàn)引和F斥都已經(jīng)十分微弱，可以認為分子間沒有相互作用力(F＝0)．2．分子動能

(1)定義：做熱運動的分子具有的動能叫分子動能．

(2)分子的平均動能：組成系統(tǒng)的所有分子的動能的平均

值叫做分子熱運動的平均動能．

(3)溫度是分子熱運動的平均動能的標志，溫度越高，分

子熱運動的平均動能越大．3．分子勢能分子勢能是由分子間相對位置而決定的勢能，它隨著物體

體積的變化而變化，與分子間距離的關(guān)系為：

(1)當r＞r0時，分子力表現(xiàn)為引力，隨著r的增大，分子引

力做負功，分子勢能增大；

(2)當r＜r0時，分子力表現(xiàn)為斥力，隨著r的減小，分子斥力

做負功，分子勢能增大；(3)當r＝r0時，分子勢能最小，但不為零，為負值，因為選兩分子相距無窮遠時分子勢能為零．(4)分子勢能曲線如圖11－1－2所示．4．物體的內(nèi)能

(1)定義：物體中所有分子的熱運動動能和分子勢能的

總和．

(2)決定內(nèi)能的因素①微觀上：分子動能、分子勢能、分子個數(shù)．②宏觀上：溫度、體積、物質(zhì)的量(摩爾數(shù))．(3)改變物體的內(nèi)能的兩種方式①做功：當做功使物體的內(nèi)能發(fā)生改變的時候，外界對物體做了多少功，物體的內(nèi)能就增加多少；物體對外界做了多少功，物體的內(nèi)能就減少多少．②熱傳遞：熱傳遞可以改變物體的內(nèi)能，用熱量量度．物體吸收了多少熱量，物體的內(nèi)能就增加多少；反之物體的內(nèi)能就減少多少．(1)任何物體都具有內(nèi)能．(2)溫度相同的任意兩個物體的分子的平均動能相同，如溫度相同的氫氣和氧氣的分子的平均動能相同，但由于氫氣分子質(zhì)量小于氧氣分子質(zhì)量，故氫氣分子的平均速率大于氧氣分子的平均速率．(3)做功和熱傳遞在改變物體的內(nèi)能上是等效的．但它們的本質(zhì)不同，做功是內(nèi)能與其他形式的能發(fā)生轉(zhuǎn)化，熱傳遞是不同物體之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移．(4)物體的體積越大，分子勢能不一定就越大，如0℃的水結(jié)成0℃的冰后體積變大，但分子勢能卻減小了．(5)理想氣體分子間相互作用力為零，故分子勢能忽略不計．一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)．四、溫度和溫標1．溫度

(1)溫度在宏觀上表示物體的冷熱程度，在微觀上表示分子

的平均動能．

(2)溫度是決定一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)是否達到熱平衡狀態(tài)

的物理量，一切達到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度．2．兩種溫標

(1)攝氏溫標和熱力學(xué)溫標的比較：兩種溫標溫度的零

點不同，同一溫度兩種溫標表示的數(shù)值不同，但它們表

示的溫度間隔是相同的，即每一度的大小相同，Δt＝ΔT.(2)關(guān)系：T＝t＋273.15K.(1)熱力學(xué)溫度的零值是低溫極限，永遠達不到，即熱力學(xué)溫度無負值．(2)溫度是大量分子熱運動的集體行為，對個別分子來說溫度沒有意義．概念溫度內(nèi)能熱量功含義表示物體的冷熱程度，是物體分子平均動能大小的標志，它是大量分子熱運動的集體表現(xiàn)，對個別分子來說，溫度沒有意義物體內(nèi)所有分子熱運動動能和勢能的總和，它是由大量分子的熱運動和分子的相互位置所決定的能熱量表示熱傳遞過程中內(nèi)能的改變量，用來量度熱傳遞過程中內(nèi)能轉(zhuǎn)移的多少做功過程是機械能或其他形式的能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化過程五、溫度、內(nèi)能、熱量、功的比較概念溫度內(nèi)能熱量功關(guān)系溫度和內(nèi)能是狀態(tài)量，熱量和功則是過程量．發(fā)生熱傳遞的前提條件是存在溫差，傳遞的是熱量而不是溫度，實質(zhì)上是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移(1)溫度、內(nèi)能、熱量和功是熱學(xué)中相互關(guān)聯(lián)的四個物理量．當物體的內(nèi)能改變時，溫度不一定改變，只有當通過熱傳遞改變物體的內(nèi)能時才會有熱量傳遞，但能的形式?jīng)]有發(fā)生變化．(2)熱量是熱傳遞過程中的特征物理量，離開過程談熱量毫無意義，就某一狀態(tài)而言，只有“內(nèi)能”，根本不存在“熱量”和“功”，因此不能說一個系統(tǒng)中含有“多少熱量”或“多少功”．(3)物體的內(nèi)能大，并不意味著物體一定會對外做功或向外傳遞熱量，或者做的功多，傳遞的熱量多．只有物體內(nèi)能的變化大時，過程中做的功或傳遞的熱量才會多．六、熱力學(xué)定律1．熱力學(xué)第一定律

(1)內(nèi)容：一個熱力學(xué)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．

(2)表達式：ΔU＝W＋Q.(3)符號規(guī)定符號WQΔU＋外界對物體做功物體吸收熱量內(nèi)能增加－物體對外界做功物體放出熱量內(nèi)能減少(4)幾種特殊情況①若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，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＝ΔU，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ΔU＝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．(1)應(yīng)用熱力學(xué)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(xué)系統(tǒng)．(2)應(yīng)用熱力學(xué)第一定律計算時，要依照符號規(guī)定代入數(shù)據(jù)．對結(jié)果的正、負也同樣依照規(guī)定來解釋其意義．2．熱力學(xué)第二定律

(1)兩種表述①熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體．②不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而

不產(chǎn)生其他影響．(2)在熱力學(xué)第二定律的表述中，“自發(fā)地”、“不產(chǎn)生其他影響”的涵義①“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)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”的涵義是發(fā)生的熱力學(xué)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(xué)方面的影響，如吸熱、放熱、做功等．(3)熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)熱力學(xué)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．(4)熱力學(xué)第二定律的微觀意義：一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行．3．熱力學(xué)過程方向性實例

(1)高溫物體低溫物體

(2)功熱

(3)氣體體積V1

氣體體積V2(較大)(4)不同氣體A和B混合氣體AB熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但在有外界影響的條件下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，如電冰箱；在引起其他變化的條件下內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機械能，如氣體的等溫膨脹過程．七、對能量守恒定律的理解1．自然界中能量的存在形式：物體運動具有動能、分子運動

具有分子動能、電荷具有電能、原子內(nèi)部的運動具有原子

能等，可見，在自然界中不同的能量形式與不同的運動形

式相對應(yīng)．2．不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，且這一轉(zhuǎn)化過程是通

過做功來完成的．3．某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量

和增加量一定相等．4．某個物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且

減少量和增加量一定相等．5．兩類永動機均不能制成.第一類永動機第二類永動機不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機器從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響的機器違背能量守恒，不可能制成不違背能量守恒，違背熱力學(xué)第二定律，不可能制成(1)雖然功與能具有相同的單位，但兩者是完全不同的兩個概念，在能量守恒定律的表達式中只存在能量，不存在功．(2)能量守恒定律是自然界中普遍存在的一種規(guī)律，是無條件的，而機械能守恒定律是有條件的．八、能源與環(huán)境、能源的開發(fā)與應(yīng)用1．能量耗散

(1)在取暖照明、耕田犁地、車鉆磨鍛、開車駕船……各種

各樣的活動中，機械能、電能、光能、化學(xué)能、核能、生

物能……最終轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，流散到周圍的環(huán)境中．分散到

環(huán)境中的內(nèi)能不管數(shù)量多么巨大，它也不過能使地球、大

氣稍稍變暖一點，卻再也不能驅(qū)動機器做功了．這樣的轉(zhuǎn)

化過程叫做“能量耗散”．(2)能量耗散雖然不會使能的總量減少，卻會導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低，即能量從高度有用的形式降級為不大可用的形式，能量不會減少但能源會越來越少，所以要節(jié)約能源．2．能源與環(huán)境、開發(fā)新能源

(1)化學(xué)能源的資源有限，而且對環(huán)境有很大的破壞．

(2)可持續(xù)發(fā)展的核心是追求