專題十四熱學(xué)（講解部分）（完整版）4

專題十四熱學(xué)高考物理江蘇省專用考點(diǎn)一分子動(dòng)理論、內(nèi)能一、物體是由大量分子組成的1.分子的大小——極小分子直徑的數(shù)量級(jí):10-10m。分子直徑可用油膜法估測(cè)。2.分子的質(zhì)量很小,一般物質(zhì)分子質(zhì)量的數(shù)量級(jí)是:10-26kg。3.阿伏加德羅常數(shù)定義:1mol的任何物質(zhì)中含有相同的微粒個(gè)數(shù),用符號(hào)NA表示,NA=①6.02×1023mol-1

?？键c(diǎn)清單球模型:V=

πd3。立方體模型:V=d3。對(duì)固體和液體,可以認(rèn)為分子是一個(gè)個(gè)緊密排列在一起的小球;對(duì)氣體,由

于分子間距離較大,可以利用立方體模型計(jì)算分子間的距離。5.分子的大小、質(zhì)量與物體的體積、質(zhì)量的關(guān)系(1)已知物體的摩爾體積Vmol和一個(gè)分子的體積V0,求NA,則NA=

;知NA和Vmol亦可估算分子的大小。(2)已知物體的摩爾質(zhì)量M和一個(gè)分子的質(zhì)量m0,求NA,則NA=

;知NA和M亦可估算分子的質(zhì)量。NA=

,NA=

4.分子的兩種理想模型(4)已知物體的質(zhì)量m和摩爾質(zhì)量M,求物體的分子數(shù)n,則n=

。二、分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散現(xiàn)象和布朗運(yùn)動(dòng)都說明分子做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)的劇烈程度與溫度

有關(guān)。1.擴(kuò)散現(xiàn)象:相互接觸的物質(zhì)彼此進(jìn)入對(duì)方的現(xiàn)象。溫度②越高

,擴(kuò)散

越快。2.布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的原因:各個(gè)方向的液體分子對(duì)顆粒碰撞的③不平衡

。(3)已知物體的體積V和摩爾體積Vmol,求物體的分子數(shù)n,則n=

。看到的顆粒所做的運(yùn)動(dòng),不能叫布朗運(yùn)動(dòng)。布朗顆粒直徑約為10-6m(包含

約1021個(gè)分子),而分子直徑約為10-10m,布朗顆粒的運(yùn)動(dòng)是④分子運(yùn)動(dòng)

的間接反映。三、分子間存在著相互作用力1.分子間同時(shí)存在相互作用的引力和斥力。2.分子力:引力和斥力的合力。3.r0為分子間引力和斥力大小相等時(shí)的距離,其數(shù)量級(jí)為10-10m。4.如圖所示,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,但引力不如斥力變化快。布朗運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn):永不停息、無規(guī)則運(yùn)動(dòng);顆粒越小,運(yùn)動(dòng)越劇烈;溫度越高,運(yùn)動(dòng)越劇烈;運(yùn)動(dòng)

軌跡不確定。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r=r0時(shí),F引=F斥,分子力F=0。r<r0時(shí),F引<F斥,分子力F為斥力。r>r0時(shí),F引>F斥,分子力F為引力。r>10r0時(shí),F引、F斥迅速減弱,幾乎為零,分子力F≈0。1.分子平均動(dòng)能物體內(nèi)所有分子動(dòng)能的平均值叫分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能。⑤溫度

是

分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的標(biāo)志,溫度越高,分子的平均動(dòng)能越大。2.分子勢(shì)能(1)概念:由分子間的相互位置和相互作用而決定的能量。(2)影響分子勢(shì)能大小的相關(guān)因素微觀上:分子勢(shì)能的大小與分子間距離有關(guān)。當(dāng)分子間距離r>r0時(shí),分子勢(shì)能隨分子間距離的⑥增大

而增大;當(dāng)r<r0時(shí),分子勢(shì)能隨分子間距離的⑦減小

而增大;當(dāng)r=r0時(shí),分子勢(shì)能最小。宏觀上:與物體的體積有關(guān)。大多數(shù)物體是體積變大,分子勢(shì)能變大,也有

少數(shù)物體(如冰),體積變大,分子勢(shì)能反而變小。四、物體的內(nèi)能3.物體的內(nèi)能(1)概念:物體內(nèi)所有分子的熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能與分子勢(shì)能的總和。(2)決定內(nèi)能的因素微觀上:分子動(dòng)能、分子勢(shì)能、分子個(gè)數(shù)。宏觀上:溫度、體積、物質(zhì)的量。(3)改變物體內(nèi)能的兩種方式做功:當(dāng)做功使物體的內(nèi)能發(fā)生改變的時(shí)候,外界對(duì)物體做了多少功,物體

內(nèi)能就增加多少;物體對(duì)外界做了多少功,物體內(nèi)能就減少多少。熱傳遞:當(dāng)熱傳遞使物體的內(nèi)能發(fā)生改變的時(shí)候,物體吸收了多少熱量,物

體內(nèi)能就增加多少;物體放出了多少熱量,物體內(nèi)能就減少多少。溫度相同的任意兩個(gè)物體分子平均動(dòng)能相同,如溫度相同的氫氣和氧氣分

子平均動(dòng)能相同,但由于氫氣分子質(zhì)量小于氧氣分子質(zhì)量,故氫氣分子平均

速率大于氧氣分子平均速率。做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的?？键c(diǎn)二固體、液體和氣體一、氣體1.氣體的狀態(tài)參量參量體積溫度壓強(qiáng)定義是指氣體分子所能達(dá)到的空間是表示物體的冷熱程度的物理量氣體作用在器壁單位

面積上的壓力單位m3,L,mL℃,KPa,N/m2,atm,mmHg說明氣體分子可以自由移動(dòng),所以氣體總是充滿容器的整個(gè)空間,因此氣體的體積等于容器的容積溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的標(biāo)志。熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系是:T=①

t+273.15

K1Pa=1N/m2,1atm=②1.013×105

Pa=③760

mmHg,1mmHg=133Pa關(guān)系一定質(zhì)量的氣體,三個(gè)狀態(tài)參量的變化是相關(guān)聯(lián)的。如果三個(gè)量都不變,則氣體處于一定的狀態(tài)中;如果三個(gè)量中有兩個(gè)發(fā)生變化,或者三個(gè)量都發(fā)生改變,則氣體狀態(tài)發(fā)生改變。只有一個(gè)狀態(tài)參量發(fā)生改變是不可能的2.氣體實(shí)驗(yàn)定律及理想氣體狀態(tài)方程3.氣體熱現(xiàn)象的微觀意義熱現(xiàn)象與大量分子熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律有關(guān),由于氣體分子間的距離比較大,

大約是分子直徑的10倍,分子間的作用力很弱,通常認(rèn)為氣體分子除了相互定律或方程數(shù)學(xué)表達(dá)式成立條件圖像玻意耳定律④

p1V1=p2V2

質(zhì)量一定,溫度不變

查理定律⑤

=

質(zhì)量一定,體積不變

蓋—呂薩克定律⑥

=

質(zhì)量一定壓強(qiáng)不變

理想氣體狀態(tài)方程⑦

=

質(zhì)量一定的理想氣體

碰撞或者跟器壁碰撞外,不受力的作用,因而氣體會(huì)充滿它能達(dá)到的整個(gè)空

間。分子的運(yùn)動(dòng)是雜亂無章的,在某一時(shí)刻向著各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的氣體分子

數(shù)目都相等。盡管大量分子在做無規(guī)則運(yùn)動(dòng),速率有大有小,但分子的速率

卻按一定規(guī)律呈現(xiàn)“中間多、兩頭少”的分布。溫度升高氣體分子的平

均速率增大,但并不是每個(gè)氣體分子的速率都增大。二、固體1.固體分為晶體和非晶體兩類。石英、云母、明礬、食鹽、味精、蔗糖

等是晶體,玻璃、蜂蠟、松香、瀝青、橡膠等是非晶體。2.晶體的微觀結(jié)構(gòu)(1)晶體的微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn):組成晶體的物質(zhì)微粒有規(guī)則地、周期性地在空間

排列。(2)用晶體的微觀結(jié)構(gòu)解釋晶體的特點(diǎn)現(xiàn)象原因晶體有規(guī)則的外形內(nèi)部微粒有規(guī)則的排列晶體各向異性內(nèi)部從任一結(jié)點(diǎn)出發(fā)在不同方向的相同距離上

的微粒數(shù)不同晶體的多形性組成晶體的微?？梢孕纬刹煌目臻g點(diǎn)陣3.晶體與非晶體的比較三、液體和液晶液體分子間距離比氣體分子間距離小得多,液體分子間的作用力比固體分分類比較

晶體非晶體單晶體多晶體外形規(guī)則不規(guī)則不規(guī)則熔點(diǎn)確定不確定物理性質(zhì)各向⑧異性

各向⑨同性

各向同性原子排列有規(guī)則,但多晶體每個(gè)單晶體間的排列無規(guī)則無規(guī)則形成與轉(zhuǎn)化有的物質(zhì)在不同條件下能夠形成不同的形態(tài),同一物質(zhì)可能以晶體和非晶

體兩種不同的形態(tài)出現(xiàn),有些非晶體在一定條件下也可轉(zhuǎn)化為晶體典型物質(zhì)石英、云母、食鹽、硫酸銅玻璃、蜂蠟、松香子間的作用力要小;液體內(nèi)部分子間的距離在10-10m左右。液晶是一種特

殊的物質(zhì),它既具有液體的流動(dòng)性,又具有晶體的各向異性,它不是晶體。1.液體的表面張力(1)作用:液體的表面張力使液面具有收縮的趨勢(shì)。(2)方向:表面張力跟液面相切,跟這部分液面的分界線垂直。2.液晶(1)液晶分子既保持排列有序而顯示各向異性,又可以自由移動(dòng)位置,保持

了液體的⑩流動(dòng)性

。(2)液晶分子的位置無序使它像液體,排列有序使它像晶體。(3)液晶分子的排列從某個(gè)方向看比較整齊,從另外一個(gè)方向看則是雜亂無

章的。(4)液晶的物理性質(zhì)很容易在外界的影響下發(fā)生改變。四、飽和汽、飽和汽壓和相對(duì)濕度1.飽和汽與未飽和汽(1)飽和汽:與液體處于動(dòng)態(tài)平衡的蒸汽。(2)未飽和汽:沒有達(dá)到飽和狀態(tài)的蒸汽。2.飽和汽壓(1)定義:飽和汽所具有的壓強(qiáng)。(2)特點(diǎn):液體的飽和汽壓與溫度有關(guān),溫度越高,飽和汽壓越大,且飽和汽壓

與飽和汽的體積無關(guān)。3.相對(duì)濕度空氣中水蒸氣的壓強(qiáng)與同一溫度時(shí)水的飽和汽壓之比,即:相對(duì)濕度=

人體感受到的潮濕程度由相對(duì)濕度決定。考點(diǎn)三熱力學(xué)定律一、熱力學(xué)第一定律1.改變物體內(nèi)能的兩種方式(1)做功;(2)熱傳遞。2.熱力學(xué)第一定律(1)內(nèi)容:一個(gè)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(duì)它

所做的功的和。(2)表達(dá)式:ΔU=Q+W。(3)ΔU=Q+W中正、負(fù)號(hào)法則

WQΔU+外界對(duì)物體做功物體①吸收

熱量?jī)?nèi)能②增加

-物體對(duì)外界做功物體③放出

熱量?jī)?nèi)能④減少

二、熱力學(xué)第二定律反映宏觀自然過程的方向性的定律叫熱力學(xué)第二定律。1.熱力學(xué)第二定律表述一熱量不能自發(fā)地從低溫物體到高溫物體。2.熱力學(xué)第二定律表述二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。三、能量守恒定律1.能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生,也不會(huì)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(gè)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。2.能量守恒定律是自然界的普遍規(guī)律,第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的,它違

背了⑤能量守恒定律

。知能拓展拓展一幾組熱學(xué)概念或現(xiàn)象辨析一、熱量、內(nèi)能和溫度的比較物理量熱量?jī)?nèi)能溫度物理意義是物體在熱傳遞過程

中內(nèi)能轉(zhuǎn)移的多少物體中所有分子的動(dòng)

能和勢(shì)能的總和表示物體的冷熱程度;

反映分子熱運(yùn)動(dòng)的劇

烈程度特征過程量,不能說系統(tǒng)含

有多少熱量狀態(tài)量,內(nèi)能多少與狀

態(tài)有關(guān)狀態(tài)量,狀態(tài)確定則溫

度確定單位焦耳(J)焦耳(J)開爾文(K)或攝氏度

(℃)三個(gè)量之間的關(guān)系1.做功和熱傳遞均可改變物體的內(nèi)能,故傳遞的熱量多,物體內(nèi)能的改變量不一定大。2.在宏觀上,物體的內(nèi)能由物質(zhì)的量、溫度和體積三個(gè)因素決定,故溫度高的物體,內(nèi)能不一定多。3.自然狀態(tài)下,熱量總是從高溫物體向低溫物體傳遞,當(dāng)溫度相等時(shí),熱傳遞就達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。二、內(nèi)能和機(jī)械能的區(qū)別能量定義決定量值測(cè)量轉(zhuǎn)化內(nèi)能物體內(nèi)所有分

子的動(dòng)能和勢(shì)

能的總和由物體內(nèi)部分

子微觀運(yùn)動(dòng)狀

態(tài)決定,與物體

整體運(yùn)動(dòng)情況

無關(guān)任何物體都具

有內(nèi)能,恒不為

零無法測(cè)量,其變

化量可由做功

和熱傳遞來量

度在一定條件下

可相互轉(zhuǎn)化機(jī)械能物體的動(dòng)能及

重力勢(shì)能和彈

性勢(shì)能的總和與物體宏觀運(yùn)

動(dòng)狀態(tài)、參考

系和零勢(shì)能面

選取有關(guān),和物

體內(nèi)部分子運(yùn)

動(dòng)情況無關(guān)可以為零可以測(cè)量例1對(duì)于熱量、功和物體的內(nèi)能這三個(gè)物理量,下列各種敘述中正確的

是

()A.熱量、功、內(nèi)能三者的物理意義相同B.熱量和功都可以作為物體內(nèi)能的量度C.熱量、功、內(nèi)能的單位肯定不相同D.熱量和功是由過程決定的,而內(nèi)能是由物體的狀態(tài)決定的解析熱量和功是物體內(nèi)能改變的量度,而不是內(nèi)能的量度,是過程量,而

內(nèi)能是狀態(tài)量,A、B錯(cuò),D對(duì)。它們的單位是相同的,C錯(cuò)。答案

D三、布朗運(yùn)動(dòng)與熱運(yùn)動(dòng)的比較

布朗運(yùn)動(dòng)熱運(yùn)動(dòng)活動(dòng)主體微小固體顆粒分子區(qū)別比分子大得多的微粒的運(yùn)動(dòng),能通過光學(xué)顯微鏡直接觀察到;只能在液體、氣體中發(fā)生分子的運(yùn)動(dòng),不能通過光學(xué)顯微鏡直接觀察到;在固體、液體、氣體中均能發(fā)生共同點(diǎn)①都是無規(guī)則運(yùn)動(dòng);②都隨溫度的升高而更加激烈例2墨滴入水,擴(kuò)而散之,徐徐混勻。關(guān)于該現(xiàn)象的分析正確的是

(

)A.混合均勻主要是由于炭粒受重力作用B.混合均勻的過程中,水分子和炭粒都做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)C.使用炭粒更小的墨汁,混合均勻的過程進(jìn)行得更迅速D.墨汁的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)是由于炭粒和水分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的解析墨汁與水混合均勻的過程,是水分子和炭粒做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的過程,這

種運(yùn)動(dòng)與重力無關(guān),也不是化學(xué)反應(yīng)引起的。微粒越小、溫度越高,無規(guī)則

運(yùn)動(dòng)越劇烈,可見,B、C正確,A、D均錯(cuò)誤。答案

BC四、浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)現(xiàn)象的分析

浸潤(rùn)不浸潤(rùn)定義一種液體會(huì)潤(rùn)濕某種固體并附著在固體的表面上,這種現(xiàn)象叫浸潤(rùn)一種液體不會(huì)潤(rùn)濕某種固體,也就不會(huì)附著在這種固體的表面,這種現(xiàn)象叫不浸潤(rùn)現(xiàn)象由于液體對(duì)固體浸潤(rùn)造成液面在器壁附近上升,液面彎曲,形成凹形彎月面

由于液體對(duì)固體不浸潤(rùn)造成液面在器壁附近下降,液面彎曲,形成凸形的彎月面

微觀解釋如果附著層的液體分子比液體內(nèi)部的分子密集,附著層內(nèi)液體分子間的距離小于分子力平衡的距離r0,附著層內(nèi)分子間的作用力表現(xiàn)為斥力,附著層有擴(kuò)展的趨勢(shì),表現(xiàn)為液體浸潤(rùn)固體如果附著層的液體分子比液體內(nèi)部的分子稀疏,附著層內(nèi)液體分子間的距離大于分子力平衡的距離r0,附著層內(nèi)分子間的作用力表現(xiàn)為引力,附著層有收縮的趨勢(shì),表現(xiàn)為液體不浸潤(rùn)固體說明一種液體是否浸潤(rùn)某種固體,與這兩種物質(zhì)的性質(zhì)都有關(guān)。例如:

水可以浸潤(rùn)玻璃,但不能浸潤(rùn)蜂蠟;水銀可以浸潤(rùn)鉛和鋅,但不浸潤(rùn)

玻璃液體和固體接觸時(shí),附著層的液體分子除受液體內(nèi)部的分子吸引外,還

受到固體分子的吸引。浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)是兩者合力的表現(xiàn)。例3把極細(xì)的玻璃管分別插入水中與水銀中,如圖所示,正確表示毛細(xì)現(xiàn)

象的是

()解析因?yàn)樗芙?rùn)玻璃,所以A正確,B錯(cuò)誤。水銀不浸潤(rùn)玻璃,C正確。D

項(xiàng)中外面浸潤(rùn),里面不浸潤(rùn),這是不可能的,故本題選A、C。答案

AC導(dǎo)師點(diǎn)睛浸潤(rùn)時(shí)附著層面積有擴(kuò)大的趨勢(shì),不浸潤(rùn)時(shí)附著層面積有縮小

的趨勢(shì)。拓展二理想氣體狀態(tài)變化規(guī)律一、氣體的壓強(qiáng)1.氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生原因及決定因素2.封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)算(1)容器處于平衡狀態(tài)時(shí)封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)算。①取等壓面法:根據(jù)同種液體在同一水平液面處壓強(qiáng)相等,在連通器內(nèi)靈活

選取等壓面。由兩側(cè)壓強(qiáng)相等列方程求解壓強(qiáng)。例如,圖中同一水平液面C、D處壓強(qiáng)相等,即pA=p0+ph。②參考液片法:選取假想的液體薄片(自身重力不計(jì))為研究對(duì)象,分析液片

兩側(cè)受力情況,建立平衡方程消去面積,得到液片兩側(cè)壓強(qiáng)相等,進(jìn)而求得

氣體壓強(qiáng)。例如,圖中粗細(xì)均勻的U形管中封閉了一定質(zhì)量的氣體A,在其最低處取一

液片B,由其兩側(cè)受力平衡可知(pA+ρgh0)S=(p0+ρgh+ρgh0)S,即pA=p0+ph。③力平衡法:選與封閉氣體接觸的液柱(或活塞、汽缸)為研究對(duì)象進(jìn)行受

力分析,由F合=0列式求氣體壓強(qiáng)。例4如圖所示,豎直放置的U形管,左端開口,右端封閉,管內(nèi)有a、b兩段水

銀柱,將A、B兩段空氣柱封閉在管內(nèi)。已知水銀柱a長(zhǎng)10cm,水銀柱b兩個(gè)

液面間的高度差為5cm,大氣壓強(qiáng)為75cmHg,求空氣柱A、B的壓強(qiáng)。解析設(shè)空氣柱A、B產(chǎn)生的壓強(qiáng)分別為pA、pB,管的橫截面積為S,取a水銀

柱為研究對(duì)象并進(jìn)行受力分析如圖甲所示,得pAS+mag=p0S,而paS=ρgh1S=

mag,故pAS+paS=p0S所以pA=p0-pa=75cmHg-10cmHg=65cmHg取水銀柱b為研究對(duì)象并進(jìn)行受力分析如圖乙所示,同理可得pBS+pbS=pAS所以pB=pA-pb=65cmHg-5cmHg=60cmHg。答案65cmHg60cmHg解題關(guān)鍵解題時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):(1)在考慮與氣體接觸的液柱所產(chǎn)生的

附加壓強(qiáng)p=ρgh時(shí),應(yīng)特別注意h表示液面間的豎直高度差,不一定是液柱

長(zhǎng)度;(2)求由液體封閉的氣體壓強(qiáng),應(yīng)選擇最低液面列平衡方程;(3)若選取

的是一個(gè)參考液片,則液片自身重力不計(jì),若選取的是某段液柱或固體,則

它們自身的重力也要加以考慮;(4)計(jì)算時(shí)注意單位的正確使用。3.容器加速運(yùn)動(dòng)時(shí)封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)算當(dāng)容器加速運(yùn)動(dòng)時(shí),通常選與氣體相關(guān)聯(lián)的活塞(汽缸)、液柱為研究對(duì)象

進(jìn)行受力分析,然后由牛頓第二定律列方程,求出封閉氣體的壓強(qiáng)。例5有一段12cm長(zhǎng)的汞柱,在均勻玻璃管中封住一定質(zhì)量的氣體,若將玻

璃管開口向上放置在傾角為30°的光滑斜面上,在下滑過程中被封氣體的

壓強(qiáng)為(大氣壓強(qiáng)p0=76cmHg)

()A.76cmHgB.82cmHgC.88cmHgD.70cmHg解析水銀柱所處的狀態(tài)不是平衡狀態(tài),因此不能用平衡條件來處理。水

銀柱的受力分析如圖所示,因玻璃管和水銀柱組成的系統(tǒng)的加速度a=gsin

θ,所以對(duì)水銀柱由牛頓第二定律得:p0S+mgsinθ-pS=ma,故p=p0=76cmHg。答案

A易錯(cuò)警示本題易錯(cuò)選B項(xiàng),即按照水銀柱處于靜止或勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來計(jì)

算被封閉氣體的壓強(qiáng)。原因是忽略了玻璃管在光滑斜面上下滑,有向下的

加速度,今后解決此類問題時(shí)要特別注意液柱或活塞的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。宏觀特點(diǎn)①理想氣體是為了方便研究問題提出的一種理想模型,是實(shí)際氣體的一種科學(xué)抽象,就像力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)、電學(xué)中的點(diǎn)電荷模型一樣②宏觀上,理想氣體嚴(yán)格遵守氣體實(shí)驗(yàn)定律及理想氣體狀態(tài)方程二、對(duì)“理想氣體”的理解微觀特點(diǎn)①理想氣體分子本身的大小與分子間的距離相比可以忽略不計(jì),氣體分子是一種沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu),不占有體積的剛性質(zhì)點(diǎn)②理想氣體分子除碰撞外,無相互作用的引力和斥力,故無分子勢(shì)能,理想氣體的內(nèi)能等于所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能之和,理想氣體的內(nèi)能僅由溫度和分子總數(shù)決定,與氣體的體積無關(guān)③分子之間和分子與器壁之間的碰撞,都是完全彈性碰撞。除碰撞以外,分子的運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng),向各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)機(jī)會(huì)均等實(shí)際處理①理想氣體是不存在的。在常溫常壓下,大多數(shù)實(shí)際氣體,尤其是那些不易液化的氣體(氫氣、氧氣、氮?dú)?、氦氣、空氣?都可以近似地看成理想氣體②在溫度不低于零下幾十?dāng)z氏度,壓強(qiáng)不超過大氣壓的幾倍時(shí),很多氣體都可當(dāng)成理想氣體來處理三、氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋實(shí)驗(yàn)定律宏觀表現(xiàn)微觀解釋玻意耳定律一定質(zhì)量的氣體,在溫度不變的情況下,體積減小,氣體的壓強(qiáng)增大;體積增大,氣體的壓強(qiáng)減小一定質(zhì)量的某種理想氣體,溫度保持不變時(shí),分子的平均動(dòng)能是一定的。在這種情況下,體積減小時(shí),分子的密集程度增大,氣體的壓強(qiáng)就增大查理定律一定質(zhì)量的氣體,在體積不變的情況下,溫度升高,氣體的壓強(qiáng)增大;溫度降低,氣體的壓強(qiáng)減小一定質(zhì)量的某種理想氣體,體積保持不變時(shí),分子的密集程度保持不變,在這種情況下,溫度升高時(shí),分子的平均動(dòng)能增大,分子撞擊器壁的作用力增大,氣體的壓強(qiáng)就增大蓋—呂薩克定律一定質(zhì)量的氣體,在壓強(qiáng)不變的情況下;溫度升高,氣體的體積增大;溫度降低,氣體的體積減小一定質(zhì)量的某種理想氣體,溫度升高時(shí),分子的平均動(dòng)能增大,分子撞擊器壁的作用力增大,只有氣體的體積同時(shí)增大,使分子的密集程度減小,才能保持壓強(qiáng)不變例6對(duì)于一定質(zhì)量的氣體,若用N表示單位時(shí)間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的

分子數(shù),則

()A.當(dāng)體積減小時(shí),N必定增加B.當(dāng)溫度升高時(shí),N必定增加C.當(dāng)壓強(qiáng)不變而體積和溫度變化時(shí),N必定變化D.當(dāng)壓強(qiáng)不變而體積和溫度變化時(shí),N可能不變解析氣體的體積減小時(shí),壓強(qiáng)和溫度是怎樣變化的并不清楚,不能說N是

必定增加的,A錯(cuò)。同理,溫度升高時(shí),氣體的體積和壓強(qiáng)怎樣變化也不清

楚,無法判斷N的變化情況,B錯(cuò)。當(dāng)壓強(qiáng)不變而體積和溫度變化時(shí),存在兩

種變化的可能性:一是體積增大時(shí),溫度升高,分子的平均動(dòng)能變大,即分子

對(duì)器壁碰撞的力度增大,因壓強(qiáng)不變,因此對(duì)器壁碰撞的頻繁程度降低,即N

減小;二是體積減小時(shí),溫度降低,同理可推知N增大。選項(xiàng)C正確、D錯(cuò)誤。答案

C易錯(cuò)警示本題易錯(cuò)選D。原因是混淆了單位時(shí)間內(nèi)與器壁單位面積碰

撞的分子數(shù)和單位體積內(nèi)的分子數(shù)。在解決此類問題時(shí)應(yīng)注意體積不變

則單位體積內(nèi)分子數(shù)不變,但由于溫度變化,分子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度變化,故

單位時(shí)間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的分子數(shù)變化。四、氣體狀態(tài)變化的圖像1.氣體實(shí)驗(yàn)定律圖像對(duì)比(質(zhì)量一定)

變化過程一定質(zhì)量氣體的兩條圖線圖線特點(diǎn)玻意耳定律等溫變化

等溫變化在p-V圖像中是雙曲線,由

=C知,T越大,pV值就越大,故遠(yuǎn)離原點(diǎn)的等溫線對(duì)應(yīng)的溫度高,即T1<T2;等溫變化的p-

圖像是通過原點(diǎn)的直線,斜率越大則溫度越高,所以T2>T1查理定律等容變化

等容變化的p-T圖像是

通過原點(diǎn)的直線,由

=C可知,體積大時(shí)圖線

斜率小,所以V1<V2蓋—呂薩克定律等壓變化

等壓變化的V-T圖像是

通過原點(diǎn)的直線,由

=C可知,壓強(qiáng)大時(shí)斜率

小,所以p1<p22.質(zhì)量一定,垂直于坐標(biāo)軸作輔助線去分析不同溫度的兩條等溫線,不同體

積的兩條等容線,不同壓強(qiáng)的兩條等壓線的關(guān)系。例如圖中A、B是輔助線

與兩條等容線的交點(diǎn),可以認(rèn)為從B狀態(tài)通過等溫升壓到A狀態(tài),體積必然

減小,所以V2<V1。例7一定質(zhì)量的理想氣體,從圖中A狀態(tài)開始,經(jīng)歷了B、C,最后到D狀態(tài),

下列說法中正確的是

()A.A→B溫度升高,體積不變B.B→C壓強(qiáng)不變,體積變大C.C→D壓強(qiáng)變小,體積變小D.B點(diǎn)的溫度最高,C點(diǎn)的體積最大解析縱坐標(biāo)表示壓強(qiáng)的大小,橫坐標(biāo)表示溫度的大小,各點(diǎn)與O點(diǎn)連線的

斜率倒數(shù)表示體積的大小,由圖可得選項(xiàng)A正確。答案

A五、利用氣體實(shí)驗(yàn)定律和理想氣體狀態(tài)方程解題的步驟1.規(guī)律

=

?

2.解題的一般步驟(1)明確研究對(duì)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;(3)由狀態(tài)方程列式求解;(4)討論結(jié)果的合理性。例8一定質(zhì)量的理想氣體被活塞封閉在豎直放置的圓柱形汽缸內(nèi),汽缸

壁導(dǎo)熱良好,活塞可沿汽缸壁無摩擦地滑動(dòng)。開始時(shí)氣體壓強(qiáng)為p,活塞下

表面相對(duì)于汽缸底部的高度為h,外界的溫度為T0?，F(xiàn)取質(zhì)量為m的沙子緩

慢地倒在活塞的上表面,沙子倒完時(shí),活塞下降了h/4。若此后外界的溫度

變?yōu)門,求重新達(dá)到平衡后氣體的體積。已知外界大氣的壓強(qiáng)始終保持不

變,重力加速度大小為g。解題導(dǎo)引

解析

設(shè)汽缸的橫截面積為S,沙子倒在活塞上后,對(duì)氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)為Δp,

由玻意耳定律得phS=(p+Δp)(h-

h)S

①解得Δp=

p

②外界的溫度變?yōu)門后,設(shè)活塞距底面的高度為h'。根據(jù)蓋—呂薩克定律,得

=

③解得h'=

h

④據(jù)題意可得Δp=

⑤氣體最后的體積為V=Sh'

⑥聯(lián)立②④⑤⑥式得V=

⑦答案

應(yīng)用一微觀量的估算實(shí)踐探究1.微觀物理量:分子的質(zhì)量m0,分子體積V0,分子直徑d。2.宏觀物理量:物質(zhì)的質(zhì)量m,體積V,密度ρ,摩爾質(zhì)量M,摩爾體積Vm。3.阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀物理量與微觀物理量的橋梁,根據(jù)油膜法測(cè)

出分子的直徑,可算出阿伏加德羅常數(shù);反過來,已知阿伏加德羅常數(shù),根據(jù)

摩爾質(zhì)量(或摩爾體積)就可以算出一個(gè)分子的質(zhì)量(或一個(gè)分子的體積)。(1)分子的質(zhì)量:m0=

=

。(2)分子的體積:V0=

=

。對(duì)于氣體,由于分子間空隙很大,用上式估算出的是一個(gè)分子所占據(jù)的體積

(活動(dòng)的空間)。(3)物質(zhì)所含的分子數(shù):N=nNA=

NA=

NA,NA=

=

。4.分子模型(1)球體模型中的直徑:d=

;(2)立方體模型中的邊長(zhǎng):d=

。5.常識(shí)性的數(shù)據(jù):室溫可取27℃,標(biāo)準(zhǔn)狀況下的大氣壓p0=76cmHg、溫度T

=273K、摩爾體積Vm=22.4L/mol。例1已知汞的摩爾質(zhì)量為M=200.5×10-3kg/mol,密度為ρ=13.6×103kg/m3,

阿伏加德羅常數(shù)NA=6.0×1023mol-1。求:(1)一個(gè)汞原子的質(zhì)量(用相應(yīng)的字母表示即可);(2)一個(gè)汞原子的體積(結(jié)果保留一位有效數(shù)字);(3)體積為1cm3的汞中汞原子的個(gè)數(shù)(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)。解題導(dǎo)引

解析(1)一個(gè)汞原子的質(zhì)量為m0=

。(2)一個(gè)汞原子的體積為V0=

=

=

m3≈2×10-29m3。(3)1cm3的汞中含汞原子個(gè)數(shù)n=

=

≈4×1022。答案(1)

(2)2×10-29m3(3)4×1022應(yīng)用二熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用實(shí)踐探究1.在運(yùn)用熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式ΔU=W+Q來分析問題時(shí),必須理解它的

物理意義,掌握它的符號(hào)法則。做功和熱傳遞都可以使物體的內(nèi)能發(fā)生變

化。如果物體跟外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞,那么,外界對(duì)物體所做的功與

物體從外界吸收的熱量之和等于物體內(nèi)能的增加。2.按照符號(hào)法則將“+”“-”號(hào)代入ΔU=W+Q計(jì)算或分析問題,如果事先

不便確定其正負(fù),可以先假定它為正,在計(jì)算出結(jié)果以后再判斷。若結(jié)果為

正,說明與原假設(shè)一致;若結(jié)果為負(fù),則說明與原假設(shè)相反。3.三種特殊情況(1)若過程是絕熱的,則Q=0,W=ΔU,外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加量。(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)能的增加量。(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(duì)物體做的功等于物體放出的熱量。4.注意以下幾個(gè)重點(diǎn)詞理想氣體:表示不考慮分子間作用力,不考慮分子勢(shì)能的變化。溫度升高,

氣體的內(nèi)能增大,溫度降低,氣體的內(nèi)能減小,溫度變化決定氣體內(nèi)能的變

化。體積的膨脹與壓縮:體積膨脹表示氣體對(duì)外做功;體積壓縮表示外界對(duì)氣

體做功。絕熱:表示沒有熱傳遞。導(dǎo)熱性能良好:表示容器內(nèi)、外溫度相等。緩慢變化:表示一種動(dòng)態(tài)的平衡,非絕熱時(shí),也可以理解為容器內(nèi)、外溫度相等。5.應(yīng)用熱力學(xué)第一定律分析問題的要點(diǎn)(1)內(nèi)能看溫度:對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體,溫度升高,內(nèi)能增加;溫度降低,內(nèi)

能減少;溫度不變,則內(nèi)能不變。(2)做功看體積:體積增大,氣體對(duì)外做功,W為負(fù);體積縮小,外界對(duì)氣體做

功,W為正;氣體向真空中自由膨脹,對(duì)外界不做功,W=0;恒壓過程氣體做功

等于壓強(qiáng)和體積變化量的積。(3)根據(jù)Q=ΔU-W求熱量。Q>0,系統(tǒng)從外界吸熱;Q