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1、第 1 页（共 16 页）选修选修 3-3 热学热学 第一章第一章 分子动理论分子动理论 内能内能【高考目标导航高考目标导航】考纲点击热点提示1.分子动理论的基本观点和实验根据 2.阿伏伽德罗常数 3.气体分子运动速率的统计分析 4.温度是分子平均动能的标志、内能 5.固体分子微观结构、晶体和非晶体 6.液体的微观结构 7.液体的表面张力现象 8.气体实验定律 9.理想气体 10. 饱和蒸汽、未饱和蒸汽和饱和蒸汽压 11. 相对湿度 12. 热力学第一定律 13. 能量守恒定律 14. 热力学第二定律 15. 要知道中学物理涉及的国际单位制的基本单位和其他物理量的单位、包括摄氏度、标准气压 实
2、验：用油膜法估测分子的大小1.考查阿伏伽德罗常数及分子大小、分子质量、分子数目等微观量的估算2.考查分子的平均动能、热运动和布朗运动3.分子力与分子势能的综合问题4.考查内能的相关因素5.考查晶体和非晶体的特点及液体表面张力产生的原因6.气体实验定律的定量计算及图像的考查7.封闭气体压强的求解8.热力学第一定律与理想气体状态方程定性分析的综合考查9.考查热力学第二定律10. 能量守恒定律的综合运算11. 考查油膜法测分子直径的实验原理、操作步骤和数据的处理12. 饱和汽、未饱和汽压及相对湿度【考纲知识梳理考纲知识梳理】一、宏观量与微观量及相互关系1.固、液、气三态分子模型在固体和液体分子大小的
3、估算中通常将分子看做是一个紧挨一个的小球(或小立方体)，每个分子的体积也就是每个分子所占据的空间，虽然采用正方体模型和球形模型计算出分子直径的数量级是相同的，但考虑到误差因素，采用球形模型更准确一些.对气体分子来说，由于气体没有一定的体积和 形状，气体分子间的平均距离比较大，气体分子占据的空间比每个分子的体积大得多，可以忽略每个分子的空间体积，认为每个分子占据的空间是一个紧挨一个的立方体，分子间的平均距离为立方体边长，气体分子占据的空间并非气体分子的实际体积. 第 2 页（共 16 页）2、物质是由大量分子组成（1） 分子体积很小，质量小。分子直径数量级，分子质量数量级101010102726
4、mkg（2） 油膜法测分子直径：DV SS：水面上形成单层分子油膜的面积（3） 阿伏伽德罗常量：16021023molNA的任何物质含有个分子 .（4） 微观物理量的估算问题：mMNm NA分摩V NVVNMNmVdVdAA分摩摩分分分固、液：球形气体：立方体1 633NnNnA ：摩尔数() nm MV Vmolmol二、 布朗运动与扩散现象1、 扩散现象：相互接触的物体互相进入对方的现象，温度越高，扩散越快。2、 布朗运动：在显微镜下看到的悬浮在液体中的花粉颗粒的永不停息的无规则运动，颗粒越小，运动越明显；温度越高，运动越激烈，布朗运动是液体分子永不停息地做无规则热动动的反映，是微观分子热
5、运动造成的宏观现象。布朗运动成因：液体分子无规则运动，对固体小颗粒碰撞不平衡。影响布朗运动剧烈程度因素：微粒小，温度高，布朗运动剧烈三、分子力与分子势能1、 分子间存在着相互作用的分子力。分子力有如下几个特点：分子间同时存在引力和斥力；分子间的引力和斥力都随分子间的距离增大而减小，随分子距离的减小而增大，但斥力比引力变化更快。实际表现出来的是引力和斥力的合力。第 3 页（共 16 页）（1）0rr 时（约几个埃，1 埃=1010米） ，斥引ff，分子力 F=0。（2）r0r时， 斥引ff，分子力 F 为斥力。（3）r0r时， 斥引ff，分子力 F 为斥力。r010r时， 引f、f 斥速度减为零
6、，分子力 F=0。2、分子势能（1）分子间由于存在相互作用而具有的，大小由分子间相对位置决定的能叫做分子势能。（2）分子势能改变与分子力做功的关系：分子力做功，分子势能减少；克服分子力做功，分子势能增加；且分子力做多少功，分子势能就改变多少。分子势能与分子间距的关系（如右图示）：当 r0r时，分子力表现为引力，随着 r 的增大，分子引力做负功，分子势能增加；当 r0r时，分子力表现为斥力，随着 r 的减小，分子斥力做负功，分子势能增加；r=0r时，分子势能最小，但不为零，为负值，因为选两分子相距无穷远时的分子势能为零。对实际气体来说，体积增大，分子势能增加;体积缩小，分子势能减小。四、物体的内
7、能1.平均动能:每个做热运动的分子都具有动能mv2，但是各个分子的动能有大有小，且不断变化.在研究第 4 页（共 16 页）热现象时，某个分子的动能大小没有意义，有意义的是物体内所有分子的动能的平均值，即平均动能2.内能(1)定义：物体内所有分子的动能和分子势能的总和.(2)物体的内能跟物体的温度、体积、物态和分子个数(即质量)都有关系.3. 改变物体内能的两种方式：做功和热传递.4、物体的内能和机械能的比较五、温度和温标1.温度：温度在宏观上表示物体的冷热程度；在微观上表示分子的平均动能.2.两种温标(1)比较摄氏温标和热力学温标：两种温标温度的零点不同，同一温度两种温标表示的数值不同，但它
8、们表示的温度间隔是相同的，即每一度的大小相同，t=T.(2)关系：T=t+273.15 K.3.平衡态及特点：对于一个孤立的热学系统，无论其初始状态如何经过足够长的时间后，必须达到一个宏观平衡性质不再随时间变化的状态，叫平衡态，系统处于平衡态时有共同特性即“温度相同” .六、用油膜法估测分子的大小1.实验目的(1)估测油酸分子的大小.(2)学习间接测量微观量的原理和方法.2.实验原理:利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜，将油酸分子看做球形，测出一定体积油第 5 页（共 16 页）酸溶液在水面上形成的油膜面积，用 d=V/S 计算出油膜的厚度，其中 V 为一滴油酸溶液中纯油酸的体积，S
9、 为油膜面积，这个厚度就近似等于油酸分子的直径.3.实验器材盛水浅盘、滴管(或注射器)、试剂瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉(或细石膏粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩笔.4.实验步骤(1)取 1 毫升(1 cm3)的油酸溶于酒精中，制成 200 毫升的油酸酒精溶液.(2)往边长约为 30 cm40 cm 的浅盘中倒入约 2 cm 深的水，然后将痱子粉(或细石膏粉)均匀地撒在水面上.(3)用滴管(或注射器)向量筒中滴入 n 滴配制好的油酸酒精溶液，使这些溶液的体积恰好为 1 mL，算出每滴油酸酒精溶液的体积(4)用滴管(或注射器)向水面上滴入一滴配制好的油酸酒精溶液，油酸就在水面上慢慢散开，形成单分子油膜
10、.(5)待油酸薄膜形状稳定后，将一块较大的玻璃板盖在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上.(6)将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积.(7)据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积 V，据一滴油酸的体积 V 和薄膜的面积 S，算出油酸薄膜的厚度，即为油酸分子的直径.比较算出的分子直径，看其数量级(单位为 m)是否为10-10，若不是 10-10需重做实验.5.注意事项(1)油酸酒精溶液的浓度应小于.(2)痱子粉的用量不要太大，并从盘中央加入，使粉自动扩散至均匀.(3)测 1 滴油酸酒精溶液的体积时，滴入量筒中的油酸酒精溶液的体积应为整毫升数，应多滴几毫升，数
11、出对应的滴数，这样求平均值误差较小.(4)浅盘里水离盘口面的距离应较小，并要水平放置，以便准确地画出薄膜的形状，画线时视线应与板面垂直.(5)要待油膜形状稳定后，再画轮廓.第 6 页（共 16 页）(6)利用坐标求油膜面积时，以边长为 1 cm 的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数，不足半个的舍去，大于半个的算一个.(7)做完实验后，把水从盘的一侧边缘倒出，并用少量酒精清洗，然后用脱脂棉擦去酒精，最后用水冲洗，以保持盘的清洁.6.误差分析(1)纯油酸体积的计算误差.(2)油膜面积的测量误差主要是：油膜形状的画线误差；数格子法本身是一种估算的方法，自然会带来误差.【要点名师透析要点名师透析】类
12、型一：阿伏伽德罗常数及微观量的计算【例 1】已知水的密度33/100 . 1mkg，其摩尔质量molkgM/108 . 12 0，阿伏加德罗常数123100 . 6molNA。试求：某人一口喝了320cm的水，内含多少水分子？估计一个水分子的线度多大？解析：解析：水的摩尔体积是molmMV/100 . 1108 . 13 32 0 0320cm中的水含有的分子数为323323 65 0/106 . 6/1002. 610108 . 120cmcmNVVnA把水分子看成“球体” ，并设其直径为d，则有ANVd03 61所以 mmNVdA103 23530109 . 3100 . 614. 310
13、8 . 166 类型二、 对内能概念的理解【例 2】下列说法中正确的是A.物体自由下落时速度增大，所以物体内能也增大第 7 页（共 16 页）B.物体的机械能为零时内能也为零C.物体的体积减小温度不变时，物体内能一定减小D.气体体积增大时气体分子势能一定增大解：物体的机械能和内能是两个完全不同的概念。物体的动能由物体的宏观速率决定，而物体内分子的动能由分子热运动的速率决定。分子动能不可能为零（温度不可能达到绝对零度） ，而物体的动能可能为零。所以 A、B 不正确。物体体积减小时，分子间距离减小，但分子势能不一定减小，例如将处于原长的弹簧压缩，分子势能将增大，所以 C 也不正确。由于气体分子间距
14、离一定大于 r0，体积增大时分子间距离增大，分子力做负功，分子势能增大，所以 D 正确。【感悟高考真题感悟高考真题】1.（2011四川理综T14）气体能够充满密闭容器，说明气体分子除相互碰撞的短暂时间外A 气体分子可以做布朗运动B 气体分子的动能都一样大C 相互作用力十分微弱，气体分子可以自由运动D 相互作用力十分微弱，气体分子间的距离都一样大【答案】选 C.布朗运动本身并不是分子运动，因此 A 错；分子作无规则的热运动，各个分子的动能不同，B 错；气体分子平均距离较远，所以分子力十分微弱，C 正确；由于无规则的热运动，每个气体分子之间的距离是变化的， D 错.2.（2011上海高考物理T8）
15、某种气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线如图所示，图中表( )f v示处单位速率区间内的分子数百分率，所对应的温度分别为，则v,IIIIIIT TT(A) (B)TTT (C) (D) IIIIIITTT,IIIIIIIITT TTIIIIIITTT【答案】选 B.【详解】曲线下的面积表示表示分子速率从 0所有区间内分子数的比率之和，显然其值应等于 1，当温度升高时，分子的速率普遍增大，所以曲线的高峰向右移动，曲线变宽，但由于曲线下总面积恒等于 1，所以曲线的高度相应降低，曲线变得平坦。所以，TTT第 8 页（共 16 页）3.（2011山东高考T36） （1）人类对物质属性的认识是从宏观到微观不断深入的过程，以下说法正确的是 。a液晶的分子势能与体积有关b晶体的物理性质都是各向异性的c温度升
