高中物理知识精讲15_专题十四-热学

４４５年高考３年模拟Ｂ版高考物理专题十四热学?续表?考点1分子动理论、内能?项目温度热量内能?特征状态量过程量状态量一、布朗运动与扩散现象的比较?分子热运动中平①物质的量（分子比较项目布朗运动扩散现象内能传递多少的?均动能的标志。数）决定量度。传递的内悬浮在液体或气体中的小颗两种不同的物质相互接触分子平均动能越②温度（分子平均定义?因素能越多，热量就粒做永不停息的无规则运动时，彼此进入对方的现象?大，温度一定动能）微粒越小、温度越高，布朗越大影响因素温度越高，扩散越快?越高③体积（分子势能）运动越显著大量液体（或气体）分子对两种不同物质的分子均做?①温度越高的物体，内能不一定越多产生原因悬浮微粒撞击的不平衡造无规则的、永不停息的热运?②传递热量是改变内能的一种方式关系成的动，因此形成了扩散现象?③热量能够自发地从高温物体向低温物体传递；均反映了分子在做永不停息的、无规则的运动，而且这两?温度相同时，热量的传递达到动态平衡———热平衡意义种现象均随温度的升高而更加显著，从而认识了“分子热?运动”的实质?四、微观量与宏观量的计算?１．对微观量估算的模型的建立方法二、分子力与分子势能?（１）对液体、固体来说，微观模型是：分子紧密排列，将物质项目分子力分子势能?的摩尔体积分成ＮＡ等份，每一等份就是一个分子的体积；在估?算分子直径时，设想分子是一个一个紧挨的小球；在估算分子间?距离时，设想每一个分子是一个正方体，正方体的棱长即分子间?距离。图线?（２）气体分子不是紧密排列的，所以上述模型对气体不适?用，但上述模型可以用来估算分子间平均距离。?２．与阿伏加德罗常数有关的宏观量和微观量的计算方法横轴：分子间距离ｒ横轴：分子间距离ｒ?（１）宏观物理量：物体的质量Ｍ，体积Ｖ，密度ρ，摩尔质量坐标轴纵轴：分子力纵轴：分子势能?ＭＡ，摩尔体积ＶＡ，物质的量ｎ。?（２）微观物理量：分子的质量ｍ０，分子体积Ｖ０，分子直径ｄ。正负正负表示方向。正号表示正负表示大小。正值一定?（３）阿伏加德罗常数是联系宏观物理量与微观物理量的意义斥力，负号表示引力大于负值?桥梁。与横轴?ＭρＶｒ＝ｒ（引力等于斥力）ｒ＜ｒＡＡ００①分子的质量：ｍ＝＝；交点０?ＮＡＮＡ拐点位置ｒ＞ｒ０ｒ＝ｒ０（分子势能最小）?ＶＡＭＡ②分子的体积：Ｖ０＝＝（适用于固体和液体）；①分子间距离改变时，分子力做功，分子势能也随之改变?ＮＡρＮＡ?３②分子力做正功时，分子势能减小；分子力做负功时，分６Ｖ０?③分子的大小：球体模型的直径ｄ＝，立方体模型的边关系子势能增加π－１０?３③ｒ数量级为１０ｍ，当分子间距离大于１０ｒ（约为００长ｄ＝Ｖ；０１０－９ｍ）时，分子力很弱，可以忽略不计。?ＭＶ?④物质所含的分子数：Ｎ＝ｎＮＡ＝ＮＡ＝ＮＡ。ＭＡＶＡ三、温度、热量和内能的比较??项目温度热量内能?考点2固体、液体、气体热传递过程中物物体内所有分子动?定义物体的冷热程度体内能变化的能和分子势能的?一、晶体和非晶体量度总和?表征符分类晶体ｔ／℃或Ｔ／ＫＱ／ＪＵ／Ｊ?非晶体号／单位比较单晶体多晶体?外形规则不规则不规则 专题十四热学４５?续表①宏观上：一定质量的某种气体的压强决定于气体的温度?分类晶体?和体积。非晶体②微观上：决定于分子的平均动能和分子的密集程度。比较单晶体多晶体?（３）气体压强的计算方法熔点确定确定不确定?方法１参考液面法某些物某些物理性?各向同性各向同性①计算的主要依据是流体静力学知识：理性质质各向异性?ａ．液面下ｈ处由液体重量产生的压强ｐ＝ρｇｈ。（注意：ｈ是原子按一定的由许多单晶体原子的排列不规?液柱的竖直高度，不一定等于液柱的长度）规则排列，具有?原子排列杂乱无章地组则，无空间上的周?ｂ．若液面与外界大气相接触，则液面下ｈ处的压强为ｐ＝ｐ０＋空间上的周合而成期性ρｈｇ，ｐ０为外界大气压强。期性?ｃ．帕斯卡定律（液体传递外加压强的规律）：加在密闭静止?有的物质在不同条件下能够形成不同的晶体。同一物质液体上的压强，能够大小不变地由液体向各个方向传递。形成?可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，有些非晶体ｄ．连通器原理：在连通器中，静止的同一种液体（中间液体与转化?在一定条件下也可转化为晶体不间断）的同一水平面上的压强是相等的。?②计算的方法步骤：选取一个假想的液体薄面（其自重不典型物质单晶硅、单晶锗常见的金属玻璃、蜂蜡、松香?计）为研究对象；分析液体薄面两侧受力情况，建立力的平衡方?二、液体程；消去横截面积，得到液体薄面两侧压强的平衡方程；求得气?１．液体的表面张力体压强。?液体表面层的分子间距离较大，分子力表现为引力，从而使方法２平衡法：欲求用固体（如活塞等）封闭在静止容器?液体表面具有收缩的趋势。表面张力的方向与液面相切，与液中的气体压强，先对固体（如活塞等）进行受力分析，然后根据力?面的分界线垂直。的平衡条件求解。?２．浸润：一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上方法３动力学法：当封闭气体所在的系统处于力学非平衡的现象，此时液体和与之接触的固体的相互作用比液体分子间?状态时，欲求封闭气体的压强，首先要恰当地选择对象（如与气的相互作用强；细玻璃管插入液体中，浸润时观察到玻璃管内的?体相关联的液柱、固体等），并对其进行正确的受力分析（特别注液面比玻璃管外面的液面高，玻璃管越细，玻璃管内液面上升得?意分析内、外气体的压力），然后应用牛顿第二定律列方程求解。越多。?２．利用气体实验定律和理想气体状态方程解题的步骤不浸润：一种液体不会润湿某种固体，也就不会附着在这?（１）规律种固体的表面上的现象，此时液体和与之接触的固体的相互作?ìïＴ１＝Ｔ２时，ｐ１Ｖ１＝ｐ２Ｖ２（玻意耳定律）?用比液体分子间的相互作用弱；细玻璃管插入液体中，不浸润时ïｐ１ｐ２?ｐ１Ｖ１ｐ２Ｖ２ïＶ１＝Ｖ２时，＝（查理定律）观察到玻璃管内的液面比玻璃管外面的液面低，玻璃管越细，玻＝⇒íＴ１Ｔ２?Ｔ１Ｔ２ï璃管内液面下降得越多。ＶＶïï１２?ｐ１＝ｐ２时，＝（盖—吕萨克定律）３．液晶：液晶是一种特殊的物质，它既有液体的流动性，又îＴ１Ｔ２具有单晶体的各向异性。液晶显示器就是利用液晶的各向异性?（２）解题的一般步骤实现不同层次的显示效果的。?①明确研究对象，即某一定质量的理想气体；?②确定气体在始末状态的参量ｐ１、Ｖ１、Ｔ１及ｐ２、Ｖ２、Ｔ２；三、饱和汽、饱和汽压和相对湿度?③由状态方程列式求解；１．饱和汽：在密闭容器中的液体不断蒸发，液面上的蒸汽也?④讨论结果的合理性。不断凝结，当这两个同时存在的过程达到动态平衡时，液面上的?３．气体状态变化过程的图像问题蒸汽叫饱和汽。而没有达到饱和状态的蒸汽叫作未饱和汽。?（１）数形结合理解图像的意义。如对于等容变化过程，有ｐ＝２．饱和汽压：饱和汽的压强叫作饱和汽压，饱和汽压与温度?Ｃ的高低有关，温度升高时，饱和汽压也增大。饱和汽压与体积的?Ｔ，故对应的ｐ－Ｔ图像为过原点的直线。Ｖ大小无关。?（２）对于气体状态发生变化的各种可能性的判断，利用图像３．相对湿度：在某一温度下，空气中水蒸气的压强与同一温?帮助分析，直观简洁。一般地，利用ｐ－Ｖ图像进行分析较方便。度下水的饱和汽压之比，称为空气的相对湿度，即?（３）对一定质量的理想气体，不同图像比较如下表：水蒸气的实际压强相对湿度＝×１００％。?同温下水的饱和汽压?特点（其中Ｃ为常量）举例四、气体?１．气体的压强?ｐＶ＝ＣＴ，即ｐＶ之积越大的（１）气体分子运动的特点?ｐ－Ｖ等温线温度越高，线离原点①气体分子的速率分布，表现出“中间多，两头少”的统计分?越远布规律。?②气体分子向各个方向运动的机会均等。?（２）决定气体压强大小的因素 ４６５年高考３年模拟Ｂ版高考物理?续表态的假设，然后应用查理定律可以简单地求解。其一般思路为：?①先假设液柱或活塞不发生移动，两部分气体均做等容特点（其中Ｃ为常量）举例?变化。?②对两部分气体分别应用查理定律，求出每部分气体压强?１ΔＴｐ＝ＣＴＶ，斜率ｋ＝ＣＴ，即斜?的变化量Δｐ＝ｐ，并加以比较。ｐ－１／ＶＴ率越大，温度越高?ａ．如果液柱或活塞两端的横截面积相等，则若Δｐ均大于?零，意味着两部分气体的压强均增大，则液柱或活塞向Δｐ值较?小的一方移动；若Δｐ均小于零，意味着两部分气体的压强均减ＣＣ?小，则液柱或活塞向压强减小量较大的一方（即｜Δｐ｜较大的一ｐ＝Ｔ，斜率ｋ＝，即斜ｐ－ＴＶＶ?方）移动；若Δｐ相等，则液柱或活塞不移动。率越大，体积越小?ｂ．如果液柱或活塞两端的横截面积不相等，则应考虑液?柱或活塞两端的受力变化（ΔｐＳ），若Δｐ均大于零，则液柱或ＣＣ?活塞向ΔｐＳ较小的一方移动；若Δｐ均小于零，则液柱或活塞Ｖ＝Ｔ，斜率ｋ＝，即斜Ｖ－Ｔｐｐ?向｜ΔｐＳ｜较大的一方移动；若ΔｐＳ相等，则液柱或活塞不率越大，压强越小?移动。?说明要判断液柱或活塞的移动距离，则需要选择好研４．巧解气体变质量问题?究对象，进行受力分析，综合应用气体实验定律（或理想气体状分析气体变质量问题时，可以通过巧妙地选择合适的研究?态方程）和力学规律进行推理和判断。对象，使这类问题转化为一定质量的气体问题，用理想气体状态?方程求解。?（１）打气问题?考点3热力学定律与能量守恒向球、轮胎中充气是一个典型的变质量的气体问题。只要?选择球内原有气体和即将打入的气体作为研究对象，就可把充?一、热力学第一定律气过程中的气体质量变化的问题转化为定质量气体的状态变化?１．内容：外界对物体做的功Ｗ与物体从外界吸收的热量Ｑ问题。?之和等于物体内能的增量ΔＵ。（２）抽气问题?２．表达式：ΔＵ＝Ｗ＋Ｑ。从容器内抽气的过程中，容器内的气体质量不断减小，这属?３．符号规定于变质量问题。分析时，将每次抽气过程中抽出的气体和剩余?外界对物体做功Ｗ＞０气体作为研究对象，可将变质量问题转化为定质量问题。做功Ｗ物体对外界做功Ｗ＜０?（３）灌气问题物体从外界吸收热量Ｑ＞０?吸、放热Ｑ将一个大容器里的气体分装到多个小容器中的问题也是一物体向外界放出热量Ｑ＜０?个典型的变质量问题。分析这类问题时，可以把大容器中的剩物体内能增加ΔＵ＞０?内能变化ΔＵ余气体和多个小容器中的气体看作整体来作为研究对象，可将物体内能减小ΔＵ＜０变质量问题转化为定质量问题。?４．几种特殊情况（４）漏气问题?（１）若过程是绝热的，则Ｑ＝０，Ｗ＝ΔＵ，外界对物体做的功容器漏气过程中气体的质量不断发生变化，属于变质量问?等于物体内能的增加；题，不能用理想气体状态方程求解。如果选容器内剩余气体和?（２）若过程中不做功，即Ｗ＝０，则Ｑ＝ΔＵ，物体吸收的热量漏出气体整体作为研究对象，便可使问题变成一定质量气体的?等于物体内能的增加；状态变化，可用理想气体状态方程求解。?（３）若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔＵ＝０，则Ｗ＋５．液柱移动问题的分析方法?Ｑ＝０或Ｗ＝－Ｑ，外界对物体做的功等于物体放出的热量。（１）假设推理法：根据题设条件，假设发生某种特殊的物理?５．理想气体内能变化问题的分析思路现象或物理过程，运用相应的物理规律及有关知识进行严谨的?物体的内能决定于物质的量、分子平均动能（与温度有关）推理，得出答案。巧用假设推理法可以化繁为简，化难为易，简?和分子势能（与体积有关），而一定质量的某种理想气体，物质的捷解题。?量一定，分子势能可忽略不计，所以其内能完全决定于温度，故（２）温度不变情况下的液柱移动问题：这类问题的特点是在?相关问题的分析较为简单，而此类问题是高考的热点之一，故要保持温度不变的情况下改变其他题设条件，从而引起封闭气体?熟练掌握。的液柱的移动，或液面的升降，或气体体积的增减。解决这类问?解题的一般步骤题通常假设液体不移动，或液面不升降，或气柱体积不变，从此?（１）由温度判断内能的变化（根据题给条件或理想气体状态假设出发，运用玻意耳定律等有关知识进行推论，求得答案。?方程、气体状态变化过程的图像等获得温度的变化情况）。对质（３）用液柱或活塞隔开两部分气体，当气体温度变化时，液?量一定的某种理想气体，温度升高，内能增加，即ΔＵ＞０；温度降柱或活塞是否移动？如何移动？?低，内能减少，即ΔＵ＜０。此类问题的特点是气体的状态参量ｐ、Ｖ、Ｔ都发生了变化，?（２）由体积判断做功情况。体积增大，系统对外界做功，直接判断液柱或活塞的移动方向比较困难，通常先进行气体状Ｗ＜０；体积减小，外界对系统做功，Ｗ＞０。 专题十四热学４７?（３）由ΔＵ＝Ｗ＋Ｑ分析热传递的情况。３．热力学第二定律的微观意义?注意①气体状态变化“缓慢”时，意味着热传递非常充一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。?分；“迅速”变化，表示短时间内来不及发生热传递，可看成“绝４．热力学过程方向性实例?热”过程。热量Ｑ能自发传给?（１）高温物体???????????低温物体②“绝热”与“等温”含义大不相同。热量Ｑ不能自发传给?③气体做功Ｗ＝ＦＬ＝ｐＳＬ＝ｐ·ΔＶ，ｐ为定值时可用该式定量能自发地完全转化为?（２）功???????????热计算。不能自发地完全转化为?能自发膨胀到（３）气体体积Ｖ１?????????气体体积Ｖ２（较大）二、热力学第二定律?不能自发收缩到１．热力学第二定律内容?能自发混合成（４）不同气体Ａ和Ｂ?????????混合气体ＡＢ（１）克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。?不能自发分离成（２）开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变?三、能量守恒定律成功，而不产生其他影响。?１．内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从２．对热力学第二定律中关键词的理解?一种形式转化为另一种形式，或者是从一个物体转移到别的物在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”?体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。的含义：?２．条件性：能量守恒定律是自然界的普遍规律，某一种形式（１）“自发地”指明了热传递现象的方向性，不需要借助外?的能是否守恒是有条件的。例如，机械能守恒定律具有适用条界提供能量的帮助；?件，而能量守恒定律是无条件的，是一切自然现象都遵守的基本（２）“不产生其他影响”是说发生的热力学宏观过程只在本?规律。系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响。