高考物理總復(fù)習(xí)課件人教版高中物理選修三《熱學(xué)分子動理論與統(tǒng)計觀點(diǎn)》專題講解ppt課件

第五模塊 選修33,1本專題的概念繁多、規(guī)律繁多，要求學(xué)生能夠正確理解，培養(yǎng)學(xué)生的理解能力、分析綜合能力 2通過對熱力學(xué)第一定律、能量守恒定律、熱力學(xué)第二定律、熱力學(xué)第三定律、環(huán)境保護(hù)、能量耗散等在生活中的應(yīng)用的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理知識解決實(shí)際問題的能力,3利用阿伏加德羅常數(shù)對分子的質(zhì)量和大小進(jìn)行計算，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識處理物理問題的能力和良好的計算能力 4通過對分子熱運(yùn)動的學(xué)習(xí)，尤其是對布朗運(yùn)動、擴(kuò)散現(xiàn)象的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生良好的思維能力和空間想象能力 5通過對分子力和分子間距離的關(guān)系圖的分析，培養(yǎng)學(xué)生識圖和利用圖象分析問題的能力,本專題概念、規(guī)律繁多，但要求較低考綱對給定的知識點(diǎn)全部是級要求因此，在復(fù)習(xí)時應(yīng)注意以下幾個方面：(1)加強(qiáng)對基本概念和基本規(guī)律的理解強(qiáng)化概念和規(guī)律的記憶，明確以分子動理論、熱力學(xué)定律和能量守恒定律為核心的熱學(xué)規(guī)律；(2)理解以溫度、內(nèi)能和壓強(qiáng)為主體的熱學(xué)概念要能從微觀角度，從分子動理論的觀點(diǎn)來認(rèn)識熱現(xiàn)象和氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生；能利用阿伏加德羅常數(shù)來聯(lián)系宏觀和微觀在數(shù)量上的關(guān)系；(3)能熟練運(yùn)用熱力學(xué)第一、第二定律和能量轉(zhuǎn)化與守恒定律分析及討論物體內(nèi)能的變化,第一單元 分子動理論與統(tǒng)計觀點(diǎn),1分子是具有各種物質(zhì)的 性質(zhì)的最小粒子，或是 (如金屬)、或是 (如鹽類)、或是 (如有機(jī)物) 2用油膜法測得分子直徑(有機(jī)物質(zhì)的大分子除外)的數(shù)量級為 m，說明分子的體積極其微小 3一般分子質(zhì)量的數(shù)量級為 kg.,化學(xué),原子,離子,分子,1010,10271026,4分子間有間隙 5阿伏加德羅常數(shù)：1 mol的任何物質(zhì)都含有相同的粒子數(shù)，這個數(shù)的測量值NA mol1.1.,6.021023,擴(kuò)散現(xiàn)象和布朗運(yùn)動都說明分子做無規(guī)則運(yùn)動 1擴(kuò)散現(xiàn)象：相互接觸的物體彼此進(jìn)入對方的現(xiàn)象溫度越高，擴(kuò)散越快 2布朗運(yùn)動 (1)產(chǎn)生的原因：是各個方向的液體分子對微粒碰撞的 引起的,不平衡性,(2)特點(diǎn)： 永不停息、無規(guī)則運(yùn)動 顆粒越小，運(yùn)動越 溫度越高，運(yùn)動越 運(yùn)動軌跡不確定,劇烈,劇烈,(3)布郎顆粒：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(yùn)動，不能叫做布朗運(yùn)動布朗顆粒大小約為106 m(包含約1021個分子)，而分子直徑約為1010 m布朗顆粒的運(yùn)動是分子熱運(yùn)動的,宏觀表現(xiàn),1分子間同時存在著相互作用的 ，分子力為它們的 2分子力的特點(diǎn)： (1)分子間的引力和斥力都隨分子間距離的增大而 ，隨分子間距離的減小而增大，但斥力比引力變化快,引力和斥力,合力,減小,rr0時(r0的數(shù)量級為1010 m)，F(xiàn)引F斥，分子力F0； rr0時，F(xiàn)引F斥，分子力F表現(xiàn)為 ； r10r0時，F(xiàn)引、F斥迅速減為零，分子力F0.,斥力,引力,(2)分子力隨分子間距離的變化圖線如圖1所示 (3)分子力的作用使分子聚集在一起，而分子的無規(guī)則運(yùn)動使它們趨于分散，正是這兩個因素決定了物體的氣、液、固三種不同的狀態(tài),1分子的平均動能 (1)定義：物體內(nèi)所有分子動能的 (2)決定因素：僅與物體的 有關(guān)，而與其他任何量無關(guān)系,平均值,溫度,2分子勢能 (1)概念：由分子間的相互作用和 決定的能量 (2)分子勢能大小的相關(guān)因素 微觀上：分子勢能的大小與 有關(guān) 當(dāng)分子間距離改變時，分子力做功，分子勢能也相應(yīng)變化 宏觀上：與物體的 有關(guān)大多數(shù)物體是 越大，分子勢能越大，也有少數(shù)物體(如冰、鑄鐵等)，體積變大，分子勢能反而變小,相對位置,分子間距,體積,體積,3物體的內(nèi)能 (1)定義：物體內(nèi)所有分子的 和 的總和 (2)決定因素 微觀上：分子動能、分子勢能、 宏觀上： 物質(zhì)的量(摩爾數(shù)),分子數(shù),溫度、體積、,動能,勢能,4物體內(nèi)能的變化 (1)改變內(nèi)能的兩種方式 做功：當(dāng)做功使物體的內(nèi)能發(fā)生改變的時候，外界對物體做了多少功，物體內(nèi)能就 多少；物體對外界做了多少功，物體內(nèi)能就 多少,增加,減少,熱傳遞：當(dāng)熱傳遞使物體的內(nèi)能發(fā)生改變的時候，物體吸收了多少熱量，物體內(nèi)能就 多少；物體放出了多少熱量，物體內(nèi)能就 多少 (2)兩種改變方式間的關(guān)系 兩者在 上是等效的 兩者的本質(zhì)區(qū)別：做功是其他形式的能和內(nèi)能的相互 ，熱傳遞是內(nèi)能的,增加,減少,內(nèi)能改變,轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)移,1溫度 溫度在宏觀上表示物體的 程度；在微觀上反應(yīng)分子的 的大小 2兩種溫標(biāo) (1)比較：攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)兩種溫標(biāo)溫度的零點(diǎn)不同，同一溫度兩種溫標(biāo)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，即tT. (2)關(guān)系：Tt273.15 K.,冷熱,平均動能,特別提醒：(1)熱力學(xué)溫度的零值是低溫極限，永遠(yuǎn)達(dá)不到，即熱力學(xué)溫度無負(fù)值 (2)溫度是大量分子熱運(yùn)動的集體行為，對個別分子來說溫度沒有意義,1布朗運(yùn)動與擴(kuò)散現(xiàn)象的關(guān)系 (1)布朗運(yùn)動與擴(kuò)散現(xiàn)象是不同的兩個現(xiàn)象，但也有相同之處首先，它們都反映了分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動；其次，它們都隨著溫度的升高而表現(xiàn)得愈加明顯；,(2)擴(kuò)散是兩種不同物質(zhì)接觸時，沒有受到外界的影響而彼此能夠進(jìn)入對方的現(xiàn)象，氣體、液體、固體都有擴(kuò)散現(xiàn)象，擴(kuò)散的快慢除了和溫度有關(guān)外，還和物體的密度差、溶液的濃度有關(guān)，密度差(濃度差)越大，擴(kuò)散進(jìn)行得越快；布朗運(yùn)動是懸浮在液體中的微粒所做的無規(guī)則運(yùn)動，其運(yùn)動的激烈程度與微粒的大小和液體的溫度有關(guān)，這是兩者的不同之處,2布朗運(yùn)動與分子運(yùn)動的關(guān)系 (1)布朗運(yùn)動的研究對象是固體小顆粒；分子運(yùn)動的研究對象是分子布朗微粒中也含有大量的分子，這些分子也在做永不停息的無規(guī)則運(yùn)動； (2)布朗運(yùn)動的產(chǎn)生原因是由于液體分子無規(guī)則運(yùn)動的撞擊，布朗運(yùn)動的無規(guī)則性反映了液體分子運(yùn)動的無規(guī)則性；布朗運(yùn)動與溫度有關(guān)，表明液體分子的運(yùn)動與溫度有關(guān)，溫度越高運(yùn)動越激烈；,(3)布朗運(yùn)動的特點(diǎn)是永不停息、無規(guī)則，顆粒越小現(xiàn)象越明顯，溫度越高運(yùn)動越激烈；在任何溫度下都可以產(chǎn)生布朗運(yùn)動，但溫度越高布朗運(yùn)動越明顯； (4)布朗運(yùn)動不僅能在液體中發(fā)生，也能夠在氣體中發(fā)生,1分子平均動能的理解 (1)單個分子的動能是沒有意義的，有意義的是物體內(nèi)所有分子動能的平均值，即分子的平均動能：,(2)溫度是物體分子平均動能大小的標(biāo)志如有甲乙兩個物體，若甲的溫度高于乙的溫度，則甲物體分子的平均動能大于乙物體分子的平均動能，若溫度相等則它們分子的平均動能是相等的，至于速率的大小，還要看它們分子質(zhì)量的大小才能比較 (3)溫度是一個“統(tǒng)計”概念，它的對象是組成物體的分子整體，對單個分子說溫度高低是沒有意義的故說此分子的溫度升高是不科學(xué)的 (4)分子平均動能與物體的機(jī)械運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)，物體速度大，分子平均動能不一定大,2分子勢能的理解 分子勢能與分子間的距離(宏觀表現(xiàn)為物體的體積)有關(guān)分子勢能的大小隨距離的變化如圖2所示由圖可知： (1)當(dāng)分子力為零時，即rr0時，分子勢能不是為零，而是最小,(2)當(dāng)rr0，分子力表現(xiàn)為引力時，隨著分子間的距離增大，分子需要不斷克服分子力做功，分子勢能增大 (3)rr0，分子力表現(xiàn)為斥力，隨著分子間距離減小，分子需要不斷克服分子力做功，分子勢能增大 (4)分子勢能的數(shù)值和其他勢能一樣，也具有相對意義由圖可知，選無窮遠(yuǎn)處為零分子勢能時，分子勢能可以大于零，可以小于零，也可以等于零,如果選rr0處為零勢能點(diǎn)，則分子勢能只能大于等于零但是無論選哪個位置為零分子勢能點(diǎn)，rr0處分子勢能都最小 物體體積改變，物體的分子勢能必定發(fā)生改變大多數(shù)物質(zhì)是體積越大，分子勢能越大；也有少數(shù)反常物質(zhì)(如冰、鑄鐵等)，體積大，分子勢能反而小,3內(nèi)能的決定因素 物體的內(nèi)能與物體的溫度、體積、物態(tài)和分子數(shù)有關(guān) 一般說來物體的內(nèi)能決定因素可從兩個方面判定：微觀決定因素；宏觀決定因素 (1)微觀決定因素：分子的勢能、分子的平均動能、分子的個數(shù) (2)宏觀決定因素：物體的體積、物體的溫度、物體所含物質(zhì)的多少，即物質(zhì)的量,(1)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 (2)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) (3)內(nèi)能是對物體的大量分子而言的，不存在某個分子的內(nèi)能的說法,【例1】 用放大600倍的顯微鏡觀察布朗運(yùn)動，估計放大后的小顆粒(碳)體積為0.1109 m3，碳的密度為2.25103 kg/m3，摩爾質(zhì)量是1.2102 kg/mol，阿伏加德羅常數(shù)為,6021023 mol1，則 (1)該小碳粒含分子數(shù)約為多少個？(取一位有效數(shù)字) (2)假設(shè)小碳粒中的分子是緊挨在一起的，試估算碳分子的直徑(保留兩位有效數(shù)字),答案：(1)51010個 (2)2.61010 m,變式1：已知汞的摩爾質(zhì)量為M200.5103 kg/mol，密度為13.6103 kg/m3，阿伏加德羅常數(shù)NA6.01023 mol1，求： (1)一個汞原子的質(zhì)量(用相應(yīng)的字母表示即可)； (2)一個汞原子的體積(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)； (3)體積為1 cm3的汞中汞原子的個數(shù)(結(jié)果保留一位有效數(shù)字),【例2】 一顆炮彈在空中以某一速度v飛行，有人說：由于炮彈中所有分子都具有這一速度，所以分子具有動能；又由于分子都處于高處，所以分子又具有勢能，因此分子的上述動能和勢能的總和就是炮彈的內(nèi)能，試分析這種說法是否正確 分析：物體的內(nèi)能和機(jī)械能是兩個不同的概念，物體的內(nèi)能是指物體內(nèi)所有分子無規(guī)則熱運(yùn)動的動能和分子勢能的總和，而機(jī)械能是指物體運(yùn)動的動能和勢能的總和,答案：不正確 高分通道 解有關(guān)“內(nèi)能”的題目，應(yīng)把握以下幾點(diǎn)： (1)溫度是分子平均動能的標(biāo)志，而不是分子平均速率的標(biāo)志，它與單個分子的動能及物體的動能無任何關(guān)系； (2)內(nèi)能是一種與分子熱運(yùn)動及分子間相互作用相關(guān)的能量形式，與物體宏觀有序的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)，它取決于物質(zhì)的量、溫度、體積及物態(tài),變式2：1 g 100的水和1 g 100的水蒸氣相比較，下列說法是否正確？ (1)分子的平均動能和分子的總動能都相同； (2)它們的內(nèi)能相同 解析：溫度相同則說明它們的分子平均動能相同；又因?yàn)? g水和1 g水蒸氣的分子數(shù)相同，因而它們的分子總動能相同，所以(1)說法正確；當(dāng)100的水變成100的水蒸氣時，該過程吸收熱量，內(nèi)能增加，所以1 g 100的水的內(nèi)能小于1 g 100的水蒸氣的內(nèi)能，故(2)說法錯誤 答案：見解析,【例3】 如圖3所示，縱坐標(biāo)表示兩個分子間引力、斥力的大小，橫坐標(biāo)表示兩個分子間的距離，圖中兩條曲線分別表示兩分子間引力、斥力的大小隨分子間距離的變化關(guān)系，e為兩曲線的交點(diǎn)，則下列說法正確的是( ),Aab為斥力曲線，cd為引力曲線，e點(diǎn)橫坐標(biāo)的數(shù)量級為1010 m Bab為引力曲線，cd為斥力曲線，e點(diǎn)橫坐標(biāo)的數(shù)量級為1010 m C若兩個分子間距離大于e點(diǎn)的橫坐標(biāo)，則分子間作用力的合力表現(xiàn)為斥力 D若兩個分子間距離越來越大，則分子勢能亦越來越大,分析：明確分子力概念及分子力(引力和斥力)隨分子間距離變化而變化的規(guī)律是解題的關(guān)鍵 解析：e點(diǎn)橫坐標(biāo)等于分子平衡距離r0，其數(shù)量級應(yīng)為1010 m，因平衡距離之內(nèi)，分子斥力大于分子引力，分子力表現(xiàn)為斥力則ab為引力曲線，cd為斥力曲線，B對兩分子間距離大于e點(diǎn)的橫坐標(biāo)，即rr0時，作用力的合力表現(xiàn)為引力，C錯若rr0時，當(dāng)兩分子間距離增大時，合力做正功，分子勢能減小，D錯答案為B. 答案：B,高分通道 引力和斥力都隨分子間距離變化而變化，但總是斥力變化得快，當(dāng)r1010 m時引力和斥力相等這是分子力變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn),變式3：下列說法哪些是正確的 ( ) A水的體積很難被壓縮，這是分子間存在斥力的宏觀表現(xiàn) B氣體總是很容易充滿容器，這是分子間存在斥力的宏觀表現(xiàn) C兩個相同的半球殼吻合接觸，中間抽成真空(馬德堡半球)，用力很難拉開，這是分子間存在吸引力的宏觀表現(xiàn) D用力拉鐵棒的兩端，鐵棒沒有斷，這是分子間存在吸引力的宏觀表現(xiàn),解析：液體和固體分子間距為r0(1010 m)，水分子間有間隙而很難被壓縮，說明分子間存在斥力而鐵分子間有間隙而很難被拉斷，說明分子間有引力，而氣體分子間距較大(10r0)，分子力幾乎減小為零，氣體能充滿容器是分子熱運(yùn)動的結(jié)果而與分子力無關(guān)馬德堡半球很難被拉開是大氣壓強(qiáng)的作用效果，亦與分子力無關(guān)綜上分析，可知選項(xiàng)A、D正確 答案：AD,1下列關(guān)于布朗運(yùn)動的說法中正確的是( ) A布朗運(yùn)動就是分子的無規(guī)則運(yùn)動 B布朗運(yùn)動是液體分子無規(guī)則運(yùn)動的反映 C懸浮顆粒越小，布朗運(yùn)動就越明顯 D溫度越高，布朗運(yùn)動就越明顯,解析：理解布朗運(yùn)動包括：用光學(xué)顯微鏡看不見水分子，而懸浮顆粒是由大量分子組成的在光學(xué)顯微鏡下能觀察到的布朗運(yùn)動，是懸浮顆粒的無規(guī)則運(yùn)動水分子的無規(guī)則運(yùn)動，從各個方向?qū)︻w粒的不均等撞擊，使懸浮顆粒做無規(guī)則運(yùn)動，所以，懸浮顆粒永不停息的無規(guī)則運(yùn)動反映了水分子永不停息的無規(guī)則運(yùn)動溫度越高、懸浮顆粒越小，布朗運(yùn)動就越明顯，所以分子的無規(guī)則運(yùn)動又稱熱運(yùn)動 答案：BCD,2下列關(guān)于熱力學(xué)溫標(biāo)的說法不正確的是( ) A熱力學(xué)溫度的零度是273.15，叫絕對零度 B熱力學(xué)溫度的每一度的大小和攝氏溫度是相同的 C絕對零度是低溫的極限，永遠(yuǎn)達(dá)不到 D1就是1 K 解析：熱力學(xué)溫度和攝氏溫度的每一度大小是相同的，兩種溫度的區(qū)別在于它們的零值規(guī)定不同，所以A、B、C正確；據(jù)T(273.15t) K知1為274.15 K，所以D不正確 答案：D,3有甲、乙兩種氣體，如果甲氣體內(nèi)分子平均速率比乙氣體內(nèi)平均速率大，則 ( ) A甲氣體溫度，一定高于乙氣體的溫度 B甲氣體溫度，一定低于乙氣體的溫度 C甲氣體的溫度可能高于也可能低于乙氣體的溫度 D甲氣體的每個分子運(yùn)動都比乙氣體每個分子運(yùn)動的快,解析：A項(xiàng)認(rèn)為氣體分子平均速率大，溫度就高，這是對氣體溫度的微觀本質(zhì)的錯誤認(rèn)識，氣體溫度是氣體分子平均動能的標(biāo)志，而分子的平均動能不僅與分子的平均速率有關(guān)，還與分子的質(zhì)量有關(guān)本題涉及兩種不同氣體(即分子質(zhì)量不同)，它們的分子質(zhì)量無法比較因而無法比較兩種氣體的溫度的高低故A、B錯，C正確速率的平均值大，并不一定每個分子速率都大，故D錯 答案：C,4攝氏溫標(biāo)：在1954年以前，標(biāo)準(zhǔn)溫度的間隔是用兩個定點(diǎn)確定的它們是水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸點(diǎn)(汽化點(diǎn))和冰在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下與空氣飽和的水相平衡時的熔點(diǎn)(冰點(diǎn))攝氏溫標(biāo)(以前稱為百分溫標(biāo))是由瑞典天文學(xué)家A攝爾修斯設(shè)計的如圖4所示，以冰點(diǎn)定作0，汽化點(diǎn)定作100，因此在這兩個固定點(diǎn)之間共為100，即一百等份，每等份代表1度，用1表示，用攝氏溫標(biāo)表示的溫度叫做攝氏溫度攝氏溫標(biāo)用度作單位，常用t表示熱力學(xué)溫標(biāo)由英國科學(xué)家威廉湯姆遜(開爾文)創(chuàng)立，把273.15作為零度的溫標(biāo)，叫做熱力學(xué)溫標(biāo)(或絕對溫標(biāo))熱力學(xué)溫標(biāo)用T表示，單位用K表示,試回答： (1)熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)之間的關(guān)系為_ (2)如果可以粗略地取273為絕對零度在一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點(diǎn)為_，即為_ K，水的沸點(diǎn)是_，即_ K. (3)如果物體的溫度升高1，那么，物體的溫度將升高_(dá) K.,圖四,解析：(1)攝氏溫標(biāo)冰點(diǎn)溫度為0，汽化點(diǎn)溫度作為100，且用t表示；而熱力學(xué)溫標(biāo)是把273.15作為零開爾文的，用T表示，所以熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)之間的關(guān)系為Tt273.15 K. (2)如果取273為絕對零度，則T與t關(guān)系為Tt273 K顯然，在一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點(diǎn)為0，即為273 K；水的沸點(diǎn)是100，即為373 K. (3)因Tt273.15 K，所以當(dāng)t由1增加到2時，T就由1273.15 K274.15 K增加到2273.15 K275.15 K，顯然物體的溫度升高1，溫度升高1 K.,答案：(1)Tt273.15 K (2)0 273 100 373 (3)1,5在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，有體積為V的水和體積為V的可認(rèn)為是理想氣體的水蒸氣，已知水的密度為，阿伏加德羅常數(shù)為NA，水的摩爾質(zhì)量為MA，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下水蒸氣的摩爾體積為VA， (1)說明標(biāo)準(zhǔn)狀況下水分子與水蒸氣分子的平均動能的大小關(guān)系； (2)求它們中各有多少水分子； (3)求它們中相鄰兩個水分子之間的平均距離,6要落實(shí)好國家提出“以人為本，創(chuàng)建和諧社會”的號召，不只是政府的事，要落實(shí)到我們每個人的生活中比如說公共場所禁止吸煙，我們知道被動吸煙比主動吸煙害處更多一個高約2.8 m，面積約10 m2的兩人辦公室，若只有一人吸了一根煙試： (1)估算被污染的空氣分子間的平均距離 (2)另一不吸煙者一次呼吸大約吸入多少個被污染過的空氣分子(人正常呼吸一次吸入氣體300 cm3，一根煙大約吸10次),(2)被動吸煙者一次吸入被污染的空氣分子數(shù)為 291021300106個8.71017個 答案：(1)7108 m (2)8.71017個,