专题八分子动理论热和功及气体状态参量考点例析

第1页共13页专题八：分子动理论、热和功及气体状态参量考点例析本部分主要包括分子动理论、内能、热力学第一定律、热力学第二定律、气体的状态参量及定性关系。在高考中多以选择题、填空题的形式出现，理科综合一般只考一道选择题，占分比例较小，试题难度属于容易题或中档题，因此只要能识记和理解相关知识点，得到本部分试题的分数并不困难。一、夯实基础知识1、理解并识记分子动理论的三个观点描述热现象的一个基本概念是温度。凡是跟温度有关的现象都叫做热现象。分子动理论是从物质微观结构的观点来研究热现象的理论。它的基本内容是：物体是由大量分子组成的；分子永不停息地做无规则运动；分子间存在着相互作用力。2、了解分子永不停息地做无规则运动的实验事实物体里的分子永不停息地做无规则运动，这种运动跟温度有关，所以通常把分子的这种运动叫做热运动。（1）扩散现象和布朗运动都可以很好地证明分子的热运动。（2）布朗运动是指悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动。关于布朗运动，要注意以下几点：①形成条件是：只要微粒足够小。②温度越高，布朗运动越激烈。③观察到的是固体微粒（不是液体，不是固体分子）的无规则运动，反映的是液体分子运动的无规则性。④实验中描绘出的是某固体微粒每隔30秒的位置的连线，不是该微粒的运动轨迹。3、了解分子力的特点分子力有如下几个特点：①分子间同时存在引力和斥力；②引力和斥力都随着距离的增大而减小；③斥力比引力变化得快。4、深刻理解物体内能的概念⑴做热运动的分子具有的动能叫分子动能。温度是物体分子热运动的平均动能的标志。温度越高，分子做热运动的平均动能越大。⑵由分子间相对位置决定的势能叫分子势能。分子力做正功时分子势能减小；分子力作负功时分子势能增大。（所有势能都有同样结论：重力做正功重力势能减小、电场力做正功电势能减小。）由上面的分析可以得出：当r=r0即分子处于平衡位置时分子势能最小。不论r从r0增大还是减小，分子势能都将增大。分子势能与物体的体积有关。体积变化，分子势能也变化。⑶物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能。5、掌握热力学第一定律做功和热传递都能改变物体的内能。也就是说，做功和热传递对改变物体的内能是等效的。但从能量转化和守恒的观点看又是有区别的：做功是其他能和内能之间的转化，功是内能转化的量度；而热传递是内能间的转移，热量是内能转移的量度。外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于物体内能的增加ΔU，即ΔU=Q+W这叫做热力学第一定律。第2页共13页在这个表达式中，当外界对物体做功时W取正，物体克服外力做功时W取负；当物体从外界吸热时Q取正，物体向外界放热时Q取负；ΔU为正表示物体内能增加，ΔU为负表示物体内能减小。6、掌握热力学第二定律（1）热传导的方向性。热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行（热量会自发地从高温物体传给低温物体），但是向相反的方向却不能自发地进行。（2）第二类永动机不可能制成。我们把没有冷凝器，只有单一热源，从单一热源吸收热量全部用来做功，而不引起其它变化的热机称为第二类永动机。这表明机械能和内能的转化过程具有方向性：机械能可以全部转化成内能，内能却不能全部转化成机械能。（3）热力学第二定律的表述：①不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化（按热传导的方向性表述）。②不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化（按机械能和内能转化过程的方向性表述）。③第二类永动机是不可能制成的。热力学第二定律使人们认识到：自然界各种进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。它揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，使得它成为独立于热力学第一定律的一个重要的自然规律。（4）能量耗散。自然界的能量是守恒的，但是有的能量便于利用，有些能量不便于利用。很多事例证明，我们无法把流散的内能重新收集起来加以利用。这种现象叫做能量的耗散。它从能量转化的角度反映出自然界中的宏观现象具有方向性。8、掌握气体的状态参量（1）温度：温度在宏观上表示物体的冷热程度；在微观上是分子平均动能的标志。热力学温度是国际单位制中的基本量之一，符号T，单位K（开尔文）；摄氏温度是导出单位，符号t，单位℃（摄氏度）。关系是t=T-T0，其中T0=273.15K，摄氏度不再采用过去的定义。两种温度间的关系可以表示为：T=t+273.15K和ΔT=Δt，要注意两种单位制下每一度的间隔是相同的。0K是低温的极限，它表示所有分子都停止了热运动。可以无限接近，但永远不能达到。（2）体积。气体总是充满它所在的容器，所以气体的体积总是等于盛装气体的容器的容积。（3）压强。气体的压强是由于气体分子频繁碰撞器壁而产生的。（绝不能用气体分子间的斥力解释！）一般情况下不考虑气体本身的重力，所以同一容器内气体的压强处处相等。但大气压在宏观上可以看成是大气受地球吸引而产生的重力而引起的。压强的国际单位是帕，符号Pa，常用的单位还有标准大气压（atm）和毫米汞柱(mmHg)。它们间的关系是：1atm=1.013×105Pa=760mmHg；1mmHg=133.3Pa。9、气体的体积、压强、温度间的关系。（1）一定质量的气体，在温度不变的情况下，体积减小，压强增大。第3页共13页（2）一定质量的气体，在压强不变的情况下，温度升高，体积增大。（3）一定质量的气体，在体积不变的情况下，温度升高，压强增大。二、解析典型问题问题1：应弄清分子运动与布朗运动的关系布朗运动是大量液体分子对固体微粒撞击的集体行为的结果，个别分子对固体微粒的碰撞不会产生布朗运动。布朗运动的激烈程度与固体微粒的大小、液体的温度等有关。固体微粒越小，液体分子对它各部分碰撞的不均匀性越明显；质量越小，它的惯性越小，越容易改变运动状态，所以运动越激烈。液体温度越高，固体微粒周围的液体分子运动越不规则，对微粒碰撞的不均匀性越明显，布朗运动越激烈。但要注意布朗运动是悬浮的固体微粒的运动，不是单个分子的运动，但布朗运动证实了周围液体分子的无规则运动。例1、下列关于布朗运动的说法中正确的是()A.布朗运动是指在显微镜下观察到的组成悬浮颗粒的固体分子的无规则运动；B.布朗运动是指在显微镜下观察到的悬浮固体颗粒的无规则运动；C.布朗运动是指液体分子的无规则运动；D.布朗运动是指在显微镜下直接观察到的液体分子的无规则运动。显然正确答案为B。问题2：应弄清分子力与分子引力和斥力的关系。分子之间虽然有空隙，大量分子却能聚集在一起形成固体或液体，说明分子之间存在着引力。分子间有引力，而分子间有空隙，没有紧紧吸在一起，说明分子间还存在着斥力。分子间同时存在着引力和斥力。分子之间同时存在着引力和斥力，都随分子之间距离的变化而变化。但是，由于斥力比引力变化得快，便出现了“斥力大于引力”、“斥力和引力恰好相等”、“引力大于斥力”的情况；当r很大时，可以认为引力和斥力均“等于零”等情况。而分子力是指分子引力和斥力的合力，分子间距离为r0时分子力为零，并不是分子间无引力和斥力。例2、若把处于平衡状态时相邻分子间的距离记为r0，则下列关于分子间的相互作用力的说法中正确的是()A.当分子间距离小于r0时，分子间作用力表现为斥力;B.当分子间距离大于r0时，分子间作用力表现为引力;C.当分子间距离从r0逐渐增大时，分子间的引力增大;D.当分子间距离小于r0时，随着距离的增大分子力是减小的显然正确答案为A、B。问题3：应弄清分子力做功与分子势能变化的关系与重力、弹力相似，分子力做功与路径无关，可以引进分子势能的概念。分子间所具有的势能由它们的相对位置所决定。分子力做正功时分子势能减小，分子力做负功时分子势能增加。通常选取无穷远处（分子间距离rr0处）分子势能为零。当两分子逐渐移近时（rr0），分子力做正功，分子势能减小；当分子距离r=r0时，分子势能最小（且为负值）；当两分子再靠近时（rr0），分子力做负功，分子势能增大。例3、分子甲和乙相距较远时，它们之间的分子力可忽略。现让分子甲固定不动，将分子乙由较远处逐渐向甲靠近直到不能再靠近，在这一过程中（）Ａ、分子力总是对乙做正功；第4页共13页Ｂ、分子乙总是克服分子力做功；Ｃ、先是分子力对乙做正功，然后是分子乙克服分子力做功；Ｄ、分子力先对乙做正功，再对乙做负功，最后又对乙做正功。显然正确答案为C。问题4：应弄清温度与分子动能的关系物质分子由于不停地运动而具有的能叫分子动能。分子的运动是杂乱的。同一物体内各个分子的速度大小和方向是不同的。从大量分子的总体来看，速率很大和速率很小的分子数比较少，具有中等速率的分子数比较多。在研究热现象时，有意义的不是一个分子的动能，而是大量分子的平均动能。从分子动理论观点来看，温度是物体分子热运动平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能就越大；反之亦然。注意同一温度下，不同物质分子的平均动能都相同，但由于不同物质的分子质量不尽相同，所以分子运动的平均速率不尽相同。例4、质量相同、温度相同的氢气和氧气，它们的（）A．分子数相同；B．内能相同；C．分子平均速度相同；D．分子的平均动能相同。显然正确答案为D。例5、关于温度的概念，下列说法中正确的是（）A.温度是分子平均动能的标志，物体温度高，则物体的分子平均动能大;B.物体温度高，则物体每一个分子的动能都大;C.某物体内能增大时，其温度一定升高;D.甲物体温度比乙物体温度高，则甲物体的分子平均速率比乙物体大.显然正确答案为A。问题5：应弄清物体的内能与状态参量的关系物体的内能是指组成物体的所有分子热运动的动能与分子势能的总和。由于温度越高，分子平均动能越大，所以物体的内能与物体的温度有关；由于分子势能与分子间距离有关，分子间距离又与物体的体积有关，所以物体的内能与物体的体积有关；由于物体的摩尔数不同，物体包含的分子数目就不同，分子热运动的总动能与分子势能的总和也会不同，所以物体的内能与物体的摩尔数有关。总之，物体内能的多少与物体的温度、体积和摩尔数有关。对于理想气体来说，由于分子之间没有相互作用力，就不存在分子势能。因此，理想气体的内能就是气体所有分子热运动的动能的总和。理想气体的内能只跟理想气体的质量、温度有关，而与理想气体的体积无关。即理想气体的质量和温度保持不变，其内能就保持不变。例6、关于物体内能，下列说法中正确的是A．相同质量的两个物体，升高相同的温度内能增量一定相同；B．在一定条件下，一定量00C的水结成00C的冰，内能一定减小；C．一定量的气体体积增大，但既不吸热也不放热，内能一定减小；D．一定量气体吸收热量而保持体积不变，内能一定减小。分析与解：升高相同的温度，分子的平均动能增量相同，而物体的内能是物体内所有的分子的动能和势能的总和。分子的平均动能增量相同，分子数不同，分子的势能也不第5页共13页一定相同，所以内能增量一定相等是不正确的，即A错。00C水变成00C冰，需放出热量，因温度不变，所以分子的动能不变，分子的势能就必须减少，因而内能就一定减少，即B正确。一定质量的气体体积增大，气体对外做功，又因不吸热不放热，所以，内能一定减少，即C正确。对一定量气体吸热但体积不变，即不对外做功，外界也不对气体做功，内能一定增加，即D错。问题6：应弄清物体的内能的变化与做功、热传递的关系改变物体的内能的途经就是改变物体的分子动能和分子势能，最终达到改变物体的内能。能够改变物体内能的物理过程有两种：做功和热传递。做功使物体的内能发生变化的时候，内能的变化可以用功的数值来量度。外界对物体做多少功，物体的内能就增加多少；物体对外界做多少功，物体的内能就减少多少。热传递使物体的内能发生变化的时候，内能的变化是用热量来量度的。外界传递物体多少热量，或者说物体吸收了多少热量，物体的内能就增加多少；物体传递给外界多少热量，或者说物体放出了多少热量，物体的内能就减小多少。做功和热传递对改变物体的内能是等效的。功和热量都可以用来量度内能的变化。它们的区别是：做功是其它形式的能（如：电能、机械能……）和内能之间的转化；热传递是物体之间内能的转移。例7、如图1所示，固定容器及