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选修3-3《热学》一、知识网络分子直径数量级物质是由大量分子组成的阿伏加德罗常数油膜法测分子直径分子动理论分子永不停息地做无规则运动扩散现象布朗运动分子间存在相互作用力，分子力的F－r曲线分子的动能；与物体动能的区别物体的内能分子的势能；分子力做功与分子势能变化的关系；EP－r曲线物体的内能；影响因素；与机械能的区别单晶体——各向异性（热、光、电等）晶体多晶体——各向同性（热、光、电等）有固定的熔、沸点非晶体——各向同性（热、光、电等）没有固定的熔、沸点浸润与不浸润现象——毛细现象——举例饱和汽与饱和汽压液晶体积V气体体积与气体分子体积的关系温度T（或t）热力学温标分子平均动能的标志压强的微观解释压强P影响压强的因素求气体压强的方法改变内能的物理过程做功——内能与其他形式能的相互转化热传递——物体间（物体各部分间）内能的转移热力学第一定律能量转化与守恒能量守恒定律热力学第二定律（两种表述）——熵——熵增加原理能源与环境常规能源．煤、石油、天然气分子动理论热力学固体热力学定律液体新能源．风能、水能、太阳能、核能、地热能、海洋能等二、考点解析考点64物体是由大量分子组成的阿伏罗德罗常数要求：Ⅰ阿伏加德罗常数（NA＝6.02×1023mol－1）是联系微观量与宏观量的桥梁。设分子体积V0、分子直径d、分子质量m；宏观量为．物质体积V、摩尔体积V1、物质质量M、摩尔质量μ、物质密度ρ。（1）分子质量：AA==NVNm（2）分子体积：AA10PNNVV＝＝（对气体，V0应为气体分子占据的空间大小）（3）分子直径：○1球体模型．VdN=)2(343A303A6=6=VNVd（固体、液体一般用此模型）○2立方体模型．30=Vd（气体一般用此模型）（对气体，d应理解为相邻分子间的平均距离）（4）分子的数量：A1A1AA====NVVNVMNVNMn固体、液体分子可估算分子质量、大小(认为分子一个挨一个紧密排列)；气体分子不可估算大小，只能估算气体分子所占空间、分子质量。考点65用油膜法估测分子的大小（实验、探究）要求：Ⅰ在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，有下列操作步骤，请补充实验步骤C的内容及实验步骤E中的计算式：A．用滴管将浓度为0.05%的油酸酒精溶液逐滴滴入量筒中，记下滴入1mL的油酸酒精溶液的滴数N；B．将痱子粉末均匀地撒在浅盘内的水面上，用滴管吸取浓度为0.05%的油酸酒精溶液，逐滴向水面上滴入，直到油酸薄膜表面足够大，且不与器壁接触为止，记下滴入的滴数n；C．________________________________________________________________________D．将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，以坐标纸上边长1cm的正方形为单位，计算出轮廓内正方形的个数m（超过半格算一格，小于半格不算）E．用上述测量的物理量可以估算出单个油酸分子的直径d=_______________cm．考点66分子热运动布朗运动要求：Ⅰ1）扩散现象：不同物质彼此进入对方（分子热运动）。温度越高，扩散越快。应用举例：向半导体材料掺入其它元素扩散现象直接说明：组成物体的分子总是不停地做无规则运动，温度越高分子运动越剧烈；间接说明：分子间有间隙2）布朗运动：悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动，不是液体分子的无规则运动！因微粒很小，所以要用光学显微镜来观察．布朗运动发生的原因是受到包围微粒的液体分子无规则运动地撞击的不平衡性造成的．因而布朗运动说明了分子在永不停息地做无规则运动．（1）布朗运动不是固体微粒中分子的无规则运动．（2）布朗运动不是液体分子的运动．（3）课本中所示的布朗运动路线，不是固体微粒运动的轨迹．（4）微粒越小，温度越高，布朗运动越明显．注意：房间里一缕阳光下的灰尘的运动不是布朗运动．3）扩散现象是分子运动的直接证明；布朗运动间接证明了液体分子的无规则运动考点67分子间的作用力要求：Ⅰ1）分子间引力和斥力一定同时存在，且都随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而增大，但斥力变化快2）实际表现出来的分子力是分子引力和斥力的合力。随分子间距离的增大，分子力先变小后变大再变小。（注意：这是指r从小于r0开始到增大到无穷大）3）分子力的表现及变化，对于曲线注意两个距离，即r0（10－10m）与10r0。①当分子间距离为r0（约为10－10m）时，分子力为零，分子势能最小②当分子间距离r＞r0时，分子力表现为引力。当分子间距离由r0增大时，分子力先增大后减小③当分子间距离r＜r0时，分子力表现为斥力。当分子间距离由r0减小时，分子力不断增大4）分子间的相互作用力是由于分子中带电粒子的相互作用引起的。5）注意：压缩气体也需要力，不说明分子间存在斥力作用，压缩气体需要的力是用来反抗大量气体分子频繁撞击容器壁（活塞）时对容器壁（活塞）产生的压力。考点68温度和内能要求：Ⅰ温度和温标1）温度：反映物体冷热程度的物理量（是一个宏观统计概念），是物体分子平均动能大小的标志。任何同温度的物体，其分子平均动能相同。（1）只有大量分子组成的物体才谈得上温度，不能说某几个氧分子的温度是多少多少。因为这几个分子运动是无规则的，某时刻它们的平均动能可能较大，另一时刻它们的平均动能也可能较小，无稳定的“冷热程度”。（2）1℃的氧气和1℃的氢气分子平均动能相同，1℃的氧气分子平均速率小于1℃的氢气分子平均速率。2）热力学温度(T)与摄氏温度(t)的关系为：T＝t+273.15（K）说明：①两种温度数值不同，但改变1K和1℃的温度差相同②０K是低温的极限，只能无限接近，但不可能达到。③这两种温度每一单位大小相同，只是计算的起点不同。摄氏温度把1大气压下冰水混合物的温度规定为0℃，热力学温度把1大气压下冰水混合物的温度规定为273K（即把－273℃规定为0K），所以T=t+273.3）分子动理论是热现象微观理论的基础热学包括：研究宏观热现象的热力学、研究微观理论的统计物理学统计规律：单个分子的运动都是不规则的、带有偶然性的；大量分子的集体行为受到统计规律的支配内能1）内能是物体内所有分子无规则运动的动能和分子势能的总和，是状态量．改变内能的方法有做功和热传递，它们是等效的．三者的关系可由热力学第一定律得到ΔU＝W+Q．2）决定分子势能的因素从宏观上看：分子势能跟物体的体积有关。从微观上看：分子势能跟分子间距离r有关。3）固体、液体的内能与物体所含物质的多少（分子数）、物体的温度（平均动能）和物体的体积（分子势能）都有关气体：一般情况下，气体分子间距离较大，不考虑气体分子势能的变化（即不考虑分子间的相互作用力）4）一个具有机械能的物体，同时也具有内能；一个具有内能的物体不一定具有机械能。它们之间可以转化5）理想气体的内能：理想气体是一种理想化模型，理想气体分子间距很大，不存在分子势能，所以理想气体的内能只与温度有关。温度越高，内能越大。（1）理想气体与外界做功与否，看体积，体积增大，对外做了功（外界是真空则气体对外不做功），体积减小，则外界对气体做了功。（2）理想气体内能变化情况看温度。（3）理想气体吸不吸热，则由做功情况和内能变化情况共同判断。（即从热力学第一定律判断）6）理解内能概念需要注意几点：（1）内能是宏观量，只对大量分子组成的物体有意义，对个别分子无意义。（2）物体的内能由分子数量（物质的量）、温度（分子平均动能）、体积（分子间势能）决定，与物体的宏观机械运动状态无关．内能与机械能没有必然联系．7）关于分子平均动能和分子势能理解时要注意．（1）温度是分子平均动能大小的标志，温度相同时任何物体的分子平均动能相等，但平均速率一般不等（分子质量不同）．（2）分子力做正功分子势能减少，分子力做负功分子势能增加。（3）分子势能为零一共有两处，一处在无穷远处，另一处小于r0x0EPr0分子力为零时分子势能最小，而不是零。（4）理想气体分子间作用力为零，分子势能为零，只有分子动能。考点69晶体和非晶体晶体的微观结构要求：Ⅰ1）只能用单晶体制作晶体管和集成电路2）具体到某种晶体，它可能只是某种物理性质各向异性较明显。例：云母片就是导热性明显，方解石则是透光性上明显，方铅矿则在导电性上明显。但笼统提晶体就说各种物理性质是各向异性。3）同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形式出现，物质是晶体还是非晶体不是绝对的，在一定条件下可以相互转化。4）通过X射线在晶体上的衍射实验，发现各种晶体内部的微粒按各自的规则排列，具有空间上的周期性。有的物质组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布，因此在不同条件下可以生成不同的晶体。例如：碳原子由于排列不同可以生成石墨或金刚石。5）晶体达到熔点后由固态向液态转化，分子间距离要加大。此时晶体要从外界吸收热量来破坏晶体的点阵结构，所以吸热只是为了克服分子间的引力做功，只增加了分子的势能。考点70液体的表面张力现象要求：Ⅰ说明：对浸润和不浸润现象、毛细现象的解释不做要求液体──非晶体的微观结构跟液体非常相似１）表面张力：表面层分子比较稀疏，r＞r0在液体内部分子间的距离在r0左右，分子力几乎为零。液体的表面层由于与空气接触，所以表面层里分子的分布比较稀疏、分子间呈引力作用，在这个力作用下，液体表面有收缩到最小的趋势，这个力就是表面张力。太空中的液体，形状由表面张力决定，由于使液体表面收缩至最小，故呈球状。２）浸润和不浸润现象：附着层的液体分子比液体内部毛细现象浸润密上升不浸润稀疏下降３）毛细现象：浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润液体在细管中下降的现象，称为毛细现象。对于一定液体和一定材质的管壁，管的内径越细，毛细现象越明显。（１）管的内径越细，液体越高固体多晶体如金属1、有确定几何形状2、制作晶体管、集成电路3、各向异性晶体1、无确定几何形状2、各向同性非晶体液化过程中温度会不断改变，而不同温度下物质由固态变为液态时吸收的热量是不同的，所以非晶体没有确定的熔化热有确定熔点熔解和凝固时放出的热量相等非晶体单晶体1、无确定几何形状2、无确定熔点3、各向同性（２）土壤锄松，破坏毛细管，保存地下水分；压紧土壤，毛细管变细，将水引上来（3）由于液体浸润管壁，液面边缘部分的表面张力斜向上方，这个力使管中液体向上运动，当管中液体上升到一定高度，液体所受重力与液面边缘所受向上的力平衡，液面稳定在一定高度。考点71液晶要求：Ⅰ1）液晶具有流动性、光学性质各向异性．2）不是所有物质都具有液晶态，通常棒状分子、碟状分子和平板状分子的物质容易具有液晶态。天然存在的液晶不多，多数液晶为人工合成．3）向液晶参入少量多色性染料，染料分子会和液晶分子结合而定向排列，从而表现出光学各向异性。当液晶中电场强度不同时，它对不同颜色的光的吸收强度也不一样，这样就能显示各种颜色．4）在多种人体结构中都发现了液晶结构．考点72气体实验定律理想气体要求：Ⅰ说明：气体实验定律的计算不做要求1）探究一定质量理想气体压强p、体积V、温度T之间关系，采用的是控制变量法2）三种变化：玻意耳定律：PV＝C查理定律：P/T＝C盖—吕萨克定律：V/T＝C等温变化图线等容变化图线等压变化图线提示：①等温变化中的图线为双曲线的一支，等容（压）变化中的图线均为过原点的直线（之所以原点附近为虚线，表示温度太低了，规律不再满足）②图中双线表示同一气体不同状态下的图线，虚线表示判断状态关系的两种方法③对等容（压）变化，如果横轴物理量是摄氏温度t，则交点坐标为－273.153）理想气体状态方程理想气体，由于不考虑分子间相互作用力，理想气体的内能仅由温度和分子总数决定，与气体的体积无关。对一定质量的理想气体，有112212pVpVTT（或恒定Tpv）4）气体压强微观解释：由大量气体分子频繁撞击器壁而产生的，与温度和体积T1＜T2pVT1T2OV1＜V2pTV1V2Op1＜p2VTp1p2O有关。（１）气体分子的平均动能，从宏观上看由气体的温度决定（２）单位体积内的分子数(分子密集程度)，从宏观上看由气体的体积决定考点73饱和汽和饱和汽压要求：Ⅰ说