第十二章热学
考情分析高考对本部分知识的考查主要以选择题、实验题和计算题为主，其中计算题以气体实验定律的考查为主，虽然综合性不太强，但学生的得分率较低，应加以重视。
重要考点1.分子动理论的基本观点和实验依
据(Ⅰ)
2．阿伏加德罗常数(Ⅰ)
3．气体分子运动速率的统计分布
(Ⅰ)
4．温度、内能(Ⅰ)
5．固体的微观结构、晶体和非晶体
(Ⅰ)
6．液晶的微观结构(Ⅰ)
7．液体的表面张力现象(Ⅰ)
8．气体实验定律(Ⅱ)
9．理想气体(Ⅰ)
10．饱和蒸汽、未饱和蒸汽和饱和蒸
汽压(Ⅰ)
11．相对湿度(Ⅰ)
12．热力学第一定律(Ⅰ)
13．能量守恒定律(Ⅰ)
14．热力学第二定律(Ⅰ)
15．单位制：中学物理中涉及的国际
单位制的基本单位和其他单位，例如
摄氏度、标准大气压(Ⅰ)
实验十三：用油膜法估测分子的大小
说明：1.知道国际单位制中规定的单
位符号。
2．要求会正确使用温度计。
考点解读
1.本部分考点内容的要求基本
上是Ⅰ级，即理解物理概念和物
理规律的确切含义，理解物理规
律的适用条件，以及它们在简单
情况下的应用。
2．高考热学命题的重点内容有：
(1)分子动理论要点，分子力，
分子大小、质量、数目估算；(2)
内能的变化及改变内能的物理
过程、气体压强的决定因素以及
气体压强的计算；(3)气体实验
定律、理想气体状态方程和用图
象表示气体状态的变化；(4)热
现象实验与探索过程的方法。
3．近两年来热学考题中还涌现
出了许多对热现象的自主学习
和创新能力考查的新情景试题，
多以科技前沿、社会热点及与生
产生活联系的问题为背景来考
查热学知识在实际中的应用。
主干梳理对点激活
知识点分子动理论Ⅰ1．物体是由大量分子组成的
(1)分子的大小
①分子直径：数量级是0110－10 m；
②分子质量：数量级是10－26 kg；
③测量方法：油膜法。
(2)阿伏加德罗常数
1 mol任何物质所含有的粒子数，N A＝026.02×1023mol－1。阿伏加德罗常数是联系宏观物理量与微观物理量的桥梁。
2．分子做永不停息的无规则运动
(1)扩散现象
①定义：03不同物质能够彼此进入对方的现象。
②实质：不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果，而是由物质分子的04无规则运动产生的。温度越高，扩散现象越明显。
(2)布朗运动
①定义：悬浮在液体中的微粒的永不停息的05无规则运动。
②成因：液体分子无规则运动，对固体微粒撞击作用不平衡造成的。
③特点：永不停息，无规则；微粒06越小，温度07越高，布朗运动越明显。
④结论：反映了08液体分子运动的无规则性。
(3)热运动
①定义：分子永不停息的09无规则运动。
②特点：温度越高，分子无规则运动越激烈。
3．分子间的相互作用力
(1)引力和斥力同时存在，都随分子间距离的增大而10减小，随分子间距离的减小而11增大，12斥力比引力变化更快。
(2)分子力随分子间距离的变化图象如图所示。
(3)分子力的特点
①r＝r0时(r0的数量级为10－10 m)，F引＝F斥，分子力F＝0；
②r ③r>r0时，F引>F斥，分子力F表现为14引力； ④r>10r0时，F引、F斥都已十分微弱，可认为分子力F＝150。 知识点温度、内能Ⅰ 1．温度 01热平衡的系统都具有相同的温度。 2．两种温标 摄氏温标和热力学温标。 关系：T02t＋273.15 K。 3．分子动能 (1)03分子热运动所具有的动能； (2)平均动能是所有分子热运动的动能的平均值，04温度是分子热运动的平均动能的标志； (3)05总和。 4．分子势能 (1)定义：由于分子间存在着引力和斥力，06相互位置决定的能。 (2)分子势能的决定因素 07分子间距离； 08体积。 5．物体的内能 (1)09动能与10分子势能的总和叫物体的内能，内能是状态量。 (2)11温度和12体积有关。 (3)物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关。 (4)决定内能的因素 微观上：分子动能、分子势能、分子个数。 宏观上：温度、体积、物质的量(摩尔数)。 (5)改变物体的内能有两种方式 ①做功：当做功使物体的内能发生改变时，外界对物体做了多少功，物体内能就增加多少；物体对外界做了多少功，物体内能就减少多少。 ②热传递：当热传递使物体的内能发生改变时，物体吸收了多少热量，物体内能就增加多少；物体放出了多少热量，物体内能就减少多少。 一堵点疏通 1．只要知道气体的体积和阿伏加德罗常数，就可以算出分子的体积。( ) 2．扩散现象和布朗运动的剧烈程度都与温度有关，所以扩散现象和布朗运动也叫做热运动。( ) 3．相同质量和相同温度的氢气和氧气，氢气的内能大，氧气分子的平均动能大，氢气分子的平均速率大。( ) 4．在阳光照射下的教室里，眼睛直接看到的空气中尘埃的运动属于布朗运动。( ) 5．分子力随分子间距离的变化而变化，当r>r0时，随着距离的增大，分子间的引力和斥力都增大，但引力比斥力增大的快，故分子力表现为引力。( ) 6．分子的动能与分子的势能的和叫做这个分子的内能。( ) 7．分子力减小时，分子势能也一定减小。( ) 8．物体的机械能减小时，内能不一定减小。( ) 9．内能相同的物体，它们的分子平均动能一定相同。( ) 答案 1.×2.× 3.× 4.× 5.× 6.×7.×8.√9.× 二对点激活 1．(人教版选修3－3·P7·T2改编)(多选)以下关于布朗运动的说法错误的是( ) A．布朗运动证明，组成固体小颗粒的分子在做无规则运动 B．一锅水中撒一点胡椒粉，加热时发现水中的胡椒粉在翻滚，这说明温度越高布朗运动越激烈 C．在显微镜下可以观察到煤油中小粒灰尘的布朗运动，这说明煤油分子在做无规则运动D．扩散现象和布朗运动都证明分子在做永不停息的无规则运动 答案AB 解析布朗运动反映了液体分子的无规则运动，故A错误；胡椒粉的运动不是布朗运动，是水的对流引起的，故B错误，正确的只有C、D。 2．对内能的理解，下列说法正确的是( ) A．物体的质量越大，物体的内能越大 B．物体的温度越高，物体的内能越大 C．同一个物体，内能的大小与物体的体积和温度有关 D．物体的速度减小，物体的内能一定减小 答案 C 解析 物体的内能是物体内所有分子的分子动能和分子势能的总和，与物体的温度、体积、分子总数(即物质的量)均有关，故A 、B 错误，C 正确；物体的内能与物体速度的变化无关，物体的速度减小，物体的内能可能增大，可能减小，可能不变，D 错误。 3.(人教版选修3－3·P 9·T 4)如图所示，把一块洗净的玻璃板吊在橡皮筋的下端，使玻璃板水平地接触水面。如果你想使玻璃板离开水面，向上拉橡皮筋的力必须大于玻璃板的重量。请解释为什么。 答案 因为玻璃板和水的分子间分子引力大于斥力。 4．(人教版选修3－3·P 4·T 3)把铜分子看成球形，试估算铜分子的直径。已知铜的密度为8.9×103 kg/m 3 ，铜的摩尔质量为6.4×10－2 kg/mol 。 答案 2.84×10 －10 m 解析 铜的摩尔体积V ＝M ρ ， 一个铜原子的体积V 0＝V N A V 0＝πd 3 6 联立得d ＝3 6M ρπN A ＝2.84×10－10 m 。 考点细研 悟法培优 考点1 微观量的估算 1.分子模型 物质有固态、液态和气态三种状态，不同物态下应将分子看成不同的模型。 (1)固体、液体分子一个一个紧密排列，可将分子看成球形或立方体形，如图所示。分子间距等于小球的直径或立方体的棱长，所以d ＝36V π (球体模型)或d ＝3 V (立方体模型)。 (2)气体分子不是一个一个紧密排列的，它们之间的距离很大，所以计算的一般是每个分子所占据的平均空间大小。如图所示，将每个分子占据的空间视为棱长为d 的立方体，所以d ＝3 V 。 2．微观量：分子体积V 0、分子直径d 、分子质量m 。 3．宏观量：物体体积V 、摩尔体积V mol 、物体的质量M 、摩尔质量M mol 、物体的密度ρ。 4．微观量与宏观量的关系 (1)分子的质量：m ＝ M mol N A ＝ρV mol N A 。 (2)分子的体积(或占据的空间)：V 0＝ V mol N A ＝M mol ρN A 对固体和液体，V 0表示分子的体积；对气体，V 0表示分子占据的空间。 (3)物体所含的分子数：N ＝V V mol ·N A ＝M ρV mol ·N A ， 或N ＝ M M mol ·N A ＝ρV M mol ·N A 。 例 1 (多选)钻石是首饰和高强度钻头、刻刀等工具中的主要材料，设钻石的密度为 ρ(单位为kg/m 3)，摩尔质量为M (单位为g/mol)，阿伏加德罗常数为N A 。已知1克拉＝0.2克， 则( ) A ．a 克拉钻石所含有的分子数为0.2aN A M B ．a 克拉钻石所含有的分子数为 aN A M C ．每个钻石分子直径的表达式为 36M ×10－3 N A ρπ(单位为m) D ．每个钻石分子直径的表达式为 6M N A ρπ (单位为m) (1)a 克拉钻石的物质的量如何求？ 提示：0.2a M 。 (2)求解每个钻石分子直径表达式时，把钻石分子看成哪种模型？ 提示：球体模型。 尝试解答 选AC 。 a 克拉钻石物质的量(摩尔数)为n ＝ 0.2a M ，所含分子数为N ＝nN A ＝0.2aN A M ，A 正确，B 错 误；钻石的摩尔体积V ＝M ×10－3ρ(单位为m 3 /mol)，每个钻石分子体积为V 0＝V N A ＝M ×10－3N A ρ ，设 钻石分子直径为d ，则V 0＝43π·d 23 ，联立解得d ＝36M ×10－3N A ρπ (单位为m)，C 正确，D 错误。 微观量的求解方法 (1)分子的大小、分子体积、分子质量属微观量，直接测量它们的数值非常困难，可以借助较易测量的宏观量结合摩尔体积、摩尔质量等来估算这些微观量，其中阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁和纽带。 (2)建立合适的物理模型，通常把固体、液体分子模拟为球形或立方体形，如上例中将钻石分子看成球形；对于气体分子所占据的空间则可建立为立方体模型。 [变式1－1] (多选)若以V 表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积，ρ表示在标准状态下水蒸气的密度，M 表示水的摩尔质量，M 0表示一个水分子的质量；V 0表示一个水分子的体积， N A 表示阿伏加德罗常数，则下列关系式中正确的是( ) A ．V 0＝V N A B.M 0＝M N A C ．ρ＝ M N A V 0 D.N A ＝ ρV M 0 答案 BD 解析 由于水蒸气分子间距远大于分子直径，则V 0?V N A ，A 错误；1 mol 水蒸气的质量等于水分子的质量与阿伏加德罗常数N A 的乘积，B 正确；由于摩尔体积V ?V 0N A ，则ρ＝M V ?M N A V 0 ，C 错误；水蒸气的摩尔质量ρV 除以水蒸气分子的质量等于阿伏加德罗常数，D 正确。 [变式1－2] (2019·江苏扬州期末)目前专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术。实验发现，在水深300 m 处，二氧化碳将变成凝胶状态，当水深超过2500 m 时，二氧化碳会浓缩成近似固体的硬胶体。设在某状态下二氧化碳气体的密度为ρ，摩尔质量为M ，阿伏加德罗常数为N A ，将二氧化碳分子看成直径为D 的球球的体积公式为V 球＝16 πD 3 ，则在该状态下体 积为V 的二氧化碳气体变成硬胶体后体积为多少？ 答案 πρVN A D 3 6M 解析 二氧化碳气体变成硬胶体后，可以看成是分子一个个紧密排列在一起的。体积为 V 的二氧化碳气体质量为m ＝ρV ；所含分子数为N ＝m M N A ＝ρV M N A ；变成硬胶体后体积为V ′＝ N ·16πD 3＝πρVN A D 3 6M 。 考点2 扩散现象、布朗运动与分子热运动 1.扩散现象：相互接触的物体分子彼此进入对方的现象。产生原因：分子永不停息地做无规则运动。 2．布朗运动 (1)研究对象：悬浮在液体或气体中的小颗粒。 (2)运动特点：无规则、永不停息。 (3)相关因素：颗粒大小、温度。 (4)物理意义：说明液体或气体分子永不停息地做无规则的热运动。 3．扩散现象、布朗运动与热运动的比较 现象 扩散现象 布朗运动 热运动 活动 主体 分子 微小固体颗粒 分子 区别 分子的运动，发生在固 体、液体、气体任何两种物质之间 比分子大得多的微粒的运动，只能在液体、气体中发生 分子的运动，不能通过光学显微镜直接观察到 共同点 ①都是无规则运动；②都随温度的升高而更加激烈 联系 扩散现象、布朗运动都反映分子做无规则的热运动 A ．布朗运动反映了花粉颗粒内部分子的无规则运动 B ．悬浮在水中的花粉颗粒越大，布朗运动就越明显 C ．温度升高，布朗运动和分子热运动都会变得剧烈 D ．布朗运动是由于液体各个部分的温度不同引起的 (1)布朗运动是花粉颗粒内部分子的无规则运动吗？ 提示：不是。 (2)布朗运动的产生原因是什么？ 提示：液体分子对花粉颗粒撞击的不平衡性。 尝试解答选C。 布朗运动是花粉颗粒的无规则运动，反映了液体分子的无规则运动，A错误；悬浮在水中的花粉颗粒越小，布朗运动就越明显，B错误；温度升高，布朗运动和分子热运动都会变得剧烈，C正确；布朗运动是由于液体分子对悬浮在液体中的花粉颗粒的不平衡的撞击引起的，D错误。 几点易错提醒 (1)布朗运动不是热运动。 (2)布朗运动肉眼看不见。 (3)固体颗粒不是固体分子，是由大量分子组成的。 [变式2－1] (2015·全国卷Ⅱ节选)(多选)关于扩散现象，下列说法正确的是( ) A．温度越高，扩散进行得越快 B．扩散现象是不同物质间的一种化学反应 C．扩散现象在气体、液体和固体中都能发生 D．液体中的扩散现象是由液体的对流形成的 答案AC 解析温度越高，分子的热运动越剧烈，扩散进行得越快，A正确；扩散现象是一种物理现象，不是化学反应，B错误；扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，C正确；液体中的扩散现象是由于液体分子的无规则运动而产生的，D错误。 [变式2－2] 做布朗运动实验，得到某个观测记录如图所示。图中记录的是( ) A．分子无规则运动的情况 B．某个微粒做布朗运动的轨迹 C．某个微粒做布朗运动的速度—时间图线 D．按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线 答案 D 解析布朗运动是小颗粒的无规则运动，图中表示的是每隔相等的时间间隔颗粒的位置连线图，不是运动轨迹，故从一个位置到另外的位置是怎样运动的，无从得知。 考点3 分子力、分子势能与内能 1.分子力与分子势能的比较 名称项目分子间的相互 作用力F 分子势能 E p 与分子间距的关系图线 随分子间距的变化情况 r F引和F斥都随距离的增大而减小， 随距离的减小而增大，F引 F表现为斥力 r增大，斥力做正功，分子势能 减少 r减小，斥力做负功，分子势能 增加 r0 <10r0 F引和F斥都随距离的增大而减小， 随距离的减小而增大，F引>F斥， F表现为引力 r增大，引力做负功，分子势能 增加 r减小，引力做正功，分子势能 减少 r＝r0F引＝F斥，F＝0分子势能最小，但不为零 r>10r0 (10－9m) F引和F斥都已十分微弱，可以认 为分子间没有相互作用力 分子势能为零 名称 比较 内能机械能 定义物体中所有分子热运动动能与分子势 能的总和 物体的动能、重力势能和弹性势能的统 称 决定因素与物体的温度、体积、物态和分子数有 关 跟宏观运动状态、参考系和零势能点的 选取有关 量值任何物体都有内能可以为零 测量无法测量可测量 本质微观分子的运动和相互作用的结果宏观物体的运动和相互作用的结果 运动 形式 热运动机械运动 联系 在一定条件下可以相互转化，能的总量守恒 概念温度内能(热能)热量功 含义表示物体的冷热 程度，是物体分 子平均动能大小 的标志，它是大 量分子热运动的 集体表现，对个 别分子来说，温 度没有意义 物体内所有分子 动能和势能的总 和，它是由大量 分子的热运动和 分子的相互位置 所决定的能 是热传递过程中 内能的改变量， 热量是用来量度 热传递过程中内 能转移的多少 做功过程是机械 能或其他形式的 能和内能之间的 转化过程 联系温度和内能是状态量，热量和功则是过程量。热传递的前提条件是存在温差，传递的是热量而不是温度，实质上是内能的转移 分子动理论有关说法正确的是( ) A．分子间距离为r0时，分子间既有斥力作用，也有引力作用 B．分子间距离为r0时，分子间势能最小 C．物体的分子势能总和与物体体积大小有关 D．物质间的扩散作用主要是分子间斥力作用的结果 (1)分子间距离为r0时，分子力表现为零，是指分子间引力和斥力都为零吗？ 提示：不是，是指分子间引力等于斥力，分子力表现为零。 (2)分子势能的变化与分子力做功有什么关系？ 提示：分子力做正功，分子势能减小，分子力做负功，分子势能增大。 尝试解答选ABC。 分子间同时存在引力和斥力，分子间距离为r0时，分子间的斥力等于引力，故A正确； 当r＞r0时分子力表现为引力，分子距离增大，分子力做负功，分子势能增大，当r＜r0时分子力表现为斥力，分子距离减小，分子力做负功，分子势能增大，故当r＝r0时分子势能最小，故B正确；对于一个质量确定的物体来说，其分子势能的大小跟物体的体积大小有关，故C 正确；物质间的扩散作用主要是分子在不停地做无规则运动的结果，故D错误。 判断分子势能变化的三种方法 方法一：根据分子力做功判断。分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增加。 方法二：利用分子势能与分子间距离的关系图线判断。如图所示。 方法三：与弹簧类比。弹簧处于原长时(r＝r0)弹性势能最小，在此基础上：r↑，E p↑；r↓，E p↑。 [变式3－1] (多选)甲分子固定在坐标原点O，只在两分子间的作用力作用下，乙分子沿x轴方向运动，两分子间的分子势能E p与两分子间距离x的变化关系如图所示，设乙分子在移动过程中所具有的总能量为0，则下列说法正确的是( ) A．乙分子在Q点时分子势能最小 B．乙分子在Q点时处于平衡状态 C．乙分子在P点时动能最大 D．乙分子在P点时，分子间引力和斥力相等 答案CD 解析由题图可知，乙分子在P点时分子势能最小，此时乙分子受力平衡，甲、乙两分子间引力和斥力相等，D正确；乙分子在Q点时分子势能为0，大于乙分子在P点时的分子势能，A错误；乙分子在Q点时与甲分子间的距离小于平衡距离，分子引力小于分子斥力，合力表现为斥力，所以乙分子在Q点时合力不为0，故不处于平衡状态，B错误；乙分子在P点时，其分子势能最小，由能量守恒可知此时乙分子动能最大，C正确。 [变式3－2] (2018·全国卷Ⅱ节选)(多选)对于实际的气体，下列说法正确的是( ) A．气体的内能包括气体分子的重力势能 B．气体的内能包括分子之间相互作用的势能 C．气体的内能包括气体整体运动的动能 D．气体的内能包括气体分子热运动的动能 答案BD 解析气体的内能等于所有分子热运动的动能和分子之间势能的总和，故A、C错误，B、D正确。 高考模拟随堂集训 1．(2019·江苏高考)(多选)在没有外界影响的情况下，密闭容器内的理想气体静置足够长时间后，该气体( ) A．分子的无规则运动停息下来 B．每个分子的速度大小均相等 C．分子的平均动能保持不变 D．分子的密集程度保持不变 答案CD 解析分子的无规则运动则为分子的热运动，由分子动理论可知，分子热运动不可能停止，故A错误；密闭容器内的理想气体，温度不变，所以分子平均动能不变，但并不是每个分子的动能都相等，故B错误，C正确；由于没有外界影响且容器密闭，所以分子的密集程度不变，故D正确。 2．(2018·北京高考)关于分子动理论，下列说法正确的是( ) A．气体扩散的快慢与温度无关 B．布朗运动是液体分子的无规则运动 C．分子间同时存在着引力和斥力 D．分子间的引力总是随分子间距增大而增大 答案 C 解析扩散的快慢与温度有关，温度越高，扩散得越快，故A错误；布朗运动为悬浮在液体中固体小颗粒的运动，不是液体分子的热运动，固体小颗粒运动的无规则性是液体分子运动的无规则性的间接反映，故B错误；分子间斥力与引力是同时存在，而分子力是斥力与引力的合力，分子间的引力和斥力都是随分子间距增大而减小；当分子间距小于平衡距离时，表现为斥力，即引力小于斥力，而分子间距大于平衡距离时，表现为引力，即斥力小于引力，但总是同时存在的，故C正确，D错误。 3．(2017·北京高考)以下关于热运动的说法正确的是( ) A ．水流速度越大，水分子的热运动越剧烈 B ．水凝结成冰后，水分子的热运动停止 C ．水的温度越高，水分子的热运动越剧烈 D ．水的温度升高，每一个水分子的运动速率都会增大 答案 C 解析 分子热运动的剧烈程度由温度决定，温度越高，热运动越剧烈，与物体的机械运动无关，A 错误，C 正确。水凝结成冰后，温度降低，水分子热运动的剧烈程度减小，但不会停止，B 错误。水的温度升高，水分子运动的平均速率增大，但并不是每一个水分子的运动速率都增大，D 错误。 4．(2019·四川德阳质量检测)(多选) 两个相邻的分子之间同时存在着引力和斥力，它们随分子之间距离r 的变化关系如图所示。图中虚线是分子斥力和分子引力曲线，实线是分子合力曲线。当分子间距为r ＝r 0时，分子之间合力为零，则下列关于该两分子组成系统的分子势能E p 与两分子间距离r 的关系曲线，可能正确的是( ) 答案 BC 解析 由于r ＝r 0时，分子之间的作用力为零，当r ＞r 0时，分子间的作用力表现为引力，随着分子间距离的增大，分子力做负功，分子势能增加，当r ＜r 0时，分子间的作用力表现为斥力，随着分子间距离的减小，分子力做负功，分子势能增加，故r ＝r 0时，分子势能最小。综上所述，B 、C 正确，A 、D 错误。 5．(2017·江苏高考)科学家可以运用无规则运动的规律来研究生物蛋白分子。资料显示，某种蛋白的摩尔质量为66 kg/mol ，其分子可视为半径为3×10－9 m 的球，已知阿伏加德罗常数为6.0×1023 mol －1 。请估算该蛋白的密度。(计算结果保留一位有效数字) 答案 1×103 kg/m 3 解析 摩尔体积V ＝43πr 3 N A 由密度ρ＝M V ，解得ρ＝ 3M 4πr 3N A 代入数据得ρ≈1×103 kg/m 3 。 在我们生活中，还有一种看不到的能量，即物体内部形式存在的 能量，叫做 ■ ? RD 课程信息 年级 九年级 学科 物理 课型 新授 主题 二、内能热传递 11 教学目标 1、 了解内能的概念，通过类比的方法，知道任何一个物体都具有内能 2、 能简单描述温度与内能之间的关系 3、 结合实例分析，知道热传递是改变物体内能的一种方式， 是内能的转移过 程 4、 了解热量的概念，知道热量的单位，能正确使用 热量 这一术语 5、 了解用热传递来改变物体内能的方法在生产生活中的应用， 会应用相关知 识解释一些现象 教学重点 关于内能、热量的概念，类比分子动能和物体动能，内能和机械能的异同 教学难点 认识内能及相关定义，内能与温度的关系，及内能，温度与热量三者之间的关 系 教学过程 教学步骤 教学内容 学生活动 教师活动 二、概念教学 分子间（内部）能量 物体间（外部）能量 动能 同 分子动能：分子由于做无 规则运动而具有的能量 同 物体动能：物体由于做机 械 运动而具有的能量 异 分子热运动是永不停息 的，即分子动能不可能为 零 异 机械运动包括静止，即物 体 动能可以为零 势能 同 分子势能：分子间由于相 互作用的引力和斥力而 产生的能量 同 弹性 势能 拉伸时相互吸引， 压缩时相互排斥 重力 势能 物体与地球间的 相互吸引 异 分子间 相互作用力 异 物体间 相互作用力 初步了解 内能概念 自学表格 内容，分析 异同点 举例开水 会烫伤人 体， 利用类比 方法讲解 两者联系 与区别 一、复习引入 我们如何判断物体具有动能和势能? 思考回答 引导学生 回顾所学 知识 1物体的内能是指（ ） 物体做机械运动所具有的能量 物体中个别分子运动所具有的能量 物体内分子定向移动所具有的能量 物体内无规则运动的分子所具有的能的总和 ） A C D 2、 下列说法中正确的是（ A C D 炽热的铁块有内能，而-10 C 的冰没有内能 一杯0°C 的水凝固成0°C 的冰，内能不变 一杯水从40C 冷却到25C 时内能减小 空中飞行的子弹速度减小，动能、内能都减小 ） 学生当堂 训练 巡视点评 指导 3、 关于温度、热量和内能，下列说法正确的是（ 0C 的冰内能为零 两个物体温度相同，它们不发生热传递 物体温度越高，所含热量越多 50C 的水的内能一定10C 的水的内能多 A C D 热一定律总结 一、 通用公式 ΔU = Q + W 绝热： Q = 0，ΔU = W 恒容(W ’=0)：W = 0，ΔU = Q V 恒压(W ’=0)：W =-p ΔV =-Δ(pV )，ΔU = Q -Δ(pV ) → ΔH = Q p 恒容+绝热(W ’=0) ：ΔU = 0 恒压+绝热(W ’=0) ：ΔH = 0 焓的定义式：H = U + pV → ΔH = ΔU + Δ(pV ) 典型例题：3.11思考题第3题，第4题。 二、 理想气体的单纯pVT 变化 恒温：ΔU = ΔH = 0 变温： 或 或 如恒容，ΔU = Q ，否则不一定相等。如恒压，ΔH = Q ，否则不一定相等。 C p , m – C V , m = R 双原子理想气体：C p , m = 7R /2, C V , m = 5R /2 单原子理想气体：C p , m = 5R /2, C V , m = 3R /2 典型例题：3.18思考题第2,3,4题 书2.18、2.19 三、 凝聚态物质的ΔU 和ΔH 只和温度有关 或 典型例题：书2.15 ΔU = n C V , m d T T 2 T 1 ∫ ΔH = n C p, m d T T 2 T 1 ∫ ΔU = nC V , m (T 2-T 1) ΔH = nC p, m (T 2-T 1) ΔU ≈ ΔH = n C p, m d T T 2 T 1 ∫ ΔU ≈ ΔH = nC p, m (T 2-T 1) 四、可逆相变（一定温度T 和对应的p 下的相变，是恒压过程） ΔU ≈ ΔH –ΔnRT (Δn ：气体摩尔数的变化量。如凝聚态物质之间相变，如熔化、凝固、转晶等，则Δn = 0，ΔU ≈ ΔH 。 101.325 kPa 及其对应温度下的相变可以查表。 其它温度下的相变要设计状态函数 不管是理想气体或凝聚态物质，ΔH 1和ΔH 3均仅为温度的函数，可以直接用C p,m 计算。 或 典型例题：3.18作业题第3题 五、化学反应焓的计算 其他温度：状态函数法 Δ H m (T ) = ΔH 1 +Δ H m (T 0) + ΔH 3 α β β α Δ H m (T ) α β ΔH 1 ΔH 3 Δ H m (T 0) α β 可逆相变 298.15 K: ΔH = Q p = n Δ H m α β Δr H m ? =Δf H ?(生) – Δf H ?(反) = y Δf H m ?(Y) + z Δf H m ?(Z) – a Δf H m ?(A) – b Δf H m ?(B) Δr H m ? =Δc H ?(反) – Δc H ?(生) = a Δc H m ?(A) + b Δc H m ?(B) –y Δc H m ?(Y) – z Δc H m ?(Z) ΔH = nC p, m (T 2-T 1) ΔH = n C p, m d T T 2 T 1 ∫ 高中物理气体动理论和热力学题库8370004 气体动理论和热力学 卷面总分188 期望值0 入卷题数44 时间 分钟 第1大题： 选择题(57分) 1.1 (3分) 两个体积相等的容器中，分别储有氦气和氢气，以1E 和2E 分别表示氦气和氢气的内能，若他们的压强相同，则（ ） （A ）1E ＝2E （B ）1E >2E （C ）1E <2E （D ）无法确定 1.2 (3分) 一瓶氮气和一瓶氦气密度相同，分子平均平动动能相同，而且它们都处于平衡状态，则它们 ( ) （Ａ）温度相同、压强相同 （Ｂ）温度、压强都不相同 （Ｃ）温度相同，但氦气的压强大于氮气的压强 （Ｄ）温度相同，但氦气的压强小于氮气的压强 1.3 (3分) 不同种类的两瓶理想气体，它们的体积不同，但温度和压强都相同，则单位体积内的气体分子数n ，单位体积内的气体分子的总平动动能(V E K /)，单位体积内的气体质量 p ，分别有如下关系：( ) （Ａ）n 不同，(V E K /)不同，p 不同 （Ｂ）n 不同，(V E K /)不同，p 相同 （Ｃ）n 相同，(V E K /)相同， p 不同 （Ｄ）n 相同，(V E K /)相同， p 相同 1.4 (3分) 设M 为气体的质量，m 为气体分子质量，N 为气体分子总数目，n 为气体分子数密度，0N 为阿伏伽德罗常数，则下列各式中哪一式表示气体分子的平均平动动能？( ) （Ａ） pV M m 23 （Ｂ） pV M m mol 23 （Ｃ） npV 2 3 （Ｄ） pV N M M mol 023 1.5 (3分) 置于容器内的气体，如果气体内各处压强相等，或气体内各处温度相同，则这两种情况下气体的状态 ( ) （Ａ）一定都是平衡态 （Ｂ）不一定都是平衡态 （Ｃ）前者一定是平衡态，后者一定不是平衡态 （Ｄ）后者一定是平衡态，前者一定不是平衡态 1 ? A、 ? 内能知识点总结： 一、内能の概念： 1、内能： 2、物体在任何情况下都有内能：原因 3、影响物体内能大小の因素： 二、内能の改变： 1、内能改变の外部表现： （1）物体温度升高（降低）--物体内能增大（减小）。 （2）物体存在状态改变（熔化、汽化、升华等）--内能改变。 2、改变物体内能の方法：做功和热传递。 A、做功改变物体の内能： ①做功可以改变内能の三种常见现象： ②做功改变物体内能の实质： B、热传递可以改变物体の内能。 （1）热传递の条件：即高温物体将能量向低温物体传递，直至各物体温度相同（即达到热平衡）。 （2）热传递の方式是：传导、对流和辐射。 （3）热传递改变物体内能の实质：热传递传递の是内能（热量），而不是温度。热传递の实质是。 （4）热传递过程中：低温物体吸收热量，温度升高，内能增加；高温物体放出热量，温度降低，内能减少。 （5）热量：热传递过程中，传递の能量の多少叫热量。热量の单位：焦耳。 3、做功和热传递改变内能の区别： 4、检验成果，以下说法中只有一个是正确の，请在序号处打勾，其余错误说法，请在序号后写出理论依据或举出反例。选（4） （1）温度为0℃の物体没有内能。（2）温度高の物体内能一定多。 （3）物体内能增加，温度一定升高。（4）物体温度升高，它の内能一定增加。 （5）物体吸收了热量，温度一定升高（6）物体温度升高，一定吸收了热量（7）温度高の物体，含有の热量一定多 （8）在热传递过程中，能量是由内能多の物体向内能少の物体传递。2016年各地中考物理模拟试题分类解析汇编（内能）1．（2016?永修一模）下列是某同学对于内能和热量の理解：其中理解完全正确の一组是（） A．质量相同时，100℃の水比80℃の水含有の热量多 B．0℃冰块の内能为零 C．棉被被晒暖，是用热传递の方法增加了内能 D．做功和热传递，对于改变物体の内能是等效の 2．（2016?文登区模拟）下列关于机械能和内能の说法中正确の是（）A．具有机械能の汽车不一定具有内能 B．足球比赛时，足球在上升过程中重力势能转化为动能 C．汽车发动机用水做冷却液是利用了水の比热容较大の特点 D．两手互搓，手变热，是用热传递の方法来改变手の内能 3．（2016?云南一模）下列关于内能の说法，正确の是（） A．0℃の冰块内能为零 B．温度低の物体一定比温度高の物体内能小 C．内能可以通过做功の方式转化为机械能 D．热传递一定是从内能多の物体传给内能少の物体 4．（2016春?无锡）如图所示为学校教学楼楼道里放置の二氧化 碳灭火器，打开阀门后，下列说法正确の是（） 内能热传递 一、选择题 1．关于物体的内能，下列说法正确的是： ( ) A．跟物体的温度有关 B．跟物体做机械运动的速度有关 C．跟物体内含有的热量有关 D．跟物体做机械运动时上升的高度有关 1．答案：A 2．下列说法正确的是 ( ) A．任何状态下处于任何位置的物体都具有内能 B．机械能大的物体内能一定大 C．静止在地面上的物体无内能 D．空中飞行的子弹比地面上静止的子弹内能多 2．答案：A 3．下列过程是热传递改变内能的 ) ( 是 ．反复折弯的铁丝变热A ．微波炉将食物烤热B C．通电的灯泡温度升高 D．放在杯中的热水慢慢变凉 D ．答案：3 ( )4．以下说法中正确的是 A．温度高的物体比温度低的物体含有的内能多B．温度从高温物体向低温物体传递C．热量从高温物体向低温物体传递 D．热量量从内能多的物体向内能少的物体传递C 4．答案： ) ．下列说法中正确的是 ( 5 A．物体的运动速度越大，分子的动能的总和越大．．物体的运动速度越大，物体的动能越大，分子的动能的总和也越大．B ．静止的物体没有动能，也无内能．C ．静止的物体没有动能，但具有内能．DD ．答案：5 （） 6．下列关于内能的说法正确的是 0℃的水内能一样大℃的冰一定和A． 0 ℃的水内能小5B． 0℃的水一定比℃的水热量小 0℃的水一定比5．C ．以上说法都不正确DD 6．答案： ) ( 7．下列说法中正确的是A．物体吸收热量，没有对外做功，内能一定增加．．物体吸收热量，温度一定升高．B ．甲物体的温度比乙物体的温度高，甲物体的内能一定比乙物体的内能多．C． D．物体的温度升高，一定是从外界吸收了热量． 7．答案：A 8．关于热传递和热量，下列说法中正确的是 ( ) A．温度高的物体含有热量一定多 B．质量比较大物体含有的热量比较多 C．热量总是从含有热量多的物体传递到含热量少的物体 D．热量总从高温物体传递到低温物体 8．答案：D 9．关于温度、内能、热量三者之间的关系，下列说法正确的是 ( ) 第10章 气体动理论题目无答案 一、选择题 1. 一理想气体样品, 总质量为M , 体积为V , 压强为p , 绝对温度为T , 密度为?, 总分子数为N , k 为玻尔兹曼常数, R 为气体普适常数, 则其摩尔质量可表示为 [ ] (A) MRT pV (B) pV MkT (C) p kT ρ (D) p RT ρ 2. 如T10-1-2图所示，一个瓶内装有气体, 但有小孔与外界相通, 原来瓶内温度为300K ．现在把瓶内的气体加热到400K (不计容积膨胀), 此时瓶内气体的质量为 原来质量的______倍． [ ] (A) 27／127 (B) 2／3 (C) 3／4 (D) 1／10 3. 相等质量的氢气和氧气被密封在一粗细均匀的细玻璃管内, 并由一 水银滴隔开, 当玻璃管平放时, 氢气柱和氧气柱的长度之比为 [ ] (A) 16:1 (B) 1:1 (C) 1:16 (D) 32:1 4. 一容器中装有一定质量的某种气体, 下列所述中是平衡态的为 [ ] (A) 气体各部分压强相等 (B) 气体各部分温度相等 (C) 气体各部分密度相等 (D) 气体各部分温度和密度都相等 5. 一容器中装有一定质量的某种气体, 下面叙述中正确的是 [ ] (A) 容器中各处压强相等, 则各处温度也一定相等 (B) 容器中各处压强相等, 则各处密度也一定相等 (C) 容器中各处压强相等, 且各处密度相等, 则各处温度也一定相等 (D) 容器中各处压强相等, 则各处的分子平均平动动能一定相等 6. 理想气体能达到平衡态的原因是 [ ] (A) 各处温度相同 (B) 各处压强相同 (C) 分子永恒运动并不断相互碰撞 (D) 各处分子的碰撞次数相同 7. 理想气体的压强公式 k 3 2 εn p = 可理解为 [ ] (A) 是一个力学规律 (B) 是一个统计规律 (C) 仅是计算压强的公式 (D) 仅由实验得出 8. 一个容器内贮有1摩尔氢气和1摩尔氦气，若两种气体各自对器壁产生的压强分别为p 1和p 2，则两者的大小关系是： [ ] (A) p 1> p 2 (B) p 1< p 2 (C) p 1＝p 2 (D)不确定的 9. 在一密闭容器中，储有A 、B 、C 三种理想气体，处于平衡状态．A 种气体的分子数密度为n 1，它产生的压强为p 1；B 种气体的分子数密度为2n 1；C 种气体的分子数密度为3 n 1．则混合气体的压强p 为 [ ] (A) 3 p 1 (B) 4 p 1 (C) 5 p 1 (D) 6 p 1 10. 若室内生起炉子后温度从15?C 升高到27?C, 而室内气压不变, 则此时室内的分子数减少了 [ ] (A) % (B) 4% (C) 9% (D) 21% 11. 无法用实验来直接验证理想气体的压强公式, 是因为 T10-1-2图 T 10-1-3图 二、内能热传递 教学目标： 1、了解内能的概念，通过类比的方法，知道任何一个物体都有内能。 2、能简单描述温度与内能之间的关系。 3、结合实例分析，知道热传递是改变物体内能的一种方式，使内能转移的过程。 4、了解热量的概念，知道热量的单位，能正确使用“热量”这一术语，会进行关于物体吸热、放热的简单计算。 5、了解用热传递来改变物体内能的方法在生产、生活中的应用，会应用相关知识解释一些现象。 教学重点：1.分子动能和物体动能，内能和机械能的异同； 教学难点：1.认识内能及相关定义；2.内能与温度的关系 教学器材：弹簧、冷、热水、两个烧杯、墨水、滴管等 教学过程设计： 一、新课引入 提问：1、物体是否具有动能、势能，我们是如何判断的？ 结论：机械能的存在可以凭肉眼判断，即它是一种外部形式的能量。 2、运动的汽车具有的动能，这个能量从何而来？ 3、汽油燃烧时会产生能量，这是一种与热运动有关的能量，这种能量的存在，你可以凭肉眼看到吗？ 一般凭肉眼是不能判断的，即它是一种内部形式的能量——内能。 二、新课教学 1、内能 提问：上学期我们学习的《分子动理论》有哪些内容？ 讲述：物体内部的分子始终处在无规则的运动中，因此分子具有动能，这种运动叫做热运动；分子之间存在相互作用的引力和斥力，就像用弹簧相互联系的物体具有势能一样，分子间也有势能，这种能叫做分子势能。 内能：物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和。 由于一切物体内部分子的热运动永不停息，因此任何一个物体在任何情况下都具有内能。 2、内能与机械能的关系 （1）定义：内能：分子间（内部）；机械能：物体间（外部） （2）关系：物体的内能不可以为零；物体的机械能可以为零。 3、探究温度与内能的关系 （1）完成演示实验“墨水扩散”并分析内能的变化情况。 （2）归纳结论：对于同一物体，温度越高，内能越大。 （3）提出疑问：内能增大，物体温度一定上升吗？ （提示学生，回忆六种物态变化吸热与放热的情况） 学生讨论并举例反驳： 一杯热水与半杯热水相比，前者内能大于后者。 水沸腾时需要不断吸收热量，但温度保持不变。 一块0℃的冰刚熔化成水，温度仍是0℃，但内能增大了。 （4）教师小结：内能增大，物体温度不一定升高。因为内能大小是由温度、质量、体积、状态等因素共同影响的。 4、热传递——改变内能的一种方式 观察课本图12-18，思考：物体的内能是如何转移的？ 介绍热传递。（学生阅读信息快递） 思考：有一根细铁丝，你能通过哪些方法使它的温度升高？（使它的内能增加）其中哪些方法是通过热传递来改变物体的内能的？ A、放在太阳下晒； B、在石头上摩擦； C、放在热水中烫； D、放在火上烧； E、用锤子敲 F、放在手中捂 G、用力反复弯折； 5、热量：物体在热传递过程中转移能量的多少。符号：Q，单位：J。 提问：“在热传递过程中物体通过热传递吸热，使它具有的热量增加了400J。”这种说法对不对？ 三、课堂练习 四、课后巩固 五、小结 六、教学反思 热力学第二定律 一、 自发反应-不可逆性（自发反应乃是热力学的不可逆过程） 一个自发反应发生之后，不可能使系统和环境都恢复到原来的状态而不留下任何影响，也就是说自发反应是有方向性的，是不可逆的。 二、 热力学第二定律 1. 热力学的两种说法： Clausius:不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其它变化 Kelvin ：不可能从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其他的变化 2. 文字表述： 第二类永动机是不可能造成的（单一热源吸热，并将所吸收的热完全转化为功） 功 热 【功完全转化为热，热不完全转化为功】 （无条件，无痕迹，不引起环境的改变） 可逆性：系统和环境同时复原 3. 自发过程：（无需依靠消耗环境的作用就能自动进行的过程） 特征：（1）自发过程单方面趋于平衡；（2）均不可逆性；（3）对环境做功，可从自发过程获得可用功 三、 卡诺定理（在相同高温热源和低温热源之间工作的热机） ηη≤ηη （不可逆热机的效率小于可逆热机） 所有工作于同温热源与同温冷源之间的可逆机，其热机效率都相同，且与工作物质无关 四、 熵的概念 1. 在卡诺循环中，得到热效应与温度的商值加和等于零：ηηηη+η ηηη=η 任意可逆过程的热温商的值决定于始终状态，而与可逆途径无关 热温商具有状态函数的性质 ：周而复始 数值还原 从物理学概念，对任意一个循环过程，若一个物理量的改变值的总和为0，则该物理量为状态函数 2. 热温商：热量与温度的商 3. 熵：热力学状态函数 熵的变化值可用可逆过程的热温商值来衡量 ηη ：起始的商 ηη ：终态的熵 ηη=(ηηη)η （数值上相等） 4. 熵的性质： （1）熵是状态函数，是体系自身的性质 是系统的状态函数，是容量性质 （2）熵是一个广度性质的函数，总的熵的变化量等于各部分熵的变化量之和 （3）只有可逆过程的热温商之和等于熵变 （4）可逆过程热温商不是熵，只是过程中熵函数变化值的度量 （5）可用克劳修斯不等式来判别过程的可逆性 （6）在绝热过程中，若过程是可逆的，则系统的熵不变 （7）在任何一个隔离系统中，若进行了不可逆过程，系统的熵就要增大，所以在隔离系统中，一切能自动进行的过程都引起熵的增大。若系统已处于平衡状态，则其中的任何过程一定是可逆的。 五、克劳修斯不等式与熵增加原理 不可逆过程中，熵的变化量大于热温商 ηηη→η?(∑ηηηηηηη)η>0 1. 某一过程发生后，体系的热温商小于过程的熵变，过程有可能进行不可逆过程 2. 某一过程发生后，热温商等于熵变，则该过程是可逆过程 第四篇 气体动理论 热力学基础 求解气体动理论和热力学问题的基本思路和方法 热运动包含气体动理论和热力学基础两部分．气体动理论从物质的微观结构出发，运用统计方法研究气体的热现象，通过寻求宏观量与微观量之间的关系，阐明气体的一些宏观性质和规律．而热力学基础是从宏观角度通过实验现象研究热运动规律．在求解这两章习题时要注意它们处理问题方法的差异．气体动理论主要研究对象是理想气体，求解这部分习题主要围绕以下三个方面：(1) 理想气体物态方程和能量均分定理的应用；(2) 麦克斯韦速率分布率的应用；(3)有关分子碰撞平均自由程和平均碰撞频率．热力学基础方面的习题则是围绕第一定律对理想气体的四个特殊过程(三个等值过程和一个绝热过程)和循环过程的应用，以及计算热力学过程的熵变，并用熵增定理判别过程的方向． 1．近似计算的应用 一般气体在温度不太低、压强不太大时，可近似当作理想气体，故理想气体也是一个理想模型．气体动理论是以理想气体为模型建立起来的，因此，气体动理论所述的定律、定理和公式只能在一定条件下使用．我们在求解气体动理论中有关问题时必须明确这一点．然而，这种从理想模型得出的结果在理论和实践上是有意义的．例如理想气体的内能公式以及由此得出的理想气体的摩尔定容热容2/m V,iR C =和摩尔定压热容()2/2m P,R i C +=都是近似公式，它们与在通常温度下的实验值相差不大，因此，除了在低温情况下以外，它们还都是可以使用的．在实际工作时如果要求精度较高，摩尔定容热容和摩尔定压热容应采用实验值．本书习题中有少数题给出了在某种条件下m V,C 和m P,C 的实验值就是这个道理．如习题中不给出实验值，可以采用近似的理论公式计算． 2．热力学第一定律解题过程及注意事项 热力学第一定律 E W Q Δ+=，其中功?=2 1 d V V V ρW ，内能增量T R i M m E Δ2 Δ?= ．本章习题主要是第一定律对理想气体的四个特殊过程(等体、等压、等温、绝热)以及由它们组成的循环过程的应用．解题的主要过程：(1) 明确研究对象是什么气体(单原子还是双原子)，气体的质量或物质的量是多少？ (２) 弄清系统经历的是些什么过程，并掌握这些过程的特征．(３) 画出各过程相应的p －V 图．应当知道准确作出热力学过程的p －V 图，可以给出一个比较清晰的物理图像．(４) 根据各过程的方程和状态方程确定各状态的参量，由各过程的特点和热力学第一定律就可计算出理想气体在各过程中的功、内能增量和吸放热了．在计算中要注意Q 和W 的正、负取法． 3．关于内能的计算 第四章 气体动理论 2-4-1选择题： 1、处于平衡状态的一瓶氦气和一瓶氮气的分子数密度相同，分子的平均平动动能也相同，都处于平衡态。以下说法正确的是： （A ）它们的温度、压强均不相同。 （B ）它们的温度相同，但氦气压强大于氮气压强。 （C ）它们的温度、压强都相同。 (D) 它们的温度相同，但氦气压强小于氮气压强。 2、三个容器A 、B 、C 中装有同种理想气体，其分子数密度n 相同，方均根速率之比 4:2:1::222=C B A v v v ， 则其压强之比C B A p p p ::为： (A) 1 : 2 : 4 (B) 1 : 4 : 8 (C) 1 : 4 : 16 (D) 4 : 2 : 1 3、一定量的理想气体贮于某一容器中，温度为T ，气体分子的质量为m . 根据理想气体的分子模型和统计假设，分子速度在x 方向的分量平方的平均值为: (A) 2 x v =m kT 3 (B) 2x v = m kT 331 (C) 2 x v = m kT 3 (D) 2x v = m kT 4、关于温度的意义，有下列几种说法： (1) 气体的温度是分子热运动平均平动动能的量度. (2) 气体的温度是大量气体分子热运动的集体表现，具有统计意义. (3) 温度的高低反映物质内部分子热运动剧烈程度的不同. (4) 从微观上看，气体的温度表示每个气体分子的冷热程度. 上述说法中正确的是 （A ） (1)、(2)、(4) （B ） (1)、(2)、(3) （C ） (2)、(3)、(4) (D) (1)、(3)、(4) 5、两容器内分别盛有氢气和氦气，若它们的温度和质量分别相等，则： (A) 两种气体分子的平均平动动能相等. (B) 两种气体分子的平均动能相等. (C) 两种气体分子的方均根速率相等. (D) 两种气体的内能相等. 6、一容器内装有N 1个单原子理想气体分子和N 2个刚性双原子理想气体分子，当该系统处在温度为T 的平衡态时，其内能为 (A) ??? ??++kT kT N N 2523)(21 (B) ??? ??++kT kT N N 2523)(2121 气体动理论和热力学 卷面总分188 期望值0 入卷题数44 时间 分钟 第1大题： 选择题(57分) 1.1 (3分) 两个体积相等的容器中，分别储有氦气和氢气，以1E 和2E 分别表示氦气和氢气的内能，若他们的压强相同，则（ ） （A ）1E ＝2E （B ）1E >2E （C ）1E <2E （D ）无法确定 1.2 (3分) 一瓶氮气和一瓶氦气密度相同，分子平均平动动能相同，而且它们都处于平衡状态，则它们 ( ) （Ａ）温度相同、压强相同 （Ｂ）温度、压强都不相同 （Ｃ）温度相同，但氦气的压强大于氮气的压强 （Ｄ）温度相同，但氦气的压强小于氮气的压强 1.3 (3分) 不同种类的两瓶理想气体，它们的体积不同，但温度和压强都相同，则单位体积内的气体分子数n ，单位体积内的气体分子的总平动动能(V E K /)，单位体积内的气体质量 p ，分别有如下关系：( ) （Ａ）n 不同，(V E K /)不同，p 不同 （Ｂ）n 不同，(V E K /)不同，p 相同 （Ｃ）n 相同，(V E K /)相同， p 不同 （Ｄ）n 相同，(V E K /)相同， p 相同 1.4 (3分) 设M 为气体的质量，m 为气体分子质量，N 为气体分子总数目，n 为气体分子数密度，0N 为阿伏伽德罗常数，则下列各式中哪一式表示气体分子的平均平动动能？( ) （Ａ） pV M m 23 （Ｂ） pV M m mol 23 （Ｃ） npV 2 3 （Ｄ） pV N M M mol 023 1.5 (3分) 置于容器内的气体，如果气体内各处压强相等，或气体内各处温度相同，则这两种情况下气体的状态 ( ) （Ａ）一定都是平衡态 （Ｂ）不一定都是平衡态 （Ｃ）前者一定是平衡态，后者一定不是平衡态 （Ｄ）后者一定是平衡态，前者一定不是平衡态 热力学第一定律主要公式 1.?U 与?H 的计算 对封闭系统的任何过程 ?U=Q+W 2111()H U p V pV ?=?-- (1) 简单状态变化过程 1) 理想气体 等温过程 0T U ?= 0T H ?= 任意变温过程 ,21()V m U nC T T ?=- ,21()p m H nC T T ?=- 等容变温过程 H U V p ?=?+? (V U Q ?=) 等压变温过程 p U Q p V ?=-? ()p H Q ?= 绝热过程 ,21()V m U W nC T T ?==- ,21()p m H nC T T ?=- 2)实际气体van derWaals 气体等温过程 2 1 211U n a V V ?? ? ??? ?=- 2 22111 211()H U pV n a p V pV V V ?? ? ??? ?=?+?=-+- (2) 相变过程 等温等压相变过程 p tra H Q ?= (p Q 为相变潜热) p tra tra U Q p V ?=-? (3)无其她功的化学变化过程 绝热等容反应 0r U ?= 绝热等压反应 0r H ?= 等温等压反应 r p H Q ?= r r U H p V ?=?-? 等温等压凝聚相反应 r r U H ?≈? 等温等压理想气体相反应 ()r r U H n RT ?=?-? 或 r r B B H U RT ν?=?-∑ 由生成焓计算反应热效应 f ()(,)r m m B B H T H T B θθν?=?∑ 由燃烧焓计算反应热效应 c ()(,)r m m B B H T H T B θν?=-?∑ 由键焓估算反应热效应 ,,()(,(i m i i m i i i H T n H T n H ?=??∑∑反应物）-生成物） 式中:i n 为i 种键的个数;n i 为i 种键的键焓。 不同温度下反应热效应计算 2 1 21()()d T r m r m r p T H T H T C T ?=?+?? 2、体积功W 的计算 任意变化过程 W= d e p V -∑ 任意可逆过程 2 1 W= d V V p V -? 自由膨胀与恒容过程 W=0 恒外压过程 21()e W p V V =-- 等温等压→l g 相变过程(设蒸气为理想气体) 1()g g g W p V V pV n RT =--≈-=- 等温等压化学变化 ()W p V n RT =-?=? (理想气体反应) 0W ≈ (凝聚相反应) 理想气体等温可逆过程 理工科专业 《大学物理B 》 气体动理论 热力学基础 答： 112 3 V p 0 p O V V 12V 1 p 12p 1A B 图1 4、 给定的理想气体(比热容比γ为已知)，从标准状态(p 0、V 0、T 0)开始，作绝热膨胀，体积增大到三倍，膨胀后的温度T ＝____________，压强p ＝__________． 答： 1 ) 1 (T -γ , )1 (p γ 图2 (A) 一定都是平衡态． (B) 不一定都是平衡态． (C) 前者一定是平衡态，后者一定不是平衡态． (D) 后者一定是平衡态，前者一定不是平衡态． （ C ）4、一定量的理想气体，经历某过程后，温度升高了．则根据热力学定律可以断定： ① 该理想气体系统在此过程中吸了热． ② 在此过程中外界对该理想气体系统作了正功． ③ 该理想气体系统的内能增加了． ④ 在此过程中理想气体系统既从外界吸了热，又对外作了正功． 以上正确的断言是： (A) ① 、③ ． (B) ②、③． (C) ③． (D) ③、④． （ D ）5、有人设计一台卡诺热机(可逆的)．每循环一次可从 400 K 的高温热源吸热1800 J ，向 300 K 的低温热源放热 800 J ．同时对外作功1000 J ，这样的设计是 (A) 可以的，符合热力学第一定律． (B) 可以的，符合热力学第二定律． (C) 不行的，卡诺循环所作的功不能大于向低温热源放出的热量． (D) 不行的，这个热机的效率超过理论值． 三、判断题（每小题1分，请在括号里打上√或×） （ × ）1、气体的平衡态和力学中的平衡态相同。 （ √ ）2、一系列的平衡态组成的过程是准静态过程。 （ × ）3、功变热的不可逆性是指功可以变为热，但热不可以变为功。 （ × ）4、热传导的不可逆性是指热量可以从高温物体传到低温物体，但不可以从低温物体传到高温物体。 （ × ）5、不可逆循环的热机效率1 2 1Q Q bukeni - <η。 四、简答题（每小题5分） 1、气体动理论的研究对象是什么？理想气体的宏观模型和微观模型各如何？ 答：气体动理论的研究对象是大量微观粒子组成的系统。（1分）是从物质的微观结构和分子运动论出发，运用力学规律，通过统计平均的办法，求出热运动的宏观结果，（1分）再由实验确认的方法。（1分） 从宏观看，在温度不太低，压强不大时，实际气体都可近似地当作理想气体来处理，压强越低，温度越高，这种近似的准确度越高。（1分）理想气体的微观模型是把分子看成弹性的自由运动的质点。（1分） 2、用热力学第一定律和第二定律分别证明，在V p -图上一绝热线与一等温线不能有两个交点，如图2所示。 解：（1）由热力学第一定律有 W E Q +?= 若有两个交点a 和b ，则经等温b a →过程有 0111=-=?W Q E （1分） 经绝热b a →过程 教学 内容 内能热传递 课题第一课时：内能热传递课型：新授 教学目标 1．知道分子无规则运动的快慢与温度有关。 2．知道什么是内能，物体的内能是另一种形式的能。 3．知道物体温度改变时，内能随这改变。 4. 知道热传递是改变内能的一种方式 结合实例分析，知道热传递是改变物体内能的一种方式，是内能的转移过程。 教学 重点 内能的概念和其与温度有关 教学 难点 内能，物体的内能是另一种形式的能 教具 学具 烧杯、清水、红墨水等。 学习内容、过程安排 教师引导学生活动二次备课一．复习： 1．机械能分哪些？ 2．分子动理论的内容？ 3．扩散现象表明了什么？ 二．新课讲授。 （一）内能 1．内能的概念：物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和叫物体的内能。 2．内能大小与温度有关。 （1）演示实验 （2）引导学生观察实验现象。 提问：实验表明什么？ （教师作适当启发）。 结论：温度越高，分子的无规则运动越激烈，物体内能就越大。 （3）：热运动：物体内部大量分子做无规则运动称为热运动。内能也常称为热能。 （ 3．一切物体都具有内能（任何情况下都具有）。学生回答观察实验独立思考小组讨论深入理解 教师引导学生活动 4．内能与机械能的区别： 教师引导学生小组内讨论，并归纳回答，教师作适当的启发诱导。 ——内能是物体内部分子运动所具有的能量，而机械能是与物体的机械运动有关，是整个物体的情况。 （二）热传递—改变内能的一种方式 1.热传递 问：热传递是怎么一回事？ 板书热传递内容 2.观察39页图12—17，物体内能发生怎样的改变？是怎么改变的？ 你还能举出哪些例子？ 3热量及其单位 物体在热传递过程中转移的那部分能量的多少叫做热量。 单位：焦耳（J） 练习：完成“随堂检测”。 小组讨论 交流总结 从“信息快递”获取热传递信 息。 学生总结 列举 课堂总结提问：今天你有什么收获？学生小组内讨论后汇 报 作业设计 热力学第一定律主要公式 １.U 与Ｈ得计算 对封闭系统得任何过程 U=Q+Ｗ (1) 简单状态变化过程 1) 理想气体 等温过程 任意变温过程 等容变温过程 () 等压变温过程 绝热过程 2)实际气体ｖａn derWa ａls 气体等温过程 222111211()H U pV n a p V pV V V ?? ? ????=?+?=-+- (2) 相变过程 等温等压相变过程 （3)无其她功得化学变化过程 绝热等容反应 绝热等压反应 等温等压反应 等温等压凝聚相反应 等温等压理想气体相反应 或 由生成焓计算反应热效应 由燃烧焓计算反应热效应 由键焓估算反应热效应 ,,()(,(i m i i m i i i H T n H T n H ?=??∑∑反应物）- 生成物） 式中:为种键得个数；为种键得键焓。 不同温度下反应热效应计算 2、体积功Ｗ得计算 任意变化过程 任意可逆过程 自由膨胀与恒容过程 W=0 恒外压过程 等温等压相变过程(设蒸气为理想气体) 等温等压化学变化 (理想气体反应） (凝聚相反应） 理想气体等温可逆过程 理想气体绝热过程 ,212122111()()()11 V m nR W U nC T T T T p V pV γγ=?=-= -=--- 理想气体多方可逆过程 van ｄｅr W ａal ｓ 气体等温可逆过程 3、Q 得计算 (1)简单状态变化过程 等压变温过程 等压变温过程 （2） 等温等压相变过程 Joule-Ｔｈｏｍson 系数 表示节流膨胀后温度升高。 表示节流膨胀后温度不变（理想气体得)，时得温度成为倒转温度; 表示节流膨胀后温度降低(常用于气体得液化)；表示节流膨胀后温度升高。 衡水学院 理工科专业 《大学物理B 》 气体动理论 热力学基础 习题解答 命题教师：张郡亮 试题审核人：郑永春 一、填空题（每空1分） 1、有一个电子管，其真空度（即电子管内气体压强）为 ×10-5 mmHg ，则27 ℃ 时管内单位体积的分子数为_________________ ． 答：×1017 /m 3 2、在温度为127 ℃时，1 mol 氧气(其分子可视为刚性分子)的内能为________J,其中分子转动的总动能为______________J. 答： ×103 ×103 3、一定量理想气体，从A 状态 (2p 1，V 1)经历如图1所示的直线过程变到B 状态(p 1，2V 1)，则AB 过程中系统作功W ＝_________；内能改变?E =_________． 答： 112 3 V p 0 p O V V 12V 1 p 12p 1A B 图1 4、 给定的理想气体(比热容比γ为已知)，从标准状态(p 0、V 0、T 0)开始，作绝热膨胀，体积增大到三倍，膨胀后的温度T ＝____________，压强p ＝__________． 答： 1 ) 1 (T -γ , )1 (p γ 图2 (C) 前者一定是平衡态，后者一定不是平衡态． (D) 后者一定是平衡态，前者一定不是平衡态． （ C ）4、一定量的理想气体，经历某过程后，温度升高了．则根据热力学定律可以断定： ① 该理想气体系统在此过程中吸了热． ② 在此过程中外界对该理想气体系统作了正功． ③ 该理想气体系统的内能增加了． ④ 在此过程中理想气体系统既从外界吸了热，又对外作了正功． 以上正确的断言是： (A) ① 、③ ． (B) ②、③． (C) ③． (D) ③、④． （ D ）5、有人设计一台卡诺热机(可逆的)．每循环一次可从 400 K 的高温热源吸热1800 J ，向 300 K 的低温热源放热 800 J ．同时对外作功1000 J ，这样的设计是 (A) 可以的，符合热力学第一定律． (B) 可以的，符合热力学第二定律． (C) 不行的，卡诺循环所作的功不能大于向低温热源放出的热量． (D) 不行的，这个热机的效率超过理论值． 三、判断题（每小题1分，请在括号里打上√或×） （ × ）1、气体的平衡态和力学中的平衡态相同。 （ √ ）2、一系列的平衡态组成的过程是准静态过程。 （ × ）3、功变热的不可逆性是指功可以变为热，但热不可以变为功。 （ × ）4、热传导的不可逆性是指热量可以从高温物体传到低温物体，但不可以从低温物体传到高温物体。 （ × ）5、不可逆循环的热机效率1 2 1Q Q bukeni - <η。 四、简答题（每小题5分） 1、气体动理论的研究对象是什么理想气体的宏观模型和微观模型各如何 答：气体动理论的研究对象是大量微观粒子组成的系统。（1分）是从物质的微观结构和分子运动论出发，运用力学规律，通过统计平均的办法，求出热运动的宏观结果，（1分）再由实验确认的方法。（1分） 从宏观看，在温度不太低，压强不大时，实际气体都可近似地当作理想气体来处理，压强越低，温度越高，这种近似的准确度越高。（1分）理想气体的微观模型是把分子看成弹性的自由运动的质点。（1分） 2、用热力学第一定律和第二定律分别证明，在V p -图上一绝热线与一等温线不能有两个交点，如图2所示。 解：（1）由热力学第一定律有 W E Q +?= 若有两个交点a 和b ，则经等温b a →过程有 0111=-=?W Q E （1分） 经绝热b a →过程 022=+?W E 022<-=?W E （1分） 第六章气体动理论 §6-1 气体状态方程 【基本内容】 热力学系统：由大量分子组成的物质（气体、液体、固体）称为热力学系统,系统以外其它物体称为外界。 热力学：以观察和实验为基础，研究热现象的宏观规律，总结形成热力学三大定律，对热现象的本质不作解释。 统计物理学：从物质微观结构出发，按每个粒子遵循的力学规律，用统计的方法求出系统的宏观热力学规律。 分子物理学：是研究物质热现象和热运动规律的学科，它应用的基本方法是统计方法。 一、气体状态方程 1、宏观量与微观量 宏观量：表征大量分子集体性质的物理量（如P、V、T、C等）。 微观量：表征个别分子状况的物理量（如分子的大小、质量、速度等）。 2、热力学过程、平衡态与平衡过程 热力学过程：是系统状态经过一系列变化到另一状态的经历。 平衡态：是热力学系统在不受外界影响的条件下，宏观热力学性质（如P、V、T）不随时间变化的状态。它是一种热动平衡，起因于物质分子的热运动。 平衡过程：热力学过程中的每一中间状态都是平衡态的热力学过程。 3、理想气体的状态方程 （1）理想气体的状态方程 是理想气体在任一平衡态下，各状态参量之间的函数关系: （2）气体压强与温度的关系 P=nkT 玻尔兹曼常数k=R/N A=1.38×10-23J/K，啊伏加德罗常数N A =6.028×1023/mol。 ρ=nm 分子数密度n=N/V，ρ——气体质量密度，m——气体分子质量。 １/ 7 ２ / 7 二、理想气体的压强 1、理想气体的微观假设 关于分子个体力学性质的假设：（a ）分子本身的大小比起它们之间的距离可忽略不计。（b ）除了分子碰撞瞬间外，分子之间的相互作用以忽略。（c ）分子之间以及分子与器壁间的碰撞是完全弹性的。关于分子集体之间性质的假设——统计假设：（a ）分子按位置的分布是均匀的，即分子沿空间各个方向运动的数目相等。（b ）分子按速度方向的分布是均匀的，即分子沿空间各个方向运动的机会相等。2、理想气体的压强公式 分子的平均平动动能：22 1v m t =ε 3、压强的统计意义 P 是统计平均值，是对时间、对大量分子、对面积求平均的效果。 三、理想气体的温度 1、分子平均平动动能与温度的关系 温度的意义：气体的温度是分子平均平动动能的量度；温度标志物质内部分子无规则运动的剧烈程度。 2、方均根速率2v 方均根速率：是气体分子热运动时，速度的平均值。 四、分子间的碰撞 1、平均碰撞频率 是一个分子在单位时间内与其它分子碰撞的平均次数。 d ：分子有效直径，v ：分子平均速率，n ：分子数密度。 2、平均自由程 是一个分子在连续两次碰撞之间，自由运动路程的平均值。 五、能量均分定律 1、自由度 决定物体在空间位置所需要独立坐标的数目，称为该物体的自由度。 i=t+r t ：平动自由度，i ：转动自由度。 单原子分子t=3、r=0、i=3；刚性双原子分子t=3、r=2、i=5；刚性多原子分子t=3、r=3、i=62、能量均分定律12.2内能热传递
物理化学热力学第一定律总结
高中物理气体动理论和热力学题库8370004
气体动理论剖析
质量为 m 摩尔质量为 M 的理想气体，在平衡态下，压强 p、体积 V 和热力学温度 T 的关系 式是
?
A、pV=(M/m)RT B、pT=(M/m)RV C、pV=(m/M)RT D、VT=(m/M)Rp
?
?
?
正确答案： C 我的答案：C 得分： 9.1 分
2
一定量某理想气体按
=恒量的规律膨胀，则膨胀后理想气体的温度
?
A、将降低 B、将升高 C、保持不变 D、升高还是降低，不能确定
?
?
?
正确答案： A 我的答案：A 得分： 9.1 分
3
在标准状态下，任何理想气体每立方米中含有的分子数都等于
? ? B、
? ? C、
? ? D、
?
正确答案： C 我的答案：A 得分： 0.0 分
4
有一截面均匀的封闭圆筒，中间被一光滑的活塞分隔成两边，如果其中的一边装有 0.1 kg 某一温度的氢气， 为了使活塞停留在圆筒的正中央， 则另一边应装入同一温度的氧气的质量 为
?
A、0.16 kg B、0.8 kg
?
C、1.6 kg D、3.2 kg
?
正确答案： C 我的答案：C 得分： 9.1 分
5
若理想气体的体积为 V，压强为 p，温度为 T，一个分子的质量为 m，k 为玻尔兹曼常量， R 为普适气体常量，则该理想气体的分子数为
?
A、pV / m B、pV / (kT) C、pV / (RT) D、pV / (mT)
?
?
?
正确答案： B 我的答案：C 得分： 0.0 分
6
一定量的理想气体在平衡态态下，气体压强 p、体积 V 和热力学温度 T 的关系式是
? A、
? ? B、内能和热传递知识点及经典练习
九年级物理上册122内能热传递练习题新版苏科版
第章气体动理论
苏教版九年级物理上册第十二章12.2 内能 热传递 教案
热力学第二定律 概念及公式总结
第四篇 气体动理论 热力学基础
第四章气体动理论
高中物理气体动理论和热力学题库8370004
热力学第一定律主要公式
气体动理论和热力学-答案
九年级物理上册 内能 热传递教案 苏科版
热力学第一定律主要公式
气体动理论和热力学 答案
气体动理论(复习)
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