第十一章 第1单元 分子动理论 热力学定律与能量守恒 知能演练场

2019-2020年高二物理第十一章《分子热运动能量守恒》第六节热力学第二定律（1）教案旧人教版教学目标一、知识目标：1．了解热传导过程的方向性。

2．了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可制成。

3．了解热力学第二定律的两种表述方法以及这两种表述的物理实质。

4．了解什么是能量耗散。

二、能力目标：培养学生运用所学知识分析问题解决问题的能力。

三、德育目标:具有对科学的求知欲，乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理，有将科学技术应用与日常生活、社会实践的意识。

教学重点热力学第二定律的两种表述方法以及这两种表述的物理实质.教学难点第二类永动机不可制成的物理实质.教学方法教师讲解与学生课堂自学结合，并讨论归纳。

教学用具投影仪，大屏幕，相关图片.课时安排1课时教学过程一、引入新课:有这样一个有趣的问题：地球上有大量海水，它的总质量约为1.4×1018t，只要这些海水的温度降低0.1℃，就能放出5.8×1023J的热量，这相当于1800万个核电站一年的发电量．为什么人们不去研究这种“新能源”呢？原来，这样做是不可能的．这涉及物理学的一个基本定律，就是本节要讨论的热力学第二定律。

【板书】第七节热力学第二定律二、新课教学:[学生带着问题阅读、讨论]：思考：1、何为热传导的方向性？2、什么是第二类永动机？它违背了什么规律？3、何为热力学第二定律？它有几种表述方法？归纳：Ⅰ、热传导的方向性：高温物体只能“自发地”将热量传给低温物体，而低温物体必须要依靠外界的辅助才能将热量传给高温物体。

Ⅱ、第二类永动机１、没有冷凝器的能从单一热源吸收热量并全部用来做功而不引起其他变化的热机。

２、特征：符合能量守恒定律；不可能引起其他变化。

３、结论：机械能和内能的转化过程具有方向性，尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，同时不引起其它变化Ⅲ、热力学第二定律表述一：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不产生其他变化。

第六节热力学第二定律●从容说课本节是在学习了热力学第一定律的基础上进一步对热力学基础理论的学习．热力学第一定律对自然过程没有任何限制，只是指出在热力学过程中能量不会有任何增加或损失．而热力学第二定律则会解决哪些过程可以发生，哪些过程却不可以发生，二者的关系要弄清．本节采取了热力学第二定律的两种表述方式，其实质是一样的，即自然界中一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的．本节的教材特点是：多角度、多方位阐述一个核心内容；侧重于规律的理解延伸应用．结合教材的特点和地位，定位本节的教学目标如下：1．能够理解热力学第二定律的不同表述及其实质的内在联系．2．对第二类永动机不可能制成及能量耗散有定性的认识．3．树立开发能源、节约能源的意识．本节课的教学重点定位于对热力学第二定律两种表述的认识及物理实质的联系理解．本节课的教学难点定位于对第二类永动机及其不能制成的原因的思维定势理解上．结合本节教材的特点，为了突出重点，突破难点，充分调动学生的主体能动性，教学中采用互动探究式及问题解决的教学方法．以学生为主体，教师在适当的时机加以引申、拓展和点拨，使学生不仅学习到文化知识，还进一步陶冶了情操，锻炼了能力．本节课的教学程序如下：设疑引入→提出问题→引出本节学习任务→学生互动探究→提出新的问题→教师点拨拓展→学生再探究→解决实际问题→小结本节内容．●教学目标一、知识目标1．了解热传导过程的方向性。

2．了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成。

3．了解热力学第二定律的两种不同表述，以及这两种表述的物理实质。

4．了解什么是能量耗散以及热力学第三定律。

二、能力目标理解和运用热力学第二定律解释和分析有关物理问题，培养学生通过日常生活现象概括物理规律的能力。

三、德育目标1．通过第二类永动机不可能制成的教学，教育学生要有效地利用自然界提供的各种能源，必须遵循自然界的规律.2．培养、提高开发能源、节约能源的意识。

●教学重点1．热力学第二定律的两种不同表述，以及两种表述的物理实质。

1 第1单元 分子动理论 热力学定律与能量守恒(3)物体所含的分子数 n ＝V V m ·N A ＝m ρV m·N A 或n ＝m M ·N A ＝ρV M ·N A . (4)单位质量中所含的分子数 n ′＝N A M .4．分子的大小: (1)球体模型直径d ＝ 36V 0π(2)立方体模型边长为d ＝ 3V 0. (3)熟记: ①分子直径的数量级是10－10 m. ②分子质量的数量级是10－26 kg.说明：(1)固体和液体分子都可看成是紧密堆积在一起的．分子的体积V 0＝V m N A，仅适用于固体和液体，对气体，V 0表示每个气体分子平均占有的空间体积． (2)对于气体分子，d ＝3V 0的值并非气体分子的大小，而是两个相邻的气体分子之间的平均距离．二、布朗运动与扩散现象1．布朗运动与扩散现象的异同(1)它们都反映了分子在永不停息地做无规则运动；(2)它们都随温度的升高而表现得更明显．(3)布朗运动只能在液体、气体中发生，而扩散现象可以发生在固体、液体、气体任何两种物质之间．2．对布朗运动的理解(1)研究对象：悬浮在液体、气体中的小颗粒．(2)特点：①永不停息 ②无规则 ③颗粒越小，现象越明显 ④温度越高，运动越激烈 ⑤肉眼看不到(3)成因：布朗运动是由于液体分子无规则运动对小颗粒撞击力的不平衡引起的，是分子无规则运动的反映．说明：(1)布朗运动不是固体分子的运动，也不是液体分子的运动，而是小颗粒的运动，是液体分子无规则运动的反映．(2)布朗运动中的颗粒很小，肉眼看不见，需用显微镜才能观察到．三、分子力与分子势能1．分子间的相互作用力：Array分子力是引力与斥力的合力．分子间的引力和斥力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，但总是斥力变化得较快，如图甲所示．(1)r＝r0时，F引＝F斥，F＝0；(2)当r<r0时，F引和F斥都随距离的减小而增大，但F引<F斥，F表现为斥力；(3)当r>r0时，F引和F斥都随距离的增大而减小，但F引>F斥，F表现为引力；(4)当r>10r0(10－9 m)时，F引和F斥都已经十分微弱，可以认为分子间没有相互作用力(F＝0)．2．分子势能分子势能是由分子间相对位置而决定的势能，它随着物体体积的变化而变化，与分子间距离的关系为：(1)当r>r0时，分子力表现为引力，随着r的增大，分子引力做负功，分子势能增大；(2)当r<r0时，分子力表现为斥力，随着r的减小，分子斥力做负功，分子势能增大；(3)当r＝r0时，分子势能最小，但不为零，为负值，因为选两分子相距无穷远时分子势能为零．(4)分子势能曲线如图乙所示．四、温度和温标1．温度温度在宏观上表示物体的冷热程度；在微观上表示分子的平均动能．2．两种温标(1)比较摄氏温标和热力学温标：两种温标温度的零点不同，同一温度两种温标表示的数值不同，但它们表示的温度间隔是相同的，即每一度的大小相同，Δt＝ΔT.(2)关系：T＝t＋273.15 K.说明：(1)热力学温度的零值是低温极限，永远达不到，即热力学温度无负值．(2)温度是大量分子热运动的集体行为，对个别分子来说温度没有意义．五、物体的内能1．定义：物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和．2．决定内能的因素(1)微观上：分子动能、分子势能、分子个数．(2)宏观上：温度、体积、物质的量(摩尔数)．3．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的时候，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的时候，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．4．温度、内能、热量、功的比较：2说明：(1)温度、内能、热量和功是热学中相互关联的四个物理量．当物体的内能改变时，温度不一定改变．只有当通过热传递改变物体内能时才会有热量传递，但能的形式没有发生变化．(2)热量是热传递过程中的特征物理量，离开过程谈热量毫无意义．就某一状态而言，只有“内能”，根本不存在“热量”和“功”，因此不能说一个系统中含有“多少热量”或“多少功”．(3)物体的内能大，并不意味着物体一定会对外做功或向外传递热量，或者做的功多，传递的热量多．只有物体内能的变化大时，过程中做的功或传递的热量才会多．六、热力学第一定律1．内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和．2．表达式：ΔU＝Q＋W.3．符号规定：4.几种特殊情况(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加．(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加．(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量．说明：(1)应用热力学第一定律时要明确研究的对象是哪个物体或者是哪个热力学系统．(2)应用热力学第一定律计算时，要依照符号法则代入数据．对结果的正、负也同样依照规则来解释其意义．七、对热力学第二定律的理解：1．在热力学第二定律的表述中，“自发地”、“不产生其他影响”的涵义．(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观对象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助．(2)“不产生其他影响”的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响．如吸热、放热、做功等．2．热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行34 的涉及热现象的宏观过程都具有方向性．3．热力学过程方向性实例：热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在有外界影响的条件下，热量可以从低温物体传到高温物体，如电冰箱；在引起其他变化的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程．八、对能量守恒定律的理解：1．自然界中能量的存在形式：物体运动具有动能、分子运动具有分子动能、电荷具有电能、原子核内部的运动具有原子能等，可见，在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应．2．不同形式的能量之间可以相互转化，且这一转化过程是通过做功来完成的．3．某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等．4．某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等．5．两类永动机的比较 ：说明：(1)虽然功与能具有相同的单位，但两者是完全不同的两个概念，在能量守恒定律的表达式中只存在能量，不存在功．(2)能量的转化和守恒定律是自然界中普遍存在的一种规律，是无条件的，而机械能守恒定律是有条件的．(1)一个汞原子的质量(用相应的字母表示即可)；(2)一个汞原子的体积(结果保留一位有效数字)； (3)体积为1 cm3的汞中汞原子的个数(结果保留一位有效数字)．2.一颗炮弹在空中以某一速度v 飞行，有人说：由于炮弹中所有分子都具有这一速度v ，所以分子[答案] (1)M N A (2)2×10－29 m 3 (3)4×1022个5 具有动能；又由于分子都处于高处，所以分子又具有势能，因此分子的上述动能和势能的总和就是炮弹的内能，试分析这种说法是否正确．也有人说：炮弹飞行时，与空气摩擦造成炮弹温度升高，所以炮弹内每个分子的温度都升高，每个分子的动能都增大，试分析这种说法是否正确．[例3] (2010年高考江苏单科)(1)为了将空气装入气瓶内，现将一定质量的空气等温压缩，空气可视为理想气体．下列图象能正确表示该过程中空气的压强p 和体积V 关系的是________．(2)在将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，外界做了24 kJ 的功．现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底，若在此过程中，瓶中空气的质量保持不变，且放出了5 kJ 的热量．在上述两个过程中，空气的内能共减小________kJ ，空气________(选填“吸收”或“放出”)的总热量为________kJ.(3)已知潜水员在岸上和海底吸入空气的密度分别为1.3 kg/m3和2.1 kg/m3，空气的摩尔质量为0.029 kg/mol ，阿伏加德罗常数NA ＝6.02×1023 mol －1.若潜水员呼吸一次吸入2 L 的空气，试估算潜水员在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空气的分子数．(结果保留一位有效数字)热力学第一定律的应用[答案] (1)B (2)5 kJ 放出 29 kJ (3)3×10226[例4]如图为电冰箱的工作原理示意图．压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循 环．在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外．(1)下列说法正确的是( )A ．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B ．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能C ．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律D ．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律(2)电冰箱的制冷系统从冰箱内吸收的热量与释放到外界的热量相比，有怎样的关系？[答案] (1)BC (2)释放到外界的热量比冰箱内吸收的热量多【2014考纲解读】按照考纲的要求，本章内容均为Ⅰ级要求，在复习过程中，不再细分为几个单元。

【分子动理论 气体与热力学定律】专题讲练一、考纲要求六.分子动理论、热和功、气体热学局部在高考理综中仅仅以一道选择题的形式出现，分值：６分。

知识要点是分子动理论、内能、热力学三定律及能量守恒定律和气体的性质。

二、典例分类评析1、分子的两种模型及宏观量、微观量的计算〔1〕分子的两种模型①球体模型：常用于固体、液体分子。

V=1/6πd 3②立方体模型：常用于气体分子。

V=d3 〔2〕宏观量、微观量的计算在此所指的微观量为:分子体积0V ，分子的直径d ，分子的质量0m ．宏观物理量为：物质的体积V 、摩尔体积mol V 、物质的质量m 、摩尔质量M 、物质的密度ρ。

阿伏加德罗常数是联系微观物理量和宏观物理量的桥梁。

由宏观量去计算微观量，或由微观量去计算宏观量，都要通过阿伏加德罗常数建立联系．所以说阿伏加德罗常数是联系宏观量与微观量的桥梁．①计算分子的质量：0mol A AV M m N N ρ== ②计算分子的体积：0mol A A V M V N N ρ==，进而还可以估算分子的直径(线度) d ，把分子看成小球，由30432d V π⎛⎫= ⎪⎝⎭，得d =〔注意：此式子对固体、液体成立〕 ③计算物质所含的分子数：A A A mol m V V n N N N M V Mρ===． 例1、以下可算出阿伏加德罗常数的一组数据是 〔 〕A ．水的密度和水的摩尔质量B ．水的摩尔质量和水分子的体积C ．水分子的体积和水分子的质量D ．水分子的质量和水的摩尔质量例2、只要知道以下哪一组物理量，就可以估算出气体中分子间的平均距离 〔 〕A.阿伏加德罗常数，气体摩尔质量和质量B ．阿伏加德罗常数，气体摩尔质量和密度C ．阿伏加德罗常数，气体质量和体积D ．该气体的密度、体积和摩尔质量例3、某固体物质的摩尔质量为M ，密度为ρ，阿伏加德罗常数为A N ，那么每个分子的质量和单位体积内所含的分子数分别是 〔 〕A ．A N M 、A N M ρB ．A M N 、A MN ρC ．A N M 、 A M N ρD ．A M N 、 A N Mρ 例4、假设以 μ表示水的，υ表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积， ρ为表示在标准状态下水蒸气的密度，N A 为阿伏加德罗常数，m 、Δ分别表示每个水分子的质量和体积，下面是四个关系式中正确的选项是 〔 〕A ． N A = ─── υρ mB ．ρ = ─── μA N ΔC ． m = ─── μA ND ．Δ= ─── υAN 例5、地球半径约为6.4×106 m ，空气的摩尔质量约为29×10-3 kg/mol,一个标准大气压约为1.0×105 Pa.利用以上数据可估算出地球外表大气在标准状况下的体积为 〔 〕A.4×1016 m 3B.4×1018 m 3C. 4×1030 m 3D. 4×1022 m 32、分子热运动和布朗运动(1)布朗运动①布朗运动是指悬浮小颗粒的运动，布朗运动不是一个单一的分子的运动——单个分子是看不见的，悬浮小颗粒是千万个分子组成的粒子，形成布朗运动的原因是悬浮小颗粒受到周围液体、气体分子紊乱的碰撞和来自各个方向碰撞效果的不平衡，因此，布朗运动不是分子运动，但它间接证明了周围液体、气体分子在永不停息地做无规那么运动，②布朗运动与扩散现象是不同的现象．布朗运动是悬浮在液体中的微粒所做的无规那么运动．其运动的剧烈程度与微粒的大小和液体的温度有关．扩散现象是两种不同物质在接触时，没有受到外力影响。

第十一章热学热力学定律与能量守恒1．下列说法正确的是()．A．气体的内能是分子热运动的动能和分子间的势能之和B．气体的温度变化时，其分子平均动能和分子间势能也随之改变降低而增大D．布朗运动是液体分子的无规则运动解析气体的温度变化时，其分子平均动能也随之改变，但分子间势能不一定变化，选项B错误；布朗运动不是液体分子的运动，是液体分子无规则运动的反映，选项D错误．答案 A2．清晨，草叶上的露珠是由空气中的水汽凝结成的水珠，这一物理过程中，水分子间的()A．引力消失，斥力增大B．斥力消失，引力增大C．引力、斥力都减小D．引力、斥力都增大解析因为空气中水汽凝结成水珠时水分子间距离减小，再根据分子力与分子间距离的关系可知，当分子间距离减小时斥力、引力同时增大，所以只有D项正确．答案 D3．两个分子相距为r1时，分子间的相互作用力表现为引力，相距为r2时，表现为斥力，则下面说法正确的是()．A．相距为r1时，分子间没有斥力存在B．相距为r2时，分子间的斥力大于相距为r1时的斥力C．相距为r2时，分子间没有引力存在D．相距为r1时，分子间的引力大于相距为r2时的引力解析两个分子相距为r1时，分子间的相互作用力表现为引力，相距为r2时，表现为斥力，因分子间同时存在引力和斥力，则选项A、C错误；因分子间相距为r2时，表现为斥力，随着距离的增大分子间的斥力减小，则分子间的斥力大于相距为r1时的斥力；分子间相距为r1时，表现为引力，随着距离的增大，分子间的引力减小，则分子间的引力小于相距为r2时的引力，故选项D错误，选项B正确．答案 B4．下列说法中正确的是()．A．布朗运动是液体分子无规则的运动B．分子间不可能同时存在引力和斥力C．热量不可能从低温物体传到高温物体D．外界对物体做功，物体的内能不一定增加解析布朗运动是悬浮在液体中颗粒的无规则运动，反映了液体分子的无规则运动，A错；分子间同时存在引力和斥力，B错；在外力做功时，热可以从低温物体传到高温物体，C错；外界对物体做功，有可能放热，内能减少，D对．答案 D5．做布朗运动实验，得到某个观测记录如图1，图中记录的是()图1A．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解析微粒在周围液体分子无规则碰撞作用下，做布朗运动，轨迹是无规则的，实际操作中不易描绘出微粒的实际轨迹；而按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线的无规则，也能充分反映微粒布朗运动的无规则，本实验记录描绘的正是某一粒子位置的连线，故选D.答案 D6．一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功6.0×104 J，气体内能减少1.4×105 J，则此过程()．A．气体从外界吸收热量2.0×105 JB．气体向外界放出热量2.0×105 JC．气体从外界吸收热量8.0×104 JD．气体向外界放出热量8.0×104 J解析由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，Q＝ΔU－W＝－1.4×105 J－6.0×104 J ＝－2.0×105 J，负号表示放出热量，所以B正确，其他选项错误．答案 B7．关于热力学定律和分子动理论，下列说法正确的是()．A．一定量气体吸收热量，其内能一定增大B．不可能使热量由低温物体传递到高温物体C．若两分子间距离增大，分子势能一定增大D．若两分子间距离减小，分子间引力和斥力都增大解析由热力学第一定律知内能的变化取决于做功和热传递两个方面，故A 错误．由热力学第二定律知在引起其他影响的情况下热量也可由低温物体传递到高温物体，B错误．当r＞r0时分子力表现为引力，分子距离增大时分子势能增大，而r＜r0时则相反，故C错误．分子间引力和斥力都是随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而增大，故D正确．答案 D8．关于热力学定律，下列说法正确的是()．A．在一定条件下物体的温度可以降到0 KB．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功C．吸收了热量的物体，其内能一定增加D．压缩气体总能使气体的温度升高解析根据热力学第三定律绝对零度不可能达到，故A错误；物体从外界吸收热量、对外做功，根据热力学第一定律可知内能可能增加、减少或不变，故C错误；压缩气体，外界对气体做正功，可能向外界放热，内能可能减少、温度降低，故D错误；物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功而引起其他变化，B正确．答案 B9．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/m3)，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0.2×10－3aN AMB．a克拉钻石所含有的分子数为aN A MC．每个钻石分子直径的表达式为36M×10－3N Aρπ(单位为m)D．每个钻石分子直径的表达式为6MN Aρπ(单位为m)解析a克拉钻石物质的量为μ＝0.2aM，所含分子数为n＝μN A＝0.2aN AM，A、B均错误；钻石的摩尔体积为V＝M×10－3ρ(单位为m3/mol)，每个钻石分子体积为V0＝VN A ＝M×10－3N Aρ，设钻石分子直径为d，则V0＝43π⎝⎛⎭⎪⎫d23，联立解得d＝36M×10－3N Aρπm．C正确、D错误．答案 C10．(1)关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是()．A．教室内看到透过窗子的“阳光柱”里粉尘颗粒杂乱无章的运动，这种运动是布朗运动B．热量只能从高温物体向低温物体传递，不可能由低温物体传给高温物体C．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105 J，若空气向外界放出热量1.5×105 J，则空气内能增加5×104 JD．一定质量的理想气体，如果保持温度不变，体积越小，压强越大(2)1 mL水用注射器能滴50滴，水的密度ρ＝103kg/m3，则1滴水中有多少个水分子？(阿伏加德罗常数N A＝6.02×1023 mol－1)解析(1)布朗运动是由液体分子撞击固体小颗粒而引起的，而教室内粉尘颗粒杂乱无章的运动是由于空气流动引起的，A项错误；在一定条件下，热量可以从低温物体传给高温物体，例如夏天空调工作时，不断地将热量从低温的室内传到高温的室外，B项错误；根据热力学第一定律可知，C项正确；根据pVT＝恒量可知，对于一定质量的气体，温度不变，体积越小，压强越大，D项正确．(2)1滴水的体积为V＝1×10－650m3＝2×10－8 m31滴水的质量为m＝Vρ＝2×10－8×103 kg＝2×10－5 kg 所以1滴水中水分子的个数为n＝mm mol N A＝2×10－518×10－3×6.02×1023个＝6.69×1020个．答案(1)CD(2)6.69×1020个11．用油膜法估测分子的大小．实验器材有：浓度为0.05%(体积分数)的油酸酒精溶液、最小刻度为0.1 mL 的量筒、盛有适量清水的浅盘、痱子粉、胶头滴管、玻璃板、彩笔、坐标纸(最小正方形边长为1 cm)．则(1)下面给出的实验步骤中，正确排序应为________(填序号)．为估算油酸分子的直径，请补填最后一项实验步骤DA ．待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上B ．用滴管将浓度为0.05%的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下滴入1 mL 油酸酒精溶液的滴数NC ．将痱子粉均匀地撒在浅盘内水面上，用滴管吸取浓度为0.05%的油酸酒精溶液，从低处向水面中央滴入一滴D ．_________________________________________________________.(2)利用以上测量数据，写出单个油酸分子直径的表达式为________．解析 (1)根据实验原理可得，给出的实验步骤的正确排序为BCA ，步骤D 应为将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，以坐标纸上边长为1 cm 的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数，算出油酸薄膜的面积S .(2)每滴油酸酒精溶液的体积为1N1滴油酸酒精溶液所含纯油酸的体积为V ＝1N ×0.05%所以单个油酸分子的直径为d ＝V S ＝0.05%NS .答案 (1)BCA 将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，以坐标纸上边长为1 cm 的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数，算出油酸薄膜的面积S (2)0.05%NS12．(1)如图2所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片．轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动．离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动．下列说法正确的是( )．图2A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量(2)在将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，外界做了24 kJ的功．现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底，若在此过程中，瓶中空气的质量保持不变，且放出了5 kJ的热量．在上述两个过程中，空气的内能共减小________kJ，空气________(选填“吸收”或“放出”)的总热量为____________kJ.(3)已知潜水员在岸上和海底吸入空气的密度分别为1.3 kg/m3和2.1 kg/m3，空气的摩尔质量为0.029 kg/mol，阿伏加德罗常数N A＝6.02×1023 mol－1.若潜水员呼吸一次吸入2 L空气．试估算潜水员在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空气的分子数．(结果保留一位有效数字)解析(1)形状记忆合金从热水中吸收热量后，一部分能量在伸展划水时转变为水和转轮的动能，另一部分释放到空气中，根据能量守恒定律可知只有D 项正确．(2)因理想气体的内能只跟温度有关，第一个过程是等温压缩，所以内能不变，第二个过程中，体积不变，说明只与外界发生热传递，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，所以ΔU＝0－5 kJ＝－5 kJ，故空气内能减少5 kJ，空气放出29 kJ的热量．(3)设空气的摩尔质量为M，在海底和岸上的密度分别为ρ海和ρ岸，一次吸入空气的体积为V，则有Δn＝(ρ海－ρ岸)VM N A，代入数据得Δn＝3×1022个．答案(1)D(2)5放出29(3)3×1022个。

第十一章分子热运动能量守恒第六节热力学第二定律教学目标一、知识目标：1.了解热传导过程的方向性.2.了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成.3.了解热力学第二定律的两种不同表述，以及这两种表述的物理实质.4.了解什么是能量耗散.二、能力目标：培养学生通过日常生活现象概括物理规律的能力.三、德育目标：通过第二类永动机不可能制成的教学，教育学生要有效地利用自然界提供的的各种能源，必须遵循自然界的规律.教学重点1.热力学第二定律的两种不同表述，以及两种表述的物理实质.2.第二类永动机及其不能制成的原因.教学难点热力学定律的不同表述及物理实质教学方法阅读法、分析归纳法、讲练法教学用具投影仪、投影片、录像带课时安排1课时教学过程一、引入新课［投影］地球上海水的总质量约为1.4×1018 t，当海水的温度降低0.1 ℃，放出多少焦的热量？假设每个核电站的功率为100万千瓦，则这些热量相当于多少个这样的电站一年的发电量？［学生解答］得到：这些海水的温度降低0.1 ℃，能放出5.8×1023 J的热量，这相当于 1800万个功率为100 万千瓦的核电站一年的发电量.［教师］既然海水能放出这么多的能量，为什么人们不去研究这种新能源呢？原来这样做是不可能的，这涉及到物理学的一个基本定律，这就是本节要学习的热力学第二定律.二、新课教学（一）热传导的方向性［问］两个温度不同的物体互相接触时，将会出现什么现象？［学生］两个温度不同的物体互相接触时，热量将从高温物体传给低温物体，使高温物体温度降低，低温物体温度升高.［教师］上述过程中热量是自发地从高温物体传给低温物体的，我们所说的“自发地”指的是没有任何的外界影响或者帮助.［问］那么，同学们见过热量从低温物体传给高温物体的实例吗？［学生］电冰箱能够把热量从低温物体传给高温物体［教师］电冰箱能够把热量从低温物体传给高温物体，在该过程中电冰箱要消耗电能，一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了，相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使其温度逐渐升高.［总结］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，但是向相反方向却不能自发地进行，要实现相反方向的过程.必须借助外界的帮助.因而要产生其他影响或引起其他变化.（二）第二类永动机［问］一个在水平地面上运动的物体，撤去外力作用后，为什么会停下来？在这个过程中，能量是如何转化的？［学生］在水平地面上运动的物体，撤去外力后，由于克服摩擦力做功，所以最后会停下来；在上述过程中，物体的动能转化为内能.［教师］现在，我们假想：发明一种热机，用它把物体与地面摩擦所生的热量都吸收过来，并用来对物体做功，将内能全部转化为动能，使因摩擦停止运动的物体在地面上重新运动起来，而不引起其他变化，这是否可能？［学生阅读课文，分组讨论］［学生汇报讨论结果］［教师总结］通过同学们的分析，我们得到：实际上，热机不能把它得到的内能转化为机械能，因为热机必须有热源和冷凝器，热机工作时，总要向冷凝器放热，不可避免地要由工作物质带走一部分热量Q，即使是理想热机，没有摩擦，也没有漏气等能量损失，它也不可能把吸收的热量百分之百地转化为机械能，总要有一部分热量散发到冷凝器中.［放映热机工作的录像资料，加深学生的理解］［教师］人们把这种从单一热源吸收的热量，可以全部用来做功而不引起其他变化的热机叫第二类永动机.第二类永动机虽不违背守恒定律，但是也失败了.第二类永动机不可能制成，表示机械能和内能的转化过程具有方向性，也就是说机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化.（三）热力学第二定律［演示］如图所示的连通容器，A中装有红棕色NO2气体，B是真空，打开阀门K，观察发生的现象.［现象］我们看到A中的气体自发地向容器B中膨胀，最后两个容器都充满气体［问］A、B中的气体是否会自发地分开呢？［学生］不会自发地分开［教师］上述实验说明热学中的扩散现象具有方向性，我们把类似的具有方向性的现象进行概括，就得到了热力学第二定律.［学生阅读课文，并解答思考题］［投影］1.热力学第二定律常见的两种表述方式是什么？2.热力学第二定律对我们认识自然、利用自然有什么重要意义？3.什么是能量耗散？能量耗散反映了什么问题？［学生回答］1.热力学第二定律的两种常见表述是：第一种表述：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.第二种表述：不可能从单一热源吸热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化.2.热力学第二定律揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，即自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性3我们没有办法把流散的能量重新收集起来加以利用，这种现象叫能量耗散，能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性.［强化训练］讨论：热力学第一定律和热力学第二定律的关系.参考解答热力学第一定律和第二定律都自然界中独立的定律，热力学第二定律是第一定律的补充.1.第一定律只指出了η不大于100%，而第二定律指出的是η不等于100%，说明功可以全部变为热，而热量不能通过一循环全部变为功，即机械能和内能是有区别的.2.第一定律指出了热功等效和转换关系，指出任何过程能量必须守恒第二定律指出的是：并非所有能量守恒过程都能实现，低温热源的热量就不能自动地传向高温热源，揭示了过程进行的方向和条件.3.第一定律没有温度的概念，第二定律中有了温度的概念，提出了在高温热源和低温热源间的问题，提出了不同温度差下，相同的热量效果是不一样的，有必要加以区分.三、小结这一节我们又学习了热学方面的几个重要规律，热力学第二定律的不同表述及其物理实质是学习的重点和难点，还要学会用热力学第二定律的结论解释一些现象。

第1节分子动理论内能第1节分子动理论内能知识点1分子运动论的基本内容1.物体是由大量分子组成的(1)分子很小：①直径数量级为10巾』.②质量数量级为10勺〜10 " kg.(2)分子数目特别大：阿伏加徳罗常数A；=6. 02X10" mol \2.分子热运动(1)布朗运动：①永不停息、无规则运动:②颗粒越小，运动越明显:③温度越髙，运动越剧烈:④运动轨迹不确定，只能用位昼连线确左微粒做无规则运动；⑤不能直接观察分子的无规则运动，而是用固体小颗粒的无规则运动来反映液体分子的无规则运动.(2)热运动：物体里的分子永不停息地做无规塑运动，这种运动跟温度有关(选填“有关”或"无关”)，通常称作热运动.3.分子间的相互作用力(1)引力和斥力同时存在,都随距离的增大而减小，斥力变化更快.(2)分子力的特点®r=r0时的数量级为IO-10 m), F引=尸斥，分子力尸=0；②X*时,尸,;|<尸広,分子力尸表现为斥力:③r>n时，心〉处，分子力尸表现为引力;®r>10r o时，只；|、尺;迅速减为零，分子力5=0.(3)分子力随分子间距离的变化图象(如图图11-1-1知识点2温度和物体的内能1.温度两个系统处于热平衡时，它们具有某个“共同的热学性质”，我们把表征这一“共同热学性质”的物理量定义为温度.一切达到热平衡的系统都具有相同的逼度丄2.两种温标摄氏温标和热力学温标.关系：7=t+273. 15_K.3.分子的动能(1)分子动能是分子热运动所具有的动能；(2)分子热运动的平均动能是所有分子热运动的动能的平均值，温度是分子热运动的蛋均动能的标志：(3)分子热运动的总动能是物体内所有分子热运动动能的鱼虹4.分子的势能(1)意义：由于分子间存在着引力和斥力，所以分子具有由它们的相对位置决左的能.(2)分子势能的决泄因素：微观上一一决左于分子间距离和分子排列情况:宏观上一一决定于体积和状态.5.物体的内能(1)等于物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和,是状态量；(2)对于给左的物体，苴内能大小由物体的温度和体积决立:(3)物体的内能与物体的位程高低、运动速度大小无关.知识点3实验：用油膜法估算分子的大小1.实验目的(1)估测油酸分子大小的数量级.(2)体会通过测量宏观疑估算微观屋的方法.2.实验原理利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜(如图11-1-2所示),将油酸分子看做球形，测出一左体积油酸溶液在水而上形成的油膜面积，用•算岀油膜的厚度，英中卩为一滴油酸溶液中纯油酸的体积，S为油膜面积.这个厚度就近似等于油酸分子的直径.图11-1-23.实验器材已稀释的汕酸若干毫升、量简1个、浅盘1只(30 cmX40 cm)、纯净水、注射器(或滴管)1支、透明玻璃板一块、坐标纸、彩色水笔1支、弟子粉或石膏粉(带纱网或粉扑).4.实验步骤(1)取1 mL(l cm')的汕酸溶于洒精中，制成200 mL的油酸酒精溶液.(2)往边长约为30〜40 cm的浅盘中倒入约2 cm深的水，然后将那子粉或石膏粉均匀地撒在水而上.(3)用滴管(或注射器)向量筒中滴入n滴配制好的油酸酒精溶液，使这些溶液的体积恰好为1 mL,算岀每滴油酸洒精溶液的体积％=沐.n(4)用滴管(或注射器)向水而上滴入一滴配制好的油酸酒精溶液，油酸就在水而上慢慢散开，形成单分子油膜.(5)待油酸薄膜形状稳左后,将一块较大的玻璃板盖在浅盘上，用彩笔将汕酸薄膜的形状画在玻璃板上.(6)将画有油酸薄膜轮屎的玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积.(7)根据油酸酒精溶液的浓度，算岀一滴溶液中纯油酸的体积穴根据纯汕酸的体积V 和薄膜的而积S,算出油酸薄膜的厚度即为油酸分子的直径.比较算出的分子宜径，看英数呈:级(单位为m)是否为10-10,若不是10 “需重做实验.［核心精讲］1.分子的两种模型图11-1-3(2)立方体模型边长戶號.(常用于气体)对于气体分子，〃=护的值并非气体分子的大小，而是两个相邻的气体分子之间的平(1)球体模型直径戶 •(常用于固体和液体)均距离.2.宏观量与微观量的转换桥梁作为宏观量的摩尔质疑.£:、摩尔体积密度P与作为微观量的分子直径d、分子质量皿每个分子的体积％都可通过阿伏加徳罗常数联系起来.如下所示.⑴一个分子的质量：血=学.(2)-个分子所占的体积：％=牛(估算固体、液体分子的体积或气体分子平均占有的空间).(3) 1 mol物质的体积:%=巻⑷质量为H的物体中所含的分子数：p v(5)体积为y的物体中所含的分子数：/2=—AL［师生共研］空调在制冷过程中，室内空气中的水蒸气接触蒸发器(铜管)液化成水，经排水管排走，空气中水分越来越少，人会感觉干燥.若有一空调工作一段时间后，排出液化水的体积r=1.0X103 cml 已知水的密度P=1.0X105 kg/m\ 摩尔质M J/^1.8X10'2 kg/mob 阿伏加徳罗常数皿=6. 0X10：5 mor1.试求：(结果均保留一位有效数字)(1)该液化水中含有水分子的总数用(2)-个水分子的直径d.【规范解答】(1)水的摩尔体积为：M 1.8X10 2 ,^=7=I.OXIO5 M 11101= 1.8X10-5 m3/mol水分子数：川=孕rol・0X10'X10 収6・0><炉= 1.8X10 5^3X10=5(个).(2)建立水分子的球模型有眉=£ n &得水分子直径6% nA ；卜例3 / 6X1,8X10 6m=4X10-10 m.14X6.0X1023【答案】(l)3X10：5个(2)4X10 10 m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，苴中阿伏加徳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小立方体形.气体分子所占据的空间则建立立方体模型.［题组通关］1.若以“表示水的摩尔质咼，$表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积，P为在标准状态下水蒸气的密度，龙为阿伏加徳罗常数，皿A分别表示每个水分子的质量和体积，下而是四个关系式：p V u u V①皿= （2） P =... ③加=〒④A =— JL-111（丿A.①和②都是正确的B.①和③都是正确的C.③和④都是正确的D.①和④都是正确的U p VB由兀=—=——，故①③对，因水蒸气为气体，水分子间的空隙体积远大于分子本身m m 体积，即6血・A ,④不对，而P =快“,②也不对，故B项正确.2.（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Q （单位为kg./m3）,摩尔质量为.1/（单位为g/mol）,阿伏加徳罗常数为M已知1克拉=0.2克，则（）【导学号：96622186］A.&克拉钻石物质的量为晋B.a克拉钻石所含有的分子数为辛C.&克拉钻石所含有的分子数为耳严6：；弓」（单位为小D.每个钻石分子直径的表达式为勺ACD a克拉钻石物质的量为A对，所含分子数为记匕尹，C对，钻石的摩尔体积为卩=竺亘（单位为n）7mol）,每个钻石分子体积为％=土=三止，设钻石分子P Ai 血P直径为么贝IJ n ^3,联立解得4寸：：需:（单位为m）, D对.［核心精讲］3.（多选）（2017 •保左期末）我国已开展空气中PM2. 5浓度的监测工作.PM2. 5是指空气中直径等于或小于2. 5 um的悬浮颗粒物，其飘浮在空中做无规则运动，很难自然沉降到地面，吸入后对人体形成危害.矿物燃料燃烧的排放物是形成PM2. 5的主要原因.下列关于PM2.5的说法中正确的是（）A.PM2. 5的尺寸与空气中氧分子的尺寸的数量级相当B.PM2. 5在空气中的运动不属于分子热运动C.PM2. 5的运动轨迹只是由大疑空气分子对PM2. 5无规则碰撞的不平衡决定的D.倡导低碳生活，减少煤和石油等燃料的使用，能有效减小PM2.5在空气中的浓度BD PM2. 5的尺寸比空气中氧分子的尺寸大得多，A错误：PM2. 5在空气中的运动不属于分子热运动，B正确：PM2. 5的运动轨迹是由大疑空气分子对PM2. 5无规则碰撞的不平衡和气流的运动决左的,C错误;倡导低碳生活，减少煤和石油等燃料的使用，能有效减小PM2.5 在空气中的浓度，D正确.4.（多选）根据分子动理论，下列说法正确的是（）【导学号：96622187］A.水和洒精混合后的体积小于原来体积之和，说明分子间存在引力B.在一上条件下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素C.一个气体分子的体积等于气体的摩尔体积与阿伏加徳罗常数之比D.分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大BD水和酒精混合后的体积小于原来体积之和，说明分子间存在空隙，选项A错误；根拯扩散现象的应用知，选项B正确：气体分子间的距离比较大，一个气体分子的体积远小于气体的摩尔体积与阿伏加徳罗常数之比，选项C错误：如果一开始分子间的距离小于h,随着分子间距离的增大，分子的斥力做正功，分子势能减小，当分子间距大于"后，分子引力做负功，分子势能增大，选项D正确.［核心精讲］（多选）两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动，直至不再靠近.在此过程中，下列说法正确的是（）A.分子力先增大，后一直减小B.分子力先做正功，后做负功C.分子动能先增大，后减小D.分子势能先增大，后减小BC当距离较远时，分子力表现为引力，靠近过程中分子力做正功，动能增大，势能减小：当距离•减小至分子平衡距离时，引力和斥力相等，合力为零，动能最大，势能最小；当距离继续减小时.分子力表现为斥力，继续靠近过程中.斥力做负功，势能增大，动能减小, 选项B、C正确.判断分子势能变化的两种方法方法一：利用分子力做功判断.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：利用分子势能爲与分子间距离r的关系图线判断.如图所示.图11-1-4但要注意此图线和分子力与分子间距离的关系图线的形状虽然相似，但意义不同，不要混淆.［题组通关］5.（多选）两分子间的斥力和引力的合力尸与分子间距离2•的关系如图中曲线所示，曲线与■轴交点的横坐标为e相距很远的两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近.若两分子相距无穷远时分子势能为零，下列说法正确的是（）图11-1-5A.在_r>n阶段，尸做正功，分子动能增大，势能减小B.在2<打阶段，尸做负功，分子动能减小，势能也减小C.在时，分子势能最小，动能最大D.在r=r0时，分子势能为零AC在r>r。