广东高考热学专题整合.docx
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广东高考热学专题整合
年级:
高复班授课时间:
2015.03.05授课教师:
科目:
物理
课题
分子动理论内能
教学目标
1.知道分子动理论的基本内容
2.知道分子的热运动,布朗运动
3.知道分子间的相互作用力与分子间距离的关系
4.知道分子热运动的动能和势能,知道物体的内能与机械能的区别
5.知道利用油膜法测分子直径的方法
教学重点与难点
1.分子间的相互作用力与分子间距离的关系
2.分子势能与分子间距离的关系
教学过程
教学过程
教学过程
一、分子动理论的基本内容
1.物体是由大量分子组成的
(1)多数分子大小的数量级为10-10m.
(2)一般分子质量的数量级为10-26kg.
2.分子在永不停息地做无规则热运动
(1)扩散现象:
不同的物质在互相接触时彼此进入对方的现象叫做扩散现象,它是由于分子的无规则运动而产生的物质迁移现象.温度越高,扩散越快.扩散现象直接反映了分子的无规则运动,并且可以发生在固体、液体、气体任何两种物质之间.
(2)布朗运动:
在显微镜下看到的悬浮在液体中的固体颗粒的永不停息地无规则运动.布朗运动不是分子的运动,但布朗运动间接反映了液体内部的分子的无规则运动.颗粒越小,运动越明显;温度越高,运动越剧烈.
布朗运动
热运动
活动主体
固体小颗粒
分子
区别
是固体小颗粒的运动,是比分子大得多的分子团的运动,较大的颗粒不做布朗运动,但它本身的以及周围的分子仍在做热运动
是指分子的运动,分子无论大小都做热运动,热运动不能通过光学显微镜直接观察到
共同点
都是永不停息的无规则运动,都随温度的升高而变得更加激烈,都是肉眼所不能看见的
联系
布朗运动是由于小颗粒受到周围分子做热运动的撞击力而引起的,它是分子做无规则运动的反映
3.分子间存在着相互作用的引力和斥力
(1)分子间同时存在引力和斥力,实际表现的分子力是它们的合力.
(2)分子力的特点:
引力和斥力都随分子间距离的增大而减小,但斥力比引力变化得快.
①当r=r0时,F引=F斥,F=0;
②当r 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(10-9m)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). (3)分子力随分子间距离的变化图线如图所示. (4)分子间的作用力使分子聚集在一起,而分子的无规则运动使他们趋于分散,正是这两个因素决定了物体的气、液、固三种不同的状态. 二、物体的内能 1.分子动能 分子由于运动而具有的能量叫分子动能,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,同一分子在不同时刻的速度大小和方向也是不同的.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. 2.分子势能 分子势能是由分子间相对位置而决定的势能,当物体体积发生变化时,分子间距离发 生变化,存在分子力做功,而功是能量转化的量度,故可用功能观点分析分子力做功与分 子势能的变化.当分子力做正功时,分子势能减小;当分子力做负功时,分子势能增大. 分子势能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 (3)当r=r0时,分子势能最小,但不一定为零,可为负值,因为可选两分子相距无穷远时分子势能为零; (4)分子势能与分子间距离的关系曲线如图所示.注意分子间作用力与分子势能在随分子间距离变化时的图像的区别,尤其是r0对应的位置! 例1: : 有甲、乙两个分子,甲分子固定不动,乙分子由无穷远处逐渐向甲靠近,直到不 能再靠近为止,在这个过程中,分子势能的变化情况是: 先减小后增大. 3.物体的内能 (1)概念: 物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和,叫物体的内能. (2)决定因素: 温度、体积、物质的量. (3)改变物体内能的两种方式: 做功和热传递. 例2: 试分析一定质量的水在熔化过程(由固态变为液态)中的内能、分子动能、分子势 能的变化情况: 内能增加,分子动能不变,分子势能增加. 三、用油膜法测分子直径 见学案A-216页例3 课后反思 年级: 高复班授课时间: 2015.03.06授课教师: 科目: 物理 课题 固体、液体、气体 教学目标 1.知道晶体、非晶体的区别 2.理解表面张力,会解释有关现象 3.掌握气体实验三定律,会用理想气体状态方程分析气体状态变化问题 教学重点与难点 3.晶体与非晶体的区别 4.理想气体状态方程 教学过程 教学过程 教学过程 教学过程 一、晶体、非晶体、液晶 1.晶体和非晶体 单晶体 多晶体 非晶体 外形 规则 不规则 不规则 熔点 确定 确定 不确定 物理性质 各向异性 各向同性 各向同性 典型物质 石英、云母、食盐、硫酸铜 玻璃、蜂蜡、松香 形成与 转化 有的物质在不同条件下能够形成不同的形态.同一物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现,有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体 2.液晶 (1)液晶具有液体的流动性. (2)液晶具有晶体的光学各向异性. (3)从某个方向上看其分子排列比较整齐,但从另一方向看,分子的排列是杂乱无章的. 二、液体的表面张力 1.概念: 液体表面各部分间相互吸引的力. 2.作用: 液体的表面张力使液面具有收缩到表面积最小的趋势. 3.方向: 表面张力跟液面相切,跟这部分液面的分界线垂直. 4.大小: 液体的温度越高,表面张力越小;液体中溶有杂质时,表面张力变小;液体的密度越大,表面张力越大. 三、饱和汽、饱和汽压、湿度 1.饱和汽与未饱和汽 (1)饱和汽: 与液体处于动态平衡的蒸汽. (2)未饱和汽: 没有达到饱和状态的蒸汽. 2.饱和汽压 (1)定义: 饱和汽所具有的压强. (2)特点: 液体的饱和汽压与温度有关,温度越高,饱和汽压越大,且饱和汽压与饱和汽的体积无关. 3.湿度 (1)定义: 空气的干湿程度. (2)描述湿度的物理量: ①绝对湿度: 空气中所含水蒸气的压强. ②相对湿度: 某温度时空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比.即: 相对湿度B= ×100%. 四、气体实验定律 1.气体分子热运动的特点 (1)分子很小,间距很大,除碰撞外不受力; (2)气体分子向各个方向运动的分子数目都相等; (3)分子做无规则运动,大量分子的速率按中间多两头少的规律分布; (4)温度一定时,某种气体分子的速率分布是确定的,温度升高时,速率小的分子数减少,速率大的分子数增多,分子的平均速率增大,但并不是每个分子的速率都增大. 2.气体的状态参量 (1)气体的状态: 气体的各种性质的总和称为气体的状态,对于气体,它有各种性质,如几何性质、力学性质、热学性质等.这些性质的总和决定了气体所处的状态. (2)气体的状态参量: 描述气体性质的物理量叫做气体的状态参量.气体的热学性质用温度来描述,几何性质用体积来描述,力学性质用压强来描述.气体的温度、体积、压强是描述气体性质的三个状态参量. 对于一定质量的气体来说,如果温度、体积和压强这三个量都不变,则说气体处于一定的状态中,如果三个量中有两个改变或者三个都发生改变,则说气体的状态发生了变化,只有一个量发生变化是不可能的. ①温度(T或t): a.意义: 温度在宏观上表示物体的冷热程度,微观上表示物体内分子热运动的激烈程度,是物体大量分子平均动能的标志. b.温标: 温度的数值表示法 (a)摄氏温标: 以一个标准大气压下冰水混合的温度为0度,水沸腾时的温度为100度,把0到100之间分成100等份,每一等份为1摄氏度(1℃).用摄氏温标表示的温度叫摄氏温度.符号为t.单位为摄氏度(℃). (b)热力学温标: 19世纪英国物理学家开尔文提出一种与测温物质无关的温标,叫热力学温标或绝对温标.用热力学温标表示的温度叫热力学温度.用符号T表示.单位是开尔文,简称开,符号K.热力学温度是国际单位制中七个物理量之一,因此它的单位属基本单位. 把﹣273.15℃作为0K,绝对零度(0K)是低温的极限,只能无限接近,不能达到.两种温标,虽然零值不同,但就每一度表示的冷热差别来说,两种温度是相同的,ΔT=Δt. 热力学温度和摄氏温度的数量关系: T=t+273.15K.粗略表示为T=t+273K. ②体积(V): a.由于气体分子的热运动,每一部分都要充满所给予它的整个空间. b.气体的体积是指气体所充满的容器的容积,用符号V表示. c.体积的单位: 在国际单位制中是米3(m3),常用的单位还有升(L)、毫升(mL). 1L=1dm3=10-3m3,1mL=1cm3=10-6m3 注意: 气体体积与气体分子的总体积不同,一般情况下气体分子间距离远大于分子直径,所以气体体积远大于分子总体积.气体的体积从微观上看是指气体分子的活动范围. ③压强(p): 单位面积上的压力 a.气体压强的概念: 气体作用在器壁单位面积上的压力叫做气体的压强.用符号p表示.数值上等于单位时间内器壁的单位面积上受到气体分子的总冲量. b.气体压强产生的原因: 气体压强是由于大量气体分子无规则运动碰撞器壁,形成对器壁各处均匀的持续的压力而产生. c.气体压强的决定因素: 一定气体的压强大小,微观上决定于分子的运动速度和分子密度;宏观上决定于气体的温度T、体积V. d.压强的单位: 在国际单位制中是帕斯卡,简称帕(Pa).1Pa=1N/m2.常用的单位还有: 标准大气压(atm)、厘米汞柱(cmHg)或毫米汞柱(mmHg). 1atm=76cmHg=760mmHg=1.013×105Pa. 3.气体实验定律 玻意耳定律 查理定律 盖—吕萨克定律 内容 一定质量的某种气体,在温度不变的情况下,压强与体积成反比 一定质量的某种气体,在体积不变的情况下,压强与热力学温度成正比 一定质量的某种气体,在压强不变的情况下,其体积与热力学温度成正比 表 达 式 p1V1=p2V2 = 或 = = 或 = 图象 4.理想气体的状态方程 (1)理想气体 ①宏观上讲,理想气体是指在任何条件下始终遵守气体实验定律的气体,实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下,可视为理想气体. ②微观上讲,理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力,分子本身没有体积,即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间. (2)理想气体的状态方程 一定质量的理想气体状态方程: = 或 =C. 气体实验定律可看做一定质量理想气体状态方程的特例. (3)用图象法分析气体的状态变化 类别图线 特点 举例 p—V pV=CT(其中C为恒量),即pV之积越大的等温线,温度越高,线离原点越远 p— p=CT ,斜率k=CT,即斜率越大,温度越高 p—T p= T,斜率k= ,即斜率越大,体积越小 V—T V= T,斜率k= ,即斜率越大,压强越小 (4)理想气体的内能: 理想气体分子间分子力为零,分子势能为零,所以理想气体的内能等于分子动能的总和,而温度是分子平均动能的标志,因此一定质量的某种理想气体的内能只由温度决定;非理想气体分子之间存在分子力,因此分子势能不可忽略. 课后反思 年级: 高复班授课时间: 2015.03.06授课教师: 科目: 物理 课题 热力学定律与能量守恒定律 教学目标 1.知道改变内能的两种方式,理解热力学第一定律 2.知道与热现象有关的宏观物理过程的方向性,了解热力学第二定律 3.掌握能量守恒定律及其应用 教学重点与难点 1.热力学第一定律的内容 2.热力学第二定律的三种表述 教学过程 教学过程 教学过程 1、热力学第一定律 1.改变物体内能的两种方式 (1)做功: 其他形式的能与内能的相互转化过程,内能的改变量可用做功的数值来量度. (2)热传递: 物体间内能的转移过程,内能的转移量用热量来量度. 2.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. 热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的,而且给出 了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系. (2)表达式: ΔU=Q+W. (3)对公式ΔU=Q+W符号的规定 符号 W Q ΔU + 外界对物体做功 物体吸收热量 内能增加 - 物体对外界做功 物体放出热量 内能减少 (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量. (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量. (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. 二、能量守恒定律 (1)内容: 能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化或转移的过程中,能量的总量保持不变,这就是能量守恒定律. (2)意义: 能量守恒定律是自然界的普遍规律,某一种形式的能是否守恒是有条件的,例如,机械能守恒要满足一定的条件,而能量守恒是无条件的,是一切自然现象都要遵守的基本规律.任何违背能量守恒定律的过程都是不可能的,不消耗能量而对外做功的第一类永动机是不可能制成的. 三、热力学第二定律 1.三种表述 (1)第一种表述: 热量不能自发地从低温物体传到高温物体(克劳修斯表述).“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性,不需要借助外界提供能量的帮助.第一种表述说明了热传导具有方向性. (2)第二种表述: 不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响(开尔文表述).“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. 或表述为: 第二类永动机不可能制成。 第二类永动机是指设想只从单一热库吸收热量,使之完全变为有用的功而不产生其他影响的热机.这类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律.第二种表述说明了机械能与内能转化的方向性. (3)用熵的概念表示热力学第二定律(热力学第二定律的微观解释): 一切自然过程总是沿着大量分子热运动的无序性增大的方向进行,即在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减小. 2.两类永动机的比较 第一类永动机 第二类永动机 不需要任何动力或燃料,却能不断地对外做功的机器 从单一热源吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响的机器 违背能量守恒定律,不可能制成 不违背能量守恒定律,但违背热力学第二定律,不可能制成 3.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的涉及热现象的宏观过程都具有方向性. 注意: 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. 4.热力学第一定律说明发生的任何过程中能量必定守恒,热力学第二定律说明并非所有能量守恒的过程都能实现,如: (1)高温物体 低温物体 (2)功 热量 (3)气体体积V1 气体体积V2(较大) (4)不同气体A和B 混合气体AB 课后反思
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