2019-2020年高三物理第一輪復(fù)習(xí)《第八章 分子熱運(yùn)動(dòng) 內(nèi)能 氣體》教案.doc

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2019-2020年高三物理第一輪復(fù)習(xí)《第八章 分子熱運(yùn)動(dòng) 內(nèi)能 氣體》教案 備課指要 教學(xué)建議 （1）分子動(dòng)理論內(nèi)容抽象，研究對(duì)象是數(shù)自巨大的分子，要重視建立物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)模型和相應(yīng)的數(shù)量概念，理解阿伏加德羅常數(shù)聯(lián)系微觀量與宏觀量的橋梁作用，可結(jié)合“案例導(dǎo)入”中的例1和“重、難、疑點(diǎn)剖析”中的例1引導(dǎo)學(xué)生理解模型的建立和估算方法的運(yùn)用。 （2）了解物體分子特有的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可結(jié)合“案例導(dǎo)入”中的例2和“重、難、疑點(diǎn)剖析”中的例2引導(dǎo)學(xué)生建立布陰運(yùn)動(dòng)（固體顆粒的運(yùn)動(dòng)）、液體分子運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)模型，揭示這些運(yùn)動(dòng)的規(guī)律、區(qū)別和聯(lián)系。 （3）弄清分子力、分子間的引力、分子間的斥力這三個(gè)力的規(guī)律和它們間的聯(lián)系，明確分子力是引力和斥力的合力，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用分子力隨分子間距離變化的圖象，認(rèn)識(shí)分子力的三個(gè)作用區(qū)、兩個(gè)臨界點(diǎn)，概括分子力變化的規(guī)律，可結(jié)合“考題回放”中的例3講解。 案例導(dǎo)入 例1 根據(jù)水的密度ρ=1.0103kg/m3和水的摩爾質(zhì)量M=1.810－2kg，利用阿伏伽德羅常數(shù)，估算分子的質(zhì)量和水分子的直徑。 【分析】把水分子看作一個(gè)挨一個(gè)緊密排列的小球，利用阿伏加德羅常數(shù)、一摩爾水的質(zhì)量和水的密度便可計(jì)算水分子的質(zhì)量和水分子的直徑。 【解答】每個(gè)水分子的質(zhì)量 ； 水的摩爾體積 。 把水分子看作一個(gè)挨一個(gè)緊密排列的小球，則每個(gè)分子的體積為 ， 而根據(jù)球體積計(jì)算公式，用d表示水分子直徑， ， 得 d=410－10m。 【答案】水分子的質(zhì)量為3.010－26kg，水分子的直徑為410－10m。 【歸納】解此類題的關(guān)鍵是選好物質(zhì)的量，建立正確的模型。 例2 關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)，下列說法中正確的是（ ） A、布朗運(yùn)動(dòng)指的是液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng) B、與固體微粒相碰撞的液體分子越少，布朗運(yùn)動(dòng)越顯著 C、液體的溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)越顯著 D、布朗運(yùn)動(dòng)只能在液體中發(fā)生 【分析】布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮在液體（或氣體）中的微粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，不是液體分子的運(yùn)動(dòng)，它的產(chǎn)生是液體分子對(duì)固體顆粒的撞擊不平衡引起的，這種不平衡性與顆粒的大小以及液體或氣體的溫度有關(guān)。因?yàn)楣腆w顆粒越小，與顆粒相撞的分子數(shù)也越少，這種撞擊的不平衡越明顯；液體或氣體的溫度越高，撞擊越劇烈。 【答案】B、C 【歸納】這道題主要考查對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)，成因以及運(yùn)動(dòng)規(guī)律的掌握情況。學(xué)生對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律還比較熟悉，容易錯(cuò)的是將布朗運(yùn)動(dòng)與分子運(yùn)動(dòng)混淆。 知識(shí)梳理 1、物質(zhì)是由大量分子組成的 （1）分子數(shù)目。 ①阿伏加德羅常數(shù) ， 是聯(lián)系微觀世界和宏觀世界的橋梁，可用來估測(cè)分子質(zhì)量及分子大小 ②單位質(zhì)量中分子數(shù)（M為摩爾質(zhì)量）。 ③單位體積中的分子數(shù)（為密度）。 （2）分子大?。ǚ肿拥闹睆綌?shù)量級(jí)是10－10m）。 ①分子體積 。 ②分子模型： a、球模型 b、立方體模型 。 ③油膜法測(cè)定分子的直徑：（V為油滴體積，S為油膜面積） （3）分子質(zhì)量 。 （4）分子間存在空隙。 典型事例是酒精和水混合總體積減小，其原因是酒精和水的分子重新排列。 2、分子永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)——布朗運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散現(xiàn)象 （1）布朗運(yùn)動(dòng)： ①定義：指懸浮在液體（或氣體）中的固體顆粒的無(wú)規(guī)律運(yùn)動(dòng)。 ②布朗運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)：無(wú)規(guī)則，永不停息。 ③產(chǎn)生的原因：液體（或氣體）分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)對(duì)固體顆粒的碰撞不平衡造成的結(jié)果。 ④布朗運(yùn)動(dòng)的規(guī)律：固體顆粒越小，布朗運(yùn)動(dòng)越明顯；溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈。 ⑤意義：它間接反映了分子的運(yùn)動(dòng)也是規(guī)則的，分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)與溫度有關(guān)。 （2）熱運(yùn)動(dòng)：由于分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)與溫度有關(guān)，稱分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)為熱運(yùn)動(dòng)（凡是與溫度有關(guān)的現(xiàn)象稱為熱現(xiàn)象）。 3、分子間存在著相互作用的引力和斥力 （1）特點(diǎn)：同時(shí)存在著引力和斥力，且都隨分子間距的增大而減小。 （2）分子力：引力與斥力的合力。 當(dāng)r=r0(10－10m)時(shí) f引=f斥，F(xiàn)=0。 當(dāng)r＜r0時(shí)，f斥＞f引，分子力F為斥力。 當(dāng)r＞r0時(shí)，f引＞f斥，分子力F為引力。 當(dāng)r=10r0時(shí)，f引、f斥迅速為零，分子力F=0。 重、難、疑點(diǎn)剖析 1、分子大小的計(jì)算 設(shè)宏觀量：物質(zhì)體積V、摩爾體積V1、物質(zhì)質(zhì)量M、摩爾質(zhì)量μ、物質(zhì)密度ρ； 微觀量：分子體積V0、分子直徑d、分子質(zhì)量m。 a、分子質(zhì)量：。 b、分子體積： （對(duì)氣體，V0應(yīng)為氣體分子占據(jù)的空間大?。? c、分子直徑： 球體模型：由。 得（固體、液體一般用此模型） 立方體模型： 。 （氣體一般用此模型，d應(yīng)理解為相鄰分子間的平均距離） d、分子的數(shù)量： 。 2、布朗運(yùn)動(dòng)與分子運(yùn)動(dòng) 布朗運(yùn)動(dòng)是指懸浮在液體（或氣體）中的固體顆粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，而不是分子本身的運(yùn)動(dòng)。布朗運(yùn)動(dòng)是由于液體分子對(duì)固體顆粒碰撞的不平衡性造成的。布朗運(yùn)動(dòng)的無(wú)規(guī)則性反映了分子的運(yùn)動(dòng)具有無(wú)規(guī)則、永不停息的特點(diǎn)。 例1 某容器的容積為1m2，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下充滿氧氣，試估算相鄰氧分子間的平均距離d。 【分析】標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1mol的氧氣的體積為22.4L.設(shè)每個(gè)氧分子占據(jù)的空間體積為V,把這個(gè)空間看成一個(gè)小立方體,兩個(gè)氧分子所點(diǎn)空間的中心間距可以看作分子間距離,它就等于小立方體的邊長(zhǎng). 【解答】每個(gè)氧分子占據(jù)的空間體積為 ∴氧分子間距離 【歸納】此題要求學(xué)生要有一定的想像力和構(gòu)建模型的能力,并能夠利用宏觀量和阿伏加德羅常數(shù)對(duì)微觀模型進(jìn)行有關(guān)計(jì)算;計(jì)算結(jié)果可幫助構(gòu)建起氣體分子的微觀圖景;在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下分子間的距離大約是分子直徑的十倍,所以氣體凝結(jié)成液體時(shí)密度要擴(kuò)大上千倍. 例2 關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn),下列說法正確的是( ) A.圖8-25-2中記錄的是分子30s內(nèi)無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的情況 B.圖8-25-2中記錄的微粒30s做布朗運(yùn)動(dòng)的軌跡 C.實(shí)驗(yàn)中可以看到,微粒越大,布朗運(yùn)動(dòng)越明顯 D.實(shí)驗(yàn)中可以看到,溫度越高,布朗運(yùn)動(dòng)越激烈 【分析】布朗運(yùn)動(dòng)是指懸浮在液體中的微粒不停地做無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng),它是分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的反映,而分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)是產(chǎn)生布朗運(yùn)動(dòng)的原因. 【解答】溫度越高,分子運(yùn)動(dòng)得越激烈,因而布朗運(yùn)動(dòng)也越激烈.D正確.微粒越小,某一瞬間,跟它相撞的分子數(shù)越少,撞擊作用的不平衡性表現(xiàn)得越明顯,即布朗運(yùn)動(dòng)越顯著,故C錯(cuò)誤.圖中每個(gè)拐點(diǎn)記錄的是微粒每隔30s的位置,在30s內(nèi)微粒做的是無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),而不一定是直線運(yùn)動(dòng),故A、B錯(cuò)誤. 【答案】D 【歸納】此題應(yīng)從布朗運(yùn)動(dòng)的概念和性質(zhì)出發(fā)加以判斷,否則易錯(cuò)選A和B. 例3 下面關(guān)于分子力的說法中正確的有( ) A.鐵絲很難被拉長(zhǎng),這一事實(shí)說明鐵絲分子間存在引力 B.水很難被壓縮,這一事實(shí)說明水分子間存在斥力 C.將打氣筒的出口端封住,向下壓活塞,當(dāng)空氣被壓縮到一定程度后很難再壓縮,這一事實(shí)說明這時(shí)空氣分子間表現(xiàn)為斥力 D.磁鐵可以吸引鐵屑，這一事實(shí)說明分子間存在引力 【分析】分子間斥力和引力是同時(shí)存在的，對(duì)外表現(xiàn)分子力是它們的合力。固體、液體分子間距離在r0附近，當(dāng)物體被拉伸時(shí)，r＞r0，則表現(xiàn)出吸引力；當(dāng)物體被壓縮時(shí)，r＜r0，分子間表現(xiàn)出斥力，而氣體分子間距離總大于r0，分子力是表現(xiàn)為引力。 【解答】無(wú)論怎樣壓縮，氣體分子間距離一定大于r0，所以氣體分子間一定表現(xiàn)為引力，空氣壓縮到一定程度很難再壓縮，不是因?yàn)榉肿映饬Φ淖饔?，而是氣體分子頻繁撞擊活塞產(chǎn)生壓強(qiáng)的結(jié)果，應(yīng)該用壓強(qiáng)增大解釋，所以C不正確，磁鐵吸引鐵屑是磁場(chǎng)力的作用，不是分子力的作用，所以D也不正確。 【答案】A、B。 【歸納】水很難被壓縮，這一事實(shí)說明分子間存在斥力；而空氣被壓縮到一定程度后很難壓縮，這一事實(shí)卻不能說明這時(shí)空氣分子間表現(xiàn)為斥力，這是由分子力隨分子間距離變化的規(guī)律決定的。 例1 將1cm3的油酸溶于酒精，制成200cm2的油酸酒精溶液，已知1cm3溶液有50滴，現(xiàn)取1滴油酸酒精溶液滴到水面上，隨著酒精溶于水，油酸在水面上形成一單分子薄層，已測(cè)出這一薄層的面積為0.2 m2，由此估算出的油酸分子直徑為多少？ 【分析】本題只需求出一滴油酸酒精溶液中的純油酸體積，再根據(jù)單分子“油膜法”的原理，即可求出油酸分子直徑。 【解答】由題意可知1滴油酸酒精溶液的體積為 ， 其中含純油酸的體積為 。 水面上單分子油酸薄層的厚度即為油酸分子直徑 。 【答案】。 【歸納】用油膜法估測(cè)分子的大小是現(xiàn)行高考熱學(xué)部分惟一要考查的實(shí)驗(yàn)，應(yīng)重視對(duì)其原理、方法的理解與掌握，同時(shí)也應(yīng)知道估測(cè)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確度的要求。 考題回放 例1 如圖8-25-3所示，甲分子固定在坐標(biāo)原點(diǎn)O，乙分子位于x軸上，甲分子對(duì)乙分子的作用力與兩分子間距離的關(guān)系如圖中曲線所示，F(xiàn)＞0為斥力，F(xiàn)＜0為引力，a、b、c、d為x軸上四個(gè)特定的位置，現(xiàn)把乙分子從a處?kù)o止釋放，則（ ） A.乙分子從a到b做加速運(yùn)動(dòng)，由b到c做減速運(yùn)動(dòng) B.乙分子由a到c做加速運(yùn)動(dòng)，到達(dá)c時(shí)速度最大 C.乙分子由a到b的過程中，兩分子間的分子勢(shì)能一直減少 D.乙分子由b到d的過程中，兩分子間的分子勢(shì)能一直增加 【分析】由圖象可知，ac段分子間的作用力為引力，cd段分子間的作用力為斥力。乙分子由a到c做加速運(yùn)動(dòng)，分子力做正功，分子動(dòng)能一直增加，分子勢(shì)能一直減少；乙分子由c到d做減速運(yùn)動(dòng)，分子力做負(fù)功，分子功能減少，分子勢(shì)能增加，到達(dá)c時(shí)速度最大，動(dòng)能最大，勢(shì)能最小。 【答案】B、C 【反思】此題考查了分子力、分子勢(shì)能及力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系等知識(shí)，用圖象給出分子力，正確認(rèn)識(shí)分子力的圖象是解此題的關(guān)鍵。 例2 下列說法哪些是正確的？（ ） A.水的體積很難被壓縮，這是分子間存在斥力的宏觀表現(xiàn) B.氣體總是很容易充滿容器，這是分子間存在斥力的宏觀表現(xiàn) C.兩個(gè)相同的半球殼吻合接觸，中間抽成真空（馬德堡半球），用力很難拉開，這是分子間存在吸引力的宏觀表現(xiàn) D.用力拉鐵棒的兩端，鐵棒沒有斷，這是分子間存在吸引力的宏觀表現(xiàn) 【分析】固體、液體分子間的距離小，分子力變化明顯；氣體分子間距離大，分子力十分微弱，且表現(xiàn)為引力，因而B、C選項(xiàng)中的解釋均是不成立的。 【解答】氣體能夠充滿容器是由于分子熱運(yùn)動(dòng)能夠到達(dá)容器的每一個(gè)角落；而馬德堡半球抽成真空后，內(nèi)部無(wú)壓力，外界大氣的壓力使得半球很難拉開，并不是分子間的吸引力的表現(xiàn)。只有A、D中的事實(shí)才是分子間作用力的表現(xiàn)。 【答案】A、D 【反思】連續(xù)兩年考分子力，值得注意。 探究延伸 例1 設(shè)某人的肺活動(dòng)量為400mL，試計(jì)算在此人一次吸氣過程中，大約有多少分子是他在一年前的一次呼氣過程中呼出的？（設(shè)人呼出的分子不再參與其他反應(yīng)） 【分析】初看本題，似乎根本無(wú)從下手，但仔細(xì)揣摩題意，可知一年時(shí)間內(nèi)可認(rèn)為原來呼出的那口氣已充分混合于大氣層中，算出這口氣在整個(gè)大氣層中所占的比例，即可求出問題的結(jié)果。 【解答】根據(jù)初中所學(xué)的知識(shí)，大氣壓是由大氣重量產(chǎn)生的，地球上大氣層的總質(zhì)量 == 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，大氣壓占據(jù)的總體積 人呼出的一口氣經(jīng)一年時(shí)間在大氣層中占據(jù)的比率為 一年后吸一口氣中有一年前的一次呼氣過程中呼出的分子數(shù) 【答案】在一次吸氣中大約有一個(gè)分子是他一年前的一次呼氣中呼出的。 【點(diǎn)評(píng)】解本題的關(guān)鍵是要建立合理的模型，將實(shí)際問題理想化。 例2 如圖8-25-4所示，食鹽（NaCl）晶體由鈉離子（圖中○）和氯離子（圖中●）組成，這兩種離子在空間中三個(gè)互相垂直的方向上，都是等距交錯(cuò)排列。已知食鹽的摩爾質(zhì)量是58.5g/mol，食鹽的密度是2.2g/cm－3，阿伏加德羅常數(shù)為61023/mol，在食鹽中兩個(gè)距離最接近的鈉離子中心間的距離的數(shù)值最接近于（就下列四個(gè)數(shù)值相比）（ ） A.3.010－8cm B.4.010－8cm C.3.510－8cm D.5.010－8cm 【分析】題中所給的食鹽（NaCl）晶體的結(jié)構(gòu)模型是一個(gè)正方體模型，其中的每個(gè)最小立方體的8個(gè)頂點(diǎn)分別有4個(gè)Na離子、4個(gè)Cl離子，每個(gè)離子都只有八分之一屬于該立方體，因而每個(gè)最小立方體都只包含有二分之一個(gè)Na離子、二分之一個(gè)Cl離子，根據(jù)食鹽的摩爾質(zhì)量、密度和阿伏加德常數(shù)便可求出該小立方體的棱長(zhǎng)，則所求的最近距離為小立方體表面正方形對(duì)角線的長(zhǎng)。 【解答】設(shè)小立方體的棱長(zhǎng)為l1，由圖可知，所求的最近距離為兩個(gè)小立方體表現(xiàn)正方形對(duì)角線的長(zhǎng) 先求食鹽摩爾體積 已知1mol食鹽中有Na離子1mol，Cl離子1mol。則每個(gè)離子平均占有空間體積為 N為阿伏加德羅常數(shù)。 小立方體的棱長(zhǎng) 兩個(gè)最近Na離子間的距離為 = 【答案】B 【點(diǎn)評(píng)】本題對(duì)空間想像的要求較高，計(jì)算V0的數(shù)值是解答本題的關(guān)鍵和難點(diǎn)。在計(jì)算兩個(gè)離子所占有空間體積時(shí)亦可有多種理解方法。 隨堂闖關(guān) 1、在國(guó)際單位制中，金屬鋁的密度是ρ，它的摩爾質(zhì)量是M，阿伏加德羅常數(shù)為N，則（B、D） A.1kg鋁所含鉛原子的數(shù)目是ρN B.1m3鋁所含原子的數(shù)目是 C.1個(gè)鋁原子的質(zhì)量是 D.1個(gè)鋁原子占有的體積是 2、布朗運(yùn)動(dòng)的發(fā)現(xiàn)，在物理學(xué)上的主要貢獻(xiàn)是（ B ） A.說明了懸浮微粒時(shí)刻做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng) B.說明了液體分子做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng) C.說明了懸浮顆粒做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的激烈程度與溫度有關(guān) D.說明了液體分子與懸浮顆粒之間有相互作用力 3、下列現(xiàn)象中，不能說有分子是在運(yùn)動(dòng)的事例是（ B ） A.把煤堆在墻角，過一段時(shí)間墻皮里面也有些發(fā)黑了 B.把兩塊表面干凈的鉛壓緊，兩塊鉛就結(jié)合在一起 C.在裝水的杯子里滴一滴紅墨水，過一會(huì)杯子里都變紅了 D.在醫(yī)院治療室里能嗅到酒精味 【提示】不同的物質(zhì)在互相接觸時(shí)，彼此進(jìn)入對(duì)方的現(xiàn)象，叫做擴(kuò)散。A中的現(xiàn)象是固體之間的擴(kuò)散，C中的現(xiàn)象是液體之間的擴(kuò)散現(xiàn)象，D中是氣體之間的擴(kuò)散現(xiàn)象，擴(kuò)散現(xiàn)象表明一切物體的分子都在不停地做無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。B中的現(xiàn)象是說明分子之間有引力的，不是說明分子在運(yùn)動(dòng)。故本題正確答案為B。 4、甲分子固定，乙分子從距離甲分子較遠(yuǎn)處向甲分子開始靠近，直到兩分子不能再靠近的過程中，分子間作用力的變化情況是（ D ） A.逐漸變小 B.逐漸變大 C.先變小后變大 D.先變大后變小再變大 【提示】分子之間既有引力又有斥力，題中分子間作用力指的是分子引力和分子斥力的合力。分子間作用力隨分子間距離的關(guān)系如圖8-25-1所示，故本題正確答案為D。 5、水分子的質(zhì)量等于2.9910－26kg。（已知阿伏加德羅常數(shù)為6.021023/mol）. 【提示】 6、已知汞的摩爾質(zhì)量M摩=200.510－3kg/mol，密度為ρ=13.6103kg/m3，阿伏加德羅常數(shù)NA=6.01023/mol，求汞原子的質(zhì)量、體積和直徑。 【提示】對(duì)于固體和液體來說，其微觀構(gòu)成可看作是分子一個(gè)挨一個(gè)緊密排列的，而忽略分子間的空隙。據(jù)此利用阿伏加德羅常數(shù)在宏觀量和微觀量之間的橋梁作用可知，NA個(gè)汞原子的體積即為汞的摩爾體積，所以一個(gè)汞原子的質(zhì)量為 一個(gè)汞原子的體積為 對(duì)于分子（原子）直徑的估算，我們可將分子（原子）視為一個(gè)直徑為d的小球體，因此有 ， 所以汞原子的直徑為 【答案】，，。 課后測(cè)試 一、選擇題 1、某固體物質(zhì)的摩爾質(zhì)量為M，密度為ρ，阿伏加德羅常數(shù)為NA，則每個(gè)分子的質(zhì)量和單位體積內(nèi)所含的分子數(shù)分別是（ D ） A.、 B.、 C.、 D. 、 2、關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)的下列說法中正確的是（A、D） A.布朗運(yùn)動(dòng)是指懸浮在液體中的固體小顆粒的永不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng) B.布朗運(yùn)動(dòng)是指液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng) C.布朗運(yùn)動(dòng)說明固體小顆粒的分子在永不停息地?zé)o規(guī)則運(yùn)動(dòng) D.布朗運(yùn)動(dòng)說明了液體分子在永不停息地?zé)o規(guī)則運(yùn)動(dòng) 【提示】布朗運(yùn)動(dòng)本身不是指分子的運(yùn)動(dòng)，它反映了分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。 3、關(guān)于分子間相互作用力，以下說法正確的是（ C ） A.分子力是分子引力和斥力的合力，當(dāng)分子間距離r=r0時(shí)分子力為零，說明此時(shí)分子引力和分子斥力均為零 B.分子力隨分子間距離r的大小而變化，當(dāng)r＞r0時(shí)，分子引力和斥力都隨r增大而增大，但引力比斥力增加得快，也就是引力大于斥力，故分子力表現(xiàn)為引力 C.分子力隨分子間距離r的大小而變化，當(dāng)r＜r0時(shí)，分子引力和斥力都隨r增大而增大，但斥力比引力增加得快，也就是斥力大于引力，故分子表現(xiàn)為斥力 D.分子力實(shí)質(zhì)上就是分子間的萬(wàn)有引力 【提示】分子力的實(shí)質(zhì)不是分子間的萬(wàn)有引力，分子力是由分子間的電磁作用形成的。分子力、分子引力和分子斥力均隨分子間的距離按一定規(guī)律而變化。 4、關(guān)于分子力，下列說法中正確的是（B、D） A.碎玻璃不能拼合在一起，說明分子間斥力是作用 B.將兩塊鉛壓緊以后能連成一塊，說明分子間存在引力 C.水和酒精混合后的體積小于原來體積之和，說明分子間存在的引力 D.固體很難拉伸，也很難被壓縮，說明分子間既有引力又有斥力 【提示】碎玻璃不能拼合是因?yàn)榭p隙處分子間距離大，分子力幾乎為零，故而不能拼合起來；水和酒精混合后體積變小則是因?yàn)榉肿娱g有空隙，并非分子引力所致。 5、下面關(guān)于分子間的相互作用力的說法正確的是（A、C） A.分子間的相互作用力是由組成分子的原子內(nèi)部的帶電粒子間的相互作用而引起的 B.分子間的相互作用力是引力還是斥力跟分子間的距離有關(guān)，當(dāng)分子間距離較大時(shí)分子間就只有相互吸引的作用，當(dāng)分子間距離較小時(shí)就只有相互推斥的作用 C.分子間的引力和斥力總是同時(shí)存在的 D.溫度越高，分子間的相互作用力越大 6、壓縮液體時(shí)要用力的本質(zhì)，原因是（ D ） A.分子都做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng) B.分子間的空隙小 C.分子本身不能被壓縮 D.分子間斥力隨距離減小而劇增 【提示】固體、液體分子間距離小，分子力變化明顯。 7、有兩個(gè)分力，設(shè)想它們之間相隔10倍直徑以上的距離，逐漸被壓縮到不能再靠近的距離，在這過程中，下面關(guān)于分子力變化的說法正確的是（C、D） A.分子間的斥力增大，引力變小 B.分子間的斥力變小，引力變大 C.分子間的斥力和引力都變大，只不過斥力比引力變大得快 D.分子力從零逐漸變大到某一數(shù)值后，逐漸減小到零，然后又從零逐漸增大到某一數(shù)值 二、填空題 8、把一塊方糖放進(jìn)一杯水里，這些時(shí)候糧塊就不見了，杯子里的水變甜了，我們把這一現(xiàn)象叫 擴(kuò)散 ，這個(gè)現(xiàn)象說明： 分子在不停地運(yùn)動(dòng) 。 9、某人做一次深呼吸，吸進(jìn)400cm2的空氣，據(jù)此估算他吸入的空氣分子的總數(shù)約為 11023 個(gè)（取一位有效數(shù)字）。 【提示】將吸入空氣看成標(biāo)冷狀況下的氣體，利用1mol氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積為22.4L。這一條件進(jìn)行估算。 三、計(jì)算題 11、在做“用油膜法測(cè)分子的大小”實(shí)驗(yàn)時(shí)，油酸酒精溶液的濃度為每104mL溶液中有純油酸6mL，用注射器測(cè)得1mL上述溶液有液滴75滴。把1滴該溶液滴入盛水的淺盤里，待水面穩(wěn)定后，將玻璃板放在淺盤上，在玻璃板上描出油酸膜的輪廓，隨后把玻璃板放在坐標(biāo)紙上，其形狀和尺寸如圖8-25-5所示，坐標(biāo)中正方形小方格的邊長(zhǎng)為1cm，問： （1）油酸膜的面積是多少cm2？（此問可直接寫出答案） （2）每一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是多少？ （3）按以上數(shù)據(jù)，估測(cè)出油酸分子的直徑是多少？ 【提示】。 【答案】（1）112cm2；（2）；（3）m。 12、1mol銅的質(zhì)量為63.5g，銅的密度為8.9103kg/m3，試估算一個(gè)銅原子的質(zhì)量和體積。 【提示】。 【答案】，。 13、計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體中相鄰分子間的平均距離。 【提示】 得d=。 【答案】。 第26課時(shí) 熱和功 氣體狀態(tài)參量 備課指要 教學(xué)建議 （1）學(xué)生對(duì)分子動(dòng)能、分子勢(shì)能、物體內(nèi)能和機(jī)械能等概念容易混淆，對(duì)分子勢(shì)能隨分子間距離變化的規(guī)律難理解。因此，要從宏觀描述和微觀描述等角度辯析分子動(dòng)能、勢(shì)能和物體動(dòng)能、勢(shì)能、機(jī)械能和內(nèi)能等概念，從物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)形式與對(duì)其能量描述的對(duì)應(yīng)關(guān)系辯析內(nèi)能和機(jī)械能。通過與重力場(chǎng)、靜電場(chǎng)中的情況類比，弄清分子勢(shì)能變化與分子力做功之間的關(guān)系；掌握分子勢(shì)能隨分子間距變化的判斷方法?？山Y(jié)合“重、難、疑點(diǎn)剖析”中的例1、例3來講解。 （2）學(xué)生對(duì)做功和熱傳遞改變物體內(nèi)能的等效性和不同本質(zhì)認(rèn)識(shí)不夠，混淆功、熱量、溫度、內(nèi)能等概念；因此，要分析做功和熱傳遞的物理機(jī)制，揭示做功和熱傳遞不同的物理本質(zhì)。可結(jié)合“重、難、疑點(diǎn)剖析”中例2來講解。 （3）理解熱力學(xué)第一定律是跟熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程中能量守恒定律的特殊表達(dá)形式，它是功、熱量和內(nèi)能的變化之間的定量關(guān)系；要強(qiáng)調(diào)做功和熱傳遞的方向性，正確運(yùn)用符號(hào)法則進(jìn)行定量的分析和計(jì)算，注意單位換算?？山Y(jié)合“考題回放”中的例1和“重、難、疑點(diǎn)剖析”中例4來講解。 （4）熱力學(xué)第二定律指出了滿足能量轉(zhuǎn)化與守恒條件的過程具有方向性，說明一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過程是不可逆的。這一定律比較抽象，可結(jié)合實(shí)際的物理過程加以理解。 （5）分別從宏觀、微觀兩個(gè)不同的角度來認(rèn)識(shí)氣體的狀態(tài)參量；壓強(qiáng)、體積、溫度。知識(shí)壓強(qiáng)、體積、溫度三者的變化關(guān)系?？梢园牙硐霘怏w狀態(tài)方程作為一個(gè)結(jié)論介紹，用來判斷氣體狀態(tài)參量的變化。對(duì)氣體的教學(xué)要把握好深度和難度，可參考近幾年的高考題，如：“案例導(dǎo)入”的例4，“考題回放”中的例3、例5。 案例導(dǎo)入 例1 關(guān)于物體內(nèi)能及其變化，下列說法正確的是（ ） A.物體的內(nèi)能改變時(shí)，其溫度必定改變 B.物體對(duì)外做功，其內(nèi)能不一定改變；向物體傳遞熱量，其內(nèi)能不一定改變 C.對(duì)物體做功，其內(nèi)能必定改變；物體內(nèi)外傳出一定熱量，其內(nèi)能必定改變 D.若物體與外界不發(fā)生熱交換，其內(nèi)能必定不改變 【分析】物體的內(nèi)能并不僅由溫度決定，物體的內(nèi)能變化時(shí)，其溫度不一定改變，例如冰融化成不時(shí)內(nèi)能增加，而溫度不改變，所以A項(xiàng)錯(cuò)。改變物體內(nèi)能的方式有兩種；做功和熱傳遞，這兩種方式既可同時(shí)進(jìn)行也可單獨(dú)進(jìn)行。物體對(duì)外做功或外界向物體傳遞熱量，物體的內(nèi)能不一定改變，因?yàn)槲矬w對(duì)外功的同時(shí)，外界向物體傳遞熱量或外界向物體傳遞熱量的同時(shí)物體對(duì)外做功均能保證物體的內(nèi)能不變，故B項(xiàng)正確。同B項(xiàng)理由，對(duì)物體做功或物體對(duì)外傳出一定熱量，物體的內(nèi)能不一定改變，即C項(xiàng)錯(cuò)。對(duì)于D項(xiàng)，若物體與外界不發(fā)生熱傳遞，但若與對(duì)外做功或?qū)ξ矬w做功，其內(nèi)能也會(huì)改變，故D項(xiàng)錯(cuò)。 【答案】B 【歸納】這道題主要考查改變物體內(nèi)能的方式有兩種，做功和熱傳遞。 例2 現(xiàn)有m=0.90kg的硝酸甘油[C3H5（NO3）3]被密封于體積的容器中，在某一時(shí)刻被引爆，瞬間發(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)的產(chǎn)物全是氮、氧……等氣體。假設(shè)：反應(yīng)中每消耗1kg硝酸甘油釋放能量；反應(yīng)產(chǎn)生的全部混合氣體溫度升高1K所需能量Q=；這些混合氣體滿足理想氣體狀態(tài)方程 （恒量）， 其中恒量 C=240J/K。 已知在反應(yīng)前硝酸甘油的溫度 T0=200K。 若設(shè)想在化學(xué)反應(yīng)發(fā)生后容器尚未破裂，且反應(yīng)釋放的能量全部用于升高氣體的溫度。求器壁所受的壓強(qiáng)。 【分析】本題先根據(jù)能量守恒定律，即硝酸甘油釋放的總能量等于全部混合氣體增加的內(nèi)能，從而求出氣體的溫度，再由題中給出的理想氣體狀態(tài)方程 （恒量）， 便可求出器壁所受的壓強(qiáng)。 【解答】化學(xué)反應(yīng)完成后，硝酸甘油釋放的總能量 W=mU。 ① 設(shè)反應(yīng)后氣體溫度為T，根據(jù)題意，有 W=Q（） ② 器壁所受的壓強(qiáng) ③ 聯(lián)立①②③式并代入數(shù)據(jù)得 ④ 【答案】器壁所受的壓強(qiáng)為。 【歸納】本題是以物理知識(shí)為主的理、化綜合題，涉及氣體性質(zhì)、熱容量等基本知識(shí)，盡管新的考納對(duì)這些知識(shí)不作要求，但題目均提供有關(guān)知識(shí)提示，所以這是一道帶有信息形式的綜合題。 知識(shí)梳理 1、物體的內(nèi)能 （1）分子平均動(dòng)能：物體內(nèi)分子動(dòng)能的平均值，溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志。 注意：對(duì)個(gè)別分子來說，溫度無(wú)實(shí)際意義。分子平均動(dòng)能跟物體的動(dòng)能無(wú)關(guān)。 （2）分子勢(shì)能：由于分子間相互作用，由相對(duì)位置所決定的能。分子勢(shì)能與分子間距離r的關(guān)系；（如圖8-26-1所示） 宏觀上，對(duì)一定質(zhì)量的物體，其分子勢(shì)能與物體體積有關(guān)。 （3）物體的內(nèi)能： 物體的內(nèi)能——物體內(nèi)所有分子的動(dòng)能和勢(shì)能的總和，是一個(gè)狀態(tài)量。 宏觀決定因素：質(zhì)量m（聯(lián)系著分子數(shù)），溫度T（聯(lián)系著分子動(dòng)能）、體積V（聯(lián)系著分子間距）。 物體的內(nèi)能和機(jī)械能有著本質(zhì)的區(qū)別。物體具有內(nèi)能，同時(shí)也可以具有機(jī)械能，也可以不具有機(jī)械能。 2、內(nèi)能的變化 熱和功 改變內(nèi)能的兩種物理過程： （1）做功：功是能量轉(zhuǎn)化的量度。做功改變物體內(nèi)能是其他形式的能與內(nèi)能發(fā)生了轉(zhuǎn)化。 W=△U。 （2）熱傳遞：熱傳遞過程是物體的內(nèi)能發(fā)生了轉(zhuǎn)移，不發(fā)生內(nèi)能與其他形式能的轉(zhuǎn)化。 Q=△U。 熱量當(dāng)量J=4.2J/cal，其意義為：使物體內(nèi)能發(fā)生變化時(shí)，1cal熱量相當(dāng)于（等效于）4.2J功。 3、熱力學(xué)第一定律 物體內(nèi)能的變化△U由做功W和熱傳遞Q來量度。定量關(guān)系為： △U=Q+W。 注意符號(hào)的規(guī)定：內(nèi)能增加△U＞0、內(nèi)能減少△U＜0、物體吸熱Q＞0、物體放熱Q＜0，外界對(duì)物體做功W＞0、物體對(duì)外界做功W＜0。 熱力學(xué)第一定律又可表述為：第一類永動(dòng)能（不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對(duì)外做功）是不可能實(shí)現(xiàn)的。 4、能的轉(zhuǎn)化和守恒定律 能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，而能的總量保持不變。 5、熱力學(xué)第二定律 表述一：不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化，亦即熱傳導(dǎo)具有方向性。熱力學(xué)第二定律可以導(dǎo)出其他熱現(xiàn)象的方向性：氣體擴(kuò)散、氣體向真空膨脹，混合的氣體不能自動(dòng)分成純凈氣體等。 表述二：第二類永動(dòng)機(jī)（從單一熱源吸收的熱量，可以全部用來做功，而不引起其他變化）是不可能實(shí)現(xiàn)的。 自然界中宏觀過程具有的方向性在能量轉(zhuǎn)化中的具體表現(xiàn)是能量耗散。 6、能源 環(huán)境 （1）常規(guī)能源：人們把煤、石油、天然氣叫做常規(guī)能源。 （2）綠色能源的開發(fā)和利用。 7、氣體狀態(tài)參量：一定質(zhì)量氣體的狀態(tài)用參量壓強(qiáng)、體積、溫度來描述 （1）氣體的溫度：氣體分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能大小的標(biāo)志，反映了氣體分子熱運(yùn)動(dòng)劇烈程度。有熱力學(xué)溫度（T）、攝氏溫度（t）等，熱力學(xué)溫度（T）與攝低溫度（t）的關(guān)系為 T=273+t。 單位分別為：開（K）、攝氏度（C）。 （2）氣體體積：由于氣體分子之間距離較大，氣體分子除互相碰撞外沒有作用力，所以它能充滿所能達(dá)到的空間。因而容器的容積就是氣體的體積。國(guó)際單位：米3（m3）；常用單位：d m3（L），c m3（mL）。 （3）氣體的壓強(qiáng)：?jiǎn)挝幻娣e所受壓力為壓強(qiáng)，從微觀上看，由于氣體分子頻繁地碰撞器壁，對(duì)器壁產(chǎn)生持續(xù)壓力，從而形成氣體的壓強(qiáng)。在國(guó)際單位制中壓強(qiáng)的單位是帕斯卡（Pa），1Pa=1N/ m2。常用單位還有：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atm），毫米汞柱（mmHg）。 換算關(guān)系： 1（atm）=760（mmHg）=101325（Pa）105（Pa）。 1（mmHg）=133.322（Pa）。 8、氣體的體積、溫度 、壓強(qiáng)之間的關(guān)系 一定質(zhì)量的理想氣體，壓強(qiáng)跟體積成反比，跟熱力學(xué)溫度成正比，寫成公式為 重、難、疑點(diǎn)剖析 1、溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志 溫度的高低反映了分子運(yùn)動(dòng)的激烈程度，它是建立在統(tǒng)計(jì)規(guī)律基礎(chǔ)上的，是對(duì)大量分子而言的，對(duì)單個(gè)分子沒有實(shí)際意義。在一定溫度下，各分子速率大小不同，不同速率的分子個(gè)數(shù)按一定的規(guī)律分布，溫度升高時(shí)，分子運(yùn)動(dòng)激烈，平均動(dòng)能增大，但不是所有分子的動(dòng)能都增大。從宏觀上看溫度反映了物體的冷熱程度，深化到微觀方面認(rèn)識(shí)溫度的意義，溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志。 2、物體的內(nèi)能與溫度、體積、分子數(shù)等物理量之間的關(guān)系 從分子動(dòng)理論的內(nèi)容及物理量的意義出發(fā)，分子平均動(dòng)能與溫度，分子平均勢(shì)能與體積及物體的內(nèi)能與溫度、體積、分子數(shù)等物理之間是對(duì)應(yīng)聯(lián)系著的。對(duì)某個(gè)物體而言，溫度越高，分子平均動(dòng)能越大；但體積越大，分子平均勢(shì)能未必也越大，例如，0℃的冰溶化為0℃的水時(shí)，體積減小，分子勢(shì)能卻增加了；而在鐵熔化為同溫度的鐵水時(shí)，體積增大了，分子勢(shì)能也增加了。 3、做功和熱傳遞在改變內(nèi)能的效果上是等效的 做功是通過力對(duì)物體的宏觀位移來完成的，通常與宏觀機(jī)械運(yùn)動(dòng)有關(guān)，是其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化；而熱傳遞則發(fā)生在兩個(gè)溫度不同的物體之間，通過分子碰撞和分子間相互作用來實(shí)現(xiàn)，與分子的微觀運(yùn)動(dòng)有關(guān)，是物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。做功和熱傳遞在改變內(nèi)能的效果上是等效的，也就是說，使物體內(nèi)能增加1J，可以通過對(duì)其做1J功來實(shí)現(xiàn)；也可以通過從外界吸收1J熱量來實(shí)現(xiàn)；還可以兩過程同時(shí)進(jìn)行。 4、氣體壓強(qiáng)的微觀解釋和壓強(qiáng)的計(jì)算 從氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的微觀本質(zhì)角度認(rèn)識(shí)氣體壓強(qiáng)，氣體的壓強(qiáng)是大量分子對(duì)容器壁的碰撞而產(chǎn)生的。它等于單位時(shí)間內(nèi)、單位面積上氣體分子對(duì)器壁的總沖量，其大小決定于單位體積內(nèi)的分子數(shù)和分子的動(dòng)能。所以反映在宏觀上，氣體的壓強(qiáng)決定于氣體的密度和溫度，進(jìn)一步研究便可得出，一定質(zhì)量的理想氣體。壓強(qiáng)跟體積成反比，跟熱力學(xué)溫度成正比，這便是理想氣體狀態(tài)方程的微觀解釋。 氣體壓強(qiáng)計(jì)算的方法：選擇活塞、氣缸或液柱為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行受力分析，應(yīng)用平衡方程或牛頓第二定律列方程求解。從氣體壓強(qiáng)的一般計(jì)算方法，便可表明在氣體狀態(tài)變化中，壓強(qiáng)變化的宏觀效果是力的變化。 5、理想氣體的內(nèi)能 由于理想氣體，不考慮其分子間的作用力，其分子勢(shì)能為零，因而理想氣體的內(nèi)能只由溫度和分子數(shù)決定，與體積無(wú)關(guān)。 例1 溫度為0℃、質(zhì)量相同的冰和水進(jìn)行比較，以下說法正確的是（ ） A.它們的分子平均動(dòng)能相同，水的分子勢(shì)能較大 B.它們的分子平均動(dòng)能相同，而冰的體積比水的大，冰的分子勢(shì)能較大 C.它們的分子勢(shì)能相同，水分子的平均動(dòng)能較大 D.它們的分子勢(shì)能相同，冰的分子平均動(dòng)能較大 【分析】因?yàn)槲矬w的內(nèi)能是由物體內(nèi)分子的數(shù)量及大量分子熱運(yùn)動(dòng)劇烈程度及分子間相互作用所決定的能量，本題中水和冰的質(zhì)量和溫度相等，即它們具有相同的分子數(shù)量及分子的平均動(dòng)能。對(duì)于冰和水的分子勢(shì)能的比較，由于涉及到物態(tài)的變化，因此不能簡(jiǎn)單地從體積變化情況進(jìn)行比較。但我們知道，0℃的冰熔化為0℃的水是需要吸熱的，而在此過程中體積又在減小，即外界對(duì)它做功，所以其內(nèi)能一定增加。又因此過程中分子的平均動(dòng)能不變，故分子勢(shì)能一定增加，所以水的分子勢(shì)能較大。 【解答】綜上所述可知，溫度為0℃、質(zhì)量相同的冰和水進(jìn)行比較，它們的分子平均動(dòng)能相同，水的分子勢(shì)能較大。 【答案】A 【歸納】此題要在弄清內(nèi)能、分子平均動(dòng)能、分子勢(shì)能與溫度、體積、分子數(shù)等物理量之間的關(guān)系的基礎(chǔ)上，再將0℃的冰熔化為0℃的水時(shí)需要吸收熱量這一常識(shí)與熱力學(xué)第一定律相結(jié)合加以判斷。 例2 關(guān)于熱量、溫度、內(nèi)能的概念，下列說法中正確的是（ ） A.物體的溫度越高，含有的熱量越多 B.物體的溫度升高，一定吸收了熱量 C.物體放出熱量、溫度一定降低 D.做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的 【分析】在熱傳遞過程中，傳遞的能量的多少叫做熱量。熱量這個(gè)物理量是和熱傳遞這個(gè)過程密不可分的。物體在熱傳遞過程中，吸收或放出多個(gè)熱量，就表明它增加或減少多少內(nèi)能。 【解答】選項(xiàng)A中的說法是錯(cuò)誤的，因?yàn)闆]有熱傳遞，卻談什么物體含有多少熱量是不對(duì)的。B、C中的說法也是不正確的。我們知道了晶體在凝固過程中就是放出熱量。而溫度卻保持不變，至于物體的溫度升高，也可以采用做功的辦法獲得。 【答案】D 【歸納】從本題可看出，比較兩個(gè)物體內(nèi)能的大小，或判斷物體內(nèi)能如何變化，需從“做功”和“熱傳遞”這兩個(gè)方面綜合考慮，當(dāng)物體吸熱的同時(shí)對(duì)外界做功，或物體放熱的同時(shí)外界以物體做功時(shí)，不能簡(jiǎn)單地根據(jù)做功或熱傳遞某一方面情況確定出物體內(nèi)能的變化情況。熱量、溫度、內(nèi)能是學(xué)生容易混淆的幾個(gè)概念，在解答上述問題時(shí)要能夠弄清它們的區(qū)別與聯(lián)系。 例3 如圖8-25-2所示，一氣缸豎直倒放，氣缸內(nèi)有一質(zhì)量不可忽略的活塞，將一定量的理想氣體封在氣缸內(nèi)，活塞與氣缸壁無(wú)摩擦，氣體處于平衡狀態(tài)，現(xiàn)保持溫度不變，把氣缸稍微傾斜一點(diǎn)，在達(dá)到平衡后，與原來相比，則（A、D） A.氣體的壓強(qiáng)變大 B.氣體的壓強(qiáng)變小 C.氣體的體積變大 D.氣體的體積變小 【分析】氣體的壓強(qiáng)可由活塞的受力平衡來確定，再由狀態(tài)方程中的壓強(qiáng)、體積、溫度的關(guān)系便可判斷體積如何變化。 【解答】當(dāng)氣缸豎直倒放時(shí)，分析活塞的受力，活塞受氣缸內(nèi)氣體向下的壓力和活塞的重力而平衡，由平衡條件可得此時(shí)氣體的壓強(qiáng) 。 當(dāng)保持溫度不變把氣缸稍微傾斜一小角度θ時(shí)，再分析活塞的受力，活塞受大氣斜向上的托力、缸內(nèi)氣體斜向下的壓力和活塞的重力沿氣缸壁的分力而平衡。同樣由平衡條件可得此時(shí)氣體的壓強(qiáng) 。 可見，氣體的壓強(qiáng)變大了，而溫度保持不變，氣體的體積變小。 【答案】A、D 【歸納】壓強(qiáng)是一個(gè)力學(xué)參量，分析和計(jì)算壓強(qiáng)常從受力分析出發(fā)，建立力學(xué)方程來進(jìn)行。 專題回放 例1 圖8-26-3中活塞將氣缸分成甲、乙兩氣室，氣缸、活塞（連同拉桿）是絕熱的，且不漏氣，以E甲、E乙分別表示甲、乙兩氣室中氣體的內(nèi)能，則在將桿緩慢向外拉的過程中（ ） A. E甲不變，E乙減小 B. E甲增大，E乙不變 C. E甲增大，E乙減小 D. E甲不變，E乙不變 【分析】因?yàn)闅飧?、活塞（連同拉桿）是絕熱的，將拉桿緩慢向外拉的過程中，活塞對(duì)甲氣做正功，乙氣體對(duì)活塞做了功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，甲室中氣體的內(nèi)能增加，乙室中氣體的內(nèi)能減少。 【答案】C。 【歸納】本題考查了熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用，不少學(xué)生對(duì)氣體做功問題不會(huì)分析，故而不能正確解答。 例2 一定質(zhì)量的理想氣體（ ） A.先等壓膨脹，再等容降溫，其溫度必低于起始溫度 B.先等溫膨脹，再等壓壓縮，其體積必小于起始體積 C.先等容升溫，再等壓壓縮，其溫度有可能等于起始溫度 D.先等容加熱，再絕熱壓縮，其內(nèi)能必大于起始內(nèi)能 【分析】此題研究對(duì)象是理想氣體，可根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程和熱力學(xué)第一定律對(duì)理想氣體的壓強(qiáng)、體積溫度及內(nèi)能變化作出判斷。 【解答】根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程，可判斷出A、B、C三選項(xiàng)中C是正確的；再根據(jù)熱力學(xué)第一定律對(duì)D選項(xiàng)做出判斷，先等容加熱，再絕熱壓縮，即先讓氣體吸收熱量，再對(duì)氣體做功，氣體的內(nèi)能必增加，故D正確。 【答案】C、D 【歸納】本題考查了理想氣體的狀態(tài)方程和熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用，盡管新的考綱對(duì)理想氣體的狀態(tài)方程不作要求，但要求知道氣體的體積、溫度、壓強(qiáng)之間的關(guān)系，實(shí)際上也就是要知道理想氣體的狀態(tài)方程，對(duì)此在復(fù)習(xí)中要注意把握。 例3 在一密封的啤酒瓶中，下方為溶有CO2的啤酒，上方為純CO2氣體，在20℃時(shí)，溶于啤酒中的質(zhì)量，上方氣體狀況CO2的質(zhì)量壓強(qiáng)p0=1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，當(dāng)溫度升高到40℃時(shí)，啤酒中溶解的CO2質(zhì)量有所減少，變?yōu)? mA′=mA－△m，瓶中氣體CO2的壓強(qiáng)上升到p1。已知：，啤酒的體積不因溶入CO2而變化，且不考慮容器體積和啤酒體積隨溫度的變化。又知對(duì)同種氣體，在體積不變的情況下與m成正比。試計(jì)算p1等于多少標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。 【分析】此題的研究對(duì)象是溶入啤酒中的和未溶入兩部分CO2氣體，利用題中所給的兩部分CO2氣的質(zhì)量與壓強(qiáng)的關(guān)系及CO2氣的總質(zhì)量一定的條件便可求出p1。 【解答】在40℃時(shí)，溶入啤酒的CO2的質(zhì)量為：mA′=mA－△m，因質(zhì)量守恒，氣體CO2的質(zhì)量為mB′=mb－△m，由題設(shè)由于對(duì)同一種氣體，體積不變時(shí)，與m成正比，可得，由以上各式解得 計(jì)算得 p1=1.6atm. 【答案】p1=1.6atm. 【歸納】新考納雖對(duì)氣態(tài)方程不作要求，但氣體問題仍會(huì)以一種情景題或信息題的形式出現(xiàn)在高考中。 探究延伸 例 歷史上有不少人都想設(shè)計(jì)一種機(jī)器，他們希望這種機(jī)器不消耗任何能量和燃料，卻能源源不斷地對(duì)外做功。這種機(jī)器被稱為“永動(dòng)機(jī)”，圖8-26-4就是一個(gè)“永動(dòng)機(jī)”的設(shè)計(jì)方案，輪子中央有轉(zhuǎn)動(dòng)軸，活動(dòng)短桿外端都裝有鐵球，設(shè)計(jì)者說：右邊的球離軸遠(yuǎn)，力矩較左邊的大，輪子會(huì)沿箭頭方向不停地轉(zhuǎn)動(dòng)下去。請(qǐng)你思考一下，評(píng)論設(shè)計(jì)者這種觀點(diǎn)對(duì)不對(duì)。 【分析】仔細(xì)觀察一下就會(huì)發(fā)現(xiàn)，雖然右邊每個(gè)球產(chǎn)生的力矩大，但是球的個(gè)數(shù)少，左邊每個(gè)球產(chǎn)生的力矩雖然小，但是球的個(gè)數(shù)多。于是輪子不會(huì)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)下去，只會(huì)擺動(dòng)幾個(gè)就停下來了，所以設(shè)計(jì)者的想法不會(huì)實(shí)現(xiàn)。 【解答】這種想法是不科學(xué)的，因?yàn)樗`反了能量守恒定律。 【答案】此觀點(diǎn)不對(duì)。 【點(diǎn)評(píng)】此方案僅從力或力矩的角度去分析不易看清楚其可行性，但從能量的角度去分析那是不可能實(shí)現(xiàn)的。熱力學(xué)第一定律又可表述為：第一類永動(dòng)機(jī)（不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對(duì)外做功）是不可能實(shí)現(xiàn)的。 隨堂闖關(guān) 1、下列敘述中正確的是（B、C） A.物體的內(nèi)能與物體的溫度有關(guān)，與物體的體積無(wú)關(guān) B.物體的溫度越高，物體中分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)越劇烈 C.物體體積改變，內(nèi)能可能不變 D.物體在壓縮時(shí)，分子間存在著斥力，不存在引力 【提示】理想氣體體積變化時(shí)，內(nèi)能不變。 2、在冬季，剩有半瓶熱水的暖水瓶經(jīng)過一個(gè)夜晚后，第二天拔瓶口的軟木塞時(shí)覺得很緊，不易拔出來。其中主要原因是（ D ） A.軟木塞受潮膨脹 B.瓶口因溫度降低而收縮變小 C.白天氣溫升高，大氣壓強(qiáng)變大 D.瓶?jī)?nèi)氣體因溫度降低而壓強(qiáng)減小 【提示】若瓶?jī)?nèi)原先裝的就是冷水，則無(wú)此現(xiàn)象出現(xiàn)。表明此現(xiàn)象是由溫度引起的。 3、金屬制成的氣缸中裝有柴油與空氣的混合物。有可能使氣缸中柴油達(dá)到燃點(diǎn)的過程是（ A ） A.迅速向里推活塞 B.迅速向外拉活塞 C.緩慢向里推活塞 D.緩慢向外拉活塞 【提示】迅速推可看作絕熱過程，緩慢推就有充分時(shí)間發(fā)生熱傳遞。 4、圖8-26-5中容器A、B各有一個(gè)可自由移動(dòng)的輕活塞，活塞下面是水，上面是大氣，大氣壓恒定，A、B的底部由帶有閥門K的管道相連。整個(gè)裝置與外界絕熱。原先，A中水面比B中的高，打開閥門，使A中的水逐漸向B中流，最后達(dá)到平衡，在這個(gè)過程中（ D ） A.大氣壓力對(duì)水做功，水的內(nèi)能增加 B.水克服大氣壓力做功，水的內(nèi)能減少 C.大氣壓力對(duì)水不做功，水的內(nèi)能不變 D.大氣壓力對(duì)水不做功，水的內(nèi)能增加 【提示】大氣壓通過兩邊活塞對(duì)水做功代數(shù)和為0，水的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 5、已知，如圖8-26-6所示，用長(zhǎng)為0.4m的細(xì)繩將一個(gè)2kg的木塊懸掛于天花板上，一顆10kg的鉛彈從水平方向射中木塊，且留在木塊內(nèi)，木塊在擺動(dòng)過程中的最大擺角為60，設(shè)增加的內(nèi)能中有50%使鉛彈溫度升高，則鉛彈溫度升高了多少度？[鉛的比熱為1.3102J/（kg℃）] 【提示】只在鉛彈射入木塊的短暫過程，系統(tǒng)機(jī)械能損失；在木塊擺動(dòng)過程中系統(tǒng)機(jī)械能守恒。所以 。 50%△E=cm△t. 代入數(shù)據(jù)得 △t=306℃ 【答案】306℃ 6、“奮進(jìn)號(hào)”航天飛機(jī)進(jìn)行過一次太空飛行，其主要任務(wù)是給國(guó)際空間站安裝太陽(yáng)能電池板。該太陽(yáng)能電池板長(zhǎng)L=73m，寬d=12m，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的轉(zhuǎn)化率為η=20%，已知太陽(yáng)的輻射總功率為P0=3.831026W，地日距離為R0=101011m，國(guó)際空間站離地面的高度為h=370km，它繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)約有一半時(shí)間在地球的陰影內(nèi)，所以在它能發(fā)電的時(shí)間內(nèi)將把所發(fā)電的一部分儲(chǔ)存在蓄電池內(nèi)。由以上數(shù)據(jù)，估算這個(gè)太陽(yáng)能電池板能對(duì)國(guó)際空間站提供的平均功率是多少？ 【提示】由于國(guó)際空間站離地面的高度僅為地球半徑的約二十分之一，可認(rèn)為是近地衛(wèi)星；h遠(yuǎn)小于R0，因此它離太陽(yáng)的距離可認(rèn)為基本不變，就是地日距離R0。太陽(yáng)的輻射功率應(yīng)視為均勻分布在以太陽(yáng)為圓心，地日距離為半徑的球面上，由此可以算出每平方米接收到的太陽(yáng)能功率（該數(shù)據(jù)被稱為太陽(yáng)常數(shù)） 再由電池板的面積和轉(zhuǎn)化率，可求出其發(fā)電時(shí)的電功率 P=I0Ldη=2.6105W。 由于每天只有一半時(shí)間可以發(fā)電，所以平均功率只有發(fā)電時(shí)電功率的一半，即130kW。 【答案】130kW。 課后測(cè)試 一、選擇題 1、關(guān)于溫度的概念，下述說法中正確的是（ A ） A.溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，物體溫度高，則分子的平均動(dòng)能大 B.溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度升高，則物體的每一個(gè)分子的動(dòng)能都增大 C.某物體當(dāng)其內(nèi)能增大時(shí)，則該物體的溫度一定升高 D.甲物體的溫度比乙物體高，則甲物體分子平均速率比乙物體分子平均速率大 【提示】從溫度、分子平均動(dòng)能、內(nèi)能的關(guān)系來判斷，注意分子平均動(dòng)能大，平均速率未必大。 2、A、B兩分子距離等于分子直徑的10倍，若將B分子向A分子靠近，直到不能再靠近。此過程中，關(guān)于分子力做功及分子勢(shì)能的變化是（ C ） A.分子力始終對(duì)B做正功，分子勢(shì)能不斷減小 B.B分子始終克服分子力做功，分子勢(shì)能不斷增大 C.分子力先對(duì)B做正功，而后B克服分子力做功，分子勢(shì)能先減小后增大 D.B分子先克服分子力做功，而后分子力對(duì)B做正功，分子勢(shì)能先增大后減小 【提示】此過程中分子力先是引力后是斥力，先做正功后做負(fù)功，因而勢(shì)能先減小后增大。 3、一定質(zhì)量的0℃的水在凝結(jié)成0℃的冰的過程中，體積變小，它內(nèi)能的變化是（ D ） A.分子平均動(dòng)能增加，分子勢(shì)能減少 B.分子平均動(dòng)能減小，分子勢(shì)能增加 C.分子平均動(dòng)能不變，分子勢(shì)能增加 D.分子平均動(dòng)能不變，分子勢(shì)能減少 【提示】溫度不變，分子平均動(dòng)能不變；水凝結(jié)成冰時(shí)，放出熱量，內(nèi)能減少必然是分子勢(shì)能減少了。 4、關(guān)于勢(shì)傳遞的下述說法中正確的是（B、C） A.熱量是從內(nèi)能大的物體傳給內(nèi)能小的物體 B.熱量總是從分子平均動(dòng)能大的物體傳給分子平均動(dòng)能小的物體 C.熱傳遞的實(shí)質(zhì)是物體之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移而能的形式不發(fā)生變化 D.只有通過熱傳遞的方式，才能使物體的溫度發(fā)生變化 【提示】熱傳遞的實(shí)質(zhì)是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移、傳遞方向是由高溫物體到低溫物體。 5、一物體先后經(jīng)過幾個(gè)不同的物理過程，其溫度均從t1升高t2，則在這些過程中（ D ） A.物體一定從外界吸收熱量 B.物體與外界交換的熱量都相等 C.外界對(duì)物體所做的功均相等 D.物體內(nèi)所有分子動(dòng)能的平均值之增量都相等 6、在下述現(xiàn)象中沒有做功而使物體內(nèi)能改變的是（B、D） A.電流通過電爐絲使溫度升高 B.在陽(yáng)光照射下水的溫度升高 C.鐵錘打鐵塊使鐵塊溫度升高 D.在爐水上的水被燒開 【提示】做功包括機(jī)械功、電功等等。 7、“能源分類相關(guān)圖”如圖8-26-7所示，四組能源選項(xiàng)中，全部符合圖中陰影部分的能源是（ C ） A.煤炭、石油、沼氣 B.水能、潮汐、天然氣 C.太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物能 D.地?zé)崮堋⒑Ｑ竽?、核? 【提示】核能不屬于可再生能源。 8、讓一定質(zhì)量的理想氣體發(fā)生等溫膨脹，在該過程中（ A、B ） A.氣體分子平均動(dòng)能不變 B.氣體壓強(qiáng)減小 C.氣體分子的勢(shì)能減小 D.氣體密度不變 【提示】理想的氣體等溫膨脹時(shí)，壓強(qiáng)減?。环肿觿?shì)能始終為零。 9、如圖8-26-8所示為沖擊擺實(shí)驗(yàn)裝置，一飛行的子彈射入沙箱后合為一體，共同擺起一定高度，則下面有關(guān)能的轉(zhuǎn)化說法中正確的是（ D ） A.子彈的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成了沙箱和子彈的內(nèi)能 B.子彈的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成了沙箱和子彈的勢(shì)能 C.子彈的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成了沙箱和子彈的動(dòng)能 D.子彈的動(dòng)能一部分轉(zhuǎn)變成了沙箱和子彈的內(nèi)能，另一部分轉(zhuǎn)變成了沙箱和子彈的機(jī)械能 【提示】運(yùn)用動(dòng)量守恒和能量轉(zhuǎn)化和守恒定律來加以分析 二、計(jì)算題 10、氣缸中氣體的壓強(qiáng)為4105Pa，活塞的面積是40cm2，氣體做等壓膨脹，推動(dòng)活塞移動(dòng)了20cm，求： （1）氣體做了多少功？ （2）在做功過程中氣體吸熱0.5kcl，氣體的內(nèi)能改變了多少？ 【提示】氣體等壓膨脹做功可用W=p△V來計(jì)算。 ∴W=p△V=4105402010－6J=320J。 再根據(jù)熱力學(xué)第一定律 △u=－W+Q =－320J+0.51034.2J =1780J. 【答案】（1）320J；（2）1780J 11、如圖8-26-9所示的容器，兩端是直徑不同的兩個(gè)圓筒，里面各有一活塞，其橫截面積分別是SA=8cm2，SB=24 cm2，質(zhì)量分別為MA=8kg，MB=12kg，它們之間有一質(zhì)量不計(jì)的輕桿相連，活塞可無(wú)摩擦滑動(dòng)，但不漏氣；活塞B的下面是和大氣相通的，活塞A的上面是真空。若大氣壓強(qiáng)p0=1105Pa，求被封閉氣體的壓強(qiáng)。 【提示】以A、B活塞構(gòu)成的整體為研究對(duì)象、分析其受力，并根據(jù)平衡條件可得 p0SB=pSA=pSB+(mA+mB)g. 代入數(shù)據(jù)可求得 p=2.5104Pa 【答案】2.5104Pa