2020高考物理专题13 热学(讲)(原卷版)

专题十三 热学

本专题主要解决的是分子动理论和热力学定律，并从宏观和微观角度理解固、液、气三态的性质。新课程标准对本部分内容要求较低，《考试说明》明确提出“在选考中不出现难题”，高考命题的形式基本上都是小题的拼盘。

高考对本部分内容考查的重点和热点有以下几个方面：①分子大小的估算；②分子动理论内容的理解；③物态变化中的能量问题；④气体实验定律的理解和简单计算；⑤固、液、气三态的微观解释和理解；⑥热力学定律的理解和简单计算；⑦油膜法测分子直径等内容。

预测高考会涉及在以下方面：利用阿伏伽德罗常数进行微观量估算和涉及分子动理论内容的判断性问题，以选择填空题形式命题；气体压强为背景的微观解释问题，以简答形式命题；以理想气体为研究对象考查气体性质和热力学定律的问题，以计算题的形式命题。

知识点一、固体、液体、气体微观量的估算 1．固体、液体微观量的估算 (1)分子数、分子质量的计算 分子数N ＝nN A ＝m M 0N A ＝V

V 0

N A

分子质量m ′＝M 0

N A ，其中M 0为摩尔质量，V 0为摩尔体积，N A 为阿伏加德罗常数．

(2)分子体积(分子所占空间)的估算方法 每个分子的体积V ′＝

V 0N A ＝M 0

ρN A

，其中ρ为固体(或液体)的密度． (3)分子直径的估算方法

如果把固体分子、液体分子看成球体，则分子直径d ＝36V ′π＝36V 0

πN A

；

如果把固体、液体分子看成立方体，则d ＝3

V ′＝3V 0

N A

.利用油酸在水面上形成的单层分子膜，可得油

酸分子的直径d ＝V

S

，其中V 、S 分别为油酸的体积和油膜的面积．

2．气体分子微观量的估算

(1)物质的量n＝V

22.4，V为气体在标准状况下的体积，其单位为L.

(2)分子间距的估算方法：倘若气体分子均匀分布，每个分子占据一定的空间，假设为立方体，分子位于每个立方体的中心，则每个小立方体的边长就是分子间距；假设气体分子占有的体积为球体，分子位于球体的球心，则分子间距等于每个球体的直径．

特别提醒：(1)分子直径的数量级为10－10 m，因此求出的数据只在数量级上有意义．

(2)阿伏加德罗常数N A＝6.02×1023 mol－1，是联系微观世界和宏观世界的桥梁．

知识点二、分子力做功及物体的内能

1．分子力的特点

分子间作用力(指引力和斥力的合力)随分子间距离变化而变化的规律是：

(1)r

(2)r＝r0时分子力为零；

(3)r>r0时表现为引力；

(4)r>10r0以后，分子力变得

十分微弱，可以忽略不计，如图11－1.

图11－1

2．分子力做功的特点及势能的变化

分子力做正功时分子势能减小;分子力做负功时分子势能增大.(所有势能都有同样结论:重力做正功重力势能减小、电场力做正功电势能减小.)

图11－2

由上面的分子力曲线可以得出如果以分子间距离为无穷远时分子势能为零，则分子势能随分子间距离而变化的图象如图11－2.可见分子势能与物体的体积有关，体积变化，分子势能也变化．3．物体的内能及内能变化

特别提醒：内能与机械能不同．前者由物体内分子运动和分子间作用决定，与物体的温度和体积有关，具体值难确定，但永不为零；后者由物体的速度、物体间相互作用、物体质量决定，可以为零；内能和机械能在一定条件下可以相互转化．

知识点三、气体性质的比较

知识点四、分子动理论 1．分子动理论的内容：

(1)物体是由大量分子组成的：分子直径的数量级为10

－10

m ．分子的大小可用油膜法估测：将油酸分子

看成一个个紧挨在一起的单分子层，若用V 表示一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积，S 为一滴油酸酒精溶液中纯油酸的油膜面积，则分子直径(大小)d ＝V S

.

(2)分子永不停息地做无规则运动：布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒的运动，既不是固体分子的运动，也不是液体分子的运动；布朗运动现象说明液体分子在做无规则运动．

(3)分子间同时存在着引力和斥力：二者均随分子间距的增大而减小，且分子斥力随分子间距变化得比较显著．分子力指引力和斥力的合力，当r ＝r 0(数量级是10

－10

m)时，分子力为零．

2．气体压强的微观解释：气体压强是大量气体分子作用在单位面积器壁上的平均作用力．其微观决定因素是分子平均动能和分子密集程度，宏观决定因素是温度和体积．

3．内能：物体内所有分子的动能与分子势能的总和．从微观上看，物体内能的大小由组成物体的分子数、分子平均动能和分子间距决定；从宏观上看，物体内能的大小由物质的量(摩尔数)、温度和体积决定．

知识点五、热力学定律

1．热力学第一定律：ΔU ＝Q ＋W

2.热力学第二定律：反映了涉及内能的宏观过程的不可逆性．

(1)克劳修斯表述(热传导的方向性)：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． (2)开尔文表述(机械能和内能转化的方向性)：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化．(第二类永动机不可能制成)

知识点六、气体实验定律与理想气体的状态方程

1．气体实验定律：等温变化——玻意耳定律：p 1V 1＝p 2V 2；等容变化——查理定律：p 1p 2＝T 1

T 2

；等压变化

——盖·吕萨克定律：V 1V 2＝T 1

T 2

.只适用于一定质量的气体．

2．理想气体状态方程：p 1V 1T 1＝p 2V 2

T 2或pV

T

＝C (恒量)．适用于一定质量的理想气体．

高频考点一 分子动理论 内能

例1. （2019·北京卷）下列说法正确的是（ ）

A ．温度标志着物体内大量分子热运动的剧烈程度

B ．内能是物体中所有分子热运动所具有的动能的总和

C ．气体压强仅与气体分子的平均动能有关

D ．气体膨胀对外做功且温度降低，分子的平均动能可能不变 【变式探究】（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.扩散现象是由物质分子无规则运动产生的

D.扩散现象在气体、液体和固体中都能发生

E.液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的 【变式探究】下列有关分子动理论和物质结构的认识，其中正确的是（ ）

A.分子间距离减小时分子势能一定减小

B.温度越高，物体中分子无规则运动越剧烈

C.物体内热运动速率大的分子数占总分子数比例与温度无关