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1、热学,选修3-3,气体状态方程,第一讲,一. 气体的性质,气体状态参量,(1) 温度,T = t+273.15K,T =t,(2) 体积：容器的容积,(3) 压强,理想气体状态方程：,1. 封闭气体压强的确定,1.如图所示圆柱形汽缸，活塞质量m1为10kg，汽缸质量m2为100kg，横截面积为0.1m2，大气压强为1.0105Pa，求下列情况下缸内气体的压强。（忽略活塞与气缸壁间摩擦，g=10m/s2）（1）汽缸开口向上、竖直放在水平地面上。（2）拉住活塞将汽缸提起并静止在空中。（3）将汽缸竖直倒挂。,1.01105Pa,0.9105Pa,0.99105Pa,选择研究对象（气缸、活塞），受力分
2、析后，列力的平衡或牛二式，得到封闭气体的压强,二. 气缸问题,2.热力学第一定律与气体状态变化的关系,3.如图所示，为一气缸内封闭的一定质量理想气体的p-V图线，当该系统从状态a沿过程acb到达状态b时，有335J的热量传入系统，系统对外界做功126J。求：（1）沿adb过程，系统对外界做功42J，则有多少热量传入系统？（2）若系统由状态b沿曲线过程返回状态a时，外界对系统做功84J，问系统吸热还是放热？吸收或放出了多少热量？,251J,放热 293J,1. 理想气体的内能只是温度的函数2. 等压变化时，恒力做功，W=pV,4. 如图所示，用轻质活塞在气缸内封闭一定质量理想气体，活塞与气缸壁间
3、摩擦忽略不计，开始时活塞距气缸底高度h1 = 0.50 m。给气缸加热，活塞缓慢上升到距离气缸底h2 = 0.80 m处。上述过程中缸内气体吸收Q = 450 J的热量。已知活塞横截面积S = 5.010-3 m2，大气压强p0 = 1.0105 Pa。（1）此过程中缸内气体增加的内能U为多少？ （2）此后，若保持气缸内气体温度不变，让活塞最终还要稳定在距气缸底高度h1=0.50m处，需要在轻质活塞上放一个质量为多大的重物？,U= 300J,等压,等温,30kg,导热气缸,绝热气缸Q=0，气体温度发生改变,3.热学与力学结合,5.如图所示，竖直放置在水平面上的汽缸，其中缸体质量M10 kg，活
4、塞质量m5 kg，横截面积 ，活塞上部的汽缸里封闭一部分理想气体，下部有气孔a与外界相通，大气压强p01.0105Pa，活塞的下端与劲度系数为k2103 N/m的弹簧相连当汽缸内气体温度为127 时，弹簧的弹力恰好为零，此时缸内气柱长为L20 cm.求：当缸内气体温度升高到多少度时，汽缸对地面的压力为零？(g取10 m/s2，活塞不漏气且与汽缸壁无摩擦),827 ,4.多个活塞或多个气缸问题,6. 如图，一固定的竖直气缸有一大一小两个同轴圆筒组成，两圆筒中各有一个活塞，已知大活塞的质量为m1=2.50kg，横截面积为s1=80.0cm2，小活塞的质量为m2=1.50kg，横截面积为s2=40.
5、0cm2；两活塞用刚性轻杆连接，间距保持为L=40.0cm，气缸外大气压强为p=1.00105Pa，温度为T=303K。初始时大活塞与大圆筒底部相距L/2，两活塞间封闭气体的温度为T1=495K，现气缸内气体温度缓慢下降，活塞缓慢下移，忽略两活塞与气缸壁之间的摩擦，重力加速度g取10m/s2，求（1）在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间，缸内封闭气体的温度（2）缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时，缸内封闭气体的压强,330K,1.01105Pa,等压,等容,封闭气体对两活塞的合力不为零,1. 封闭气体压强,9.如图所示,水平放置的一根玻璃管和几个竖直放置的U形管内都有一段水银柱,封闭端里有一定质
6、量的气体,图(a)中的水银柱长度和图(b)、(c)、(d)中U形管两臂内水银柱高度差均为h=10cm,外界大气压强p0=76cmHg,则四部分气体的压强分别为pa=_cmHg,pb=_cmHg,pc=_cmHg,pd=_cmHg,76,86,66,86,三. 水银柱封闭气体,选择研究对象（水银柱），受力分析后，列力的平衡或牛二式，得到封闭气体的压强,10.如图所示，竖直放置的弯曲管A端开口，B端封闭，密度为的液体将两段空气柱封闭在管内，管内液面高度差分别为h1、h2和h3，则B端气体的压强为（ ）（已知大气压强为p0）。A. p0g（h1h2h3） B. p0g（h1h3）C. p0g（h1h
7、2h3） D. p0g（h1h2）,B,水银柱封闭气体压强可用Pa或cmHg、atm为单位。,2. U形管,12如图所示，粗细均匀的一端封闭一端开口的U型玻璃管，当t1=31，大气压强p0=1atm时，两管水银面相平，这时左管被封闭气柱长l1=8cm。求：（1）当温度t2等于多少时，左管气柱长l2为9cm？（2）当温度达到上问中温度t2时，为使左管气柱长l3为8cm，则应在右管加多长水银柱？,351K,水银的流动性会使两边液面同时变化，在计算高度差时要注意。,11.75cm,3.直管,14. 如图，一上端开口，下端封闭的细长玻璃管，下部有长l1=66cm的水银柱，中间封有长l2=66cm的空气
8、柱，上部有长l3=44cm的水银柱，此时水银面恰好与管口平齐。已知大气压强为Po=76cmHg。如果使玻璃管绕低端在竖直平面内缓慢地转动一周，求在开口向下和转回到原来位置时管中空气柱的长度。封入的气体可视为理想气体，在转动过程中没有发生漏气。,1.开口朝下时，注意水银会否流出2.没有气体的位置，在水银柱移走后为真空,9.2cm,分子动理论与统计观点热力学定律,第二讲,一、分子动理论的基本内容：,1、物质是由大量分子组成的,分子质量：分子质量数量级1026kg,分子大小：分子直径数量级1010m,阿伏加德罗常数: NA=6.021023 mol-1,物理意义：1 mol任何物质所含的分子数，是联
9、系宏观量和微观量的桥梁。,【典例1】 (单选)已知铜的摩尔质量为M(kg/mol)，铜的密度为(kg/m3)，阿伏加德罗常数为NA(mol1)下列判断错误的是 (),C 228,B,2、分子永不停息地做无规则运动,实验事实：,扩散现象：,特点：永不停息、温度越高扩散现象越明显,分子彼此进入对方分子间空隙的现象，是分子永不停息无规则运动的直接证据。,布朗运动：,产生原因：颗粒足够小时，各个方向液体分子对颗粒撞击不平衡引起的。,特点：永不停息、无规则、温度越高运动越明显、颗粒越小运动越明显。由外力（如风等）引起的运动不是布朗运动。,悬浮在液体（或气体）中的固体小颗粒的无规则运动，反映液体（或气体）
10、分子永不停息做无规则运动。,例(双选)下列关于布朗运动的说法，正确的是 ()A布朗运动是液体分子的无规则运动B液体温度越高，悬浮粒子越小，布朗运动越剧烈C布朗运动是由于液体各部分的温度不同而引起的D布朗运动是由液体分子从各个方向对悬浮粒子撞击作用的不平衡引起的,C 2302,BD,例(单选)如图所示，将两个接触面平滑的铅柱压紧后悬挂起来，下面的铅柱不脱落，主要原因是 () A铅分子做无规则热运动 B铅柱受到大气压力作用 C铅柱间存在万有引力作用 D铅柱间存在分子引力作用,C 2301,D,3、分子间存在相互作用的引力和斥力,r=r0时， f引= f斥 分子力F=0,当r增大时，引力和斥力同时减
11、少，斥力减少较快，分子间作用力表现为引力。当r减小时，引力和斥力同时增大，斥力增大较快，分子间作用力表现为斥力。,【典例2】 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,C 228,D,例(单选)如图所示，用F表示两分子间的作用力，Ep表示分子间的分子势能，在两个分子之间的距离由10r0变为r0的过程中 ()AF不断增大，Ep不断减小BF先增大后减小，Ep不断减小CF不断增大，Ep先增大后减小DF、Ep都是先增大后减小,C 2303,B,若两个分子之间的距离由0.1r0变为r0,
12、F、Ep不断减小,二、物体的内能,1、分子平均动能：,微观：分子运动的剧烈程度,宏观：温度,温度是大量分子热运动的平均效果的反映，具有统计意义，对个别分子，温度没有意义。温度是分子平均动能的量度。不是平均速率。,温度越高，分子平均动能越大,2、分子势能：,微观：分子间距,宏观：体积,由于分子间的相互作用而具有的与分子间相对位置有关的能。,分子间距离（体积）增大，分子势能增大,减小,分子间距离（体积）增大，物体对外界做功，密度减小,3、物体内能：,微观：分子势能、分子平均动能、分子个数,宏观：体积、温度、物质的量。,物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和。,物体内能的改变,1、做功其他形式的
13、能和物体内能间的相互转化，由功来量度内能改变的多少。,2、热传递内能在不同的物体之间或物体的不同部分之间的转移，由热量来量度内能改变的多少,注意：,功和热量是过程量，能量是状态量。,热量也不是能量的一种形式，而是内能转移多少的量度。,功不是能量的一种形式，而是能量转化多少的量度，功和能不能相互转化。,三、热力学第一定律,1、U=Q+W,2、符号规则：,理想气体T,V,绝热、快速Q=0,恒温、缓慢T不变,【变式跟踪2】 (双选)如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空（自由膨胀）抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态在此过程中()A气体对外界做
14、功，内能减少B气体不做功，内能不变C气体压强变小，温度降低D气体压强变小，温度不变,C 233,BD,(单选)给旱区送水的消防车停于水平地面上，在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体 ()A从外界吸热 B对外界做负功C分子平均动能减小 D内能增加,【思维驱动】,C 227,A,四、热力学第二定律（熵增加）,表述一：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他的变化。克劳修斯,表述二：不可能从单一热源吸收热量，并把热量全部用来做功，而不引起其他变化。开尔文,热机效率不可能是100%。,热现象过程中能量耗散是不可避免的，第二类永动机不可能制成。,热传导过
15、程具有方向性。,例：（单选）下列说法正确的是 ()A布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒的分子无规则运动的反映B没有摩擦的理想热机可以把吸收的内能全部转化为机械能C知道某物质的摩尔质量和密度可求出阿伏加德罗常数D内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能可能相同,C 3075,D,物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功,五、热力学第三定律：,绝对零度不能达到,六、能的转化与守恒定律,能量不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体在转化和转移的过程中能的总量保持不变。,第一类永动机不可能制成,固体、液体与气体,第三讲,一. 固体的性质,1. 晶体与非晶
16、体：,晶体有固定的熔点，非晶体没有确定的熔点。,2. 单晶体与多晶体：,单晶体具有规则的几何形状、各向异性。,3. 常见的晶体、非晶体：,单晶体：石英、云母、食盐等。单晶体可制成晶体管、集成电路。,非晶体：松香、沥青、玻璃、塑料等。,物质是晶体还是非晶体不是绝对的,【典例1】 (双选)在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上蜡，由烧热的针接触其上一点，蜡熔化的范围如图甲、乙、丙所示，而甲、乙、丙三种固体在熔解过程中温度随加热时间变化的关系如图甲、乙、丙所示，而甲、乙、丙三种固体在熔解过程中温度随加热时间变化的关系如图丁所示，试判断甲、乙、丙中晶体所属类型 (),A甲、乙为非晶体，丙是晶体B甲、丙为晶体，
17、乙是非晶体C甲、丙为非晶体，丙是晶体D甲为多晶体，乙为非晶体，丙为单晶体,C 232,BD,二. 液体的性质,1. 液晶：,有些化合物像液体一样具有流动性，而其光学性质、电学性质与晶体相似，各向异性，这些物质称为液晶。,2.液体的表面张力：,液体表面各部分间相互吸引的力,方向：与液面相切，垂直液面上的各条分界线,表现：液体表面总要收缩到尽可能小的面积,产生原因：由于蒸发现象，液体表面分子比内部稀疏些，分子间作用力表现为引力。液面收缩会使分子势能减小。,效果：液体呈球状、密度大于液体的物体能浮于液面。,例：(双选)下列现象中，能说明液体存在表面张力的有 ()A水黾可以停在水面上B叶面上的露珠呈球
18、形C滴入水中的红墨水很快散开D悬浮在水中的花粉做无规则运动,C 2343,AB,二气体分子动理论,1.气体分子运动的特点：气体分子间的距离大约是分子直径的10倍，分子间的作用力十分微弱。每个气体分子的运动是杂乱无章的，但对大量分子的整体来说，气体分子的速率分布遵从统计规律。在一定温度下，某种气体的分子速率分布是确定的，表现出“中间多，两头少”的分布规律。,2. 气体压强的微观意义,从微观角度来看，影响气体压强两个因素：（1）气体分子的平均动能；（2）分子的密集程度,从宏观角度看，影响气体压强两个因素：（1）气体的温度；（2）气体的体积,气体能充满容器，对容器壁产生压强，是由于分子的热运动，不是
19、分子间的斥力作用。,例：(2013南京模拟)(双选)一定质量的理想气体，经等温压缩，气体的压强增大，用分子动理论的观点分析，这是因为 ()A气体分子每次碰撞器壁的平均作用力增大B单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多C气体分子的总数增加D气体分子的密度增大,C 2345,BD,3. 饱和蒸汽压,液体的饱和蒸汽所具有的压强，叫做这种液体的饱和汽压。,液体饱和汽压只跟温度有关，与体积无关。,气体实验定律不适用于饱和蒸汽。,4. 相对湿度,某温度时空气的绝对湿度和同一温度下饱和水汽压的百分比，叫做该温度下空气的相对湿度。,用油膜法估测分子的大小,第四讲,用油膜法估测分子的大小：,【实验原
20、理】实验采用使油酸在水面上形成一层纯油酸薄膜的方法估测分子的直径油酸分子都是直立在水面上的，单分子油膜的 即等于油酸分子的 根据配制的油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中 的体积，测出这滴溶液形成薄膜的面积，即可算出油酸的厚度d= ，即油酸分子的直径。,厚度,直径,纯油酸溶液,V/S,【数据处理】公式d=V/S中的是 的体积，是滴入水中后 形成的油膜面积。V的计算方法是：设n滴油酸酒精溶液是1mL，则1滴的油酸酒精溶液的体积为 (mL) ，若配制溶液的比例是1/X，则滴溶液中纯油酸的体积为 (mL)；S的大小用坐标纸上对应的格数来计算，以边长为1cm的正方形为单位，计算轮廓内正方形的格数时，大于半格的 ；小于半格的 。,1滴纯油酸,1滴纯油酸,1/n,1/nX,计为1格,不计,
