重难点08 内能和气体实验定律-2023年高考物理【热点·重点·难点】专练（上海专用）

重难点08 内能和气体实验定律 一、微观量的估算 （1）微观量：分子体积V0、分子直径d、分子质量m0 （2）宏观量：物体的体积V、摩尔体积Vm、物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ （3）关系：①分子的质量： ②分子的体积： （4）物体所含的分子数：或 （5）两种模型：①球体模型直径 ②立方体模型边长为 注：固体和液体分子都可看成是紧密堆集在一起的，用公式求分子的体积，仅适用于固体和液体，对气体不适用。对于气体分子，d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、分子力与分子内能 （1）分子力的特点：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）分子间的相互作用力与分子间距离的关系：如图所示，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。 ①当r＝r0时，F引＝F斥，分子力F＝0； ②当r＜r0时，F引和F斥都随距离的减小而增大，但F斥比F引增大得更快，分子力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斥比F引减小得更快，分子力F表现为引力； ④当r＞10r0（10﹣9 m）时，F引、F斥迅速减弱，几乎为零，分子力F≈0。 （3）分子动能 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：i）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，△t＝△T。ii）关系：T＝t+273.15K。 注：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。 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。 （4）分子势能：由分子间的相互作用和相对位置决定的势能叫分子势能。分子势能的大小与物体的体积有关。 （5）分子势能与分子间距离的关系： 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，若选两分子相距无穷远时分子势能为零，最小分子势能为负值。 三、内能、机械能、热量的比较 内能 机械能 定义 物体内所有分子热运动动能与分子势能之和 物体的动能、重力势能和弹性势能的统称 决定 由物体内部状态决定 跟宏观运动状态、参考系和零势能点的选取有关 量值 任何物体都有内能 可以为零 测量 无法测量 可以测量 本质 微观分子的运动和相互作用的结果 宏观物体的运动和相互作用的结果 内能 热量 区别 是状态量，状态确定系统的内能随之确定。一个物体在不同的状态下有不同的内能 是过程量，它表示由于热传递而引起的内能变化过程中转移的能量 联系 在只有热传递改变物体内能的情况下，物体内能的改变量在数值上等于物体吸收或放出的热量。 四、分子运动速率的统计规律 TⅢ＞TⅡ＞TⅠ （1）在气体中，大量分子的频繁碰撞，使某个分子何时何地向何处运动是偶然的。但是对大量分子整体来说，在任意时刻，沿各个方向的机会是均等的，而且气体分子向各个方向运动的数目也是基本相等的。这就是大量分子运动整体表现出来的统计规律。 （2）气体中的大多数分子的速率都接近某个数值，与这个数值相差越多，分子数越少，表现出“中间多，两头少”的分布规律。当温度升高时，分子最多的速率区间移向速度大的地方，速率小的分子数减小，速率大的分子数增加，分子的平均动能增大，总体上仍然表现出“中间多，两头少”的分布规律，气体分子速率分布规律也是一种统计规律。 五、玻意耳定律、查理定律、盖-吕萨克定律 （1）玻意耳定律（等温变化）：一定质量的气体，在温度保持不变时，它的压强和体积成反比；或者说，压强和体积的乘积保持不变。 ①数学表达式：pV＝C（常量）或p1V1＝p2V2。 ②适用条件：a.气体质量不变、温度不变；b.气体温度不太低（与室温相比）、压强不太大（与大气压相比）。 ③p﹣V图象——等温线：一定质量的某种气体在p﹣V图上的等温线是双曲线的一支，如图A所示，从状态M经过等温变化到状态N，矩形的面积相等，在图B中温度T1＜T2。 ④p﹣图象：由pV＝CT，可得，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高，且直线的延长线过原点，如图C所示，可知T1＜T2。 （2）查理定律（等容变化）：一定质量的气体，在体积不变的情况下，它的压强跟热力学温度成正比，这个规律叫做查理定律。 ①数学表达式：＝C或＝或＝。 ②成立条件：a.气体的质量、体积保持不变；b.气体压强不太大，温度不太低。 ③p﹣T图象—等容线：一定质量的某种气体在p﹣T图上的等容线是一条延长线过原点的