2026届高三物理一轮复习课件 专题十五：热学

授课人： 高三物理复习课件 高考专题十五： 热 学 O1 一、微观量的计算 O2 二、热运动 O3 三、分子力和分子势能 O4 五、理想气体状态方程 目 录 CONTENTS 六、固体和液体 四、分子直径的估算 ⑴定义： 研究化学性质：物质组成微粒，分子、原子、或者离子。 研究热学运动性质和规律：分子、原子、或者离子这些微粒统称为分子。 我国科学家用扫描隧道显微镜拍摄的石墨表面原子的排布图，图中的每个亮斑都是一个碳原子。 ⑵分子模型： 球体 扫描隧道显微镜 石墨表面原子的排布图 扫瞄隧道显微镜下的硅片表面原子的图像 知识回归 一、微观量的计算 固体、液体 小球模型 d d d d 在计算固体和液体分子大小时，看成一个近似的物理模型，一般可把分子看成是一个小球，小球紧密排列在一起（忽略小球间的空隙）。则： 分子的直径 知识回归 一、微观量的计算 气体 立方体模型 气体分子间的平均距离 d d d 立方体模型：在计算气体分子大小时，把每个分子和其占有的空间当作一个小立方体，气体分子位于每个立方体的中心，这个小立方体的边长等于分子间的平均距离.即： 知识回归 一、微观量的计算 宏观量 物质的摩尔质量Mmol 物质的密度ρ 物质的摩尔数n 物质的质量m 物质的体积V 物质的摩尔体积Vmol 微观量 单分子质量m0 分子的直径d 分子数N 分子体积V0 知识回归 一、微观量的计算 常用关系式 （V0为气体分子所占据空间的体积） 若是气体：V0是气体分子所占空间 ⑦物质 球体 立方体 ①分子 ②分子（适用于固体和液体） ③物体或 ④ (只适用于固体、液体) ⑤气体分子间的平均距离 ⑥固体、液体分子直径: 知识回归 一、微观量的计算 [典例1].如图所示，一棱长为L的立方体容器内充有密度为ρ的某种气体，已知该气体的摩尔质量为μ，阿伏加德罗常数为NA。求： (1)容器内气体的分子数； (2)气体分子间的平均间距。 解析： ⑴容器内气体的质量为： 容器内气体物质的质为： 容器内气体的分子数为： ⑵设气体分子间的平均距离为d，将分子占据的空间看做立方体，则有： 可得： 典例分析 布朗运动的影响因素 颗粒的大小和温度 5 2 50 45 颗粒越小 每一瞬间受到液体 分子撞击的数目少 受力极易不平衡 颗粒越大 同时跟它撞击的分子数多 受力的平均效果互相平衡 质量大，惯性大 运动状态难改变 颗粒越大越明显还是越小越明显？ 影响因素—颗粒大小 布朗运动受什么因素的影响？ 知识回归 二、热运动 把分子永不停息地做无规则运动叫热运动。 温度越高，热运动越激烈 ①布朗运动是热运动的宏观体现，热运动是布朗运动的微观本质. ②布朗运动是热运动的间接反映，扩散现象是热运动的直接反映. ⑴定义： ⑶说明 ⑵特点： 永不停息 无规则 不同温度下墨水的扩散 高温下的布朗运动 知识回归 二、热运动 F 0 r 纵轴表示分子间的作用力 正值表示F斥 横轴表示分子间的距离 负值表示F引 ⑴分子间引力和斥力随分子间距的变化曲线 r0 F斥 F引 ①分子间的引力和斥力都随分子间的距离增大而减小， 但斥力比引力变化更 快 。 ②分子间的引力和斥力同时存在， 实际表现出来的分子力是分子引力和斥力的合力（分子力）。 知识回归 三、分子力和分子势能 分子间引力和斥力的变化规律 ⑵分子力随分子间距的变化规律 0 F F斥 F引 F分 r r0 ①当r=r0=10-10m时，F引＝F斥，分子力F分＝0，分子处于平衡状态。 ②当r＞r0时，F斥＜F引，分子力表现为引力。随r 的增加，分子力先增大后减小。 ③当r＜r0时，F斥＞F引，分子力表现为斥力。随r的减小，分子力增大。 ④当r＞10r0（10-9m）时，分子力等于0。 10r0 分子间作用力是带正电的原子核和带负电的电子的相互作用引起的。 知识回归 r F斥 F引 F合 F r0 一般选取两分子间距离无穷远时，分子势能为零。 当两分子间距离r＝r0时，分子势能最小且小于零。 ① 在r＞r0的条件下，分子力为引力，当两分子逐渐靠近至r0过程中（r↓），分子力做正功，分子势能减小。 在r＜r0的条件下，分子力为斥力，当两分子间距离增大至r0过程中（r↑），分子力也做正功，分子势能也减小。 ③在r≥10r0时，分子力可以忽略，若取此时的分子势能为0。则分子势能与分子间距离的关系： 10r0 无限远时分子势能EP=0 知识回归 三、分子力和分子势能 [典例2].有两个分子，设想它们之间相隔10倍直径以上的距离，逐渐被压缩到不能再靠近的距离，在这过程中，下面关于分子力变化的说法正确的是( ) Ａ.分子间的斥力增大，引力变小; Ｂ.分子间的斥力变小，引力变大; Ｃ.分子间的斥力和引力都变大，但斥力比引力变化快; Ｄ.分子力从零逐渐变大到某一数值后，逐渐减小到零， 然后又从零逐渐增大到某一数值. C D 三、分子力和分子势能 典例分析 分子运动速率分布图像 ③温度越高，分子热运动越剧烈 ①在任意温度下，所有气体分子的速率都呈“中间多、两头少”的分布。 ②当温度升高时，“中间多”这一高峰向速率大的一方移动。 注意：温度升高，气体分子的平均速率变大，但是具体到某一个气体分子，其速率可能变大也可能变小，无法确定。 【特别提醒】 单个或少量分子的运动是“个性行为”，具有不确定性。大量分子运动是“集体行为”，具有规律性即遵守统计规律。 在用油膜法测定分子的直径时，实际上: ②把分子看成球形. ①把滴在水面上的油酸层当作单分子油膜层. ③油分子一个紧挨一个整齐排列; 因此，要估测油酸分子的直径，就要解决两个问题:一是获得很小的一小滴油酸并测出其体积；二是测量这滴油酸在水面上形成的油膜面积。 知识回归 四、分子直径的估算 油酸分子 把滴在水面上的油酸层当作单分子油膜层 水 油酸分子 d 油分子一个个紧挨着整齐排列，认为油膜的厚度就是分子的直径。 ①模型化 ②理想化 把分子看成球形 ③估算 实验中，为了使油酸充分展开，获得一块单分子油膜，我们需要将油酸在酒精中稀释后再滴入水中。这样的油酸酒精溶液滴在水面，溶液中的酒精将溶于水并很快挥发，从而获得纯油酸形成的油膜。 知识回归 四、分子直径的估算 测量1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V ⑴配制油酸溶液（稀释）： ⑵测量一滴油酸溶液的体积（分割）： ⑶求出1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V 用滴管向量筒中一滴一滴地滴入油酸酒精溶液，记下液滴的总滴数n和它们的总体积V3，则一滴油酸酒精溶液的体积为 。 用注射器吸取体积为V1的油酸，注入一定体积的量筒中，加入无水酒精至体积V2刻度线，充分搅匀后得到体积比（浓度）为 的油酸酒精溶液。 1滴油酸的体积= 知识回归 测量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积S ⑷待油膜形状稳定后，将事先准备好的带有坐标方格的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描下薄膜的形状。 ⑴在浅盘里盛上水，将爽身粉（痱子粉或细石膏粉）均匀地撒在水面上。 ⑵用注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液。 ⑶油酸立即在水面散开，形成一块油膜，油膜上没有爽身粉（痱子粉或细石膏粉），可以清楚地看出它的轮廓。 知识回归 互补法求面积 正方形的个数N乘单个正方形的面积s0就得到油膜的面积S=s0 N 。 不足半个的舍去 根据画有油膜轮廓的玻璃板上的坐标方格，计算轮廓范围内正方形的个数。 多于半个的算一个 互补法 知识回归 【例题2】在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时,油酸酒精溶液的浓度为每1000 mL溶液中有纯油酸0.2 mL,用量筒和注射器测得1 mL上述溶液有80滴,用注射器把一滴该溶液滴入表面撒有痱子粉的浅盘里,待水面稳定后,画出油酸薄膜的轮廓如图所示,图中正方形小方格的边长为1 cm。(结果均保留两位有效数字) (1)油酸薄膜的面积是　　　　　　 m2;  (2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是　　　　　m3;  4.0×10-3 (3)根据上述数据,估测出油酸分子的直径是　　　　　　m(结果保留两位有效字);  2.5×10-12 6.3×10-10 典例分析 四、分子直径的估算 3、温度 2、体积 1、压强 热力学温度T ：开尔文 T = t ＋ 273 K 体积 V 单位：有m3、L、mL等 压强 p 单位：Pa（帕斯卡） 多变量问题，如何研究？ ——控制变量法 ——1atm=1.01105Pa=76cmHg≈10m水柱 知识回归 五、理想气体状态方程 理想气体状态方程和三个气体实验定律的关系 气体的三大定律都是实验定律，由实验归纳总结得到。 理想气体的状态方程 知识回归 五、理想气体状态方程 实验目的：在温度保持不变时，研究一定质量气体的压强P和体积V的关系 实验方法：控制变量法 实验器材：铁架台、注射器、刻度尺、压力表(压强表)等，注 射器下端用橡胶塞密封，上端用柱塞封闭一段空气柱 想一想 ①研究的是哪一部分气体? 注射器内一定质量的气体. ②怎样保证气体质量不变? 柱塞上涂上润滑油（凡士林）——主要是防止漏气，不是为了减小摩擦，该装置即使有摩擦，也不影响实验结果。 ③如何保证封闭气体的温度不变? 不能用手触摸玻璃管，缓慢拉动活塞，环境恒温，容器透热 ④如何测 V ? 测量空气柱的长度L，V=空气柱长度L× 空气柱的横截面积S ⑤如何测量P？ 压力表读出,稳定后再读数 知识回归 五、理想气体状态方程 从压力表读取。 压强p： 因为横截面积S一定，以空气柱的长度l 代表气体的体积。 体积V： 读数次数 5 4 3 初始 2 6 压强（×105Pa） 体积(单位体积) 2.00 1.00 2.25 0.85 1.52 1.29  1.25 1.65 1.00 2.00 2.50 0.80 空气柱的长度l可以通过刻度尺读取，空气柱的长度l与横截面积S的乘积就是它的体积V。空气柱的压强p可以从与注射器内空气柱相连的压力表读取。 知识回归 五、理想气体状态方程 温度不变时压强与体积的关系 知识回归 五、理想气体状态方程 玻意耳定律 一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强P跟体积V成反比。 1、内容： 2、表达式： 研究对象:一定质量的气体 适用条件:温度保持恒定 适用范围:温度不太低（与室温相比），压强不太大（与大气压相比） 其中P1，V1和P2，V2分别表示气体在1，2两个状态下的压强和体积 C与气体的种类、质量、温度有关。（ PV=C=nRT ） 对一定质量的某种气体：温度不变，C不变； 对一定质量的某种气体：温度越高，C越大． 玻意耳定律又叫玻马定律，英国物理学家玻意耳和法国物理学家马略特各自通过实验发现。 相当于大气压几倍的压强都可以算作“压强不太大”，零下几十摄氏度的温度也可以算作“温度不太低”。 五、理想气体状态方程 P-V图（等温线） 1. P-V图：一定质量的理想气体，在温度不变的情况下P与V成反比，因此P-V图像的形状为双曲线的一支。它描述的是温度不变时的p ­-V关系，称为等温线。 面积：S=PV=C=nRT V p 0 等温线 对一定质量的某种气体， 温度不变,C不变；温度越高，C越大． T1 T2 特点： （1）每条等温线上气体各状态温度相同； （2）温度越高等温线离坐标轴或原点越远（T1<T2）； （3）一定质量的气体，不同温度下的等温线是不同的。 【想一想】为什么体积相同，压强大的温度高? 因为温度高，分子运动剧烈，撞击容器壁。 五、理想气体状态方程 [典例3].(多选)如图所示为一定质量的气体在不同温度下的两条p- 图线。由图可知(　　) A.一定质量的气体在发生等温变化时,其压强与体积成正比 B.一定质量的气体在发生等温变化时,其p- 图线的延长 线经过坐标原点 C.T1>T2 D.T1<T2 BD 典例分析 五、理想气体状态方程 平衡态下液体封闭气体压强的计算 h ④ h ⑤ h ⑥ P =P0+ρgh P =P0- ρgh P =P0 - ρgh 当压强单位取帕斯卡（帕）时 当压强单位取cmHg时 P =66cmHg P =86cmHg P =66cmHg h=10cm pA＝p0＋ρgh1 pB＋ρgh2＝pA pB＝p0＋ρg(h1－h2) 知识回归 平衡态下固体（活塞、气缸）密闭气体压强的计算 求用固体（如活塞）封闭在静止容器内的气体压强，应对固体进行受力分析。然后根据平衡条件求解。 G P0S PS PS = P0S+mg m S G PS P0S′ S m S′ PS =mg +P0S＇cosθ PS = mg+P0S 气体实验定律 玻意耳定律 查理定律 盖-吕萨克定律 压强不太大(相对大气压)，温度不太低(相对室温) 这些定律的适用范围： p1V1=p2V2 知识回归 五、理想气体状态方程 [典例4].一水银气压计中混进了空气，因而在27℃，外界大气压为758mmHg时，这个水银气压计的读数为738mmHg，此时管中水银面距管顶80mm，当温度降至-3℃时，这个气压计的读数为743mmHg，求此时的实际大气压值为多少毫米汞柱? 典例分析 解得：p=762.2 mmHg 解析 [典例5].如图所示，一个密闭的汽缸，被活塞分成体积比为2∶1的左、右两室，汽缸壁与活塞是不导热的，它们之间没有摩擦，两室中气体的温度相等．现利用右室中的电热丝对右室加热一段时间，活塞达到平衡后，左室的体积变为原来的0.75 ，气体的温度T＝300 K，求右室气体的温度． 典例分析 固体 晶体： 非晶体： 多晶体 单晶体 有（天然）规则的几何形状 有确定的熔点 某些物理性质（导电、导热、光学性质）可表现为各向异性 无规则的几何形状 导电、导热、光学性质表现为各向同性 无（天然）规则的几何形状 无确定的熔点 导电、导热、光学性质表现为各向同性 固体是否有确定的熔点，可作为区分晶体和非晶体的标志． 温度 时间 固态 固液共存 液态 T0 硬 软 流动 具有规则几何形状的固体不一定是晶体．例如：有规则形状的蜡烛不是晶体，而是非晶体。 知识回归 六、固体和液体 知识回归 六、固体和液体 高考专题十五： 热 学  ＝ ⇒ Sheet1 读数次数 1 2 3 4 5 6 读数次数 1 2 3 4 5 6 V(单位体积) 1 1.25 1.52 2 2.25 2.5 V(单位体积) 1 1.25 1.52 2 2.25 2.5 1/V 1 0.8 0.6578947368 0.5 0.4444444444 0.4 P(×105) 2 1.65 1.29 1 0.85 0.8 P(×105) 2 1.65 1.29 1 0.85 0.8 P(×105) P(×105) 1 1.25 1.52 2 2.25 2.5 2 1.65 1.29 1 0.85 0.8 气体的体积 气体的压强 P(×105) P(×105) 1 0.8 0.657894736842105 0.5 0.444444444444444 0.4 2 1.65 1.29 1 0.85 0.8 气体的体积的倒数 气体的压强 $