自主招生同步课程高三物理第12讲 热学（教案）---精校解析Word版

1、第12讲 热学适用学科物理适用年级高三适用区域全国课时时长（分钟）120知识点1：分子动理论2：物态变化3：热力学定律教学目标1：了解热学的考查特点2：掌握基本知识和解题方法。3：学会气体方程计算方法教学重点1：分子动理论2：热力学定律教学难点1：分子动理论2：热力学定律【重点知识精讲和知识拓展】一分子动理论1、物质是由大量分子组成的（注意分子体积和分子所占据空间的区别）对于分子（单原子分子）间距的计算，气体和液体可直接用，对固体，则与分子的空间排列（晶体的点阵）有关。2、物质内的分子永不停息地作无规则运动a、偶然无序（杂乱无章）和统计有序；b、剧烈程度和温度相关。3、分子间存在相互作用力（注意分子斥力和气体分子碰撞作用 力的区别），而且引力和斥力同时存在，宏观上感受到的是其合效果。分子力是保守力，分子间距改变时，分子力做的功可以用分子势能的变化表示，分子势能EP随分子间距的变化关系如图所示。分子势能和动能的总和称为物体的内能。二物态变化1.物态变化固体、液体和气体是通常存在的三种物质状态。在一定条件下，这三种物质状态可以相互转化，即发生物态变化。如：熔化、凝固、汽化、液化、升华和凝华

2、。2气化。气化又有两种方式：蒸发和沸腾，涉及的知识点有饱和气压、沸点、汽化热、临界温度等。a、蒸发。蒸发是液体表面进行的缓慢平和的气化现象（任何温度下都能进行）。影响蒸发的因素主要有液体的表面积、液体的温度、通风条件。从分子动理论的角度不难理解，蒸发和液化必然总是同时进行着，当两者形成动态平衡时，液体上方的气体称为饱和气，饱和气的压强称为饱和气压PW 。汽化热L ：单位质量的液体变为同温度的饱和气时所吸收的热量。汽化热与内能改变的关系L = E + PW（V气 V液） E + PWV气b、沸腾。一种剧烈的汽化，指液体温度升高到一定程度时，液体的汽化将不仅仅出现在表面，它的现象是液体内部或容器壁出现大量气泡，这些气泡又升到液体表面并破裂。液体沸腾时，液体种类不变和外界压强不变时，温度不再改变。沸点：液体沸腾时的温度。同一外界气压下，不同液体的沸点不同；同一种液体，在不同的外界气压下，沸点不同（压强升高，沸点增大）。3、熔解和凝固a、熔解。物质从故态变成液态。晶体有一定的熔解温度熔点（严格地说，只有晶体才称得上是固体），非晶体则没有。大多数物质熔解时体积会膨胀，熔点会随压强的增大而升高，但

3、也有少数物质例外（如水、灰铸铁、锑、铋等，规律正好相反）。（压强对熔点的影响比较微弱，如冰的熔点是每增加一个大气压熔点降低0.0075。）熔解热：单位质量的晶体在溶解时所吸收的热量。从微观角度看，熔解热用于破坏晶体的空间点阵，并最终转化为分子势能的增加，也就是内能的增加，至于体积改变所引起的做功，一般可以忽略不计。b、凝固。熔解的逆过程，熔解的规律逆过来都适用与凝固。4、固体的升华：物质从固态直接变为气态的过程。在常温常压下，碘化钾、樟脑、硫磷、干冰等都有显著的升华现象。5.饱和汽和饱和汽压液化和汽化处于动态平衡的汽叫做饱和汽，没有达到饱和状况的汽叫做未饱和汽。某种液体的饱和汽具有的压强叫这种液体的饱和汽压。饱和汽压具有下列重要性质：（1）同一温度下，不同液体的饱和汽压一般下同，挥发性大的液体其饱和汽压大。（2）温度一定时，液体的饱和汽压与饱和汽的体积无关，与液体上方有无其它气体无关。（3）同一种液体的饱和汽压随温度的升高而迅速增大。6.空气的湿度、露点表示空气干湿程度的物理量叫湿度。湿度分为绝对湿度和相对湿度。空气中含水蒸气的压强叫做空气的绝对湿度。在某一温度时，空气的绝对湿度跟该温

4、度下饱和汽压的百分比，叫做空气的相对湿度。用公式表示为.空气中的未饱和水蒸气，在温度降低时逐渐接近饱和。当气温降低到某一温度时水蒸气达到饱和，这时有水蒸气凝结成水，即露水。使水蒸气刚好达到饱和的温度称为露点。露点的高低与空气中含有水蒸气的压强（即绝对湿度）密切相关，根据克拉珀龙方程，也就是与空气中水蒸气的量有关：夏天，空气中水蒸气的量大，绝对湿度大（水蒸气的压强大），对应露点高；反之，冬天的露点低。三固体和液体1.固体性质（1）晶体与非晶体固体分为晶体和非晶体。晶体又分为单晶体与多晶体。单晶体的物理性质是各向异性，在一定压强下有固定的熔点。多晶体的物理性质是各向同性，在一定压强下有固定的熔点。而非晶体各向同性，无固定的熔点。（2）空间点阵晶体内部的微粒依照一定规律在空间排列成整齐的行列，构成所谓的空间点阵。晶体微粒的热运动主要表现为以空间点阵的结点为平衡位置的微小振动。（3）固体的热膨胀（i）固体的线胀系数某种物质组成的物体，由于温度升高1所引起的线度增长跟它在0时的线度之比，称为该物体的线胀系数。 单位：-1（ii）固体的体胀系数某种物质组成的物体，由于温度升高1所引起的体积增加跟它

5、在0时的线度之比，称为该物体的线胀系数。 单位：-12.液体性质（1）液体的表面张力存在于液体表面的使表面收缩的力。表面张力的微观解释是：蒸发使表面分子间距大于r0 ，因此分子力体现为引力。表面张力系数：设想在液面作长为L的线段，则线段两边表面张力必垂直于这条线段，且于液面相切，各自的大小均为 f =L，式中为液体表面张力系数，单位Nm-1。与液体性质有关，与液面大小无关，随温度升高而减小。（2）浸润现象与毛细现象b、浸润现象：液体与固体接触时，若接触角（见图6-17）为锐角，称为浸润现象；反之，接触角为钝角，称为不浸润。液体相对固体是否浸润取决于液体和固体的组合关系，如水能浸润玻璃却不能浸润石蜡，水银能浸润锌版却不能浸润玻璃。当= 0时，称为“完全浸润”；当=时，称为“完全不浸润”。从微观角度看，液体能否浸润固体取决于液体与固体接触的“附着层”分子受液体分子力（内聚力）更大还是受固体分子力（附着力）更大。c、毛细现象：浸润管壁的液体在毛细管中液面升高，不浸润管壁的液体在毛细管中液面降低的现象。毛细现象的形成事实上是液体表面张力的合效果。如果毛细管的为r ，液体的表面张力系数为，对管壁

6、的浸润角为，不难求出毛细现象导致的液面上升（或下降）量h = 。四气体（1）气体实验定律（i）玻-马定律（等温变化）pV =恒量（ii）查理定律（等容变化）恒量（iii）盖吕萨克定律（等压变化）=恒量（2）同种理想气体状态状态方程（i）一定质量的理想气体：=恒量推论：=恒量（ii）任意质量的理想气体（克拉珀龙方程） （3）混合气体的状态方程（i）道尔顿分压定律 p =p1+p2+p3+pn.（ii）混合气体的状态方程五.热力学定律（一）.热力学第零定律如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同)，则它们彼此也必定处于热平衡。热力学第零定律的重要性在于它给出了温度的定义和温度的测量方法。（二）.热力学第一定律内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量Q与外界对它做功W之和。U = Q+ W。1.物体的内能：作无规则热运动的分子具有平动动能、转动动能和振动动能，温度仅是平均平动动能的量度。分子间分子力做功等于分子势能变化的负值，故分子势能P与分子间距r关系如图所示。物体中所有分子的动能和分子势能总和叫物体的内能，取决于物质的量、温度、体积和物态等。rPO

7、r0理想气体的内能：理想气体由于分子间除碰撞外无相互作用力，故无分子势能。其内能指所有分子的动能总和，通式为本专题中的几个常用的常量：N为分子数，R为普适气体恒量，R = 8.31J/(mol.K)。k为玻耳兹曼常量，k = = 1.381023J/K 2.改变物体内能的两种方式：做功和热传递两者在改变内能上是等效的，但从能量转化或转移上看有本质区别。热传递有三种方式：传导，对流，辐射。热传递的产生条件是存在温度差，由于温度不同而引起热量从温度较高处向较低处传递。3传导热量的计算：若导热柱体长为L截面积为S两端温度分别为T1、T2（T1T2），则热量沿长度方向传递且在t时间内通过截面S的热量，式中k为导热系数。4.物态变化中热量计算：晶（液）体在熔解（凝固）时吸收（放出）熔解（凝固）热Q=m（熔解热）。液（气）体在温度不变的汽（液）化时吸收（放出）汽（液）化热Q=Lm。由能量守恒知升（凝）华热等于相同条件下熔解热与汽化热之和。（三）.热力学第二定律克劳修斯表述：不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响；（热传递的方向性）开尔文表述：不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不

8、产生其他影响；（第二类永动机是不可能制成的。机械能和内能转化的方向性。）熵增加原理：不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。（四）.热力学第三定律不可能用有限个手段和程序使一个物体冷却到绝对温度零度。【典例精讲】例1（2014华约自主招生物理试题）假设房间向环境传递热量的速度正比于房间和环境之间的温度差，暖气片向房间传递热量的速度也正比于暖气片与房间之间的温差。暖气片温度恒定为T0 ，当环境温度为-5时，房间温度保持为22；当环境温度为-15时，房间温度保持为16.5。（1）求暖气片的温度T0。（2）给房子加一层保温材料，使得温差一定时房间散热速度下降 20%，求环境温度为-15时房间的温度。【答案】：见解析【解析】：（1）设暖气片向房间散热的比例系数为k1，房间向环境散热的比例系数为k2，房间温度为T1，环境温度为T2。由于房间温度恒定，则房间内能不变，由于能量守恒，则暖气片向房间传递热量的速度等于房间向环境传递热量的速度，即：k1(T0-T1)=k2(T1-T2)代入两组数据得：k1(T0-22)=K222-(-5) K1(T0-16.5)=K216.5-(-15) 联立解得：T0=

9、55C （2）增加保温材料后，房间温度仍保持恒定，因此，k1(T0-T1)=0.8k2(T1-T2) 当T2=-15C时，代入数据得：k1(55-T1)=0.8K2T1-(-15) 联立解得：T1=20.4C【点评】暖气片采暖是以对流为主的采暖方式。暖气片先加热其周围空气，使空气在房间内形成对流从而达到采暖目的。暖气取暖，具有传热快，方便维护，价格经济等优点。此题以暖气片取暖切入，涉及的知识点主要有：热量传递、热平衡方程、能量守恒定律及其相关知识。只要依据能量守恒的思想，就可以顺利解答。例2.如图是一种测量低温用的气体温度计。下端是测温泡A，温度计由下端的测温泡A、上端的压强计B和毛细管C构成毛细管较长，由不导热的材料做成，两端分别与A和B相通已知A的容积为VA、B的容积为VB、毛细管的容积可忽略不计，整个温度计是密闭的在室温下，温度计内气体的压强为p0测温时，室温仍为T0，将A浸入待测物体达到热平衡后，B内气体的压强为p，根据以上已知的温度、压强和体积，请算出待测温度T【答案】：见解析【解析】：以容器中的气体为研究对象，由理想气体状态方程：PV/T=C可得P0(VA+VB)T0=PVAT+PVBT0解得：T=PP0T01+VBVA(1-PP0) 即待测温度为PP0T01+VBVA(1-PP0)例3如图所示，一圆柱形绝热容器竖直放置，通过绝热活塞封闭着摄氏温度为t1的理想

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