1、高二物理第十一章 分子熱運動 能量守恒人教版 【本講教育信息】一. 教學內容：第十一章 分子熱運動 能量守恒二. 知識要點：（一）分子動理論1. 物質是由大量分子組成的（1）分子的大小：數量級（2）阿伏加德羅常數：任何物質含有的粒子數都相同，這個常數叫阿伏加德羅常數。2. 分子在做永不停息的無規則熱運動（1）布朗運動的特點： 無規則； 永不停息； 溫度越高越劇烈； 顆粒越小越明顯。（2）布朗運動的意義：說明了液體分子在做永不停息的無規則運動。由于溫度越高，分子的無規則運動越劇烈，所以把分子的這種無規則運動叫熱運動。3. 分子間的相互作用力（1）分了間同時存在著引力和斥力，且都隨分子間距離的增大

2、而減小，但斥力變化更快。如圖1所示。圖1（2）分子間的合力當時，合力為零。當時，減小，但減小更快，合力表現為引力。當時，增大，但增大更快，合力表現為斥力。可見，分子力類似于彈簧彈力。（3）分子力的作用范圍當時，分子力變為零，所以分子力的作用范圍為，為數量級（二）物體的內能1. 分子的動能（1）分子做永不停息的無規則熱運動，因而具有動能。（2）平均動能：物體內所有分子動能的平均值。（3）溫度的微觀含義：溫度是物體分子平均動能的標志。2. 分子的勢能（1）分子間有相互作用力，因而分子間有由它們相對位置決定的勢能，叫分子勢能。（2）分子力做正功，分子勢能減小；克服分子力做功，分子勢能增加。分子勢能宏

3、觀上跟物體的體積有關。3. 物體的內能物體內所有分子的動能和勢能的總和叫物體的內能。它與物體的質量溫度和體積有關。（三）熱和功1. 改變物體內能的兩種方式：做功和熱傳遞。從能量轉化角度來講，兩種方式有區別。熱傳遞是內能的轉移，做功是內能跟其它形式能之間的轉化、做功和熱傳遞對改變物體的內能是等效的。（四）能的轉化和守恒定律1. 內容：能量既不能憑空產生，也不能憑空消失，它只能從一種形式轉化為別的形式，或者從一個物體轉移到別的物體，而能的總量保持不變。2. 熱力學第一定律：外界對物體做的功與物體從外界吸收的熱量之和，等于物體內能的變化。符號定則：（1）W：外界對物體做功為“+”，物體對外做功為“”

4、。（2）Q：從外界吸熱為“+”，向外放熱為“”。（3）：內能增加為“+”，減小為“”。（五）重點、難點突破：1. 水和酒精混合后體積減小說明分子間有空隙。2. 不僅液體中存在布朗運動，在氣體中也存在布朗運動。如微小塵埃在靜止空氣中要很久才落下來是由于重力和空氣分子共同對它作用的結果。3. 溫度是針對由大量分子組成的物質而言的。這里的物質不包括電場、磁場等場物質；分子也與化學中的含義有所不同，包括分子、原子、離子、對真空和場物質不能講溫度。4. 關于分子勢能的幾點說明：（1）要考慮分子勢能隨分子間距離怎么變化，可以認為分子間存在“彈簧”，先弄清“彈簧”處于壓縮還是伸長狀態，再考慮勢能隨距離的變化

5、。（2）對理想氣體，分子力為零，可認為沒有分子勢能。（3）分子勢能的具體數值還與零勢能點的選取有關，如選時為零勢能點，則當變為時，分子引力做正功，分子勢能減少，就為負值了。5. 內能與機械能的區別（1）把分子熱運動動能與整體宏觀運動動能區別開來。（2）把分子勢能與重力勢能區別開來。6. 正確認為熱量（1）熱量是熱傳遞過程中內能轉移的量度是一個過程量，不能講物體具有多少熱量。（2）熱傳遞的方向是從高溫物體低溫物體。7. 對微觀量的估算（1）建立合理的微觀模型如用油膜法估測分子直徑，應建立一個單分子層油膜模型；估算標況下氣體分子間平均距離，可取氣體看做由N個小立方體組成。（2）利用阿伏加德羅常數把

6、宏觀和微觀聯系起來。（六）物體內能的變化分析內能是熱學中的一個重要概念，在熱學習題中（包括高考試題中）經常出現分析物體內能變化的問題，如何解答這類習題呢？下面介紹三種解題思路：1. 根據內能的定義分析物體內能的變化物體內所有分子做無規則運動的動能與分子勢能之和，叫做物體的內能。分子的平均動能與溫度有關，分子的勢能與物體的體積有關，所以物體的內能由物體的溫度和體積決定，此外還與分子數目的多少有關，當溫度相同時所有分子的平均動能都相同，但由于不同物質的分子質量不同，所以對于不同的物體，分子的平均速率不同。例1 下列說法正確的是（ ）A. 溫度高的物體內能大B. 溫度低的物體分子運動的平均速率小C.

7、 物體做加速運動時速度越來越大，物體內分子的平均動能也越來越大D. 物體體積改變，內能可能不變解析：溫度高的物體，其分子的平均動能一定大于溫度低的物體，但分子的勢能無法比較，A錯。溫度低的物體分子平均動能小，但由于不同物質的分子質量不同，所以溫度低的物體分子平均速率不一定小，B錯。物體做加速運動時，速度增大，其機械運動的動能增大，但分子的平均動能與機械運動的動能無關，與溫度有關，若溫度不變，物體內分子的平均動能不變，C錯，內能由溫度和體積決定，物體體積雖然發生改變，但由于不知道溫度的變化情況，所以其內能有可能不變，D正確，故正確答案為D。例2 質量相當的氫氣和氧氣，溫度相同，不考慮分子間的勢能

8、，則（ ）A. 氧氣內能較大B. 氫氣的內能較大C. 兩者的內能相等D. 氫氣分子的平均動能較大解析：溫度相同的氫氣和氧氣，分子的平均動能相同，D錯，質量相同，但摩爾質量不同，氫氣的摩爾質量小，分子個數多，所以氫氣的內能較大，故選項B正確。2. 根據熱力學第一定律分析物體內能的變化做功和熱傳遞都可以改變物體的內能，在系統狀態變化過程中，物體的內能變化等于在這個過程中所做的功和所傳遞的熱量總和。熱力學第一定律是能量轉化和守恒定律在熱力學中的一種特殊形式，它反映了內能和其他形式能之間的相互轉化關系。熱力學第一定律通常用于分析既有做功又有熱傳遞時的內能變化。例3 關于物體內能，下列說法正確的是（ ）

9、A. 相同質量的兩個物體，升高相同的溫度，內能增量一定相同B. 一定量的水結成的冰，內能一定減少C. 一定量的氣體體積增大，但既不吸熱也不放熱，內能一定減少D. 一定量氣體吸收熱量而保持體積不變，內能一定減少解析：由熱力學第一定律知：C對A、D錯，一定量的水結成的冰，這一過程放熱，而且水結成冰體積增大，所以內能一定減少，B對。3. 根據能量守恒定律分析物體內能的變化能量守恒定律通常用于分析物體與外界沒有熱交換（即絕熱過程）的內能變化。例4 如圖1所示，容器A、B各有一個可以自由移動的輕活塞，活塞下面是水，上面是空氣，大氣壓強恒定。A、B的底部由帶有閥門K的管道相連，整個裝置與外界絕熱，原先，A

10、中水面比B中高，打開閥門，使A中的水逐漸向B中流，最后達到平衡，在這個過程中（ ）A. 大氣壓力對水做功，水的內能增加B. 水克服大氣壓力做功，水的內能減少C. 大氣壓力對水不做功，水的內能不變D. 大氣壓力對水不做功，水的內能增加圖1解析：根據能量守恒定律，水減少的重力勢能全部轉化為整個系統的內能，水的內能增加（容器的內能也增加）。A、B液面大氣壓強相等，設為，當A中水的體積減少時，B中水的體積增加，所以大氣壓力對水做的總功，即大氣壓力對水不做功。故選D。（七）熱學學習中五個易錯考點：1. 分子動理論物質是由大量分子組成的，分子在永不停息地做無規則的運動，分子間存在著相互作用的引力和斥力。例

11、1 解釋以下四種現象：物體能被壓縮，但不能被無限地壓縮，固體和液體很難被壓縮，也很難被拉伸，氣體很容易被壓縮。分析：物體能被壓縮說明分子間有距離，布朗運動不僅間接說明了分子在永不停息地做無規則的運動，而且同時說明了分子間有距離，物體不能被無限地壓縮說明了分子有確定的大小，分子直徑數量級為。固體和液體很難被壓縮，也很難被拉伸說明分子間存在較大的斥力和引力。氣體很容易被壓縮說明氣體分子間距離大于，相互作用的引力很小。例2 已知地球半徑，地球表面的重力加速度，大氣壓強，空氣平均摩爾質量為，阿伏加德羅常數，試估算地球周圍大氣層的空氣分子數。（保留兩位有效數字）分析：這是估算法的考查，阿伏加德羅常數是聯

12、系宏觀與微觀的紐帶和橋梁，在估算中占有很重要的地位，因為大氣壓是由大氣質量產生的，所以大氣的總質量為地球周圍大氣中空氣分子總數為N，代入數據得2. 物體內能的變化分析與熱運動對應的能量是物體的內能，即內能是物體內所有分子熱運動的動能和分子勢能的總和。分子熱運動的動能微觀上取決于分子運動的劇烈程度，宏觀上取決于物體的溫度；分子勢能微觀上取決于分子間的距離，宏觀上取決于物體的體積，所以物體的內能取決于物體的量、物體的溫度和體積，改變物體的內能有兩種方式：即做功和熱傳遞。它們在改變內能的效果上等效，即為熱力學第一定律，二者有本質的區別，做功的實質是其他形式的能和內能之間的轉化過程，熱傳遞是物體內部或

13、物體之間內能的轉移。例3 有關物體內能，以下說法正確的是（ ）A. 水的內能比冰的內能大B. 電流通過電阻后電阻發熱，它的內能增加是通過“熱傳遞”方式實現的C. 氣體膨脹，它的內能一定減少D. 橡皮筋被拉伸時，分子間勢能增加分析：因的水凝固成的冰時既要放出熱量，又要體積增大對外做功，所以內能減少，選項A正確，電流通過電阻后電阻內能增加，是因為電流做功改變了它的內能，不是通過熱傳遞實現的，所以選項B錯誤，氣體膨脹時可能同時吸熱，所以內能可能不變、增大或減少，所以選項C錯誤；拉伸橡皮筋時，分子力反抗拉伸表現為引力，所以分子勢能增加，選項D正確。答案：A、D3. 熱力學第二定律（1）內容表述一：不可

14、能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化，也可以表述為：第二類永動機是不可能制成的。（2）熱力學第二定律揭示了大量分子參與的宏觀過程的方向性。自然界中進行的涉及熱現象的宏觀過程都具有方向性。例4 下列說法正確的是（ ）A. 第二類永動機違反能量守恒定律B. 機械能和內能的轉化具有方向性C. 氣體的擴散現象不具有方向性D. 熱機是一種把機械能轉化為內能的裝置答案：根據有關知識可以判斷B正確。例5 下列設想中，符合能的轉化和守恒定律的是（ ） 利用永磁鐵和軟鐵的相互作用，制成一臺機器，永遠地轉動下去 制造一架飛機，不攜帶燃料，只需利用太陽能飛行 制成一只船，利用流水的能量，逆水行駛，不用

15、其他動力 利用核動力，駕駛地球離開太陽系A. B. C. D. 答案：由熱力學第二定律可知正確選項為B。4. 能量轉化和守恒定律能的轉化和守恒定律是自然界中的普遍規律，熱力學第一定律就是能的轉化和守恒在改變物體內能這一特定過程中的具體體現，一切違背能量轉化和守恒定律的過程都是不可能實現的，這也證明了永動機不可能制成。例6 行駛中的汽車制動后滑行一段距離，最后停下；流星在夜空中墜落并發生明亮的火焰，降落傘在空中勻速下降，條形磁鐵在下落過程中穿過閉合線圈，線圈中產生電流，上述不同現象中所包含相同的物理過程是（ ）A. 物體克服阻力做功B. 物體的動能轉化為其他形式的能量C. 物體的勢能轉化為其他形

16、式的能量D. 物體的機械能轉化為其他形式的能量答案：根據能量守恒定律和題中給出的信息知AD正確。5. “用油膜法測分子直徑的大小”的實驗例7 在做“用油膜法估測分子的大小”實驗中，實驗簡要步驟如下：A. 將畫有油膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上，數輪廓內的方格數（不足半個的舍去，多于半個的算一個）再根據方格的邊長求出油膜的面積S。B. 將一滴酒精油酸溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形狀穩定后，將玻璃板放在淺盤上，用彩筆將油膜的形狀畫在玻璃板上。C. 用淺盤裝入約2 cm深的水，然后用痱子粉或石膏粉均勻的撒在水面上。D. 求出薄膜厚度，即油酸分子的大小。E. 根據酒精油酸溶液的濃度，算出一滴溶液中純油酸的

17、體積VF. 用注射器將事先配制好的酒精油酸溶液一滴一滴地滴入量筒，記下量筒內增加一定體積時的滴數。上述實驗步驟的合理順序是 ；油酸分子的直徑約為 。（用題中字母表示）答案：FCBAED，【典型例題分析】例1 一種油的密度為，摩爾質量為。取體積為V的油慢慢滴出，可滴滴。將其中一滴滴在廣闊水面形成面積為S的油膜。則分子直徑為 ，還可推算出阿伏加德羅常數為 。分析：由一滴油在水面形成單分子層油膜可以推算出油分子直徑，從而算出油分子體積，再算出油的體積即可算出阿伏加德羅常數。解答：由 ，單個油分子體積，油的體積，解得，所以填、說明：此題需理解單分子層油膜的厚度等于油分子直徑、油的體積等于阿伏加德羅常數

18、跟單個油分子體積的乘積。例2 甲、乙兩分子相距，甲分子固定，乙分子以初速沿甲、乙連線向甲運動，設此時甲乙間分子勢能為零，從開始到甲乙間距離最近，下列說法正確的是（ ）A. 乙先勻速運動，后加速、再減速B. 乙的分子勢能先不變，后減小再增加C. 乙的動能與分子勢能總和不變D. 甲乙間分子勢能一直不為負值分析：分子力作用范圍為，所以分子間距離從分子力為零，乙分子做勻速運動，分子勢能不變；從到分子力為引力，乙做加速運動，分子力做正功，分子勢能減小為負值；到處乙速度最大，分子勢能最小，此后分子間為斥力，乙分子的動能又因克服分子力做功而轉化為分子勢能。全過程中動能與分子勢能之和守恒，最終分子勢能為，為乙

19、分子質量。故應選A、B、C。說明：記住分子力隨分子間距離變化的規律是解決本題的關鍵。例3 關于物體溫度和內能，下列說法不正確的是（ ）A. 物體內能大的分子溫度高B. 高溫物體比低溫物體內能大C. 某物質發生物態變化，最終溫度升高，則它的內能增大D. 物體溫度升高，則每個分子的動能均增大分析：溫度不是針對個別分子而言的，就個別分子而言，動能在不斷變化，但若分子平均動能不變則溫度不變；同理，若溫度升高，整個分子平均動能增大，就某個分子而言，動能有時增大，有時減小，故A、D均錯。物體的內能不僅跟物體溫度有關，還跟物體的質量和體積有關，故B錯。對C，可設想電冰箱內的致冷劑的壓縮過程，壓縮機對致冷劑壓

20、縮做少量的功，致冷劑變成液體并向外放出更多的熱，由熱力學第一定律可知內能是減小的，可液態的末溫比氣態的初溫更高。故C錯。解答：此題應選A、B、C、D說明：正確理解溫度的微觀含義及內能與溫度、體積、物態、質量等因素均有關。例4 質量為的子彈，以的速度水平射入光滑水平面上一質量為M=1950g的木塊中，子彈未穿出，設子彈比熱為，過程中產生的熱有60%為子彈吸收，求子彈的溫度升高多少？分析：子彈擊入木塊過程中系統動量守恒，且過程中產生的熱等于系統損失的機械能。解答： 對子彈： 說明：理解能的轉化和守恒定律，是解決本題的關鍵。【模擬試題】（答題時間：40分鐘）1. 下列關于布朗運動的說法正確的是（ ）

21、A. 布朗運動是指液體分子的無規則運動B. 液體中的懸浮顆粒越小，布朗運動就越顯著C. 布朗運動產生的原因是液體中懸浮顆粒內分子在做無規則運動D. 布朗運動產生的原因是液體內分子在做無規則運動，并且分子對小顆粒的撞擊不平衡2. 對于液體和固體，如果用M表示摩爾質量，表示分子質量，表示物質密度，V表示摩爾體積，表示分子體積，表示阿伏加德羅常數，下列各式中能正確反映這些量之間關系的是（ ）A. B. C. D. 3. 兩個分子相距為，當稍增大些（ ）A. 分子力一定減小，分子勢能一定增大B. 分子力一定增大，分子勢能一定減小C. 分子力可能增大也可能減小，分子勢能一定減小D. 因為不知道的大小，故

22、對分子力和分子勢能的變化都無法判定4. 銅的摩爾質量是M，密度是，阿伏加德羅常數為，則（ ）A. 單位體積銅中所含原子數目是B. 單位質量銅中所含原子數目是C. 單個銅原子質量是D. 單個銅原子占有的體積是5. 關于溫度、熱量、內能，以下說法正確的是（ ）A. 同一物體，溫度高時，含有的熱量多B. 物體的內能越大，含有的熱量就越多，溫度也越高C. 熱量總是從內能大的物體傳給內能小的物體D. 熱量總是從溫度高的物體傳給溫度低的物體6. 一個物體內能的多少從微觀上看是由每個分子的動能、分子間的勢能及物體所含分子數的多少來決定的，那么體現在宏觀上是由下列哪些量決定的（ ）A. 摩爾質量、壓強、體積B. 摩爾數、體積、溫度C. 壓強、體積、溫度D. 摩爾數、壓強、溫度7. 如圖中活塞將氣缸分成甲、乙兩氣室，氣缸、活塞（連同拉桿）是絕熱的，且不漏氣，