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第3节 温度与内能
课前自主学案
核心要点突破
课标定位
课堂互动讲练
第3节
知能优化训练
课标定位
学习目标：1.了解分子的动能，分子的平均动能，认识温度是分子平均动能的标志．
2．知道分子势能跟物体的体积有关，了解分子势能随分子间距离变化而变化的定性规律．
3．理解内能的概念，知道改变物体内能的两种方式．
重点难点：1.理解分子平均动能与温度的关系，理解分子势能和分子间距的关系．
2．掌握内能的概念及其决定因素，知道改变内能的两种方式．
课前自主学案
一、温度与分子平均动能
1．分子动能：分子由于做______所具有的动能．
2．平均动能：大量分子动能的______．
3．温度与平均动能的关系
(1)温度升高，分子的平均动能____；温度降低，分子的平均动能____．
(2)分子热运动的平均动能与物体的热力学温度成____．
(3)温度的微观本质：温度是物体内分子热运动________的标志．
热运动
平均值
增加
减小
正比
平均动能
思考感悟
1．高温物体的分子动能一定大于低温物体的分子动能吗？
提示：不一定．温度是分子平均动能的标志．
二、分子势能
1．由于分子间存在着______，所以分子具有由它们的相对位置决定的势能，这就是分子势能．
2．物体的体积变化时，分子间距离发生变化，分子势能随着发生变化，可见分子势能跟物体的_____有关系．
分子力
体积
思考感悟
2．体积增大时，物体的内能一定增大吗？
提示：不一定．当分子间距离r>r0时，物体的体积增大，分子力做负功，分子势能增大，当r三、物体的内能
1．所有分子热运动的____和________的总和，叫做物体的内能，对于给定的物体，其内能大小跟物体的质量、____和____有关．
2．做功和热传递是改变物体内能的两种途径．
通过做功改变物体的内能时，内能的变化量可以用__________来量度．
3．通过热传递而改变物体的内能时，内能的变化由____来量度．
动能
分子势能
温度
体积
做功的多少
热量
核心要点突破
一、对温度和分子平均动能的理解
1．对温度的理解
(1)宏观上
①温度的物理意义：表示物体冷热程度的物理量．
②与热平衡的关系：一处于热平衡的系统内部各部分的温度相同；两系统达到热平衡后，两系统的温度相同．
(2)微观上
①反映物体内分子热运动的剧烈程度，是大量分子热运动平均动能的标志 .
②温度是大量分子热运动的集体表现，是含有统计意义的，对个别分子来说温度是没有意义的．
2．分子的平均动能
(1)热现象研究的是大量分子运动的宏观表现，有意义的是物体内所有分子热运动的平均动能．
(2)温度是分子平均动能的标志，这是温度的微观意义，在相同温度下，各种物质分子的平均动能都相同，由于不同物质的分子的质量不一定相同，因此相同温度时不同物质分子的平均速率不一定相同．
特别提醒：物体温度升高，分子热运动加剧．分子的平均动能增大，但并不是每一个分子的动能都变大．
二、分子势能和分子间距的关系
分子势能的大小与分子间的距离有关，宏观上与物体的体积有关．分子势能的变化与分子间的距离发生变化时分子力做功情况有关．
1．当分子间的距离r>r0时，分子间的作用力表现为引力，分子间的距离增大时，分子力做负功，因此分子势能随分子间距离的增大而增大．
2．当分子间的距离r3．如果取两个分子间相距无限远时(此时分子间作用力可忽略不计)的分子势能为零，分子势能Ep与分子间距离r的关系可用如图1－3－1所示的曲线表示．从图线上看出，当r＝r0时，分子势能最小．
图1－3－1
特别提醒：(1)分子势能随分子间距离的变化类似于弹簧的弹性势能随弹簧长度的变化规律，弹簧在原长的基础上无论拉伸还是压缩，势能都会增加．
(2)当r＝r0时，分子势能最小．而不是分子势能为零．
三、对物体内能的理解
1．物体的内能
(1)概念
物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能．
(2)决定因素
①从微观上看，物体内能的大小由组成物质的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定．
②从宏观上看，物体内能的大小由物体的物质的质量、温度和体积三个因素决定．
特别提醒：对理想气体来说，分子间距离较大．分子间的相互作用力可忽略，分子间没有分子势能所以理想气体的内能只同物体物质的量和温度决定，与体积无关．
2．改变内能的两种方式
(1)做功
做功改变物体的内能体现了其他形式的能和内能之间的转化．功是能量转化的量度．
在无热交换时，外界对物体做了多少功(指改变物体内能的这部分功，不包括改变物体机械能的那部分功)，物体的内能就增加多少，反之，物体对外界做多少功，物体的内能就减少多少．
(2)热传递
热传递的过程就是物体间或同一物体的不同部分间内能的转移过程．热传递方向是内能从高温物体传给低温物体，但高温物体内能不一定比低温物体内能大．在物体做功为零时，放出多少热，物体的内能就减少多少；吸收多少热，物体的内能就增加多少．
(3)做功和热传递在改变物体内能上是等效的
做功和热传递虽有本质区别，但在改变物体内能上是等效的．热量和功都是过程量，热量是量度内能转移的过程量，功是量度内能转化的过程量．热量不是内能，也不是温度，判断物体内能是否发生变化，应从两种途径综合考虑．
3．内能和机械能的区别与联系
项目 内能 机械能
对应的运动形式 热运动 机械运动
决定因素 物质的量、物体的温度和体积及物态 物体的机械运动的速度、离地高度(或相对于零势能面的高度或弹性形变)
是否为零 永远不能等于零 一定条件下可以等于零
联系 在一定条件下可以相互转化
特别提醒：研究热现象时，一般不考虑机械能，但在机械运动中有摩擦时存在内能与机械能的相互转化，这时要考虑内能．
课堂互动讲练
对温度的微观本质的理解
当物体的温度升高时，下列说法中正确的是( )
A．每个分子的温度都升高
B．每个分子的热运动都加剧
C．每个分子的动能都增大
D．物体分子的平均动能增大
例1
【思路点拨】 温度是分子热运动平均动能的标志．
【精讲精析】 温度是分子平均动能的标志，对单个分子无意义，温度升高，分子平均动能增大，但某些分子的动能可能减小．故A、B、C错误．D正确．
【答案】 D
【方法总结】 (1)温度是分子平均动能的标志，反映的是大量分子的统计规律．
(2)温度与某一个分子的动能无关．
(3)分子的平均速率不能准确反映物体的温度．
变式训练1 有两瓶质量和温度都相等的氢气和氧气，则( )
A．两瓶中每个分子运动的动能都相等
B．两瓶中分子运动的总动能相等
C．氢气内部分子的总动能大于氧气内部分子的总动能
D．氢气内部分子的总动能小于氧气内部分子的总动能
解析：选C.温度相同分子平均动能相等，但分子的总动能还与分子数目有关，氢气分子数多，故氢气的分子总动能大；当温度相同时，每个分子的动能未必相等．
下列关于分子力和分子势能的说法中，正确的是( )
分子势能的理解
例2
A．当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而增大
B．当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而减小
C．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大
D．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而减小
【精讲精析】 当分子力表现为引力时，分子间距离r>r0，随分子间距离的增大，分子力先增大后减小，分子势能增大，A、B错．当分子力表现为斥力时，分子间距离r【答案】 C
【方法总结】 此类问题可以从分子力做功的角度进行分析，也可以由分子势能与分子间距离的关系的图线进行分析．
变式训练2如图1－3－2所示为物体分子势能与分子间距离之间的关系，下列判断正确的是( )
图1－3－2
A．当rB．当r>r0时，r越小，则分子势能Ep越大
C．当r＝r0时，分子势能Ep最小
D．当r→∞时，分子势能Ep最小
解析：选AC.当rr0时，分子力表现为引力，r减小时分子力做正功，分子势能减小；当r＝r0时，分子力由引力减小为零，分子势能也减小到最小；当r→∞时，引力做负功，分子势能逐渐增大．
下列说法正确的是( )
A．分子的动能与分子势能的和叫做这个分子的内能
B．物体的分子势能由物体的温度和体积决定
C．物体的速度增大时，物体的内能增大
D．物体的动能减小时，物体的温度可能增加
对内能的理解
例3
【思路点拨】 (1)单个分子无内能可言．
(2)内能与宏观的机械能无关．
(3)温度与宏观运动的动能无关．
【自主解答】 内能是指物体的，单个分子无内能可言，选项A是错误的．物体的分子势能由分子间距离决定，宏观上反映为由物质的体积决定，所以选项B也是错误的．物体的内能与物体做宏观的机械运动的速度无关，故选项C也是错误的．物体的温度由分子的平均动能决定，与物体宏观运动的动能无关，因此选项D是正确的．
【答案】 D
【方法总结】 单个分子无内能可言，内能与宏观的动能无关．物体的内能与物质的量、温度、体积和物质的存在状态都有关，考虑物体内能时一定要综合考虑．
变式训练3 关于物体的内能变化，下列说法中正确的是( )
A．物体吸收热量，内能一定增大
B．物体对外做功，内能一定减小
C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变
D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变
解析：选C.物体内能变化应综合考虑做功和热传递两种方式，A、B只考虑到一种方式，所以A、B错误；物体放热同时对外做功，内能一定减少，D错误．故应选C.
知能优化训练
本部分内容讲解结束
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第1节 分子动理论的基本观点
课前自主学案
核心要点突破
课标定位
课堂互动讲练
第1节
知能优化训练
课标定位
学习目标：1.建立分子模型、认识分子动理论的基本观点．
2．掌握油膜法测量油酸分子大小的方法．
3．知道阿伏伽德罗常数及意义，能利用它联系微观量和宏观量．
4．知道布朗运动与分子热运动的区别、理解布朗运动产生的原因．
5．知道分子间作用力的特点和变化规律．
重点难点：1.用油膜法测分子的直径．
2．阿伏伽德罗常数的应用．
3．分子间相互作用力的特点．
课前自主学案
一、物体由大量分子组成
1．分子的大小
(1)油膜法是一种粗略测定分子大小的方法，其方法是把油滴滴到水面上，油在水面上散开，形成__________．如果把分子看成球形，单分子油膜的厚度就可以认为等于__________．
单分子油膜
分子的直径
(3)一般分子直径的数量级为_____m．物理学中用各种不同的方法测定分子的大小．用不同方法测出的分子大小____，但数量级____．
10－10
不同
相同
2．阿伏伽德罗常数
(1)1 mol的任何物质含有的____________，这个数叫做_______________，其值为NA＝6.02×1023 mol－1.
(2)分子质量的数量级在10－27～10－25.
(3)通过_______________可以将物质的体积、质量这些宏观量与分子的大小、质量这些微观量联系起来．
分子数目相同
阿伏伽德罗常数
阿伏伽德罗常数
二、分子永不停息地做无规则运动
1．扩散现象
所谓扩散现象，指的是不同物质互相接触时____________的现象．
2．布朗运动
(1)定义：悬浮在液体(或气体)中的微粒所做的永不停息的__________．
(2)产生的原因：微粒在液体中受到________的撞击不平衡引起的．
(3)影响布朗运动的因素
彼此进入对方
无规则运动
液体分子
①微粒大小：微粒____，布朗运动越明显．
②温度高低：温度____，布朗运动越剧烈．
(4)意义：反映了分子在永不停息地做______运动．
越小
越高
无规则
思考感悟
扫地时，致使大量灰尘漂浮在空气中，这些灰尘的运动是布朗运动吗？
提示：不是，布朗运动永不停息，是悬浮在液体(或气体)中的微粒的运动，布朗运动是肉眼看不到的．
3．热运动
分子的无规则运动跟____有关，这种运动叫热运动．____越高，分子的热运动越激烈．
三、分子间存在着相互作用力
1．研究表明，分子之间同时存在着____和____，它们的大小与____________有关．
2．分子力与分子间距离的关系
温度
温度
引力
斥力
分子间的距离
r 分子力 f r图象
r＝r0 f引＝f斥 f＝0
rr>r0 f引>f斥 f为引力
r>10r0 f引＝f斥＝0 f＝0
说明：(1)r0的数量级一般是______m.
(2)分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而____，随分子间距离的减小而____，但____比____随距离变化得快．
10－10
减小
增大
斥力
引力
核心要点突破
特别提醒：无论是球体还是立方体，它们只是模型，并不是分子的真实形状．
(4)当重做实验时，水从盘的一侧边缘倒出，在这侧边缘会残留油酸，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦拭，再用清水冲洗，这样做可保持盘的清洁．
(5)从盘的中央加痱子粉，粉自动扩散至均匀，这是由于以下两种因素所致：第一，加粉后水的表面张力系数变小，水将粉粒拉开；第二，粉粒之间的排斥．这样做比将粉撒在水面上的效果好．
(6)本实验只要求估算分子的大小，实验结果的数量级符合要求即可．
特别提醒：固体、液体分子可视为球形、气体分子间紧密排列忽略间隙，可以近似认为气体分子均匀分布，每个气体分子占据一个正方体，其边长即为气体分子间的距离．
四、对布朗运动的理解
1．布朗运动的产生
(1)布朗运动的无规则性．悬浮微粒受到液体分子撞击不平衡是形成布朗运动的原因，由于液体分子的运动是无规则的，使微粒受到较强撞击的方向也不确定，所以布朗运动是无规则的．
(2)微粒越小，布朗运动越明显．悬浮微粒越小，某时刻与它相撞的分子数越少，来自各方向的冲击力越不平衡；另外微粒越小，其质量也就越小，相同冲击力下产生的加速度越大，因此微粒越小，布朗运动越明显．
(3)温度越高，布朗运动越激烈．温度越高，液体分子的运动(平均)速率越大，对悬浮于其中的微粒的撞击作用也越大，微粒越不易平衡，产生的加速度也越大，因此温度越高，布朗运动越激烈．
2．布朗运动与热运动的区别与联系
布朗运动 热运动
不同点 研究对象 悬浮于液体中的微粒 分子
观察难易程度 可以在显微镜下看到 在显微镜下看不到
相同点 (1)无规则(2)永不停息(3)与温度有关
联系 周围液体(或气体)分子的热运动是布朗运动产生的原因，布朗运动反映了分子的热运动
五、对分子间作用力的理解
1．在任何情况下，分子间总是同时存在着引力和斥力，而实际表现出来的分子力，则是分子引力和斥力的合力．
2．分子力与分子间距离变化的关系
(1)分子间的引力和斥力都随分子间距离r变化，但变化情况不同，如图1－1－1所示，其中，虚线分别表示引力和斥力随分子间距离r的变化，实线表示它们的合力f随分子间距离r的变化．
图1－1－1
当r＝r0时，f引＝f斥，f＝0.
当r当r>r0时，f引和f斥都随分子间距离的增大而减小，但f斥减小得更快，分子力表现为引力．
当r≥10r0(10－9 m)时，f引和f斥都十分微弱，可认为分子间无相互作用力(f＝0)．
(2)r0的意义
分子间距离r＝r0时，分子力为零，所以分子间距离等于r0(数量级为10－10 m)的位置叫平衡位置．
注意：①r＝r0时，分子力等于零，并不是分子间无引力和斥力．
②r＝r0时，即分子处于平衡位置时，并不是静止不动，而是在平衡位置附近振动．
特别提醒：引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，但斥力变化得更快．
课堂互动讲练
油膜法测分子直径
酒精油酸溶液的浓度为每1000 mL酒精油酸溶液中有油酸0.6 mL，用滴管向量筒内滴50滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加1 mL.若把一滴这样的溶液滴入盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成单分子油膜的形状如图1－1－2所示．
例1
图1－1－2
(1)若每一小方格的边长为30 mm，则油酸薄膜的面积为________m2；
(2)每一滴酒精油酸溶液含有纯油酸的体积为________m3；
(3)根据上述数据，估算出油酸分子的直径为______m.
【思路点拨】 根据油膜法测分子直径的原理和方法分析．
【答案】 (1)4.95×10－2 (2)1.2×10－11 (3)2.4×10－10
【方法总结】 (1)油膜法测分子直径应将分子看成小球，且紧密排列，形成的油膜为(油酸)单分子层，即油膜厚为(油酸)分子直径．
(2)数油膜面积对应的正方形个数时，完整的每个算一个，大于等于半个的算一个，不到半个的舍去．
变式训练1 (2011年高考上海卷)在“用单分子油膜估测分子大小”实验中，
(1)某同学操作步骤如下：
①取一定量的无水酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液；
②在量筒中滴入一滴该溶液，测出它的体积；
③在蒸发皿内盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散开稳定；
④在蒸发皿上覆盖透明玻璃，描出油膜形状，用透明方格纸测量油膜的面积．
改正其中的错误：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(2)若油酸酒精溶液体积浓度为0.10%，一滴溶液的体积为4.8×10－3 mL，其形成的油膜面积为40 cm2，则估测出油酸分子的直径为________m.
答案：(1)②在量筒中滴入N滴溶液
③在水面上先撒上痱子粉
(2)1.2×10－9
已知汞的摩尔质量为200.5×10－3 kg/mol，密度为13.6×103 kg/m3，则一个汞原子的体积是多少？体积为1 cm3的汞中有多少个汞原子？
【思路点拨】 先建立模型，再运用公式．
阿伏伽德罗常数的应用
例2
【答案】 2.4×10－29 m3 4.1×1022个
【方法总结】 (1)由宏观量去计算微观量，或由微观量去计算宏观量，都要借助阿伏伽德罗常数．
(2)在计算体积为1 cm3的汞中含有多少个汞原子时，也可先通过密度计算出1 cm3的汞的质量，然后除以汞的摩尔质量，求出物质的量，再乘以阿伏伽德罗常数，就可得出1 cm3的汞中含有的汞原子数．
(3)对微观量估算时，应注意单位的统一、有效值的取舍，数量级的计算一定要准确．
在观察布朗运动的实验过程中，每隔5 s记录下颗粒的位置，最后将这些位置用直线依次连接，如图1－1－3所示．下列说法错误的是( )
布朗运动的理解及应用
例3
图1－1－3
A．由图可以看出布朗运动是无规则的
B．图中轨迹就是颗粒无规则运动的轨迹
C．若对比不同温度下的轨迹，可以看出温度高时布朗运动显著
D．若对比不同颗粒大小时的轨迹，可以看出颗粒越小，布朗运动越显著
【思路点拨】 根据布朗运动的特点分析判断．
【精讲精析】 由于是每隔5 s记录下颗粒的位置，最后将这些位置用直线依次连接，但并不知道这5 s时间内颗粒的运动轨迹(其实这5 s内的轨迹也是无规则的)，所以记录下的并不是颗粒的实际运动轨迹．单从图中看不出温度与颗粒大小对布朗运动的影响．
【答案】 BCD
【方法总结】 颗粒位置记录图就是在显微镜下每隔一定时间把颗粒的位置记录下来，然后把这些位置依次连结起来绘制而成的，它不是颗粒的轨迹，但可大致判断颗粒的运动情况．
当两个分子间的距离为r0时，正好处于平衡状态，下列关于分子间作用力与分子间距离的关系的说法正确的是( )
分子间相互作用力的认识
例4
A．当分子间的距离rB．当分子间的距离r＝r0时，分子处于平衡状态，不受力
C．当分子间的距离从0.5r0增大到10r0的过程中，分子间的引力和斥力都在减小，且斥力比引力减小得快
D．当分子间的距离从0.5r0增大到10r0的过程中，分子间相互作用力的合力在逐渐减小
【思路点拨】 判断分子力与分子间距离变化的关系时要明确：分子间的引力和斥力是同时存在的，且它们随分子间距离的变化同时增大或减小，而分子间作用力的合力随距离如何变化要看在哪个范围内．
【自主解答】 分子间相互作用的引力和斥力是同时存在的，当r＝r0时，f引＝f斥，每个分子所受的合力为零，并非不受力；当rf引，合力为斥力，并非只受斥力，故A、B错误．当分子间的距离从0.5r0增大到10r0的过程中，分子间的引力和斥力都减小，且斥力比引力减小得快，分子间作用力的合力先减小到零，再增大后又减小到零，故C正确，D错误．
【答案】 C
【方法总结】 本题易误选A、B，解此题时应注意：(1)当r＝r0时，分子所受合力为零，并非没有f引、f斥；(2)当分子所受合力表现为斥力时，并非不受引力，而是f引知能优化训练
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第1节 热力学第一定律
第2节 能量的转化与守恒
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
第
2
节
课前自主学案
课标定位
学习目标：1.了解热力学第一定律．
2．会用ΔU＝W＋Q解决一些简单问题．
3．知道第一类永动机不可能制成．
4．了解能量守恒定律的发现过程．
5．理解能的转化与守恒定律，会用能量的观点解释自然现象．
课标定位
重点难点：1.应用ΔU＝W＋Q定性分析和定量计算．
2．第一类永动机不可能制成的分析及探究过程的理解．
3．理解和掌握能量守恒定律，并能应用定律进行分析、解决相关问题．
课前自主学案
一、热力学第一定律及其应用
1．改变物体内能的两种方式：_______和
__________
2．物体内能的改变
(1)如果物体与外界无热传递，若外界对物体做功，则物体的内能_______；若物体对外做功，物体的内能__________
做功
热传递．
增加
减少．
(2)如果物体既不对外做功，外界也不对物体做功，则物体吸收热量时，它的内能________；物体放出热量时，它的内能_________
3．热力学第一定律
(1)内容：物体内能的增加量ΔU_______外界对物体所__________与物体从外界_____________之和．
(2)表达式：ΔU＝___________
增加
减少．
等于
做的功W
吸收的热量Q
W＋Q
(3)符号规则：物体从外界吸热时Q为_______，即Q___0，物体向外界放热时Q为____值，即Q___0；外界对物体做功时W为______值，即W___0，物体对外界做功时W为____值，即
W___0；物体的内能增加时ΔU为____值，即ΔU___0，物体的内能减少时ΔU为____值，即ΔU___0.
正值
>
负
<
正
>
负
<
正
>
负
<
(4)意义：一个物体内能增加，必定有其他物体对它________，或向它____________与此同时，对此物体做功或向它传热的其他物体要
____________的能量，而系统的总能量保持不变．在一切涉及热现象的宏观过程中，能量可以发生转移或转化，在转移或转化过程中总能量_________
做功
传递热量．
减少等量
守恒．
二、第一类永动机
1．概念：不消耗任何能量而能永远
___________的机器．
2．结果：17～18世纪，人们提出了许多永动机设计方案，但都以_______而告终．
3．原因：设想能量能够无中生有地创造出来，违背了______________________
4．启示：人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律．
对外做功
失败
热力学第一定律．
三、能量守恒定律的发现
1．迈尔的发现：体力和体热必定来源于食物中的_________，内能、化学能、机械能都是等价的，是可以____________的，如果动物体的能量输入与支出是平衡的，那么，所有这些形式的能在量上必定是_________的．
2．焦耳的研究
(1)确定了电能向内能转化的_______关系．
(2)用了近40年的时间，不懈地钻研
_____________问题，为能量守恒定律提供了无可置疑的证据．
化学能
相互转化
守恒
定量
热功转换
3．亥姆霍兹的贡献
从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示了它们之间的__________
四、能量守恒定律及其应用
1．内容：能量既不会________，也不会
________，它只能从一种形式________为另一种形式，或者从一个物体________到另一个物体，而能量的总值_______________
统一性．
消失
创生
转化
转移
保持不变．
2．意义：揭示了自然科学各个分支之间的
___________，是自然界内在__________的第一个有力证据．
3．应用
(1)各种形式的能可以相互转化．但能量转化过程中总伴有______的损失．
(2)各种互不相关的物理现象，可以用
__________________联系在一起．
普遍联系
统一性
内能
能量守恒定律
核心要点突破
一、热力学第一定律的理解
1．热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系．此定律应用时各量的单位应统一．
2．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定
符号 W Q ΔU
＋ 外界对物体做功 物体吸收热量 内能增加
－ 物体对外界做功 物体放出热量 内能减少
3.几种特殊情况
(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加．
(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加．
(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q.
特别提醒：(1)不是所有的力做功都改变物体的内能，例如自由落体运动，重力对物体做正功，但不改变物体的内能．
(2)判断对气体是否做功的方法
一般情况下外界对气体做功与否，需看气体的体积是否变化．
①若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0.
②若气体体积变小，外界对气体做功，W>0.
二、能量守恒定律的理解
1．能量的存在形式及相互转化
各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等．
各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化，例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能．
2．与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的，例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力做功；而能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然界现象都遵守的基本规律．
3．能量守恒定律的重要意义：能量守恒定律比机械能守恒定律更普遍，它是物理学中问题的重要思维方法．能量守恒定律与电子的发现、达尔文的进化论并称19世纪自然科学中三大发现，其重要意义由此可见．
特别提醒：热力学第一定律实际是其他形式的能量与内能转化时的能量守恒定律．
三、应用能量守恒定律分析解决问题的思路方法
能量守恒的核心是总能量不变，因此在应用能量守恒定律时应首先分清系统中哪些能量在相互转化，是通过哪些力做功实现的，这些能量分别属于哪些物体，然后再寻找合适的守恒方程式．
1．某种形式的能量增加，一定存在着其他形式的能量减少，且增加量等于减少量．
2．某个物体的能量增加，一定存在着其他物体的能量减少，且增加量等于减少量．
用能量的转化和守恒解决物理问题是物理学中的一种重要方法．
课堂互动讲练
热力学第一定律的理解与应用
一定质量的气体，在从一个状态变化到另一个状态的过程中，吸收热量280 J，并对外做功120 J，试问：
(1)这些气体的内能发生了怎样的变化？
(2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240 J热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做功多少？
例1
【思路点拨】 根据热力学第一定律进行计算．
【精讲精析】 (1)由热力学第一定律可得
ΔU＝W＋Q＝－120 J＋280 J＝160 J，
即气体内能增加了160 J.
(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从②状态回到①状态过程中内能的变化应等于从①状态到②状态过程中内能的变化，则从②状
态到①状态的内能应减少160 J，即
ΔU′＝－160 J，又Q′＝－240 J，根据热力学第一定律得：
ΔU′＝W′＋Q′
所以W′＝ΔU′－Q′
＝－160 J－(－240 J)＝80 J
即外界对气体做功80 J.
【答案】 (1)内能增加了160 J (2)外界对气体做功80 J
【方法总结】 本题考查热力学第一定律的表达式，应首先根据符号法则，判断已知量的正负号，再将其代入热力学第一定律的表达式ΔU＝W＋Q中求第三个量．
变式训练1 (2011年高考福建卷)一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5×104J，气体对外界做功1.0×104J，则该理想气体的( )
A．温度降低，密度增大
B．温度降低，密度减小
C．温度升高，密度增大
D．温度升高，密度减小
解析：选D.由热力学第一定律ΔU＝W＋Q得：
ΔU＝－1.0×104J＋2.5×104J＝1.5×104J，因此气体的内能增大，故温度升高，又因气体对外做功，体积增大，故密度减小．
能量守恒定律的理解
有上下摆动且摆动高度越来越低的滚摆，则下列关于滚摆能量的说法中，正确的是( )
A．滚摆的机械能守恒
B．能量正在消失
C．只有动能和势能的相互转化
D．减少的机械能转化为内能，但总能量守恒
例2
【精讲精析】 滚摆摆动高度越来越低，说明有重力之外的力(阻力)做功．机械能逐渐减小，减少的机械能通过克服阻力做功，转化成了内能，总能量守恒．
【答案】 D
【方法总结】 机械能守恒是有条件的(只有重力做功)，能量守恒是没有条件的．
变式训练2 (2011年高考江苏卷)如图5－1－1所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片．轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动．
离开热水后，叶片形状迅速
恢复，转轮因此能较长时间
转动．下列说法正确的是( )
图5－1－1
A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高
D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
解析：选D.形状记忆合金进入水后受热形状发生改变而搅动热水，由能量守恒知能量来源于热水，故A、B、C错；由能量守恒知，叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能，一部分释放于空气中，故D对．
能量守恒定律的应用
水能不产生污染物，是一种清洁能源，位于美国和加拿大交界处的尼亚加拉瀑布流量可达每秒6000 m3，而且一年四季流量稳定，瀑布落差50 m，若利用这一资源发电，设其效率为50%，估算发电机的输出功率．(g取10 N/kg)
例3
【思路点拨】 水力发电是水的机械能转为电能．
【自主解答】 每秒钟流下的水的质量为：
m＝ρV＝1.0×103×6000 kg＝6.0×106 kg
每秒钟水减少的机械能为：
E＝mgh＝6.0×106×10×50 J＝3.0×109 J
设发电机的输出功率为P，则由能量守恒定律可得：
P＝Eη
解得：P＝3.0×109×50% W＝1.5×109 W.
【答案】 1.5×109 W
【方法总结】 能量守恒定律是普遍适用的定律，在解决有关能量转化问题时，注意分析能量转化前后各种形式的能及其相互关系．
变式训练3 如图5－1－2所示，一个小铁块沿半径为R＝0.2 m的半球内壁自上端由静止下滑，当滑至半球底部时，速度为1 m/s，设此过程中损失的机械能全部变为内能，并有40%被铁块吸收．已知铁的比热容c＝0.46×103 J/(kg·℃)，重力加速度g取10 m/s2.
求铁块升高的温度．
图5－1－2
答案：1.3×10－3℃
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第2节 气体分子运动与压强
课前自主学案
核心要点突破
课标定位
课堂互动讲练
第2节
知能优化训练
课标定位
学习目标：1.知道什么是统计规律，体会在研究大量偶然事件时采用统计方法的意义．
2．理解气体分子运动的特点，知道气体分子运动速率的统计分布规律．
3．理解气体压强的产生原因，知道温度、体积对气体压强的影响．
重点难点：1.明确气体产生压强的原因．
2．理解气体分子速率分布的规律．
课前自主学案
一、偶然中的必然——统计规律
1．现象：某一事件的出现纯粹是____的，但______偶然事件却会表现出一定的规律．
2．定义：大量偶然事件表现出来的________．
二、气体分子速率分布规律
1．气体分子运动的特点：气体分子都在永不停息地做______运动，每个分子的运动状态瞬息万变，每一时刻的运动情况完全是______、______的．
偶然
大量的
整体规律
无规则
偶然的
不确定
2．气体分子速率的分布规律
(1)图象(如图1－2－1所示)
图1－2－1
(2)规律：在一定____下，不管个别分子怎样运动，气体的多数分子的速率都在某个数值附近，表现出“______________”的分布规律．当温度____时，“______________”的分布规律不变，气体分子的速率____，分布曲线的峰值向______的一方向移动．
说明：一定量的气体，在某一温度下分子速率按“中间多，两头少”的规律分布，但对某个分子来说，其速率是不确定的．
温度
中间多，两头少
升高
中间多，两头少
增大
速率大
三、气体的压强
1．产生原因：大量气体分子频繁撞击器壁，对器壁产生一个____的压力，从而产生压强．
2．压强特点：气体内部压强________．
3．影响因素
决定气体压强的因素是____和___________________．
稳定
处处相等
温度
单位体积内的分子数
核心要点突破
一、气体分子运动的统计规律的特点
1．它是在大量的随机(偶然)事件的集合中起作用的规律，它揭示的是大量事件在整体上的性质及这些事件间的必然联系．在这里，个别事件的性质及它们之间的偶然联系已退居次要地位．
2．统计规律只能在有大量事件的情况下才显示出来．它的可靠性跟统计事件的数量有关，事件的数量越多，统计规律就显示得越明显．
3．实测的频率与用统计理论得出的值总会有一定的偏差，叫做“涨落”，这是统计规律所特有的．一般来说，被统计的事件数量越多，涨落的现象越不显著．
二、气体压强形成的理解
1．气体分子运动的特点
(1)气体分子间距离较大，气体分子可看成质点；
(2)气体分子间的作用力十分微弱，可认为除相互碰撞外无作用力；
(3)单个气体分子的运动无规则，但大量气体分子的热运动中，分子向各个方向运动的几率相等．
2．气体压强的产生
气体分子相距较远，相互间的作用力较小，有较好的流动性，分子运动基本上都是单个行为．由于大量分子都在不停地做无规则热运动，与器壁频繁碰撞，使器壁受到一个平均持续的冲力，致使气体对器壁产生一定的压强．
3．决定气体压强大小的因素
(1)微观因素：气体压强由气体分子的密度和平均动能决定：①气体分子密度(即单位体积内气体分子的数目)大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就多；②气体的温度高，每个气体分子与器壁碰撞(可视作弹性碰撞)给器壁的冲力就大；③从另一方面讲，分子的平均速率大，在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就多，累计冲力就大．
(2)宏观因素：气体的体积增大，分子密度变小．在此情况下，若温度不变，气体压强减小；若温度降低，气体压强进一步减小；若温度升高，则气体压强可能不变，可能变化，由分子密度变化和温度变化两个因素中哪一个占主导地位来决定．
特别提醒：压强是由大量气体分子频繁地碰撞器壁产生的，它是气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞的压力，压强由分子密度和温度共同决定，两个因素必须同时考虑．
课堂互动讲练
对气体分子运动统计规律的考查
气体分子永不停息地做无规则运动，同一时刻都有向不同方向运动的分子，速率也有大有小．下表是氧气分别在0 ℃和100 ℃时，同一时刻在不同速率区间内的分子数占总分子数的百分比，由表得出下列结论( )
例1
A.气体分子的速率大小基本上是均匀分布的，每个速率区间的分子数大致相同
B．大多数气体分子的速率处于中间值，少数分子的速率较大或较小
C．随着温度升高，气体分子的平均速率增大
D．气体分子的平均速率基本上不随温度的变化而变化
【思路点拨】 统计规律是建立在大量观测数据基础之上的，通过表中的数据，结合气体分子的统计规律，通过逐步排查进行选择．
【精讲精析】 由表格可以看出在0 ℃和100 ℃两种温度下，分子速率在200 m/s～700 m/s之间的分子数的比例较大，由此可得出B正确．再比较0 ℃和100 ℃两种温度下，分子速率较大的空间，100 ℃的分子数所占比例较大，而分子速率较小的区间，100 ℃的分子数所占比例较小，故100 ℃的气体分子平均速率高于0 ℃的气体分子平均速率，故C正确．
【答案】 BC
变式训练1 关于气体分子的速率分布，下列说法正确的是( )
A．一定温度下，每个分子的速率都相等
B．一定温度下，速率很大的分子数目和速率很小的分子数目都很少
C．温度升高，每个分子的速率都增大
D．温度升高时，速率很大的分子数目要增多
解析：选BD.由麦克斯韦气体分子速率分布规律可知，一定温度下，分子的速率表现出“中间多，两头少”的分布规律，故A错误，B正确．当温度升高时，气体分子的平均速率增大，但对个别分子来说其速率大小仍是不确定的，故C错误，D正确．
一定质量的气体，下列叙述正确的是( )
气体压强的理解
例2
A．如果体积减小，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增多
B．如果压强增大，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增多
C．如果温度升高，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增多
D．如果分子密度增大，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增多
【思路点拨】 根据气体压强的决定因素和气体分子运动的特点分析．
【自主解答】 气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数，是由单位体积内的分子数和分子的平均速率共同决定的．A、D都是单位体积内的分子数增多，但分子的平均速率如何变化却不知道；C由温度升高可知分子的平均速率增大，但单位体积内的分子数如何变化未知，故A、C、D都错．气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数正是气体压强的微观表示，故B正确．
【答案】 B
【方法总结】 气体的压强是大量气体分子对器壁撞击的结果，牢记气体压强微观上决定于分子的平均动能和单位体积内的分子数，宏观上决定于气体的温度和体积，是解决此类问题的关键．
变式训练2 关于封闭容器中气体的压强，下列说法中正确的是( )
A．是由气体受到重力产生的
B．是由大量气体分子频繁地碰撞容器壁而产生的
C．压强的大小只取决于气体分子数量的多少
D．容器运动的速率越大，气体的压强也越大
解析：选B.气体的压强是由分子对器壁的碰撞产生的．对于一定质量的气体，压强由单位体积内的分子数和分子的平均动能决定，宏观上由体积和温度决定，与容器的运动速率无关．
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液体表面张力、浸润和不浸润及毛细现象
表面张力 浸润和不浸润 毛细现象
定义 如果在液体表面任意画一条线，线两旁的液体之间的作用力是引力，它的作用效果是使液体表面绷紧，所以叫做液体的表面张力 一种液体会湿润某种固体并附在固体的表面上，这种现象叫浸润．一种液体不会湿润某种固体，也就不会附在这种固体的表面，这种现象叫做不浸润 浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润液体在细管中下降的现象，都称为毛细现象
表面张力 浸润和不浸润 毛细现象
现象举例 荷叶上的小水球呈球形，缝衣针能漂浮在水面上，吹出的肥皂泡成球形 鸭的羽毛上有一层薄的脂肪，使水不能浸润羽毛 自来水笔中的墨水自动流到笔尖，水从植物根部被输送到枝叶上，粉笔吸干纸上的墨汁
表面张力 浸润和不浸润 毛细现象
形成原因 液体、空气的交界处分子因为蒸发而变得稀疏，分子间表现为引力，使整个液面有收缩的趋势 液体与固体相接触形成附着层，若附着层内分子力表现为引力，这样的液体与固体之间表现为不浸润，如果附着层内液体分子力表现为斥力，这样的液体与固体之间表现为 浸 润 毛细现象的产生与表面张力及浸润现象都有关系．浸润时，管内液面比管外高；不浸润时，管内液面比管外低，且管的直径越小，管内外液面的高度差 越 大
表面张力 浸润和不浸润 毛细现象
说明 液体的表面张力使液面具有收缩的趋势．在体积相等的各种形状的物体中，球形表面积最小 一种液体能否浸润某种固体，与这两种物质的性质都有关系．浸润和不浸润是相对的 对于一定的液体和一定材质的管壁，管的内径越细，毛细现象越明显
玻璃上不附着水银，发生这种不浸润现象的原因是( )
A．水银具有流动性
B．玻璃表面光滑
C．水银与玻璃接触时，附着层里水银受到玻璃分子的引力较弱
D．水银与玻璃接触时，附着层里的分子比水银内部的稀硫
例1
【精讲精析】 水银与玻璃接触时，附着层里的分子比水银内部稀疏，附着层内水银分子与液体内部分子引力大于玻璃分子与附着层内水银分子间的引力．
【答案】 CD
1．液晶态的分子排列组成晶体的物质微粒(分子、原子或离子)依照一定的规律在空间有序排列，构成空间点阵，所以表现为各向异性．液体却表现为分子排列无序性和流动性．液晶分子既保持排列有序性，保持各向异性，又可以自由移动，位置无序，因此也保持了流动性．
液 晶
2．液晶的特点：液晶分子的位置无序使它像液体，排列有序使它像晶体．
3．液晶的光学性质：对外界条件的变化反应敏捷，液晶分子的排列是不稳定的，外界条件和微小变动都会引起液晶分子排列的变化，因而改变液晶的某些性质，例如温度、压力、摩擦、电磁作用、容器表面的差异等，都可以改变液晶的光学性质．如计算器的显示屏，外加电压使液晶由透明状态变为混浊状态．
液晶最主要的应用之一就是用在液晶显示器上．关于液晶，下列说法正确的是
( )
A．液晶就是液态的晶体
B．固体在受热熔化的过程，当温度处于熔点时，其状态就是液晶态
C．液晶具有液体的流动性
D．液晶具有晶体的光学各向异性
例2
【精讲精析】 由于液晶的特殊结构，它既具有液体的流动性，又像某些晶体那样具有光学的各向异性，故C、D正确．并不是所有的物质都有液晶态，也绝不是晶体处于液态时就叫液晶，它是一种特殊的物质，分子结构的排列形式介于晶体与液体之间．
【答案】 CD
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分子微观量的估算
分子微观量是指微观领域内不能直接测量的物理量，如分子的质量、分子的体积和分子的个数等，利用阿伏伽德罗常数可实现对分子微观量的估算．
阿伏伽德罗常数是联系微观物理量与宏观物理量的桥梁，涉及分子大小计算时，常用下列公式，高考也常在这些问题上设置题目．若：m：物质的质量，M：摩尔质量，m0：分子质量，V：物质的体积，VM：摩尔体积，V0：分子体积，NA：阿伏伽德罗常数，n：物质的量，N：分子总个数，ρ：物质的密度，d：分子直径或分子间距离，则有：
已知铜的密度为8.9×103 kg/m3，铜的原子量为64，质子和中子的质量各约为1.64×10－27 kg，则铜块中平均每个铜原子所占的空间体积为多少？铜原子的直径约为多少？
例1
【答案】 1.19×10－29 m3 2.83×10－10 m
分子力随分子间距离的变化图象与分子势能随分子间距离的变化图象非常相似，但却有着本质的区别．现比较如下：
两种曲线的比较
1．分子力曲线
分子间作用力与分子间距离的关系曲线如图1－1甲所示，纵轴表示分子力f；图象横轴上方的曲线表示斥力，下方的曲线表示引力，即正号表示斥力，负号表示引力；横轴表示分子间距离r，其中r0为分子间的平衡距离，此时引力与斥力相等．
图1－1
2．分子势能曲线
分子势能随分子间距离的变化关系曲线如图1－1乙所示，纵轴表示分子势能Ep；图象横轴上方的势能一定大于横轴下方的势能，即分子势能有正负，正负反映其大小，正值一定大于负值；横轴表示分子间距离r，其中r0为分子间的平衡距离，此时分子势能最小．
3．曲线的比较
图甲中分子间距离r＝r0处，对应的是分子力为零，而在图乙中分子间距离r＝r0处，对应的是分子势能最小，但不一定为零．若取r>10r0处分子力为零，则该处的分子势能为零．
如图1－2所示，分别表示两个分子之间分子力和分子势能随分子间距离变化的图象．由图象判断以下说法中正确的是( )
图1－2
例2
A．当分子间距离为r0时，分子力和分子势能均最小且为零
B．当分子间距离r>r0时，分子力随分子间距离的增大而增大
C．当分子间距离r>r0时，分子势能随分子间距离的增大而增加
D．当分子间距离r【精讲精析】 由题图可知，当分子间距离为r0时，分子力和分子势能均达到最小，但此时分子力为零，而分子势能不为零，是一负值；当分子间距离r>r0时，分子力随分子间距离的增大，先增大后减小，此时分子力做负功，分子势能增加；当分子间距离r【答案】 CD
物体的内能是物体中所有分子的热运动的动能与分子势能的总和．在其概念中有三个关键词：所有、分子动能、分子势能．由于温度越高，分子平均动能越大，所以物体的内能与温度有关；由于分子势能与分子间距有关，所以物体的内能与体积有关；由于内能应包含所有分子的动能、势能，所以内能还与分子数目有关，即物体的物质的量．它们之间的决定关系可以用图形描述(图中箭头表示决定)．
物体的内能与状态量的关系
若某种实际气体分子之间的作用力表现为引力，则一定质量的该气体内能的大小与气体的体积和温度的关系是( )
例3
A．如果保持其体积不变，温度升高，内能不变
B．如果保持其体积不变，温度升高，内能减少
C．如果保持其温度不变，体积增大，内能增大
D．如果保持其温度不变，体积增大，内能减少
【精讲精析】 保持其体积不变，分子间距离不变，分子势能不变，温度升高，分子平均动能增大，内能增大，A、B错；如果保持其温度不变，分子热运动的平均动能不变，体积增大，分子之间的作用力表现为引力，分子势能增大，内能增大，C正确，D错．
【答案】 C
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单晶体、多晶体和非晶体的区别
项目 单晶体 多晶体 非晶体
外形 有规则的几何外形 没有确定的几何形状 没有确定的几何形状
物理性质 各向异性 各向同性 各向同性
熔点 有一定的熔化温度 有一定的熔化温度 无一定的熔化温度
典型物质 食盐、水晶 金属、岩石 玻璃、蜂蜡、松香
单晶体具有各向异性的特性，仅是指某些物理性质，并不是所有物理性质都是各向异性的．例如，立方体铜晶体的弹性是各向异性的，但它的导热性和导电性却是各向同性的．同一物质既可以是晶体，又可以是非晶体，如天然的石英是晶体，熔融过的石英(玻璃)是非晶体．非晶体是物质的不稳定状态，能量大，它可以转化为晶体，如把晶体的硫加热使之熔化，并使它的温度超过300 ℃，然后倒入冷水里，就会变成柔软的非晶体硫，但经过一段时间后，非晶体硫又变成晶体硫了．
关于晶体，以下说法中正确的是( )
A．晶体一定具有规则的几何外形
B．晶体一定具有各向异性
C．晶体熔化时具有一定的熔点
D．晶体熔化时吸收热量，主要用于破坏空间点阵结构，增加分子势能
例1
【精讲精析】 多晶体不具有规则的几何外形，A选项错；多晶体具有各向同性，B选项错；晶体都有确定的熔点，C项正确；晶体有空间点阵结构、熔化时要破坏空间点阵结构，故D项正确．
【答案】 CD
1．固体熔化吸热的原因：由于固体分子间的强大作用，使得固体分子只能在各自的平衡位置附近振动，对固体加热，在其开始熔化之前，获得的能量主要转化为分子的动能，使物体温度升高，当温度升高到一定程度时，一部分分子的能量足以克服其他分子的束缚，从而可以在其他分子间移动，固体开始熔化．
如何理解晶体有确定的熔点而非晶体没有确定的熔点
2．晶体有确定熔点的原因：晶体熔化过程，当温度达到熔点时，吸收的热量全部用来破坏空间点阵结构，增加分子势能，而分子的平均动能却保持不变，所以晶体有固定的熔点．
3．非晶体没有确定熔点的原因：由于非晶体没有空间点阵结构，熔化时不需要去破坏空间点阵结构，吸收的热量主要转化为分子的动能，不断吸热，温度就不断上升，所以非晶体没有固定的熔点．
晶体在熔化过程中所吸收的热量，主要用于( )
A．破坏空间结点结构，增加分子动能
B．破坏空间结点结构，增加分子势能
C．破坏空间结点结构，增加分子势能，同时增加分子动能
D．破坏空间结点结构，但不增加分子势能和分子动能
例2
【精讲精析】 晶体在熔化时温度不变，吸收的热量用来破坏空间结构增加分子势能，而分子动能不变．
【答案】 B
1．半导体材料的导电性能随温度升高，光照增强及掺入杂质，会大大增强．
2．晶体二极管的单向导电性的微观本质是组成二极管的N型半导体中的电子在电场作用下能否顺利穿过PN结决定的．
3．纳米材料的奇特效应有：量子尺寸效应、小尺寸效应、表面和界面效应、宏观量子隧道效应等．
材料科技与人类文明
例3
A．碳纳米管的体积在10 ℃至500 ℃之间随温度变化很小，可忽略不计
B．金属镓的体积在10 ℃到500 ℃之间随温度变化很小，可忽略不计
C．金属镓的体积在10 ℃至500 ℃之间随温度变化比较均匀
D．金属镓的熔点很低，沸点很高
【精讲精析】 由题中信息知温度计测温范围为18 ℃～490 ℃，精确度高，可以推断，在测温范围内，碳纳米管体积变化很小，而镓体积随温度均匀变化(18 ℃～490 ℃)，故错误的应选B.
【答案】 B
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第1节 液体的表面张力
第2节 毛细现象
课前自主学案
核心要点突破
课标定位
课堂互动讲练
第1节第2节
知能优化训练
课标定位
学习目标：1.知道液体的表面张力现象．
2．会应用分子动理论的观点，解释液体表面张力产生的原因．
3．知道什么是浸润和不浸润现象，能用浸润和不浸润解释现象．
4．知道附着层的特点，懂得浸润和不浸润现象产生的原因．
5．知道毛细现象，能用毛细现象解释现象．
重点难点：1.能用液体的微观结构解释表面张力．
2．掌握什么是毛细现象，并解释有关现象．
课前自主学案
一、液体表面的收缩趋势
液体的表面都类似于张紧的弹性薄膜，具有____的趋势．
二、表面张力及其微观解释
1．液体和气体接触的表面存在一个薄层，叫做______．表面层分子的分布比液体内部____，即表面层分子间的距离比液体内部分子间距离大．
2．液体表面各部分间________的力，叫做表面张力．
收缩
表面层
稀疏
相互吸引
三、浸润与不浸润
1．液体______固体表面上的现象叫做____．液体________固体表面的现象叫做______．
2．当液体跟固体接触时，在接触处会形成一________，叫做______．
四、毛细现象
1．浸润液体在细管里____的现象和不浸润液体在细管里____的现象，叫做________．
2．能够发生________的管叫做______．
附着在
浸润
不附着在
不浸润
液体薄层
附着层
上升
下降
毛细现象
毛细现象
毛细管
核心要点突破
一、表面张力的形成及其作用
1．液体的微观结构
液体中的分子跟固体一样是密集排列在一起的，液体分子的热运动主要表现为在平衡位置附近做微小的振动，但液体分子只在很小的区域内有规则的排列，这种区域是暂时形成的，边界和大小随时改变，有时瓦解，有时又重新形成．液体由大量这种暂时形成的小区域构成，这种小区域在杂乱无章地分布着．
2．表面张力的形成
(1)表面层：液体与气体接触的表面存在着一个薄层，叫表面层．
(2)微观解释
液体与气体接触的表面层中的分子分布较内部稀疏，分子间距大于分子力平衡时的距离r0(而液体内部分子间的距离可以认为等于r0，分子间相互作用的引力和斥力可认为相等)，分子间的相互作用力表现为引力，从而使液体表面像一块张紧了的膜，各部分之间存在相互吸引的力，即表面张力．液体内部的分子受到邻近分子的引力在各个方向上的合力等于零．而液体表面层分子受到引力的合力指向液体的内部．
(3)表面张力的方向
表面张力的方向，与液面相切，垂直于液面上的各条分界线，如图3－1－1所示．
图3－1－1
3．表面张力的作用
(1)表面张力使液体表面具有收缩趋势，使液体面积趋于最小，而在体积相同的条件下，球形的表面积最小．
例如，吹出的肥皂泡呈球形，滴在洁净玻璃上的水银滴呈球形 .(由于受重力的影响，往往呈扁球形，在失重条件下呈球形)
(2)表面张力的大小除跟边界长度有关外，还跟液体的种类、温度有关．一般情况下，温度越高，表面张力就越小．另外，杂质也会明显地改变液体的表面张力大小．比如洁净的水有很大的表面张力，而沾有肥皂液的水的表面张力就比较小．也就是说，洁净水的表面具有更大的收缩趋势．
特别提醒：表面张力不是指个别分子间的相互引力，而是表面层中大量分子间的引力的宏观表现．凡液体与气体接触的表面都存在表面张力．
二、正确理解浸润和不浸润现象
1．附着层
(1)定义：液体跟固体接触处形成的液体薄层．
(2)特点：附着层中的液体分子同时受到液体内部分子的吸引力(内聚力)和固体分子的吸引力(附着力)
2．液体能否浸润固体由内聚力和附着力大小决定
(1)内聚力大于附着力．附着层的分子比液体内部稀疏，附着层内出现与液体表面张力相似的收缩力，此时跟固体接触的液体表面有缩小的趋势，形成不浸润．
(2)内聚力小于附着力，附着层中的分子比液体内部更密．附着层中出现液体相互推斥的力．此时跟固体接触的液面有扩展的趋势，形成浸润．
3．微观解释
当液体与固体接触时，附着层中的液体分子受固体分子的吸引比内部液体分子弱，结果附着层中的液体分子比其内部稀疏，这时在附着层中就出现跟表面张力相似的收缩力，使跟固体接触的液体表面有缩小的趋势，因而形成不浸润现象．
相反，如果受到固体分子的吸引相对强，附着层里的分子就比液体内部更密，在附着层里就出现液体分子互相排斥的力，这时跟固体接触的表面有扩展的趋势，从而形成浸润现象．总之，浸润和不浸润现象是分子力作用的宏观表现．
特别提醒：液体能否浸润固体，取决于两者的性质，而不单纯由液体或固体单方面性质决定．同一种液体，对一些固体是浸润的，对另一些固体是不浸润的．如：水能浸润玻璃，而不能浸润石蜡；水银不能浸润玻璃，但能浸润锌板．
三、对毛细现象的正确理解
1．定义：浸润液体在细管里上升的现象和不浸润液体在细管里下降的现象．
2．现象：浸润液体在毛细管里上升后，形成凹月面，不浸润液体在毛细管里下降后形成凸月面．
3．因素：毛细管内外液面的高度差与毛细管的内径有关，毛细管内径越小，高度差越大．
4．成因：(1)浸润液体与毛细管内壁接触时，液体表面发生弯曲．呈凹形，表面张力的收缩作用总是力图使凹形表面的面积缩小，对表面下的液体产生向上的提拉作用，管内液面上升，直到表面张力向上的提拉作用与管内升高的液柱所受的重力达到平衡时，管内液体停止上升，稳定在一定的高度．
(2)不浸润液体则与浸润液体情况相反．如图3－1－2所示．
图3－1－2
课堂互动讲练
表面张力产生的原因
液体表面张力产生的原因是( )
例1
A．液体表面层分子较紧密，分子间斥力大于引力
B．液体表面层分子较紧密，分子间引力大于斥力
C．液体表面层分子较稀疏，分子间引力大于斥力
D．液体表面层分子较稀疏，分子间斥力大于引力
【思路点拨】 根据表面张力的形成及分子力的特点分析．
【精讲精析】 液体表面层分子间距离介于气体和液体之间．液体分子力可认为是零，则表面层分子力表现为引力，故C正确．
【答案】 C
【方法总结】 要从表面张力产生的原因上理解，实际上这部分知识是分子动理论的应用，表面层分子间的距离比液体内部大，比气体内部小，分子间表现为相互吸引，这种吸引的宏观表现就是表面张力．
变式训练1 液体表面具有收缩趋势的原因是( )
A．液体可以流动
B．液体表面层分子间距小于液体内部分子间距
C．与液面接触的容器壁的分子，对液体表面分子有吸引力
D．液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离
解析：选D.由于液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，所以表面层的分子间的作用力为引力，这种力使液体表面层的相邻部分之间相互吸引，产生的吸引力即表面张力；表面张力使液体表面有收缩的趋势．
以下各种说法中正确的是( )
浸润、不浸润现象的分析
例2
A．因为水银滴在玻璃板上将成椭球状，所以说水银是一种不浸润液体
B．液体对固体是否发生浸润现象，是由液体和固体两者的性质共同决定的
C．在人造卫星中，由于一切物体都处于完全失重状态，所以一个固定着的容器中装有浸润其器壁的液体时，必须用盖子盖紧，否则容器中的液体一定会沿器壁流散
D．当A液体和B固体接触时，发生浸润现象还是发生不浸润现象，关键取决于B固体分子对附着层A液体分子的吸引力比液体内的分子对附着层分子吸引力大些还是小些
【思路点拨】 浸润与不浸润是由液体和固体共同决定的．液体浸润固体，附着层面积要扩张，不浸润固体附着层面积要收缩．产生的条件是固体分子和液体内部分子对附着层分子的吸引力关系，由此可加以分析判断．
【精讲精析】 水银不浸润玻璃，但可能浸润其他固体，所以A错，B正确．在处于完全失重状态的人造卫星上，如果液体浸润其器壁，液体和器壁的附着层就会扩张，沿着器壁流散，故必须盖紧，C正确．D选项说明了发生浸润和不浸润现象的微观原理，故选B、C、D.
【答案】 BCD
【方法总结】 某种液体是否为浸润液体，并不完全取决于自身，而是由液体和固体的性质共同决定，因此，不要由某一特例就确定是浸润或不浸润．
变式训练2 若液体对某种固体是浸润的，当液体装在由这种固体物质做成的细管中时，则( )
A．附着层分子密度大于液体内分子的密度
B．附着层分子的作用力表现为引力
C．管中的液体一定是凹形弯月面的
D．液体跟固体接触的面积有扩大的趋势
解析：选ACD.由于浸润现象，固体分子与液体分子间的引力强，造成附着层内分子的分布就比液体内部更密，这样就会使液体分子间作用力表现为斥力，使液体跟固体接触的面积有扩大的趋势．
把极细的玻璃管插入水中与水银中，如图3－1－3所示，正确表示毛细现象的是( )
判断毛细现象
例3
图3－1－3
【思路点拨】 可以从液体是否浸润固体的角度判断液面的形状，由附着层的表面张力判断液面的上升和下降情况．
【自主解答】 因为水能浸润玻璃，所以A正确，B错误．水银不浸润玻璃，C正确．D项中外面浸润，里面不浸润，所以是不可能的，故正确选项为A、C.
【答案】 AC
【方法总结】 液体与管浸润，则管壁给液体向上的拉力，液面下凹，液体不浸润管，则管壁给液体向下的拉力，靠近管壁处的液体下降，液面上凸．
变式训练3 用干净的玻璃毛细管做毛细现象的实验时，可以看到( )
A．毛细管插入水中，管越细，管内水面越高，管越粗，管内水面越低
B．毛细管插入水银中，管越细，管内水银面越高
C．毛细管插入跟它浸润的液体中时，管内液面上升，插入跟它不浸润的液体中时，管内液面降低
D．毛细管插入跟它不浸润的液体中时，管内液面上升，插入跟它浸润的液体中时，管内液面下降
解析：选AC.毛细管插入跟它浸润液体中时液面上升，而且管越细，液面越高，管越粗，液面越低．毛细管插入跟它不浸润液体中时，液面下降，而且管越细，液面越低，管越粗，液面越高．
知能优化训练
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第3节 液 晶
课前自主学案
核心要点突破
课标定位
课堂互动讲练
第3节
知能优化训练
课标定位
学习目标：1.了解液晶的微观结构．
2．通过实例了解液晶的主要性质及其在显示技术中的应用．
重点难点：理解液晶的定义，特点及其物理性质．
课前自主学案
一、认识液晶
1．把既具有像____那样的流动性和连续性，又具有____那样的各向异性特点的流体，叫做____．
2．按分子排列情况，液晶可分为______、______和______3种类型．
3．从某方向看液晶分子的排列比较____，有特殊取向，所以其物理性质________，从另一方向看，液晶分子的排列是____的，所以液晶又是有液体的性质．
液体
晶体
液晶
向列型
胆甾型
近晶型
整齐
各向异性
杂乱
4．外界条件的微小变化，会引起液晶分子______变化，从而改变液晶的某些性质，例如温度、压力、摩擦、电磁作用、容器的表面差异等．都可以改变液晶的____性质．
二、液晶的应用
1．液晶显示器
向列型液晶在外加____下，液晶分子排列会发生____，使液晶由透明变为不透明，去掉电压又恢复透明．利用向列型液晶的这种性质可以制造各种__________．
排列的
光学
电压
改变
液晶显示器
2．液晶测温
胆甾型液晶在____改变时会改变____，利用液晶的这种________可以探测温度．
思考感悟
所有的物质都具有液晶态吗？
提示：不是的，通常棒状分子、碟状分子和平板状分子的物质容易具有液晶态．
温度
颜色
温度效应
核心要点突破
一、液晶的特点
1．向列型液晶：分子呈长棒形，彼此间的长度、方向大体一致，但彼此间前后左右位置并不规则．
2．胆甾型液晶：分子呈分层排列，在每一层内分子排列方向相同，但相邻两层分子排列方向稍有旋转，多层分子排列方向依次旋转，形成螺旋形结构．
3．近晶型液晶：分子呈分层排列，在每一层内分子的排列近似于晶体的有序排列．
二、液晶的微观结构及其性质
1．组成晶体的物质微粒(分子、原子或离子)依照一定的规律在空间有序排列，构成空间点阵，所以表现为各向异性．液体却表现为分子排列无序性和流动性．液晶分子从某个方向上看排列比较整齐，保持各异性但是从另一个方向看，液晶分子的排列是杂乱无章的．因此也保持了流动性．
2．液晶的物理性质
(1)液晶具有液体的流动性．
(2)液晶具有晶体的各向异性．
(3)液晶的物理性质很容易在外界的影响(如电场、压力、光照、温度)下发生改变．
特别提醒：液晶既具有液体的特点，也具有晶体的特点，但它既不是液体，也不是晶体，它是独立于液体和晶体之外的一种特殊流体．
课堂互动讲练
液晶的性质及特点
关于液晶，下列说法中正确的是( )
A．液晶是一种晶体
B．液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性
C．液晶的光学性质随温度的变化而变化
D．液晶的光学性质随外加电压的变化而变化
例1
【思路点拨】 液晶的性质和特点是解题的关键．
【精讲精析】 液晶是一种特殊的物质，既具有液体的流动性，又像某些晶体那样具有光学各向异性，A、B错误；有些液晶的光学性质随温度的变化而变化，C正确；液晶的光学性质随外加电压的变化而变化，D正确．注意液晶既具有液体的流动性，又像某些晶体那样具有光学各向异性，它既不同于一般液体，也不同于晶体，其存在具有特殊性．
【答案】 CD
【方法总结】 液晶具有液体和晶体的某些性质，外界条件的微小变化都会引起液晶的某些性质的变化．
变式训练1 下列说法正确的是( )
A．液晶态是介于固态和液态之间的中间态
B．液晶具有流动性
C．液晶表现出各向异性
D．液晶表现出各向同性
解析：选ABC.液晶具有液体和晶体的共同性质，是介于固体(晶体)和液体之间的一种状态，所以A对；液晶具有液体的流动性，所以B对；液晶具有晶体的性质，物理性质表现为各向异性，C对．故正确答案为A、B、C.
液晶具有一些奇特效应，使其得到了广泛应用，下面有关液晶应用的说法正确的有( )
液晶的应用
例2
A．利用液晶的电光效应，可以制成液晶显示器
B．利用液晶的温度效应，可以探测温度
C．利用液晶的化学效应，可以检测有毒气体的泄漏
D．利用液晶的辐射效应可以显示某些微观粒子的径迹
【思路点拨】 根据液晶的物理性质和特点分析其用途．
【自主解答】 液晶显示器是利用液晶的电光效应制成的，目前利用液晶来制作各种显示屏是液晶应用的主要方向，故A正确；利用液晶的温度效应，即不同温度下液晶会显示出不同的颜色，可以来探测温度，故B正确；当有毒气体从管道中泄漏出来时，涂在墙壁上的具有化学效应的液晶涂料便会变色，故C正确；在高能物理的研究中，人们需要显示出粒子的运动径迹，可以利用具有辐射效应的液晶来做到这一点，故D正确．
【答案】 ABCD
变式训练2 关于彩色液晶显示器下面说法正确的是( )
A．彩色液晶显示器的关键部件是液晶层
B．彩色液晶显示器的每一个像素都由3个单元格构成，每一单元格前都有红、绿、蓝的滤色片
C．彩色液晶显示器是利用三原色的原理组合成彩色的
D．液晶显示器具有功耗小、显示面可大可小、超薄等优点
解析：选ABCD.由彩色液晶显示器的原理知，A、B、C正确；液晶显示器优点是功耗小、受环境光的影响小显示器可大可小，厚度小等优点，故D正确．
知能优化训练
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第3节 材料科技与人类文明
课前自主学案
核心要点突破
课标定位
课堂互动讲练
第3节
知能优化训练
课标定位
学习目标：1.了解材料科学技术的有关知识及应用．
2．体会材料科学技术的发展对人类生活和社会发展的影响．
重点难点：新材料在生产生活中的应用．
课前自主学案
一、材料种类及用途
1．分类：(1)按照材料的特征，可以把材料分为________和________两类．结构材料主要利用材料的____特性．功能材料主要利用材料的___、___、___、___、___等特性．(2)按照材料的应用领域，又可以把材料分为____材料、____材料、____材料、____材料、________材料等．(3)习惯上，人们把材料分为____材料、__________材料、__________材料和____材料．
结构材料
功能材料
力学
声
光
热
电
磁
信息
能源
建筑
生物
航空航天
金属
无机非金属
有机高分子
复合
金属材料一般包括____与____，无机非金属材料主要有____和____等．有机高分子材料是由碳、氢、氧、氮、硅、硫等元素的有机化合物构成的材料．
2．用途：依据不同材料各自性能的不同，在许多领域都有它们不同的应用．例如：不锈钢材料在制造餐具、手术器械、化工设备等方面得以广泛应用；氮化硅制成的高温陶瓷在现代工业和航空航天领域得到广泛应用；人工合成的有机玻璃可用于制造飞机的座舱盖及车的挡风玻璃，还可用于制造文具和工艺品等．
金属
合金
陶瓷
玻璃
二、新材料及其应用
1．材料科学是研究材料的____、____与____三者之间相互关系的科学．
2．发生形变后几乎能100%恢复原状的材料称为____________．
3．微电子材料：______．
制造
结构
性能
形状记忆合金
半导体
4．纳米是____单位，1 nm＝____ m，颗粒在__________之间的材料称为纳米材料．当材料小到纳米尺度时其力、热、声、光、磁等方面的某些性能会发生突变．
5．____、____、____被当今国际社会公认为现代文明的三大支柱．
长度
10－9
1～100 nm
材料
信息
能源
三、材料对人类文明进程的影响
人类社会发展的历史证明，材料是人类赖以生存和发展的物质基础，也是人类社会________的重要标志．在人类历史上，曾经历了____时代、____时代和____时代，这些不同材料的应用体现了不同的生产力水平．
文明进程
石器
青铜
铁器
核心要点突破
新材料及其应用
1．形状记忆合金
(1)定义：将一种含镍55%、含钛45%的“镍钛诺”合金丝加热并弯成各种复杂的形状，然后冷却并拉直，当再次加热时，拉直的合金丝又恢复到原来的形状，因此这种合金被称为形状记忆合金．
(2)应用：工程机械、航空航天、医疗卫生等领域．
2．半导体
(1)定义：导电性能介于金属导体和绝缘体之间，具有优异特性的微电子材料．
(2)应用：通信卫星、电视卫星接收机、移动通信、高清晰度电视以及军用电子装备等领域．
3．纳米材料
(1)定义：把颗粒在1 nm～100 nm之间的材料称为纳米材料．
(2)应用：医药、电子、生物、航空等方面都有广阔的应用空间．
(3)纳米材料的奇特效应
①量子尺寸效应：如银的超细微粒在温度为1 K时，会由导体变为绝缘体．
②小尺寸效应：如当材料超细微粒的尺寸与光波波长相当或更小时，将由超导状态变为正常物态．
③表面和界面效应：如纳米材料活性极高，极不稳定，很容易与其他原子结合．
④宏观量子隧道效应：如低于某一临界温度时，其微观粒子的运动速度基本上与温度无关．
(4)纳米材料的良好性能主要表现在：力学、热学、电学、磁学、光学、化学等方面．
课堂互动讲练
材料的种类及用途
下列关于材料分类的说法正确的是( )
例1
A．习惯上，人们把材料分为结构材料与功能材料
B．按材料特性可将材料分为信息材料、能源材料等
C．按应用领域可将材料分为信息材料、能源材料、生物材料等
D．按材料特性可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料
【精讲精析】 习惯上，人们把材料分为金属材料，无机非金属材料，有机高分子材料和复合材料，A、D错误；按材料特征分为结构材料、功能材料，B错误．应选C.
【答案】 C
纳米材料的奇特效应使纳米材料表现出不同于传统材料的良好性能，以下关于纳米材料的性能的说法中，正确的是( )
新材料及用途
例2
A．在力学性能方面，纳米材料具有高强、高硬和良好的塑性
B．在热学性能方面，纳米超细微粒的熔点比常规粉体低得多
C．在电学性能方面，纳米金属在低温时会呈现超导电性
D．在化学性能方面，纳米材料化学活性低，因此化学稳定性强
【思路点拨】 结构决定性质，人们发现当材料的尺寸小到纳米尺度时，其力、热、声、光、磁等方面的某些性质会突变，这也是纳米材料的“神奇”之处．
【自主解答】 在电学性能方面，纳米材料在低温会呈现电绝缘性；而在化学性能方面，纳米材料具有相当高的化学活性，故选项C、D错误．
【答案】 AB
【方法总结】 纳米尺度和原子直径的数量级很接近，因此纳米技术实际上就是重新排列原子而制造出具有新分子结构的技术．当材料小到纳米尺度时，其力、热、声、光、磁等方面的某些性能会突变．
知能优化训练
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第3节 饱和汽
第4节 湿 度
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
第
4
节
课前自主学案
课标定位
学习目标：1.知道什么是饱和汽、未饱和汽和动态平衡．
2．知道什么是饱和汽压，知道饱和汽压的影响因素．
3．知道把未饱和汽变成饱和汽的方法和气体液化的方法，知道临界温度、露点的概念．
4．知道绝对湿度、相对湿度的概念．
课标定位
5．了解干湿泡湿度计的构造、原理．
重点难点：1.理解饱和汽是一种动态平衡．
2．清楚饱和汽压跟温度和体积的关系．
3．掌握相对湿度和温度的关系．
课前自主学案
一、饱和汽的形成
1．动态平衡：从液体中飞出的分子数目与返回液体的分子数目_______，液体不会再减少，蒸气的密度也不会再增加，达到一种___________
2．饱和汽与未饱和汽
(1)饱和汽：与液体处于____________的蒸气．
(2)未饱和汽：没有达到___________的蒸气．
相等
动态平衡．
动态平衡
饱和状态
二、饱和汽压
1．定义：某种液体饱和汽具有的压强叫做这种液体的饱和汽压．
2．特点：液体的饱和汽压与________有关，温度越高，饱和汽压_________，且饱和汽压与饱和汽的体积__________
三、把未饱和汽变成饱和汽
1．降低温度：在体积不变的条件下，________越低，饱和汽的密度越小，故__________可以使未饱和汽变成饱和汽．
温度
越大
无关．
温度
降低温度
2．减小体积：在温度不变的条件下，减小未饱和汽的体积，可增大未饱和汽的_________，使之变成饱和汽．
注意：由于饱和汽压只与温度有关，而与体积无关，因此气体实验定律对饱和汽不适用，而未饱和汽则近似地遵循理想气体的三条实验定律．
四、绝对湿度与相对湿度
1．湿度的定义：空气的干湿程度．
2．描述湿度的物理量
密度
(1)绝对湿度：空气中所含水蒸气的________
(2)相对湿度：空气的___________与同一温度下水的___________的百分比．
五、湿度的影响
我们平常所说的湿度指相对湿度．
1．_______与雨、雾、露等天气现象有密切联系．
2．湿度对人们的生活影响很大：过小，人体的水分散失________过大，抑制人体_________
3．湿度对_______生长有很大影响．
压强．
绝对湿度
饱和汽压
湿度
加快．
散热．
植物
4．湿度与建筑、国防、运输、储藏等都有密切关系，对工业生产的影响也很大．
六、湿度计
1．定义：测量湿度的仪器．
2．干湿泡湿度计是使用较多的湿度计，其结构和原理如下：
(1)结构：由两支并排放置的普通__________构成，一支温度计按照常规使用，另一支温度计的玻璃泡上包着棉纱布，纱布的下端
____________，能使玻璃泡保持潮湿．
温度计
浸入水中
(2)原理：由于水的蒸发，湿泡温度计的示数总要低一些，空气的相对湿度越小，玻璃泡上的水分蒸发越快，湿泡温度计的示数_________，两个温度计指示的___________越大，反之越小，根据两个温度计的__________，就可以确定相对湿度的大小．
注意：空气的湿度，尤其是空气中的水蒸气的相对湿度，跟人们的生活和生产的密切关系．如人在25 ℃室内，相对湿度在40%～50%比较舒适；在18 ℃室内，相对湿度在60%～70%比较舒适．
越小
温度差
温度差
核心要点突破
一、对动态平衡的理解
要理解这个问题，要抓住“动态”这个核心，也就是达到平衡时，各量之间还是变化的，只不过变化的速度相同而已，只是从外观上看达到了平衡状态．如果把两个过程分别称为正过程和逆过程的话，当达到动态平衡时正过程速率应等于逆过程速率．
1．处于动态平衡时，液体的蒸发仍不断在进行．
2．处于动态平衡时的蒸气密度与温度有关，温度越高，达到动态平衡时的蒸气密度越大．
3．在密闭容器中的液体，最后必定与上方的蒸气处于动态平衡状态中．
二、饱和汽与未饱和汽的理解
1．饱和汽与未饱和汽的比较
比较
项目 饱和汽 未饱和汽
定义 跟液体处于动态平衡的蒸气 还没有达到饱和状态的蒸气
特点 (1)一定温度下有一定的蒸气密度
(2)一定温度下有一定的压强(饱和汽压)
(3)不遵守理想气体实验定律 一定温度下，未饱和汽的密度和压强都比饱和蒸气的小，近似遵守理想气体实验定律
比较
项目 饱和汽 未饱和汽
转化 饱和汽变为未饱和蒸气的方法是：(1)温度不变，减小蒸气的密度
(2)保持蒸气的体积不变，提高蒸气的温度 未饱和汽变成饱和汽的方法是：(1)温度不变时，增加蒸气的密度
(2)蒸气的体积不变时，降低蒸气的温度
2．影响饱和汽压的因素
(1)饱和汽压跟液体的种类有关
实验表明：在相同的温度下，不同液体的饱和汽压一般是不同的，挥发性大的液体，饱和汽压大．例如20 ℃时，乙醚的饱和汽压为5.87×104 Pa，水的为2.34×104 Pa，水银的饱和汽压很小，20 ℃时仅为1.60×10－14 Pa，所以水银气压计水银柱上方的空间可以认为是真空．
(2)饱和汽压跟温度有关
饱和汽压随温度的升高而增大，这是因为温度升高时，液体里能量较大的分子增多，单位时间内从液面飞出的分子也增多，致使饱和汽的密度增大；同时蒸气分子的热运动的平均动能也增大，因此导致饱和汽压增大．
(3)饱和汽压跟体积无关
在温度不变的情况下，饱和汽的压强不随体积变化而变化，其原因是：当体积增大时，容器中蒸气的密度减小，原来的饱和汽变成了未饱和汽，于是液体继续蒸发，一直达到饱和汽为止．由于温度没有改变，饱和汽的密度跟原来的一样，分子热运动的平均动能也跟原来一样，所以压强不改变，体积减小时，容器中蒸气的密度增大，回
到液体中的分子数多于从液面飞出的分子数，于是，一部分蒸气变成液体，直到蒸气的密度减小到等于该温度下饱和汽的密度为止．由于温度跟原来相同，饱和汽密度不变，分子热运动的平均动能也跟原来相同，所以压强也不改变．
三、绝对湿度与相对湿度的区别和联系
1．在物理学中，把空气中所含水蒸气的压强叫做空气的绝对湿度．空气的绝对湿度与同一温度下水的饱和汽压的百分比，叫做空气的相对湿度．
2．影响相对湿度的因素
相对湿度与绝对湿度和温度都有关系，在绝对湿度不变的情况下，温度越高，相对湿度越小，人感觉越干燥；温度越低，相对湿度越大，人感觉越潮湿．
(2)注意单位的统一，水蒸气的实际压强和同温度下水的饱和汽压要采用同一单位．
(3)在某一温度下，饱和汽压是一定值，知道了绝对湿度可以算出相对湿度；反之，知道了相对湿度也能算出绝对湿度．
(4)空气的相对湿度不会超过100%，环境温度变化时，水的饱和汽压和水蒸气的实际压强都发生变化，相对湿度不会超过100%.
4．影响蒸发快慢以及影响人们对干爽与潮湿感受的因素，不是空气中水蒸气的绝对压强，而是空气中水蒸气的压强p与同一温度下水的饱和汽压ps的差距，即是跟相对湿度有关．绝对湿度相同时，温度越高，离饱和状态越远，越容易蒸发，感觉越干燥；相反，气温越低，越接近饱和状态，感觉越潮湿．
课堂互动讲练
动态平衡问题
一个玻璃瓶中装有半瓶液体，拧紧瓶盖经一段时间后，则( )
A．不再有液体分子飞出液面
B．停止蒸发
C．蒸发仍在进行
D．在相同时间内从液面飞出去的分子数等于返回液体的分子数，液体和蒸气达到了动态平衡
例1
【思路点拨】 水蒸气达到饱和时，宏观上看水不再蒸发，微观上是从液体表面跑出的分子数等于返回液体中的分子数．
【精讲精析】 经过一段时间，液体和蒸气达到了动态平衡，即从液面飞出去的分子数和回到液体中的分子数相等，但蒸发仍在进行．
【答案】 CD
变式训练1 水蒸气达到饱和时，水蒸气的压强不再变化，这时( )
A．水不再蒸发
B．水不再凝结
C．蒸发和凝结达到动态平衡
D．以上说法都不对
解析：选C.水蒸气达到饱和时，蒸发和凝结仍在继续进行，只不过蒸发和凝结的水分子个数相同而已，C正确．
饱和汽和饱和汽压
如图4－3－1，一个有活塞的密闭容器内仅有饱和水蒸气与少量的水，则可能发生的现象是( )
A．温度保持不变，慢慢地推进活塞，容器内压强会增大
B．温度保持不变，慢慢地推
进活塞，容器内压强不变
C．温度保持不变，慢慢地
拉出活塞，容器内压强会减小
例2
图4－3－1
D．不移动活塞而将容器放入沸水中，容器内压强不变
【思路点拨】 饱和汽压与温度有关，与饱和汽的体积无关．
【精讲精析】 慢慢推进活塞和慢慢拉出活塞，密闭容器内饱和水蒸气体积发生变化，而温度保持不变．饱和汽压和温度有关，与体积无关．故A、C错，B正确．不移动活塞而将容器放入沸水中，容器内饱和汽温度升高，故压强应发生变化，D错误．故选B.
【答案】 B
变式训练2 (2011年宁夏银川高考模拟)由饱和汽和饱和汽压的概念可知，下列结论中正确的是( )
A．饱和汽和液体之间的动态平衡，是指汽化和液化同时进行的过程，且进行的速率相等
B．一定温度下饱和汽的密度为一定值，温度升高，饱和汽的密度增大
C．一定温度下的饱和汽压随饱和汽体积的增大而增大
D．饱和汽压跟绝对温度成正比
解析：选AB.由动态平衡概念可知A正确．在一定温度下，饱和汽的密度是一定的，它随着温度升高而增大，B正确．一定温度下的饱和汽压与体积无关，C错．饱和汽压随温度升高而增大，理想气体状态方程不适用于饱和汽，饱和汽压和绝对温度的关系不成正比，饱和汽压随温度的升高增大得比线性关系更快，D错．
绝对湿度和相对湿度问题
人们感觉到空气的干湿程度，是决定于
( )
A．大气里所含水蒸气的多少
B．气温
C．绝对湿度
D．相对湿度
例3
【思路点拨】 影响蒸发快慢以及人们对干爽与潮湿感受的因素是解题的要点．
【答案】 D
【方法总结】 湿度是指相对湿度，它与空气中水蒸气的饱和程度有关，在相同温度下，水蒸气的密度与水蒸气的压强成正比，饱和汽压又随温度的升高而增大．
变式训练3 (2011年高考海南卷)关于空气湿度，下列说法正确的是( )
A．当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大
B．当人们感到干燥时，空气的相对湿度一定较小
C．空气的绝对湿度用空气中所含水蒸气的压强表示
D．空气的相对湿度定义为水的饱和蒸气压与相同温度时空气中所含水蒸气的压强之比
解析：选BC.人们对干燥、潮湿的感受由相对湿度来决定；相对湿度越大，感觉越潮湿，相对湿度越小，感觉越干燥，故A错，B正确．用空气中所含水蒸气的压强表示的湿度为绝对湿度；空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比描述的湿度为相对湿度，故C正确，D错误．综上所述，正确选项为B、C.
知能优化训练
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第2节 固体的微观结构
课前自主学案
核心要点突破
课标定位
课堂互动讲练
第2节
知能优化训练
课标定位
学习目标：1.了解对晶体结构的认识过程，知道晶体内部结构的特点．
2．理解晶体与非晶体存在差异的原因是其微观结构不同，并能够解释它们物理性质存在差异的原因．
3．了解金刚石与石墨存在差异的原因，并能够从其结构模型上进行分析．
重点难点：1.晶体的微观结构和晶体的结构类型．
2．固体特征的微观解释．
课前自主学案
一、晶体的结构
1．1912年，德国物理学家____，证实了晶体内部的物质微粒按一定规律整齐地排列．
2．组成晶体的物质微粒有规则地在空间排成____，呈现周而复始的____结构，说明晶体的微观结构具有______．
3．晶体内部各微粒之间存在着很强的__________，微粒被约束在一定的____位置上．
4．热运动时，组成晶体的物质微粒只能在各自的________附近做微小振动．
劳厄
阵列
有序
周期性
相互作用力
平衡
平衡位置
二、晶体的结合类型
按晶体微粒之间结合方式不同，可以将晶体分为________、________和________．离子晶体是由正、负离子通过______结合而成的晶体；原子晶体是相邻原子间通过______结合而成的晶体；金属晶体是微粒通过______结合而成的晶体．
离子晶体
原子晶体
金属晶体
离子键
共价键
金属键
三、固体特征的微观解释
1．晶体内部物质微粒的排列有一定规律，在宏观上具有规则的几何外形，而非晶体内部物质微粒的排列没有一定规律，在宏观上没有规则的几何外形．
2．在固体界面沿不同方向画出等长直线
(1)单晶体在不同直线上微粒的个数______，说明沿不同方向__________及________情况不同，在物理性质上表现为________．
不相等
微粒的排列
物质结构
各向异性
(2)非晶体在不同直线上微粒的个数________，说明沿不同方向________及________情况基本相同，在物理性质上表现为________．
3．同一种物质在不同条件下形成不同的晶体，由于________不同，物理性质有很大差异．
大致相等
微粒排列
物质结构
各向同性
微观结构
核心要点突破
一、晶体的微观结构及其特点
1．组成晶体的物质微粒依照一定的规律在空间排成整齐的行列，构成所谓的空间点阵，可用空间点阵来描述晶体的结构，如图2－2－1是食盐晶体的微观结构．
图2－2－1
2．单晶体的微观结构具有这样的特点
(1)组成单晶体的物质微粒(分子、原子或离子)依照一定的规律在空间中整齐地排列．
(2)单晶体中物质微粒的相互作用很强，微粒的热运动不足以克服它们间的相互作用而远离．
(3)微粒的热运动表现为在一定的平衡位置附近不停地做微小的振动．正是由于原子(或分子、离子)这种规则排列的空间周期性，所以有了单晶体的这种独特性质．
二、三类晶体结构与性质的比较
晶体类型 离子晶体 金属晶体 原子晶体
构成粒子 正、负离子 物质微粒 原子
粒子间作用 离子键 金属键 共价键
熔、沸点 较高 较高 很高
硬度 较大 较大 很大
导电性 熔化或溶于水时导电 导电 一般不导电
晶体类型 离子晶体 金属晶体 原子晶体
溶解性 多数溶于极性溶剂 不溶 不溶
实例 多数盐、强碱、多数金属氧化物 金属单质 金刚石、二氧化硅、晶体硅、碳化硅
三、固体特征的微观解释
1．对各向异性的微观解释
图2－2－2
如图2－2－2所示，这是在一个平面上晶体物质微粒的排列情况．从图上可以看出，在沿不同方向所画的等长直线AB、AC、AD上物质微粒的数目不同．直线AB上物质微粒较多，直线AD上较少，直线AC上更少．正因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同，才引起晶体在不同方向上物理性质的不同．
2．对熔点的解释
给晶体加热到一定温度时，一部分微粒有足够的动能，克服微粒间的作用力，离开平衡位置，使规则的排列被破坏，晶体开始熔解，熔解时晶体吸收的热量全部用来破坏规则的排列，温度不发生变化．
3．对物质有几种晶体的解释
这是由于它们的物质微粒能够形成不同的晶体结构，例如碳原子按不同的结构排列可形成石墨和金刚石，二者在物理性质上有很大不同．白磷和红磷的化学成分相同，但白磷具有立方体结构，而红磷具有与石墨一样的层状结构．
4．多晶体的微观结构及性质
多晶体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体(晶粒)组成的．平常见到的各种金属材料都是多晶体．把纯铁做成的样品放在显微镜下观察，可以看到它是由许许多多晶粒组成的．晶粒有大有小，最小的只有10－5 cm，最大的也不超过10－3 cm.每个晶粒都是一个小单晶体，具有各向异性的物理性质和规则的几何形状．因为晶粒在多晶体里杂乱无章地排列着，所以多晶体没有规则的几何形状，
也不显示各向异性．它在不同方向的物理性质是相同的，即各向同性．多晶体和非晶体的主要区别是多晶体有确定的熔点，而非晶体则没有．
课堂互动讲练
晶体结合类型的认识
下列关于晶体的结合类型说法正确的是( )
例1
A．不同晶体内部，物质微粒之间结合方式不相同
B．由正、负离子通过离子键结合而成的晶体叫做原子晶体
C．相邻原子之间通过共价键结合而成的晶体叫做离子晶体
D．物质微粒通过金属键结合而成的晶体叫做金属晶体
【精讲精析】 不同晶体内部，物质微粒之间结合方式不相同，选项A正确，由正、负离子通过离子键结合而成的晶体叫做离子晶体，选项B错误，相邻原子之间通过共价键结合而成的晶体叫做原子晶体，选项C错误，物质微粒通过金属键结合而成的晶体叫做金属晶体，选项D正确．
【答案】 AD
变式训练1 下列晶体中属于离子晶体的有________；属于原子晶体的有________；属于金属晶体的有________．
A．金刚石 B．氯化钠
C．锗 D．锡
E．银 F．镍
G．金
解析：根据晶体的结合类型可知氯化钠是离子晶体；锗、锡和金刚石是原子晶体；银、镍和金是金属晶体．
答案：B ACD EFG
下列关于晶体空间点阵的说法，正确的是( )
对固体微观结构的认识和理解
例2
A．构成晶体空间点阵的物质微粒，可以是分子，也可以是原子或离子
B．晶体的物质微粒之所以能构成空间点阵，是由于晶体中物质微粒之间相互作用很强，所以物质微粒都被牢牢地束缚在空间点阵的结点上不动
C．所谓空间点阵与空间点阵的结点，都是抽象的概念．结点是指组成晶体的物质微粒做永不停息的微小振动的平衡位置，物质微粒在结点附近的微小振动，就是热运动
D．相同的物质微粒，可以构成不同的空间点阵，也就是同一种物质能够生成不同的晶体，从而能够具有不同的物理性质
【精讲精析】 组成晶体的物质微粒可以是分子、原子或离子，这些物质微粒也就是分子动理论所说的分子．显然，组成晶体的物质微粒处在永不停息的无规则的热运动之中，物质微粒之间还存在相互作用，晶体的物质微粒之所以能构成空间点阵，是由于晶体中的物质微粒之间相互作用很强，物质微粒的热运动不足以克服这种相互作用而彼此远离，所以选项B的说法错误．
【答案】 ACD
变式训练2 关于晶体和非晶体的内部结构，正确的说法是( )
A．它们内部的物质微粒都有规则的空间分布
B．单晶体内部的物质微粒是有规则排列的，而非晶体内部物质微粒排列是不规则的
C．晶体内部的微粒是静止的，而非晶体内部的物质微粒是不停地运动着的
D．在物质内部的各个平面上，微粒数相等的是晶体，数量不等的是非晶体
解析：选B.单晶体内部微粒排列规则，而非晶体内部微粒排列不规则，晶体与非晶体内部的微粒都在不停地运动着．故A、C、D均不正确．
下列说法正确的是( )
A．晶体的各向异性是由于它的微粒按空间点阵排列
B．单晶体具有规则的几何外形是由于它的微粒按一定规律排列
C．非晶体有规则的几何形状和确定的熔点
D．石墨的硬度与金刚石差得太多，是由于它的微粒没有按空间点阵分布
固体特征的微观解释
例3
【思路点拨】 根据微粒的空间点阵结构分析．
【自主解答】 晶体内部微粒排列整齐，在不同方向上微粒数不同引起各向异性．也正是由于它的微粒按一定规律排列，使晶体具有规则的几何形状．石墨与金刚石的硬度相差甚远是由于它们内部微粒的排列结构不同，石墨的层状结构决定了它的质地柔软，而金刚石的网状结构决定了其中碳原子间的作用力很强，所以金刚石有很大的硬度．
【答案】 AB
【方法总结】 单晶体在沿不同的方向上，物质微粒的数目不同，即在不同方向上物质微粒的排列情况不同，从而引起单晶体在不同方向上的物理性质不同．有些物质在不同条件下生成不同的晶体，那是因为组成它们的微粒能够按照不同的规则在空间分布．例如：金刚石和石墨都是由碳元素构成的，它们有不同的点阵结构．
变式训练3 单晶体不同于非晶体，它具有规则的几何外形，在不同方向上物理性质不同，而且具有一定的熔点，下列哪些说法可以用来解释晶体的上述特性( )
A．组成晶体的物质微粒，在空间按一定的规律排成整齐的行列，构成特定的空间点阵
B．晶体在不同方向上物理性质不同，是由于不同方向上微粒数目不同，微粒间距离也不相同
C．晶体在不同方向上物理性质不同，是由于不同方向上的物质微粒的性质不同
D．晶体在熔化时吸收热量，全部用来瓦解晶体的空间点阵，转化为分子势能，因此，晶体在熔化过程中保持一定的温度不变．只有空间点阵完全被瓦解，晶体完全变为液体后，继续加热，温度才会升高
解析：选ABD.晶体微粒构成的空间点阵是晶体有规则几何外形的原因，晶体在物理性质上的各向异性是由于空间点阵中不同方向的微粒数目不同，微粒间距离也不相同．晶体熔点的存在是由于晶体在熔化时要吸收热量用来瓦解空间点阵，增加分子势能，熔化过程中分子的热运动的平均动能不变，即温度不变，只有当晶体全部转变为液体后温度才会继续升高，分子热运动的平均动能才会增加．
知能优化训练
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第1节 晶体和非晶体
课前自主学案
核心要点突破
课标定位
课堂互动讲练
第1节
知能优化训练
课标定位
学习目标：1.了解固体及其分类；了解晶体和非晶体的宏观特性．
2．能够区别晶体与非晶体的性质．
3．了解晶体和非晶体在生活和生产中的不同用途．
4．关注晶体学的新进展，了解科学技术与社会发展的相互关系．
重点难点：1.理解什么是晶体和非晶体．
2．区别晶体和非晶体在外形和物理性质上的不同．
课前自主学案
一、固体及其分类
1．特性
(1)固体看得见、摸得着，容易察觉它的存在．
(2)固体有____的外形，可根据需要进行加工处理．
2．分类：固体通常可分为____和______两大类．
固定
晶体
非晶体
二、晶体的宏观特征
晶体可分为______和______两类．
1．单晶体
(1)定义：具有____的几何形状，外形都是由若干个____围成的______．
(2)结构特点：同种物质的单晶体都具有相同的________、________、各相应平面间的夹角________．
(3)宏观特性：①具有____的几何形状．②具有______性．
③有____的熔点．
单晶体
多晶体
规则
平面
多面体
基本形状
表面个数
恒定不变
规则
各向异
确定
2．多晶体
(1)定义：没有规则的几何形状，由小晶粒________地排列在一起构成的晶体．
(2)宏观特性：①没有____的几何形状．②具有______性．③有____的熔点．
三、非晶体的宏观特征
1．非晶体的物理性质是________的，______没有固定的熔点，____有固定的熔点．
杂乱无章
规则
各向同
确定
各向同性
非晶体
晶体
思考感悟
“各向同性”是只有非晶体才具有吗？
提示：不是，多晶体也具有各向同性．
2．单晶体、多晶体或非晶体不是绝对的．它们在一定适当的条件下可以相互____，例如把晶体硫加热熔化(温度不超过300摄氏度)后再倒进冷水中，会变成柔软的非晶体硫，再过一段时间又会转化为晶体硫．
转化
核心要点突破
一、单晶体、多晶体及非晶体的区别
分类 宏观外形 物理性质
非晶体 没有确定的形状 ①没有固定熔点②导电、导热、光学性质表现为各向同性
分类 宏观外形 物理性质 分类
晶体 单晶体 有天然规则的形状 ①有确定的熔点②导热、导电、光学性质表现为各向异性
多晶体 没有确定的形状 ①有确定的熔点②导热、导电、光学性质表现为各向同性
二、正确理解单晶体的各向异性
1. 在物理性质上，单晶体具有各向异性，而非晶体则是各向同性的．
(1)单晶体的各向异性是指单晶体在不同方向上的物理性质不同，也就是沿不同方向去测试单晶体的物理性能时测试结果不同．
(2)通常所说的物理性质包括弹性、硬度、导热性能、导电性能、磁性等．
2．单晶体具有各向异性，并不是说每一种单晶体都能在各种物理性质上表现出各向异性，举例如下：
(1)云母、石膏晶体在导热性上表现出显著的各向异性——沿不同方向传热的快慢不同．
(2)方铅矿石晶体在导电性上表现出显著的各向异性——沿不同方向电阻率不同．
(3)立方形的铜晶体在弹性上表现出显著的各向异性——沿不同方向的弹性不同．
(4)方解石晶体在光的折射上表现出各向异性——沿不同方向的折射率不同．
课堂互动讲练
晶体与非晶体的比较
关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是( )
A．有规则的几何外形的固体一定是晶体
B．晶体在物理性质上一定是各向异性的
C．非晶体在适当的条件下可能转化为晶体
D．晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点
例1
【思路点拨】 多晶体没有规则的外形也没有各向异性，判断晶体与非晶体的关键是有没有确定的熔点．
【精讲精析】 因为外形是否规则可以用人工的方法处理，所以选项A错误；多晶体在物理性质上是各向同性的，B错；实验证明非晶体在适当的条件下可以转化为晶体，C正确；晶体与非晶体的区别表现在是否有确定的熔点．
【答案】 CD
变式训练1 关于晶体和非晶体的下列说法中，正确的是( )
A．凡是晶体，都具有天然的几何外形
B．金属整体表现为各向同性，故金属是非晶体
C．化学成分相同的物质，只能生成同一晶体
D．晶体的各向异性是组成晶体的微粒呈现有序排列的结果
解析：选D.单晶体有天然的几何形状而多晶体没有，所以选项A不正确；金属是多晶体，多晶体的物理性质也是各向同性，所以选项B不正确；化学成分相同的物质，若能形成多种空间点阵结构，就能生成多种晶体，例如，碳能生成石墨和金刚石，磷能生成白磷和红磷等，所以选项C不正确；晶体分子的有序排列，使得晶体沿不同方向的分子数不同，其物理性质表现出各向异性，所以选项D正确．
关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是( )
晶体与非晶体的判
例2
A．可以根据各向同性或各向异性来鉴别晶体和非晶体
B．一块均匀薄片，沿各个方向对它施加拉力，发现其强度一样，则此薄片一定是非晶体
C．一个固体球，如果沿其各条直径方向的导电性不同，则该球一定是单晶体
D．一块晶体，若其各个方向的导热性相同，则一定是多晶体
【思路点拨】 物理性质上各向异性，则一定是单晶体；各向同性，则可能是非晶体、多晶体，也可能是单晶体，因为单晶体的某些(个)物理性质具有各向异性，而另外某些物理性质却具有各向同性．
【精讲精析】 多晶体和非晶体都显示各向同性，只有单晶体显示各向异性，所以A错，B也错，C对．单晶体具有各向异性的特征，仅是指某些物理性质，并不是所有的物理性质都是各向异性的，换言之，某一物理性质显示各向同性，并不意味着该物质一定不是单晶体，所以D错．
【答案】 C
变式训练2 如果某个固体显示出各向同性，那么下述结论中哪个是正确的( )
A．它一定不是单晶体
B．它一定是多晶体
C．它一定是非晶体
D．它不一定是非晶体
解析：选AD.晶体中的单晶体显示各向异性，故A正确；多晶体与非晶体都表现出各向同性，故B、C错误，D正确．
图2－1－1甲、乙是两种不同物质的熔化曲线，根据曲线，你认为在下列说法中，正确的是( )
对熔化过程的理解
例3
图2－1－1
A．甲是一种晶体的熔化曲线
B．乙是一种晶体的熔化曲线
C．甲是一种非晶体的熔化曲线
D．乙是一种非晶体的熔化曲线
【思路点拨】 晶体有一个与非晶体最明显的区别，就是在晶体熔化过程中温度不变．
【自主解答】 晶体在熔化过程中，不断吸热，但温度却保持不变(熔点对应的温度)，而非晶体没有确定的熔点，不断加热，非晶体先变软，然后熔化，温度却不断上升，因此甲对应的是晶体，乙对应的是非晶体．
【答案】 AD
【方法总结】 晶体的熔化过程中不断吸热，但温度不变，在图象中表现为一段与横坐标平行的直线，而非晶体的温度不断上升．
变式训练3 (2011年高考福建卷)如图2－1－2所示，曲线M、N分别表示晶体和非晶体在一定压强下的熔化过程，图中横轴表示时间t，纵轴表示温度T.从图中可以确定的是
( )
图2－1－2
A．晶体和非晶体均存在固定的熔点T0
B．曲线M的bc段表示固液共存状态
C．曲线M的ab段、曲线N的ef段均表示固态
D．曲线M的cd段、曲线N的fg段均表示液态
解析：选B.晶体有固定的熔点，非晶体无固定的熔点，在熔化过程中，是固液共存的，故B正确．
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本章优化总结
专题归纳整合
章末综合检测
本章优化总结
知识网络构建
知识网络构建
能
源
与
可
持
续
发
展
专题归纳整合
常规能源对环境的影响
能源和环境是社会上普遍关注的问题，如何达到追求发展与资源、环境的平衡，最重要的就是要注重资源与环境的保护．石油和煤燃烧产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，产生了“温室效应”，引发了一系列问题，如两极的冰雪融化、海平面上升、海水倒灌、耕地盐碱化……这些都是自然对人类的报复．
还有一些问题，如煤燃烧时形成的二氧化硫等物质使雨水形成“酸雨”，机器在工作时会导致有毒气体的产生等．氮氧化合物和碳氢化合物在大气中受到阳光中强烈的紫外线照射后产生的二次污染物质——光化学烟雾等．
CO2气体有个“怪脾气”，它几乎不吸收太阳的短波辐射，大气中CO2浓度增加能使地表温度因受太阳辐射而上升；另外，它还有强烈吸收地面红外热辐射的作用，阻碍了地球周围的热量向外层空间的排放，使整个地球就像一个大温室一样．因此，大气中二氧化碳气体浓度的急剧增加会导致气温的逐步上升，使全球气候变暖．
例1
(1)这种大气中以CO2为主的气体产生的效应称为( )
A．光热效应 B．光电效应
C．光气效应 D．温室效应
(2)导致大气中CO2浓度增加的主要原因是
( )
A．大量植物和生物物种灭绝
B．大量燃料如煤炭、石油、天然气等的燃烧
C．人口剧增，呼出的二氧化碳增多
D．自然因素破坏了地球环境生态平衡
(3)为了减缓大气中CO2浓度的增加，可以采取的措施有( )
A．禁止使用煤、石油和天然气
B．开发使用核能、太阳能
C．将汽车燃料由汽油改为液化石油气
D．植树造林
【精讲精析】 (1)选D.由题意可以分析出，CO2的作用是使地球变暖，应选D.
(2)选B.煤、石油、天然气的主要成分是碳氢化合物，燃烧后放出大量CO2，这是最主要的原因．
(3)选BD.常规能源的大量使用使得CO2浓度增加，为减缓这种状况，应减少常规能源的使用，开发利用核能、太阳能，但它们并不能完全替代常规能源，故A错，B正确；C中液化石油气同样放出CO2，故C不正确；植物可以吸收CO2，放出氧气，故D正确．
【答案】 (1)D (2)B (3)BD
1．目前的任务是采用环境能源技术，解决突出的环境污染问题，例如：城市生活垃圾问题，变垃圾为能源；汽车尾气问题，达到废气“零”排放；环境污染的综合治理问题，解决废物、废水、废气等，要变废为宝．
2．减少在能源的利用过程中对环境的危害的方法
(1)开发新能源，如太阳能、水能、风能等．这些能源一是取之不尽，用之不竭，二是不会对环境造成污染，从而减少对化石能源的使用．
能源开发、利用与环境保护
氢作为一种清洁能源，正日益受到各国的重视．许多汽车厂商正努力研究用氢作为燃料来取代汽油，生产21世纪的“环保”汽车．设有一种燃氢汽车，正常燃烧时耗氢量为1.2 kg/h，并且在1.01×105 Pa的压强下燃烧，氢的热值为285.8 kJ/mol，则
(1)以氢气为燃料的汽车与目前以汽油为燃料的汽车相比有哪些优点？
(2)若燃烧后内能转化为机械能的效率为50%，这辆汽车受到的阻力为1000 N，问这辆汽车的最大速度为多大？
例2
【精讲精析】 (1)由于氢气汽车以H2为燃料，生成物为H2O，所以无污染．H2燃烧释放的热量值高，使汽车的功率增大．
(2)1.2 kg氢气完全燃烧产生的热量为：
【答案】 (1)见精讲精析 (2)23.6 m/s
章末综合检测
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第2节 气体实验定律的微观解释
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
第
2
节
课前自主学案
课标定位
学习目标：1.知道理想气体模型，能分别从宏观和微观的角度进行说明．
2．能用分子动理论和统计的观点，解释气体压强和气体实验定律．
重点难点：对理想气体的理解及对气体实验定律的微观解释．
课标定位
课前自主学案
一、理想气体
1．定义：严格遵从_______________的气体．
2．理想气体的内能
(1)由于理想气体分子除了碰撞外，分子间没有相互作用力，因此理想气体不存在__________，其内能只是所有分子热运动动能的总和．
(2)微观上，一定质量的理想气体的内能仅跟分子的__________有关．
3个实验定律
分子势能
平均动能
(3)宏观上，一定质量的理想气体的内能仅跟________有关，而与_________无关．
3．理想气体的压强
(1)从分子动理论和统计观点看，理想气体的压强是大量气体分子不断碰撞容器壁的结果，气体的压强就是大量气体分子作用在器壁
________________的平均作用力．
(2)微观上，理想气体压强与_____________的分子数和分子的_____________有关．
(3)宏观上，一定质量的理想气体压强与_______和________有关．
温度
体积
单位面积上
单位体积
平均动能
体积
温度
注意：(1)因密闭容器中的气体体积一般很小，由气体自身重力产生的压强极小，可忽略不计，故气体压强由气体分子碰撞器壁产生，大小由气体的密度和温度决定，与地球的引力无关，气体对上下左右器壁的压强都是大小相等的．
(2)理想气体是一种理想化模型．实际气体在压强不太大，温度不太低的情况下可以近似看成理想气体．
二、气体实验定律的微观解释
1．玻意耳定律的微观解释
一定质量的理想气体，温度保持不变时，分子的____________也保持不变．当气体体积减小时，_____________的分子数增多，气体的_________也增大；当气体体积增大时，单位体积内的分子数将减少，气体的压强也就减小．
平均动能
单位体积内
压强
2．查理定律的微观解释
一定质量的理想气体，在体积保持不变时，_____________的分子数保持不变．当温度升高时，分子的平均动能________，气体的压强也________；当温度降低时，分子平均动能减小，气体的压强也减小．
单位体积内
增大
增大
3．盖·吕萨克定律的微观解释
一定质量的理想气体，当温度升高时，分子平均动能________，气体的压强随之增大，为了保持压强不变，单位体积的
__________________，分子总数保持不变，气体的体积必然相应增大；当气体的温度降低时，分子平均动能减小，气体的压强减小，为保持气体压强不变，单位体积的分子数相应增大，若分子总数保持不变，气体的体积必然减小．
增大
分子数相应减少
核心要点突破
一、对理想气体模型的理解
1．宏观上讲，理想气体是指在任何条件下始终遵守气体实验定律的气体，实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下，可视为理想气体．
2．微观上讲，理想气体应有如下性质：分子间除碰撞外无其他作用力；分子本身没有体积，即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间．显然这样的气体是不存在的，只是实际气体在一定程度上的近似．
3．从能量上看，理想气体的微观本质是忽略了分子力，所以其状态无论怎么变化都没有分子力做功，即没有分子势能的变化，于是理想气体的内能只有分子动能，即一定质量的理想气体的内能完全由温度决定．
4．理想气体和力学中的质点，电学中点电荷一样，是一种理想化模型，实际并不存在，在压强不太大，温度不太低的情况下，实际气体可近似看成理想气体．
二、气体压强的产生原因及决定因素
1．产生原因
大量做无规则热运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞产生气体的压强．单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的，但是大量分子频繁地碰撞器壁，就对器壁产生持续、均匀的压力．所以从分子动理论的观点来看，气体的压强就等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力．
2．决定气体压强大小的因素
(1)气体分子的密度：气体分子密度(即单位体积内气体分子的数目)越大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就越多，气体压强就越大．
(2)气体分子的平均动能：气体的温度越高，气体分子的平均动能就越大，每个气体分子与器壁碰撞(可视作弹性碰撞)时给器壁的冲力就越大；
从另一方面讲，分子的平均速率越大，在单位时间里器壁受气体分子撞击的次数就越多，累计冲力就越大，气体压强就越大．
从宏观上看，气体压强与温度和体积有关．
3．气体压强和液体压强
(1)产生原因不同：液体压强是由于液体受到重力而产生的，气体压强是气体分子撞击器壁而产生的．
(2)大小不同：液体内部压强随深度的增加而增大，同一深度压强处处相等，而气体内压强处处相同．
三、对气体实验定律微观解释的理解
1．从微观实质解释玻意耳定律
玻意耳定律的条件是：气体的质量一定，温度保持不变．换句话说，气体分子的总数和分子的平均动能不变．因此，当气体的体积增大到原来的几倍时，分子密度就减小到原来的几分之一，于是在单位时间内气体分子对单位面积器壁的碰撞次数也就减少到原来的几分之一，所以气体的压强就减小到原来的几分之一．体积减小时，情况相反．所以说，一定质量的气体在等温过程中，其压强与体积成反比．
2．从微观实质解释查理定律
查理定律的条件是：气体的质量一定，体积保持不变，即分子的密度不变．在这种情况下，若气体的温度升高，则分子的平均动能随之增大，于是分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数将增多，并且每次碰撞给器壁的作用力增大，因而气体的压强也增大，这就得出了与查理定律的表述相一致的结论．
3．从微观实质解释盖·吕萨克定律
盖·吕萨克定律条件是：一定质量的气体，压强保持不变，则当温度升高时，其体积必增大．这是因为温度升高，气体分子的平均速率增大了，使得分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数增多，且每次碰撞给器壁的作用力也增大了，于是有使压强增大的倾向；但是，如果体积同时适当增大，即分子的密度减小，使得分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数相应减少，这就使气体的压强又有减小 的倾向．
这两种倾向相互抵消，从而可以保持气体的压强不变．所以说，一定质量的气体在等压过程中，其体积与热力学温度成正比．
特别提醒：对气体实验定律的解释要紧紧围绕决定气体压强的两个因素：气体分子密度与平均动能进行讨论．
课堂互动讲练
对理想气体的理解
下列说法正确的是( )
A．常温下氢气、氧气、氮气等气体就是理想气体
B．理想气体是可以被无限压缩的
C．理想气体的分子势能为零
D．只有在压强不太大、温度不太低时，实际气体才能当作理想气体来处理
例1
【思路点拨】 紧紧抓住理想气体的概念和特点逐项分析判断．
【精讲精析】 像氢气等是自然界实际存在的气体，而理想气体并不存在，所以氢气、氧气等实际气体永远也成不了理想气体．但是，当压强不太大、温度不太低时，实际气体才能较好地符合气体实验定律，这时才可把它们当理想气体看待，因此选项A不正确，选项D正确．由于理想气体分子间无作用力，所以理想气体可被无限压缩且无分子势能，故选项B、C均正确．本题答案应为B、C、D.
【答案】 BCD
【方法总结】 在压强不太大，温度不太低的情况下，实际气体可近似看成理想气体．
对气体压强和气体实验定律的微观解释
对于一定质量的理想气体，下列说法中正确的是( )
A．体积不变，压强增大时，气体分子的平均动能一定增大
B．温度不变，压强减小时，气体分子的密集程度一定减小
C．压强不变，温度降低时，气体分子的密集程度一定减小
D．温度升高，压强和体积可能都不变
例2
【思路点拨】 决定气体压强大小的因素：气体分子的密度，气体分子的平均动能．
【精讲精析】 根据气体压强、体积、温度的关系可知，体积不变，压强增大时，气体分子的平均动能一定增大，选项A正确．温度不变，压强减小时，气体体积增大，气体分子的密集程度减小，B正确．压强不变，温度降低时，体积减小，气体分子的密集程度增大，C错误．温度升高，压强、体积中至少有一个发生改变，D不正确．综上所述，正确选项为A、B.
【答案】 AB
【方法总结】 要明确温度由分子热运动的平均动能决定，对一定质量的气体而言，单位体积中的分子数由气体体积决定，而压强则由两个因素共同决定．
理想气体的内能
一定质量的理想气体，如果保持温度不变而吸收了热量，则( )
A．体积一定增大，内能一定改变
B．体积一定减小，内能一定不变
C．压强一定增大，内能一定改变
D．压强一定减小，内能一定不变
例3
【思路点拨】 一定质量的气体，内能只与温度有关．
【自主解答】 质量一定的理想气体，其分子总数不变，保持温度不变，则分子的平均动能不变，而理想气体的内能是所有分子的动能总和，故内能不变，A、C选项错；气体吸热，欲使内能不变，只能膨胀对外做功，使得体积增大，压强减小，所以B选项错，D选项正确．
【答案】 D
知能优化训练
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第1节 能源、环境与人类生存
第2节 能源的开发与环境保护
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
第
2
节
课前自主学案
课标定位
学习目标：1.了解能源的分类、形成及其对环境有什么影响．
2．认识能源和环境与人类生存的关系，知道可持续发展的重大意义．
3．了解常规能源的开发与电能的生产及其能源开发和利用带来的环境问题．
课标定位
4．了解可再生能源的开发以及自然资源的循环利用．
重点难点：1.理解能源、环境与人类生存的关系．
2．知道常规能源的开发和利用对环境造成的污染．
3．了解可再生能源的开发，及自然资源的循环利用．
课前自主学案
一、各种能源
1．定义：能源是提供可利用能量的_________或____________
2．分类
(1)一次能源：人类从自然界中 __________的能源．如煤、石油、天然气、水力、太阳能、核燃料等．
物质
自然过程．
直接获得
(2)二次能源：一次能源经过__________成的另一种形态的能源．如电能、焦炭、煤气、汽油、煤油、蒸气等．
3．来源：地球上的能源绝大部分直接或间接来自__________
二、能源与人类
人类利用能源的历史可分为5个阶段
1．火的发现和利用．
2．畜力、风力、水力等自然动力的应用．
3．___________的开发和利用．
加工转换
太阳．
化石燃料
4．____________和开发利用．
5．________的发现和开发利用．
三、环境与人类生存
地球上的生物与地球环境是紧密联系在一起的，地球环境中的________、________、森林和生物是构成人类生存环境的基本因素．
四、能源与生活
1．消耗能量的方面：__________和
___________
2．能量的来源：________、______、天然气、木柴、汽油等．
电的发现
核能
大气
水土
家庭生活
交通工具．
电能
煤
3．现状
(1)随着科学技术的发展和生活水平的提高，越来越多的电器进入家庭，供暖、制冷、文化生活所消耗的能量在家庭能量消耗中所占的比例逐年________
(2)交通工具消耗的能源主要是_______和
______，实际利用率为15%左右．
(3)运输效率：燃烧1 L汽油时，交通工具______________或____________与行使的千米数的_________
增加．
汽油
柴油
运载的人员
货物的吨数
乘积．
五、能源的开发与环境保护
1．常规能源的开发：一般把_____、______、_________等叫做常规能源．
2．电能的生产
电能主要来源于_____________和水力发电站，目前火力发电厂的发电效率大约为_______.
3．常规能源的开发与环境保护
(1)造成的环境问题
煤
石油
天然气
火力发电厂
40%
①煤：煤的开采造成____________的破坏；
煤是常规能源中_______最严重的燃料．
②石油：开采、运输过程中的泄漏，各种烃类化合物对环境造成污染．
(2)常规能源利用过程中的污染
①工厂排放的_______
②工业生产中产生的_____________的物质．
③_______污染．
地面环境
污染
烟尘．
不能降解
噪声
(3)措施
①对煤进行________
②对煤进行_________和液化．
③汽车安装电控喷嘴和新一代催化转化装置．
4．可再生能源的开发
(1)水能
①水力发电．
②建设水电站会淹没大量土地，改变生态环境，对____________造成不同程度的破坏．
净化．
汽化
生态系统
(2)太阳能
①应用方式：_______________，直接将太阳能转化为电能，如太阳能电池：______________，主要有太阳能集热器和太阳能热水器．
②面临问题：太阳能的利用受_______、
_______的影响较大，并且不容易储存．
(3)风能：风的动能可以间接转变为电能或其他形式的能，风力发电的困难在于发电机的
__________，受________的限制．
光—电转换
光—热转换
昼夜
天气
结构设计
地域
核心要点突破
一、能源的分类
能源分类方法 能源分类名称 特点 举例
按形成
或转换特点分 一次能源 自然形成，未经加工 太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能
二次能源 由一次能源经加工转换而成 焦炭、木炭、蒸气、液化气、酒精、汽油、电能
能源分类方法 能源分类名称 特点 举例
按利用
技术分 常规能源 已大规模正常使用 煤、石油、天然气、水能
新能源 正在开发，或有新的利用方式 太阳能、核能、地热能、海洋能、沼气、风能
能源分类方法 能源分类名称 特点 举例
按可否
再生分 可再生能源 可循环使用、不断补充 水能、风能、生物质能、地热能
不可再生能源 短期内无法转换获得 煤、石油、天然气、核燃料
能源分类方法 能源分类名称
特点 举例
按对环
境污染
情况分 清洁能源 对环境基本上没有污染 太阳能、海洋能、风能、水能
污染能源
会严重污染环境 化石燃料(煤、石油、天然气)
二、能源对环境的影响
1．常规能源对环境的影响
常规能源的大量开采对环境造成很大的污染，如露天采煤导致大量表土、底土和岩石剥离，原有植被遭到毁灭性破坏；地下煤的大量开采，导致土地大面积塌陷和裂缝；粉煤灰、煤矸石等固体废弃物的堆放占用了大量土地，造成大气、土地和水体的污染．石油的开采、运输过程中发生的泄漏等事故也会造成巨大的污染．
石油和煤燃烧产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，产生了“温室效应”，引发了一系列问题，如两极的冰雪融化、海平面上升、海水倒灌、耕地盐碱化……这些都是自然对人类的报复．
特别提醒：能源的开发和利用都会对环境造成不好的影响．
2．做好环境保护工作
目前的任务是采用环境能源技术，解决突出的环境污染问题，例如：城市生活垃圾问题，变垃圾为能源；汽车尾气问题，达到废气“零”排放；环境污染的综合治理问题，解决废物、废水、废气等，要变废为宝．
三、可再生能源的开发与利用
化石燃料日益枯竭和环境污染日益加剧，必须改变现有的能源结构，开发、利用可再生能源， 如水能、太阳能、风能．
1．水能：水能是利用最广泛的可再生能源，建造大坝或水库将水蓄积起来，使水形成落差，落下的水就有足够的动能推动涡轮机的叶片转动，带动发电机转动发电．建设水电站会淹没大量土地，改变生态环境，对生态系统造成不同程度的破坏．
2．太阳能：太阳能是地球上最丰富的能源，太阳能的利用方法有光—电转换、光—热转换等形式．受昼夜、天气的影响较大，不容易储存．
3．风能：风能可以间接转变为电能或其他形式的能，风力发电的困难在于发电机的结构设计，必须建在多风场地，受到地域的限制．
4．核能：核能的优点是可采集量大、污染小、比较经济．核能首先被应用于军事目的，但其后就实现了核能的和平利用，其中最重要也是最主要的是通过核电站来发电．核电站是利用原子核裂变反应放出的核能来发电的装置，通过核反应堆实现核能与热能的转换．
课堂互动讲练
能源分类及特点
以下说法正确的是( )
A．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能
B．汽油是一种清洁能源
C．水能是可再生能源
D．煤、石油等常规能源是取之不尽用之不竭的
例1
【思路点拨】 了解能源的种类，知道能源可分为可再生能源和不可再生能源．
【精讲精析】 煤、石油、天然气等是动植物转化成的，其来源可追溯到太阳能，选项A对．汽油燃烧会引起一些化合物的产生，导致有毒气体的生成，选项B错．水能是可再生能源，选项C对．煤、石油等储量是有限的，是不可再生能源，选项D错．应选A、C.
【答案】 AC
变式训练1 自然界存在多种能为人类提供生活、生产所需能量的能源，在下列几组能源中，属于可再生能源的一组是( )
A．水能、石油、核燃料
B．风能、煤炭、天然气
C．煤炭、石油、天然气
D．风能、水能、太阳能
解析：选D.煤炭、石油、天然气属于不可再生能源，故选D正确．
能源与环境
关于能源的开发和利用，下列观点不正确的是( )
A．能源是有限的，无节制的利用能源，是一种盲目的短期行为
B．根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的
C．能源的开发和利用，必须同时加强对环境保护
D．不断开发新能源，是缓解能源危机、加强环境保护的主要途径
例2
【思路点拨】 能量和能源是两个不同的概念，有些能量是不能利用的．
【精讲精析】 能源是提供可利用能量的物质和自然过程，常规能源如煤、石油等的资源都是有限的，因此要不断开发和利用新能源，同时加强环境保护，故选B.
【答案】 B
变式训练2 关于“温室效应”，下列说法正确的是( )
A．太阳能源源不断地辐射到地球上，由此产生了温室效应
B．石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中的二氧化碳的含量，由此产生了“温室效应”
C．“温室效应”使得地面气温上升，两极冰雪融化
D．“温室效应”使得土壤酸化
解析：选BC.“温室效应”的产生是由石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，它的危害是使地面气温上升、两极冰雪融化、海平面上升、淹没沿海城市、海水向河流倒灌、耕地盐碱化等，故B、C正确．
能源的开发和利用
(1)如图6－1－1甲、乙是某类潮汐发电示意图．涨潮时开闸，水由通道进入海湾水库蓄水，待水面升至最高点时开关闸门(图甲)．当落潮时，开闸放水发电(图乙)．设海湾水库面积为5.0×108 m2，平均潮差为3.0 m，一天涨落潮两次，发电的平均能量转化率为10%，则一天内发电的平均功率为(ρ海水取1.0×103 kg/m3，g取10 m/s2)( )
例3
A．2.6×104 kW
B．5.2×104 kW
C．2.6×105 kW
D．5.2×105 kW
图6－1－1
(2)如图6－1－2所示为双水库潮汐电站原理示意图．两个水库之间始终保持着水位差，可以全天发电．涨潮时，闸门的开关情况是________________；落潮时，闸门的开关情况是______________．从能量的角度说，该电站是将潮水________转化为水轮
机的动能，再推动发电机发
电的．
图6－1－2
【思路点拨】 潮汐发电是将水的重力势能转化为电能．
(2)涨潮时，高水位水库储存水，因此闸门的开关情况为A关B开；落潮时，低水位水库放水，所以闸门应B关A开，从能量转化的角度来说，该电站是将海水的重力势能转化为水轮机的动能，再发电．
【答案】 (1)B (2)A关B开 B关A开 重力势能
【方法总结】 (1)在解决能量转化问题时，首先要弄清能量转化情况及转化过程中对应的做功情况．
(2)对于求风、水等流体质量时，首先要建立模型，可假设一段时间内流体通过一定距离，则m＝ρV＝ρSv·t(S为面积，v为流速)
变式训练3 某地的平均风速为5 m/s，已知空气密度是1.2 kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12 m的圆面，如果这个风车能将此圆内10%的气流的动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多大？
答案：3.4 kW
知能优化训练
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第3节 热力学第二定律
第4节 熵——无序程度的量度
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
第
4
节
课前自主学案
课标定位
学习目标：1.知道与热现象有关的宏观过程具有方向性．
2．了解热机的工作原理．
3．了解热力学第二定律的多种表述．
4．了解熵是反映系统无序程度的物理量及熵增加原理和能量退降．
重点难点：1.热力学第二定律的两种不同表述以及对两种表述的理解．
2．对熵和熵增加原理的理解．
课标定位
课前自主学案
一、自然过程的方向性
1．可逆过程和不可逆过程
(1)可逆过程：系统回到原来的状态，同时消除原来过程对外界的一切影响，则__________过程为可逆过程．
(2)不可逆过程：如果用任何方法都不能使______与_______完全复原，则原来的过程为不可逆过程．
原来的
系统
外界
2．热传导的方向性
温度不同的两个物体接触时，热量会自发地从_________物体传给________物体，但不会自发地从________物体传给_______物体．这说明：热传导具有___________
3．功转变为热的方向性
在焦耳的叶轮搅水实验中，重物下落使水温上升，是___________转化为_______的过程；
高温
低温
低温
高温
方向性．
机械能
内能
与此相反过程，即水温自动降低，产生水流，推动叶片转动，带动重物上升的过程是不可能发生的，尽管它不违背___________________这说明：功转变为热具有_________
4．热转变为功的方向性
(1)热机：消耗_______对外做功的装置．
(2)原理：热机必须工作在两个____________的热源之间，通过工作物质，将从高温热源吸收
热力学第一定律．
方向性．
内能
温度不同
的热量，一部分用来____________，另一部分完全损耗掉，损耗的热量不可能再自动地收集起来．这说明：热转变为功具有__________
5．结论：凡是与热现象有关的宏观过程都具有____________
二、热力学第二定律的表述
1．第一种表述(克劳修斯表述)：不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化．
对外做功
方向性．
方向性．
2．第二种表述(开尔文表述)：不可能从___________吸取热量，使之完全变为
__________，而不引起其他变化．
热力学第二定律的这两种表述是____________热现象的宏观过程是_______________
3．第二类永动机
(1)定义：从_____________吸收热量并使之
_________转化为功而不产生其他影响的机器．
单一热源
有用功
等价的．
不可逆的．
单一热源
完全
(2)第二类永动机不可能制成：第二类永动机并不违背热力学____________，但违背了热力学
______________
(3)热力学第二定律的又一种表述：第二类永动机是___________制成的．
三、有序和无序
1．热传导这个过程使无序程度________
第一定律
第二定律．
不可能
增加．
2．机械能转变为内能的过程是大量分子的
__________向____________的转化过程．
3．热力学第二定律的微观本质：一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序程度_______的方向进行．
四、熵和熵增加原理
1．定义：用来量度系统___________的物理量叫做熵．
有序运动
无序运动
增大
无序程度
2．熵增加原理：在孤立系统中，一切不可逆过程必然朝着__________的方向进行，这就是熵增加原理．
孤立系统是指与外界既没有物质交换也没有
________交换的系统．
五、无处不在的熵
1．熵与能量退降：在熵增加的同时，一切不可逆过程总是使能量逐渐丧失做功的本领，从可利用状态转化为不可利用状态，能量品质退化了，这种现象称为能量退降．
熵增加
能量
2．熵与环境
熵是系统无序程度的量度．随着时代的发展，人们已把它与混乱、污染、生态环境破坏、物质资源浪费等社会问题联系起来．
核心要点突破
一、热力学第二定律的理解
1．克劳修斯表述
“不可能使热量由低温物体传向高温物体而不引起其他变化，”这句话包含以下三层意思：
(1)热量会自发地从高温物体传给低温物体，在传递过程中不会对其他物体产生影响；
(2)如果有其他作用，热量有可能由低温物体传递到高温物体；
(3)如果没有其他作用，热量就不可能由低温物体传递到高温物体．
2．开尔文表述
“不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不引起其他变化”这句话包含以下三层意思：
(1)从单一热源吸收热量，一般来说只有部分转化为机械能，所以第二类永动机是不可能制成的；
(2)机械能转化为内能是自然的，可以全部转化；
(3)如果引起其他变化，可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功．
特别提醒：“不能自发发生”不是不能发生，只是说明这种事件的发生是需要条件的．
二、热力学第二定律与热力学第一定律的关系
1．热力学第一定律揭示了做功和热传递对改变物体内能的规律关系ΔU＝W＋Q，指明内能不但可以转移，而且还能跟其他形式的能相互转化．热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的一种表述形式，是从能的角度揭示不同物质运动形式相互转化的可能性，告诫人们：第一类永动机不可能制成．热力学第一定律只有一种表述形式．
2．热力学第二定律揭示了涉及热现象的宏观过程的方向性．如机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能而不引起其他变化，进一步揭示了各种物理过程及其运动形式的转化过程都具有方向性，告诫人们：第二类永动机不可能制成．热力学第二定律有多种表述形式．
3．两定律的关系：热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式，说明功及热量与内能改变的定量关系，而第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条件和过程进行的方向，指出了一切变化过程的自然发展方向不可逆，除非靠外界影响．所以二者相互独立，又相互补充．
三、两类永动机的比较
第一类永动机违背了能的转化与守恒定律．第二类永动机虽然不违背能的转化和守恒定律，但因为机械能和内能的转化过程是具有方向性的，热机工作时从高温热源吸收的热量Q，只有一部分用来做功W，转变为机械能，另一部分热量要排放给低温热源，也就是说，热机在工作过程中必然排出部分热量，热机用于做机械功的热量仅是它从高温热源吸收热量的一部分，绝不会是全部．所以第二类永动机是不可能制成的．
四、对熵和熵增加原理的理解
1．熵是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映物体内分子平均动能大小一样，系统越混乱无序程度越大，这个系统的熵就越大．
2．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律，一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展．
3．对于孤立的热力学系统而言，所发生的是由非平衡态向着平衡态的变化过程，因此，总是朝着熵增加的方向进行．或者说，一个孤立系统的熵永远不会减小．这就是熵增加原理．
4．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，如果过程可逆，则熵不变；如果过程不可逆，则熵增加．
特别提醒：熵增加原理的适用对象是孤立系统，如果是非孤立系统，熵有可能减少．
课堂互动讲练
热力学第二定律的理解与应用
下列说法正确的是( )
A．物体吸收热量，其温度一定升高
B．热量只能从高温物体向低温物体传递
C．遵守热力学第一定律的过程一定能实现
D．做功和热传递是改变物体内能的两种方式
例1
【思路点拨】 热力学第一定律解决的是内能和其他形式能转化的量值关系，热力学第二定律解决的是能量转化的条件和方向．
【自主解答】 由热力学第一定律可知，做功与热传递可以改变物体的内能，D正确；物体吸收热量时，其内能不一定增大，A错；由热力学第二定律可知，宏观的热现象有方向性，但若通过外界做功，热量也可以从低温物体传到高温物体，B、C错．
【答案】 D
【方法总结】 热力学第一定律可以求解一切与热现象有关的能量转化问题；热力学第二定律用以判断与热现象有关的宏观物理过程的方向性问题．
变式训练1 我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来，其原因是
( )
A．违反了能量守恒定律
B．在任何条件下内能不可能转化成机械能，只有机械能才能转化成内能
C．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的
D．以上说法均不正确
解析：选C.违反了热力学第二定律．
熵增加原理的应用
质量相同、温度相同的水，如图5－3－1所示分别处于固态、液态和气态三种状态下，它们的熵的大小有什么关系？为什么？
例2
图5－3－1
【思路点拨】 本题考查物体三种状态的无序程度，三种状态中气体无序程度最大，熵最大．
【精讲精析】 根据大量分子运动对系统无序程度的影响，热力学第二定律又有一种表述：由大量分子组成的系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展，至少无序程度不会减少，这也就是说，任何一个系统自发变化时，系统的熵要么增加，要么不变，但不会减少．
质量相同、温度相同的水，可以由固态自发地向液态、气态转化，所以，气态时的熵最大，其次是液态，固态时的熵最小．
【答案】 见精讲精析
【方法总结】 在任何自然过程中， 一个孤立系统的总熵不会减小，如果过程可逆，则熵不变，如果过程不可逆，则熵增加．
变式训练2 关于热力学第二定律的微观意义，下列说法中正确的是( )
A．大量分子无规则的热运动能够自发转变为有序运动
B．热传递的自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程
C．热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程
D．一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行
解析：选CD.热传递的过程中热量从温度高的物体向温度低的物体传递，是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化，而不是从有序运动向无序运动状态的转化；大量分子的运动不可能从无序运动自动转为有序运动；自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行．A、B错误，C、D正确．自然过程的方向性是热力学第二定律的本质．
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气体
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气体实验定律的理解
定律
项目 玻意耳定律 查理定律 盖·吕萨克定律
类型及发现者 玻意耳定律是实验定律，是英国科学家玻意耳和法国科学家马略特先后独立通过实验发现的 查理定律是实验定律，是法国科学家查理通过实验发现的 盖·吕萨克定律是实验定律，是法国科学家盖·吕萨克通过实验发现的
定律
项目 玻意耳定律 查理定律 盖·吕萨克定律
成立的条件 气体质量一定，温度不变 气体质量一定，体积不变 气体质量一定，压强不变
内容 一定质量的气体，在温度保持不变的条件下，压强与体积成反比；或者说，压强和体积的乘积保持不变 一定质量的气体，在体积保持不变的条件下，压强与热力学温度成正比 一定质量的气体，在压强保持不变的条件下，体积与热力学温度成正比
定律
项目 玻意耳定律 查理定律 盖·吕萨克定律
表达式 在pV＝C中的C与气体的种类、质量、温度有关注意：若将某气体(p，V，m)在保持质量、温度不变的情况下分成若干部分(p1，V1，m1)、(p2，V2，m2)…(pn，Vn，mn)，则有pV＝p1V1＋p2V2＋…＋pnVn，该结论反过来也成立 在＝C中的C与气体的种类、质量、体积有关注意：①p与热力学温度T成正比，不与摄氏温度成正比，但压强的变化Δp与摄氏温度的变化Δt成正比.
②一定质量的气体在等容时，升高(或降低)相同的温度，所增加(或减小)的压强是相同的 在 ＝C中的C与气体的种类、质量、压强有关注意：①V正比于T，而不正比于t，但ΔV与摄氏温度的变化Δt成正比．
②一定质量的气体发生等压变化时，升高(或降低)相同的温度，增加(或减小)的体积是相同的
定律
项目 玻意耳定律 查理定律 盖·吕萨克定律
微观解释 一定质量的理想气体，分子总数不变，温度保持不变时，分子的平均动能也保持不变．当体积减小时，单位体积内的分子数增多，气体压强增大；当体积增大时，单位体积内分子数减少，气体压强减小. 一定质量的理想气体，在体积保持不变时，单位体积内分子数保持不变，当温度升高时，分子平均动能增大，气体压强增大；当温度降低时，分子平均动能减小，气体压强减小. 一定质量的理想气体，温度升高，分子的平均动能增大，保持压强不变，必须增大体积减小单位体积内的分子数，反之亦然.
一定质量的理想气体由状态A经状态B变为状态C，其中A→B过程为等压变化，B→C过程为等容变化．已知VA＝0.3 m3，TA＝TC＝300 K，TB＝400 K.
(1)求气体在状态B时的体积；
(2)说明B→C过程压强变化的微观原因．
例1
【答案】 见精讲精析
一定质量的理想气体的状态变化过程的p－V图象如图4－1所示，其中A是初状态，B、C是中间状态，如将上述变化过程改用p－T图象和V－T图象表示，在图4－2所示的各图象中正确的是( )
例2
图4－1
图4－2
同理可判断在p－T和V－T图中的同样气态变化过程，在选项A、B的图象中，由于B→C是等容过程，其图线应是经过坐标原点O(绝对零度)的直线，可见A错误，B正确；表示B→C的等容过程的图线，在V－T图中应是平行于T轴的直线，表示C→A的等压过程的图线应是通过坐标原点O的直线，故C错误，D正确．
【答案】 BD
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热
力
学
定
律
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热力学第一定律及能量守恒
热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的具体表现形式．它给出了做功和热传递在改变物体内能上是等价的．
1．热力学第一定律揭示了内能的增量(ΔU)与外力对物体做功(W)与物体从外界吸热(Q)之间的关系，即ΔU＝W＋Q，正确理解公式的意义及符号的含义是解决此类问题的关键．
(1)外界对物体做功，W>0；物体对外界做功，W<0.
(2)物体从外界吸热，Q>0；物体放出热量，Q<0.
(3)ΔU>0，物体的内能增加；ΔU<0，物体的内能减少．
2．注意问题
(1)只有绝热过程Q＝0，ΔU＝W，用做功可判断内能变化．
(2)只有在气体体积不变时，W＝0，ΔU＝Q，用吸热放热情况可判断内能的变化．
(3)若物体内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q，功和热量符号相反，大小相等．因此判断内能变化问题一定要进行全面考虑．
3．应用能量守恒定律解题的方法步骤
(1)认清有多少种形式的能(例如动能、势能、内能、电能、化学能、光能等)在相互转化．
(2)分别写出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式．
(3)根据下列两种思路列出能量守恒方程：
ΔE减＝ΔE增．
①某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加，且减少量与增加量一定相等．
②某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量与增加量一定相等．
(4)解方程，代入数据，计算结果．
如图5－1所示，A、B是两个完全相同的金属铜球，其中A球放在一个绝热板上，B球用绝热细线悬挂在空中．现在让它们只吸收热量，当它们升高相同的温度时，有关两球吸收热量的情况，说法正确的是( )
A．两球吸收热量一样多
B．球A吸收热量多
C．球B吸收热量多
D．条件不足，不能判断
例1
图5－1
【精讲精析】 A球吸收热量膨胀时重力做负功，部分内能会转化为重力势能；B球吸收热量膨胀时重力做正功，部分重力势能转化成内能，所以当它们升高相同的温度时，球A吸收热量多，选项B正确．
【答案】 B
1．热力学第二定律的两种表述
(1)按照热传递的方向性表述为：不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化．这是热力学第二定律的克劳修斯表述．
(2)按照机械能与内能转化的方向性表述为：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功而不引起其他变化．这是热力学第二定律的开尔文表述．
热力学第二定律
2．热力学第二定律的微观意义
(1)一切不可逆过程总是沿着大量分子热运动无序性增大的方向进行．
(2)用熵来表示热力学第二定律：在孤立系统中，一切不可逆过程必然朝着熵增加的方向进行．
下列说法正确的是( )
A．在任何情况下，给气体加热，熵一定增加；气体放热，熵一定减小
B．熵增大的过程为不可逆过程
C．对一个孤立的系统来说，熵减小的过程是不可能实现的
D．以上说法都不对
例2
【精讲精析】 根据熵增加原理，在任何自然过程中，孤立系统必然向熵增加的方向变化，所以B、C选项正确．
【答案】 BC
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