分子动理论与统计观点内能 第十三章 本章由三个部分组成 一 分子动理论主要探究物体分子的基本特性 阿伏加德罗常数 布朗运动 分子间的作用力 温度和物体的内能 二 固体 液体和气体的性质主要是研究固体 液体的微观结构 液体的表面张力 气体的性质及气体的实验定律 三 热力学基础主要是通过实验探究能量转化问题 热力学第一定律 热力学第二定律 能量守恒定律等 其中对布朗运动的理解 用力学的有关原理进行气体压强计算是本章较难理解的部分 本章内容属选考内容 题型为选择题 由于全部内容均为 级要求 故难度不大 本章命题的热点大多数集中在分子动理论 气体的性质 估算分子的大小和数目上 在考纲中也仅为 级要求 而且还是选考内容 这类高考题 对能力的要求只限于 理解能力 理解物理概念和物理规律的确切含义 理解物理规律的适用条件 以及它们在简单情况下的应用 题型多为选择题 所以建议按要求复习 无须涉入太深 本章内容较零碎 学习时注意进行总结 本章内容较零碎 学习时注意进行总结整合 全面阅读课本 准确把握概念 因课本内容较多 所以复习时一定要把握考纲 找准重点内容下工夫 如分子动理论的三个要点 气体定律 热力学定律 三个方面要深入理解 重点复习 热学 热学 一 分子动理论1 物质是由大量分子组成的 1 分子体积很小 它直径的数量级是m 油膜法测分子直径 d V是油滴体积 S是水面上形成的的面积 此种方法中把分子看成球形 10 10 单分子的油膜 2 分子质量很小 一般分子质量的数量级是kg 3 分子间有空隙 水和酒精混合 体积减小 4 阿伏加德罗常数 1摩尔的任何物质含有的微粒数相同 这个数的测量值NA mol 1 阿伏加德罗常数是个十分巨大的数字 分子的体积和质量都十分小 从而说明物质是由大量分子组成的 10 27 10 26 6 02 1023 2 分子永不停息地做无规则运动 1 扩散现象 相互接触的物质彼此进入对方的现象 温度越高 扩散 2 布朗运动 在显微镜下看到的悬浮在液体中的花粉颗粒的永不停息地无规则运动 颗粒越小运动越 温度越高 运动越剧烈 说明 布朗运动既不是固体分子的运动 也不是液体分子的运动 而是悬浮在液体中固体小颗粒不停地无规则运动 越快 明显 3 分子间存在着相互作用力 1 分子间同时存在相互作用的引力和斥力 合力叫 2 特点 分子间的引力和斥力都随分子间的距离的增大而 随分子间的距离的减小而 但斥力比引力变化得 分子力 减小 增大 更快 3 分子间的相互作用力分子间的作用力跟距离的关系如图13 1 1所示 图13 1 1 图中斥力用正值表示 引力用负值表示 F为斥力和引力的合力 即分子力 r r0 r0的数量级约为10 10m 时 F引F斥 分子力F为0 rr0时 F引F斥 分子力F表现为 斥力 引力 二 物体的内能1 分子动能与分子势能 1 分子的平均动能 物体内所有分子动能的平均值叫分子平均动能 是分子平均动能的标志 越高 分子的平均动能越大 2 分子势能 由分子间的 和决定的能量叫分子势能 温度 温度 相互作用 相对位置 分子势能的大小与物体的体积有关 判断分子势能如何变化 关键是判断分子力是做正功 还是做负功 若分子力做正功 则分子势能 若分子力做负功 则分子势能 当分子间的距离r r0时 分子势能随分子间的距离增大而 当r r0时 分子势能随分子间的距离减小而 当r r0时 分子势能最小 减小 增大 增大 增大 2 物体的内能物体内所有分子的和的总和叫物体的内能 任何物体都具有内能 物体的内能与宏观量中物体的有关 跟微观量中的分子的 有关 动能 势能 温度 体积和物质的量 平均动能 分子间距 及分子个数 3 改变物体的内能有两种途径 1 做功 其他形式的能与内能相互转化的过程 内能改变了多少用的数值来量度 2 热传递 是物体间内能转移的过程 内能改变了多少用传递的的数值来量度 做功 热量 三 统计规律1 某一事件的出现纯粹是偶然的 但的偶然事件都会表现出一定的整体规律 叫做统计规律 2 在一定温度下 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 大量 中间多 两头少 正确理解阿伏加德罗常数的意义 掌握与分子有关问题的求解方法若以 表示水的摩尔质量 V表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积 为在标准状态下水蒸气的密度 NA为阿伏加德罗常数 m 分别表示每个水分子的质量和体积 下面四个关系式中正确的是 NA m A 和 都是正确的B 和 都是正确的C 和 都是正确的D 和 都是正确的 由题设的条件可知 阿伏加德罗常数NA 可见选项 正确 而每个分子的质量m 选项 正确 所以选项B正确 物质的密度为 选项 错 由于水蒸气的分子间存在间隙 因此无法求出每个分子的体积 选项 错 本题的正确答案是B 确定以上各式中正确的表达式 必须弄清每个物理量之间的关系 水可以认为其分子是紧密排列在一起的 而水蒸气的分子有较大的间隙 这两种模型有很大差异 变式训练1 从下列哪一组物理量可以算出氧气的摩尔质量 A 氧气的密度和阿伏加德罗常数B 氧气分子的体积和阿伏加德罗常数C 氧气分子的质量和阿伏加德罗常数D 氧气分子的体积和氧气分子的质量 C 正确认识反映分子运动的布朗现象 掌握分子运动的规律在观察悬浮在水面上的小颗粒的布朗运动时 下列说法中正确的是 A 温度越高 布朗运动越明显B 大气压强的变化对布朗运动有影响C 悬浮颗粒越大 布朗运动越明显D 悬浮颗粒的布朗运动 就是构成悬浮颗粒的物质的分子热运动 由分子动理论知 组成物质的分子在永不停息地做无规则运动 可以利用悬浮在液面上的小颗粒的运动来说明分子的运动 所以 布朗运动不是分子的运动 它是由分子的运动引起 实验的结果表明 布朗运动的剧烈程度与温度有关 与颗粒的大小有关 与外界其他因素无关 由此可以得到正确答案 由题设条件知 温度越高 分子运动越剧烈 对颗粒的撞击越强 颗粒受力的不平衡性越强 颗粒运动就越激烈 布朗运动越明显 选项A正确 实验结果表明 布朗运动与外界因素无关 所以 大气压强的变化对布朗运动没有影响 选项B错误 本题的正确答案是A 布朗运动是悬浮在液面的小颗粒的运动 不是分子的运动 但它可以反映分子的运动 正确理解了这一点 就可以判断布朗运动与其他因素的关系 特别要说明的是 布朗运动与外界其他因素无关 所以大气压的变化 观察时间的长短均不影响布朗运动 变式训练2 下面所列举的现象 哪些不能说明分子是不断运动着的 A 将酒瓶盖打开后能闻到酒味B 大风刮过 公路上尘土飞扬C 泼在地上的水 过一段时间后就干了D 悬浮在水中的花粉做无规则的运动 B 掌握分子力的特点 解决分子力的相关问题用r表示两个分子间的距离 Ep表示两个分子间相互作用的势能 当r r0时 两分子间斥力等于引力 设两分子间的距离很远时 Ep 0 则 A 当r r0时 Ep随r的增加而增加B 当r r0时 Ep随r的减小而减小C 当r r0时 Ep不随r变化D 两分子间的距离很远时 分子力为零 Ep 0 表明这时Ep最小 本题有两点要正确理解 第一 分子势能Ep的变化由分子力做功的正 负确定 不能单纯根据分子距离的变化来判断分子势能的增减 第二 在特殊的位置上 分子势能的大小不能单纯由分子力的特殊数值来确定 当r r0时 分子力为引力 随距离r的增加 分子力做负功 分子势能增加 答案A正确 当r r0时 分子力为斥力 随距离r的减小 分子力做负功 分子势能增加 答案B错误 当两分子间的距离很远时 分子力为零 Ep 0 若两个分子再靠近 分子引力做正功 分子势能减小 答案C错误 分子势能可以为负值 所以D错误 正确答案A 分子势能Ep的增加和减小 只能根据分子力做功的正 负来确定 本题中容易犯的一种错误是因分子间的距离很远时 分子力为零 Ep 0 而认为此时分子势能最小 其实 分子势能可以是负值 变式训练3 距离r的关系曲线 下列说法正确的是 A 当r大于r1时 分子间的作用力表现为引力B 当r小于r1时 分子间的作用力表现为斥力C 当r等于r2时 分子间的势能为零D 在r由r1变到r2的过程中 分子间的作用力做负功 解析 在Ep r图中 当r r2时Ep最小 说明r2 r0 即分子力为零时的分子间距 再利用F r图即可知正确答案为B 对分子平均动能和内能的理解1g100 的水和1g100 的水蒸气相比较 下述说法是否正确 1 分子的平均动能和分子的总动能都相同 2 它们的内能相同 温度相同则它们的分子平均动能相同 又因为1g水和1g水蒸气的分子数相同 因而它们的分子总动能相同 所以 1 说法正确 当100 的水变成100 的水蒸气时 该过程吸收热量 内能增加 所以1g100 的水的内能小于1g100 的水蒸气的内能 故 2 的说法错误 温度相同的不同物体其分子的平均动能是相等的 物体的内能除与物质的量 温度和体积有关外 还与物态有关 变式训练4 下列说法正确的是 A 一个分子的动能与这个分子的势能的和叫做这个分子的内能 物体内所有分子内能的总和叫做物体的内能B 物体的分子势能由物体的温度和体积决定C 物体的温度不变 其内能就不变D 物体的动能减小时 物体的温度可能增大 D