选考内容,第十三章 热学(选修3-3),-3-,-4-,第1节 分子动理论 内能,-6-,一、分子动理论的基本观点和实验依据、阿伏加德罗常数 1.物体是由大量分子组成的 (1)分子的大小 分子的直径(视为球模型):数量级为10-10 m; 分子的质量:数量级为10-26 kg。 (2)阿伏加德罗常数 1 mol的任何物质都含有相同的粒子数。通常取NA=6.021023 mol-1; 阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁。,-7-,2.分子永不停息地做无规则运动 (1)扩散现象 定义:不同 物质能够彼此进入对方的现象; 实质:扩散现象并不是外界作用引起的,也不是化学反应的结果,而是由分子的无规则运动产生的物质迁移现象,温度越高 ,扩散现象越明显。 (2)布朗运动 定义:悬浮在液体中的小颗粒 的永不停息的无规则运动; 实质:布朗运动反映了液体分子 的无规则运动; 特点:颗粒越小 ,运动越明显;温度越高 ,运动越剧烈。 (3)热运动 分子永不停息地做无规则 运动叫作热运动; 特点:分子的无规则运动和温度有关,温度越高 ,分子运动越激烈。,-8-,3.分子间同时存在引力和斥力 (1)物质分子间存在空隙,分子间的引力和斥力是同时 存在的,实际表现出的分子力是引力和斥力的合力 ; (2)分子力随分子间距离变化的关系:分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小 ,随分子间距离的减小而增大 ,但斥力比引力变化得快 ;,-9-,(3)分子力与分子间距离的关系图线 由分子间的作用力与分子间距离关系图线(如图所示)可知: 当r=r0时,F引=F斥,分子力为零 ; 当rr0时,F引F斥,分子力 表现为引力 ; 当rr0时,F引F斥,分子力表现为斥力 ; 当分子间距离大于10r0(约为10-9 m)时,分子力很弱,可以忽略不计。,-10-,二、温度是分子平均动能的标志 内能 1.温度 一切达到热平衡的系统都具有相同的温度 。 2.两种温标 摄氏温标和热力学温标。关系:T=t+273.15 K。 3.分子的动能 (1)分子动能是分子热运动 所具有的动能; (2)分子热运动的平均动能是所有分子热运动的动能的平均值,温度 是分子热运动的平均动能的标志; (3)分子热运动的总动能是物体内所有分子热运动动能的总和 。,-11-,4.分子的势能 (1)意义:由于分子间存在着引力和斥力,所以分子具有由它们的相对位置 决定的能。 (2)分子势能的决定因素 微观上:决定于分子间距离 和分子排列情况; 宏观上:决定于体积 和状态。 5.物体的内能 (1)概念理解:物体中所有分子的热运动动能 与分子势能 的总和,是状态量; (2)决定因素:对于给定的物体,其内能大小由物体的温度 和体积 决定,即由物体内部状态决定; (3)影响因素:物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关 。 (4)改变物体内能的两种方式:做功 和热传递 。,-12-,1.教材上是如何阐述布朗研究花粉的运动是“花粉自发的运动”的? 提示：布朗利用保存了上百年的植物标本的微粒,还用了一些没有生命的无机物粉末进行实验,结果只要微粒足够小,都会发生这种无规则运动。 2.甲物体的温度比乙物体的温度高,则甲物体分子的平均速率就一定大于乙物体吗? 提示：不一定。温度与分子的平均动能的大小有关,平均动能大,分子的平均速率不一定大。,-13-,考点一,考点二,考点三,微观量的估算(师生共研) 1.两种分子模型 物质有固态、液态和气态三种情况,不同物态下应将分子看成不同的模型。 (1)固体、液体分子一个一个紧密排列,可将分子看成球形或立方体形,如图所示,分子间距等于小球的直径或立方体的棱长,所以,-14-,考点一,考点二,考点三,(2)气体分子不是一个一个紧密排列的,它们之间的距离很大,所以气体分子的大小不等于分子所占有的平均空间,如图所示,此时每个分子占有的空间视为棱长为d的立方体,所以d= 。 提醒:对于气体,利用d= 得到的不是分子直径,而是气体分子间的平均距离。 2.微观量与宏观量间的关系 微观量:分子体积V0、分子直径d、分子质量m0。 宏观量:物体的体积V、摩尔体积Vm、物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度。,-15-,考点一,考点二,考点三,例1铜的摩尔质量为M,密度为,阿伏加德罗常数为NA。1个铜原子所占的体积是( ),答案,解析,-16-,考点一,考点二,考点三,例2已知地球大气层的厚度h远小于地球半径R,空气平均摩尔质量为M,阿伏加德罗常数为NA,地面大气压强为p0,重力加速度大小为g。由此可估算得,地球大气层空气分子总数为 ,空气分子之间的平均距离为 。,答案,解析,-17-,考点一,考点二,考点三,规律总结微观量的求解方法 (1)分子的大小、分子体积、分子质量属微观量,直接测量它们的数值非常困难,可以借助较易测量的宏观量结合摩尔体积、摩尔质量等来估算这些微观量,其中阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁和纽带。 (2)建立合适的物理模型,通常把固体、液体分子模拟为球形或立方体形。气体分子所占据的空间可模拟为立方体模型。,-18-,考点一,考点二,考点三,突破训练 1.很多轿车为了改善夜间行驶时的照明问题,在车灯的设计上选择了氙气灯,这是因为氙气灯灯光的亮度是普通灯灯光亮度的3倍,且使用寿命是普通灯的5倍,但是耗电量仅是普通灯的一半。若氙气充入灯头后的体积V=1.6 L,氙气密度=6.0 kg/m3。已知氙气的摩尔质量M=0.131 kg/mol,阿伏加德罗常数NA=61023 mol-1。试估算:(结果均保留一位有效数字) (1)灯头中氙气分子的总个数; (2)灯头中氙气分子间的平均距离。,-19-,考点一,考点二,考点三,答案：(1)41022(个) (2)310-9 m,-20-,考点一,考点二,考点三,扩散现象、布朗运动与分子热运动的比较(自主悟透),-21-,考点一,考点二,考点三,突破训练 2.某同学通过悬浮在液体中的花粉微粒观察布朗运动,并提出下面的观点,正确的是( ) A.布朗运动指的是花粉微粒的无规则运动 B.布朗运动指的是液体分子的无规则运动 C.温度为0 时,液体分子的平均动能为零 D.花粉微粒越大,其无规则运动越剧烈,答案,解析,-22-,考点一,考点二,考点三,3.(多选)关于扩散现象,下列说法正确的是( ) A.温度越高,扩散进行得越快 B.扩散现象是不同物质间的一种化学反应 C.扩散现象是由物质分子无规则运动产生的 D.扩散现象在气体、液体和固体中都能发生 E.液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的,答案,解析,-23-,考点一,考点二,考点三,分子力、分子势能及物体的内能(多维探究) 1.用类比法理解分子力做功与分子势能变化的关系 重力做正功,重力势能减小;重力做负功,重力势能增大。同样,分子力做正功,分子势能减小;分子力做负功,分子势能增大。因此可用类比法理解分子力做功与分子势能变化的关系。,-24-,考点一,考点二,考点三,2.分子力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图线 如图所示(取无穷远处分子势能Ep=0)。 (1)当rr0时,分子力为引力,当r增大时,分子力做负功,分子势能增加。 (2)当rr0时,分子力为斥力,当r减小时,分子力做负功,分子势能增加。 (3)当r=r0时,分子势能最小。,-25-,考点一,考点二,考点三,3.物体的内能与机械能的比较,-26-,考点一,考点二,考点三,例3(多选)两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图中曲线所示,曲线与r轴交点的横坐标为r0。相距很远的两分子在分子力作用下,由静止开始相互接近。若两分子相距无穷远时分子势能为零,下列说法正确的是( ) A.在rr0阶段,F做正功,分子动能增加,势能减小 B.在rr0阶段,F做负功,分子动能减小,势能也减小 C.在r=r0时,分子势能最小,动能最大 D.在r=r0时,分子势能为零 E.分子动能和势能之和在整个过程中不变,答案,解析,-27-,考点一,考点二,考点三,例4(多选)关于物体的内能、温度和分子的平均动能,下列说法正确的是( ) A.温度低的物体内能一定小 B.温度低的物体分子平均动能一定小 C.外界对物体做功时,物体的内能不一定增加 D.物体自由下落时速度增大,所以物体分子的平均动能也增大,答案,解析,-28-,考点一,考点二,考点三,方法归纳1.判断分子势能变化的两种方法 (1)根据分子力做功判断。分子力做正功,分子势能减小;分子力做负功,分子势能增大。 (2)利用分子势能与分子间距离的关系图线判断。但要注意此图线和分子力与分子间距离的关系图线形状虽然相似但意义不同,不要混淆。 2.分析物体的内能问题应当明确以下四点 (1)内能是对物体的大量分子而言的,不存在某个分子内能的说法。 (2)决定内能大小的因素为温度、体积、分子数,还与物态有关系。 (3)通过做功或热传递可以改变物体的内能。 (4)温度是分子平均动能的标志,温度相同的任何物体,分子的平均动能相同。,-29-,考点一,考点二,考点三,突破训练 4.(2018北京卷)关于分子动理论,下列说法正确的是( ) A.气体扩散的快慢与温度无关 B.布朗运动是液体分子的无规则运动 C.分子间同时存在着引力和斥力 D.分子间的引力总是随分子间距增大而增大,答案,解析,-30-,考点一,考点二,考点三,5.分子势能与分子力随分子间距离r变化的关系如图甲所示。现将甲分子固定在坐标原点O,乙分子只受两分子间的作用力沿x轴正方向运动,两分子间的分子势能Ep与两分子间距离x的变化关系如图乙所示。设在移动过程中两分子所具有的总能量为0,则( ) A.乙分子在P点时加速度最大 B.乙分子在Q点时分子势能最小 C.乙分子在Q点时处于平衡状态 D.乙分子在P点时分子动能最大,答案,解析,