五节内能.ppt
第五节 内能,(对应学生用书P193)一、分子动理论1物体是由大量分子组成的(1)分子模型：主要有两种模型，固体与液体分子通常用球模型，气体分子通常用立方体模型(2)分子的大小分子直径：数量级是1010_m；分子质量：数量级是1027_kg1026_kg；测量方法：油膜法,(3)阿伏加德罗常数1 mol的任何物质都含有相同的粒子数，NA6.021023mol1.阿伏加德罗常数是联系微观物理量和宏观物理量的桥梁2分子的热运动(1)扩散现象定义：相互接触的不同物质能够彼此进入对方的现象扩散现象是物质分子永不停息地做无规则运动的证明实质：扩散现象并不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果，而是由物质分子的无规则运动产生的,(2)布朗运动定义：在显微镜下看到的悬浮在液体中的微粒的永不停息的无规则运动特点：微粒越小，温度越高，布朗运动越显著布朗运动是由成千上万个分子组成的“分子集团”即物质微粒的运动，微粒运动的无规则性是液体(气体)分子无规则运动的反映成因：布朗运动是由于液体分子不停地做无规则运动，对微粒撞击作用的不平衡性引起的由于微粒做无规则运动，从而间接反映了液体分子也做无规则运动(3)布朗运动与扩散现象的异同它们都反映了分子在永不停息地做无规则运动它们都随温度的升高而表现得更明显布朗运动只能在液体、气体中发生，而扩散现象可以发生在任何状态的两种物质之间,问题探究1为什么悬浮颗粒越小，温度越高，布朗运动越显著？提示布朗运动在相同温度下，悬浮颗粒越小，它的线度越小，表面积也越小，在某一瞬间跟它相撞的分子数越少，颗粒受到来自各个方向的撞击力越不平衡；另外，颗粒线度小，它的质量越小，因而冲击力引起的加速度更大；因此悬浮颗粒越小，布朗运动就越显著相同的颗粒悬浮在同种液体中，液体温度升高，分子运动的平均速率大，对悬浮颗粒的撞击作用也越大，颗粒受到来自各个方向的撞击力越不平衡，由撞击力引起的加速度更大，所以温度越高，布朗运动就越显著由此可见影响布朗运动是否剧烈的因素是温度高低及颗粒的大小,问题探究2从比较暗的房间里观察到入射阳光的细光束中有悬浮在空气里的微粒，这些微粒的运动是布朗运动吗？为什么？提示只有足够小的颗粒才能产生显著的布朗运动，用肉眼是不能看到布朗运动的，只有在显微镜下才能看到这些用肉眼可以看到的微粒是相当大的，某时刻它们所受的各方向空气分子的碰撞的合力几乎为零，这么小的合力对相当大的微粒来说，是不能使它做布朗运动的这些微粒的运动是气体对流和重力作用引起的,3分子力分子间同时存在引力和斥力，且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，但总是斥力变化得较快，如右图所示(1)当rr0时，F引F斥，F0；(2)当rr0时，F引和F斥都随距离的增大而减小，但F斥比F引减小得更快，F表现为引力；(4)当r10r0(109 m)时，F引和F斥都已经十分微弱，可以认为分子间没有相互作用力(F0),二、内能1温度和温标(1)温度：从宏观上看，温度是表示物体冷热程度的物理量，当两个系统达到热平衡时必然有共同的温度；从微观上看，温度是分子热运动的平均动能的标志(2)温标：如果要定量地描述温度，就必须有一套方法，这套方法就是温标常见的温标有摄氏温标和热力学温标(3)热力学温度与摄氏温度的关系热力学温度(T)的单位：开尔文，符号：K；摄氏温度(t)的单位：摄氏度，符号：.换算关系：Tt273.15K，Tt.,2分子平均动能所有分子的动能的平均值分子的平均动能在宏观上只与物体的温度有关3分子势能由分子间的相互位置决定的能分子势能在宏观上与物体的体积有关，在微观上与分子间的距离有关4物体的内能(1)内能：物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和(2)决定因素：温度、体积和物质的量(即摩尔数),问题探究3物体的内能与温度和体积的关系提示温度是分子平均动能的标志，因此可以根据物体温度的变化判断分子平均动能的变化，温度升高则分子的平均动能增加，温度降低则分子的平均动能减少分子势能由分子的相对位置决定，宏观上与物体的体积有关，但分子势能的变化与物体体积变化的关系则不能一概而论应具体情况具体分析：当分子间距rr0时，分子势能随体积的增加而增大(因分子力做负功)，随体积的减小而减小(因分子力做正功)，而当分子间距rr0时，分子势能随体积的减小而增加(因分子力做负功)，随体积的增大而减少(因分子力做正功)总之，决定分子势能变化的根本原因是分子力的做功情况，因此，分析分子势能变化情况时，一定要抓住分子力做功这一线索不能只从体积的变化去判断分子势能的变化,三、气体分子运动速率统计规律1气体分子沿各个方向运动的机会(几率)相等2大量气体分子的速率分布呈现中间多(速率中等的分子数目多)两头少(速率大或小的分子数目少)的规律3当温度升高时，“中间多”的这一“高峰”向速率大的一方移动，分子的平均速率增大，分子的热运动剧烈，因此说，温度是分子平均动能的标志,(对应学生用书P194)要点一布朗运动的理解1.研究对象：悬浮在液体、气体中的小颗粒2特点：永不停息；无规则；颗粒越小，现象越明显；温度越高，运动越激烈；肉眼看不到3成因：布朗运动是由于液体分子无规则运动对小颗粒撞击力的不平衡引起的，是分子无规则运动的反映,(1)布朗运动不是固体分子的运动，也不是液体分子的运动，而是小颗粒的运动，是液体分子无规则运动的反映(2)布朗运动中的颗粒很小，肉眼看不见，需用显微镜才能观察到,关于布朗运动的下列说法中正确的是()A布朗运动就是分子的无规则运动B布朗运动是组成固体颗粒的分子无规则运动的反映C布朗运动是液体或气体分子无规则运动的反映D观察时间越长，布朗运动就越显著E阳光从缝隙射入教室，从阳光中看到的尘埃的运动就是布朗运动,解析布朗颗粒是很多固体分子组成的集体，所以布朗运动不是分子的运动，但它反映了液体或气体分子的无规则运动，所以A、B都错，C对做布朗运动的颗粒很小，通常在显微镜下才能看到，用肉眼在阳光下看到的尘埃，其尺寸比布朗运动中的颗粒大得多，空气分子对它的碰撞的不平衡性已不明显，它们在空气中看起来无序，实际是有一定的运动方向的，主要是由于重力、空气浮力和气流的共同影响形成的，E错答案C,要点二物体内能和机械能的对比,(1)物体的体积越大，分子势能不一定就越大，如0的水结成0的冰后体积变大，但分子势能却减小了(2)理想气体分子间相互作用力为零，故分子势能忽略不计，一定质量的理想气体内能只与温度有关(3)内能是对大量分子而言的，不存在某个分子的内能的说法,一颗炮弹在空中以某一速度v飞行，有人说：由于炮弹中所有分子都具有这一速度，所以分子具有动能；又由于分子都处于高处，所以分子又具有势能，因此分子的上述动能和势能的总和就是炮弹的内能，试分析这种说法是否正确,(对应学生用书P195)题型一微观量的估算问题阿伏加德罗常数是联系微观物理量和宏观物理量的桥梁在此所指的微观物理量为：分子的体积V0分子的直径d、分子的质量m.宏观物理量为：物质的体积V、摩尔体积Vmol、物质的质量M、摩尔质量Mmol，物质的密度.在利用阿伏加德罗常数进行估算时，一是要正确选用公式，二是要注意建立恰当的物理模型,物理模型一般分为两类：一类是对于固态和液态物质因为分子间距离非常小所以把这两种物态的分子看成是球体并且一个挨一个的紧密排列不再考虑分子之间的距离物体的宏观体积认为是组成物体所有分子体积之和；另一类是对于气态物质，分子间距离很大(一般r10r0)在这样情况下，气体的宏观体积要比组成气体的所有分子的总体积大得多，所以对气体经常要求估算分子的间距，这时建立模型时，是把气体分子看作占据一个小立方体，小立方体的边长即为分子的间距而气体的总体积认为等于这些小立方体的体积之和特别注意的是，小立方体的体积绝不等于气体分子的体积，这种模型是不能估算气体分子大小的,思路诱导(1)式中NA是气体的摩尔体积吗？(2)对气体能估算每个气体分子的大小吗？尝试解答由阿伏加德罗常数摩尔质量分子质量摩尔体积密度分子质量摩尔体积分子占有体积，可得正确，错误答案B,题型二分子力与分子势能(1)要准确掌握分子力随距离变化的规律：分子间同时存在着相互作用的引力和斥力引力和斥力都随着距离的减小而增大，随着距离的增大而减小，但斥力变化得快(2)分子力做功与常见的力做功有相同点，就是分子力与分子运动方向相同时，做正功，相反时做负功；也有不同点，就是分子运动方向不变，可是在分子靠近的过程中会出现先做正功再做负功的情况,例2(2011郑州质量检测)下列叙述中，正确的是()A布朗运动是液体分子热运动的反映B分子间距离越大分子势能越大，分子间距离越小分子势能越小C两个铅块压紧后能连在一起，说明分子间有引力D用打气筒向篮球充气时需要用力，说明气体分子间有斥力思路诱导(1)分子势能的变化是由分子间距离变化时，分子力做功来量度的，跟分子力的大小无直接关系(2)气体分子间距离比平衡距离r(1010 m)大很多,尝试解答布朗运动是由于悬浮的微粒受到各个方向液体分子的不平衡撞击而形成的，故布朗运动是液体分子热运动的反映，A正确；当两分子间的距离大于r0时，分子间距离越大势能越大，分子间距离越小，势能越小，而当两分子间的距离小于r0时，分子间距离越大势能越小，分子间距离越小，势能越大，B错误；两个铅块压紧后，由于分子间存在引力，故能连在一起，C正确；用打气筒向篮球充气时，压强增大，对活塞的压力增大，故打气时需要用力，D错误答案AC,如图所示，用F表示两分子间的作用力，Ep表示分子间的分子势能，在两个分子之间的距离由10r0变为r0的过程中()AF不断增大，Ep不断减小BF先增大后减小，Ep不断减小CF不断增大，Ep先增大后减小DF、Ep都是先增大后减小解析分子间的作用力是矢量，分子势能是标量，由图象可知F先增大后减小，Ep则不断减小，B正确答案B,(对应学生用书P196)易错点1：对布朗运动的理解不清做布朗运动实验，得到某个观测记录如右图图中记录的是()A分子无规则运动的情况B某个微粒做布朗运动的轨迹C某个微粒做布朗运动的速度时间图线D按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线易错分析把布朗运动当成分子的运动，错选A；把布朗运动当成有规律的运动，错选B.正确解答图中轨迹不是微粒的运动轨迹，是按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线，D正确答案为D.,为了研究布朗运动，某同学用铁架台把一个数码DV固定在显微镜的上方，调准焦距后观察水中花粉颗粒的运动情况过了较长一段时间后，他把视频放在电脑上，通过专业视频软件的快放功能观察画面则下列说法不正确的是()A既能看到水分子也能看到悬浮的花粉粒，且水分子不停地撞击花粉粒B画面上连成一片的液体，实际上就是由许许多多的静止不动的水分子组成的C可以看到花粉颗粒在做无规则运动，这就是布朗运动D越大的花粉颗粒，运动越明显,解析在显微镜下，只能看到悬浮的花粉粒，看不到水分子，A错误；B错误；可以看到花粉颗粒在做无规则运动，这就是布朗运动，但越小的花粉颗粒，运动越明显，C正确；D错误答案ABD,易错点2：引力、斥力、分子力与分子间距离关系不明确(2010全国)如图为两分子系统的势能Ep与两分子间距离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，分子间的作用力为零D在r由r1变到r2的过程中，分子间的作用力做负功,易错分析粗心大意把势能Ep与两分子间距离r的关系曲线当成分子力F与r的关系曲线，错选问题选项；把图线与x轴的交点坐标表示什么含义搞不清，误以为是平衡位置，错选A或D.在Fr图象中图线与r轴的交点是平衡位置，此时分子力为零，分子势能最小，为负值；在Epr图象中图线与r 轴的交点表示分子势能为零，不能认为也是平衡位置正确解答本题考查分子势能、分子力、分子间距，同时考查考生获取信息的能力由图象可知r2对应的分子间距为分子的平衡距离r0，在此距离分子力为零，选项C正确；当分子间距rr1时分子力可能表现为斥力、引力或为零，A错；当rr1时，分子力一定表现为斥力，B正确；当r由r1变到r2的过程中，斥力做正功，D错误答案为BC.,分子间的相互作用力由引力与斥力共同产生，并随着分子间距的变化而变化，则()A分子间引力随分子间距的增大而增大B分子间斥力随分子间距的减小而增大C分子间相互作用力随分子间距的增大而增大D分子间相互作用力随分子间距的减小而增大,解析本题考查分子力的特点。分子力随分子间距离变化的关系如图所示从图象中可以看出，分子间斥力和引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，但斥力变化得更快一些，A项错误，B项正确；实际的分子力是引力和斥力的合力(如图中实线所示)，可以看出，在rr0时，随着分子间距离的减小，分子力先增大后减小，当rr0时分子力为零，所以CD项均错误答案B,(对应学生用书P196)1(2010福建)1859年麦克斯韦从理论上推导出了气体分子速率的分布规律，后来有许多实验验证了这一规律若以横坐标v表示分子速率，纵坐标f(v)表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比下面四幅图中能正确表示某一温度下气体分子速率分布规律的是()解析大量分子速率越接近平均速率，分子数越多，故D图正确答案D,2(2011四川)气体能够充满密闭容器，说明气体分子除相互碰撞的短暂时间外()A气体分子可以做布朗运动B气体分子的动能都一样大C相互作用力十分微弱，气体分子可以自由运动D相互作用力十分微弱，气体分子间的距离都一样大解析布朗运动是固体颗粒在分子的不均衡撞击下产生的无规则运动，故气体分子运动不是布朗运动，A项错；气体分子的动能符合统计规律，并不完全相同，B项错；分子做无规则热运动，故分子间距离不可能完全相等，D项错答案为C.答案C,3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答案C,4水的相对分子质量是18，水的密度是1.0103 kg/m3，阿伏加德罗常数NA6.021023 mol1.求：(1)水分子的直径(2)水分子的质量(3)50 g水中所含的水分子个数(取两位有效数字),
