热学讲分子动理论与统计观点课件.ppt

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1、高三物理高考复习,第13章热 学,第1讲 分子动理论 内能,一、物体是由大量分子组成的 1分子的体积很小，它的直径数量级是1010m.2分子质量很小，一般分子质量的数量级是1026kg.3阿伏加德罗常数NA6.021023mol1，是联系微观世界和宏观世界的桥梁 二、分子永不停息地做无规则热运动 1分子永不停息做无规则运动的实验事实：扩散现象和布朗运动.,2.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.,越快,3布朗运动的特点(1)布朗运动是悬浮的花粉颗粒的运动，不是分子的运动，而是分子运动的反映(2)小颗粒做永不停息的无规则运动(3)任何固体颗粒悬浮在液体内部都可以做布朗运动

2、，颗粒越小，布朗运动越明显.(4)布朗运动在任何温度下都发生，但温度越高，布朗运动越明显.,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.,4布朗运动与热运动的关系 布朗运动和热运动都是无规则运动，热运动是产生布朗运动的原因，布朗运动是分子热运动的反映 三、分子间存在着相互作用力 1分子间同时存在引力和斥力，实际表现的分子力是引力和斥力的合力 2分子间的引力和斥力都随分子间的距离的增大而减小，随分子间的距离的减小而增大，但斥力的变化比引力的变化快,3分子间作用力和分子间距离r的关系 如图1311所示，(r0表示引力和斥力相等时的分子间距.

3、r=r0(r0的数量级约为10-10m)当rr0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.,图1311,r=r0 时 f引=f斥 分子力 F=0,对外不表现分子力,rr0 时 f引f斥 分子力表现为引力,rr0 时 f引f斥 分子力表现为斥力,3分子间作用力和分子间距离r的关系,四.物体的内能1分子平均动能的理解(1)单个分子的动能是没有意义的，有意义的是物体内所有分子动能的平均值，即分子的平均动能：,分子总动能从微观上看与分子的个数和平均动能有关,分子总动能从宏观上看与物体的质量，摩尔质量和温度有关。,（2）、温度,宏观含义：温

4、度是反映物体的冷热程度的物理量,微观含义（从分子动理论的观点来看）：温度是分子平均动能的标志，温度越高，物体分子热运动平均动能越大,注意：,1.同一温度下，不同物质分子的平均动能都相同但由于不同物质的分子质量不一定相同，所以分子热运动的平均速率也不一定相同2.温度反映的是大量分子平均动能的大小，不能反映个别分子的动能大小，同一温度下，各个分子的动能不尽相同3.在同一个温度下，物体分子的速度绝大部分分布在某个值附近，但总是有小部分速度很大的和速度很小的。,2分子势能的理解分子势能与分子间的距离(宏观表现为物体的体积)有关分子势能的大小随距离的变化如图所示由图可知：(1)当分子力为零时，即rr0时

5、，分子势能不是为零，而是最小,(2)当rr0，分子力表现为引力时，随着分子间的距离增大，分子需要不断克服分子力做功，分子势能增大(3)rr0，分子力表现为斥力，随着分子间距离减小，分子需要不断克服分子力做功，分子势能增大(4)分子势能的数值和其他势能一样，也具有相对意义由图可知，选无穷远处为零分子势能时，分子势能可以大于零，可以小于零，也可以等于零,物体体积改变，物体的分子势能必定发生改变大多数物质是体积越大，分子势能越大；也有少数反常物质(如冰、铸铁等)，体积大，分子势能反而小,3内能的决定因素物体的内能与物体的温度、体积、物态和分子数有关一般说来物体的内能决定因素可从两个方面判定：微观决定

6、因素；宏观决定因素(1)微观决定因素：分子的势能、分子的平均动能、分子的个数(2)宏观决定因素：物体的体积、物体的温度、物体所含物质的多少，即物质的量,物体的内能和机械能的比较,(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的内能只与温度有关(3)内能是对物体的大量分子而言的，不存在某个分子的内能的说法,知识理解：,2.气体能充满它所能到达的整个空间,气体的体积为容器的容积,3.在空间,向各个方向运动的气体分子数目是相等的,1.气体分子间的距离大约是分子直径的10倍左右，可以

7、把分子视为质点,五、气体分子运动的特点与统计规律:,对统计规律的理解(1)个别事物的出现具有偶然因素，但大量事物出现的机会，却遵从一定的统计规律(2)从微观角度看，由于物体是由数量极多的分子组成的，这些分子并没有统一的运动步调，单独来看，各个分子的运动都是不规则的，带有偶然性，但从总体来看，大量分子的运动却有一定的规律,气体分子运动的特点与统计规律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,3.气体压强的微观意义,（2）.影响气体压

8、强的两个因素:,气体分子的平均动能,气体分子的密集程度,-温度,-体积,（1）产生原因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看来，气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力,（微观因素）,(2)宏观因素,【例】(2011年东莞高二检测)关于密闭容器中气体的压强，下列说法正确的是()A是由于气体分子相互作用产生的B是由于气体分子碰撞容器壁产生的C是由于气体的重力产生的D气体温度越高，压强就一定越大,解析：选B.气体的压强是由容器内的大量分子撞击器壁产生的，A、C错，B对气体的压强受温度、体积影响，温度升高，若体积变大，压强不一定增大，D错,【

9、例】下列关于气体分子运动的说法正确的是()A分子除相互碰撞或跟容器壁碰撞外，可在空间自由移动B分子的频繁碰撞致使它做杂乱无章的热运动C分子沿各个方向运动的机会相等D分子的速率分布毫无规律,解析：选ABC.分子的频繁碰撞使其做杂乱无章的无规则运动，除碰撞外，分子可做匀速直线运动，A、B对大量分子运动遵守统计规律，如分子向各方向运动机会均等，分子速率分布呈“中间多，两头少”的规律，C对，D错,六、温度和温标1温度温度在宏观上表示物体的程度；在微观上反应分子的的大小2两种温标(1)比较：摄氏温标和热力学温标两种温标温度的零点不同，同一温度两种温标的数值不同，但它们表示的温度间隔是相同的，即每一度的大

10、小相同，即tT.(2)关系：Tt273.15 K.,冷热,平均动能,特别提醒：(1)热力学温度的零值是低温极限，永远达不到，即热力学温度无负值(2)温度是大量分子热运动的集体行为，对个别分子来说温度没有意义,【例】下列关于热力学温标的说法不正确的是()A热力学温度的零度是273.15，叫绝对零度B热力学温度的每一度的大小和摄氏温度是相同的C绝对零度是低温的极限，永远达不到D1就是1 K解析：热力学温度和摄氏温度的每一度大小是相同的，两种温度的区别在于它们的零值规定不同，所以A、B、C正确；据T(273.15t)K知1为274.15 K，所以D不正确答案：D,【例】有甲、乙两种气体，如果甲气体内

11、分子平均速率比乙气体内平均速率大，则()A甲气体温度，一定高于乙气体的温度B甲气体温度，一定低于乙气体的温度C甲气体的温度可能高于也可能低于乙气体的温度D甲气体的每个分子运动都比乙气体每个分子运动的快,答案：C,解析：A项认为气体分子平均速率大，温度就高，这是对气体温度的微观本质的错误认识，气体温度是气体分子平均动能的标志，而分子的平均动能不仅与分子的平均速率有关，还与分子的质量有关本题涉及两种不同气体(即分子质量不同)，它们的分子质量无法比较因而无法比较两种气体的温度的高低故A、B错，C正确速率的平均值大，并不一定每个分子速率都大，故D错答案：C,【例】摄氏温标：在1954年以前，标准温度的

12、间隔是用两个定点确定的它们是水在标准大气压下的沸点(汽化点)和冰在标准大气压下与空气饱和的水相平衡时的熔点(冰点)摄氏温标(以前称为百分温标)是由瑞典天文学家A摄尔修斯设计的以冰点定作0，汽化点定作100，因此在这两个固定点之间共为100，即一百等份，每等份代表1度，用1表示，用摄氏温标表示的温度叫做摄氏温度摄氏温标用度作单位，常用t表示热力学温标由英国科学家威廉汤姆逊(开尔文)创立，把273.15作为零度的温标，叫做热力学温标(或绝对温标)热力学温标用T表示，单位用K表示,试回答：(1)热力学温标与摄氏温标之间的关系为_(2)如果可以粗略地取273为绝对零度在一标准大气压下，冰的熔点为_，即

13、为_ K，水的沸点是_，即_ K.(3)如果物体的温度升高1，那么，物体的温度将升高_ K.,Tt273.15 K,0,273,100,373,1,解析：(1)摄氏温标冰点温度为0，汽化点温度作为100，且用t表示；而热力学温标是把273.15作为零开尔文的，用T表示，所以热力学温标与摄氏温标之间的关系为Tt273.15 K.(2)如果取273为绝对零度，则T与t关系为Tt273 K显然，在一标准大气压下，冰的熔点为0，即为273 K；水的沸点是100，即为373 K.(3)因Tt273.15 K，所以当t由1增加到2时，T就由1273.15 K274.15 K增加到2273.15 K275.

14、15 K，显然物体的温度升高1，温度升高1 K.,1.阿伏加德罗常数的应用 问题：阿伏加德罗常数是联系微观与宏观的纽带，在热学中如何利用阿伏加德罗常数进行估算？解答：阿伏加德罗常数NA把宏观摩尔质量Mmol与摩尔体积Vmol跟微观量分子质量m0与分子体积V0联系了起来,(2)正方体模型：设想固体和液体分子(原子或离子)是紧密排列着的正方体，那么分子间距离就是正方体的边长，因此一个分子的体积就是V0L3.对于以上两种模型计算出的数量级是相同的，但对于气体，由于气体分子间的距离比较大，利用以上两模型无法求出气体分子的直径，但可根据气体总体积和分子数求出每个分子占有的空间和相邻两分子的间距,【例1】

15、：根据水的密度为1.0103kg/m3和水的摩尔质量M1.8102kg，利用阿伏加德罗常数，估算水分子的质量和水分子的直径 解析：每个水分子的质量moM/NA3.01026kg；水的摩尔体积VM/，把水分子看做一个挨一个紧密排列的小球，则每个分子的体积为V0V/NA，而根据球体积的计算公式，用d表示水分子直径，V04r3/3d3/6，得d41010m.,点评：估算问题是热学定量运算常遇到的问题，也是近年考查的热点之一，常用什么公式运算，怎样快捷估算都是大家复习时要专项训练的 警示：分不清固体、液体和气体的分子间距所对应的模型而出错,2.分子热运动 问题：分子很小，其直径数量级为1010m，肉眼

16、看不见，但是我们可以利用两种典型的现象采用转化法进行推测请描述推测的过程 解答：通过布朗运动与扩散能推测分子的热运动特征虽然布朗运动与扩散是不同的现象，但也有相同之处首先，它们都反映了分子永不停息的做无规则热运动；其次，扩散和布朗运动都是随温度的升高而表现得越明显,其不同之处是：扩散是两种不同物质接触时，没有受到外力影响，而能彼此进入对方的现象，气体、液体、固体都有扩散现象扩散的快慢程度除和温度有关外，还与物体的密度差、溶液的浓度差有关物体的密度差(或浓度差)越大，温度越高，扩散进行得越快而布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，其运动的剧烈程度与微粒的大小和液体的温度有关,【例2】做

17、布朗运动实验，得到某个观测记录如图1313所示图中记录的是()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,图1313,答案：D,解析：布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，而非分子的运动，A项错误；对于某个微粒而言在不同时刻的速度大小和方向均是不确定的，所以无法确定其在某一个时刻的速度，故也就无法描绘其速度时间图线，C项错误；D项正确 答案：D,点评：布朗运动的特点：(1)布朗运动是无规则的；(2)布朗运动是永不停息的；(3)布朗微粒越小，运动越明显；(4)温度越高，布朗运动越显著 警示：布朗

18、运动中固体微粒的运动极不规则，实验得出的是每隔一定时间微粒所处位置的连线，不是固体微粒的运动轨迹,3.分子力与分子间距的关系 问题：分子间距发生变化时，分子间的引力、斥力、它们的合力分子力都要变化，同时分子力做功还将引发分子势能、分子动能的变化请详述之,解答：引力与斥力随分子间距增大而减小，但斥力的变化比引力的变化要快 由分子力曲线可知，当rr0时，斥力小于引力，分子力表现为引力，且随着分子间距离增大先增大后减小,取两分子间距r时为零势能，当rr0时，若分子间距减小，分子力做正功，分子动能增大，分子势能减小，当rr0时，分子势能最小，分子动能最大,【例3】：根据分子动理论，设两个分子间的距离为

19、r0时分子间的引力和斥力相等，以下关于分子力与分子势能与它们间距离的关系，正确的是()A若两分子间距离在r0的基础上增大，则分子间的引力增大，斥力减小，分子力表现为引力 B两分子间距离越大，分子力越小；分子间距离越小，分子力越大 C两分子间距离为r0时，分子势能最小，在r0的基础上距离增大或减小，分子势能都变大 D两分子间距离越大，分子势能越大；分子间距离越小，分子势能越小,答案：C,解析：如左图所示，当两分子间的距离为r0时，分子间的引力和斥力相等，分子力为零；若分子间距在r0的基础上增大，分子间的引力和斥力同时减小，因斥力减小得快，故分子力表现为引力，故选项A错误；从分子力随距离变化的图象

20、可知，分子力的变化不具有单调性，故选项B错误；,右图为分子势能与分子间距的关系图象，由图象可知，两分子间距离为r0时，分子势能最小，当分子间距离在r0的基础上增大时，分子间的作用力表现为引力，分子力做负功，分子势能增加，当减小分子间的距离时，分子间的作用力表现为斥力，分子力做负功，分子势能增加，故可以判断选项C是正确的；同时，分子势能的图象不具有单调性，故选项D错误综述C项正确,答案：C,点评：固体在平衡时，分子间的引力与斥力大小相等，处于平衡状态，而当我们对它施加作用力而企图把它拉长时，分子间的距离稍微变大点，分子间的引力就大于斥力，从而分子间的作用力宏观上变成了引力，因此很难被拉断气体之所

21、以充满整个容器，是因为气体分子间几乎没有相互作用力，分子除了与其他分子发生碰撞以外，几乎做匀速直线运动，直到它们与器壁相碰同样，气体分子对器壁有压强，这是气体分子与器壁碰撞过程中产生的作用力，与气体分子间的斥力无关,警示：分子力曲线是由斥力曲线与引力曲线合成而来，三者都是非线性关系分子力与距离轴有一个交点，表示的是两分子间受引力与斥力平衡的间距，数量级是1010m.,4.油膜法测量分子大小 问题：分子很小，但是人们通过建模放大能测量出其直径，请简述具体方法 解答：把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸就在水面上散开，其中的酒精溶于水，并很快挥发，在水面上形成一个单分子层油膜，如果把分子看成

22、球形，单分子油膜的厚度就可认为等于油酸分子的直径，,如图1314所示是单分子油膜侧面的示意图，如果事先测出油酸液滴的体积V，再测出油膜的面积S，就可以估算出油酸分子的直径,图1314,【例4】:在做“用油膜法估测分子的大小”实验中，油酸酒精溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸6mL.用注射器测得1mL上述溶液中有液滴50滴把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描出油膜的轮廓，随后把玻璃板放在坐标纸上，其形状如图1315所示，坐标中正方形小方格的边长为20mm.求：(1)油酸膜的面积是多少？(2)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少？(3)根据上述数据

23、，估测出油酸分子的直径是多少？,图1315,解析：(1)求油酸膜的面积时，先数出“整”方格的个数对剩余小方格的处理方法是：不足半个的舍去，多于半个的算一个数一下共有59个小方格面积SnS059(20103)2m22.4102m2,点评：解答本题的关键：一是换算出每滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸的体积；二是会利用数格子的方法求解油分子膜的面积(数格子法是估测不规则形状面积的一种方法：将一玻璃板放在不规则形状面积的上方，在玻璃上画出不规则图形的轮廓，然后将其放在坐标纸上，数出不规则图形的轮廓包围的方格数；计算方格数时，不足半个格子的舍去，多于半个格子的算一个方格边长的单位越小，这种方法求出的面积越精

24、确)警示：解答本题的常见错误是将纯油酸的体积换算错误避免错误的方法是认真审题，弄清溶质溶剂的关系,1.(单选)(2010上海卷)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,答案：B,解析：本题考查分子间相互作用力随分子间距的变化图象的理解根据分子力和分子间距离关系图象，如图可知，选B.,答案：B,2.(单选)(2010福建卷)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

25、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(),答案：D,解析：本题考查知识的记忆，图象突出中间多两边少的特点，答案选D.,3.(多选)用单分子油膜法测出油分子(视为球形)的直径后，还需要下列哪些物理量就可以测定阿伏加德罗常数()A油的摩尔质量和密度 B油的摩尔体积 C油滴的体积 D油滴的质量和油的摩尔质量,AB,4.(单选)学习了“用油膜法估测分子的大小”的实验后，某校课外物理兴趣小组做了如下实验，将体积为1.2103cm3的石油滴在平静的水面上，经过一段时间后，石油扩展为3m2的单分子油膜，请你估算一下石油分子的直径为()A6.01010m B4.01010mC4.0108m D4.01012m,答案：B,