搜索
11第八章热学22内容要求说明物质是由大量分子组成的，阿伏加德罗常数，分子的热运动，布朗运动，分子间的相互作用力Ⅰ分子热运动的动能，温度是物体分子热运动平均动能的标志，物体分子间相互作用的势能，物体的内能Ⅰ做功和热传递是改变物体内能的两种方式，热量，能量守恒定律Ⅰ热力学第一定律Ⅰ33内容要求说明热力学第二定律Ⅰ永动机不可能制成Ⅰ绝对零度不可能达到Ⅰ能源的开发和利用，能源的利用与环境保护Ⅰ44内容要求说明气体的状态和状态参量，热力学温度Ⅰ气体的体积、温度、压强之间的关系Ⅰ气体分子运动的特点Ⅰ气体压强的微观意义Ⅰ实验：用油膜法估测分子的大小55热学分子动能论内能与能量守恒气体66分子动理论物质是由大量分子组成的分子的大小阿伏加德罗常数：NA=6.02×1023mol-1，相关估算分子永不停息地做无规则运动实验依据：扩散现象；布朗运动(产生原因、运动特点、影响因素)热运动：指分子的永不停息的无规则运动运动特点：永不停息；毫无规则；温度越高越剧烈单分子油膜法测分子直径：数量级：10-10mVdS77分子间存在相互作用力分子引力、斥力同时存在，分子力指两者的合力引力与斥力随分子间距离变化的规律分子力随距离变化关系图线：F-r图线88内能与能量气体守恒微观:分子数、分子平均动能、分子间距宏观：质量、温度、体积分子势能分子力做功与分子势能变化的关系决定因素：微观——分子间距；宏观——体积(非单调变化)物体的内能定义：物体内所有分子动能和分子势能的总和决定因素改变内能的方式：做功和热传递(注意两者的联系和本质区别)分子动能：温度是分子平均动能的标志99热力学第一定律：ΔU=W+Q，符号法则能量守恒定律；能源和环境按照热传导的方向性表述按照内能与机械能转化过程的方向性表述一个实质：一切宏观的、自发的热现象具有方向性两种表述能量的转化和守恒热力学第二定律内能与能量气体守恒1010温度：物理意义、单位及换算体积：物理意义、单位及换算压强：物理意义、单位及换算、微观及宏观决定因素、计算气体状态变化时各参量的定性关系的微观解释气体分子动理论气体分子的运动特点气体压强的微观解释气体的状态参量及状态变化气体1111一、分子动理论热学研究热现象的规律，是物理学的一个组成部分.描述热现象的一个基本概念是温度，凡跟温度有关的现象都叫热现象.分子动理论是从物质微观结构来研究热现象的理论，其基本内容是：物质是由大量分子组成的；分子做着永不停息的无规则运动；分子间存在着相互作用力.12121.分子的意义：这里所指的分子，是指在热运动中遵循相同规律的微观粒子，可以是分子、原子、离子等.2.对于固体或液体，可以把它们的分子看成一个一个紧密排列的小球，利用这种球形模型，可以估算分子的大小，即：分子体积=固体或液体的体积÷分子个数.利用单分子油膜法求出分子直径的数量级为10-10m.13133.气体分子仍然可以视为小球，但气体分子间的间隙较大，一般达到分子直径的10倍，如果用气体的体积除以分子数，得到的是每个气体分子平均占据的空间，这个空间远大于气体分子的体积.一般的，我们在考虑气体分子平均占据的空间时，把这个空间视为立方体，即立方体模型.14144.阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol-1，它是联系微观世界和宏观世界的桥梁.在已知摩尔体积的条件下，可通过阿伏加德罗常数求出固体或液体的分子体积，也可求出每个气体分子平均占据空间；在已知摩尔质量的条件下，可求出分子质量.1515某气体的摩尔质量为M，摩尔体积为V，密度为ρ，每个分子的质量和体积分别为m和V0，则阿伏加德罗常数NA可表示为()A.B.C.D.0AVNVAVNmAMNm0 AMNVBC1616由于气体分子间间隙很大，V0不是每个分子平均占据的空间的体积，故A错；因ρV为气体的摩尔质量，B对、C对；ρ并非分子的密度，ρV0远小于气体的分子质量，故D错.0AVNV，1717二、分子热运动1.扩散现象(1)定义：相互接触的不同物质彼此进入对方的现象.(2)原因：是分子无规则运动引起的，扩散现象是分子热运动的直接证明.(3)特点：温度越高，扩散现象越显著，可在固体、液体、气体中进行.18182.布朗运动(1)定义：悬浮在液体(或气体)中的微粒的永不停息地做无规则运动.(2)原因：大量液体分子(或气体分子)对小颗粒撞击的不平衡性所致.布朗运动间接地反映和证明了液体分子(或气体分子)永不停息地做无规则运功.(3)关于布朗运动，要注意以下几点：①形成条件：微粒足够小.1919②温度越高，布朗运动越激烈.③观察到的是固体微粒(不是液体分子，不是固体分子)的无规则运动，反映的是液体分子运动的无规则性.④实验中描绘出的是某固体微粒每隔30秒的位置的连线，不是该微粒的运动轨迹.2020做布朗运动实验，得到某个观测记录如图8-1-1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8-1-1D2121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，故A项错误；既然无规则所以微粒没有固定的运动轨迹，故B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，故C项错误；故只有D项正确.2222三、分子间存在相互作用力1.分子间同时存在着相互作用的引力和斥力，它们都随分子间距离增大而减小，随分子间距离减小而增大，且斥力变化较快.2.分子力是指分子所受的引力和斥力的合力，分子力随分子间距离变化而变化的规律是：①r＜r0时，斥力大于引力，分子力体现为斥力；②r=r0时，斥力等于引力，分子力为0；2323③r＞r0时，斥力小于引力，分子力体现为引力，但要注意，分子力体现为引力时，有一个最大值，因此，在宏观上，所有物体都会有一个最大抗拉力，超过这个最大抗拉力，物体将被拉断；2424④r＞10r0以后，分子力将变得十分微弱，可以忽略不计.以上规律如图8-1-2上图所示(要注意分子力曲线和分子势能曲线的区别与联系)图8-1-22525在两个分子从很远的距离相互靠近到几乎紧贴的过程中，下列说法正确的是()A.引力增大，斥力减小B.引力减小，斥力增大C.分子力一直增大D.分子力先增大，后减小，再增大D2626分子间引力和斥力都是随分子间距离减小而增大的，故A、B都错；分子力是指分子引力和斥力的合力，从分子力曲线可知，在两分子从较远距离相互靠近到几乎紧贴的过程中，分子力先体现为引力，且先增大后减小，r＜r0后再靠近，分子力体现为斥力且增大，可知C错，D对.2727四、物体的内能、热和功、能的转化和守恒定律1.物体的内能(1)做热运动的分子具有的动能叫分子动能；温度是分子平均动能的标志.①在宏观上，温度描述的是物体冷热程度；在微观上，温度反映分子运动的剧烈程度.2828②分子速率的统计规律：物体内大多数分子具有中等速率，少数分子的速率较大，少数分子速率较小；分子的速率是相对于所在物体本身而言的，要把分子速率和分子所在的物体做机械运动的速率区分开来，避免出现物体做机械运动的速率大，则物体的分子平均动能大的错误认识.③温度是宏观量，对个体分子而言毫无意义；同时，温度是状态量.2929④温度相同的物体，分子的平均动能相等，但由于物质种类不同导致分子质量不同，所以，即使是温度相同的物体，分子平均速率也可能不同.(2)由于分子间有相互作用力，所以存在由它们的相对位置决定的分子势能.①分子力做功与分子势能变化的关系：分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增加(可与重力做功与重力势能变化的关系、电场力做功与电势能变化的关系类比).3030②在微观上，分子间距离越接近r0，分子势能越小；分子间距离越远离r0，分子势能越大(由图8-1-2下图可知).③在宏观上，分子势能与体积有关.但应注意，体积变大，不一定是使分子间距离远离r0，因而分子势能不一定增大.3131④要注意区分物体的重力势能和分子势能，不能把两者混为一谈：分子势能是由于分子间存在相互作用力而具有的由其相对位置决定的能，而物体的重力势能是由于物体受到重力而具有的由其高度决定的能.3232(3)物体中所有分子的动能和分子势能的总和叫物体的内能.①物体的内能与分子总数、温度和体积有关.②内能是宏观量，对个体分子而言毫无意义.③内能是状态量.33332.热和功(1)做功和热传递是改变物体内能的两种方式，在改变物体的内能上，做功和热传递是等效的，但两者有着本质的区别，做功是能量的转化，而热传递只是内能的转移.(2)功是能量转化的量度，对应做功的过程；热量是内能转移的量度，对应热传递的过程；可见，功和热量都是过程量.3434已知一定质量的0℃的水结成0℃的冰时体积要增大，同时放出热量，下列说法中正确的是()A.分子的平均动能一定减少了B.因为体积增大，分子势能一定增大了C.内能一定减小了D.分子势能一定减小了CD3535由于温度没有改变，所以分子平均动能不变，A错；分子势能与体积有关，但体积增大，分子势能不一定增大，在此，可以这样来判断分子势能的变化：0℃的水结成0℃的冰时，放出热量，可以肯定内能一定减小了，但由于分子动能没有变化，所以一定是分子势能减小了.3636如图8-1-3，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示，F0为斥力，F0为引力，a、b、c、d为x轴上四个特定的位置，现把乙分子从a处由静止释放，则()图8-1-3BC3737A.乙分子从a到b做加速运动，由b到c做减速运动B.乙分子由a到c做加速运动，到达c时速度最大C.乙分子由a到b的过程中，两分子间的分子势能一直减少D.乙分子由b到d的过程中，两分子间的分子势能一直增加3838分子力做功与分子势能的变化，对分子力曲线和分子势能曲线的理解.由图可知F=0的位置是c点，此时，r=r0，分子力在rr0时表现为引力，rr0时表现为斥力，所以a→b→c，分子力做正功，动能增加，分子势能减少，c→d，分子力做负功，动能减少，势能增加，所以A、D错，B、C正确，故选B、C.解答此题时，一定要防止把分子力曲线错看为分子势能曲线.3939由于分子间距大于r0时，分子力表现为引力，因此分子乙从远处移到距分子甲r0处过程中分子力做正功，由于分子间距离小于r0时分子力表现为斥力，因此分子乙从距分子甲r0处继续移近甲时要克服分子力做功.4040利用单分子油膜法可以粗测分子的大小和阿伏加德罗常数.如果已知体积为V的一滴油在水面上散开形成的单分子油膜的面积为S，这种油的密度为ρ、摩尔质量为μ，阿伏加德罗常数应如何求出？对微观量的估算.4141由单分子油膜的特征，这种油的分子直径为d=V/S(将油膜看成单分子紧密排列形成的膜)，每个油分子的体积为(将分子看成球形)，每摩尔这种油的体积为V′=μ/ρ因此.阿伏加德罗常数为；NA=V′/V0=6μS3/πρV3.33034ππ()326dVVS4242分子直径的数量级是d=10-10m，由S=V/d,V=M/ρ可知：M/ρd=1011m2，答案为A.4343下列说法中正确的是()A.如果一个分子运动得快，那么这个分子的温度就高B.高温物体内分子的平均速率一定比低温物体内分子平均速率大C.高温物体内每个分子一定比低温物体内每个分子运动得快D.高温物体的分子平均动能一定比低温物体的分子平均动能大对温度、分子平均动能、分子势能、内能等概念的理解.D4444温度是宏观量，对个体分子而言没有意义，A错；高温物体内分子的平均动能一定大，但由于物质的种类不同，分子质量不同，可能导致高温物体内分子的平均速率比低温物体内分子平均速率小，这样，也就不能保证高温物体内每个分子都比低温物体内每个分子运动得快，即使是相同的物质，高温物体内分子的平均速率大于低温物体内分子的平均速率，也不能保证高温物体内每个分子比低温物体内每个分子运动得快，故B、C错，D对