高中物理选修3-3讲义

1高中物理人教版选秀3-3教案第七章1、物质是由大量分子组成的1．热现象：与温度有关的物理现象。如热胀冷缩、摩擦生热、水结冰、湿衣服晾干等都是热现象。2．热学的主要内容：热传递、热膨胀、物态变化、固体、液体、气体的性质等。3．热学的基本理论：由于热现象的本质是大量分子的无规则运动，因此研究热学的基本理论是分子动理论、量守恒规律。1．分子的大小。分子是看不见的，怎样能知道分子的大小呢？（1）单分子油膜法是最粗略地说明分子大小的一种方法。如果油在水面上尽可能地散开，可认为在水面上形成单分子油膜，可以通过幻灯观察到，并且利用已制好的方格透明胶片盖在水面上，用于测定油膜面积。如图1所示。已知一滴油的体积V和水面上油膜面积S，那么这种油分子的直径是多少？如果分子直径为d，油滴体积是V，油膜面积为S，则d=V／S，根据估算得出分子直径的数量级为10-10m。2．阿伏伽德罗常数NA=6.02×1023个／mol，粗略计算可用NA=6×1023个／mol。（三）课堂练习1．体积是10-4cm3的油滴滴于水中，若展开成一单分子油膜，则油膜面积的数量级是A.102cm2B.104cm2C.106cm2D.108cm2答案：B2．已知铜的密度是8.9×103kg／m3，铜的摩尔质量是63．5×10-3kg／mol。体积是4．5cm3的铜块中，含有多少原子？并估算铜分子的大小。答案：3．8×1023，3×10-10m物质摩尔质量M、密度ρ、阿伏伽德罗常数NA，计算出分子直径作业1．只知道下列那一组物理量，就可以估算出气体中分子间的平均距离A．阿伏加徳罗常数，该气体的摩尔质量和质量B．阿伏加徳罗常数，该气体的摩尔质量和密度2C．阿伏加徳罗常数，该气体的质量和体积D．该气体的质量、体积、和摩尔质量2.假如全世界60亿人同时数质量为1mg水的分子个数，每人每小时可以数5000个，不间断地数，阿伏加德罗常数NA取6×1023mol-1，则完成任务所需时间最接近()A.1年B.100年C.1万年D.1百万年3、用油膜法测出分子的直径后，要测定阿伏加德罗常数，只需知道油滴（）A、摩尔质量B、摩尔体积C、体积D、密度4、将1cm3油酸溶于酒精中，制成200cm3油酸酒精溶液。已知1cm3溶液中有50滴。现取一滴油酸酒精溶液滴到水面上，随着酒精溶于水后，油酸在水面上形成一单分子薄层。已测出这薄层的面积为0.2m2，由此估测油酸分子的直径为（）A、2×10-10mB、5×10-10mC、2×10-9mD、5×10-9m5、只要知道下列哪一组物理量，就可以估算出气体中分子间的平均距离（）A．阿伏加德罗常数、该气体的摩尔质量和质量B．该气体的摩尔质量和密度C．阿伏加德罗常数、该气体的摩尔体积D．该气体的密度、体积和质量6、若以M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，ρ为在标准状态下水蒸气的密度，NA为阿伏加德罗常数，m、V0表示每个水分子的质量和体积，下面是四个关系式：(1)mVNA(2)0VNMA(3)ANMm(4)ANVV0其中（）A．（1）和（2）都是正确的B．（1）和（3）都是正确的C．（3）和（4）都是正确的D．（1）和（4）都是正确的2、分子的热运动1．介绍布朗运动现象1827年英国植物学家布朗用显微镜观察悬浮在水中的花粉，发现花粉颗粒在水中不停地做无规则运动，后来把颗粒的这种无规则运动叫做布朗运动。不只是花粉，其他的物质如藤黄、墨汁中的炭粒，这些小微粒悬浮在水中都有布朗运动存在。2．介绍布朗运动的几个特点（1）连续观察布朗运动，发现在多天甚至几个月时间内，只要液体不干涸，就看不到这种运动停下来。这种布朗运动不分白天和黑夜，不分夏天和冬天（只要悬浮液不冰冻），永远在运动着。所以说，这种布朗运动是永不停息的。（2）换不同种类悬浮颗粒，如花粉、藤黄、墨汁中的炭粒等都存在布朗运动，说明布朗运动不取决于颗粒本身。更换不同种类液体，都不存在布朗运动。（3）悬浮的颗粒越小，布朗运动越明显。颗粒大了，布朗运动不明显，甚至观察不到运动。（4）布朗运动随着温度的升高而愈加激烈。（四）课堂练习1．关于布朗运动的下列说法中，正确的是[]。A．布朗运动就是液体分子的热运动B．布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒内的分子的无规则热运动C．温度越高，布朗运动越激烈D．悬浮颗粒越小，布朗运动越激烈答案：C、D。32．如图是观察记录做布朗运动的一个微粒的运动路线。从微粒在A点开始记录，每隔30s记录下微粒的一个位置，得到B、C、D、E、F、G等点，则微粒在75s末时的位置[]。A．一定在CD连线的中点B．一定不在CD连线的中点C．可能在CD连线上，但不一定在CD连线的中点D．可能在CD连线以外的某点答案：C、D。作业1．关于布朗运动下列说法正确的是A．布朗运动是液体分子的运动B．布朗运动是悬浮微粒分子的运动C．布朗微粒做无规则运动的原因是由于它受到水分子有时吸引、有时排斥的结果D．温度越高，布朗运动越显著2、关于布朗运动,下列说法正确的()A.布朗运动就是分子的无规则运动B.布朗运动是液体分子的无规则运动C.温度越高,布朗运动越剧烈D.在00C的环境中,布朗运动消失3、关于布朗运动，下列说法中正确的是（）A．悬浮在液体或气体中的小颗粒的无规则运动就是分子的无规则运动B．布朗运动反映了悬浮微粒分子的无规则运动C．分子的热运动就是布朗运动D．悬浮在液体或气体中的颗粒越小，布朗运动越明显4、在较暗的房间里，从射进来的阳光中，可以看到悬浮在空气中的微粒在不停地运动，这些微粒的运动是（）A．是布朗运动B．空气分子运动C．自由落体运动D．是由气体对流和重力引起的运动5、做布朗运动实验，得到某个观测记录如图所示．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3、分子间的相互作用力．分子间引力和斥力的大小跟分子间距离的关系。(1)经过研究发现分子之间的引力和斥力都随分子间距离增大而减小。但是分子间斥力随分子间距离加大而减小得更快些，如图1中两条虚线所示。(2)由于分子间同时存在引力和斥力，两种力的合力又叫做分子力。在图1图象中实线曲线表示引力和斥力的合力(即分子力)随距离变化的情况。当两个分子间距在图象横坐标距离时，分子间的引力与斥力平衡，分子间作用力为零，的数量级为m，相当于位置叫做平衡位置。4分子间距离当r时，分子间引力和斥力都随距离减小而增大，但斥力增加得更快，因此分子间作用力表现为斥力。展示幻灯片图2。当r时，引力和斥力都随距离的增大而减小，但是斥力减小的更快，因而分子间的作用力表现为引力，但它也随距离增大而迅速减小，当分子距离的数量级大于m时，分子间的作用力变得十分微弱，可以忽略不计了。在图2中表示分子间距离r不同的三种情况下，分子间引力斥力大小的情况。1．用分子动理论的知识解释下列现象：(1)洒在屋里的一点香水，很快就会在屋里的其他地方被闻到。(2)水和酒精混合后，总体积减小。(3)高压下的油会透过钢壁渗出。(4)温度升高，布朗运动及扩散现象加剧。(5)固体不容易被压缩和拉伸。2．把一块洗净的玻璃板吊在橡皮筋的下端，使玻璃板水平地接触水面(如图如果你想使玻璃板离开水面，用手向上拉橡皮筋，拉动玻璃板的力是否大于玻璃板受的重力?动手试一试，并解释为什么?正确答案是：拉力会大于玻璃板的重力。玻璃板离开水面时水会发生分裂，由于水分子之间有引力存在，外力要克服这些分子引力造成外界拉力大于玻璃板的重力。玻璃板离开水面后，可以看到玻璃板下表面上仍有水，说明玻璃板离开水时，水层发生断裂。3.如上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.在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作业1.下列现象中不能说明分子间存在分子力的是()A.两铅块能被压合在一起B.钢绳不易被拉断C.水不容易被压缩D.空气容易被压缩2、以下关于分子力的说法正确的是()A.分子间既存在引力也存在斥力B.液体难以被压缩表明液体分子间只有斥力存在C.气体分子间总没有分子力的作用D.扩散现象表明分子间不存引力3、分子间的相互作用力由引力f引和斥力f斥两部分组成，则（）A．f引和f斥是同时存在的B．f引总是大于f斥，其合力总是表现为引力C．分子间的距离越小，f引越小，f斥越大D．分子间的距离越小，f引越大，f斥越小4、若两分子间距离为r0时，分子力为零,则关于分子力、分子势能说法中正确的是（）A．当分子间的距离为r0时，分子力为零，也就是说分子间既无引力又无斥力B．分子间距离大于r0时，分子距离变小时，分子力一定增大C．分子间距离小于r0时，分子距离变小时，分子间斥力变大，引力变小D．在分子力作用范围内，不管rr0，还是rr0，斥力总是比引力变化快，5、两个分子开始时相隔10倍分子直径以上的距离，在它们逐渐被压缩到不能再靠近的过程中，以下说法正确的是()A．分子势能先增大后减小B．分子力先增大后减小C．分子势能先减小后增大．D．分子力先减小后增大54、物体的内能1．分子的动能、温度物体内大量分子不停息地做无规则热运动，对于每个分子来说都有无规则运动的动能。由于物体内各个分子的速率大小不同，因此，各个分子的动能大小不同。由于热现象是大量分子无规则运动的结果，所以研究个别分子运动的动能是没有意义的。而研究大量分子热运动的动能，需要将所有分子热运动动能的平均值求出来，这个平均值叫做分子热运动的平均动能。温度这个物理量在宏观上的意义是表示物体冷热程度，而它又是大量分子热运动平均动能大小的标志，这是温度的微观含义。2．分子势能分子间存在着相互作用力，因此分子间具有由它们的相对位置决定的势能，这就是分子势能。如果分子间距离约为10-10m数量级时，分子的作用力的合力为零，此距离为r0。当分子距离小于r0时，分子间的作用力表现为斥力，要减小分子间的距离必须克服斥力做功，因此，分子势能随分子间距离的减小而增大。如果分子间距离大于r0时，分子间的相互作用表现为引力，要增大分子间的距离必须克服引力做功，因此，分子势能随分子间的距离增大而增大。分子势能的大小变化可通过宏观量体积来反映。3．物体的内能（1）物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。一切物体都是由不停地做无规则热运动并且相互作用着的分子组成，因此任何物体都是有内能的。课上练习：1．判断下面各结论是否正确？（1）温度高的物体，内能不一定大。（2）同样质量的水在100℃时的内能比60℃时的内能大。（3）内能大的物体，温度一定高。（4）内能相同的物体，温度一定相同。答案：（1）、（2）是对的。2．在标准大气压下，100℃的水吸收热量变成同温度的水蒸气的过程，下面的说法是否正确？（1）分子热运动的平均动能不变，因而物体的内能不变。（2）分子的平均动能增加，因而物体的内能增加。答案：以上结论都不对。3、两个分子开始时相隔10倍分子直径以上的距离，在它们逐渐被压缩到不能再靠近的过程中，以下说法正确的是()A．分子势能先增大后减小B．分子力先增大后减小C．分子势能先减小后增大．D．分子力先减小后增大4、a、b两分子相距较远，此时它们之间的分子力可忽略，设a固定不动，b逐渐向a靠近，直到很难再靠近的整个过程中()A、分子力总是对b做正功B、b总是克服分子力做功C、b先克服分子力做功，然后分子力对b做正功D、分子力先对b做正功，然后b克服分子力做功5、分子间的势能与体积的关系，以下说法正确的是（）Ａ、物体的体积增大，分子间势能增加。Ｂ、理想气体分子的距离增大，分子间势能减小。Ｃ、物体的体积增大，分子间的势能不一定增加。Ｄ、物体体积减小，分子间势能增加。作业1．关于物体内能，下列说法正确的是A．相同质量的两种物体，升高相同温度，内能增量相同B．一定量0℃的水结成0℃的冰，内能一定减少6C．一定