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1、第七章 分子动理论本讲稿第一页，共十八页预习第四、五两节，解决下面问题：预习第四、五两节，解决下面问题：1、系统；状态参量；平衡态；、系统；状态参量；平衡态；2、热平衡；热平衡定律；温度；热力学温度、热平衡；热平衡定律；温度；热力学温度3、分子动能；分子平均动能；温度、分子动能；分子平均动能；温度4、分子势能；决定分子势能的因素、分子势能；决定分子势能的因素5、物体的内能；内能的决定因素、物体的内能；内能的决定因素本讲稿第二页，共十八页 杯子中盛有正在熔化的杯子中盛有正在熔化的0的冰水混合物，若将其移至的冰水混合物，若将其移至0的房间，冰和水质量各怎样变化的房间，冰和水质量各怎样变化?说说其中
2、的道理说说其中的道理 思考：初中阶段学习的热传递方向是思考：初中阶段学习的热传递方向是怎样的怎样的?若两个接触物体间没有发生热传若两个接触物体间没有发生热传递这两个物体一定具有怎样的共性递这两个物体一定具有怎样的共性?本讲稿第三页，共十八页4 温度和温标温度和温标本讲稿第四页，共十八页一、平衡态与状态参量一、平衡态与状态参量物理学中，把所物理学中，把所研究的对象研究的对象称为系统称为系统 系统以外的周围物体系统以外的周围物体称之为外界或环境，系统与外称之为外界或环境，系统与外界之间往往存在相互的作用在物理学研究中，对系统界之间往往存在相互的作用在物理学研究中，对系统内部问题，往往采取内部问题，
3、往往采取“隔离隔离”分析方法，对系统与外界的分析方法，对系统与外界的相互作用问题，往往采取相互作用问题，往往采取“整体整体”分析的方法分析的方法1.什么叫系统？什么叫系统？2、状态参量、状态参量：描述物质系统状态的宏观物理量描述物质系统状态的宏观物理量叫做状态参叫做状态参量量 1.1.几何参量（如：气体体积）几何参量（如：气体体积）几何参量（如：气体体积）几何参量（如：气体体积）2.力学参量（如：气体压强）力学参量（如：气体压强）3.化学参量（如：混合气体各化学组的质量和化学参量（如：混合气体各化学组的质量和摩尔数等）摩尔数等）4.电磁参量（如：电场和磁场强度，电极化电磁参量（如：电场和磁场强
4、度，电极化和磁化强度等）和磁化强度等）5.5.热学参量（如：温度，熵等）热学参量（如：温度，熵等）热学参量（如：温度，熵等）热学参量（如：温度，熵等）本讲稿第五页，共十八页如果在所研究的问题中既不涉及电磁性质又无须考虑与化如果在所研究的问题中既不涉及电磁性质又无须考虑与化如果在所研究的问题中既不涉及电磁性质又无须考虑与化如果在所研究的问题中既不涉及电磁性质又无须考虑与化学成分有关的性质，系统中又不发生化学反应，则不必引学成分有关的性质，系统中又不发生化学反应，则不必引学成分有关的性质，系统中又不发生化学反应，则不必引学成分有关的性质，系统中又不发生化学反应，则不必引入电磁参量和化学参量。此时只
5、需温度、体积和压强就可入电磁参量和化学参量。此时只需温度、体积和压强就可入电磁参量和化学参量。此时只需温度、体积和压强就可入电磁参量和化学参量。此时只需温度、体积和压强就可确定系统的状态。确定系统的状态。确定系统的状态。确定系统的状态。3、平衡态：、平衡态：系统所有宏观性质不随时间变化时状态系统所有宏观性质不随时间变化时状态称称之为平衡态之为平衡态 一个物理学系统，在没有外界影响的情况下，只要经过足够一个物理学系统，在没有外界影响的情况下，只要经过足够长的时间，系统内各部分的状态参量会达到稳定长的时间，系统内各部分的状态参量会达到稳定什么叫平衡态？什么叫平衡态？请举例请举例本讲稿第六页，共十八
6、页例例1、一金属棒的一端与、一金属棒的一端与0冰接触，另一端与冰接触，另一端与100水接触，水接触，并且保持两端冰、水的温度不变问当经过充分长时间后，并且保持两端冰、水的温度不变问当经过充分长时间后，金属棒所处的状态是否为热平衡态金属棒所处的状态是否为热平衡态?为什么为什么?解析：因金属棒一端与解析：因金属棒一端与0冰接触，另一端与冰接触，另一端与100水接触，水接触，并且保持两端冰、水的温度不变时，金属棒两端温度始终不相并且保持两端冰、水的温度不变时，金属棒两端温度始终不相同，虽然金属棒内部温度分布处于一种从低到高逐渐升高稳定同，虽然金属棒内部温度分布处于一种从低到高逐渐升高稳定状态，但其内
7、部总存在着沿一定方向的能量交换，所以金属棒状态，但其内部总存在着沿一定方向的能量交换，所以金属棒所处的状态不是平衡态，是一种稳定态所处的状态不是平衡态，是一种稳定态 答案：否，因存在外界的影响，当外界影响撤去，系答案：否，因存在外界的影响，当外界影响撤去，系统各部分的状态参量要变化。统各部分的状态参量要变化。本讲稿第七页，共十八页热学系统所处的平衡态往往是一种热学系统所处的平衡态往往是一种动态的平衡动态的平衡，组成系统，组成系统的分子仍在不停做无规则运动，只是分子运动的平均效的分子仍在不停做无规则运动，只是分子运动的平均效果不随时间变化，表现为系统的的宏观性质不随时间变果不随时间变化，表现为系
8、统的的宏观性质不随时间变化。化。力学中的平衡是指什么？力学中的平衡是指什么？热学系统所处的平衡态是指分子处于静止或匀速热学系统所处的平衡态是指分子处于静止或匀速直线运动吗？直线运动吗？为什么热学系统所处的平衡态是一种理想状态？为什么热学系统所处的平衡态是一种理想状态？本讲稿第八页，共十八页 例例1在热学中，要描述一定气体的宏观状态，在热学中，要描述一定气体的宏观状态，需要确定下列哪些物理量需要确定下列哪些物理量()A每个气体分子的运动速率每个气体分子的运动速率 B压强压强 C体积体积 D温度温度 解析：描述系统的宏观状态，其参量是宏观量，解析：描述系统的宏观状态，其参量是宏观量，每个气体分子的
9、运动速率是微观量，不是气体的宏观每个气体分子的运动速率是微观量，不是气体的宏观状态参量气体的压强、体积、温度分别是从力学、状态参量气体的压强、体积、温度分别是从力学、几何、热学三个角度对气体的性质进行的宏观描述，几何、热学三个角度对气体的性质进行的宏观描述，是确定气体宏观状态的三个状态参量显然是确定气体宏观状态的三个状态参量显然B、C、D选项正确选项正确 BCD 本讲稿第九页，共十八页二、热平衡与温度二、热平衡与温度 1、热平衡：、热平衡：两个系统之间没有隔热材料，它们相互接触，或者通两个系统之间没有隔热材料，它们相互接触，或者通过导热性能很好的材料接触，这两个系统的过导热性能很好的材料接触，
10、这两个系统的状态参量将会互相影响而分状态参量将会互相影响而分别改变别改变最后，两个系统的状态参量不再变化，说明两个系统已经具最后，两个系统的状态参量不再变化，说明两个系统已经具有了某个有了某个“共同性质共同性质”，此时我们说两个系统达到了热平衡，此时我们说两个系统达到了热平衡热平衡概念也适用于热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用两个原来没有发生过作用的系统因此可的系统因此可以说，只要两个系统在接触时以说，只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化它们的状态不发生变化，我们，我们就说这两个系统原来是处于热平衡的就说这两个系统原来是处于热平衡的2、温度：两个系统处于热平衡时，它们具有一个温度：两
11、个系统处于热平衡时，它们具有一个“共同性质共同性质”。我们就把表征这一。我们就把表征这一“共同性质共同性质”的物理量定义为温度。的物理量定义为温度。3、热平衡定律热平衡定律(又叫热力学第零定律又叫热力学第零定律)：如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡，这个结论称为热平衡定律。统彼此之间也必定处于热平衡，这个结论称为热平衡定律。本讲稿第十页，共十八页系统达到热平衡的宏观标志就是是什么？系统达到热平衡的宏观标志就是是什么？若温度不同即系统处于什么态？若温度不同即系统处于什么态？则系统一定存在着热交换。则系
12、统一定存在着热交换。温度是温度是决定一个系统与另一个系统是否达到热平衡状态决定一个系统与另一个系统是否达到热平衡状态的物的物理量，它的特征就是理量，它的特征就是“一切达到热平衡的系统都具有相同的温度一切达到热平衡的系统都具有相同的温度”这就是常用温度计能够用来测量温度的基本原理这就是常用温度计能够用来测量温度的基本原理 若温度计跟物体若温度计跟物体A处于热平衡，它同时也跟物体处于热平衡，它同时也跟物体B处于处于热平衡，根据热平衡定律，热平衡，根据热平衡定律，A的温度便与的温度便与B的温度相等的温度相等.本讲稿第十一页，共十八页三、温度计与温标三、温度计与温标 1、温标：、温标：定量描述温度的方
13、法定量描述温度的方法叫做温标叫做温标 温标的建立包含三个要素：温标的建立包含三个要素：选择选择温度计中用于测量温度的物质温度计中用于测量温度的物质，即测温物质；，即测温物质；对对测温物质的测温属性随温度变化规律的定量测温物质的测温属性随温度变化规律的定量关系作出某关系作出某种规定；种规定；确定确定固定点即温度的零点和分度方法固定点即温度的零点和分度方法本讲稿第十二页，共十八页2、热力学温度、热力学温度 (1)定义：定义：热力学温标表示的温度热力学温标表示的温度叫做热力学温度，它是叫做热力学温度，它是国际单位制中七个基本物理量之一。国际单位制中七个基本物理量之一。(2)符号符号:T，(3)单位单
14、位开尔文开尔文，简称，简称开开，符号为，符号为K(4)热力学温标与热力学温度热力学温标与热力学温度T的关系：的关系：Tt+273.15 K 本讲稿第十三页，共十八页(5)说明说明 摄氏温标的单位摄氏温标的单位“”是温度的常用单位，是温度的常用单位，但不是国际制单位，温度的国际制单位是开尔文，但不是国际制单位，温度的国际制单位是开尔文，符号为符号为K在今后各种相关热力学计算中，一定要在今后各种相关热力学计算中，一定要牢记牢记将温度单位转换为热力学温度即开尔文将温度单位转换为热力学温度即开尔文；由由Tt+273.15 K可知，物体可知，物体温度变化温度变化l与变化与变化l K的变化量是等同的的变化
15、量是等同的，但物体所处状态为，但物体所处状态为l与与l K是是相隔甚远的；相隔甚远的；一般情况下，一般情况下，Tt+273 K本讲稿第十四页，共十八页 例例3实际应用中，常用到一实际应用中，常用到一种双金属温度计它是利种双金属温度计它是利用铜片与铁片铆合在一起用铜片与铁片铆合在一起的双金属片的弯曲程度随的双金属片的弯曲程度随温度变化的原理制成的，温度变化的原理制成的，如图如图741所示已知左所示已知左图中双金属片被加热时，图中双金属片被加热时，其弯曲程度会增大，则下其弯曲程度会增大，则下列各种相关叙列各种相关叙述中正确的述中正确的有有 ()双金属温度计双金属温度计图图741 A该温度计的测温物
16、质是铜、铁两种热膨胀系数不同的金属该温度计的测温物质是铜、铁两种热膨胀系数不同的金属B双金属温度计是利用测温物质热胀冷缩的性质来工作的双金属温度计是利用测温物质热胀冷缩的性质来工作的C由左图可知，铜的热膨胀系数大于铁的热膨胀系数由左图可知，铜的热膨胀系数大于铁的热膨胀系数D由右图可知，其双金属征的内层一定为铜外层一定为铁由右图可知，其双金属征的内层一定为铜外层一定为铁ABC 本讲稿第十五页，共十八页解析：双金属温度计是利用热膨胀系数不同的铜、解析：双金属温度计是利用热膨胀系数不同的铜、铁两种金属制成的双金属片其弯曲程度随温度变化的原理来铁两种金属制成的双金属片其弯曲程度随温度变化的原理来工作的
17、，工作的，A、B选项是正确的图左图中加热时，双金属选项是正确的图左图中加热时，双金属片弯曲程度增大，即进一步向上弯曲，说明双金属片下层热片弯曲程度增大，即进一步向上弯曲，说明双金属片下层热膨胀系数较大，即铜的热膨胀系数较大，膨胀系数较大，即铜的热膨胀系数较大，C选项正确图右选项正确图右图中，温度计示数是顺时针方向增大，说明当温度升高时温图中，温度计示数是顺时针方向增大，说明当温度升高时温度计指针顺时针方向转动，则其双金属片的弯曲程度在增大，度计指针顺时针方向转动，则其双金属片的弯曲程度在增大，故可以推知双金属片的内层一定是铁，外层一定是铜，故可以推知双金属片的内层一定是铁，外层一定是铜，D选选
18、项是错误的项是错误的 这端固定这端固定这端与可以自由转动的指这端与可以自由转动的指针相连针相连课本课本P13，1本讲稿第十六页，共十八页8以下几种现象的分析，说法正确的是以下几种现象的分析，说法正确的是()A因为空气分子之间存在着斥力，所以打气筒给自行车打因为空气分子之间存在着斥力，所以打气筒给自行车打气时，要用力才能将空气压缩气时，要用力才能将空气压缩B用手捏面包，面包体积会缩小，这是因为分子间有间隙用手捏面包，面包体积会缩小，这是因为分子间有间隙C把碳素墨水滴入清水中，观察到布朗运动，是水分子对碳微把碳素墨水滴入清水中，观察到布朗运动，是水分子对碳微粒有斥力的结果粒有斥力的结果D以上说法都
19、不正确以上说法都不正确本讲稿第十七页，共十八页5下列现象可以说明分子之间有引力的是下列现象可以说明分子之间有引力的是()A水和酒精混合后的体积小于两者原来体积之和水和酒精混合后的体积小于两者原来体积之和B用粉用粉笔写字在黑板上留下字迹笔写字在黑板上留下字迹C正、负电荷相互吸引正、负电荷相互吸引D磁体吸引附近的小铁钉磁体吸引附近的小铁钉4下面证明分子间存在引力和斥力的实验，哪个是错误的下面证明分子间存在引力和斥力的实验，哪个是错误的()A两块铅块压紧以后能连成一块，说明分子间存在引力两块铅块压紧以后能连成一块，说明分子间存在引力B一般固体液体很难压缩，说明分子间存在着相互排斥力一般固体液体很难压缩，说明分子间存在着相互排斥力C拉断一根绳子需要一定大小拉力，说明分子间存在拉断一根绳子需要一定大小拉力，说明分子间存在相互引力相互引力D碎玻璃不能拼在一块，是由于分子间存在斥力碎玻璃不能拼在一块，是由于分子间存在斥力本讲稿第十八页，共十八页