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1、第1页 第1页 第十一章第十一章 热学热学第一讲第一讲 分子动理论分子动理论第2页 第2页 走进高考第一关走进高考第一关 考点关考点关考点精析考点精析一一 物体是由大量分子组成的物体是由大量分子组成的1.分子大小分子大小(1)分子的体积很小分子的体积很小,它直径的数量级是它直径的数量级是110-10m.(2)2油膜法油膜法可粗测分子直径可粗测分子直径.(3)分子大小计算有两种模型分子大小计算有两种模型:一是一是3球形球形,二是二是4立方体立方体,对固体和液体对固体和液体,可以认为它们的分子是可以认为它们的分子是5球或立方体球或立方体,可可以用估算公式求出体积以用估算公式求出体积;对气体分子用上
2、述模型只能估算对气体分子用上述模型只能估算出出6分子间距离分子间距离.第3页 第3页 2.分子质量分子质量分子质量很小分子质量很小,一般物质分子质量的数量级为一般物质分子质量的数量级为710-27kg.3.分子的数目分子的数目(1)阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数:1 mol的任何物质都含有相同的粒子数的任何物质都含有相同的粒子数,这个数的测量值这个数的测量值NA=86.021023mol-1.阿伏加德罗常数是个十分巨大的数字阿伏加德罗常数是个十分巨大的数字,分子的体积和质量都分子的体积和质量都十分小十分小,从而说明物质是由大量分子组成的从而说明物质是由大量分子组成的.第4页 第4页 (2)阿伏加
3、德罗常数联系宏观和微观的方式阿伏加德罗常数联系宏观和微观的方式NA=NA=(不适用于气体不适用于气体).第5页 第5页 二二 分子的热运动分子的热运动1.扩散现象扩散现象:相互接触的物质彼此进入对方的现象相互接触的物质彼此进入对方的现象,温度越高温度越高,扩散扩散9越快越快.2.布朗运动布朗运动:在显微镜下看到的悬浮在液体中的在显微镜下看到的悬浮在液体中的10固体颗粒固体颗粒永不停息的无规则运动永不停息的无规则运动,颗粒越小颗粒越小,运动越运动越11明显明显;温度温度越高越高,运动越运动越12激烈激烈,布朗运动不是液体分子的运动布朗运动不是液体分子的运动.3.布朗运动是分子布朗运动是分子13无
4、规则无规则运动的宏观表现运动的宏观表现.第6页 第6页 三三 分子间的相互作用力分子间的相互作用力1.分子间同时存在着引力和斥力分子间同时存在着引力和斥力,实际表现出来的是分子引力实际表现出来的是分子引力和斥力的和斥力的14合力合力.2.分子力随分子间距离变化的关系分子力随分子间距离变化的关系:(r0表示引力和斥力相等表示引力和斥力相等时的分子间距时的分子间距)(1)r=r0时时,F引引=F斥斥,分子力表现为分子力表现为15零零.(2)rr0时时,F引引F斥斥,分子力的表现为分子力的表现为16引力引力.(3)rr0时时,F引引F斥斥,分子力的表现为分子力的表现为17斥力斥力.(4)当分子间距离
5、的数量大于当分子间距离的数量大于10-9m时时,分子力已变得很微弱分子力已变得很微弱,可忽略不计可忽略不计.第7页 第7页 3.引力和斥力都随分子间距离的增大而引力和斥力都随分子间距离的增大而18减小减小,随分子间距随分子间距离的减小而离的减小而19增大增大,但斥力的变化比引力的变化但斥力的变化比引力的变化20快快.分子力随距离关系如上图所示分子力随距离关系如上图所示.想一想想一想:给自行车打气时费力给自行车打气时费力,是克服分子间斥力吗是克服分子间斥力吗?第8页 第8页 四四 物体的内能物体的内能1.分子的平均动能分子的平均动能(1)物体里所有分子动能的平均值叫做分子热运动的物体里所有分子动
6、能的平均值叫做分子热运动的21平平均动能均动能.(2)分子的平均动能和分子的平均动能和22温度温度有关有关,温度升高温度升高,分子热运动分子热运动23激烈激烈,分子的平均动能增加分子的平均动能增加,温度降低温度降低,分子热运动减分子热运动减弱弱,分子的平均动能减少分子的平均动能减少,温度是分子热运动的温度是分子热运动的24平均动平均动能能的标志的标志.第9页 第9页 2.分子势能分子势能(1)分子势能存在的原因分子势能存在的原因由于分子间存在着相互由于分子间存在着相互25作用力作用力,这样在分子之间就存在这样在分子之间就存在着由它们的相对位置所决定的着由它们的相对位置所决定的26势能势能,称为
7、分子势能称为分子势能.(2)分子势能的变化分子势能的变化分子势能的变化和分子势能的变化和27分子力做功分子力做功紧紧联系在一起紧紧联系在一起.分子力分子力做正功做正功,分子势能分子势能28减少减少;分子力做负功分子力做负功,分子势能分子势能29增加增加.分子力做的功与分子间相对位置的变化及分子间的作用力有分子力做的功与分子间相对位置的变化及分子间的作用力有关关.第10页 第10页 当当rr0时时,分子间作用力表现为引力分子间作用力表现为引力r增大增大,引力做负功引力做负功,分子势能增加分子势能增加.r减小减小,引力做正功引力做正功,分子势能减少分子势能减少.第11页 第11页 当分子间距离当分
8、子间距离r=r0时时,分子间相互作用力的合力为零分子间相互作用力的合力为零,但这时但这时分子势能不为零分子势能不为零,而是最小而是最小.分子势能随分子间距的变化图分子势能随分子间距的变化图象如图所示象如图所示.第12页 第12页 (3)影响分子势能的因素影响分子势能的因素从宏观上看从宏观上看,影响分子势能的因素是影响分子势能的因素是30物体的体积物体的体积.从微观上看从微观上看,影响分子势能的因素是影响分子势能的因素是31分子间的距离分子间的距离.第13页 第13页 3.物体的内能物体的内能(1)定义定义:物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和
9、,叫做物体的叫做物体的32内能内能.(2)任何物体在任何情况下都具有内能任何物体在任何情况下都具有内能.(3)33温度温度和和34体积体积是影响内能的两个因素是影响内能的两个因素.第14页 第14页 五五 温度与温标温度与温标1.温度温度:温度是表示物体冷热程度的物理量温度是表示物体冷热程度的物理量.温度的微观含义温度的微观含义:温度是物体分子平均动能标志温度是物体分子平均动能标志,表示物体内表示物体内部分子无规则运动的剧烈程度部分子无规则运动的剧烈程度.2.两种温标两种温标(1)摄氏温标摄氏温标:规定规定1标准大气压下标准大气压下,冰水混合物的温度为冰水混合物的温度为0,沸水的温度为沸水的温
10、度为100.表示符号为表示符号为t.第15页 第15页 (2)热力学温标热力学温标:规定规定-273.15为热力学温度的为热力学温度的0 K.热力学温热力学温度与摄氏度单位等大度与摄氏度单位等大.表示符号为表示符号为T,单位为开尔文单位为开尔文,符号为符号为K,热力学温度是国际单位制中七个基本物理量之一热力学温度是国际单位制中七个基本物理量之一.0 K称称为绝对零度为绝对零度,是低温的极限是低温的极限.(3)热力学温标与摄氏温标的关系是热力学温标与摄氏温标的关系是:T=t+273 K.第16页 第16页 考题精练考题精练1.(2010山东德州一模山东德州一模)对一定质量的理想气体对一定质量的理
11、想气体,下列说法正下列说法正确的是确的是()A.气体的体积是所有气体分子的体积之和气体的体积是所有气体分子的体积之和B.气体温度越高气体温度越高,气体分子的热运动就越剧烈气体分子的热运动就越剧烈C.气体对容器的压强是由大量气体分子对容器不断碰撞而产气体对容器的压强是由大量气体分子对容器不断碰撞而产生的生的D.当气体膨胀时当气体膨胀时,气体分子的势能减小气体分子的势能减小,因而气体的内能一定因而气体的内能一定减少减少第17页 第17页 解析解析:气体分子间空隙较大气体分子间空隙较大,不能忽略不能忽略,选项选项A错误错误;气体膨胀气体膨胀时时,分子间距增大分子间距增大,分子力做负功分子力做负功,分
12、子势能增加分子势能增加,并且改变并且改变内能有两种方式内能有两种方式,气体膨胀气体膨胀,对外做功对外做功,但该过程吸但该过程吸 放热情放热情况不知况不知,内能不一定减少内能不一定减少,故选项故选项D错误错误.答案答案:BC第18页 第18页 2.关于布朗运动关于布朗运动,下列说法正确的是下列说法正确的是()A.布朗运动就是固体颗粒的分子的热运动布朗运动就是固体颗粒的分子的热运动B.布朗运动绝不会停止布朗运动绝不会停止C.较大的悬浮颗粒较大的悬浮颗粒,不做布朗运动不做布朗运动D.做布朗运动的小颗粒虽然不是分子做布朗运动的小颗粒虽然不是分子,但是它的无规则运动但是它的无规则运动是液体分子无规则运动
13、的反映是液体分子无规则运动的反映答案答案:BCD第19页 第19页 3.(汕头模拟汕头模拟)下列叙述正确的是下列叙述正确的是()A.只要知道水的摩尔质量和水分子的质量只要知道水的摩尔质量和水分子的质量,就可以计算出阿就可以计算出阿伏加德罗常数伏加德罗常数B.只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数,就可以算出就可以算出气体分子的体积气体分子的体积C.悬浮在液体中的固体微粒越小悬浮在液体中的固体微粒越小,布朗运动就越明显布朗运动就越明显D.当分子间的距离增大时当分子间的距离增大时,分子间的引力变大而斥力减小分子间的引力变大而斥力减小第20页 第20页 解析解析
14、:知道水的摩尔质量和水分子的质量知道水的摩尔质量和水分子的质量,由由NA=,就可以就可以计算出阿伏加德罗常数计算出阿伏加德罗常数;对气体而言对气体而言,由气体的摩尔体积和由气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数,只能算出每个气体分子所占据的体积只能算出每个气体分子所占据的体积;当当分子间的距离增大时分子间的距离增大时,分子间的引力和斥力都减小分子间的引力和斥力都减小,只是斥只是斥力减小的要快些力减小的要快些.答案答案:AC第21页 第21页 4.(2010江苏苏北四市调研江苏苏北四市调研)下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A.雨水没有透过布雨伞是因为液体表面存在张力雨水没有透过布雨
15、伞是因为液体表面存在张力B.分子间的距离分子间的距离r增大增大,分子间的作用力做负功分子间的作用力做负功,分子势能增大分子势能增大C.气体自发地扩散运动总是沿着分子热运动的无序性增大的气体自发地扩散运动总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行方向进行D.悬浮在液体中的微粒越大悬浮在液体中的微粒越大,在某一瞬间撞击它的液体分子在某一瞬间撞击它的液体分子数越多数越多,布朗运动越明显布朗运动越明显第22页 第22页 解析解析:当分子间的距离当分子间的距离rr0时时,分子力表现为引力分子力表现为引力,随着分子间距离随着分子间距离r的增的增大大,分子间的作用力做负功分子间的作用力做负功,分子势能增大分子
16、势能增大,选项选项B错误错误;微微粒越大粒越大,在某一瞬间撞击它的液体分子数越多在某一瞬间撞击它的液体分子数越多,布朗运动越布朗运动越不明显不明显,选项选项D错误错误.答案答案:AC第23页 第23页 5.甲甲 乙两个分子相距较远乙两个分子相距较远,若把甲固定若把甲固定,使乙分子逐渐向甲移使乙分子逐渐向甲移近近,直到不能再靠近为止直到不能再靠近为止,在这一过程中在这一过程中,有关分子力对乙有关分子力对乙分子做功的说法正确的是分子做功的说法正确的是()A.分子力对乙总做正功分子力对乙总做正功B.分子力对乙总做负功分子力对乙总做负功C.先是乙克服分子力做功先是乙克服分子力做功,然后分子力对乙做正功
17、然后分子力对乙做正功D.先是分子力对乙做正功先是分子力对乙做正功,然后乙克服分子力做功然后乙克服分子力做功第24页 第24页 解析解析:当分子间距离当分子间距离r0=10-10m时时,分子间的引力和斥力相等分子间的引力和斥力相等,分子力为零分子力为零.分子间距离分子间距离rr0时分子间斥力和引力都减小时分子间斥力和引力都减小,但斥力减小的快但斥力减小的快,分子间的作用力表现为引力分子间的作用力表现为引力.当分子间距当分子间距离离r0为斥力为斥力,Fr0时时,分子间表现为引力分子间表现为引力,且随且随r的增大而先增大后减小的增大而先增大后减小,而分子力做负功而分子力做负功,分子势能增大分子势能增
18、大,故选项故选项A B错错.当当rr0时时,分子间表现为斥力分子间表现为斥力,且随着且随着r的减小而增大的减小而增大,当当r减小减小时分子力做负功时分子力做负功,分子势能增大分子势能增大,故选项故选项C正确正确,选项选项D错错.答案答案:C第46页 第46页 考点考点4 物体的内能物体的内能【例例4】下列说法正确的是下列说法正确的是()A.物体的温度升高时物体的温度升高时,其内部每个分子热运动动能一定都增其内部每个分子热运动动能一定都增大大B.一切物体的内能都是物体内所有分子热运动动能的总和一切物体的内能都是物体内所有分子热运动动能的总和C.当液体被压缩时当液体被压缩时,液体内分子的引力和斥力
19、同时增大液体内分子的引力和斥力同时增大,但斥但斥力增大的较多力增大的较多D.一定质量的气体被压缩时一定质量的气体被压缩时,其内能一定增大其内能一定增大第47页 第47页 解析解析 物体的温度升高是指分子的平均动能增大物体的温度升高是指分子的平均动能增大,并不是每并不是每个分子的动能都增大个分子的动能都增大,故故A不正确不正确;物体的内能是所有分子物体的内能是所有分子的动能和势能的总和的动能和势能的总和,故选项故选项B不正确不正确;分子间的作用力随分子间的作用力随距离的减小而增大距离的减小而增大,但斥力增大的较快但斥力增大的较快,故选项故选项C是正确的是正确的;由热力学第一定律可知由热力学第一定
20、律可知D是错误的是错误的.答案答案 C 点评点评 物体的内能与物体的质量物体的内能与物体的质量 温度和体积有关温度和体积有关.理想气理想气体无分子势能体无分子势能,所以理想气体的内能与体积无关所以理想气体的内能与体积无关.第48页 第48页 变式训练变式训练4:质量相等的氢气和氧气质量相等的氢气和氧气,温度相同温度相同,氢气和氧气视氢气和氧气视为理想气体为理想气体,则则()A.氧气的内能较大氧气的内能较大B.两者内能相等两者内能相等C.氢气的内能较大氢气的内能较大D.氢气分子的平均速率较大氢气分子的平均速率较大第49页 第49页 解析解析:因为氢气和氧气温度相同因为氢气和氧气温度相同,说明氢气
21、分子与氧气分子的说明氢气分子与氧气分子的平均动能相同平均动能相同,而氢气分子质量小于氧气分子质量而氢气分子质量小于氧气分子质量,故氢气故氢气分子的平均速率较大分子的平均速率较大.理想气体不考虑分子势能理想气体不考虑分子势能,一定质量一定质量的气体其内能由温度决定的气体其内能由温度决定.质量相等的氢气和氧气相比较质量相等的氢气和氧气相比较,内能由分子个数和温度决定内能由分子个数和温度决定,而二者的温度虽然相同而二者的温度虽然相同,但分但分子个数不同子个数不同,故内能不同故内能不同,因此本题正确选项为因此本题正确选项为C、D.答案答案:CD第50页 第50页 笑对高考第三关笑对高考第三关 技巧关技
22、巧关考技精讲考技精讲一一 与阿伏加德罗常数有关的宏观量与微观量的计算与阿伏加德罗常数有关的宏观量与微观量的计算1.微观物理量微观物理量:分子的质量分子的质量m0,分子体积分子体积V0,分子直径分子直径d.2.宏观物理量宏观物理量:物质的质量物质的质量M,体积体积V,密度密度,摩尔质量摩尔质量MA,摩尔摩尔体积体积VA.第51页 第51页 3.阿伏加德罗常数是联系宏观物理量与微观物理量的桥梁阿伏加德罗常数是联系宏观物理量与微观物理量的桥梁,根根据油膜法测出分子的直径据油膜法测出分子的直径,可算出阿伏加德罗常数可算出阿伏加德罗常数;反过来反过来,已知阿伏加德罗常数已知阿伏加德罗常数,根据摩尔质量根
23、据摩尔质量(或摩尔体积或摩尔体积)就可以算就可以算出一个分子的质量出一个分子的质量(或一个分子所占据的体积或一个分子所占据的体积).(1)分子的质量分子的质量:m0=(2)分子的体积分子的体积:V0=第52页 第52页 (3)分子的大小分子的大小:球体模型直径球体模型直径d=立方体模型边长为立方体模型边长为d=(4)物质所含的分子数物质所含的分子数:N=nNA=NA=NA=第53页 第53页 注意注意:对于气体对于气体,由于分子间空隙很大由于分子间空隙很大,用上式估算出的是用上式估算出的是一个分子所占据的体积一个分子所占据的体积(活动的空间活动的空间).在利用上述关系在利用上述关系式进行计算时
24、式进行计算时,有些数据的数字太大有些数据的数字太大(如阿伏加德罗常数如阿伏加德罗常数),有些数据的数字又太小有些数据的数字又太小(如分子的直径和质量等如分子的直径和质量等),为了书为了书写方便写方便,习惯上用科学计数法写作习惯上用科学计数法写作10的乘方的乘方,如如3.010-10m 6.021023mol-1等等,我们称我们称10的乘方的乘方(10-10 1023等等)为为“数量级数量级”.对于分子的大小和质量对于分子的大小和质量,只要粗略地了解它的数只要粗略地了解它的数量级就可以了量级就可以了.第54页 第54页 二二 布朗运动的特征布朗运动的特征(1)布朗粒子在分子无规则撞击力的作用下发
25、生布朗运动布朗粒子在分子无规则撞击力的作用下发生布朗运动,由由于分子的碰撞每秒钟多达上亿次于分子的碰撞每秒钟多达上亿次,因此课本上布朗运动的因此课本上布朗运动的示意图不是布朗粒子的运动轨迹示意图不是布朗粒子的运动轨迹,其轨迹要复杂的多其轨迹要复杂的多.(2)布朗运动的剧烈程度取决于两个方面布朗运动的剧烈程度取决于两个方面:一是液体的温度一是液体的温度,温度越高温度越高,液体分子热运动越剧烈液体分子热运动越剧烈,对布朗粒子的作用越大对布朗粒子的作用越大;二是布朗粒子的大小二是布朗粒子的大小,布朗粒子越小布朗粒子越小,液体分子对它的撞液体分子对它的撞击力越不平衡且布朗粒子的质量越小击力越不平衡且布
26、朗粒子的质量越小,由由a=F/m知知,布朗粒布朗粒子获得的加速度越大子获得的加速度越大,布朗运动越剧烈布朗运动越剧烈.第55页 第55页 三三 从比较暗的房间里观察到入射阳光的细光束中有悬浮在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中的微粒空气中的微粒,这些微粒的运动是布朗运动吗这些微粒的运动是布朗运动吗?为什么为什么?只有足够小的颗粒才能产生显著的布朗运动只有足够小的颗粒才能产生显著的布朗运动,用肉眼是不能用肉眼是不能看到布朗运动的看到布朗运动的,只有在显微镜下才能看到只有在显微镜下才能看到.这些微粒在空气里的运动不属于布朗运动这些微粒在空气里的运动不属于布朗运动,因为这些肉眼所
27、因为这些肉眼所能看到的微粒在微观领域里是相当大的能看到的微粒在微观领域里是相当大的,它所受到各方面它所受到各方面空气分子的撞击作用几乎相平衡空气分子的撞击作用几乎相平衡,微粒的运动主要是由于微粒的运动主要是由于受到空气对流受到空气对流 扰动和受到重力扰动和受到重力 浮力作用等多种影响而形浮力作用等多种影响而形成的成的.第56页 第56页 四四 温度与温标温度与温标(1)温度温度:温度是表示物体冷热程度的物理量温度是表示物体冷热程度的物理量.温度的微观含义温度的微观含义:温度是物体分子平均动能的标志温度是物体分子平均动能的标志,表示内部表示内部分子无规则运动的剧烈程度分子无规则运动的剧烈程度.(
28、2)两种温标两种温标摄氏温标摄氏温标:规定规定1标准大气压下标准大气压下,冰水混合物的温度为冰水混合物的温度为0,沸沸水的温度为水的温度为100.表示符号为表示符号为t.第57页 第57页 热力学温标热力学温标:规定规定-273.15为热力学温度的为热力学温度的0 K.热力学温热力学温度与摄氏度单位等大度与摄氏度单位等大.表示符号为表示符号为T,单位为开尔文单位为开尔文,符号为符号为K.热力学温度是国际单位制中七个基本物理量之一热力学温度是国际单位制中七个基本物理量之一.0 K称称为绝对零度为绝对零度,是低温的极限是低温的极限.热力学温标与摄氏温标的关系是热力学温标与摄氏温标的关系是:T=t+
29、273.15 K,一般地一般地T=t+273 K.第58页 第58页 考向精测考向精测考向考向分子动理论分子动理论(天津高考天津高考)下列说法正确的是下列说法正确的是()A.布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒的分子无规则运动的布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒的分子无规则运动的反映反映B.没有摩擦的理想热机可以把吸收的能量全部转化为机械能没有摩擦的理想热机可以把吸收的能量全部转化为机械能C.知道某物质的摩尔质量和密度可求出阿伏加德罗常数知道某物质的摩尔质量和密度可求出阿伏加德罗常数D.内能不同的物质内能不同的物质,它们分子热运动的平均动能可能相同它们分子热运动的平均动能可能相同第59页 第59页 解析解析:布朗运动是指悬浮在液体中的固体小颗粒的运动布朗运动是指悬浮在液体中的固体小颗粒的运动,并不并不是指颗粒分子的运动是指颗粒分子的运动,所以所以A错误错误.热量不可能全部转化为热量不可能全部转化为机械能而不引起其他变化机械能而不引起其他变化,所以所以B错误错误.知道摩尔质量和密知道摩尔质量和密度可求摩尔体积度可求摩尔体积,求不出阿伏加德罗常数求不出阿伏加德罗常数,所以所以C错误错误.内能内能不同的物体分子运动的平均动能可能相同不同的物体分子运动的平均动能可能相同,即只要物体的即只要物体的温度相同温度相同,分子平均动能就相同分子平均动能就相同,所以所以D项正确项正确.答案答案:D