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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第十五讲 分子运动论、热和功,1/49,【知识关键点】,一、分子运动论,1分子运动论基本内容,(1)物质是由大量分子组成；,(2)分子永不停息地做无规则运动；,(3)分子之间存在着相互作用斥力和引力。,2/49,2阿伏伽德罗数,(1)一mol任何物质含有微粒数都相同，这个数叫做阿伏伽德罗常数。普通计算取,N,A,=6.0210,23,mol,-1,(2)阿伏伽德罗常数是把宏观物理量和微观物理量联络起来主要基本常数。假如摩尔质量是，分子质量是m，阿伏伽得罗数N,A,，那么三者关系式为 m=/N,A,如摩尔体积是V、分子体积是v，那么 v=V/N,A,假如把分子看成是球，依据球体积公式,则能够推算出分子直径,3/49,3分子热运动和布朗运动,(1)组成物质分子永不停息地做无规则运动。就某个分子而言，它速度和位置改变都是无规则，但大量分子整体表现出一定规律，温度越高，分子无规则运动越激烈，所以又称分子无规则运动为热运动。,(2)布朗运动是悬浮在液体(或气体)中微小颗粒无规则运动。布朗颗粒是大量分子集合，它运动是由液体(或气体)分子对它碰撞不平衡引发。温度越高，布朗运动越激烈；颗粒越小，布朗运动越显著。,4/49,4分子之间相互作用力,(1)分子之间相互作用包含斥力和引力，斥力和引力同时存在，实际表现出来分子力是分子间斥力和引力协力。,(2)斥力和引力都随分子间距离增大而减小，但斥力改变比引力改变快。若r,0,表示斥力和引力相等分子间距离，那么当分子间距离rr,0,时，斥力小于引力，分子力表现为引力。,5/49,二、热和功,1、物体内能,(1)分子动能：物体分子做无规则运动所含有动能叫做分子动能。,分子平均动能：分子动能平均值叫做分子平均动能。物体温度越高，分子热运动越激烈，分子平均动能越大，所以从分子运动论观点来看，温度是物体分子平均动能标志。,6/49,(2)分子势能：因为分子之间存在着相互作用力，物体中分子也含有由它们相对位置所决定能，这种能叫做分子势能。,在分子间距离减小过程中，且分子间距离rr,0,时，分子势能减小；在分子间距离减小过程中，且分子间距离rr,0,时，分子势能增大；当分子间距离r=r,0,时，分子势能有极小值。,物体体积改变时，分子间距离伴随改变，因而分子势能也伴随改变。所以分子势能跟物体体积、物态相关。,7/49,(3)物体内能：物体里全部分子无规则热运动动能和分子间相互作用势能总和，叫做物体内能。,因为物体分子平均动能跟温度相关系，分子势能跟物体体积及物态相关系，所以物体内能除了跟分子总数多少相关，还跟物体温度、体积及物态相关系。,从下式能更加好了解上述结论,E=N(E,k,+E,p,),式中E表示物体内能,E,k,表示分子平均动能,E,p,表示分子平均势能,N表示物体总分子数.,8/49,2、能够改变物体内能两种物理过程,(1)做功是其它形式能与系统内能间转化过程。,(2)热传递是物体或系统之间内能转移过程。,(3)热力学第一定律,外界对系统所做功与系统吸收热量等于系统内能增加，写成公式为,W+Q=E。,3、能转化与守恒定律,能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一个形式转化为另一个形式，或从一个物体转移到别物体。,9/49,【经典例题】,例,1,、水摩尔质量,=1810,-3,kg/mol，水密度是=1.010,3,kg/m,3,，求水分子质量m与体积v。,分析：阿伏伽得罗数,N,A,=6.02310,23,mol,-1,，是把宏观物理量与微观物理量联络起来主要常数。如分子质量,m,与摩尔质量间关系为,m=/N,A,分子体积,v,与摩尔体积,Vmol,间关系为,v=V,mol,/N,A,而摩尔体积,Vmol,可依据摩尔质量,m,与密度按下面公式计算出来,V,mol,=/,10/49,解：水分子质量为,水分子体积为,答：水分子质量为 ，,水分子体积为 。,11/49,例,2,关于布朗运动，以下说法正确是,A,布朗运动是液体分子运动；,B,布朗运动无规则性，反应了液体内部分子运动无规则性；,C,与固体微粒相碰液体分子数越多，布朗运动越显著。,D,液体温度越高，布朗运动越激烈,。,分析：,布朗运动是指悬浮在液体中微小颗粒运动，而不是液体分子运动。,悬浮在液体中固体微粒，受到周围分子碰撞力不平衡，因而向受力作用较小方向运动。布朗运动间接地反应了分子运动无规则性。,在相同时间内，与固体微粒相碰液体分子数越多，说明固体微粒较大，在某一瞬间跟它相撞分子数越多，撞击作用不平衡性就表现得越不显著，加之固体微粒越大，其惯性就越大，因而布朗运动不是越显著，而是越不显著。,既然布朗运动是液体分子无规则运动引发，液体温度越高，分子无规则运动越激烈，从而它所引发布朗运动也就越显著。,解答：,选项,B,、,D,、是正确。,12/49,例3、,当两分子间距离等于,r,0,时，分子间斥力和引力相平衡，,则以下叙述中正确是,A.,当分子间距离大于,r,0,时，分子间斥力和引力都随距离增大而增大，分子间作用力表现为斥力；,B.,当分子间距离大于,r,0,时，分子间没有斥力，分子间引力随分子间距离增大而增大，分子间作用力表现为引力；,C.,当分子间距离大于,r,0,时，分子间没有引力，分子间斥力随分子间距离增大而减小，分子间作用力表现为斥力；,D.,当分子间距离大于,r,0,时，分子间斥力和引力都随距离增大而减小，但斥力减小得更加快，故分子间作用力表现为引力。,13/49,分析：,分子间同时存在着引力和斥力，它们大小跟分子间距离关系如图所表示，图甲中两条虚线分别表示两个分子间引力和斥力随距离改变情形，实线表示引力和斥力协力即实际表现出来分子间作用力随距离改变情形。我们看到，当分子间距离大于,r,0,时，引力和斥力都随分子间距离增大而减小，但斥力减小更加快，因而分子间作用力表现为引力，如乙图中图示那样。,解答：,选项,D,是正确。,14/49,例,4,质量相等氢气和氧气，温度相同，不考虑分子间势能，则,A,氧气内能较大；,B,氢气内能较大；,C,二者内能相等；,D,氢气分子平均动能较大。,15/49,分析：内能等于物体里全部分子动能和势能总和，即,均势能，,N,表示物体内全部分子个数。,按题意，氢气和氧气温度相同，则氢气和氧气分子平均动能相等，且不考虑分子间势能，那么气体内能计算公式可化简为,因为氢气和氧气分子量不一样，质量相等氢气和氧气所包含分子个数就不一样，氢气分子数多于氧气分子数。,解答：质量相等，温度相同氢气和氧气在不考虑分子间势能条件下，氢气内能较大。,所以，选项,B,正确。,16/49,例,5.,依据分子运动论，物质分之之间距离为,r,0,时，分子所受斥力和引力相等，以下关于分子势能说法正确是,A.,当分子间距离为,r,0,时，分子含有最大势能；距离增大或减小时，势能都变小；,B.,当分子间距离为,r,0,时，分子含有最小势能；距离增大或减小时，势能都变大；,C,、分子距离越大，分子势能越小；分子距离越小，分子势能越大；,D,、分子距离越大，分子势能越大；分子距离越小，分子势能越小。,17/49,分析：分子间相互作用包含斥力和引力，斥力和引力同时存在，,由分子相对位置决定势能。分子势能大小和分子间距离相关，在力学中我们知道，重力做正功，重力势能降低；重力做负功，重力热能增加。一样道理，当间距离发生改变时，分子力做正功，分子势能降低；当分子力做负功，分子势能增加。,18/49,我们这么想象问题，分子将一个分子置于坐标原点，将另一个分子由无穷远处向从标原点靠近。若要求分子相距无穷远时，分子势能为零，,19/49,解答：选项,B,正确,20/49,例,6,对于一定质量物体,(,或系统,),。,A,、吸热物体温度一定升高；,B,、只要气体体积、温度都改变，则内能一定改变；,C,、外界对系统做功，系统内能可能不变；,D,、物体温度不变，其内能一定不变。,分析：能够改变物体内能物理过程有两种：做功和热传递。这一规律能够用一个数学公式严格地表示出来，这就是热力学第一定律，,W+Q=,E,从热力学第一定律高度讨论此题更为方便,21/49,解答：,吸热物体内能不一定增加，因为物体,(,或系统,),在吸热同时能够对外做功，如外界对物体做负功，可能造成物体内能降低。选项,A,不正确。,气体温度改变要影响气体分子平均动能，气体体积发生改变要影响气体分子相互作用势能。在分子平均动能增加而分子相互作用势能减小情况下，完全有可能使气体内能不发生改变。应该说明是，这是所说气体是实际气体，而不是理想气体。选项,B,不正确。,外界对系统做功，但系统也可能吸热，也可能放热。当外界对系统做功，系统放热，则系统内能完全有可能不变。所以选项,C,正确。,温度不变，物体分子平均动能不变，但物体分子间距离发生改变时，即物体体积,(,或物态,),发生改变时，物体分子间相互作用势能仍有可能改变，从而使物体内能发生改变。所以“物体温度不变，其内能一定不变”判断是错误。如,0,冰变为,0,水，温度不变，但内能却改变了。选项,D,是错误。,以上四个选项中只有选项,C,是正确,。,22/49,【反馈练习】,1、关于布朗运动，以下说法正确是,A布朗运动是指液体分子无规则运动,B布朗运动产生原因是液体分子对小颗粒吸引力不平衡引发,C布朗运动产生原因是液体分子对小颗粒碰撞时产生冲力不平衡引发,D在悬浮微粒大小不变情况下，温度越高，液体分子无规则运动越激烈。,答案:CD,23/49,2,、关于分子间相互作用力，下面说法中正确是,答案:BCD,是因为此时引力和斥力均不存在；,力比引力增加得快，因而斥力大于引力；,减小，但引力比斥力减小得慢，因而斥力小于引力，分子力表现为引力；,时，相互作用力十分微弱，认为分子力为零。,24/49,3,、两个分子甲和乙相距较远,(,此时它们之间分子力能够忽略,),，设甲固定不动，乙逐步向甲靠近直到不能再靠近过程中，下面说法正确是,A,分子力总是对乙做正功,B,乙总是克服分子力做功,C,先是乙克服分子力做功，然后分子力对乙做正功,D,先是分子力对乙做正功，然后乙克服分子力做功,答案:D,25/49,4,、质量,1kg0,水，变成,0,冰时，体积膨胀，则,A,分子平均动能减小，分子势能增加,B,分子平均动能增大，分子势能减小,C,分子平均动能不变，分子势能增大,D,分子平均动能不变，分子势能减小,答案:D,26/49,5,、下面关于分子力和分子势能说法正确是,答案:BC,离减小，分子势能要增大,距增大分子势能要减小,27/49,6,、关于物体内能，下面说法正确是,A,温度相同，质量相同同种物体，内能不一定相同,B,物体动能越大，内能就越大,C,冰在溶解时，保持温度不变，因而内能也不变,D,两个物体相互磨擦，一定使物体温度都升高,答案:A,28/49,7,、质量相同、温度相同氢气和氧气，它们,A,分子数相同,B,内能相同,C,分子平均速度相同,D,分子平均动能相同,答案:D,29/49,8,、,100,水变成,100,水蒸气，以下相关能量说法正确是,A,分子平均动能增加,B,分子势能增加,C,每个分子动能都增加,D,全部分子动能，势能都增加,答案:B,30/49,9,、从以下哪一组数据能够算出阿伏加德罗常数？,A,水密度和水摩尔质量,B,水摩尔质量和水分子体积,C,水分子体积和水分子质量,D,水分子质量和水摩尔质量,答案:D,31/49,10,、温度相同一水滴和一铁球，从同一高度落下，假定它们势能全部转变为各自内能，则抵达地面时,A,水滴温度比铁球温度高,B,水滴温度比铁球温度低,C,二者温度相同,D,无法确定,答案:B,32/49,【课后练习】,1.,体积是,2,10,-3,cm,3,一滴油，滴在湖面上，最终扩展成面积为,6m,2,油膜。由此能够估算出该种油分子直径大小是,m,。,(,要求一位有效数字,),答案:,310,-3,33/49,2,在不一样温度下观察同一个液体内悬浮颗粒布朗运动，发觉当温度越,_,时，悬浮颗粒运动越激烈。假如温度一定而颗粒大小不一样，则颗粒越,_,，这种运动越显著。,答案:,高，小,34/49,3.,一滴露珠质量约,9,10,-5,g,。它含有,个水分子。,(,阿伏伽得罗常数,N,A,=6.0210,23,mol,-1,，,1mol,水质量是,18g),答案:,3,10,18,35/49,4,从分子运动认观点看，,_,是物体分子平均动能标志。物体里全部分子动能和势能总和叫做物体,_,。,答案:,温度、内能,36/49,5,用显微镜观察液体中悬浮微粒布朗运动，观察到是,A,液体中悬浮微粒有规则运动,B,液体中悬浮微粒无规则运动,C,液体分子有规则运动,D,游体分子无规则运动,答案:,B,37/49,6,用显微镜观察液体中悬浮颗粒布朗运动，所得到结论正确是,A,布朗运动是分子运动,B,悬浮颗粒越大，布朗运动越激烈,C,液体温度越高，布朗运动越激烈,D,布朗运动是液体分子无规则运动反应,答案:CD,38/49,7,当两个分子之间距离为,r,0,时，恰好处于平衡状态。下面关于分子间相互作用引力斥力各说法中，正确是,答案:CD,且斥力大于引力,且斥力小于引力,39/49,8,关于物体内能，以下说法中正确是,A,物体内能是指物体内全部分子动能和势能总和,B,物体不从外界吸收热量，其内能也可能增加,C,外界对物体做功，物体内能一定增加,D,物体内能多少，跟物体温度和体积都相关系,答案:,ABD,40/49,9,关于物体内能改变，以下说法中正确是,A,能够改变物体内能物理过程有两种：做功和热传递,B,物体放出热量，它内能一定降低,C,物体吸收热量，它内能一定增加,D,外界对物体做功，物体内能不一定增加,答案:AD,41/49,10,以下关于做功和热传递叙述，不正确是,A,做功和热传递都能改变物体内能,B,做功和热传递在改变物体内能上是不等效,C,做功使物体内能改变，是使其它形式能和内能之间转化,D,热传递使物体内能改变，是物体间内能转移,答案:ACD,42/49,11,、已知铜摩尔质量是,64g/mol,，铜密度是,8.9,10,3,kg/m,3,，试估算铜原子质量和直径。,答案:,1.1,10,-25,kg,；,2.810,-10,m,43/49,12,、在室温,27C,，一真空容器内压强为,10,-8,Pa,，试估算该容器内气体分子间平均距离。,(,设,1,标准大气压为,p,0,=1.010,5,Pa,，保留,1,位有效数字,),答案:,710,-5,m,44/49,13,、已知高山上某处气压为,0.4010,5,Pa,，气温为零下,30C,，求该处每立方厘米大气中分子数。,答案:,1.210,19,个,45/49,14,、将,1cm,3,油酸溶于酒精，制成,200,3,油酸酒精溶液。已知,1,3,溶液有,50,滴，现取,1,滴溶液滴到水面上，伴随酒精溶于水，油酸在水面上形成一个单分子薄层，已测出这一薄层面积为,0.2m,2,，由此可估测油酸分子直径为多大？,答案:,5,10,-10,m,46/49,15,、一个细口瓶，开口向上放置，容积为,0.1L,，在一标准大气压下，温度从,0,升到,10,，瓶内气体分子个数降低了多少？,(,阿伏伽德罗常数取,6.0,10,23,mol,-1,),答案:,9.310,20,个,47/49,16,、试验室内备有米尺、天平、量筒、温度计、气压计等器材，问需选取哪几件最必备器材，测量哪几个数据，即可依据物理常数表和气体定律估算出教室内现有空气分子数？写出表示式。,解答：,用米尺测出教室长、宽、高，算出教室体积,V,；用温度计测出室温，设教室热力学温度为,T,；用气压计读出大气压，设大气压值为,P,。,由物理常数表查知标准情况下,1mol,气体体积为,V,0,=22.410,-3,m,3,，含有分子数为,N,0,=6.0210,23,个，且已知标准状态下大气压强,P,0,=1.01310,23,Pa,。所以，教室里所含有空气分子数为,48/49,答案：,1、310,-3,2、,高，小,3、3,10,18,4,、温度、内能,5,、,B 6,、,CD 7,、,CD 8,、,ABD 9,、,AD 10,、,ACD,11,、,1.1,10,-25,kg,；,2.810,-10,m 12,、,710,-5,m,13,、,1.210,19,个,14,、,5,10,-10,m 15,、,9.310,20,个,16,、解答：用米尺测出教室长、宽、高，算出教室体积,V,；用温度计测出室温，设教室热力学温度为,T,；用气压计读出大气压，设大气压值为,P,。,由物理常数表查知标准情况下,1mol,气体体积为,V,0,=22.410,-3,m,3,，含有分子数为,N,0,=6.0210,23,个，且已知标准状态下大气压强,P,0,=1.01310,23,Pa,。所以，教室里所含有空气分子数为,49/49,
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