(共33张PPT)
1 物体是由大量分子组成的
课标阐释
思维脉络
1.知道物体是由大量分子组成的。
2.知道物质结构的微观模型。
3.知道分子的大小、质量的数量级。
4.知道用油膜法测定分子大小的原理和方法。
5.理解阿伏加德罗常数的含义,并知道这个常数的数值和单位。
6.会用阿伏加德罗常数进行有关计算和估算,领会阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁。
?
一、分子的大小
1.估测分子直径采用什么方法?如何操作?
答案:油膜法。操作:把一滴油酸酒精溶液滴在水面上,在水面上就会形成油酸薄膜,薄膜是由单层的油酸分子组成的,尽管油酸分子有着复杂的结构和形状,但在估测其大小的数量级时,可以把它简化为球形(如图所示),油膜的厚度认为是油酸分子的直径d,测出油膜的面积S和体积V,则分子直径
2.分子大小的数量级:测量结果表明,除一些有机物质大分子外,多数分子的数量级为10-10
m。?
必备知识
二、阿伏加德罗常数
1.定义:1
mol的任何物质都含有相同的粒子数,这个数量用阿伏加德罗常数表示。
2.数值:阿伏加德罗常数通常用符号NA表示,其值通常可取NA=6.02×1023
mol-1,在粗略计算中可取NA=6.0×1023
mol-1。?
3.意义:阿伏加德罗常数是一个重要的常数,它把摩尔质量、摩尔体积这些宏观量与分子质量、分子大小等微观量联系起来了。
(1)所有分子的直径都相同。( )
解析:多数分子直径的数量级都相同,均为10-10
m,但大小有差异。
答案:×
(2)油酸分子的形状是小球。( )
解析:分子有着复杂的内部结构,并不一定是小球,把分子看成小球,只是一种简化模型。
答案:×
(3)测定分子大小的方法有多种,油膜法只是其中的一种方法。(
)
解析:测定分子大小的方法还有显微法等其他方法,油膜法只是其中一种。
答案:√
自我检测
1.判断正误,对的画“√”,错的画“×”。
2.探究讨论。
(1)我们喝一口水大约喝下6.0×1023个水分子,如果动用全世界60亿人来数这些分子,每人每秒数一个,300万年也数不完,由此可见,分子大小的数量级很大还是很小?
答案:很小。
(2)1
mol氧气和1
mol水所含的粒子数相等吗?为什么?
答案:相等。因为1
mol氧气和1
mol水所含的粒子数都约是6.02×1023个。
(3)已知水的摩尔质量M=1.8×10-2
kg/mol,水分子的质量约为多少?
答案:由阿伏加德罗常数可知1
mol水中的分子数约为6.0×1023个,则每个水分子质量
探究一
探究二
油膜法估测分子的大小
问题探究
1.生活中,我们经常遇见这样一种现象,很少量的油不小心洒在水面上,将扩散很大的面积。为什么会出现这种现象呢?结合油膜法测分子直径,想一下为什么不能用纯油酸而是用酒精油酸溶液?
要点提示如果往水面上直接滴一滴纯油酸,那么它在水面上形成单分子油膜所需面积太大(大约几十平方米),实验室中很难提供这么大的容器,即使能提供,做起实验来也不方便。所以本实验中采取用酒精对油酸进行稀释的办法来获取更小体积的纯油酸,这样做更有利于油酸在水面上形成单分子油膜。同时酒精易挥发,不影响测量结果。
2.实验中为什么在水面上撒痱子粉(或细石膏粉)?
要点提示撒痱子粉或细石膏粉的目的是为了方便观察、描绘所形成油膜的轮廓。
探究一
探究二
名师精讲
1.油膜法估测分子大小中的“两测一算”
(1)测量一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积。
先配制一定浓度的油酸酒精溶液,用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,记下量筒内增加一定体积(例如1
mL)时的滴数,从而可算出一滴溶液的体积,再结合溶液的浓度就可以计算出一滴溶液中所含纯油酸的体积。
(2)测量单分子油膜的面积。
①在浅盘中装入2
cm深的水,然后将痱子粉或细石膏粉均匀地撒在水面上。
②将一滴油酸酒精溶液滴在水面上,待油酸薄膜的形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上。
探究一
探究二
③将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,数出轮廓内的方格数(不足半个的舍去,多于半个的算一个),再根据方格的个数求出油膜的面积S。
(3)估算分子的直径。
如果一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V,所形成的单分子油膜的面积为S,则分子的直径为
探究一
探究二
2.油膜法估测分子大小中的注意事项
(1)油酸酒精溶液配制后不要长时间放置,以免浓度改变,产生较大的实验误差。
(2)实验前应注意,方盘应该干净,否则难以形成油膜。
(3)痱子粉的用量不要太多,否则不易成功。撒完后,方盘中的水面应保持平衡,痱子粉应均匀浮在水面上。
(4)向水面滴一滴油酸酒精溶液。
(5)滴油酸酒精溶液的滴口应在离水面1
cm之内,否则油膜难以形成。
(6)要待油膜形状稳定后,再画轮廓。
(7)运用数格子法测油膜面积。多于半个的算一个,少于半个的舍去。这种方法所取方格的单位越小,计算的面积误差越小。
(8)本实验只要求估算分子大小,实验结果数量级符合要求即可。
探究一
探究二
典例剖析
【例题1】
在做用油膜法估测分子大小的实验中,油酸酒精溶液的浓度为每104
mL的溶液中有纯油酸6
mL。用注射器测得1
mL上述溶液中有液滴50滴。把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里,待水面稳定后,将玻璃板放在浅盘上,在玻璃板上描出油膜的轮廓,然后把玻璃板放在坐标纸上,其形状如图所示,坐标中正方形小方格的边长为20
mm。求:
(1)油酸膜的面积是多少?
(2)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积
是多少?
(3)根据上述数据,估测出油酸分子的直径是多少?(结果保留两位有效数字)
探究一
探究二
【思考问题】
(1)怎样根据油膜形状求油膜的面积?
提示先数出坐标纸上方格的个数,然后求出油膜的面积。
(2)怎样求解一滴油酸酒精溶液所含纯油酸的体积?
提示一滴溶液的体积乘以溶液的浓度,就是一滴油酸酒精溶液所含纯油酸的体积。
探究一
探究二
解析:(1)用填补法数出在油膜轮廓内的格数(面积大于半个方格的算一个,不足半格的舍去不算)约为58个,油膜面积为S=58×(20×10-3
m)2=2.32×10-2
m2。
(2)因50滴油酸酒精溶液的体积为1
mL,且溶液含纯油酸的浓度为ρ=0.06%,故每滴油酸酒精溶液含纯油酸的体积为
(3)把油酸薄膜的厚度视为油酸分子的直径,可估算出油酸分子的直径为
答案:(1)2.32×10-2
m2 (2)1.2×10-11
m3 (3)5.2×10-10
m
探究一
探究二
油膜法估测分子直径,关键是获得一滴油酸酒精溶液,并由配制浓度求出其中所含纯油酸的体积,再就是用数格子法(对外围小格采用“填补法”即“四舍五入”法)求出油膜面积,再由公式
探究一
探究二
变式训练1在油膜法估测油酸分子的大小实验中,有下列实验步骤:
①往边长约为40
cm的浅盘里倒入约2
cm深的水,待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上。
②用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上,待薄膜形状稳定。
③将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上,计算出油膜的面积,根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小。
④用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,记下量筒内每增加一定体积时的滴数,由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积。
⑤将玻璃板放在浅盘上,然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上。
探究一
探究二
完成下列填空:
(1)上述步骤中,正确的顺序是 (填写步骤前面的数字)。?
(2)将1
cm3的油酸溶于酒精,制成300
cm3的油酸酒精溶液,测得1
cm3的油酸酒精溶液有50滴。现取1滴该油酸酒精溶液滴在水面上,测得所形成的油膜的面积是0.13
m2。由此估算出油酸分子的直径为
m(结果保留一位有效数字)。?
解析:(1)在油膜法估测油酸分子的大小实验中,应先配制油酸酒精溶液,再往盘中倒入水,并撒痱子粉,然后用注射器将配好的溶液滴一滴在水面上,待油膜形状稳定,再将玻璃板放于盘上,用彩笔描绘在玻璃板上,根据
计算。
答案:(1)④①②⑤③ (2)5×10-10
m
探究一
探究二
阿伏加德罗常数
问题探究
成年人做一次深呼吸,大约吸入450
cm3的空气,如果在标准状况下,该体积的空气物质的量是多少?大约含有多少个分子?
要点提示成年人做一次深呼吸吸入空气的物质的量
≈0.02
mol。大约含有的分子数N=nNA=0.02
mol×6.02×1023
mol-1≈1.2×1022(个)。
探究一
探究二
名师精讲
1.阿伏加德罗常数的应用
设物质(固体或液体)的摩尔质量为M(kg/mol),摩尔体积为Vm(m3/mol),物体的质量为m(kg),体积为V(m3),密度为ρ(kg/m3),该物质1个分子的体积为V0(m3),一个分子的质量为m0(kg),则:
探究一
探究二
探究一
探究二
2.对分子模型的理解
(1)球形模型:
固体和液体可看作一个紧挨着一个的球形分子排列而成,忽略分子间空隙,如图甲所示。
(2)立方体模型:
气体分子间的空隙很大,把气体分成若干个小立方体,气体分子位于每个小立方体的中心,每个小立方体是每个分子平均占有的活动空间,忽略气体分子的大小,如图乙所示。
探究一
探究二
(3)分子大小的估算:
①对于固体和液体,分子间距离比较小,可以认为分子是一个个
②对于气体,分子间距离比较大,处理方法是把气体分子所占据的空间视为立方体模型,从而可计算出两气体分子之间的平均间距
建立的模型不同,得出的结果会稍有不同,但数量级一般是相同的。一般在估算固体或液体分子直径或分子间距离时采用球形模型,而在估算气体分子间的距离时采用立方体模型。
探究一
探究二
典例剖析
【例题2】
若以M表示水的摩尔质量,Vm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,m0、V0分别表示每个水分子的质量和体积,下面四个关系式:
其中正确的是( )
A.①和② B.①和③
C.③和④
D.①和④
【思考问题】
(1)如何处理固体与液体间的分子间隙?
提示固体与液体间的分子间隙较小,可以忽略不计。
(2)摩尔质量、密度、摩尔体积三者有什么关系?
提示摩尔质量等于密度乘以摩尔体积。
探究一
探究二
求出的是一个气体分子平均占有的空间,一个气体分子的体积远远小于该空间,所以④式不正确。②式中V0是每个分子的体积,不是每个分子所占的体积,这样算不出气体密度,故②式也不正确。
答案:B
分子动理论中宏观量与微观量之间的关系
由宏观量计算微观量,或由微观量计算宏观量,都要通过阿伏加德罗常数建立联系。所以说,阿伏加德罗常数是联系宏观量与微观量的桥梁。
探究一
探究二
变式训练2(多选)能根据下列一组数据算出阿伏加德罗常数的是( )
A.氧气的摩尔质量、氧气分子的质量
B.水的摩尔质量、水的密度及水分子的直径
C.氧气的摩尔质量、氧气的密度及氧气分子的直径
D.水分子的质量和一杯水的质量、体积
探究一
探究二
答案:AB
1
2
3
4
5
1.(多选)用油膜法估测分子直径的理想条件是
( )
A.将油酸分子看成球体
B.考虑各油酸分子间的间隙
C.认为油酸分子是紧密排列的
D.将油膜看成单分子油膜
解析:用油膜法测油酸分子直径的三个前提条件:①将油酸分子视为球体模型;②忽略油酸分子之间的间隙,认为分子是紧密排列的;③油酸分子在水面是单分子排列。只有在上述三个理想条件下油酸的厚度才能视为油酸分子的直径。
答案:ACD
1
2
3
4
5
2.(多选)关于分子,下列说法正确的是( )
A.分子看作球体是对分子的简化模型,实际上,分子的形状并不真的都是球体
B.不同分子的直径一般不同,但数量级一定相同,均为10-10
m
C.在计算分子间距时,固体、液体、气体分子均可看作一个挨一个紧密排列,且均可视为球体模型
D.对于固体、液体,可较易估算出其分子间距或分子直径,但对于气体,一般不能估算出分子直径,只能估算分子间距
1
2
3
4
5
解析:实际上,分子的结构非常复杂,它的形状并不真的都是小球,分子直径不可能都相同,除一些有机大分子外,一般分子直径的数量级为10-10
m。在计算分子直径时,由于固体、液体分子间距较小,可认为分子是一个挨一个紧密排列的,分子可看作球体或正方体,分子间距即为分子直径大小。但对于气体,由于分子间距比其分子直径大得多,不能认为一个挨一个紧密排列,一般只能估算分子间距,不能估算其直径,且估算分子间距时,气体分子所占据的空间应看作立方体。
答案:AD
1
2
3
4
5
3.美丽的“水立方”游泳馆是很好的体育场馆,但“水立方”同时也是公认的耗水大户,因此,“水立方”专门设计了雨水回收系统,平均每年可以回收雨水10
500
m3,相当于100户居民一年的用水量,请你根据上述数据估算一户居民一天的平均用水量与下面哪个水分子数目最接近(设水分子的摩尔质量为M=1.8×10-2
kg/mol)
( )
A.3×1031个
B.3×1028个
C.9×1027个
D.9×1030个
答案:C
1
2
3
4
5
4.
对于液体和固体来说,如果用M表示摩尔质量,m0表示分子质量,ρ表示物质的密度,Vm表示摩尔体积,V0表示分子体积,NA表示阿伏加德罗常数,下列关系正确的是( )
解析:摩尔体积是1
mol分子的体积,故
,故A正确,B错误;摩尔质量等于密度乘以摩尔体积,M=ρVm,故C、D错误。
答案:A
1
2
3
4
5
5.我们知道被动吸烟比主动吸烟害处更大。一个高约2.8
m、面积约10
m2的办公室,若只有一人吸了一根烟呼出的烟气均匀分布在办公室内。(人正常呼吸一次吸入气体300
cm3,一根烟大约吸10次)
(1)估算被污染的空气分子间的平均距离;
(2)另一不吸烟者一次呼吸大约吸入多少个被污染过的空气分子?
1
2
3
4
5
(2)被动吸烟者一次吸入被污染的空气分子数为
N″=2.9×1021×300×10-6个=8.7×1017个。
答案:(1)7×10-8
m (2)8.7×1017个(共32张PPT)
2 分子的热运动
课标阐释
思维脉络
1.了解扩散现象是由分子的热运动产生的。
2.通过实验知道什么是布朗运动,理解布朗运动产生的原因。
3.知道影响布朗运动明显程度的因素,知道布朗运动反映的意义。
4.知道什么是热运动以及决定热运动激烈程度的因素。
?
一、扩散现象
1.扩散现象:不同物质彼此进入对方的现象,叫做扩散现象,扩散现象是由物质的无规则运动产生的。
2.扩散现象的意义:扩散现象直接证明了分子在做永不停息的无规则运动。
3.举例说明扩散现象在科学技术中的应用。
答案:在高温条件下,通过分子的扩散在纯净的半导体中掺入其他元素,生产各种半导体器件。
必备知识
二、布朗运动
1.定义:悬浮颗粒在液体中的无规则运动,称为布朗运动。英国植物学家布朗首先在显微镜下研究了这种运动。
2.布朗运动产生原因:布朗运动是由大量液体分子对悬浮微粒撞击作用的不平衡性造成的。
3.影响布朗运动的因素:微粒的大小和温度的高低均可影响布朗运动。
4.发现布朗运动有什么意义?
答案:布朗运动的发现间接地反映了液体分子运动的无规则性。
三、热运动
1.定义:分子永不停息的无规则运动叫做热运动。
2.分子热运动的特点:(1)永不停息;(2)运动无规则;(3)温度越高,分子运动越激烈。
自我检测
1.判断正误,对的画“√”,错的画“×”。
(1)布朗运动就是液体分子的无规则运动。( )
解析:布朗运动是悬浮在液体中的微粒的运动,不是分子的运动,它间接反映了液体分子的无规则运动。
答案:×
(2)悬浮微粒越大,布朗运动越明显。( )
解析:悬浮微粒越大,布朗运动越不明显。
答案:×
(3)温度越高,布朗运动越剧烈。( )
解析:布朗运动与温度有关。温度越高,布朗运动越剧烈。
答案:√
2.探究讨论。
(1)为什么把分子永不停息的无规则运动叫热运动?
答案:因为分子的运动与温度有关,温度越高,分子运动越剧烈。
(2)布朗运动叫分子的热运动吗?
答案:布朗运动是固体颗粒的运动,不是分子的运动,故布朗运动不能叫分子的热运动。
(3)教材第5页“图7.2-3”中鸡蛋清发生了变色,说明酱油和鸡蛋清之间发生了什么物理现象?
答案:发生了扩散现象。
(4)将一碗小米倒入一碗大米,发现小米进入了大米的间隙之中,这是否属于扩散现象?
答案:不是。扩散现象是不同物质的分子彼此进入对方的现象,而小米和大米都不是分子。
探究一
探究二
探究三
扩散现象
问题探究
在屋子的角落喷洒香水,在屋子的其他地方也能闻到香味,根据此现象回答下列问题:
(1)这是一种什么物理现象?
(2)这种物理现象产生的原因是什么?
(3)这种物理现象在固体中能发生吗?
要点提示(1)扩散现象;
(2)物质分子的无规则运动;
(3)能,在气体、液体、固体中均能发生扩散现象,气体的扩散现象最明显,扩散现象在任何情况下都可以发生。
探究一
探究二
探究三
名师精讲
1.扩散现象的影响因素
(1)双方的物态:扩散现象发生时,气态物质的扩散现象最快、最显著,液态次之,固态物质的扩散现象最慢,短时间内非常不明显。
(2)双方的温度:在两种物质一定的前提下,扩散现象发生的明显程度与物质的温度有关,温度越高,扩散现象越显著。
(3)双方的浓度差:扩散现象发生的明显程度还受到“已进入对方”的分子浓度的限制,当浓度低时,扩散现象较为显著。
2.成因分析
扩散现象不是外界作用(例如对流、重力作用等)引起的,也不是化学反应的结果,而是分子无规则运动的直接结果,是分子无规则运动的宏观表现。
探究一
探究二
探究三
(1)扩散现象在任何情况下都可以发生,与外界因素无关。
(2)当两部分的分子分布浓度相同时,浓度不再变化,宏观上扩散停止,但分子的运动并没有停止,因此这种状态是一种动态平衡。
探究一
探究二
探究三
典例剖析
【例题1】
(多选)如图所示,一个装有无色空气的广口瓶倒扣在装有红棕色二氧化氮气体的广口瓶上,中间用玻璃板隔开,当抽去玻璃板后所发生的现象(已知二氧化氮的密度比空气的密度大),下列说法正确的是( )
A.过一段时间可以发现上面瓶中的气体变成了淡红棕色
B.二氧化氮由于密度较大,不会跑到上面的瓶中,所以上面瓶中不会出现淡红棕色
C.上面的空气由于重力作用会到下面的瓶中,于是将下面瓶中的二氧化氮排出了一小部分,所以会发现上面瓶中的瓶口处显淡红棕色,但在瓶底处不会出现淡红棕色
D.由于气体分子在运动着,所以上面的空气会运动到下面的瓶中,下面的二氧化氮也会自发地运动到上面的瓶中,所以最后上下两瓶气体的颜色变得均匀一致
探究一
探究二
探究三
【思考问题】
(1)扩散现象受重力影响吗?
提示扩散现象不是因外界作用引起的,故不受重力影响。
(2)经过一段时间两瓶颜色稳定后扩散现象停止了吗?
提示扩散现象不会停止,二氧化氮气体仍会运动到上瓶中,但进入与返回达到了一种动态平衡。
解析:由于扩散现象,上面的空气分子与下面的二氧化氮分子会彼此进入对方,
最后混合均匀,颜色变得一致,应选A、D。
答案:AD
对扩散现象的理解
扩散现象的明显程度与温度、浓度有关,与外界作用无关,扩散现象可以在气体、液体、固体间进行。
探究一
探究二
探究三
变式训练1放在房间一端的香水,打开瓶塞后,位于房间另一端的人将( )
A.立即嗅到香味,因为分子热运动速率很大,穿过房间所需时间极短
B.过一会儿才能嗅到香味,因为分子热运动的速率不大,穿过房间需要一段时间
C.过一会儿才能嗅到香味,因为分子热运动速率虽然很大,但由于是无规则运动,且与空气分子不断碰撞,要嗅到足够多的香水分子必须经过一段时间
D.过一会儿才能嗅到香味,因为分子热运动速率虽然很大,但必须有足够多的香水分子,才能引起嗅觉
解析:分子的扩散需要一段时间,因为分子是无规则的运动,而且在扩散的同时会受到一些阻碍。
答案:C
探究一
探究二
探究三
布朗运动
问题探究
盈盈同学在使用碳素墨水时,经常出现钢笔尖被堵的现象,为了研究这个问题,她把墨水滴入水中,放在实验室用的显微镜下观察,得到如图所示图象,箭头是她自己标注的,根据生活现象和图象,我们可以得出:
(1)碳素墨水中的“炭粒”是不是分子?容易堵住钢笔尖的原因是什么?
(2)炭粒在水中做的运动是什么运动?
(3)炭粒的运动有什么特点?
(4)该运动产生的原因是什么?
探究一
探究二
探究三
要点提示(1)炭粒不是分子。炭粒要比分子大很多,是固体颗粒,所以容易堵住钢笔尖。
(2)炭粒在水中做的运动是固体颗粒在液体中的无规则运动,即布朗运动。
(3)布朗运动是无规则的、永不停息的。悬浮的颗粒越小,布朗运动越明显;温度越高,布朗运动越剧烈。
(4)布朗运动是悬浮在液体中的微小颗粒受到液体分子各个方向撞击作用的不平衡造成的。在某一瞬间,微小颗粒在某个方向受到的撞击作用强,它就沿着这个方向运动。在下一瞬间,微小颗粒在另一方向受到的撞击作用强,它又沿着另一个方向运动。任意时刻微小颗粒所受的撞击作用在某一方向上占优势是偶然的,这样就引起了微小颗粒的无规则的布朗运动。
探究一
探究二
探究三
名师精讲
1.对布朗运动的理解
(1)布朗运动的产生条件。
布朗运动的对象是布朗微粒,它必须是足够微小的颗粒,如果是大颗粒,则其周围来自各个方向的许多分子对它本身的撞击很容易平衡。布朗运动研究的颗粒的直径数量级一般在10-7~10-6
m之间,人的肉眼是看不到的,只能借助显微镜观察。反之,人能用眼睛观察到的灰尘颗粒并不能发生明显的布朗运动。
(2)做布朗运动的主体。
布朗运动的主体是布朗微粒,不是分子,布朗微粒虽小,但它又比分子大许多倍(分子直径的数量级为10-10
m,因此布朗微粒中包含大量的分子),在显微镜(普通显微镜)下是观察不到分子的,所以布朗运动不是分子运动,但却是分子运动的间接反映。
探究一
探究二
探究三
(3)布朗运动产生的原因。
悬浮在液体中的固体小颗粒会受到来自各个方向液体分子的撞击,当颗粒较大时,各方向与小颗粒撞击的分子数都很多,各方向作用力趋于平衡,布朗运动难以发生或不明显;当颗粒较小时,各方向与小颗粒撞击的分子数都很少,数目的差异、作用的强弱、作用的先后等因素的影响使得各个方向的作用力很难达到平衡,再由于颗粒质量小、惯性小,运动状态容易改变,所以布朗运动比较明显。总之,颗粒越小,某一瞬间来自各个方向的作用力越不易达到平衡,布朗运动越明显;另一方面,液体分子温度越高,分子运动越剧烈,液体分子碰撞固体小颗粒时这种不平衡的作用力更突出,布朗运动也越明显。
探究一
探究二
探究三
探究一
探究二
探究三
2.对布朗运动认识的误区
(1)误认为布朗运动是液体分子的运动。实际上布朗运动是液体分子做无规则运动的反映。
(2)误认为布朗运动是固体颗粒分子的运动。实际上它是固体小颗粒的运动。
(3)误认为固体小颗粒的体积越大,液体分子对它的撞击越多,布朗运动就越显著。其实颗粒越小,布朗运动越显著。
(4)大风天常常看到风沙弥漫、尘土飞扬,误认为这就是布朗运动。能用肉眼看到的颗粒的运动不是布朗运动。
探究一
探究二
探究三
典例剖析
【例题2】
如图是做布朗运动小颗粒的运动记录的放大图。以小颗粒在A点开始计时,每隔30
s记下小颗粒的位置,得到B、C、D、E、F、G、…点,则小颗粒在第75
s末时的位置,以下叙述正确的是( )
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连线中点
D.可能在CD连线以外的某点上
探究一
探究二
探究三
解析:题图中的各点的连线不是小颗粒的运动轨迹,它是为了表明小颗粒在做极短促的无定向运动过程中的移动的顺序而作的连线。由以上分析,在第75
s末,小颗粒可能在CD连线上,但不一定在CD中点,也可能在CD连线外的位置。
答案:CD
布朗运动中微粒的运动是“无规则”的,即实验中不同时刻微粒位置的连线并非其运动轨迹,而是人为画出的,这是理解该实验非常关键的一点。
探究一
探究二
探究三
变式训练2(多选)关于布朗运动的剧烈程度,下面说法中正确的是( )
A.固体微粒越大,瞬间与固体微粒相碰撞的液体分子数目越多,布朗运动越显著
B.固体微粒越小,瞬间与固体微粒相碰撞的液体分子数目越少,布朗运动越显著
C.液体的温度越高,单位时间内与固体微粒相碰撞的液体分子数目越多,布朗运动越显著
D.液体的温度越高,单位时间内与固体微粒相碰撞的液体分子数目越少,布朗运动越显著
解析:本题考查对布朗运动本质的理解,撞击颗粒的作用力越不平衡,则颗粒的运动越剧烈,正确的说法应是B、C。
答案:BC
探究一
探究二
探究三
热运动
问题探究
暮春时节,金黄的油菜花铺满了原野,微风拂过,飘来阵阵花香,如图所示。你有没有想过,为什么能够闻到这沁人心脾的香味呢?
要点提示分子的热运动。
探究一
探究二
探究三
名师精讲
1.对热运动的理解
(1)所谓分子的“无规则运动”,是指由于分子之间的相互碰撞,每个分子的运动速度无论是方向还是大小都在不断地变化。标准状况下,一个空气分子在1
s内与其他空气分子的碰撞高达65亿次,所以大量分子的运动是十分混乱的,也就是说是无规则的。
(2)热运动是对大量分子而言的,对个别分子无意义。
(3)分子热运动的剧烈程度虽然受到温度影响,温度高运动快,温度低运动慢,但分子的运动永远不会停息。
探究一
探究二
探究三
2.布朗运动与热运动的比较
探究一
探究二
探究三
典例剖析
【例题3】
下列关于热运动的说法正确的是( )
A.热运动是物体受热后所做的运动
B.0
℃的物体中的分子不做无规则运动
C.热运动是单个分子的永不停息的无规则运动
D.热运动是大量分子的永不停息的无规则运动
【思考问题】
(1)一个分子的运动能否说成是热运动?
提示不能。因为热运动指微观上的大量分子的无规则运动。
(2)能否认为温度过低,分子就停止运动?
提示温度过低,分子热运动缓慢,但不会停止,分子会永不停息地做无规则运动。
探究一
探究二
探究三
解析:热运动是大量分子所做的无规则运动,不是单个分子的无规则运动,A、C两项错误,D项正确;分子的热运动永不停息,因此0
℃的物体中的分子仍做无规则运动,B项错误。
答案:D
分子热运动的“热”字,应该赋予其两层含义:①指分子无规则的运动,不是宏观物体的机械运动;②温度越高,分子运动越剧烈,与何种分子无关。
探究一
探究二
探究三
变式训练3下列关于热运动的说法中,正确的是
( )
A.分子热运动是指扩散现象和布朗运动
B.分子热运动是物体被加热后的分子运动
C.温度降低到一定程度,分子热运动将停止
D.同种物体温度升高时,其内部分子运动变剧烈
解析:分子热运动是指大量分子做永不停息的无规则运动,物体被加热、不被加热,其分子都在进行着热运动,故B错误。分子运动永远不会停息,C错误。温度越高分子运动越剧烈,D正确。扩散现象和布朗运动证实了分子的热运动,但热运动不是指扩散现象和布朗运动,A错误。
答案:D
1
2
3
4
5
1.
关于扩散现象和布朗运动,下列说法正确的是( )
A.扩散现象和布朗运动都是分子的无规则运动
B.扩散现象和布朗运动没有本质的区别
C.扩散现象可以停止,说明分子的热运动可以停止
D.扩散现象和布朗运动都与温度有关
解析:扩散现象是由于分子的无规则热运动而导致的物质的群体迁移,当物质在某一能到达的空间内达到均匀分布时,这种宏观的迁移现象就结束了,但分子的无规则运动依然存在。布朗运动是由于分子热运动对悬浮微粒的不均匀撞击所致,它不会停止,这两种现象都与温度有关,温度越高,现象越明显。
答案:D
1
2
3
4
5
2.下列四种现象中属于扩散现象的是( )
①海绵状塑料可以吸水 ②揉面团时,加入小苏打,小苏打可以揉进面团内 ③放一匙食糖于一杯开水中,水会变甜 ④把盛开的梅花放入室内,会满室生香
A.①②
B.③④
C.①④
D.②③
解析:海绵状塑料吸水是水滴进入塑料间隙,不是扩散;小苏打揉进面团,是机械外力作用的结果;食糖溶于开水中,梅花香气释放是扩散现象。故B正确。
答案:B
1
2
3
4
5
3.
下列说法正确的是( )
A.分子的运动就是布朗运动
B.液体中悬浮的颗粒越大,所受冲击力越大,布朗运动越明显
C.布朗运动是指在液体中悬浮的小颗粒所做的不规则运动
D.物体运动的速度越大,内部分子的热运动越激烈
解析:因为布朗运动是液体中悬浮小颗粒的不规则运动,是分子不规则运动的反映,则C项正确,A项错误;悬浮颗粒越大,受多方向的分子撞击力几乎平衡,布朗运动反而不明显,故B项错误;物体内部分子的热运动激烈程度只与温度有关,故D项错误。
答案:C
1
2
3
4
5
4.小张在显微镜下观察水中悬浮的细微粉笔末的运动。他把小颗粒每隔一定时间的位置记录在坐标纸上,并把相邻时间的点连接起来,如图所示,下列判断正确的是( )
A.图中的折线就是粉笔末的运动轨迹
B.图中的折线就是水分子的运动轨迹
C.从整体上看粉笔末的运动是无规则的
D.图中折线表明水分子在短时间内的运动是规则的
解析:图中的折线是粉笔末在不同时刻的位置的连线,不是粉笔末的运动轨迹,也不是分子的运动轨迹,故A、B错误;图中的折线没有规则,说明粉笔末的运动是无规则的,分子的运动是无规则的,故C正确,D错误。
答案:C
1
2
3
4
5
5.
做布朗运动实验,得到某个观测记录如图。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
解析:布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒的无规则运动,而非分子的运动,选项A错误;既然无规则,所以微粒没有固定的运动轨迹,选项B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时刻的速度,也就无法描绘其v-t图线,选项C错误;只有选项D正确。
答案:D(共31张PPT)
3 分子间的作用力
课标阐释
思维脉络
1.知道分子间存在空隙。
2.知道分子间同时存在着引力和斥力,并且其大小都与分子间距离有关。
3.知道分子力为零时,分子间距离r0的数量级,明确分子力什么条件下表现为引力,什么条件下表现为斥力。
4.知道分子动理论的内容,会用分子动理论的内容解释有关现象。
?
一、分子间的作用力
1.分子间存在空隙的几个事实
(1)气体很容易被压缩,说明气体分子之间存在着很大的空隙。
(2)水和酒精混合后总体积会减小,说明液体分子之间存在着空隙。
(3)压在一起的铅片和金片,各自的分子能扩散到对方的内部,说明固体分子之间也存在着空隙。
必备知识
2.分子间存在作用力的事实基础
(1)宏观分析:当用力拉伸物体时,物体内要产生反抗拉伸的弹力,说明分子间存在着引力;当用力压缩物体时,物体内会产生反抗压缩的弹力,这说明分子之间还存在着斥力。
(2)微观分析:分子间虽然有空隙,但大量分子却能聚集在一起形成固体或液体,说明分子之间存在着引力;而分子间又有空隙,没有紧紧吸在一起,这说明分子间还存在斥力。
3.什么是分子间的作用力?
答案:分子间同时存在着相互作用的引力和斥力,这两个力的合力即为分子间的作用力,称之为分子力。
4.分子间作用力的变化规律与分子间距离的变化关系:分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小,随分子间距离的减小而增大。但斥力的变化比引力快。
5.分子间作用力的变化规律的具体表现。
(1)当r=r0时,其中一个分子所受的引力和斥力大小相等,分子力表现为0。
(2)当r(3)当r>r0时,分子之间的引力>斥力,此时分子力表现为引力。
(4)当r≥10r0时,分子间的引力和斥力都很微弱,可认为分子之间的作用力为0。
(5)分子间的作用力与距离的关系:
二、分子动理论
1.分子动理论的内容:物体是由大量分子组成的,分子在做永不停息的无规则运动,分子间存在引力和斥力。
2.什么是统计规律?
答案:对任何一个分子而言,运动都是不规则的,带有偶然性。
对大量分子的整体而言,它们却表现出规律性。这种由大量偶然事件的整体所表现出来的规律,叫做统计规律。
自我检测
1.判断正误,对的画“√”,错的画“×”。
(1)气体容易被压缩,说明气体分子之间有空隙;固体、液体难被压缩,说明固体、液体分子之间没有空隙。( )
解析:气体、固体和液体分子之间都有空隙,只是气体分子的空隙更大,更容易被压缩。
答案:×
(2)分子间的引力随距离的增大而增大,斥力随距离的增大而减小。( )
解析:分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小。
答案:×
(3)当分子间距离r=r0时,分子力为零,但斥力和引力仍然存在,只是大小相等,方向相反,合力为零。( )
解析:分子力指分子间引力与斥力的合力。当r=r0时,分子力为零,是因为F斥与F引大小相等,方向相反。
答案:√
2.探究讨论。
(1)物体是由大量分子组成的,分子又在永不停息地做无规则运动,那么为什么大量分子能聚在一起形成液体或固体而不散开?
答案:由于分子间存在引力,引力使分子聚集在一起而不分开。
(2)大量分子的运动受统计规律支配,单个分子的运动也受统计规律支配吗?
答案:单个分子的运动是无规则的,在每一时刻沿什么方向运动、运动的速率等都具有偶然性,不受统计规律支配。
(3)当物体被拉伸时,分子间的作用力表现为引力,物体“反抗”被拉伸,这时分子间还有斥力吗?
答案:有。这是因为分子间的引力和斥力总是同时存在的,分子间表现为引力,只不过是引力大于斥力,对外表现出引力。
探究一
探究二
分子间的作用力
问题探究
一段小铅柱,用刀切成两段,然后把两个断面对接,稍用力就能使两段铅柱接合起来,一端挂几千克的重物,也不会把铅柱拉开;而玻璃碎了却不能重新接合,这是为什么?
探究一
探究二
要点提示这是因为,第一,分子间有力的作用;第二,分子间的作用力与分子间的距离有关。铅柱切口很平时,稍用压力就能使两断面分子间距离达到分子引力作用的距离,使两段铅块重新接合起来。玻璃断面凹凸不平,即使用很大的力也不能使两断面间距接近分子引力作用的距离;绝大多数的分子距离远大于10-9
m,分子力已近似为零了,总的分子引力非常小,所以碎玻璃不能接合,若把玻璃加热,玻璃变软,亦可重新接合。
名师精讲
1.分子力的性质
根据现代分子结构理论,分子由原子组成,原子又是由带正电的原子核和绕核运动的带负电的电子形成的电子云组成的。可见,分子是一个复杂的带电系统,毫无疑问,分子间的作用力应属于电磁力。
2.分子力的特点
(1)分子间总是同时存在引力和斥力,实际表现出来的是它们的合力。
(2)分子间作用力随分子间距离而变化,引力和斥力都随分子间距离的增大而减小,但斥力的变化比引力的变化要快。
(3)分子力是短程力,分子间的距离超过分子直径的10倍,即1
nm的数量级时,可以认为分子间作用力为零,气体分子间的作用力可忽略不计。
探究一
探究二
探究一
探究二
3.分子力的规律
(1)图象表示(如图所示)。
①当r=r0时,F引=F斥,F=0。
②当r③当r>r0时,F引和F斥都随分子间距离的增大而减小,但F斥减小得更快,分子力表现为引力。
④当r≥10r0(10-9
m)时,F引和F斥都十分微弱,可认为分子间无相互作用力(F=0)。
探究一
探究二
(2)模型表示。
分子间的相互作用力像弹簧连接着的两个小球间的相互作用力。小球代表分子,弹簧的弹力代表分子斥力和引力的合力。如下表所示:
①当弹簧处于原长时(r=r0),象征着分子力的合力为零。
②当弹簧处于压缩状态时(r③当弹簧处于拉伸状态时(r>r0),象征着分子力的合力为引力。
探究一
探究二
4.分子力的宏观表现
(1)当外力欲使物体拉伸时,组成物体的大量分子间将表现为引力以抗拒外界对它的拉伸。
(2)当外力欲使物体压缩时,组成物体的大量分子间将表现为斥力以抗拒外界对它的压缩。
(3)大量的分子能聚集在一起形成固体或液体,说明分子间存在引力。固体有一定形状,液体有一定的体积,而固体、液体分子间有间隙,却没有紧紧地吸在一起,说明分子间还同时存在着斥力。
探究一
探究二
典例剖析
【例题1】
分子间同时存在引力和斥力,下列说法正确的是( )
A.分子间的引力随着分子间距离增大而增大,而斥力随着距离增大而减小
B.分子间的引力和斥力都随着分子间的距离增大而减小
C.气体能充满任何仪器是因为分子间的斥力大于引力
D.固体有一定的形状和体积,是因为固体分子间只存在引力
【思考问题】
分子间引力、斥力与距离的关系是什么?
提示分子间同时存在相互作用的引力和斥力,引力和斥力都随分子间距离的减小而增大,但斥力增大的更快,故当距离大于r0时合力表现为引力,小于r0时合力表现为斥力;当分子间距等于平衡距离时,引力等于斥力,即分子力等于零。
探究一
探究二
解析:分子间存在相互作用的引力和斥力,引力和斥力都随分子间距离的减小而增大,随分子间距离的增大而减小,故A错误,B正确;气体能充满任何仪器是因为分子做永不停息的无规则运动,故C错误;固体分子间的引力和斥力是同时存在的,故D错误。
答案:B
在处理分子间作用力时应注意的问题
(1)分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小。
(2)要抓住两个关键点,一是r=r0时,分子力为零但引力和斥力均不为零,且大小相等;二是r≥10r0时,分子力以及引力、斥力都可忽略,可以看作是零。所以当r探究一
探究二
变式训练1关于分子间的作用力,以下说法正确的是(其中r0为分子处于平衡位置时分子之间的距离)
( )
A.两个分子间距离小于r0时,分子间只有斥力
B.两个分子间距离大于r0时,分子间只有引力
C.压缩物体时,分子间斥力增大,引力减小
D.拉伸物体时,分子斥力和引力都减小
解析:分子间的引力和斥力是同时存在的,当r>r0时,它们的合力表现为引力;当r答案:D
探究一
探究二
分子动理论
问题探究
1.请简单叙述分子动理论的三条基本内容,每条内容分别从什么角度对分子进行研究,和宏观物体的运动有何不同?
要点提示分子动理论的主要内容有三点:(1)物体是由大量分子组成的;这是确定微观研究方法中的研究对象,而宏观物体的运动研究对象的个数一般都比较少。(2)分子在做永不停息的无规则运动;宏观物体的运动非常有规律,经常用牛顿力学的观点进行解释。(3)分子之间存在引力和斥力;该内容是从分子间的相互作用入手进行研究。
探究一
探究二
2.分子做永不停息的无规则运动与大量分子的整体行为受到统计规律的支配,这两种说法矛盾吗?
要点提示这两种说法不矛盾。从单个分子来看,各个分子的运动是无规则的,但是大量分子的运动却遵守统计规律。例如,任选一个成年男性和一个成年女性,可能男的高,也可能女的高,没有规律,但从总体来看成年男性比成年女性高。
探究一
探究二
名师精讲
1.热学的两个分支
(1)热力学:关于热现象的宏观理论,它研究热现象的一般规律,不涉及热现象的微观解释。
(2)统计物理学:关于热现象的微观理论,从分子运动的角度来研究宏观热现象的规律,用统计的观点处理大量分子的热运动。
2.应用分子动理论的三种基本方法
(1)实验法:即了解和掌握基本实验事实,并能用分子动理论作出解释和说明。
(2)模型法:如单分子油膜模型、分子球体模型、分子间相互作用力的弹簧模型等。
(3)图象法:用F-r图象形象直观地表现分子间相互作用力的变化情况等等。
探究一
探究二
典例剖析
【例题2】
(多选)对下列现象的解释正确的是( )
A.两块铁经过高温加压将连成一整块,这说明铁分子间有吸引力
B.一定质量的气体能充满整个容器,这说明在一般情况下,气体分子间的作用力很微弱
C.电焊能把两块金属连接成一整块是分子间的引力在起作用
D.破碎的玻璃不能把它们拼接在一起是因为其分子间斥力作用的结果
探究一
探究二
解析:高温下铁分子运动非常激烈,两铁块上的铁分子间距很容易充分接近到分子力起作用的距离内,所以两块铁经过高温加压将很容易连成一整块,电焊也是相同的原理,所以选项A、C正确;通常情况下,气体分子间的距离大约为分子直径的10多倍,此种情况下分子力非常微弱,气体分子可以无拘无束地运动,从而充满整个容器,所以选项B正确;玻璃断面凹凸不平,即使用很大的力也不能使两断面间距接近到分子引力作用的距离,所以碎玻璃不能拼接,若把玻璃加热,玻璃变软,可重新拼接,所以选项D错误。
答案:ABC
分子动理论是在大量实验观察的基础上,通过分析推理总结形成的一种科学理论,利用它能够说明生活实践中的实际问题。
探究一
探究二
变式训练2(多选)以下关于热运动的说法正确的是( )
A.水的体积很难被压缩,说明水分子之间存在着斥力
B.水凝结成冰后,水分子的热运动停止
C.水的温度越高,水分子的热运动越剧烈
D.水的温度升高,每一个水分子的运动速率都会增大
解析:水的体积很难被压缩,说明水分子间存在斥力,A正确;分子热运动的快慢只与温度有关,与物体速度无关,温度越高,分子热运动越剧烈,C正确;水凝结成冰后,水分子的热运动仍存在,故B错误;热运动是大量分子运动的统计规律,即温度是分子平均动能的标志,所以温度升高,分子的平均速率增大,并不代表每一个分子的速率都增大,故D错误。
答案:AC
1
2
3
4
1.
酒精和水混合后的体积小于原来的酒精和水的体积之和,这个实验说明了( )
A.物体是由分子组成的
B.分子在永不停息地运动
C.分子间存在相互作用的引力
D.分子间有空隙
解析:本题考查处理实际问题的能力。酒精和水混合后体积减小,是由于分子间有空隙,在混合后它们互相进入到对方的空隙内,所以混合后总体积小于原来的体积之和。故正确选项为D。
答案:D
1
2
3
4
2.
关于分子间的相互作用力,下列叙述正确的是( )
A.恒为引力
B.恒为斥力
C.分子间的距离小时只有斥力,距离大时只有引力
D.分子间同时存在斥力和引力
解析:分子间斥力与引力同时存在,而分子力是斥力与引力的合力,故A、B错误,D正确;当分子间距小于平衡距离时,表现为斥力,即引力小于斥力,而分子间距大于平衡距离时,表现为引力,即斥力小于引力,但引力和斥力总是同时存在的,故C错误。
答案:D
1
2
3
4
3.(多选)利用分子间作用力的变化规律可以解释许多现象,下面的几个实例中利用分子力对现象进行的解释正确的是( )
A.锯条弯到一定程度就会断裂是因为断裂处分子之间的斥力起了作用
B.给自行车打气时越打越费力,是因为胎内气体分子多了以后互相排斥造成的
C.从水中拿出的一小块玻璃表面上有许多水,是因为玻璃分子吸引了水分子
D.用胶水把两张纸粘在一起,是利用了不同物质的分子之间有较强的吸引力
1
2
3
4
解析:锯条弯到一定程度就会断裂说明当分子间距大到一定后分子力作用就会减弱到零,给自行车打气越来越费力说明气体压强增大,此时分子间距仍然大于平衡距离r0,胶水和纸张之间的力很大是因为不同物质间的引力很大。
答案:CD
1
2
3
4
4.
有人曾经用这样一个装置来模拟分子间的相互作用,如图所示,一根弹簧,两端分别固定一个小球,用来表示两个分子,两个小球用一根橡皮筋相连,弹簧处于被压缩状态,橡皮筋处于被拉伸状态,弹簧对两球的弹力向外,表示分子间的斥力,橡皮筋对两球的弹力向里,表示分子间的引力,试分析这个模型是否能说明分子间的相互作用情况。
1
2
3
4
解析:这个模型只能模拟分子间的引力和斥力是同时存在的,但不能完全说明其作用细节。根据分子动理论,分子间的斥力和引力都随分子间距离的增大而减小,当把模型中的两个小球间距离稍增大一些,弹簧的压缩量减小,对两球向外的弹力减小,但这时橡皮筋的伸长量增大,对两球向里的弹力增大,这就跟分子间引力和斥力都随分子间距离增大而减小的事实相违背,因此,这个模型不能完全反映分子间相互作用的情况。
答案:见解析(共26张PPT)
4 温度和温标
课标阐释
思维脉络
1.知道什么是状态参量,什么是平衡态。
2.理解热平衡的概念及热平衡定律,体会生活中的热平衡现象。
3.理解温度的意义,掌握温度的定义,了解热力学温度的应用。
4.知道常见温度计的构造,会使用常见的温度计;知道什么是温标,理解摄氏温度与热力学温度的转换关系。
?
一、状态参量与平衡态
1.热力学系统:由大量分子组成的一个研究对象,在热学中就叫做一个热学系统,简称系统。
2.外界:系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称外界。
3.状态参量:在热学中,为确定系统的状态所需要的物理量叫做系统的状态参量。
常用的状态参量有:几何参量体积V、力学参量压强p、热学参量温度T。
4.平衡态:在没有外界影响的情况下,无论其初始状态如何,只要经过足够长的时间,系统内各部分的状态参量能够达到稳定,这种情况就叫做系统达到平衡态。
必备知识
二、热平衡与温度
1.热平衡:两个相互接触的热力学系统,经过一段时间以后,这两个系统的状态参量都不再变化,我们说这两个系统达到了热平衡。达到热平衡的两个系统具有相同的温度。
2.热平衡定律:如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡,那么这两个系统彼此之间也必然处于热平衡,这个结论称为热平衡定律,它又叫热力学第零定律。
三、温度计与温标
1.温度计:选择一种测量物质,根据这种物质随温度变化而变化的某个特性来制造温度计。
2.常见温度计的测温原理
3.温标
(1)定义:定量描述温度的方法称为温标。
(2)两种温标。
①摄氏温标:一种常用的表示温度的方法,这种温标规定标准大气压下冰的熔点为0
℃,水的沸点为100
℃。在0
℃和100
℃之间均匀分成100等份,每份算作1
℃。
②热力学温标:现代科学中常用的表示温度的方法,这种温标规定摄氏温度的-273.15
℃为零值。
(3)摄氏温度与热力学温度。
①摄氏温度:用摄氏温标表示的温度,用符号t表示,单位是摄氏度,用符号℃表示。
②热力学温度:用热力学温标表示的温度,它是国际单位制中七个基本物理量之一,用符号T表示,单位是开尔文,简称开,符号为
K。?
③换算关系:T=t+273.15
K。?
自我检测
1.判断正误,对的画“√”,错的画“×”。
(1)摄氏温度和热力学温度的最低温度都是零度。( )
解析:摄氏温度可以取负值,不是从零开始的。
答案:×
(2)0
℃的温度可以用热力学温度粗略表示为273
K。( )
解析:由T=t+273
K知,当t=0
℃时,T=273
K。
答案:√
(3)温度升高了10
℃也就是升高了10
K。( )
解析:摄氏温度变化1
℃与热力学温度变化1
K是相等的。
答案:√
2.探究讨论。
(1)描述热力学系统的主要参量有哪些?
答案:主要有体积、压强和温度三个参量。
(2)摄氏温标和热力学温标有什么区别和联系?
答案:摄氏温标和热力学温标是表示温度的不同方法,最大区别是规定的零点不同。
(3)两个相互接触的物体经过一定的时间一定能够达到热平衡吗?
答案:不一定,如果一个物体的温度持续升高,两个物体之间总存在一个温度差,此时就不是热平衡状态。
(4)一根长铁丝一端插入100
℃的沸水中,另一端放入0
℃的恒温源中,经过足够长的时间,温度随铁丝有一定的分布,而且不随时间变化,这种状态是否为平衡态?
答案:这种状态不是平衡态,只是一种稳定状态,因为铁丝存在外在因素的影响。
探究一
探究二
平衡态与热平衡
问题探究
刀剑淬火是制作刀剑的重要过程,如图所示,是刀剑刚入水淬火的瞬间,在这一瞬间,刀剑和水组成的系统是否达到热平衡状态?经过一段时间后,是否达到热平衡状态?达到热平衡状态的标志是什么?
要点提示淬火瞬间由于一部分刀剑在水的外部,一部分处于水的内部,温度不相同,没有达到热平衡状态;当经过一段时间后,它们的温度相等,达到了热平衡状态,达到热平衡状态的标志是温度相等。
名师精讲
1.对平衡态的理解
(1)热力学的平衡态是一种动态平衡,组成系统的分子仍在不停地做无规则运动,只是分子运动的平均效果不随时间变化,表现为系统的宏观性质不随时间变化,而力学中的平衡态是指物体的运动状态处于静止或匀速直线运动状态。
(2)平衡态是一种理想情况,因为任何系统完全不受外界影响是不可能的。系统处于平衡态时,仍可能发生偏离平衡态的微小变化。
(3)两个系统达到热平衡后再把它们分开,如果分开后它们都不受外界影响,再把它们重新接触,它们的状态不会发生新的变化。因此,热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统。因此可以说,只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化,我们就说这两个系统原来是处于热平衡的。
探究一
探究二
探究一
探究二
2.对热平衡的理解
(1)相互接触的两个系统,各自的状态参量将会相互影响而分别改变,最后,两个系统的状态参量将不再变化,我们就说两系统达到了热平衡。
(2)一切达到热平衡的系统都具有相同的温度,所以两个系统达到热平衡的标志是系统具有相同的温度。
(3)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。
探究一
探究二
3.平衡态与热平衡概念的区别
(1)平衡态不是热平衡,平衡态是对某一系统而言的,热平衡是对两个接触的系统而言的。
(2)分别处于平衡态的两个系统在相互接触时,它们的状态可能会发生变化,直到温度相同时,两系统便达到了热平衡。达到热平衡的两个系统都处于平衡态。
典例剖析
【例题1】如果一个系统达到了平衡态,那么这个系统各处的( )
A.温度、压强、体积都必须达到稳定的状态不再变化
B.温度一定达到了某一稳定值,但压强和体积仍是可以变化的
C.温度一定达到了某一稳定值,并且分子不再运动,达到了“凝固”状态
D.温度、压强稳定,但体积仍可变化
【思考问题】
平衡态的标志是什么?
提示各状态参量不再发生变化。
解析:如果一个系统达到了平衡态,系统内各部分的状态参量如温度、压强和体积等不再随时间发生变化。温度达到稳定值,分子仍然是运动的,不可能达到所谓的“凝固”状态。
答案:A
探究一
探究二
探究一
探究二
处理平衡态问题的注意事项
(1)平衡态指的是一个系统内部达到的一种平衡。
(2)必须要经过较长一段时间,直到系统内所有状态参量都不随时间变化为止。
(3)系统与外界没有能量的交换。
探究一
探究二
变式训练1(多选)下列状态中处于平衡态的是
( )
A.将一金属块放在沸水中加热足够长的时间
B.冰水混合物处在0
℃环境中
C.突然被压缩的气体
D.开空调2分钟内教室中的气体
解析:系统处于平衡态时,其状态参量稳定不变。金属块放在沸水中加热足够长的时间,冰水混合物在0
℃环境中,其温度、压强、体积都不再变化,是平衡态,故A、B对;突然被压缩的气体温度升高,压强变大,故其不是平衡态,C错;开空调2分钟内教室中的气体温度、体积均要变化,故其不是平衡态,D错。
答案:AB
探究一
探究二
温度计与温标
问题探究
温度计能够用来测量温度的基本原理是什么?
要点提示热平衡定律。例如,温度计跟物体A处于热平衡,它同时也跟物体B达到热平衡,那么A的温度与B的温度相等。温度计与待测物体达到热平衡时,二者温度相同。
名师精讲
1.“温度”含义的两种说法
(1)温度表示物体的冷热程度,这样的定义带有主观性,因为冷热是由人体的感觉器官比较得到的,往往是不准确的。
(2)温度的严格定义是建立在热平衡定律基础上的。热平衡定律指出,两个物体相互处于热平衡时,存在一个数值相等的态函数,这个态函数就是温度,这样的定义更具有科学性。
2.对温标的理解
(1)温标:如果要定量地描述“温度”,就必须有一套方法,这套方法就是温标。
(2)摄氏温标。
规定标准大气压下冰水混合物的温度为0
℃,沸水的温度为100
℃,在0
℃和100
℃之间分成100等份,每一等份就是1
℃,这种表示温度的方法就是摄氏温标,表示的温度叫做摄氏温度(t)。
探究一
探究二
探究一
探究二
(3)热力学温标。
规定摄氏温度的-273.15
℃为零值,它的1度也等于摄氏温度的1度,这种表示温度的方法就是开尔文温标,也叫热力学温标。表示的温度叫热力学温度(T),单位为开尔文,简称开(K)。热力学温标的零度(0
K)是低温的极限,永远达不到。热力学温度是国际单位制的七个基本物理量之一。
1960年,国际计量大会确定了摄氏温标与热力学温标的关系:摄氏温标由热力学温标导出,摄氏温标所确定的温度用t表示,它与热力学温度T的关系是T=t+273.15
K。
探究一
探究二
(4)温度的两种数值表示法:摄氏温标和热力学温标。
探究一
探究二
典例剖析
【例题2】
(多选)关于热力学温度和摄氏温度,以下说法正确的是( )
A.热力学温度的单位“K”是国际单位制中的基本单位之一
B.温度升高了1
℃就是升高了1
K
C.物体的温度由本身决定,数值与所选温标无关
D.0
℃的温度可用热力学温度粗略地表示为273
K
解析:热力学温度是国际单位制中七个基本物理量之一,其单位为基本单位,选项A正确;用摄氏温标与热力学温标表示同一物体的温度数值不同,粗略计算时有T=t+273
K,可知选项C错误,选项D正确;两种温标每变化一度的大小相同,选项B正确。
答案:ABD
探究一
探究二
摄氏温标和热力学温标
(1)摄氏温标和热力学温标的零点不同。
(2)就一个分度而言,1
℃和1
K相等,即ΔT=Δt。
探究一
探究二
变式训练2下图是四种测液体温度的方法,其中正确的是( )
解析:用温度计测量液体温度时,温度计必须置于液体中,而且不能与器壁接触,只有D正确。
答案:D
1
2
3
4
1.
(多选)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( )
A.每个气体分子的运动速率
B.压强
C.体积
D.温度
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、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。显然选项B、C、D正确。
答案:BCD
1
2
3
4
2.
关于平衡态和热平衡,下列说法正确的是( )
A.只要温度不变且处处相等,系统就一定处于平衡态
B.两个系统在接触时它们的状态不发生变化,这两个系统原来的温度是相等的
C.热平衡就是平衡态
D.处于热平衡的几个系统的压强一定相等
解析:一般来说,描述系统的状态参量不止一个,根据平衡态的定义要所有性质都不变化才行,可以确定A项错误。根据热平衡的定义:处于热平衡的两个系统温度相同,可知B项正确,D项错误。平衡态是针对某一系统而言的,热平衡是两个系统相互影响的最终结果,可见C项错误。
答案:B
1
2
3
4
3.(多选)下列关于热力学温度的说法中,正确的是( )
A.-136
℃比136
K温度高
B.0
℃等于273.15
K
C.1
℃就是1
K
D.升高1
℃就是升高274.15
K
解析:根据T=t+273.15
K可知-136
℃等于137.15
K,0
℃等于273.15
K,选项A、B正确;由ΔT=Δt判断选项C、D错误。
答案:AB
1
2
3
4
4.
(多选)下列有关温度的说法正确的是( )
A.用摄氏温标和热力学温标表示温度是两种不同的表示方法
B.用两种温度表示温度的变化时,两者的数值相等
C.1
K就是1
℃
D.当温度变化1
℃时,也可以说成温度变化274
K
解析:温标是用来定量描述温度的方法,常用的温标有摄氏温标和热力学温标,两种温标表示同一温度时,数值不同,但在表示同一温度变化时,数值是相同的。若物体的温度升高1
K,也可以说物体的温度升高1
℃,但在表示物体的温度时,物体的温度为1
K,而不能说成物体的温度为1
℃,A、B两项正确。
解析:AB(共32张PPT)
5 内能
课标阐释
思维脉络
1.知道分子热运动的动能跟温度有关,知道温度是热运动平均动能的标志。
2.知道什么是分子势能,知道改变分子间的距离分子力要做功,因而分子势能发生变化,知道分子势能跟物体的体积有关。
3.知道什么是内能,知道物体的内能跟温度和体积有关,能够区别内能与机械能。
?
一、分子动能和分子势能
1.分子动能与分子的平均动能:做热运动的分子所具有的动能叫做分子动能。物体内所有分子的动能的平均值叫做分子的平均动能。
2.决定分子平均动能大小的因素:温度。
3.分子势能:由于分子间存在着分子力,因此分子组成的系统也存在由分子间的相互位置决定的势能,这种势能叫做分子势能。
4.分子势能的决定因素
(1)微观上:分子势能的大小由分子间相互位置决定。
(2)宏观上:分子势能的大小与物体的体积有关。
必备知识
二、内能
1.物体的内能:物体中所有分子的热运动动能和分子势能的总和,叫做物体的内能。
2.影响物体内能大小的因素:分子个数、温度和体积。
自我检测
1.判断正误,对的画“√”,错的画“×”。
(1)某种物体的温度是0
℃,说明物体中分子的平均动能为零。( )
解析:因为分子在永不停息的运动,某种物体的温度是0
℃,物体中分子的平均动能并不为零。
答案:×
(2)物体的温度升高时,所有分子的动能都增大。( )
解析:当温度升高时,分子运动变剧烈,平均动能增大,但并不是所有分子的动能都增大。
答案:×
(3)分子力做正功,分子势能减小。( )
解析:分子势能的变化与分子力做功有关,分子力做正功,分子势能减小。
答案:√
2.探究讨论。
(1)有的同学认为物体运动状态变化时,其内能就变化,对吗?
答案:不对。物体的内能由物质的量、温度和体积共同决定,与物体自身运动状态无关。
(2)分子势能跟以前学过的哪种能量具有相似的特点?
答案:分子势能同重力势能、弹性势能、电势能等相似,是由分子间或物体间,电荷间存在相互作用产生的,又由其相对位置决定的能量。
(3)内能和机械能有什么区别?
答案:内能是物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和,它是微观和统计上的概念。机械能是相互作用的物体凭借其位置而具有的势能和由于运动而具有的动能的总和,它是宏观上的概念。
探究一
探究二
探究三
分子动能
问题探究
湖泊完全化冰之前,冰水混合物的温度不变,为什么附近感觉比较冷?
要点提示冰水混合物的温度虽然不变,但是会吸收热量,内能增加。
探究一
探究二
探究三
名师精讲
1.单个分子的动能
(1)物体由大量分子组成,每个分子都有分子动能且不为零。
(2)分子在永不停息地做无规则热运动,每个分子动能大小不同,并且时刻在变化。
(3)热现象是大量分子无规则运动的统计结果,个别分子动能没有实际意义。
探究一
探究二
探究三
2.分子的平均动能
分子的平均动能是所有分子动能的平均值。温度是分子平均动能的标志,这是温度的微观含义。宏观上物体的冷热程度是微观上大量分子热运动的集体表现。温度越高,分子热运动的平均动能就越大。温度不反映单个分子的特性,两个物体只要温度相同,它们的分子平均动能就相同,但是它们单个分子动能不一定相同,温度高的物体内部也存在着动能很小的分子;物质种类不同的物体,如果温度相同,它们分子的平均动能就相同,但它们的平均速率不同,因为分子质量不同。
3.分子的总动能
物体内分子运动的总动能是所有分子热运动的动能总和。它等于分子的平均动能与分子数的乘积,即它与物体的温度和所含的分子数目有关。
探究一
探究二
探究三
典例剖析
【例题1】
容器中盛有冰水混合物,冰的质量和水的质量相等且保持不变,则容器内( )
A.冰的分子平均动能大于水的分子平均动能
B.水的分子平均动能等于冰的分子平均动能
C.一个水分子的动能一定大于一个冰分子的动能
D.一个水分子的动能一定等于一个冰分子的动能
【思考问题】
(1)分子平均动能的标志是什么?
提示温度是分子平均动能的唯一标志,与其他任何因素无关。
(2)温度是与一个分子关联还是与所有分子关联?
提示温度是与所有分子(的平均动能)关联。
探究一
探究二
探究三
解析:冰水混合物温度为0
℃,冰、水温度相同,二者分子平均动能相同,故选项A错误,B正确;相同温度的冰和水内个别分子的动能是随时变化的,比较个别分子的动能没意义,故选项C、D错误。
答案:B
温度是物体分子平均动能大小的唯一标志,因此温度相同的所有物体的分子平均动能都相等,但温度并不是分子平均速率的标志,所以即使温度相同,分子平均速率也不一定相同。
探究一
探究二
探究三
变式训练1(多选)下列关于分子动能的说法,正确的是( )
A.物体的体积增大,分子平均动能增加
B.标准状况下冰水混合物的平均动能不变
C.如果分子的质量为m,平均速率为v,则平均动能为
mv2
D.分子的平均动能等于物体内所有分子的动能之和与所有分子的总数之比
解析:体积增大,与分子势能的大小有关,A错误;冰水混合物的温度不变,所以平均动能不变,B正确;分子的平均动能等于物体内所有分子的动能之和与所有分子总数的比值,所以C错、D对。
答案:BD
探究一
探究二
探究三
分子势能
问题探究
分子力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图所示(取无穷远处分子势能Ep=0)。
(1)当r>r0时,分子间表现为什么力?若r增大,分子力做什么功?分子势能怎么变化?
(2)当r(3)当r=r0时,分子势能有什么特点?
探究一
探究二
探究三
要点提示(1)分子力为引力,若r增大,分子力做负功,分子势能增加;
(2)分子力为斥力,若r减小,分子力做负功,分子势能增加;
(3)分子势能最小。
探究一
探究二
探究三
名师精讲
1.分子势能的变化规律及判断依据
分子力做正功,分子势能减少,分子力做了多少正功,分子势能就减少多少;分子力做负功,分子势能增加,克服分子力做了多少功,分子势能就增加多少。
(1)r>r0时,r增大,分子势能增加,反之,减少。
(2)r(3)r→∞时,分子势能为零;r=r0时,分子势能最小。
2.分子势能的“弹簧—小球”模型
分子势能随分子间距离的变化类似于弹簧,弹簧为原长相当于分子间的距离为r0。弹簧在原长的基础上无论拉伸还是压缩,势能都会增加。
探究一
探究二
探究三
3.分子势能曲线
分子势能曲线如图所示,规定无穷远处分子势能为零。分子间距离从无穷远逐渐减小至r0的过程,分子间的合力为引力,合力做正功,分子势能不断减小,其数值将比零还小,为负值。当分子间距离到达r0以后再继续减小,分子作用的合力为斥力,在分子间距离减小过程中,合力做负功,分子势能增大,其数值将从负值逐渐变大至零,甚至为正值,故r=r0时分子势能最小。
探究一
探究二
探究三
从曲线上可看出:(1)在rr0处,曲线比较缓,这是因为分子间的引力随分子间距的增大而变化得慢,分子势能的增加也就慢;(3)在r=r0处,分子势能最小,但不一定为零,因为零势能的位置是任意选定的。一般取无穷远处分子势能为零,则分子势能最小位置是在r=r0处,且为负值,故分子势能最小与分子势能为零绝不是一回事。
探究一
探究二
探究三
4.分子势能与体积的关系
由于物体分子间距离变化的宏观表现为物体的体积变化,所以微观的分子势能变化对应于宏观的物体体积变化。例如,同样是物体体积增大,有时体现为分子势能增加(在r>r0范围内);有时体现为分子势能减少(在r探究一
探究二
探究三
典例剖析
【例题2】
(多选)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,F>0为斥力,F<0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( )
A.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
探究一
探究二
探究三
【思考问题】
(1)分子在平衡位置时有什么特点?
提示分子势能最小,分子力为零,分子的加速度为零。
(2)如何判断分子势能的变化?
提示可根据分子力做功与求能量守恒定律来分析判断分子势能的变化。
解析:乙分子从a到b再到c的过程中,分子间的作用力一直表现为引力(F<0),所以该过程由于分子力的作用会使乙分子做加速运动,分子力做正功、分子势能减少;乙分子到达c处时分子力为零,加速度为零,此时分子的动能最大、分子势能最小;乙分子再从c到d的过程中,分子力表现为斥力,由于分子力的作用会使乙分子做减速运动,直至速度减为零,该过程分子力做负功、分子势能增加、分子动能减少。
答案:BC
探究一
探究二
探究三
变式训练2(多选)设r=r0时分子间作用力为零,则在一个分子从远处以某一动能向另一个分子靠近的过程中,下列说法中正确的是( )
A.r>r0时,分子力做正功,分子动能增大,分子势能减小
B.r=r0时,分子动能最大,分子势能最小
C.rD.两分子靠近过程分子力一直增大
解析:一个分子从远处向另一个分子靠近,它们之间的作用力先为引力后为斥力,故分子力先做正功后做负功,那么分子势能先减小后增大,而动能正好相反,先增大后减小;当r=r0时,势能最小,动能最大。两分子靠近过程分子力先增大后减小,再增大,D错误。
答案:ABC
探究一
探究二
探究三
内能
问题探究
比较1
g
100
℃水的内能和1
g
100
℃水蒸气的内能。
(1)这两者的平均动能哪个大?
(2)1
g
100℃的水变成100
℃水蒸气,分子势能怎么变化?
(3)两者谁的内能大?
(4)影响内能的因素有哪些?
要点提示(1)一样大。(2)在1
g
100
℃的水变成100
℃水蒸气的过程中,分子间距增大,要克服分子间的引力做功,分子势能增大。(3)1
g
100
℃水的内能小于1
g
100
℃水蒸气的内能。(4)物体所含物质的多少、温度和体积。
名师精讲
1.内能的决定因素
(1)从宏观上看:物体内能的大小由物体的物质的量、温度和体积三个因素决定,同时也受物态变化的影响。
(2)从微观上看:物体的内能由组成物体的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定。
2.内能与机械能的区别和联系
探究一
探究二
探究三
探究一
探究二
探究三
3.物态变化对内能的影响
一些物质在物态发生变化时,例如冰的熔化、水在沸腾时变为水蒸气,温度不变。此过程中分子的平均动能不变,由于分子间的距离变化,分子势能变化,所以物体的内能变化。
探究一
探究二
探究三
典例剖析
【例题3】
关于物体的内能,正确的说法是( )
A.温度、质量相同的物体具有相等的内能
B.物体的内能与物体的体积有关
C.机械能越大的物体,内能也一定越大
D.温度相同的两物体具有相同的内能
【思考问题】
物体的内能与哪些因素有关?
提示由温度、体积、物质的量三方面共同决定。
解析:物体内所有分子的动能与势能之和叫做内能,温度相同,分子平均动能相同;质量相同,分子个数不一定相同,故选项A、D不正确;机械能大的物体内能不一定大,故选项C不正确。
答案:B
探究一
探究二
探究三
物体的内能与温度、体积的关系
物体的内能与温度、体积有关,但由温度、体积无法确定物体的内能是多大,只能判定内能是增大还是减小;而温度是分子平均动能的标志,故温度相同,分子平均动能一定相同。分子势能的大小与体积有关,但温度相同,体积相等的物体,内能也不一定相等。
探究一
探究二
探究三
变式训练3对于物体内能下列说法正确的是
( )
A.10个分子的动能和分子势能的总和就是这10个分子的内能
B.物体所处位置越高,分子势能就越大,内能越大
C.一定质量的0
℃的水结成0
℃的冰,内能一定减少
D.质量相同的两个同种物体,运动物体的内能一定大于静止物体的内能
解析:物体的内能是构成物体的所有分子的无规则热运动的动能和分子势能的代数和,具有统计意义,对单个或几个分子无意义,故A错误;物体的内能由物体的体积、温度、分子数等因素决定,与物体的位置无关,故B错误;一定质量的0
℃的水结成0
℃的冰,放出热量,则内能一定减少,故C正确;物体的内能与物体宏观的速度无关,与温度、体积等因素有关,故D错误。
答案:C
1
2
3
4
5
1.
下列关于分子的动能的说法正确的是( )
A.物体温度升高,每个分子的动能都增加
B.物体温度升高,分子的总动能增加
C.高温物体的分子动能,一定大于低温物体的分子动能
D.高温物体的分子运动平均速率一定大于低温物体的分子运动平均速率
解析:物体温度升高,分子的平均动能增加,但是不见得每个分子的动能都增加,A、C两项错误,B项正确;平均动能大的分子,不一定平均速率大,所以D项错误。
答案:B
1
2
3
4
5
2.(多选)关于分子间的作用力和分子势能,下列说法正确的是( )
A.两个邻近的分子间同时存在着引力和斥力
B.分子间作用力的大小与分子间的距离有关
C.当分子间的作用力做正功时,分子势能减少
D.当分子间的作用力做正功时,分子势能增加
解析:根据分子动理论知识,两个邻近的分子间同时存在着引力和斥力,分子间作用力的大小与分子间的距离有关,分子力随分子间距增大而减小;当分子间的作用力做正功时,分子势能减少,选项A、B、C正确。
答案:ABC
1
2
3
4
5
3.(多选)氢气和氧气的质量、温度都相同,在不计分子势能的情况下,下列说法正确的是( )
A.氧气的内能较大
B.氢气的内能较大
C.两者的内能相等
D.氢气分子的平均速率较大
解析:氢气与氧气的温度相同,分子的平均动能相同,由于氧分子质量比氢分子质量大,所以氢分子的平均速率更大。又因为两种气体的总质量相等,氢分子质量比氧分子质量小,所以氢分子数大于氧分子数,氢气的分子动能总和大于氧气的分子动能总和,由于不计分子势能,所以氢气的内能更大。
答案:BD
1
2
3
4
5
4.
关于物体的内能,以下说法正确的是
( )
A.不同物体,温度相等,内能也相等
B.分子的势能增大,物体内能也增大
C.温度不变,分子平均动能不变,但内能可能变化
D.只要两物体的质量、温度、体积相等,两物体内能一定相等
解析:物体内能包括分子动能和分子势能两部分,温度相等说明分子平均动能相等,但分子势能不一定相等,即内能不一定相等,A错误,C正确;分子的势能增大,分子的平均动能变化情况不明,内能不一定增大,B错误;物体的内能由物体分子的势能、分子平均动能及物体所含分子数的多少决定,两物体质量相等,但物质的量不一定相等,即分子数不一定相等,D错误。
答案:C
1
2
3
4
5
5.飞机从地面起飞,随后在高空做高速航行,有人说:“在这段时间内,飞机中乘客的势能、动能都增大了,他们身上所有分子的动能和势能也都增大了,因此乘客的内能也增大了”。这种说法对吗?为什么?
答案:这种说法不对。因为该说法将机械能和内能两个概念混淆了,物体的内能是由物体内分子的数目、物体的温度和体积决定的,与机械运动无关,机械运动速度的改变以及竖直高度的变化改变的仅是乘客的机械能,不能由此判断其内能的变化情况。(共17张PPT)
本章整合
思考并回答下列问题
本章知识可分为三个单元。第一单元:分子动理论;第二单元:温度和温标;第三单元:内能。
1.思考关于分子动理论学习的内容。正确填写下图。
答案:①10-10
m ②
③6.02×1023
mol-1 ④球形 ⑤正方体 ⑥扩散现象 ⑦布朗运动 ⑧温度越高,运动越剧烈 ⑨引力和斥力同时存在、引力和斥力均随分子间距离增大而减小 ⑩r=r0时,F引=F斥,分子力表现为0 rr0时,F引>F斥,分子力表现为引力 r≥10r0时,分子力几乎为零,可以忽略
2.分子运动与布朗运动有什么不同?
答案:布朗运动是大量液体分子对固体微粒撞击的集体行为的结果,个别分子对固体微粒的碰撞不会产生布朗运动。布朗运动的剧烈程度与固体微粒的大小、液体的温度等有关。固体微粒越小,液体温度越高,布朗运动越剧烈。但要注意布朗运动是悬浮的固体微粒的运动,不是单个分子的运动,但布朗运动证实了周围液体分子的无规则运动。
3.思考关于温度和温标学习的内容。正确填写下图。
答案:①体积 ②温度 ③压强 ④T=t+273.15
K ⑤热平衡系统具有相同的温度 ⑥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
4.思考关于内能学习的内容。正确填写下图:
答案:①分子热运动具有的动能 ②系统内所有分子的动能的平均值 ③分子平均动能的标志 ④分子间的距离 ⑤物体的体积 ⑥分子力做正功(负功),分子势能减少(增加);r=r0时,分子势能最小 ⑦物体中所有分子热运动的动能与分子势能的总和 ⑧物质的量 ⑨温度 ⑩体积
5.物体的内能与机械能有什么区别?
答案:(1)物体机械运动对应着机械能,热运动对应着内能。内能和机械能是两种不同形式的能量。
(2)内能是由物体内大量分子的热运动和分子间的相对位置决定的能量,是所有分子热运动动能和分子势能的总和,而不是分子定向移动的动能,它与物体的温度、体积等因素有关;而机械能是由物体做机械运动和物体形变决定的能量,它是对宏观物体整体来说的。
(3)物体具有内能的同时又可以具有机械能。当物体机械能增加时,内能不一定增加,但机械能与内能之间可以相互转化。
专题一
专题二
专题一 分子力曲线和分子势能曲线的比较和应用
1.分子力曲线。
分子间作用力与分子间距离的关系曲线如图甲所示,纵轴表示分子力F;图象横轴上方的曲线表示斥力,下方的曲线表示引力,即斥力为正,引力为负,也就是正负表示力的方向;横轴表示分子间距离r,其中r0为分子间的平衡距离,此处引力与斥力大小相等。
2.分子势能曲线。
分子势能随分子间距离变化的关系曲线如图乙所示,纵轴表示分子势能Ep;图象横轴上方的势能一定大于横轴下方的势能,即分子势能有正负,但正负反映其大小,正值一定大于负值;横轴表示分子间距离r,其中r0为分子间的平衡距离,此处分子势能最小。
专题一
专题二
3.曲线的比较。
图甲中分子间距离r=r0处,对应的是分子力为零,而在图乙中分子间距离r=r0处,对应的是分子势能最小,但不为零。若取r>10r0处,分子力为零,则该处分子势能为零。
专题一
专题二
【例题1】下列四幅图中,能正确反映分子间作用力F和分子势能Ep随分子间距离r变化关系的图线是( )
专题一
专题二
解析:当分子间距离r=r0时,分子间的引力大小等于斥力大小,分子力为零;当rr0时,分子间的引力大于斥力,分子力表现为引力,随着r的增大,分子力先增大后减小,r很大时,分子力接近于零;分子相距无穷远时的分子势能为零,分子间距缩小时引力做正功,分子势能减少,当r=r0时,分子势能最小,且一定小于零,当r答案:B
专题一
专题二
变式训练1(多选)甲、乙两图分别表示两个分子之间分子力和分子势能随分子间距离变化的图象。以两分子相距足够远时分子势能为零,由图象判断以下说法正确的是( )
A.当分子间距离为r0时,分子力和分子势能均最小且为零
B.当分子间距离r>r0时,分子力随分子间距离的增大而增大
C.当分子间距离r>r0时,分子势能随分子间距离的增大而增加
D.当分子间距离r专题一
专题二
解析:由题图可知,当分子间距离为r0时,分子力和分子势能均达到最小,但此时分子力为零,而分子势能不为零,是一负值;当分子间距离r>r0时,分子力随分子间距离的增大先增大后减小,此时分子力做负功,分子势能增加;当分子间距离r答案:CD
专题一
专题二
专题二 物体的内能与分子热运动
1.分子热运动。
分子热运动是永不停息无规则的,温度越高越剧烈,大量分子的运动符合统计规律,例如温度升高,分子的平均动能增加,单个分子的运动没有规律也没有实际意义。
专题一
专题二
2.物体的内能与分子动能、分子势能。
专题一
专题二
【例题2】
(多选)关于分子动理论和内能,下列说法正确的是
( )
A.温度是分子平均动能的标志,物体温度高,物体的分子平均动能大
B.布朗运动是指在显微镜下观察到的组成悬浮颗粒分子的无规则运动
C.分子势能与分子间距离有关,是物体内能的一部分
D.物体的动能和重力势能也是其内能的一部分
解析:根据平均动能的物理意义可知,选项A正确;布朗运动是悬浮颗粒的无规则运动,而不是组成悬浮颗粒的分子的无规则运动,选项B错误;根据分子势能的物理意义和决定分子势能的因素可知,选项C正确;宏观的动能和重力势能与内能无关,选项D错误。
答案:AC
专题一
专题二
变式训练2有关分子的热运动和内能,下列说法不正确的是( )
A.物体的温度不变,分子的平均动能不变
B.物体的温度越高,分子热运动越剧烈
C.物体的内能是物体中所有分子的热运动动能和分子势能的总和
D.物体的体积增大,分子势能一定增大
解析:温度是分子平均动能的标志,温度不变时,分子的平均动能不变,温度越高,分子热运动越剧烈,故选项A、B说法正确。由内能定义知选项C说法正确。分子间距离增大分子势能可能减小,分子势能总和可能减小,故选项D说法错误。
答案:D
