课件29张PPT。第七章 分子动理论1 物体是由大量分子组成的1.知道物体是由大量分子组成的;知道分子的简化模型和分子直径的数量级;知道油膜法测分子大小的原理、思想和方法,并能进行有关测量和计算。
2.知道阿伏加德罗常数的物理意义、数值和单位,会用这个常数进行相关运算。一二一、分子的大小
1.尺度大小:除了一些有机物质的大分子外,多数分子大小的数量级为10-10 m。
2.质量大小:一般分子质量的数量级为10-26 kg。
3.估测方法——油膜法
把很小的1滴油酸(事先测出体积V)滴在水面上,水面上便会形成一块油酸薄膜,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),油膜的厚度可以认为是油酸分子的直径d,测出油膜的面积S,则分子直径一二油酸分子的形状真是球形的吗?排列时会一个紧挨一个吗?
提示:分子的实际结构很复杂,分子间有间隙,认为分子是球形且一个紧挨一个排列,是一种近似的简化处理。简化处理也就是估算,在物理学的研究和学习方面是很有用的。一二二、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、摩尔体积这些宏观物理量与分子质量、分子大小等微观物理量联系起来了,即阿伏加德罗常数NA是联系宏观量与微观量的桥梁。一二结合阿伏加德罗常数的意义想一想,如何求出单个水分子的质量?
提示:用M表示水的摩尔质量,用m表示单个水分子的质量,NA表示阿伏加德罗常数,则单个水分子的质量一二三一、对用油膜法估测分子大小的进一步理解
1.为什么要配制一定浓度的油酸酒精溶液?
在本实验中,为了节省实验时间,一般是由老师提供配制好的油酸酒精溶液,并告诉同学们油酸和酒精的体积比是多少。为什么不直接用纯油酸?现在我们知道分子大小的数量级是10-10 m,而一小滴油酸的体积(注射器5号针头滴下的油酸滴)为4.0×10-3 cm3(设每1 cm3的油酸有250滴)。如果这滴油酸铺成单分子膜,那么膜的面积一二三2.油酸酒精溶液滴在水面上后,水面上的痱子粉为什么会迅速扩散开?
油酸是一种有机酸,分子式为C17H33COOH,它的分子一端是羧基—COOH,与水有很强的亲和力而被水吸引,另一端的—C17H33与水没有亲和力而要冒出水面,因此油酸滴到水面上后趋于均匀地扩散到水面,同时油酸滴到水面上后,降低了水的表面张力,油酸所在处的表面张力小于油酸未到处的表面张力。痱子粉在周围水的表面张力的作用下迅速聚集成一条轮廓线,此时的液面有点像一张绷紧的橡皮膜,橡皮膜的中间一旦破裂开后将迅速向两边收拢。一二三3.油酸酒精溶液滴入水中后,发现油膜的面积开始比较大,紧接着迅速变小,然后稳定下来,这是为什么?
油酸酒精溶液中含有大量的酒精,滴入水中后,开始在水面形成的油膜的面积比单纯的油膜面积要大,随着酒精在水中的溶解和在空气中的挥发,最后显示出的油膜面积会缩小。这也可用实验来验证,换用体积比相差很大的不同的油酸溶液重复实验,可以发现油膜的这种收缩现象有明显的差别,当降低油酸溶液的浓度后,这种收缩现象会加强;增大油酸溶液的浓度后,这种收缩现象会减弱;如果用纯油酸,很难观察到这种收缩现象。一二三4.如何估算油酸分子的大小?
(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,用彩笔将薄膜的轮廓描画在玻璃板上。一二三③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,则分子的直径为一二三二、对分子模型的理解
1.球体模型
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。一二三温馨提示 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体模型,而在估算气体分子间的距离时采用立方体模型。一二三三、对阿伏加德罗常数的理解及应用
1.桥梁和纽带作用
阿伏加德罗常数是宏观世界和微观世界之间的一座桥梁。它把摩尔质量M、摩尔体积Vm、物体的质量m、物体的体积V、物质的密度ρ等宏观量,跟单个分子的质量m0、单个分子的体积V0(对于气体,V0为单个气体分子所占据空间的体积)等微观量联系起来。如图将这种关系呈现得淋漓尽致。一二三一二三其中n为物质的量,m、V是物体的质量、体积。
温馨提示 对于固体、液体来说,分子间隙较小,可近似认为V0为分子体积的大小;而对于气体来说,分子间隙较大,V0不再等于气体分子的体积,而是分子所占空间的体积,d不再指气体分子线度的大小,而是指相邻两气体分子的间距。类型一类型二【例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在边长约为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1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1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。类型一类型二完成下列填空:
(1)上述步骤中,正确的顺序是 。(填写步骤前面的序号)?
(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)?
点拨油膜法估测油酸分子大小的实验顺序可简略记为配→撒→滴→描→数→算。类型一类型二解析:(1)根据实验原理易知操作步骤正确的顺序为④①②⑤③。
(2)根据实验原理可知油酸分子直径为
答案:(1)④①②⑤③ (2)5×10-10题后反思 油膜法估测分子大小的解题技巧:
(1)首先要准确算出1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V。
(2)其次要计算出单分子油膜的面积S。类型一类型二触类旁通 某同学在用油膜法估测分子直径的实验中,计算结果明显偏大,则可能是由于( )
A.油酸未完全散开
B.油酸中含有大量的酒精
C.计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格
D.求每滴体积时,1 mL的溶液的滴数多计了10滴类型一类型二解析:油酸分子直径 可能是V取大了或S取小了。油酸未完全散开,所测S偏小,d偏大,选项A正确;油酸中含有大量的酒精,不影响结果,选项B错误;若计算面积时舍去了所有不足一格的方格,使S偏小,d偏大,故选项C正确;若求每滴体积时,1 mL的溶液的滴数多计了10滴,则V偏小,d偏小,选项D错误。
答案:AC类型一类型二【例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,m、ΔV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
点拨阿伏加德罗常数一手牵着宏观量,一手携着微观量。应用它,在已知一个宏观量的情况下,可以求出微观量;反之,已知一个微观量,也可以求出宏观量。类型一类型二解析:对于气体,宏观量M、Vm、ρ之间的关系式仍适用,有M=ρVm,
积远远小于该空间,所以④式不正确。气体密度公式不适用于单个气体分子的计算,故②式也不正确。
答案:B
题后反思 在解决此类问题时,找出宏观量与微观量的关系式(通过NA相联系)是关键,还需注意摩尔体积与阿伏加德罗常数之比对于固体、液体而言是一个分子的体积,而对于气体只表示一个分子平均占据的空间,不是气体分子的大小。123451.已经发现的纳米材料具有很多优越性能,有着广阔的应用前景。棱长为1 nm的立方体可容纳液态氢分子(其直径约为10-10 m)的个数最接近于( )
A.102 B.103 C.106 D.109
解析:1 nm=10-9 m,则棱长为1 nm的立方体的体积为V=(10-9)3 m3=10-27 m3。估算时,可将液态氢分子看作棱长为10-10 m的小立方体,则每个氢分子的体积V0=(10-10)3 m3=10-30 m3,所以可容纳的液态氢分子个数
答案:B123452.油膜法粗略测定分子直径的实验基础是( )
A.把油酸分子视为球形,其直径即为油膜的厚度
B.让油酸在水面上充分散开,形成单分子油膜
C.油滴扩散为油膜时体积不变
D.油酸分子直径的数量级是10-10 m
解析:油酸分子可视为球形,油膜的厚度可看成分子直径,油酸分子可看成一个挨一个排列,油滴扩散为油膜时体积不变,即V=Sd。选项D本身是正确的,但此项不是本实验的基础,故不选D项。
答案:ABC123453.根据下列物理量(一组),就可以估算出气体分子间的平均距离的是( )
A.阿伏加德罗常数,该气体的摩尔质量和质量
B.阿伏加德罗常数,该气体的质量和体积
C.阿伏加德罗常数,该气体的摩尔质量和密度
D.该气体的密度、体积和摩尔质量
解析:由气体的立方体模型可知,每个分子平均占有的活动空间为V0=d3,d是气体分子间的平均距离,摩尔体积
因此,要计算气体分子间的平均距离d,需要知道阿伏加德罗常数NA、摩尔质量M和该气体的密度ρ。
答案:C123454.已知某气体的摩尔体积为22.4 L/mol,摩尔质量为18 g/mol,阿伏加德罗常数为6.02×1023 mol-1,由以上数据可以估算出这种气体( )
A.每个分子的质量 B.每个分子的体积
C.每个分子占据的空间 D.分子之间的平均距离
答案:ACD123455.冬天到了,很多同学用热水袋取暖。现有某一热水袋内水的体积约为400 cm3,它所包含的水分子数目约为多少个?(计算结果保留一位有效数字,已知1 mol水的质量约为18 g,阿伏加德罗常数取6.0×1023 mol-1)
解析:热水袋内水的体积约为400 cm3,其质量为400 g,水的物质的量
答案:1×1025课件30张PPT。2 分子的热运动1.了解扩散现象是由于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.知道什么是热运动以及决定热运动激烈程度的因素。一二三一、扩散现象
1.定义:不同的物质能够彼此进入对方的现象叫作扩散。
2.特点:
(1)从浓度大处向浓度小处扩散。
(2)扩散快慢与物质的状态有关,与物质的温度有关,温度越高,扩散现象越明显。
3.产生原因:是由物质分子的无规则运动产生的。
4.意义:直接证明物质分子永不停息地做无规则运动。
5.应用:在高温条件下,通过分子的扩散在纯净半导体中掺入其他元素,生产各种半导体器件。一二三一碗小米倒入一碗大米中,小米进入大米的间隙之中是否属于扩散现象?
提示: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。一二三二、布朗运动
1.定义:悬浮在液体(或气体)中的微粒的无规则运动叫作布朗运动。它首先是由英国植物学家布朗发现的。
2.产生原因:大量液体(或气体)分子对悬浮微粒撞击作用的不平衡性造成的。
3.运动特点:(1)永不停息;(2)无规则。
4.影响因素:微粒的大小和温度的高低。微粒越小,温度越高,布朗运动就越激烈。
5.意义:布朗运动虽然不是分子的运动,但它间接反映了液体(或气体)分子运动的无规则性。一二三冬天,当一缕阳光射入教室时,常常可以看到阳光下有悬浮在空气中的尘埃在做无规则运动。这些尘埃的运动是布朗运动吗?为什么?
提示:不是。首先,能用肉眼直接观察到的运动肯定不是布朗运动;其次,从布朗运动产生的原因上来考虑,肉眼看到的尘埃比较大,某时刻由于分子的运动而对它向各个方向的撞击几乎平衡抵消。也就是说,尘埃的运动不是由空气分子对它的撞击引起的,而是由气流的流动、重力作用等因素引起的,因此尘埃的运动不属于布朗运动。一二三三、热运动
1.定义:我们把分子永不停息的无规则运动叫作热运动。
2.特点:(1)永不停息;(2)运动无规则;(3)温度越高,分子的热运动越激烈。
3.宏观表现:布朗运动和扩散现象。一二三一、对扩散现象的理解
1.影响因素
(1)双方的物态:物质处于固态、液态和气态时均能发生扩散现象,只是气态物质的扩散现象最快、最显著,液态次之,而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,当进入对方的分子浓度较低时,扩散现象较为显著。四一二三2.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。
温馨提示 (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,但分子运动并没有停止,因此这种状态是一种动态平衡。四一二三二、对布朗运动的理解
1.感悟布朗运动的条件
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的撞击很容易平衡。布朗运动研究的颗粒的直径数量级在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。例如,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.明确布朗运动的主体
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,约为1021个),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。四一二三3.了解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。四一二三4.领会布朗运动的意义 5.弄清布朗运动与热运动的关系 四一二三温馨提示 布朗微粒的运动轨迹是无规则的,它在下一个时刻向哪个方向运动是不确定的,也是不可预测的。四一二三三、布朗运动和扩散现象的对比分析 四一二三温馨提示 布朗运动只能在气体、液体中发生,扩散现象可以发生在固体、液体、气体中任何两种物质之间。四一二三四四、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。
注意:不能把布朗运动叫作热运动。
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。类型一类型二类型三【例1】 用显微镜观察放在水中的花粉,追踪几粒花粉微粒,每隔30 s记下它们的位置,用折线分别依次连接这些点,如图所示。图示折线是否为花粉微粒的运动轨迹?是否为水分子的运动轨迹?
点拨由于液体分子运动的无规则性,做布朗运动的固体小颗粒的运动也没有一定的规律,采用闪光照相等形式可以确定颗粒在某时刻的位置,但不能描述其运动轨迹。类型一类型二类型三解析:此图画出的是每隔30 s观察到的花粉微粒的位置用直线依次连接起来的图线,实际上在两位置间的短短30 s内,微粒的运动仍是极其复杂和无规则的,并非沿着两位置的连线运动。因此,图示折线并不是花粉微粒的运动轨迹,更不是水分子的运动轨迹,这是因为花粉微粒每秒受到约1021次液体分子的碰撞,微粒运动的路线是在许许多多液体分子撞击下的平均效果的体现。
答案:不是 不是
题后反思 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。类型一类型二类型三触类旁通
在观察布朗运动时,从微粒在A点开始计时,每隔30 s记下微粒的一个位置,得B、C、D、E、F、G等点,然后用线段依次连接,如图所示,则微粒在75 s末时的位置( )
A.一定在CD的中点
B.在CD的连线上,但不一定在CD的中点
C.一定不在CD连线的中点
D.可能在CD连线以外的某一点
答案:D类型一类型二类型三【例2】 关于悬浮在液体中的固体微粒的布朗运动,下列说法正确的是( )
A.小颗粒的无规则运动就是分子的运动
B.小颗粒的无规则运动是固体颗粒分子无规则运动的反映
C.小颗粒的无规则运动是液体分子无规则运动的反映
D.因为布朗运动的剧烈程度跟温度有关,所以布朗运动也可以叫作热运动
点拨弄清布朗运动的实质、意义及它与热运动的关系是分析问题的关键。类型一类型二类型三解析:悬浮在液体中的固体颗粒虽然很小,需要用显微镜来观察,但它并不是固体分子,而是千万个固体分子组成的分子团,布朗运动是这千万个分子的一致行动,不能看作分子的运动。
产生布朗运动的原因是固体微粒受到周围液体分子的撞击,由于液体分子运动的无规则性,固体微粒受到撞击力的合力也是无规则的,因此固体微粒的运动也是无规则的。组成微粒的固体分子既有各自特有的无规则运动,又有我们通过显微镜看到的分子团的布朗运动。可见,小颗粒的无规则运动不能证明固体微粒分子做无规则运动,而只能说明液体分子在做无规则运动。
热运动是指分子的无规则运动,由于布朗运动不是分子的运动,因此不能说布朗运动是热运动。
答案:C类型一类型二类型三题后反思 1.布朗运动是悬浮颗粒的无规则运动,它不是液体分子的无规则运动,更不是悬浮颗粒内分子的无规则运动。
2.布朗运动不是分子的运动,但它是液体分子无规则运动的反映。类型一类型二类型三【例3】 下列说法正确的是( )
A.热的物体中的分子有热运动,冷的物体中的分子无热运动
B.气体分子有热运动,固体分子无热运动
C.高温物体的分子热运动比低温物体的分子热运动激烈
D.运动物体中的分子热运动比静止物体中的分子热运动激烈
点拨热运动是指大量分子的无规则运动,而不是受热后物体分子的运动,它有两个特点:一是永不停息,二是剧烈程度与温度有关。
解析:不论物体处于何种状态以及温度高低,分子都在不停地做无规则运动,只是剧烈程度与温度有关,而与宏观物体的运动无关。
答案:C类型一类型二类型三题后反思 分子热运动的“热”字,应该赋予其两层含义:(1)指分子的无规则运动,不是宏观物体的机械运动;(2)温度越高,分子运动越激烈,与何种分子无关。123451.扩散现象说明了( )
A.物质是由大量分子组成的
B.物质内部分子间存在着相互作用力
C.分子间存在着空隙
D.分子在做无规则运动
解析:扩散现象是一种物质的分子进入另一种物质内部的现象,因而说明了分子间存在着空隙;而不同物质混合达到均匀,则表明分子的运动是无规则的。
答案:CD123452.某同学做布朗运动实验,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小颗粒的无规则运动,而非分子的运动,故选项A错误;既然无规则,所以微粒没有固定的运动轨迹,故选项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个时刻的速度,故也就无法描绘其速度—时间图线,故选项C错误;只有选项D正确。
答案:D123453.下列关于热运动的说法中,正确的是( )
A.热运动是物体受热后所做的运动
B.温度高的物体中的分子做无规则运动
C.单个分子做永不停息的无规则运动
D.大量分子做永不停息的无规则运动
解析:热运动是指物体内大量分子做无规则运动,不是单个分子做无规则运动,故选项A、C错误,选项D正确。不仅高温物体中的分子在做无规则运动,低温物体内的分子也同样做无规则运动,只是分子运动的激烈程度不同而已,故选项B错误。
答案:D123454.每年的5月31日是“世界无烟日”,统计表明,我国每年有7.4亿人正在遭受二手烟的危害。我们能闻到二手烟是由于 现象。请你给右图添加一句宣传语: 。?
答案:扩散(或分子做无规则运动或分子热运动) 为了他人和自己的健康请戒烟吧!(其他合理的答案均可)123455.下面两种关于布朗运动的说法都是错误的,试分析它们各错在哪里。
(1)大风天常常看到风沙弥漫、尘土飞扬,这就是布朗运动。
(2)布朗运动是由于液体分子对固体小颗粒的撞击引起的,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。12345解析:(1)能在液体或气体中做布朗运动的微粒都是很小的,一般数量级是10-6 m,这种微粒肉眼是看不到的,必须借助显微镜。大风天看到的风沙、尘土都是较大的颗粒,它们的运动不能称为布朗运动,而是由空气对流和重力作用引起的宏观运动。
(2)布朗运动的确是由于液体(或气体)分子对固体微粒的碰撞引起的,但只有在固体微粒很小、各个方向的液体分子对它的碰撞不均匀时才引起它做布朗运动。因此正确的说法是固体微粒体积越小,布朗运动越显著,如果固体微粒过大,液体分子对它的碰撞在各个方向上是均匀的,就不会做布朗运动了。
答案:见解析课件27张PPT。3 分子间的作用力1.知道分子间存在空隙;知道分子间同时存在着引力和斥力,其大小与分子间距离有关;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斥力,什么条件下表现为引力。
2.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。一二三一、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。一二三二、分子间的作用力
1.分子间存在作用力的事实基础
(1)宏观事实: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)微观事实:分子间虽然有空隙,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;分子间有空隙,却没有紧紧吸在一起,这说明分子间还存在斥力。一二三2.分子间作用力的变化规律
(1)分子力:分子之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。
(2)分子间作用力的变化规律
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,但斥力变化得更快。具体表现为:
①当r=r0时,其中一个分子所受的引力和斥力大小相等,这个分子所受的合力为 零。
②当r③当r>r0时,分子之间的引力大于斥力,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 零。一二三分子间距离为r0时,分子力为零,这种情况下分子间还存在相互作用的引力和斥力吗?
提示:存在,在这种情况下引力与斥力大小相等,相互平衡。一二三三、分子动理论
1.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,分子间存在着引力和斥力。
2.统计规律:
(1)微观方面:对于任何一个分子而言,运动都是无规则的,带有偶然性。
(2)宏观方面:对于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,叫作统计规律。一二三气体很容易被压缩是由于分子之间存在引力的原因吗?压缩到一定程度后为什么又很难继续被压缩呢?
提示:不是,气体很容易被压缩是由于分子间存在空隙;压缩到一定程度后很难继续被压缩是由于气体分子间存在斥力。一二一、如何正确认识分子力
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,可见,气体分子间的作用力可忽略不计。一二3.分子力的规律
(1)图象表示(如图所示)
图中虚线表示引力和斥力的变化情况,实线表示引力和斥力的合力,即表现出来的分子力的变化情况。
①当r=r0时,F引=F斥,F=0。
②当rr0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)。一二(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。
④当弹簧超出其弹性限度时(r≥10r0),象征着分子力的合力非常微弱,可认为分子间作用力为零。一二温馨提示 (1)分子间距离为r0时,引力与斥力大小相等,并不是无引力和斥力,且此时分子并不是静止不动,而是在平衡位置附近振动。
(2)“小球—弹簧”模型用类比方法近似反映了分子在平衡位置附近分子合力的情景,只是用来说明分子力何时表现为引力、斥力,它不能说明分子间既有引力又有斥力,更不能表示分子位置变化时斥力、引力及合力的复杂变化情况。一二二、统计规律及分子间相互作用的宏观表现
1.统计规律
对大量的偶发事件整体起作用的规律。统计规律表现这些偶发事件整体的和必然的联系,而个别事件的特征和偶然联系已经不是重点了。例如气体在无序运动中不断发生碰撞,每个分子的运动速率不断地发生变化。在某一特定时刻,某个特定分子究竟具有多大的速度完全是偶然的,不能预知的。但对大量分子的整体,在一定条件下,实验和理论都证明它们的速率分布遵从一定的统计规律。一二2.分子间有相互作用力的宏观表现
(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、液体分子间有空隙,说明分子间还同时存在着斥力。一二3.分子力与物质三态不同的宏观特征的关系
分子间的距离不同,分子间的作用力表现也就不一样。
固体分子间的距离小,分子之间的作用力表现明显,其分子只能在平衡位置附近做范围很小的无规则振动。因此,固体不但具有一定的体积,还具有一定的形状。
液体分子间的距离也很小,分子之间的作用力较大,液体分子可以在平衡位置附近做范围较大的无规则振动,而且液体分子的平衡位置不是固定的,因而液体虽然具有一定的体积,却没有固定的形状。
气体分子间距离较大,彼此间的作用力极为微小,可认为分子除了与其他分子或器壁碰撞时有相互作用外,分子力可忽略。所以气体既没有一定的体积,也没有一定的形状,总是充满整个容器。类型一类型二【例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
点拨弄清分子间的引力与斥力随分子间距离的变化关系是分析问题的关键。类型一类型二解析: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类型一类型二题后反思 分析有关分子间作用力问题时,要注意以下几点:
(1)分子间的引力和斥力同时存在。
(2)分子间的引力和斥力随分子间距离变化时,同时增大或减小,斥力变化快。
(3)分子间作用力的合力随距离的变化要看分子间距离在哪个范围内。
①r②r>r0时,分子间距由r0增大到10r0,分子力随r增大,先增大后减小。类型一类型二【例2】 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
点拨分子力是短程力,分子间距超过10r0,可以认为分子力为零,要想使分子间发生明显的作用,必须使分子间的距离足够小。类型一类型二解析:高温下铁分子运动非常剧烈,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
题后反思 只有真正理解分子动理论的要点,勤于观察,善于思考,才能对日常生活中的一些常见现象作出合理的解释。123451.关于分子力,下列说法正确的是( )
A.碎玻璃不能拼接在一起,说明分子间存在斥力
B.将两块铅压紧以后能连成一块,说明分子间存在引力
C.水和酒精混合后的体积小于原来的体积之和,说明分子间存在引力
D.固体很难被拉伸,也很难被压缩,说明分子间既有引力又有斥力
解析:物体能否拼接在一起,取决于它们能否接近到分子力发生作用的范围。碎玻璃不能拼接,是由于碎片间距离太大;两铅块压紧后能连成一块,是由于铅块间缝隙已达到分子力发生作用的距离,所以选项A错误,选项B正确。水和酒精混合后体积小于原来的体积之和,说明分子间有空隙,故选项C错误。固体很难被拉伸,说明分子间存在引力;很难被压缩,说明分子间存在斥力,故选项D正确。
答案:BD123452.当两个分子之间距离为r0时,正好处于平衡状态,下面关于分子间相互作用的引力和斥力的各种说法中,正确的是( )
A.两分子间的距离rB.两分子间的距离rC.两分子间的距离rD.两分子间的距离等于2r0时,它们之间既有引力又有斥力的作用,而且引力大于斥力12345解析:分子之间既有相互作用的引力又有相互作用的斥力,引力和斥力是同时存在的,这跟分子间距离r无关。分子间引力、斥力和分子力大小及性质跟分子间距离r有关。
r=r0是分界线,当r=r0时,F引=F斥;当r>r0时,F引>F斥;当rF引。
由上述可知,A、B是不正确的,C是正确的。
当r=2r0,即r>r0时,F引>F斥,所以选项D是正确的。
当r>10r0时,F引=0,F斥=0,F分=0,此时分子间相互作用力可以忽略不计。
答案:CD123453.下列说法正确的是( )
A.水的体积很难被压缩,这是分子间存在斥力的宏观表现
B.气体总是很容易充满容器,这是分子间存在斥力的宏观表现
C.两个相同的半球壳吻合接触,中间抽成真空(马德堡半球),用力很难拉开,这是分子间存在引力的宏观表现
D.用力拉铁棒的两端,铁棒没有断,这是分子间存在引力的宏观表现
解析:液体体积很难被压缩,说明分子间存在斥力,固体很难被拉断,说明分子间存在引力,故选项A、D正确。气体容易充满容器是分子热运动的结果,抽成真空的马德堡半球很难分开是大气压强作用的结果,故选项B、C错误。
答案:AD123454.清晨,草叶上的露珠是由空气中的水蒸气凝结成的水珠,这一物理过程中,水分子间的( )
A.引力消失,斥力增大 B.斥力消失,引力增大
C.引力、斥力都减小 D.引力、斥力都增大
解析:露珠是由空气中的水蒸气凝结成的水珠,液化过程中,分子间的距离变小,引力与斥力都增大,选项D正确。
答案:D123455.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。12345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,但不能完全说明分子间的相互作用情况。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,因此说,这个模型不能完全反映分子间相互作用的情况。
答案:见解析课件27张PPT。4 温度和温标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;理解温度的意义,掌握温度的定义,了解热力学温度的应用。
3.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。一二三一、状态参量与平衡态
1.热力学系统:在热学中,通常把研究对象称为系统。
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作系统的状态参量。例如:为了确定系统的空间范围,要用到体积V;为了确定外界与系统之间或系统内部各部分之间力的作用,要用到压强p;而要确定系统的冷热程度,要用到温度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,这种情况下就说系统达到了平衡态。一二三一根长铁丝,一端插入100 ℃的沸水中,另一端放入0 ℃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?
提示:不是,只是一种稳定状态,因为存在外在因素的影响。一二三二、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。
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。
3.温度:两个系统处于热平衡时,它们具有一个“共同热学性质”,我们把表征这一“共同热学性质”的物理量叫作温度。一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。一二三平衡态与热平衡是一回事吗?
提示:不是。平衡态是对某一系统而言的,而热平衡是对两个相互接触的系统而言的。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,此时的两个系统都处于平衡态。一二三三、温度计与温标
1.常见温度计的测温原理一二三2.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,每份为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。一二三(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;ΔT=(选填“>”“=”或“<”)Δt。?一二三“在新疆某些地区,夏季昼夜温差达15 ℃”“在我国东部沿海地区,秋、冬两季最高气温相差15 K”,以上两种叙述中的温度差哪种说法大些?
提示:一样大。因为用热力学温度和摄氏温度表示温度变化时,每变化1 ℃和每变化1 K数值上是相等的,只是它们的零值规定不同。一二一、对平衡态与热平衡的理解
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。一二2.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唯一标准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。一二二、对温度与温标的理解
1.“温度”含义的两种说法
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。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,存在某个共同的热学性质,这一“共同热学性质”就是温度,这样的定义更具有科学性。
2.温度计测温原理
一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。温度计与待测物体接触,达到热平衡,其温度与待测物体的温度相同。一二3.温标
(1)常见的温标有摄氏温标、热力学温标。
(2)温标要素:第一,选择某种具有测温属性的测温物质;第二,了解测温物质随温度变化的函数关系;第三,确定温度零点和分度的方法。
温度的两种数值表示法:摄氏温标和热力学温标一二一二温馨提示 (1)温度计的热容量必须很小,与待测物体接触时,几乎不改变待测物体状态。
(2)热力学温度单位“开尔文”是国际单位制中七个基本单位之一。
(3)热力学温度的零度叫绝对零度,即-273.15 ℃,它是低温的极限,可以无限接近但不能达到。类型一类型二【例1】 下列说法中正确的是( )
A.两个系统处于热平衡时,它们一定具有相同的热量
B.如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡,那么两个系统也必定处于热平衡
C.温度是决定两个系统是否达到热平衡状态的唯一物理量
D.热平衡定律是温度计能够用来测量温度的基本原理
点拨温度是决定一个系统与另一个系统是否达到热平衡状态的唯一物理量。反之,达到热平衡的两个系统一定具有相同的温度。类型一类型二解析:热平衡的系统都具有相同的状态参量——温度,故选项A错误,选项C正确;由热平衡定律,若物体与A处于热平衡,它同时也与B达到热平衡,则A的温度便等于B的温度,这也是温度计用来测量温度的基本原理,故选项B、D也正确。
答案:BCD
题后反思 对于热平衡的理解要从两个层面展开,一是原来两个系统不是热平衡,接触后最终达到热平衡,一是原来两个系统已经处于热平衡,再接触,两个系统不发生变化。初学者往往认为只有两个系统接触时才会有热平衡。实际上接触仅仅是“检验”两个系统是否处于热平衡而已。类型一类型二【例2】 关于热力学温度和摄氏温度,下列说法中正确的是( )
A.某物体摄氏温度为10 ℃,即热力学温度为10 K
B.热力学温度升高1 K等于摄氏温度升高1 ℃
C.摄氏温度升高10 ℃,对应热力学温度升高283.15 K
D.热力学温度和摄氏温度的温标不同,两者表示的温度无法比较
点拨热力学温度与摄氏温度在表示温差时,1 K=1 ℃,而在表示温度时却不相等,即ΔT=Δt,但T≠t。类型一类型二解析:热力学温度与摄氏温度的关系T=t+273.15 K,所以选项A错误;对于T=t+273.15 K,有许多同学错误地认为可变形为ΔT=Δt+273.15 K,而错误地选择选项C,实际上ΔT=T2-T1=t2-t1=Δt,即用摄氏温度表示的温差等于用热力学温度表示的温差,所以选项B正确,C、D错误。
答案:B
题后反思 温标是温度的表示方法,热力学温标与摄氏温标是不同的表示方法,但两者表示的温度既可以比较也可以换算。它们之间的关系式为T=t+273.15 K,并且温度变化相等,关系式为ΔT=Δt。123451.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,说明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温度一定相等
解析:一般来说,描述系统的状态参量不止一个,仅仅根据温度不变且处处相等不能得出系统一定处于平衡态的结论,选项A错误。根据热平衡的定义可知选项B和选项D是正确的。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,可见选项C错误。正确选项为B、D。
答案:BD123452.目前世界上最大的强子对撞机在法国和瑞士的边境建成,并投入使用。加速器工作时,需要注入约1万吨液氮对电路进行冷却,冷却的最低温度可达到零下271 ℃,该温度用热力学温标(取T=t+273 K)可表示为( )
A.2 K B.271 K C.4 K D.0.1 K
解析:由热力学温标与摄氏温标之间的关系可知,
T=t+273 K=(-271+273) K=2 K。
答案:A123453.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“T”是国际单位制中七个基本物理量之一,其单位称为基本单位,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,必有T=t+273.15 K,可知选项C错误,选项D正确;两种温标每一度的含义相同,选项B正确。
答案:ABD123454.你知道1 ℃与1 K是怎样规定的吗?
摄氏温标的间隔是用两个定点确定的。它们是水在标准大气压下的沸点(汽化点)和冰在标准大气压下与空气饱和的水相平衡时的熔点(冰点)。摄氏温标(以前称为百分温标)是由瑞典天文学家A·摄尔修斯设计的。如图所示,以冰点定作0 ℃,汽化点定作100 ℃,因此在这两个固定点之间共为100 ℃,即一百等份,每等份代表1摄氏度,用1 ℃表示,用摄氏温标表示的温度叫作摄氏温度。摄氏温标用 ℃作单位,常用t表示。热力学温标由英国科学家开尔文创立,把摄氏温标下的-273.15 ℃作为零度的温标,叫作热力学温标(或绝对温标)。热力学温标用K表示单位,常用T表示。12345试回答:
(1)热力学温标与摄氏温标之间的关系为 。?
(2)如果可以粗略地取-273 ℃为绝对零度,在一标准大气压下,冰的熔点为 ℃,即为 K;水的沸点是 ℃,即 K。?
(3)如果物体的温度升高1 ℃,那么物体的温度将升高 K。12345解析:(1)摄氏温标冰点温度为0 ℃,汽化点温度为100 ℃,且用t表示;而热力学温标用T表示,把摄氏温标下的-273.15 ℃作为0 K,故它们间的关系为T=t+273.15 K。
(2)若取-273 ℃为绝对零度,则T=t+273 K,显然在一个标准大气压下,冰的熔点为0 ℃,即273 K;水的沸点为100 ℃,即373 K。
(3)因为T=t+273.15 K,所以当t由1 ℃增加到2 ℃时,T就由(1+273.15) K增加到(2+273.15) K,升高1 K。
答案:(1)T=t+273.15 K (2)0 273 100 373 (3)1123455.图甲表示某金属丝的电阻R随摄氏温度t变化的情况。把这段金属丝与电池、电流表串联起来(图乙),用这段金属丝做温度探头,把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度,于是就得到一个最简单的电阻温度计。请判断:如果电池的电动势和内电阻都是不变的,电流表上代表t1、t2的两点,哪个应该标在电流比较大的温度上?
解析:由题图甲可知,t1答案:t1课件29张PPT。5 内能1.知道分子热运动的动能跟温度有关,知道温度是分子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。一二三一、分子动能
1.定义:做热运动的分子所具有的动能叫分子动能。
2.分子的平均动能:
(1)定义:物体内所有分子动能的平均值叫作分子的平均动能。
(2)决定因素:温度是物体分子热运动平均动能的标志。温度越高,分子热运动的平均动能就越大。
同一温度下,不同物质(如:空气、水、铁块、木头等)的分子平均动能都相同吗?平均速率呢?
提示:平均动能相同,平均速率不一定相同。一二三二、分子势能
1.定义:由于分子间存在着分子力,因此分子组成的系统也存在着由分子间的相互位置决定的势能,这种势能叫作分子势能。
2.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。一二三3.变化规律:
(1)当分子间距离r>r0时,分子间的作用力表现为引力,分子间距离增大时,分子力做负功,因此分子势能随分子间距离的增大而增大。
(2)当分子间距离r(3)分子势能“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。一二三当物体的体积增大时,分子势能一定增大吗?
提示:不一定。例如相同质量的0 ℃的水与0 ℃的冰,冰的体积大,但水的分子势能大于冰的分子势能。一二三三、内能
1.定义:物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和,叫作物体的内能。
2.特点:组成任何物体的分子都在做着无规则的热运动,所以任何物体都具有内能。
3.决定因素:
(1)微观因素:物体内能的大小由组成物体的分子个数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定。
(2)宏观因素:物体内能的大小由物体所含物质的多少(即物质的量)、温度和体积三个因素决定。一二三物体运动越来越快,其内能是否发生变化?
提示:物体的内能指的是物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和,物体运动越来越快对应的是机械能,两者本质不同,可在一定条件下相互转化,故物体运动越来越快,其内能有可能变化,也有可能不变。一二三一、对分子动能的理解
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一定相同并且时刻在变化。
(3)热现象是大量分子无规则运动的统计结果,研究个别分子的动能没有实际意义。一二三2.分子的平均动能
分子的平均动能是物体内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一定相同,因为分子质量一般不同。一二三3.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。
温馨提示 (1)温度是分子平均动能的“标志”或者“量度”,温度只与物体内大量分子热运动的统计意义上的平均动能相对应,与单个分子的动能没有关系。
(2)温度高的物体,分子的平均速率不一定大,还与分子质量有关。一二三二、对分子势能的理解
分子势能的大小微观上与分子间的距离有关,宏观上与物体的体积有关。分子势能的变化与分子间的距离发生变化时分子力做功情况有关。
(1)当分子间的距离r>r0时(此时类似于被拉伸的弹簧),分子间的作用力表现为引力,分子间的距离增大时,克服分子力做功,因此分子势能随分子间距离的增大而增大。
(2)当分子间的距离r由于物体分子间距离变化的宏观表现为物体体积的变化,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大(在r>r0范围内);有时体现为分子势能减小(在r(2)分子势能的变化只与分子力做功有关。分子力做正功,分子势能减小;分子力做负功,分子势能增大。分子力做功的值等于分子势能的变化量。这与“重力(弹力或电场力)做的功等于重力(弹性或电)势能变化量的负值”是一样的。一二三三、对内能的理解
1.对内能的理解
任何物体都具有内能,因为一切物体都是由永不停息地做无规则热运动且相互作用着的分子组成的。内能是对一个宏观物体而言的,不存在某个分子内能的说法。
2.内能的决定因素
物体的内能跟物体的温度和体积有关,温度发生变化,分子的平均动能发生变化;物体的体积发生变化,分子势能发生变化。还要注意,物体的内能还与物态以及物体所含的分子数有关,因为内能是物体内所有的分子动能和分子势能的总和。一二三3.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。
4.内能与机械能的区别一二三温馨提示 (1)物体的内能跟物体的机械运动状态无关,但受物态变化的影响。
(2)物体的温度升高,内能不一定增加;温度不变,内能可能改变;温度降低,内能可能增加。?类型一类型二类型三【例1】 当氢气和氧气温度相同时,下列说法正确的是 ( )
A.两种气体分子的平均动能相等
B.氢气分子的平均速率大于氧气分子的平均速率
C.两种气体分子热运动的总动能相等
D.两种气体分子热运动的平均速率相等
点拨温度是分子平均动能大小的标志,然后结合分子质量的关系分析两种气体分子平均速率的大小关系。类型一类型二类型三解析:因为温度是分子平均动能的标志,所以选项A正确。因为氢气和氧气的分子质量不同,平均动能又相等,所以两种气体分子的平均速率不同,由 ,分子质量大的平均速率小,故选项B正确,选项D错误。虽然两种气体分子平均动能相等,但由于两种气体的质量不清楚,即分子数目关系不清楚,故选项C错误。
答案:AB
题后反思 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。类型一类型二类型三【例2】 如图所示,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.当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
点拨知道r=r0时分子势能最小,是正确分析本题的关键。
解析:分子间距离为r0(即分子力为零)时分子势能最小,由题图可知r2=r0,所以r答案:BC类型一类型二类型三题后反思 首先要明确分子势能、分子力与分子距离图象中拐点意义的不同,分子势能图象的最低点(最小值)对应的距离是分子平衡距离r0,而分子力图象的最低点对应的距离大于r0;分子势能图象与r轴交点表示的距离小于r0,分子力图象与r轴交点表示平衡距离r0,其次要把图象上的信息转化为分子间距离再求解其他问题。
触类旁通 若一个分子固定,另一个分子从无限远逐渐向这个分子靠近,直到不能再靠近为止,在这个过程中,两分子系统的势能如何变化?
答案:分子力先做正功再做负功,故两分子系统的势能先减小再增大。(也可从图象中直接读取)类型一类型二类型三【例3】 下列说法正确的是( )
A.分子的动能与分子的势能的和叫作这个分子的内能
B.物体内分子势能由物体的温度和体积决定
C.物体的速度增大时,物体的内能增加
D.物体的动能减小时,物体的温度可能增大
点拨内能是物体内所有分子动能和势能的总和,影响分子动能和势能的因素就是影响物体内能的因素。类型一类型二类型三解析:内能是针对物体的,一个分子无内能可言,选项A是错误的;物体的分子势能由分子间距离决定,宏观上反映为由物体的体积决定,所以选项B也是错误的;物体的内能与物体做宏观的机械运动的速度无关,故选项C也是错误的;物体的温度由分子的平均动能决定,与物体宏观运动的动能无关,因此选项D是正确的。
答案:D
题后反思 本题易错选A,主要是忽略内能对大量分子有意义,而对单个分子没有意义,以后解决此类问题时应注意是否为大量分子。12341.分子间距离增大时,分子势能将( )
A.增加 B.减少
C.不变 D.不能确定
解析:分子势能的变化与分子力做功紧密联系。当分子力做正功时,分子势能减少;当分子力做负功时,分子势能增加。
(1)当r>r0时,分子间的作用力为引力,当分子间距离增大时,分子力做负功,分子势能增加。
(2)当r经以上分析可知本题选项D正确。
答案:D12342.关于物体的内能,下列叙述正确的是( )
A.温度高的物体比温度低的物体内能大
B.物体体积增大时,内能也增加
C.内能相同的物体,它们的分子平均动能一定相同
D.内能不相同的物体,它们的分子平均动能可能相同1234解析:温度高的物体与温度低的物体相比较,温度低的物体分子平均动能小,但所有分子的热运动动能和分子势能的总和不一定小,即物体的内能不一定小。有的同学将内能与温度混为一谈,错误地认为物体的温度高,内能就一定大而错选选项A。物体的体积增大时,分子间的距离增大,分子势能发生变化,但不能确定分子势能是增大还是减小;即使分子势能增大,而分子的平均动能也不能确定是否变化,也不能说明内能增加,选项B错误。内能相同的物体只是指物体内所有分子的动能和分子势能的总和相同,而它们的分子平均动能却不一定相同,因而选项C错误。内能不同的物体,它们的温度有可能相同,即它们的分子平均动能可能相同,选项D正确。
答案:D12343.下列关于分子力和分子势能的说法中,正确的是( )
A.当分子力表现为引力时,分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而增加
B.当分子力表现为引力时,分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而减少
C.当分子力表现为斥力时,分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增加
D.当分子力表现为斥力时,分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而减少1234解析:当分子力表现为引力时,从r0开始随着分子间距离的增大,分子力先增大后减小,分子势能是一直增加的,选项A、B均错误;当分子力表现为斥力时,分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增加,选项C正确,选项D错误。
答案:C12344.三个瓶子分别盛有质量相同的氢气、氧气和氮气,它们的温度相同,则分子平均速率最大的是 ;在不计分子势能的情况下气体内能最大的是 。?
解析:它们的平均动能相同,由于mO>mN>mH,所以有vH>vN>vO。虽然它们的分子平均动能相同,但在相同质量下,氢气的分子数目更多一些,所以在不计分子势能的情况下,氢气的内能最大。
答案:氢气 氢气课件12张PPT。本章整合专题一专题二专题一专题二专题一专题二2.估算模型
(1)对液体、固体来说,微观模型是分子紧密排列,将物质的摩尔体积分成NA等份,每一个等份就是一个分子;在估算分子直径时,设想分子是一个一个紧挨着的小球;在估算分子间距离时,设想每一个分子是一个立方体,立方体的边长为分子间距离。
(2)气体分子不是紧密排列的,所以上述模型对气体不适用,但上述模型可以用来估算分子间平均距离。专题一专题二【例1】 一个集装箱的长为7.5 m,宽为4 m,高为3 m。试粗略估算该集装箱内空气的质量。(已知每摩尔空气的平均质量为2.9×10-2 kg)
点拨本题隐含了“在标准状况下,每摩尔气体的体积为22.4 L”,需注意挖掘。
解析:由于是粗略估算,可以将空气视为标准状况,每摩尔空气的体积为22.4 L,所以空气质量为
答案:117 kg专题一专题二题后反思 解答估算题的程序是:抽象决定事物特征的本质因素,忽略某些次要因素。根据问题所给的条件及求解需要,建立一定的物理模型,再根据物理模型寻找某些物理量的数值,最后进行近似计算。专题一专题二专题二 分子力曲线与分子势能曲线
分子力随分子间距离变化的图象与分子势能随分子间距离变化的图象非常相似(如图所示),但却有着本质的区别。现比较如下:
1.分子间同时存在着引力和斥力,它们都随分子间距离的增大(减小)而减小(增大),但斥力比引力变化得快。
对外表现的分子力F是分子间引力和斥力的合力。专题一专题二2.在rr0的范围内,随着分子间距离r的增大,分子力F是先增大后减小,而分子势能Ep一直增大。
3.当r=r0时分子处于平衡状态,此时分子间的引力、斥力同样存在,分子力F为零,分子势能Ep最小。专题一专题二【例2】 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( )
点拨弄清分子力F与分子势能Ep随分子间距离r的变化规律是处理问题的关键。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,分子势能减小,当r=r0时,分子势能最小,且一定小于零,当r答案:B
题后反思 F-r与Ep-r图象中最低点的含义不同,前者表示分子力表现为引力时的最大值,后者表示分子势能的最小值。这两个最低点出现的位置也不同,前者出现在r>r0的某一位置,后者出现在r=r0处。
