高一物理分子热运动能量守恒气体知识精讲通用.doc

高一物理分子热运动、能量守恒、气体 【本讲主要内容】分子热运动、能量守恒、气体物质是由大量分子组成的阿伏加德罗常量，分子的热运动、布朗运动，分子间的相互作用力，分子热运动的动能，温度是物体分子热运动平均动能的标志，物体分子间的相互作用的势能，物体的内能，做功和热传递是改变物体内能的两种方式，热量，能量守恒定律，热力学第一定律，热力学第二定律，永动机不可能，绝对零度不可达到，能源的开发和利用，环境保护，气体的状态和状态参量，热力学温度、气体的体积、温度、压强之间的关系，气体分子运动的特点，气体压强的微观意义知识掌握】【知识点精析】1. 分子动理论：（1）分子动理论的基本内容是什么？物体是由大量分子组成的，分子永不停息地做无规则运动，分子间存在着相互作用力2）什么是分子？所谓分子就是保持原物质化学性质的最小粒子，组成物质的原子、离子或分子，在研究热现象中统称为分子3）分子直径的测量方法是什么？怎样进行？油膜法：测出一滴油酸体积ν，将油酸滴到水面上，油酸均匀地在水面上扩散开，并且浮在水面上，我们可以把油酸看作一个一个紧密排列的小球，它在水面上的面积为s，由于油酸在滴入水中前后体积未变，所以ν=sD(D为油酸分子的直径)，则D=ν/s。

在讨论此问题时简要介绍如何测一滴油酸体积ν及面积S的测量方法对微观量的估算，首先要建立微观模型，对于液体和固体，可以把它们看成是分子一个挨一个紧密排列的微观模型计算时把物质的摩尔体积分成NA个等份，每个等份就是一个分子，若把分子看成小立方体，则每个等份就是一个小立方体若把分子看成小球，每一等份就是一个小球由此可估算出每个分子的体积和直径例：在标准状态下，水蒸气分子间的距离大约是水分子直径的( )A. 1.1×104倍 B. 1.1×103倍 C. 1.1×102倍 D. 11倍（4）什么叫数量级，分子直径的数量级是多少？例：5×105N中105N即为数量级用上述方法测得分子直径的数量级是10-10米，可见分子是非常非常小的，因此宏观物体是由大量分子组成的5）什么叫阿伏加德罗常数，其数值及单位分别是什么？阿伏加德罗常数为6.0221367×1023mol-1，一般计算时取6.02×1023mol-1阿伏加德罗常数之大，再次说明了物体是由大量分子组成的6）阿伏加德罗常数的物理意义是什么？阿伏加德罗常数是一个基本常数，它是联系微观和宏观的桥梁。

例：已知某物体摩尔质量M，密度ρ及分子体积ν，求阿伏加德罗常数NANA=M/ρν（7）分子质量和分子体积的计算式是什么？m=M/NA(M为该物质摩尔质量，NA为阿伏加德罗常数)；v=V/NA= M/ρNA(V为该物质摩尔体积，NA为阿伏加德罗常数)8）怎样计算物质所含的微粒数？1g氢气中含有多少个氢分子？在标准状况下，它们占有多大体积？(氢气的摩尔质量按2×10-3kg/mol计算)对于分子个数求法一般用N=nNA(n为摩尔数)其中n=m/M(m为物体实际质量，M为该物质摩尔质量)；适用于固、液、气体n=ν/V(ν为物体实际体积，V为该物质摩尔体积)；适用于固、液体n=ρν/M(ρ为物质的密度 ，ν为物体实际体积，M为该物质摩尔质量)；n=m/ρV(m为物体实际质量，ρ为物质的密度，V为该物质摩尔体积)2. 分子的热运动：（1）布朗运动就是分子运动吗？布朗运动不是分子运动，是通过显微镜观察到的悬浮于液体(或气体)中固体颗粒的运动，它是分子运动的反映2）在较暗的房间里，从射进来的阳光中，可以看到悬浮在空气里的微粒飞舞，这就是布朗运动吗?不是，能在液体或气体中做布朗运动的颗粒都是很小的，一般数量级在10-6m，这种颗粒肉眼是看不到的，必须借助于显微镜，悬浮在空气里的可见微粒，以及风天的灰砂尘都是用肉眼看到的较大颗粒，它们的运动不是布朗运动，它们的运动基本上属于在重力和气流作用下的定向移动，而布朗运动是无规则的。

3）教材中的折线是做布朗运动的固体颗粒的轨迹吗?不是，这幅图画出每隔30s观察到的花粉微粒的位置，用直线依次连接起来的图线旨在说明其运动的无规则特征，而非轨迹，实际上这短短30秒内花粉微粒沿这两点连线运动的几率极小，这其间不同时刻花粉微粒位置在此连线上的几率也很小，因此根本不可能是布朗运动的轨迹，更不能说是水分子运动的轨迹4）固体、液体和气体的分子运动情况分子动理论告诉我们物体中的分子永不停息地做无规则运动，它们之间又存在着相互作用力分子力的作用要使分子聚集起来，而分子的无规则运动又要使它们分散开来由于这两种相反因素的作用结果，有固体、液体和气体三种不同的物质状态提问：固体与液体、气体比较有什么特征？①说明固体为什么有一定的形状和体积呢？因为在固体中，分子间距离较近，数量级在10-10m，分子之间作用很大，绝大部分分子只能在各自平衡位置附近做无规则的振动②液体分子运动情况？固体受热温度升高，最终熔化为液体，对大多数物质来说，其体积增加10％，也就是说分子之间距离大约增加3％因此，液体分子之间作用力很接近固体情况，分子间有较强的作用力，分子无规则运动主要表现为在平衡位置附近振动但由于分子间距离有所增加，使分子也存在移动性，所以液体在宏观上有一定的体积，而又有流动性，没有固定的形状。

③气体分子运动情况？液体汽化时体积扩大为原来的1000倍，说明分子间距离约增大10倍，分子间除碰撞时有相互作用力外，彼此之间一般几乎没有分子作用力，分子在两次碰撞之间是自由移动的所以气体在宏观上表现出没有一定的体积形状，可以充满任何一种容器3. 分子之间的作用力：（1）实验事实分析、推理得出分子之间存在着引力演示实验：①长玻璃管内，分别注入水和酒精，混合后总体积减小②U形管两臂内盛有一定量的水（不注满水），将右管端用橡皮塞堵住，左管继续注入水，右管水面上的空气被压缩提问：这两个实验说明了什么问题？回答：上述实验可以说明气体、液体的内部分子之间是有空隙的钢铁这样坚固的固体的分子之间也有空隙，有人用两万标准大气压的压强压缩钢筒内的油，发现油可以透过筒壁溢出布朗运动和扩散现象不但说明分子不停地做无规则运动，同时也说明分子间有空隙，否则分子便不能运动了认为固体和液体分子是一个挨一个排列的，那只是估算分子直径的数量级而做的设想，实际上分子大小比估算值要小，中间存在着空隙，但数量级还是正确的一方面分子间有空隙，另一方面，固体、液体内大量分子却能聚集在一起形成固定的形状或固定的体积，这两方面的事实，使我们推理出分子之间一定存在着相互吸引力。

演示实验：两个圆柱体形铅块，当把端面刮平后，让它们端面紧压在一起，合起来后，它们不分开，而且悬挂起来后，下面还可以吊起一定量的重物还有平时人们用力拉伸物体时，为什么不易拉断物体就是因为分子引力的作用2）根据已知的实验事实，推理得出分子之间还存在着斥力提问：由哪些实验事实，判断得出分子之间有斥力？回答：固体和液体很难被压缩，即使气体压缩到了一定程度后再压缩也是很困难的；用力压缩固体（或液体、气体）时，物体内会产生反抗压缩的弹力这些事实都是分子之间存在斥力的表现运用反证法推理，如果分子之间只存在着引力，分子之间又存在着空隙，那么物体内部分子都吸引到一起，造成所有物体都是很紧密的物质但事实不是这样的，说明必然还有斥力存在着3）分子间引力和斥力的大小跟分子间距离的关系①经过研究发现分子之间的引力和斥力都随分子间距离增大而减小但是分子间斥力随分子间距离加大而减小得更快些，如图1中两条虚线所示图1②由于分子间同时存在引力和斥力，两种力的合力又叫做分子力在图1图象中实线曲线表示引力和斥力的合力（即分子力）随距离变化的情况当两个分子间距在图象横坐标r0距离时，分子间的引力与斥力平衡，分子间作用力为零，r0的数量级为10-10m，相当于r0位置叫做平衡位置。

I. 分子间距离当r＜r0时，分子间引力和斥力都随距离减小而增大，但斥力增加得更快，因此分子间作用力表现为斥力II. 当r＞r0时，引力和斥力都随距离的增大而减小，但是斥力减小得更快，因而分子间的作用力表现为引力，但它也随距离增大而迅速减小III. 当分子距离的数量级大于10-9m时，分子间的作用力变得十分微弱，可以忽略不计了4. 气体分子运动的特点：（1）气体分子可以在空间里自由移动：气体分子间的相互作用力十分微弱，通常可以认为，气体分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外不受力的作用，可以在空间里自由移动2）个别分子表现出的是无规则热运动，但大量分子的运动表现出了一定的规律性就某个分子来说，它在某一时刻的速度具有怎样的大小和方向，完全是偶然的频繁的碰撞导致气体分子做无规则的热运动尽管单个分子的运动是杂乱无章的，但对大量分子的整体来说，分子的运动表现出一定的规律性这种大量分子整体表现出来的规律叫做统计规律①对大量分子来说，在任一时刻沿各方向运动的机会是均等的，没有任何一个方向运动的分子数目更多也就是说，气体分子沿各个方向运动的数目应该是相等的②大量分子做无规则运动的速率有的大，有的小，但分子的速率却按照一定的规律分布。

研究表明，在一定温度下，大多数气体分子，速率都在某个数值v0附近，离开这个数值v0越远，分子数越少，表现出“中间多，两头少”的分布规律温度升高时，v0增大，速率小的分子数减少，速率大的分子数增加，但仍然呈“中间多，两头少”的分布规律3）温度是分子平均动能的标志：既然在一定温度下，某种气体的分子速率分布是确定的，我们就可以求出在这个温度下该种气体分子的平均速率，即所有分子的速率的平均值温度升高时，速率大的分子数增加，分子的平均速率增大，所以分子的平均动能增加平均动能Ek=(mv12/2＋mv22/2＋…＋m vi2/2)/n，其中n为分子总数，vi为第i个分子的速率5. 物体的内能：（1）分子动能：组成物质的分子总在不停地运动着，所以运动着的分子具有动能，叫做分子动能①提问：据你对布朗运动实验的观察分析，分子运动有什么特点？分子运动是杂乱无章的，在同一时刻，同一物体内的分子运动方向不同，分子的运动速率也不相同分析：分子速率分布特点——在同一时刻有的分子速率大，有的分子速率小，从大量分子总体来看，速率很大和速率很小的分子是少数，大多数分子是中等大小的速率指出：由于分子速率不同，所以每个分子的动能也不同，对于热现象的研究来说，每个分子的动能是毫无意义的，而有意义的是物体内所有分子动能的平均值，此平均值叫做分子的平均动能。

②讨论研究：用分子运动论的观点，分析冷、热水的区别：→讨论得到：组成冷、热水的大量分子的速率各不相同，则其动能也各不相同，但就冷水总体来说，分子的平均动能小于热水的分子平均动能由此可见：I. 温度的微观含义：温度是物体分子平均动能的标志即:温度升高，分子的平均动能增大，反之亦然但是温度升高，物体内每个分子的动能不一定都增大II. 温度高的物体，它的分子的平均动能一定比温度低的物体的分子平均动能大，但并非每个分子的动能都大，也就是说对温度高的物体，它有动能很小的分子，对温度低的物体，它也有动能很大的分子III. 物体内所有分子的总动能应等于分子平均动能和分子数的乘积所以温度高的物体的分子总动能不一定大，这还要看物体内的分子个数2）分子势能：同学们知道，地面上的物体与地球之间有相互作用力，发生了形变的弹簧各部分间存在着相互作用力，因此在它们的相对位置发生变化时，它们之间便具有势能分别叫重力势能、弹性势能，统称。