1、第十一章第十一章 分子热运动分子热运动 能量守恒辅导能量守恒辅导 丰台分院 吴勤智 2003.10一、物体是由大量分子组成的一、物体是由大量分子组成的 1.分子直径的数量级为10-10米（1埃）2.阿伏加德罗常数是反映1摩尔任何物质所含有的微粒数都相同，即6.021023mol-1。阿伏加德罗常数之大，具体说明了物体是由大量分子组成的。练习：将0.001mol香水，分散在1273.5m3的体积空间，那么每立方米空间有多少个香水分子？n=0.0016.021023=6.021020（个）N=n/V=2.01018（m-3）3.对单分子油膜法测分子直径的分析对单分子油膜法测分子直径的分析 单分子油
2、膜法测分子直径是将一定体积V的油酸滴在水面上，让油在广阔的水面上充分展开，认为油膜的厚度为一个分子直径，利用数学的体积公式V=HS，则D=H=V/S所以测出一定体积V的油酸在水面上得以充分展开后的面积S，由D=V/S计算出分子直径 单分子油膜法测分子直径，是把分子简化为一个球模型，实际上分子有着复杂的内部结构，并不真的是小球在计算体积时，又把每个分子所占空间看做是边长为D的立方体，略去分子间的空隙，这都是一种粗略的估测，这种估测只是提供分子大小的数量级，使人们了解分子是多么微小，而不是这种分子的确切数据模型不同，但对测量结果的数量级不会产生影响。练习：已知某种油的摩尔质量为01kg/mol，密
3、度为08103k/m3，现取一滴体积为0310-3cm3的油滴，滴于水面上展成一单分子油膜，测得油膜的面积为042m2试根据上述数据求出阿伏加德罗常数(保留一位有效数字)D=V/S=0310-310-6/042 =7.010-10（m），每个分子的体积为v=r3=D3，摩尔体积V=M/=10-3，所以N=V/v=71023（mol-1）346181二、分子的热运动二、分子的热运动1.扩散现象的分析：扩散是物质分子的彼此迁移，物质分子运动的结果。扩散的结果是使物质分布趋于均匀。分子运动的机理就是要打破一切不均衡性，使之均衡。扩散的快慢与温度、物质本身结构性质有关系。温度越高，扩散越快，分子结构紧
4、密，相互作用力大，扩散就慢；分子结构松散，相互作用力弱，扩散就快。这就是固体不易扩散，而气体及易扩散的原因。扩散现象可以在固体、液体、气体中发生。练习：下列哪些现象属于扩散现象 （AD）A.一瓶清水中滴一滴墨水，整瓶清水变黑B.地面上的沙子，被风吹起，分布于空气C.炎热的天气，不断有汗水从人体内渗出D.落下墨水在桌子（木桌子）上，怎么擦洗也 擦不干净2.对布朗运动的分析 布朗运动的特点：无规则；永不停息；粒子越小，运动越明显；温度越高，布朗运动越快解释：解释：布朗运动是布朗粒子的运动，不是分子的运动布朗运动的形成原因是由于液体分子对布朗粒子撞击的结果，所以布朗运动可以说明分子在运动。由布朗运动
5、的特点，可以说明分子运动也有一些特点：分子运动没有规则性布朗运动的无规则是由于液体分子对布朗粒子的撞击无规则，即分子运动无规则 分子运动永不停息。布朗运动的永不停息是由于液体分子永不停息的撞击，即分子运动永不停息 分子运动从宏观上观察，各个方向上的运动是均衡的，在小范围内有不均衡，而且范围越小，不均衡越突出布朗粒子被周围分子撞击而运动，必定是来自各个方向的撞击不等，改变了粒子的运动状态，而且粒子越小，运动越明显，则各方撞击差别越大，状态改变越明显，当粒子大了，来自各方撞击差别小了，状态改变小了，则运动越不明显 分子的运动随温度的升高而加剧布朗运动随温度的升高而加快，是因为液体分手对粒子的碰撞越
6、频繁，即分子运动随温度升高而加剧练习：1.下面关于布朗运动的说法中，正确的是 (C )A布朗运动就是分子的无规则运动B布朗运动就是悬浮在液体中的固体分子的运动C布朗运动是液体分子无规则运动的反映D悬浮的颗粒越大，温度越高，布朗运动就越剧烈2.下列说法中，正确的是（AD）A.分子的运动从群体上看有规律性，但单个分子的运动无规律性B.分子的运动轨迹与布朗粒子运动的轨迹相同C.布朗粒子的运动轨迹可以代表某个分子的运动轨迹D.布朗粒子越小运动越明显，揭示了平衡中有不平衡的哲理三、分子间的相互作用力 分子间的相互作用力特点：分子引力和分子斥力都属短程作用力，它们的作用范围：10-10m数量级。当分子间距
7、离增大到10-9m数量级，分子力就减少到可以忽略不计的程度 分子引力与分子斥力同时存在 不受外界作用时，分子间的引力与斥力大小相等，这时分子间的距离为r0（f斥=f引，f合=0）。分子引力与分子斥力都随分子间距离变化而变化。当r r0 时，分子引力与分子斥力都随分子间距离增大而减少，斥力减小快，表现为引力；当r r0 时，分子引力与分子斥力都随分子间距离减小而增大，斥力增大快，表现为斥力。练习：1.有关分子力的说法中，正确的是 (D )A当r=r0时分子间没有力的作用B当rr0时分子间的作用只是斥力C当rr0时分子间的作用只是引力 D当r=10r0时分子间的作用力可以忽略2.为什么锯断的钢筋不
8、易接起？为什么锯断的钢筋不易接起？分子间的相互作用力是一个短程作用，它的作用范围是10-10m数量级，钢筋锯断后表面粗糙，无论怎样加工打磨，凹凸情况总是远大于分子直径，因此能达到10-10m数量级的分子数总是极少数，相互吸引的力很微弱，要将锯断的钢筋接好必须烧焊，焊的作用是使接触面上熔化，成为液态，利用液态的流动性填补空隙，使分子间距离达到10-10m数量级，待冷却后牢牢的成为一个整体烧焊时有时出虚焊，是因为接触表面还没有充分熔化，只是外表看起来熔化，而内部没熔化而分子间距离还达不到10-10m数量级不能牢固的成为一个整体3.一张干燥的纸不沾任何东西，根本不能贴稳在黑板上，但将纸打湿后很容易就
9、能贴稳在黑板上，如何解释?能不能贴稳，就是能不能使分子间的距离达到10-10m数量级。干燥的纸，由于黑板与纸都凹凸不平，不能使较多的分子达到10-10m数量级。当纸打湿后有水分子，由于水的流动性，会填补凹凸不平的空隙，使之达到10-10m数量级，所以容易贴住。四、物体的内能 热量 1.分子动能 分子作热运动所具有的动能称分子动能。2.分子平均动能，温度 所有分子的动能的平均值叫分子热运动的平均动能温度是分子平均动能的标志 3分子势能 由分子间的相互作用力，分子间的相对位置决定的势能叫分子势能 4物体的内能 物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的热力学能，也叫内能分子动能特点的
10、分析 分子永不停息地作无规则的运动，分子具有动能，对单个分子，由于频繁的碰撞，其动能时刻改变，而且没有规则因此对单个分子的动能的研究没有多大的实际意义 对一个物体来说，虽各个分子动能时刻改变，但分子动能总和趋于一个稳定值，因此，分子平均动能趋于一个稳定值由于分子平均动能反映物体分子所处的整体状态，所以研究分子平均动能有实际意义 物体的温度升高，热运动加剧，分子动能增加，则分子平均动能增大，因此温度是分子平均动能的标志 值得注意的是：温度升高，并不一定每个分子的动能都一定增加，对高温物体，它有动能很小的分子，对低温物体，它也有动能很大的分子。但对处于一定状态的物体，具有很大动能的分子和具有很小动
11、能的分子都很少，绝大部分都处于中间状态当温度升高，中间状态向高能态一边推移。当温度降低，中间状态向低能态一边推移，从而平均动能发生变化练习：一块10的铁与一块10的铝相比较，下列说法中正确的是 (D )A铁的分子动能之和与铝的分子动能之和相等 B铁的每个分子动能与铝的每个分子的动能相等 C铁的分子平均速率与铝的分子平均速率相等 D以上说法均不正确关于分子势能关于分子势能 分子势能是由于分子之间有相互作用力，当分子间距离发生变化时，分子力要做功，使能量状态要发生变化分子势能与其他势能相似：分子力做正功，势能减小，分子力做负功(克服分子力做功)，势能增大。分子势能是相对的，只有确定零点后才有确切值
12、。当选无穷远为势能的零点，那么物体的分子势能小于零因为两个分子之间从很远到接近过程中，首先体现的是引力，靠近过程，引力做正功，势能减小，当r=r0时势能最小。当rr0时，斥力做负功，势能增大。可见：物体的分子势能与物体的体积有密切关系：物体的体积改变，物体分子势能必定发生改变。分子动能和分子势能可以相互转化，固体分子总是在固定位置振动，就是分子动能和势能的相互转化若分子有足够大的动能，它就可以克服其他分子对它的束缚力而离开这个物体 练习：下列有关分子势能的说法中，正确的是(D)A分子间距离增大，分子势能也增大 B分子间距离减小，分子势能增大 C当分子间距离r=r0时分子势能为零 D当分子间距离
13、r=r0时分子势能最小 关于物体的内能 物体中所有分子做热运动的动能和分子势能总和总和，叫做物体的热力学能，也叫内能分子动能与温度和分子数有关，温度高，分子数多，分子动能也就大分子势能与物体的体积有关，体积变化分子势能必定发生变化，因此，物体的内能与物质中分子数，物体的温度、体积有关练习：下列说法中正确的是 (D )A温度相等的两块铁(固体)，其内能一定相等B温度不等的两物体，其内能一定不等C两物体的内能相等，其分子平均动能一定相等D两块相同物质组成的物体(固体)，质量相等，温度相同，内能一样大关于物体内能的改变关于物体内能的改变改变内能的两种方式(1)做功可以改变物体的内能（能量的转变）(2
14、)热传递可以改变物体的内能。（能量的转移）做功和热传递对改变物体的内能是等效的。对做功改变物体内能的分析对做功改变物体内能的分析 外界对物体做了多少功，物体的内能就增加多少；物体对外界做了多少功；物体的内能就减少多少。压缩气体，是外界对气体做功，气体的内能增加，气体内能的增加量等于外界对气体做的功 气体膨胀，是气体对外界做功，气体的内能减少，气体内能的减少量等于气体膨胀对外做的功对热传递改变物体内能的分析对热传递改变物体内能的分析物体从外界吸收了热量，物体的内能增加物体内能的增加量等于物体吸收的热量.物体向外界放出了热量，物体的内能减少，物体内能的减少量等于物体放出的热量 热传递的条件是要有温
15、度差，其规律是高温物体放出热，低温物体吸收热，最终达到温度相等，热传递过程结束练习：1.外界压缩气体做功20J，下列说法中正确的是 (CD)A.气体内能一定增加20JB.气体内能增加必定小20JC.气体内能增加可能小于20JD.气体内能增加可能大于20J2.物体吸收了热量后，下列说法中正确的是(D)A温度一定升高B内能一定增加C状态一定发生变化D温度、内能、状态都可能不发生变化五、热力学第一定律五、热力学第一定律 能量守恒定律能量守恒定律 1热力学第一定律 外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于物体内能的增加U即：U=Q+W 2能量守恒定律 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只
16、能从种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体 3永动机不可能制成 不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器被称为永动机，这种永动机是不可能制造成的。热力学第一定律是能的转化与守恒定律的一种具体的表达形式它像力学中的动能定理、功能关系、机械能守恒一样是能的转换与守恒在具体问题中又一具体体现对热力学第一定律的认识与理解，要站在能的转换与守恒的高度进行分析在热学问题中，研究的是一个物体的内能，物理过程中的做功与进行的热传递对这一物体的内能有什么具体影响根据具体的影响对过程列出能的转化与守恒等式 运用U=Q+W这一数学表达式研讨问题时，必须将式中的U、W、Q三个物理量的物理含义
17、弄清，根据物理含义理解其符号法则 符号法则：外界对物体做功（W取正值），使物体的内能增加物体对外做功（W取负值），必然是使物体的内能减少。同理：物体从外界吸收热量（Q取正值），使内能增加。物体对外界放热（Q取负值），使内能减少。物体的内能增加了，U取正值；物体的内能减少了，U取负值练习：一定量气体膨胀做功l00J，同时对外放热40J，气体内能的增加U是 ()A60J B-60J C-140J D140J C2.对能量守恒定律的认识对能量守恒定律的认识 能量守恒定律是自然界中的最基本规律，任何自然现象都必须遵守。能量守恒定律是没有条件的。六、热力学第二定律六、热力学第二定律 1.热传递的方向性
18、热量会自发地从高温物体传给低温物体，使低温物体温度升高，而高温物体温度降低。2.热机效率 =W/Q1 3.热力学第二定律 表述一：不可能使热量由低温物体传递到高温度物体，而不引起其他变化 表述二：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化 4.对热力学第二定律的理解 热力学第二定律向人们指出了实际宏观过程进行的条件和方向，其实质在于指出“一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的”，是一个能够反映过程进行方向的规律关于热传导的方向性应注意两点：注意“自发地”，是指没有任何外界的影响或帮助如空调(夏天)，室内温度比外界低，却还能不断地把室内热量往外传递，这是因为电流对空调做功，
19、不断地把室内热量“搬运”出去 热量从高温物体传递到低温度物体，是因为两者存在着温差，而不是热量从内能大的物体传递到内能低的物体，由内能的定义可知，温度低的物体有可能比温度高的物体内能大练习：下列说法中正确的是 (D )A热量不仅可以从高温物体传到低温物体，也可自发地从低温物体传到高温物体 B空调等设备就是利用了热传导的方向性 C.无论采用什么方法，都不可能把热量从低温物体传递给高温物体 D热量能自发地传递的条件是必须存在“温差”为什么第二类永动机是不可能制成的？为什么第二类永动机是不可能制成的？这种永动机并不违反能量守恒定律，只是从单一的热源吸收热量，全部用来做功，而没有冷凝器。由热传递的方向
20、性可知，没有冷凝器，只有单一热源，那么就不存在温度差，没有温度差，就不可能存在热传递，因此，这种单一热源的内能就不可能被人们所利用 如图所示，高温热源与低温热源之间存在温度差，热量从高温热源传往低温热源，在传递的过程中，通过“手段”，使一部分热量转化为机械能而对外做功，这就是“热机”的工作原理，其效率为=W/Q1。练习：某热机一小时燃烧20kg柴油，柴油完全燃烧时的燃烧值为q=43104Jkg，而该热 机 燃 烧 2 0 k g 柴 油，只 能 对 外 做258105J的功，那么该柴油机的效率为多少?Q1=qm=4310420=8.6105J，=W/Q1=258105/8.6105=30%。能
21、量耗散无法重新利用的能量。可让学生举例说明。热力学第三定律绝对零度无法达到。七、能量七、能量 环境环境节能的意义，开发新能源的意义，环境保护的意义。常规能源煤、石油、天然气。可再生能源水能、风能。取之不尽，用之不竭的能源太阳能。新型能源沼气、核能。环境污染问题酸雨的形成，臭氧的形成，涉及理科综合内容。光盘内容16、17、20、21第十二章 固体、液体和气体一、气体的压强1.气体分子运动的特点 气体分子运动的速率很大，气体分子相互作用力很弱，气体分子之间有很大的空隙。2.气体对器壁的压强气体对容器壁的压强3.气体压强的微观解释大量分子不断地和器壁碰撞，对器壁产生持续的压力。二、气体的压强、体积、温度间的关系温度与体积的关系热胀冷缩。压强与温度的关系温度升高，压强增大。会进行微观解释。
