物理第十四章 热学 第1讲 分子动理论 内能

第1讲分子动理论内能知识梳理知识梳理一、物体是由大量分子组成的一、物体是由大量分子组成的1.分子大小分子大小(1)分子的体积很小,它直径的数量级是10-10m。(2)油膜法油膜法可粗测分子直径。(3)分子大小计算有两种模型:一是球体球体,二是立方体立方体,对气体分子用上述模型只能估算出相邻两分子间平均距离相邻两分子间平均距离。2.分子质量分子质量分子质量很小,一般物质分子质量的数量级为10-26kg。3.分子数量分子数量(1)阿伏加德罗常数:1 mol的任何物质都含有相同的粒子数,这个数的测量值NA=6.02 1023mol-1。(2)阿伏加德罗常数联系宏观和微观的公式NA= NA=(不适用于气体)(3)分子数量的计算N=Mm分子molVV分子mMM1.扩散现象是相互接触的物质彼此进入对方的现象,温度越高,扩散 越快越快。二、分子的热运动二、分子的热运动2.布朗运动布朗运动:在显微镜下看到悬浮在液体中的固体颗粒固体颗粒永不停息地做无规则运动,颗粒越小,运动越明显明显;温度越高,运动越激烈激烈,布朗运动不是液体分子的运动。3.布朗运动是分子无规则无规则运动的宏观表现。三、分子间的相互作用力三、分子间的相互作用力1.分子间同时存在着引力和斥力,实际表现出来的是分子引力和斥力的合力合力。2.分子力随分子间距离变化的关系:(r0表示引力和斥力相等时的分子间距)(1)r=r0时,F引=F斥,分子力表现为零零。(2)rr0时,F引F斥,分子力表现为引力引力。(3)rr0时,F引r0时,分子力为引力,当r增大时,分子力做负功,分子势能增加。.当rr0时,随着r变大,F变小,Ep变小B.当rr0时,随着r变大,F变小,Ep变大C.当rr0时,随着r变小,F变大,Ep变小D.当rr0时,r变大,则分子力F先变大后变小,分子力做负功而分子势能变大,所以A、B选项错误;当rr0时,r变小,则分子力F变大,分子力做负功,分子势能变大,所以C选项错误、D选项正确。D3-2由于分子间存在着分子力,而分子力做功与路径无关,因此分子间存在与其相对距离有关的分子势能。如图所示为分子势能Ep随分子间距离r变化的图像,取r趋近于无穷大时Ep为零。通过功能关系可以从分子势能的图像中得到有关分子力的信息,则下列说法正确的是() A.假设将两个分子从r=r2处释放,它们将相互远离B.假设将两个分子从r=r2处释放,它们将相互靠近C.假设将两个分子从r=r1处释放,它们的加速度先增大后减小D.假设将两个分子从r=r1处释放,当r=r2时它们的速度最大答案答案 D将两个分子从r=r2处释放,其相互作用的引力和斥力大小相等,方向相反,将静止,A、B选项错误;分子由静止释放后,分子的动能跟分子势能的总和保持不变,故分子应向势能减少的方向运动,分子势能最小时分子具有最大动能,故D选项正确;两分子从r=r1处释放,加速度减小,当r=r2时减为0,故选项C错误。D考点四正确建立微观模型考点四正确建立微观模型,搭好宏观与微观的桥梁搭好宏观与微观的桥梁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的小球;在估算分子间距离时,设想每一个分子是一个正立方体,正立方体的边长即分子间距离。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气体分子间平均距离。 4-1已知地球大气层的厚度h远小于地球半径R,空气平均摩尔质量为M,阿伏加德罗常数为NA,地面大气压强为p0,重力加速度大小为g。由此可估算得,地球大气层空气分子总数为 ,空气分子之间的平均距离为 。答案答案 20A4 p N RMg30AMghp N20A4 p N RMg30AMghp N解析解析可认为地球大气对地球表面的压力是由其重力引起的,即mg=p0S=p04R2,故大气层的空气总质量m=,空气分子总数N=NA=。由于hR,则大气层的总体积V=4R2h,每个分子所占空间设为一个棱长为a的正方体,则有Na3=V,可得分子间的平均距离 a=。204 p RgmM20A4 p N RMg30AMghp N4-2已知大气压强是由于大气的重力而产生的,某学校兴趣小组的同学,通过查资料知道:月球半径R=1.7106 m,月球表面重力加速度g=1.6 m/s2。为开发月球的需要,设想在月球表面覆盖一层厚度为h的大气,使月球表面附近的大气压达到p0=1.0105 Pa,已知大气层厚度h=1.3103 m,比月球半径小得多,月球表面开始没有任何气体。试估算:(1)应在月球表面添加的大气层的总质量m;(2)月球大气层的分子数;(3)分子间的距离。(空气的平均摩尔质量M=2.910-2 kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.01023 mol-1)答案答案(1)2.271018 kg(2)4.71043个(3)1.010-9 m解析解析(1)月球的表面积S=4R2,月球大气的重力与大气对月球表面压力大小相等mg=p0S,所以大气的总质量m=,代入数据可得m= kg2.271018 kg。(2)月球大气层的分子数为N=NA=6.010234.71043(个)。(3)可以认为每一个气体分子平均占据空间为一个立方体,小立方体紧密排列,其边长即分子间的距离。设分子间距离为a,大气层中气体的体积为V,则有V=4R2h,a=,得a=1.010-9 m。204 R pg6254 3.14 (1.7 10 )1.0 101.6mM1822.27 102.9 103VN30AghMp N