高考物理总复习课件：12.1.1 分子动理论（粤教版选修3－3）

欢迎进入物理课堂 第一单元分子动理论第1课时分子动理论 选修3 3第十二章热学 基础回顾 1 分子是具有各种物质的 性质的最小粒子 或是 如金属 或是 如盐类 或是 如有机物 2 分子直径 有机物质的大分子除外 的数量级为 m 说明分子的体积极其微小 答案 1 化学原子离子分子2 10 10 3 一般分子的质量的数量级为 kg 4 分子间有间隙 5 阿伏加德罗常数 1mol的任何物质都含有相同的粒子数 其测量值NA mol 1 答案 3 10 27 10 265 6 02 1023 要点深化 阿伏加德罗常数的应用热学中研究的不是一个分子的运动状态 而是大量分子集体行为的宏观表现 因此只有用一种微粒集体作物质的量的单位 才具有实际意义 这个量就是摩尔 1mol物体中含有的微粒数 包括原子数 分子数 离子数 都相同 此数叫阿伏加德罗常数NA NA 6 02 1023mol 1 阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁 宏观量 摩尔体积Vmol或摩尔质量Mmol 与微观量 分子体积V0或分子质量m0 的关系有Vmol NAV0 Mmol NAm0 注意 公式Vmol NAV0只适用于固体或液体的计算 而Mmol NAm0对于固体 液体 气体都适用 另外 质量为m的物质中所含的分子数对于固体或液体体积为V的物质中所含的分子数因此 根据阿伏加德罗常数可估算分子大小 分子质量和分子数 基础回顾 1 扩散现象 不同的物质相互接触而彼此进入对方的过程 温度越高 扩散 2 布朗运动 在显微镜下看到的悬浮在液体中的 的永不停息的无规则运动 它是 而产生的 颗粒越小 运动就越 温度越高 运动越 布朗运动 液体分子的运动 是分子热运动的反映 答案 1 越快2 固体颗粒大量的液体分子对固体颗粒的撞击明显激烈不是 要点深化 如何理解布朗运动1827年英国植物学家布朗用显微镜观察悬浮在水中的花粉 发现花粉颗粒在水中不停息地做无规则运动 后来把颗粒的这种无规则运动叫做布朗运动 不只是花粉 其他的物质微粒悬浮在水中都有布朗运动存在 影响布朗运动的因素有两方面 1 悬浮的颗粒越小 布朗运动越明显 颗粒越大 布朗运动不明显 甚至观察不到运动 2 布朗运动随着温度的升高而愈加剧烈 布朗运动发生的原因是 1 布朗运动不是由外界因素影响产生的 所谓外界因素的影响 是指存在温度差 压强差 液体振动等 只能由液体内部造成的 2 布朗运动是悬浮在液体中的微小颗粒受到液体各个方向液体分子撞击作用不平衡造成的 由此可知 布朗运动与分子运动有区别和联系 布朗运动不是分子的运动 它是大量液体分子无规则运动的反映 即通过布朗运动发现了液体分子的无规则运动 基础回顾 1 分子间同时存在相互作用的 和 合力叫分子力 2 特点 分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而 随分子间距离的减小而 但斥力比引力变化 答案 1 引力斥力2 减小增大更快 要点深化 1 分子间的作用力与分子间距的关系 分子间的引力和斥力都随分子间的距离的增大而减小 随分子间的距离的减小而增大 但总是斥力变化得较快 如右图所示 虚线分别表示引力F引 斥力F斥随距离r的变化关系 实线表示分子力F随距离r的变化关系 当r r0时 F引 F斥 F 0 当r r0时 F引和F斥都随分子间距离的减小而增大 但F引 F斥 F表现为斥力 当r r0时 F引和F斥都随分子间距离的增大而减小 但F引 F斥 F表现为引力 当r 10r0时 F引和F斥都十分微弱 可以认为分子间没有相互作用力 F 0 2 分子力本质上是电磁力分子是由原子组成的 原子内部有带正电的原子核和带负电的电子 分子间的作用力就是由这些带电粒子的相互作用引起的 3 理想气体的分子力可忽略不计在液体汽化时体积要扩大为原来的1000倍左右 说明分子间距离约增加10倍 因此气体分子的距离数量级大多为10 9m 距离很大 分子间除碰撞时有相互作用力外 彼此间一般几乎没有分子作用力 因而气体分子总是做匀速直线运动 直到碰撞时才改变方向 所以气体在宏观上表现出没有一定体积形状 可以充满任何一种容器 基础回顾 1 温度两种意义 宏观上表示物体的 微观上标志物体内分子热运动的 它是物体分子 的标志 2 两种温标摄氏温标t 单位 在1个标准大气压下 水的冰点作为 沸点作为 热力学温标T 单位K 把 作为0K 绝对零度 0K 是 的极限 只有接近不能达到 答案 1 冷热程度剧烈程度平均动能2 0 100 273 15 低温 要点深化 1 平衡态对于一个不受外界影响的系统 无论其初始状态如何 经过足够长的时间后 必将达到一个宏观性质不再随时间变化的状态 这种状态叫平衡态 2 温度与温标 1 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定处于热平衡 处于热平衡的系统之间有 共同特性 即温度相同 2 为了定量描述温度 需引入温标 常见温标有摄氏温标和热力学温标 3 热力学温标单位为开 热力学温度与摄氏温度的换算关系为T t 273 15K 基础回顾 1 分子的平均动能 物体内分子热运动动能的平均值叫分子的平均动能 是分子平均动能的标志 温度越高 分子的平均动能 2 分子势能 由分子间的相互作用和 决定的能量叫分子势能 分子势能的大小与物体的体积有关 即与分子间的距离有关 答案 1 温度越大2 相对位置 1 当分子间的距离r r0时 分子势能随分子间的距离增大而 2 当r r0时 分子势能随分子间的距离减小而 3 当r r0时 分子势能最小 但是否为零要看参考零势点的位置 3 物体的内能 物体内所有分子的 的总和叫物体的内能 答案 1 增大 2 增大3 动能和势能 要点深化 1 分子平均动能的理解 1 每个分子都有自己做无规则运动时的动能 因各自的平均速率不同 故动能不同 由于热现象是大量分子无规则运动的结果 研究个别分子运动动能是没有意义的 故要以统计法确定分子热运动动能的平均值 这就是分子的平均动能 2 温度是物体中分子热运动的平均动能的标志 标志 的含义是指物体温度升高或降低 表示了物体内部大量分子热运动的平均动能增大或减小 温度不变 分子热运动的平均动能不变 但是 温度不是直接等于分子的平均动能 3 分子平均动能与物体的机械运动状态无关 物体速度大 分子平均动能不一定大 2 分子势能的理解 1 分子势能的大小与分子间的距离有关 当r r0时 f斥f引 分子力F表现为斥力 随着r的减小 需不断克服分子引力做功 分子势能增大 当r r0时 f斥 f引 对外表现的分子力F 0 分子势能最小 但不为0 2 分子间所具有的势能由它们的相对位置所决定 故分子势能和其他势能一样 具有相对性 通常选取无穷远处 分子间距离r 10r0处 分子势能为零 当两分子逐渐移近时 r r0 分子力做正功 分子势能减小 当分子距离r r0时 分子势能最小 且为负值 当两分子再靠近时 r r0 分子力做负功 分子势能增大 最后可能为负值 也可能为零 也可能为正值 3 物体的体积改变 物体的分子势能必定发生改变 大多数物质是体积越大 分子势能越大 也有少数反常物体 如冰 铸铁等 体积越大 分子势能反而越小 3 物体的内能的决定因素内能决定因素可以从两个方面判定 微观决定因素和宏观决定因素 1 微观决定因素 分子势能 分子的平均动能 分子的个数 2 宏观决定因素 物体的体积 物体的温度 物体所含物质的多少 即物质的量 3 对于理想气体来说 由于理想气体分子间没有相互作用力 所以没有分子势能 理想气体的内能就是分子平均动能的总和 即E NEk N为气体分子的个数 Ek为分子的平均动能 对于一定的理想气体来说内能是温度的单值函数 基础回顾 1 大量分子运动方向的统计规律 在气体中 大量分子频繁的碰撞使某个分子何时何地向何处运动 完全是偶然的 对大量分子而言 气体分子沿各个方向运动的机会 2 分子速率按一定的规律分布 在一定的温度下 各种不同速率范围内的分子数在总分子数中所占的比例是确定的 总体上表现出 的分布规律 答案 1 相等2 中间多两头少 要点深化 气体运动的统计规律是通过实验之后得出的 一般通过画图象来说明 如右图所示为氧分子在不同温度 0 和100 下的速率分布规律图 由此图可知 1 在一定的温度下 氧气分子的速率呈现出 中间多 两头少 的分布规律 2 温度越高 氧气分子热运动的平均速率越大 估算法是根据日常生活和生产中的一些物理数据对所求的物理量的数值和数量级大致推算的一种近似方法 估算时应注意 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紧挨着的 设分子体积为V0 则分子直径 球体模型 或d 立方体模型 2 对于气体 分子间距离比较大 可用d 估算出两个气体分子之间的平均间距 远比气体分子本身直径大 3 估算时 要灵活地用好阿伏加德罗常数这个桥梁 最近发现的纳米材料具有很多优越性 在生产 生活实践和高科技中有广泛的应用 边长为1nm的立方体可容纳液态氢分子 直径约10 10m 的个数最接近于 A 102个B 103个C 106个D 109个 解析 1nm 10 9m 则边长为1nm的立方体的体积为V 10 9 3m3 10 27m3 由于液态氢分子是一个挨一个的 每个分子所占的体积为一个正方体 即V0 10 10 3m3 10 30m3 故边长为1nm的立方体可容纳液态氢分子的个数答案 B 题型训练 1 把冰分子看成一个球体 冰分子体积的数量级为10 30m3 可估算冰分子直径的数量级为 A 10 8mB 10 10mC 10 12mD 10 14m 解析 冰分子体积V0的数量级为10 30m3 根据分子直径公式得冰分子直径的数量级为10 10m 答案 B 与分子力特点有关的习题主要有三类 一是判断对分子力特点的描述是否正确 二是利用分子力特点研究分子力做功 分子的加速度 三是与实际相关联的问题 要正确分析这些问题 必须准确把握分子的特点 熟知分子间斥力 引力及合力随分子间的距离的变化规律 应弄清是分子力原因还是其他力作用的结果 切不可见了相斥 相吸就与分子力联系 2010年上海卷 分子间的相互作用力由引力与斥力共同产生 并随着分子间距的变化而变化 则 A 分子间引力随分子间距的增大而增大B 分子间斥力随分子间距的减小而增大C 分子间相互作用力随分子间距的增大而增大D 分子间相互作用力随分子间距的减小而增大 解析 分子力随分子间距变化的情形如右图所示 当分子距离等于r0时 分子力为零 当分子距离小于r0时 分子力表现为斥力 当分子距离大于r0时 分子力表现为引力 且引力先变大后变小 最后分子力等于零 答案 B点评 要正确分析这些问题 必须准确把握分子的特点 熟知分子间斥力 引力及合力随分子间的距离的变化规律 应弄清是分子力原因还是其他力作用的结果 题型训练 2 两个分子从靠近得不能再近的位置开始 使二者之间的距离逐渐增大 直到大于分子直径的10倍以上 这一过程中关于分子间的相互作用力的下述说法中正确的是 A 分子间的引力和斥力都在减小B 分子间的斥力在减小 引力在增大C 分子间相互作用的合力在逐渐减小D 分子间相互作用的合力 先减小后增大 再减小到零 解析 分子间同时存在着引力与斥力 当距离增大时 二力都在减小 只是斥力减小得比引力快 在r r0时 引力与斥力的合力为零 相当于弹簧处于原长 当分子间距离rr0时 分子间的斥力小于引力 因而表现为引力 相当于弹簧被拉伸 当距离大于10倍直径时 分子力可视为零 所以分子力的变化是先减小后增大 再减小到零 因而选项A D正确 答案 AD 1 分子力的变化由分子力与分子间距的关系图判断 2 判断分子势能的变化有两种方法 看分子力做功情况 直接由分子势能与分子间距离的关系图线判断 但要注意r r0是分子势能最小的点 如右图所示 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 若规定无限远处分子势能为零 则 A 乙分子在b处势能最小 且势能为负值B 乙分子在c处势能最小 且势能为负值C 乙分子在d处势能一定为正值D 乙分子在d处势能一定小于在a处势能 解析 1 由于乙分子由静止开始 在ac间一直受到甲分子的引力而做加速运动 引力做正功 分子势能一直在减小 到达c点时所受分子力为零 加速度为零 速度最大 动能最大 分子势能最小为负值 2 由于惯性 到达c点后乙分子继续向甲分子靠近 由于分子力为斥力 故乙分子做减速运动 直到速度减为零 设到达d点后返回 故乙分子运动范围在ad之间 3 在分子力表现为斥力的那一段cd上 随分子间距的减小 乙分子克服斥力做功 分子力 分子势能随间距的减小一直增加 答案 B点评 本题考查了对分子力与分子势能与分子间距之间的关系及理解能力 是一道很经典的好题 题型训练 3 两个分子甲和乙相距较远 此时它们之间的分子力可忽略 设甲固定不动 乙逐渐向甲靠近直到不能再靠近的整个过程中 A 分子力总是对乙做正功B 乙总是克服分子力做功C 先是乙克服分子力做功 然后分子力对乙做正功D 先是分子力对乙做正功 然后乙克服分子力做功 解析 两分子甲和乙相距较远时分子力表现为引力 所以靠近时分子力做正功 当两个分子靠近到一定距离时 分子间的引力等于斥力 合力为零 两个分子再靠近时 分子间的斥力大于引力 分子力表现为斥力 所以在靠近过程中 乙要克服分子力做功 答案 D 在观察布朗运动时 从微粒在a点开始计时 间隔30s记下微粒的一个位置 得到b c d e f g等点 然后用直线依次连接 如图所示 下列说法正确的是 A 微粒在75s末时的位置一定在cd的中点B 微粒在75s末时的位置可能在cd的连线上 但不可能在cd中点C 微粒在前30s内的路程一定等于ab的长度D 微粒在前30s内的位移大小一定等于ab的长度 错解 本题容易错选CD 分析纠错 b c d e f g等分别粒子在t 30s 60s 90s 120s 150s 180s时的位置 但并不一定沿着折线abcdefg运动 所以正确答案只能是D 答案 D 祝 您 学业有成 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全