分子動(dòng)理論 氣體.doc

分子動(dòng)理論、氣體分子永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)-布朗運(yùn)動(dòng)分子永不停息作無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)事實(shí)：擴(kuò)散現(xiàn)象和布朗運(yùn)動(dòng)。擴(kuò)散現(xiàn)象在說明分子都在不停地運(yùn)動(dòng)著的同時(shí)，還說明了分子之間有空隙。布朗運(yùn)動(dòng)是指懸浮在液體中的固體小顆粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，它間接地反映了液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。液體分子永不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)是產(chǎn)生布朗運(yùn)動(dòng)的原因。影響布朗運(yùn)動(dòng)激烈程度的因素：小顆粒的大小和液體的溫度。能做明顯的布朗運(yùn)動(dòng)的小顆粒都是很小的，一般數(shù)量級(jí)在10-6m，這種小顆粒肉眼是看不見的，必須借助于顯微鏡。3、分子間存在著相互作用的引力和斥力。分子間同時(shí)存在著引力和斥力，實(shí)際表現(xiàn)出來(lái)的分子力是分子引力和斥力的合力。分子間相互作用的引力和斥力的大小都跟分子間的距離有關(guān)。當(dāng)分子間的距離m時(shí)，分子間的引力和斥力相等，分子間不顯示作用力；當(dāng)分子間距離從增大時(shí)，分子間的引力和斥力都減小，但斥力小得快，分子間作用力表現(xiàn)為引力；當(dāng)分子間距離從減小時(shí)，斥力、引力都增在大，但斥力增大得快，分子間作用力表現(xiàn)為斥力。分子力相互作用的距離很短，一般說來(lái)，當(dāng)分子間距離超過它們直徑10倍以上，即m時(shí)，分子力已非常微弱，通常認(rèn)為這時(shí)分子間已無(wú)相互作用。二、內(nèi)能：1、 分子的動(dòng)能：由于組成任何物體的分子都是在不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，因此，構(gòu)成物體的每一個(gè)分子在任何時(shí)刻都具有動(dòng)能。由于分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)規(guī)則性及分子間的頻繁碰撞，任何一個(gè)分子的動(dòng)能都是不斷變化的。即使一個(gè)物體在穩(wěn)定的狀態(tài)下，構(gòu)成物體的每個(gè)分子動(dòng)能的大小也是不相等的。組成物體所有分子動(dòng)能的平均值，叫做分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能。平均動(dòng)能的大小決定了物體所處的狀態(tài)，分子平均動(dòng)能大小的宏觀標(biāo)志是物體的溫度。物體的溫度越高，分子平均動(dòng)能越大；反之，物體的溫度越低，分子平均動(dòng)能越小。 分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能叫做分子的動(dòng)能。一切分子都具有動(dòng)能。溫度是物體分子平均動(dòng)能的標(biāo)志。做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的每個(gè)分子都具有動(dòng)能。但由于分子運(yùn)動(dòng)的無(wú)規(guī)則性，每個(gè)分子的動(dòng)能都不相同，討論每個(gè)分子的動(dòng)能是無(wú)意義的。在研究熱運(yùn)動(dòng)中，有意義的是討論所有分子動(dòng)能的平均值，即分子的平均動(dòng)能。理論和實(shí)踐均已證明，溫度和分子的平均動(dòng)能有確定的函數(shù)關(guān)系，因此溫度是物體分子平均動(dòng)能的標(biāo)志。2、 分子的勢(shì)能：由于分子間存在著相互作用力，且分子間又有間隙，分子間的距離可變，這跟物體與地球間的關(guān)系相當(dāng)。物體與地球間存在著相互作用力重力，物體與地球間有間隙高度，且距離可變。地球上的重物有勢(shì)能由相互作用的物體間相對(duì)位置決定的能，那么，分子間也存在著分子勢(shì)能由分子間相對(duì)位置決定的勢(shì)能叫分子勢(shì)能。因?yàn)榉肿娱g的相互作用力比較復(fù)雜既存在相互作用的引力又有相互作用的斥力，所以分子勢(shì)能的規(guī)律也是復(fù)雜的。當(dāng)分子間的距離為r0（=10-10m）時(shí)，分子處于平衡態(tài)勢(shì)能最低。因?yàn)榉肿娱g的距離r大于r0時(shí)分子間的合作用表現(xiàn)為引力，分子間的距離r小于r0時(shí)分子間的合作用表現(xiàn)為斥力，所以，當(dāng)分子間距離r大于r0時(shí)，分子間距離越大分子勢(shì)能越大，當(dāng)分子間距離r小于r0時(shí)，分子間距離越小分子勢(shì)能越大。綜上所述，分子勢(shì)能的大小與分子間的距離是密切相關(guān)的。宏觀上看物體分子勢(shì)能的變化可由物體的體積及物體所處的態(tài)（固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)）決定。分子間存在著由相對(duì)位置決定的勢(shì)能叫分子勢(shì)能。分子間勢(shì)能與分子間的距離的關(guān)系可用右圖來(lái)表示。當(dāng)分子間的距離大到10時(shí)，分子間的作用力可認(rèn)為零，定義比位置勢(shì)能為零。分子間距離從10逐漸小，引力做正功，分子勢(shì)能減小，到時(shí)，分子間勢(shì)能減小到最小。當(dāng)分子間距離從繼續(xù)減小時(shí)，斥力做負(fù)功，即要克服斥力做功，分子間勢(shì)能增加。分子勢(shì)能與體積有關(guān)。3、 物體的內(nèi)能：定義：構(gòu)成物體所有分子動(dòng)能與勢(shì)能的總和，叫物體的內(nèi)能。顯然，物體內(nèi)能的多少與各分子動(dòng)能的大小有關(guān)，與分子的勢(shì)能大小有關(guān)，與分子的總量有關(guān)。宏觀上看，物體內(nèi)能的多少由物體的溫度、物體的體積（及所處的態(tài)）和物體所包含的分子數(shù)決定，即由三個(gè)參量決定。熱力學(xué)基礎(chǔ)（一）改變物體內(nèi)能的兩種方式：做功和熱傳遞1. 做功：其他形式的能與內(nèi)能之間相互轉(zhuǎn)化的過程，內(nèi)能改變了多少用做功的數(shù)值來(lái)量度，外力對(duì)物體做功，內(nèi)能增加，物體克服外力做功，內(nèi)能減少。2. 熱傳遞：它是物體間內(nèi)能轉(zhuǎn)移的過程，內(nèi)能改變了多少用傳遞的熱量的數(shù)值來(lái)量度，物體吸收熱量，物體的內(nèi)能增加，放出熱量，物體的內(nèi)能減少，熱傳遞的方式有：傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射，熱傳遞的條件是物體間有溫度差。（二）熱力學(xué)第一定律物體內(nèi)能的增量等于外界對(duì)物體做的功W和物體吸收的熱量Q的總和。（三）能的轉(zhuǎn)化和守恒定律能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式或從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能的總量不變，這就是能量守恒定律。（四）熱力學(xué)第二定律兩種表述：（1）不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化。（2）不可能從單一熱源吸收熱量，并把它全部用來(lái)做功，而不引起其他變化。熱力學(xué)第二定律揭示了涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都有方向性。（3）熱力學(xué)第二定律的微觀實(shí)質(zhì)是：與熱現(xiàn)象有關(guān)的自發(fā)的宏觀過程，總是朝著分子熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)序性增加的方向進(jìn)行的。（4）熵是用來(lái)描述物體的無(wú)序程度的物理量。物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)序程度越高，物體的熵就越大。（五）說明的問題1. 第一類永動(dòng)機(jī)是永遠(yuǎn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，它違背了能的轉(zhuǎn)化和守恒定律。2. 第二類永動(dòng)機(jī)也是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，它雖然不違背能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，但卻違背了熱力學(xué)第二定律。正確運(yùn)用能量守恒定律計(jì)算內(nèi)能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的問題物體內(nèi)能對(duì)分子而言，它是組成物體所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子熱能的總和，它是狀態(tài)量，它的大小與溫度、體積以及物體所含分子數(shù)有關(guān)。機(jī)械能是對(duì)物體整體而言，它是物體整體的動(dòng)能和勢(shì)能（包括重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能）的統(tǒng)稱，即使靜止物體的動(dòng)能為零，重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能也不變，物體仍具有內(nèi)能。物體的機(jī)械能與內(nèi)能之間可以發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，例如“摩擦生熱”，但能的總量不變。在分析此類問題時(shí)，一要注意能量轉(zhuǎn)化的方向，二要考慮到轉(zhuǎn)化的快慢導(dǎo)致的效果上的不同。例:如圖所示容器中，A、B各有一個(gè)可自由移動(dòng)的輕活塞，活塞下是水，上為空氣，大氣壓恒定。A、B底部由帶有閥門K的管道相連，整個(gè)裝置與外界絕熱，原先A中水面比B中高，打開閥門，使A中水逐漸向B流，最后達(dá)到平衡。在這個(gè)過程中，下面哪個(gè)說法正確（D ）A. 大氣壓對(duì)水做功，水的內(nèi)能增加B. 水克服大氣壓力做功，水的內(nèi)能減少C. 大氣壓對(duì)水不做功，水的內(nèi)能不變D. 大氣壓對(duì)水不做功，水的內(nèi)能增加例如圖所示，固定容器及可動(dòng)活塞P都是絕熱的，中間有一導(dǎo)熱的固定隔板B，B的兩邊分別盛有氣體甲和氣體乙，現(xiàn)將活塞P緩慢地向B移動(dòng)一段距離，已知?dú)怏w的溫度隨其內(nèi)能的增加而升高，則在移動(dòng)P的過程中（ AC）A. 外力對(duì)乙做功，甲的內(nèi)能增加B. 外力對(duì)乙做功，乙的內(nèi)能不變C. 乙傳遞熱量給甲，乙的內(nèi)能增加D. 乙的內(nèi)能增加，甲的內(nèi)能不變（三）熱力學(xué)第二定律1. （1）熱力學(xué)第二定律符合能量守恒定律；（2）熱力學(xué)第二定律的兩種表述是等價(jià)的，可以以其中一種表述推導(dǎo)出另一種表述。對(duì)任何一類宏觀自然過程進(jìn)行方向的說明，都可以作為熱力學(xué)第二定律的表述。（3）第二類永動(dòng)機(jī)不違背能量守恒定律，但違背了熱力學(xué)第二定律。所以是不可能制成的。（4）熱力學(xué)第二定律揭示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性，使得它們成為獨(dú)立于熱力學(xué)第一定律的自然規(guī)律。2. 熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律是熱力學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)理論。熱力學(xué)第一定律指出任何熱力學(xué)過程中能量守恒，而對(duì)過程沒有其他限制。熱力學(xué)第二定律指明哪些過程可以發(fā)生，哪些不可能發(fā)生，如：第二類永動(dòng)機(jī)不可能實(shí)現(xiàn)，熱機(jī)效率不可能是100%，熱現(xiàn)象過程中能量耗散是不可避免的，宏觀的實(shí)際的熱現(xiàn)象過程是不可逆的等等。3. 熱力學(xué)第一定律反映了功、熱量跟內(nèi)能改變之間的定量關(guān)系；熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)是：自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性，都是不可逆的。違背該定律的第二類永動(dòng)機(jī)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。例. 下列說法正確的是（D ）A. 熱量不能由低溫物體傳遞到高溫物體B. 外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能必定增加C. 第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成，是因?yàn)檫`反了能量守恒定律D. 不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來(lái)做功，而不引起其他變化例. 關(guān)于永動(dòng)機(jī)和熱力學(xué)定律的討論，下列敘述正確的是（D ）A. 第二類永動(dòng)機(jī)違反能量守恒定律B. 如果物體從外界吸收了熱量，則物體的內(nèi)能一定增加C. 外界對(duì)物體做功，則物體的內(nèi)能一定增加D. 做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，但從能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的觀點(diǎn)來(lái)看這兩種改變方式是有區(qū)別的氣體分子運(yùn)動(dòng)與壓強(qiáng)氣體壓強(qiáng)的微觀解釋：容器中的氣體分子在高速無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)時(shí)，容器壁受到分子的撞擊更加劇烈。每個(gè)分子撞擊容器壁產(chǎn)生的力是短暫的、不連續(xù)的，但容器壁受到大量分子頻繁的撞擊，就會(huì)受到一個(gè)穩(wěn)定的壓力，從而產(chǎn)生壓強(qiáng)。氣體分子的運(yùn)動(dòng)是無(wú)規(guī)則的，氣體分子向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的概率相同，對(duì)每個(gè)容器壁的撞擊效果也相同，因此氣體內(nèi)部壓強(qiáng)處處相等。氣體溫度升高時(shí)，高速率的氣體分子數(shù)增多，整體上分子運(yùn)動(dòng)更加劇烈，分子使容器壁受到的撞擊更加頻繁，導(dǎo)致氣體的壓強(qiáng)增大。氣體：玻意耳定律（pvc）查理定律（p/tc）蓋 呂薩克定律（v/tc）| PV/T=n*R例題：1. 以下說法中正確的是（ BC）A. 0的水結(jié)成0的冰，由于體積增大，分子勢(shì)能增大B. 將鐵塊燒熱，鐵塊中分子平均動(dòng)能增大，分子勢(shì)能增大C. 物態(tài)發(fā)生變化時(shí)，分子勢(shì)能一定變化D. 物體的機(jī)械能和內(nèi)能都可能為零5. 在溫度均勻的液體中，一個(gè)小氣泡由液體的底層緩慢地浮至液面，則氣泡在浮起的過程中（B ）A. 放出熱量 B. 吸收熱量C. 不吸熱也不放熱 D. 無(wú)法判斷6. 若熱機(jī)從熱源吸收熱量為Q，對(duì)外做功為W，定義 為熱機(jī)效率 值為（D ）A. 可以是100% B. 可以大于100%C. 可以大于或等于100% D. 一定小于100%例 兩個(gè)分子從相距較遠(yuǎn)（分子力可忽略）開始靠近，直到不能再靠近的過程中（BCD）A. 分子力先做負(fù)功后做正功B. 分子力先做正功后做負(fù)功C. 分子間的引力和斥力都增大D. 兩分子從r0處再靠近，斥力比引力增加得快例 一定質(zhì)量的氣體發(fā)生等溫變化時(shí)，若體積增大為原來(lái)的n倍，則壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉?lái)的_C_倍。A、2n B、n C、1/n D、2/n例題8. 如圖1所示，一定質(zhì)量的氣體由狀態(tài)A變到狀態(tài)B再變到狀態(tài)C的過程，A、C兩點(diǎn)在同一條雙曲線上，則此變化過程中（ AD）A、從A到B的過程溫度升高B、從B到C的過程溫度升高C、從A到C的過程溫度先降低再升高D、A、C兩點(diǎn)的溫度相等2. 關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)，下列說法正確的是（BC ）A. 布朗運(yùn)動(dòng)是在顯微鏡中看到的液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)B. 布朗運(yùn)動(dòng)是液體分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的反映C. 懸浮在液體中的微粒越小，液體溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)越顯著D. 布朗運(yùn)動(dòng)的無(wú)規(guī)則性反映了小顆粒內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)的無(wú)規(guī)則性例 一定質(zhì)量的理想氣體，經(jīng)歷了如圖2所示的狀態(tài)變化123過程，則三個(gè)狀態(tài)的溫度之比是（B ）A. 135 B. 365 C. 321 D. 563例 一定質(zhì)量的理想氣體，體積變大的同時(shí)，溫度也升高了，那么下面判斷正確的是（A）A. 氣體分子平均動(dòng)能增大，氣體內(nèi)能增大B. 單位體積內(nèi)分子數(shù)增多C. 氣體的壓強(qiáng)一定保持不變D. 氣體的壓強(qiáng)可能變大opVABDC如圖所示pV圖中，一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A經(jīng)過ACB過程至狀態(tài)B，氣體對(duì)外做功280J，放出熱量410J；氣體又從狀態(tài)B經(jīng)BDA過程回到狀態(tài)A，這一過程中氣體對(duì)外界做功200J求：ACB過程中氣體的內(nèi)能是增加還是減少？變化量是多少？BDA過程中氣體是吸熱還是放熱？吸收或放出的熱量是多少？ 地面附近有一正在上升的空氣團(tuán)，它與外界的熱交熱忽略不計(jì).已知大氣壓強(qiáng)隨高度增加而降低，則該氣團(tuán)在此上升過程中（不計(jì)氣團(tuán)內(nèi)分子間的勢(shì)能）( )A.體積減小，溫度降低B.體積減小，溫度不變C.體積增大，溫度降低D.體積增大，溫度不變兩端開口的彎管，左管插入水銀槽中，右管有一段高為h的水銀柱，中間封有一段空氣，則 ( )A.彎管左管內(nèi)外水銀面的高度差為hB.若把彎管向上移動(dòng)少許，則管內(nèi)氣體體積增大C.若把彎管向下移動(dòng)少許，則右管內(nèi)的水銀柱沿管壁上升D.若環(huán)境溫度升高，則右管內(nèi)的水銀柱沿管壁上升粗細(xì)均勻的彎曲玻璃管A、B兩端開口，管內(nèi)有一段水銀柱，右管內(nèi)氣體柱長(zhǎng)為39cm，中管內(nèi)水銀面與管口A之間氣體柱長(zhǎng)為40cm。先將口B封閉，再將左管豎直插入水銀槽中，設(shè)整個(gè)過程溫度不變，穩(wěn)定后右管內(nèi)水銀面比中管內(nèi)水銀面高2cm，求： （1）穩(wěn)定后右管內(nèi)的氣體壓強(qiáng)p；（2）左管A端插入水銀槽的深度h。（大氣壓強(qiáng)p076cmHg）12-3-18如圖12-3-18所示，一定質(zhì)量的理想氣體被活塞封閉在可導(dǎo)熱的氣缸內(nèi)，活塞相對(duì)于底部的高度為h，可沿氣缸無(wú)摩擦地滑動(dòng)。取一小盒沙子緩慢地倒在活塞的上表面上。沙子倒完時(shí)，活塞下降了h/4。再