（高中物理）知識全解31分子動理論

1、高中物理知識全解 3.1 分子動理論一：分子的熱運動 = 1 * GB3 宏觀物質(zhì)是由大量分子組成的，分子是極小的微粒。例：一個直徑為左右的水珠，大小與細(xì)菌差不多，其中分子的個數(shù)比地球上人口的總數(shù)還多上好幾倍。所以分子是人的肉眼所看不到的，目前用掃描隧道顯微鏡可以觀察的到分子的排列情況。注意：在熱學(xué)中我們把構(gòu)成物質(zhì)的分子、原子或者離子統(tǒng)稱為分子。 = 2 * GB3 分子的大小除一些有機物質(zhì)的大分子外，多數(shù)分子直徑的數(shù)量級為注意：利用油膜法可以測分子直徑實驗局部有詳細(xì)講述。 = 3 * GB3 阿伏伽德羅常數(shù)意義：阿伏加德羅常數(shù)表示1mol各種純物質(zhì)所含的粒子數(shù)。阿伏加德羅常數(shù)是自然科學(xué)的一個

2、重要常數(shù)。一百多年來，物理學(xué)家想出各種方法來測量它，使用了一次比一次更精確的測量方法，1986年利用X射線測得的阿伏加德羅常數(shù)是，通?？扇∽⒁猓涸谟嬎阌嘘P(guān)氣體的各物理量時，一定要注意氣體分子本身的大小相對于氣體分子間的距離可以忽略不計，氣體分子可以視為質(zhì)點。例：氣體分子的密度氣體密度；氣體體積氣體分子的體積注意：在計算有關(guān)相鄰分子之間的平均距離即相鄰分子中心間的平均距離時，一般都把分子視為球體或正方體，可以根據(jù)題目需要靈活選擇適宜的模型?！纠}】設(shè)某種物質(zhì)的摩爾質(zhì)量為，原子間平均距離為，阿伏伽德羅常數(shù)為，那么該物質(zhì)的密度可表示為 A、 B、 C、 D、【例題】V表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下水蒸氣的摩爾體積，

3、為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下水蒸氣的密度，NA為阿伏加德羅常數(shù)，m為每個水分子的質(zhì)量，那么阿伏加德羅常數(shù)NA_，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下相鄰水蒸氣分子間的平均距離d_. = 4 * GB3 分子的熱運動分子的熱運動：一切物質(zhì)的分子都在做永不停息的無規(guī)那么運動，且溫度越高分子無規(guī)那么運動越劇烈。分子的熱運動雖然人的肉眼看不到，但我們可以從宏觀的實驗現(xiàn)象，來判斷分子的行為。1、擴(kuò)散現(xiàn)象氣體、液體、固體都能夠發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象。例：在廣口瓶中滴幾滴溴，它會逐漸蒸發(fā)，變?yōu)闅怏w。墨水滴入水中會迅速擴(kuò)散。金片和鋁片壓在一起，不管金片放在上面還是下面，金都會擴(kuò)散到鉛中，鉛也會擴(kuò)散到金中。注意：擴(kuò)散現(xiàn)象并不是外界作用例如對流、重力作用等引起的，

4、而是由分子無規(guī)那么運動產(chǎn)生的。擴(kuò)散現(xiàn)象說明：一切物體的分子都在做永不停息的無規(guī)那么運動。只有分子不停地運動才能相互進(jìn)入對方。同時也說明分子不是緊密地擠在一起，而是彼此間存有間隙。例：1L水和1L酒精混合，混合后的液體總體積必定小于2L。2、布朗運動布朗運動：懸浮在液體中的細(xì)小顆粒的無規(guī)那么運動。原因：液體中許許多多做無規(guī)那么運動的分子不斷地撞擊微小懸浮顆粒，當(dāng)微小顆粒足夠小時，它受到來自各個方向的液體分子的撞擊作用就會不平衡，在某一瞬間，微小顆粒在某個方向受到撞擊作用，它就沿著這個方向運動。在下一瞬間，微小顆粒在另一方向受到撞擊作用，它又向著另一個方向運動。這樣就引起了微粒的無規(guī)那么運動。注意

5、：懸浮在液體中的微粒越小，在某一瞬間跟它撞擊的液體分子數(shù)就越少，撞擊作用的不平衡性就表現(xiàn)得越明顯，因而布朗運動越明顯。懸浮在液體中的微粒越大，在某一瞬間跟它撞擊的液體分子數(shù)就越多，各個方向的撞擊作用接近平衡，這時就很難觀察到布朗運動了。另外，溫度越高，液體分子無規(guī)那么運動越劇烈，布朗運動也就越明顯。 = 1 * ROMAN I、布朗運動不是固體小顆粒中分子的運動，也不是液體分子的無規(guī)那么運動，而是懸浮在液體中的固體小顆粒的無規(guī)那么運動。 = 2 * ROMAN II、懸浮在液體中的細(xì)小顆粒無規(guī)那么運動的原因是液體分子對它無規(guī)那么撞擊的不平衡性造成的，因此，布朗運動間接地證實了液體分子的無規(guī)那么

6、運動。例：布朗運動說明了液體分子與懸浮顆粒之間存在著相互作用力。錯誤二：分子間的作用力如右圖所示當(dāng)分子間的距離其數(shù)量級時，分子引力等于分子斥力，分子力為零。隨著分子間距離的變化，分子引力和分子斥力都發(fā)生變化，但是分子斥力總是比分子引力變化的更快，所以：1、當(dāng)時，分子斥力比分子引力增大的更快，分子力表現(xiàn)為斥力。2、當(dāng)時，分子斥力比分子引力減小的更快，分子力表現(xiàn)為引力。例：物塊從水中拉出來時，出水面的一瞬間，需要的拉力突然增大，這是因為物塊外表分子與水外表分子間存在著引力。3、分子引力和分子斥力是同時存在的，都隨著分子間的距離增大而減小，分子力是分子引力與分子斥力的綜合表達(dá)。當(dāng)由的過程分子力逐漸增

7、大，分子力表現(xiàn)為斥力；當(dāng)由的過程分子力先增大后減小，分子力表現(xiàn)為引力。例：當(dāng)分子力為零時并不代表此時的分子引力和分子斥力也為零，也不代表此時的分子力最小。4、當(dāng)分子之間的距離到達(dá)數(shù)量級以上時，分子力可以忽略不計，這樣的物質(zhì)一般視為理想氣體。5、上述分子力的圖象是相對固體、液體和非理想氣體而言的，對于理想氣體分子間沒有分子力故沒有分子力的圖象。三：溫度和溫標(biāo) = 1 * GB3 熱力學(xué)系統(tǒng)：熱力學(xué)中，為了便于集中研究所選取的某些固定的物質(zhì)或某個固定空間中的物質(zhì)，所選取的研究對象，即稱為熱力學(xué)系統(tǒng)。 = 2 * GB3 外界：熱力學(xué)研究中，系統(tǒng)之外與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其它物質(zhì)統(tǒng)稱為外界。 = 3

8、* GB3 狀態(tài)參量：用來描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量，叫做系統(tǒng)的狀態(tài)參量。例：體積V、壓強P、溫度T = 4 * GB3 平衡態(tài)：如果一個系統(tǒng)與外界沒有能量交換，經(jīng)過一段時間后，系統(tǒng)內(nèi)各點的壓強和溫度都不再變化，我們把系統(tǒng)的這種狀態(tài)叫平衡態(tài)。 = 5 * GB3 熱平衡：如果兩個系統(tǒng)在接觸時，它們的狀態(tài)都不發(fā)生變化，那么這兩個系統(tǒng)到達(dá)熱平衡。注意：平衡態(tài)是指一個系統(tǒng)的狀態(tài)，熱平衡是指兩個系統(tǒng)之間的關(guān)系。注意：一切到達(dá)熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度。熱平衡定律：如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)到達(dá)熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平衡。 = 6 * GB3 溫度：熱平衡說明，兩個系統(tǒng)處于熱平衡時，它

9、們必定具有某個共同的熱學(xué)性質(zhì)，我們把表征這一“共同的熱學(xué)性質(zhì)的物理量叫溫度。1、溫度是決定一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)是否到達(dá)熱平衡的物理量。2、溫度是表示物體冷熱程度的物理量，反映了組成物體的大量分子的無規(guī)那么運動的劇烈程度。 = 7 * GB3 溫度計：測量溫度的工具。家庭和物理實驗室常用溫度計是利用水銀、酒精、煤油等液體的熱脹冷縮規(guī)律來制成的。另外，還有金屬電阻溫度計、壓力表式溫度計、熱電偶溫度計、雙金屬溫度計、半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計、磁溫度計、聲速溫度計、頻率溫度計等。 = 8 * GB3 溫標(biāo)：溫度的數(shù)值表示法叫做溫標(biāo)。用攝氏溫標(biāo)表示的溫度叫做攝氏溫度，單位是攝氏度；在國際單位制中，常采用熱力

10、學(xué)溫標(biāo)表示的溫度，叫做熱力學(xué)溫度，單位是開爾文，簡稱開K熱力學(xué)溫度(T)與攝氏溫度(t)的關(guān)系為：【一般解題時可認(rèn)為】1、兩種溫標(biāo)表示同一溫度的數(shù)值不同，但改變1 K和1的溫度差相同。2、絕對零度為：或【0K是低溫的極限，只能無限接近，但不可能到達(dá)或更低】。3、確定一個溫標(biāo)時首先要選取一種測溫物質(zhì)，根據(jù)這種物質(zhì)的某個特性來制造溫度計例如：可以根據(jù)水銀的熱脹冷縮規(guī)律來制造水銀溫度計，然后還要確定溫度的零點和分度方法例如：攝氏溫標(biāo)曾經(jīng)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點為，水的沸點為，并據(jù)此把玻璃管上的刻度與刻度之間均勻分成100等份，每一份算做。四：內(nèi)能內(nèi)能：物體中所有分子的熱運動動能與分子勢能的總和，叫

11、做物體的內(nèi)能。物體的內(nèi)能由物體的分子數(shù)，分子動能、分子勢能三者共同決定。注意：對固體、液體和非理想氣體而言，它們的內(nèi)能由物體的分子數(shù)，分子動能、分子勢能三者共同決定。而對理想氣體而言，因為不計分子力，故沒有分子勢能，所以理想氣體的內(nèi)能由物體的分子數(shù)，分子動能兩者共同決定?！纠}】20時1kg的和1kg的誰的內(nèi)能大？解：20的和都可以視為理想氣體，故均沒有分子勢能，都是20，那么和的平均分子動能一樣，但是1kg的比1kg的的分子數(shù)要多，所以20時1kg的比1kg的的內(nèi)能要大。 = 1 * GB3 分子動能溫度是分子平均動能的標(biāo)志，溫度越高，分子的平均動能就越大。【例題】給體積相同的玻璃瓶A、B分

12、別裝滿溫度為60的熱水和0的冷水，以下說法中正確的選項是 A溫度是分子平均動能的標(biāo)志，所以A瓶中水分子的平均動能比B瓶中水分子的平均動能大B溫度越高，布朗運動愈顯著，所以A瓶中水分子的布朗運動比B瓶中水分子的布朗運動更顯著CA瓶中水的內(nèi)能與B瓶中水的內(nèi)能一樣大D由于A、B兩瓶水體積相等，所以A、B兩瓶中水分子間的平均距離相等注意：溫度是分子平均動能的標(biāo)志，故同一溫度下的某種物質(zhì)并不代表其內(nèi)的所有分子動能都相同。例：物體溫度越高，每個分子的動能越大。錯誤 = 2 * GB3 分子勢能分子間存在著分子力，所以分子組成的系統(tǒng)具有分子勢能，分子勢能的大小與分子間的距離有關(guān)。物體的體積變化時，分子間的距

13、離將發(fā)生變化，因而分子勢能隨之改變，所以分子勢能與物體的體積有關(guān)。注意：分子勢能零勢能的選取具有任意性，一般以處或無窮遠(yuǎn)處為零勢能。注意：分子勢能數(shù)值的大小不僅與分子間的距離有關(guān)，還和分子勢能零勢能位置的選取有關(guān)。而分子勢能的變化，那么由分子力做正、負(fù)功的性質(zhì)所決定，分子力做正功，分子勢能減??；分子力做負(fù)功，分子勢能增大。1、分子距離在平衡位置距離處分子勢能最小，分子距離由向大于平衡位置距離或小于平衡位置距離處移動其分子勢能都將增大。例：假設(shè)以處為零勢能，兩分子之間的距離由平衡位置逐漸靠近或遠(yuǎn)離，分子力都做負(fù)功，分子勢能都增大。例：假設(shè)以無窮遠(yuǎn)為零勢能，兩分之間的距離由無窮遠(yuǎn)向零靠近時，分子力

14、先做正功，后做負(fù)功，分子勢能先減小后增大。2、對于固體、液體、非理想氣體而言，分子之間存在分子力，故分子勢能不可忽略。當(dāng)分子之間的距離到達(dá)數(shù)量級以上時，分子力可以忽略不計，這樣的物質(zhì)一般視為理想氣體，故理想氣體不需要考慮分子勢能。注意：一般的氣體都視為理想氣體，而水蒸氣不能視為理想氣體?！纠}】在一個恒溫的容器中有一定量的水，假設(shè)過了一段時間水變成了水蒸氣，那么系統(tǒng)的內(nèi)能增大。假設(shè)又過了一段時間水蒸氣變成了水，那么系統(tǒng)的內(nèi)能又減小。試說明原因？【例題】如以下列圖所示為兩分子系統(tǒng)的勢能Ep與兩分子間距離r的關(guān)系曲線以下說法正確的選項是 A當(dāng)r大于r1時，分子間的作用力表現(xiàn)為引力B當(dāng)r小于r1時，

15、分子間的作用力表現(xiàn)為斥力C當(dāng)r等于r2時，分子間的作用力為零D在r由r1變到r2的過程中，分子間的作用力做負(fù)功解析：在Epr圖中，當(dāng)rr2時Ep最小，說明r2r0，即分子力為零時的分子間距再利用Fr圖象即可知正確答案為B、C.答案：BC【例題】如以下列圖所示，甲分子固定在坐標(biāo)原點O，乙分子沿x軸運動，兩分子間的分子勢能Ep與兩分子間距離的變化關(guān)系如圖中曲線所示圖中分子勢能的最小值為E0假設(shè)兩分子所具有的總能量為0，那么以下說法中正確的選項是 A乙分子在P點x=x2時，加速度最大B乙分子在P點x=x2時，其動能為E0C乙分子在Q點x=x1時，處于平衡狀態(tài)D乙分子的運動范圍為xx1 【例題】如下所示，用F表示兩分子間的作用力，Ep表示分子間的分子勢能，在兩個分子之間的距離由10r0變?yōu)閞0的過程中 AF不斷增大，Ep不斷減小BF先增大后減小，Ep不斷減小CF不斷增大，Ep先增大后減小DF、Ep都是先增大后減小解析：分子間的作用力是矢量，分子勢能是標(biāo)量，由圖象知F先增大后變小，Ep不斷減小，選項B正確拓展：對于一定量的固體、液體、非理想氣體而言，內(nèi)能增大溫度不一定