分子熱運動熱和功氣體

分子熱運動熱和功氣體第1頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月2分子熱運動熱和功氣體問題一分子動理論問題二物體的內(nèi)能問題三熱力學定律問題四氣體第2頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月3問題一分子動理論1、物質(zhì)是由大量分子組成的

(1)“大量”——阿伏伽德羅常NA=6.02×1023mol-1,即1mol任何物質(zhì)都含有6.02×1023個分子。

(2)“分子”——熱學中原子、離子、分子的統(tǒng)稱.分子的分布：對固、液體，可視為緊密排列；對氣體則不能認為是緊密排列。分子的形狀：球體或立方體。第3頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月4(3)宏觀量和微觀量之間的關(guān)系

宏觀量：質(zhì)量m、摩爾質(zhì)量M、體積V、摩爾體積VM、密度ρ(不適用單個分子)等。

微觀量：分子質(zhì)量m0、分子體積V0、分子直徑d、分子間距l(xiāng)、分子個數(shù)N等。宏觀量微觀量阿伏伽德羅常數(shù)NA=6.02×1023mol-1注意氣體與固、液體分子排列的不同！第4頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月5

(4)油膜法估測分子大小將體積為V的油滴到水面上，使其均勻地、盡可能地散開成很薄的一層，此時可以認為油分子一個挨一個地緊密排列成單分子層油膜，油膜的厚度就是單個分子的直徑d，因此只需測出油膜的面積S，就知道該油分子的近似直徑d=V/S。

實驗時所用的是酒精油酸溶液，當酒精油酸溶液溶于水時，酒精溶于水，油酸形成單分子油膜。dS單分子油膜第5頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月6

2、分子在永不停息地做無規(guī)則熱運動

(1)擴散現(xiàn)象不同物質(zhì)互相接觸時彼此進入對方的現(xiàn)象。擴散現(xiàn)象不僅在氣體間可進行，在液體和固體間也可進行。擴散原因是分子在有空隙的分子間無規(guī)則運動.擴散運動的快慢與溫度有關(guān)，溫度越高，擴散越快。

第6頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月7(2)布朗運動顯微鏡下觀察到的懸浮在液體中的花粉顆粒的運動稱為布朗運動。布朗運動既不是液體分子的運動，也不是固體(花粉顆粒)分子的運動。布朗運動是由于無規(guī)則運動的液體分子對花粉顆粒頻繁碰撞的不均勻而產(chǎn)生。因此，布朗運動反映了液體分子的無規(guī)則運動。溫度越高，顆粒越小，布朗運動越劇烈。下圖右所示的是每隔30s懸浮微粒運動的位置連線，不是懸浮微粒的運動軌跡。第7頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月8為什么顆粒越小，布朗運動越明顯？顆粒小每一瞬間受到液體分子撞擊的數(shù)目少受力不平衡顆粒大同時跟它撞擊的分子數(shù)多質(zhì)量大,慣性大(加速度小)運動狀態(tài)難改變受力的平均效果互相抵消FF≈0第8頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月9

3、分子間存在相互作用力

(1)分子間同時存在著相互作用的引力和斥力。(2)引力和斥力都隨分子間距離的增大(減小)而減小(增大)，但斥力總是比引力減小(增大)的快.(3)當分子間距r=r0=10-10m時，F(xiàn)引=F斥，分子力F=0；當分子間距r>r0時，由于斥力減小的快，因此分子力F表現(xiàn)為引力；當分子間距r<r0時，由于斥力增大的快，因此分子力F表現(xiàn)為斥力；當分子間距r>>r0時，F(xiàn)引≈0，F(xiàn)斥≈0，因此分子力F=0。第9頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月10

【例題1】已知銅的密度為8.9×103kg/m3，摩爾質(zhì)量為6.4×10-2kg/mol，阿伏伽德羅常數(shù)為6.0×1023mol-1，求1cm3的銅所含有的分子個數(shù)以及每個銅分子的體積。

【解答】先求出V=1cm3銅的摩爾數(shù)n=m/M=ρV/M，再利用阿伏伽德羅常數(shù)這個橋梁，

求得所含有的分子個數(shù)N=nNA=ρVNA/M≈8.3×1022個.由于銅分子是緊密排列的，因此有VM=NAV0,而M=ρVM，所以每個銅分子的體積為

V0=M/ρNA≈1.2×10-29m3或者V0=V/N≈1.2×10-29m3第10頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月11

【例題2】若以μ表示水的摩爾質(zhì)量，v表示在標準狀態(tài)下水蒸氣的摩爾體積，ρ為在標準狀態(tài)下水蒸氣的密度，NA為阿伏加德羅常數(shù)，m、Δ分別表示每個水分子的質(zhì)量和體積，下面是四個關(guān)系式：① ② ③ ④其中A.①和②都是正確的B.①和③都是正確的C.②和④都是正確的D.①和④都是正確的第11頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月12

【解答】此題涉及到水的兩種狀態(tài)：液態(tài)的水和氣態(tài)的水蒸氣，它們在分子排列方式上不同。對于液態(tài)的水，其分子是緊密排列的，因此有μ=NAm，故③式正確。對于氣態(tài)的水蒸氣，其分子間距較大，因此有ρv=NAm，故①式正確。但v≠NAΔ，故④式錯誤。這里的ρ是水蒸氣的密度，不是水的密度，故②式錯誤。

因此，本題正確選項是B。第12頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月131、分子熱運動的平均動能

(1)單個分子熱運動的動能是不確定的，但大量分子熱運動的平均動能是確定的。

(2)對于“單個分子”∝T(T為熱力學溫度)，這里的在一定溫度下是由大量分子共同決定的。同一溫度下，不同物質(zhì)分子的平均動能都相同，但由于不同物質(zhì)的分子質(zhì)量不盡相同，所以分子運動的平均速率也不相同。對于大量分子(物體)

(N為分子的個數(shù))

(3)溫度是物體分子熱運動平均動能的標志。問題二物體的內(nèi)能第13頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月142、分子熱運動的勢能分子勢能由分子間的相互作用力和分子間距離決定。分子勢能的變化跟分子力做功有關(guān)。分子力做正功，分子勢能減少；分子力做負功，分子勢能增加。因此，分子間距離變化，即物體體積變化，則分子勢能隨之變化，顯然，當r=r0時，分子勢能最小(不等于0!)。在討論分子勢能時，一般取無限遠處為分子勢能零點。第14頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月153、物體的內(nèi)能和內(nèi)能的改變

(1)物體的內(nèi)能物體中所有分子做熱運動的平均動能和分子勢能的總和叫做物體的內(nèi)能．由于一切物體都是由不停地做無規(guī)則熱運動并且相互作用著的分子所組成，因此任何物體都具有內(nèi)能。物體的內(nèi)能跟物體的體積V

、溫度T和組成物體的分子數(shù)N有關(guān)。(2)物體內(nèi)能的改變做功：其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。熱傳遞：內(nèi)能在不同物體(或物體的不同部分)之間相互轉(zhuǎn)移。內(nèi)能轉(zhuǎn)移的多少稱為熱量。做功和熱傳遞只在改變物體內(nèi)能上是等效的，但它們在本質(zhì)上不相同。第15頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月16【例題1】質(zhì)量相同、溫度相同的氫氣和氧氣，它們的

A.分子數(shù)相同B.內(nèi)能相同C.分子平均速度相同D.分子的平均動能相同【解答】此題考查的是，對知識在理解基礎(chǔ)上的記憶和識別。

本題正確選項是D。第16頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月17

【例題2】關(guān)于溫度的概念，下列說法中正確的是A.溫度是分子平均動能的標志，物體溫度高，則物體的分子平均動能大B.物體溫度高，則物體每一個分子的動能都大

C.某物體內(nèi)能增大時，其溫度一定升高D.甲物體溫度比乙物體溫度高，則甲物體的分子平均速率比乙物體大

【解答】此題考查的是，對知識在理解基礎(chǔ)上的記憶和識別。

本題正確選項是A。第17頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月18

【例題3】關(guān)于物體內(nèi)能，下列說法中正確的是A.相同質(zhì)量的兩個物體，升高相同的溫度，內(nèi)能增量一定相同B.在一定條件下，一定質(zhì)量00C的水結(jié)成00C的冰，內(nèi)能一定減小C.一定質(zhì)量的氣體體積增大，但既不吸熱也不放熱，內(nèi)能一定減小D.一定質(zhì)量氣體吸收熱量而保持體積不變，內(nèi)能一定減小第18頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月19

【解答】升高相同的溫度，分子的平均動能增量相同，但如果分子勢能或分子數(shù)的變化不同，內(nèi)能增量也可能不同，故選項A錯誤。00C水變成00C的冰溫度不變但要放出熱量，因而內(nèi)能一定減少，故選項B正確。一定質(zhì)量的氣體體積增大，氣體對外做功，又不吸熱不放熱，則內(nèi)能一定減少，故選項C正確.一定質(zhì)量的氣體吸熱，但體積不變，即氣體不對外做功，外界也不對氣體做功，則內(nèi)能一定增加，故選項D錯誤。因此，本題正確選項是BC。第19頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月20問題三熱力學定律1、熱力學第一定律(能量守恒定律)

U=W+Q，其中U跟物體的質(zhì)量、溫度和體積有關(guān)，W跟物體的體積有關(guān)，Q跟U和W有關(guān)(注意：Q跟溫度T沒有直接關(guān)系!)

符號規(guī)則：內(nèi)能增加U>0，減少U<0；外界對物體做功W>0，物體對外做功W<0；物體吸熱Q>0，放熱Q<0。需要注意的名詞：“絕熱”、“導熱”、“迅速”、“緩慢”等。不消耗任何能量，卻可以源源不斷對外做功的機器叫做第一類永動機。第一類永動機不可能制成，因為它違背能量守恒定律。第20頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月212、熱力學第二定律克勞修斯表述：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(或熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體)。開爾文表述：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功而不引起其他變化。熱力學第二定律的兩種表述是等價的，即一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的。如果以Q表示熱機吸收的熱量，以W表示熱機輸出的機械功，則效率η=W/Q=100%的機器稱為第二類永動機。顯然，第二類永動機不可能制成，因為它違背熱力學第二定律定律(但不違背熱力學第一定律!)。

第21頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月223、熱力學第三定律熱力學零度(也稱絕對零度)不可能達到。由熱力學溫度T和攝氏溫度t的換算關(guān)系T=t+273.15K可知,熱力學零度T=0K即―273.150C.熱力學第三定律不阻止人們想辦法盡可能地接近絕對零度。已經(jīng)了解到的實驗室內(nèi)通過激光冷卻法獲得的最低溫度是2.4×10-11K。附：華氏溫度tF與攝氏溫度tC之間的換算關(guān)系為：tF=32+9tC/5第22頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月23

【例題1】一定質(zhì)量的理想氣體，從某一狀態(tài)開始，經(jīng)過一系列變化后又回到原狀態(tài)，用W1表示外界對氣體做功，Q1表示氣體吸收熱量，W2表示氣體對外界做功，Q2表示氣體放出熱量，則A.Q1?Q2=W1+W2B.Q1+Q2=W1+W2

C.Q1?Q2=W2?W1D.Q1?Q2=W1?W2

【解答】由于一定質(zhì)量的理想氣體，從某一狀態(tài)開始，經(jīng)過一系列變化后又回到原狀態(tài)，因此U=0，根據(jù)熱力學第一定律，有0=Q1?Q2+W1?W2

即Q1?Q2=W2?W1

因此，本題正確選項是C。第23頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月24

【例題2】關(guān)于物體的內(nèi)能變化，下列說法正確的是

A.物體吸收熱量，內(nèi)能一定增大

B.物體對外做功，內(nèi)能一定減少

C.物體吸收熱量，同時對外做功，內(nèi)能可能不變

D.物體放出熱量，同時對外做功，內(nèi)能可能不變

【解答】此題考查的是，對知識在理解基礎(chǔ)上的記憶和識別。

本題正確選項是C。第24頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月25

【例題3】如圖所示，直立容器內(nèi)部有被隔板隔開的A、B兩部分體積相同的氣體，A的密度小，B的密度大。抽去隔板，加熱氣體使兩部分氣體均勻混合，設(shè)在此過程氣體吸熱Q，氣體的內(nèi)能增加為U，則A．U=Q

B．U<Q

C．U>Q

D.無法比較

【解答】抽去隔板前，A、B兩部分氣體的總重心在容器的中線下方，抽去隔板A、B兩部分氣體均勻混合后，它們的總重心在中線上，所以系統(tǒng)的重力勢能增大，由能量守恒定律可知，所吸收的熱量一部分用來增加氣體內(nèi)能，另一部分用來增加氣體的重力勢能。

因此，本題正確選項是B。AB第25頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月26問題四氣體

1、氣體的狀態(tài)參量氣體質(zhì)量m對應著微觀上氣體分子的個數(shù)。氣體溫度T對應著微觀上氣體分子的平均動能.氣體體積V對應著微觀上氣體分子的間距。實際上，由于氣體分子的無規(guī)則運動，氣體本身沒有固定的體積，氣體的體積指的是氣體所充滿的容器的容積。氣體壓強P對應著微觀上氣體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力。

理想氣體：氣體分子間除碰撞外不存在相互作用力。由于實際氣體的分子間距較大，分子間相互作用力很小，因此，一般情況下實際氣體都可以近似看作是理想氣體。第26頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月272、氣體壓強的微觀意義氣體壓強的大小同時跟兩個因素有關(guān)：一個是氣體分子的平均動能，一個是氣體單位體積內(nèi)的分子數(shù)(分子的密集程度)。3、理想氣體的內(nèi)能一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只跟氣體的溫度有關(guān)。溫度升高，內(nèi)能增大；溫度降低，內(nèi)能減小。4、理想氣體的狀態(tài)方程理想氣體質(zhì)量一定時，其中C為常數(shù),(PV=nRT，其中n為氣體的摩爾數(shù)，R為恒量)第27頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月28

解決氣體問題的思路和方法

一定質(zhì)量的理想氣體問題牽涉到六個物理量：

P、V、T和U

、W、Q通過兩個公式相聯(lián)系：U=W+Q

知二可求四!若涉及多部分氣體，可運用隔離法和整體法。若氣體狀態(tài)未知，可利用假設(shè)法。第28頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月29

【例題1】下列說法正確的是A.氣體的溫度升高時，并非所有分子的速率都增大B.裝有氣體的容器作減速運動時，容器中氣體的內(nèi)能隨之減小C.理想氣體在等容變化過程中，氣體對外不做功，氣體的內(nèi)能不變D.一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)等溫壓縮后，其壓強一定增大第29頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月30

【解答】氣體溫度升高時，其分子平均動能增大，但不是所有分子的動能都增大，當然也不是所有分子的速率都增大，故選項A正確。氣體的內(nèi)能是所有分子熱運動的平均動能和分子勢能的總和，與容器的運動狀態(tài)無關(guān)，故選項B錯誤。理想氣體在等容變化過程中，其體積不變，氣體對外不做功，但通過吸熱或放熱可以改變內(nèi)能，故選項C錯誤。一定質(zhì)量的理想氣體，經(jīng)等溫壓縮，即溫度不變，體積減小，由PV/T＝C可知，壓強增大，故選項D正確。因此，本題正確選項是AD。第30頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月31

【例題2】下列說法中正確的是A.氣體的溫度升高時，分子的熱運動變得劇烈，分子的平均動能增大，撞擊器壁時對器壁的作用力增大，從而氣體的壓強一定增大B.氣體的體積變小時，單位體積的分子數(shù)增多，單位時間內(nèi)打到器壁單位面積上的分子數(shù)增多，從而氣體的壓強一定增大C.壓縮一定量的氣體，氣體的內(nèi)能一定增加D.分子a從遠處趨近固定不動的分子b，當a到達受b的作用力為零處時，a的動能一定最大

第31頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月32

【解答】壓強同時取決于分子的平均動能和分子的密集程度，在A選項中，分子的密集程度不確定，在B選項中，分子的平均動能不確定，因而氣體壓強的變化都不能確定，故選項AB都錯誤.在C選項中，