人教版高中物理選擇性必修第三冊全冊教學課件

人教版高中物理選擇性必修第三冊全冊教學課件第一章

分子動理論金黃的油菜花鋪滿了原野，微風拂過，飄來陣陣花香。你有沒有想過，為什么能夠聞到這沁人心脾的香味呢?古希臘學者德謨克利特早就對此作出了解釋，他認為這是由于花的原子飄到了人們鼻子里。德謨克利特認為“只有原子和虛空是真實的”。這些“花的原子”究竟是怎么運動的?經(jīng)過很長一段探索歷程之后，人們逐漸認識到，這種運動也是自然界中普遍存在的一種運動形式熱運動。熱學就是研究物質(zhì)熱運動規(guī)律及其應用的一門學科，是物理學的一個重要組成部分!1.1分子動理論的基本內(nèi)容

?物體是由大量分子組成的我們在初中已經(jīng)學過，物體是由大量分子組成的。需要指出的是：在研究物質(zhì)的化學性質(zhì)時，我們認為組成物質(zhì)的微粒是分子、原子或者離子。但是，在研究物體的熱運動性質(zhì)和規(guī)律時，不必區(qū)分它們在化學變化中所起的不同作用，而把組成物體的微粒統(tǒng)稱為分子。我們知道，1mol水中含有水分子的數(shù)量就達6.02×1023個。這足以表明，組成物體的分子是大量的。人們用肉眼無法直接看到分子，就是用高倍的光學顯微鏡也看不到，直至1982年，人們研制了能放大幾億倍的掃描隧道顯微鏡，才觀察到物質(zhì)表面原子的排列。圖1.1-1是我國科學家用掃描隧道顯微鏡拍攝的石墨表面的原子，圖中每個亮斑都是一個碳原子。?

分子熱運動從許多實驗和生活現(xiàn)象中我們都會發(fā)現(xiàn)，不同種物質(zhì)能夠彼此進入對方。在物理學中，人們把這類現(xiàn)象叫作擴散(diffusion)。擴散擴散現(xiàn)象并不是外界作用(例如對流、重力作用等)引起的，也不是化學反應的結果，而是由物質(zhì)分子的無規(guī)則運動產(chǎn)生的。例如，圖1.1-2中醬油的色素分子擴散到了雞蛋清內(nèi)。擴散現(xiàn)象是物質(zhì)分子永不停息地做無規(guī)則運動的證據(jù)之一。固體、液體、氣體都存在這樣的現(xiàn)象。擴散現(xiàn)象在科學技術中有很多應用。例如，在生產(chǎn)半導體器件時，需要在純凈半導體材料中摻入其他元素。這一過程可以在高溫條件下通過分子的擴散來完成。典例探究例題1：下列四種現(xiàn)象中屬于擴散現(xiàn)象的有(

)A．雨后的天空中懸浮著很多的小水滴B．海綿吸水C．在一杯吸水中放幾粒鹽，整杯水很快就會變咸D．把一塊煤貼在白墻上，幾年后鏟下煤后發(fā)現(xiàn)墻中有煤CD布朗運動19世紀初，一些人觀察到，懸浮在液體中的小顆?？傇诓煌５剡\動。1827年，英國植物學家布朗首先在顯微鏡下研究了這種運動。布朗運動：懸浮微粒的無規(guī)則運動叫作布朗運動。課外拓展1827年，英國的一位植物學家布朗用顯微鏡觀察植物的花粉微粒懸浮在靜止水面上的形態(tài)時，卻驚奇地發(fā)現(xiàn)這些花粉微粒都在不停地的運動中，布朗發(fā)現(xiàn)了花粉微粒在水中的這種運動后，人們對運動的產(chǎn)生原因進行了種種猜測。一顆小小的花粉顆粒，頓時掀起了一場軒然大波，面對植物學家的發(fā)現(xiàn)，當時的所有物理學家們顯得束手無策，無法解釋這一奇怪現(xiàn)象。整整過了半個世紀，直到1905年愛因斯坦和波蘭物理學家佩蘭發(fā)表了他們對布朗運動的理論研究結果，對布朗運動做出了理論上解釋。下面我們做一個類似的實驗。從實驗結果可以看出，小炭粒的運動是無規(guī)則的，溫度越高，小炭粒的運動越明顯。三顆微粒每隔30秒位置的連線圖現(xiàn)象：微粒在做無規(guī)則運動。如果在顯微鏡下追蹤一顆小炭粒的運動，每隔30s把炭粒的位置記錄下來，然后用線段把這些位置按時間順序依次連接起來，便可以得到一條類似于圖1.1-4中某一顆微粒運動的位置連線。這表明微粒的運動是無規(guī)則的。實際上，就是在30s內(nèi)，微粒的運動也是極不規(guī)則的。當時布朗觀察的是懸浮在水中的花粉微粒。他起初認為，微粒的運動不是外界因素引起的，而是其自發(fā)的運動。是不是因為植物有生命才產(chǎn)生了這樣的運動?布朗用當時保存了上百年的植物標本，取其微粒進行實驗，他還用了一些沒有生命的無機物粉末進行實驗。結果是，不管哪一種微粒，只要足夠小，就會發(fā)生這種運動；微粒越小，運動就越明顯。這說明微粒的運動不是生命現(xiàn)象。后人把懸浮微粒的這種無規(guī)則運動叫作布朗運動(Brownianmotion)。因為花粉微粒在各個瞬間受到較強撞擊的方向是無規(guī)則的，所以花粉微粒的運動是無規(guī)則的。微粒越小，某時刻與它相撞的分子數(shù)越少，來自各方向的沖擊力越不易平衡布朗運動越明顯。如圖1.1-5，在顯微鏡下看起來連成一片的液體，實際上是由許許多多分子組成的，液體分子不停地做無規(guī)則運動，不斷地撞擊微粒。在某一瞬間，微粒在某個方向受到的撞擊作用較強；在下一瞬間，微粒受到另一方向的撞擊作用較強，這樣就引起了微粒無規(guī)則的運動。思考：為什么花粉微粒的運動是無規(guī)則的？(2)不同瞬間、不同方向的撞擊作用的強弱不同→無規(guī)則性運動(1)撞擊力不平衡→運動狀態(tài)改變思考：為什么微粒越小，布朗運動越明顯？顆粒小，瞬間與微粒撞擊的分子數(shù)越少，撞擊作用的的不平衡性越明顯，布朗運動越明顯。思考：為什么溫度高，布朗運動越明顯？溫度高，液體分子運動越激烈，對布朗微粒撞擊頻率和強度越高，布朗運動越明顯。懸浮在液體中的微粒越小，在某一瞬間跟它相撞的液體分子數(shù)越少，撞擊作用的不平衡性就表現(xiàn)得越明顯，并且微粒越小，它的質(zhì)量越小，其運動狀態(tài)越容易被改變因而，布朗運動越明顯。如果懸浮在液體中的微粒很大在某一瞬間跟它相撞的分子數(shù)很多，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。思考：某學習興趣小組在學習完布朗運動后，對分子的運動有了很多新的認識，他們在交流學習過程中產(chǎn)生了不少新的觀點，你對他們的部分觀點有著怎樣的理解？觀點1：布朗運動是布朗微粒內(nèi)部分子的無規(guī)則運動。觀點2：布朗運動是液體分子的無規(guī)則運動。觀點3：布朗運動反映了布朗微粒內(nèi)部分子的無規(guī)則運動。觀點4：布朗運動反映了液體分子的無規(guī)則運動。?分子的無規(guī)則運動無法直接觀察。懸浮微粒的無規(guī)則運動并不是分子的運動，但這一現(xiàn)象可以間接地反映液體分子運動的無規(guī)則性。

布朗運動是顆粒運動，不是分子運動，但布朗顆粒的無規(guī)則性運動間接反映了(液體)分子無規(guī)則的運動。典例探究例題2：“布朗運動”是說明分子運動的重要實驗事實。則布朗運動是指(

)A．液體分子的運動B．懸浮在液體中的固體分子的運動C．懸浮在液體中的固體顆粒的運動D．液體分子和固體分子的共同運動C熱運動在擴散現(xiàn)象中，溫度越高，擴散得越快。觀察布朗運動，溫度越高，懸浮微粒的運動就越明顯?？梢姺肿拥臒o規(guī)則運動與溫度有關系，溫度越高，這種運動越劇烈。因此，我們把分子這種永不停息的無規(guī)則運動叫作熱運動

(thermalmotion)。溫度是分子熱運動劇烈程度的標志。典例探究例題3：關于分子的熱運動，以下敘述正確的是(

)A．布朗運動就是分子的熱運動B．布朗運動是分子的無規(guī)則運動，同種物質(zhì)的分子的熱運動激烈程度相同C．氣體分子的熱運動不一定比液體分子激烈D．物體運動的速度越大，其內(nèi)部的分子熱運動就越激烈C?

分子間的作用力氣體很容易被壓縮，說明氣體分子之間存在著很大的空隙。固體或液體不容易被壓縮，那么，分子之間還會有空隙嗎?水和酒精混合后的總體積變小了。這表明液體分子間存在著空隙。再如，壓在一起的金塊和鉛塊，各自的分子能擴散到對方的內(nèi)部，這表明固體分子之間也存在著空隙?？諝馊菀妆粔嚎s酒精和水混合氣體分子間有空隙！液體分子間有空隙！固體的擴散現(xiàn)象固體分子間有空隙！固體、液體、氣體分子間都存在空隙——分子間有空隙。分子間有空隙，大量分子卻能聚集在一起，這說明分子之間存在著相互作用力。當用力拉伸物體時，物體內(nèi)各部分之間要產(chǎn)生反抗拉伸的作用力，此時分子間的作用力表現(xiàn)為引力。當用力壓縮物體時，物體內(nèi)各部分之間會產(chǎn)生反抗壓縮的作用力，此時分子間的作用力表現(xiàn)為斥力。分子之間的引力或斥力都跟分子間距離有關，那么它們之間有怎樣的關系呢?研究表明，分子間的作用力F

跟分子間距離r的關系如圖1.1-7所示。當r＜r0

時，分子間的作用力F

表現(xiàn)為斥力。當r＝r0

時，分子間的作用力F

為0，這個位置稱為平衡位置。當r＞r0

時，分子間的作用力F

表現(xiàn)為引力。那么，分子間為什么有相互作用力呢?我們知道，分子是由原子組成的。原子內(nèi)部有帶正電的原子核和帶負電的電子。分子間的作用力就是由這些帶電粒子的相互作用引起的。?

分子動理論我們已經(jīng)知道：物體是由大量分子組成的，分子在做永不停息的無規(guī)則運動，分子之間存在著相互作用力。這就是分子動理論的基本內(nèi)容。在熱學研究中常常以這樣的基本內(nèi)容為出發(fā)點，把物質(zhì)的熱學性質(zhì)和規(guī)律看作微觀粒子熱運動的宏觀表現(xiàn)。這樣建立的理論叫作分子動理論(molecularkinetictheory)。由于分子熱運動是無規(guī)則的，所以，對于任何一個分子而言，在每一時刻沿什么方向運動，以及運動的速率等都具有偶然性；但是對于大量分子的整體而言，它們的運動卻表現(xiàn)出規(guī)律性。在本章第3節(jié)我們將研究分子運動速率的分布規(guī)律。練習與應用2.標準狀態(tài)下氧氣分子間的平均距離是多少?氧氣的摩爾質(zhì)量為3.2×10－2kg/mol，1mol氣體處于標準狀態(tài)時的體積為2.24×10－2m3。

3.以下關于布朗運動的說法是否正確?說明理由。(1)布朗運動就是分子的無規(guī)則運動。解：錯誤。布朗運動是固體微粒在液體(或氣體)分子的頻繁碰撞下所做的無規(guī)則運動.這些固體微粒雖然要在光學顯微鏡下才能看到，但它們也是由大量分子組成的，屬于宏觀粒子，通過固體微粒的無規(guī)則運動可以反映出液體(或氣體)分子運動的無規(guī)則性，但布朗運動本身不是分子運動，在光學顯微鏡下是看不到分子的運動的.(2)布朗運動證明，組成固體小顆粒的分子在做無規(guī)則運動。解：錯誤。布朗運動是固體小顆粒的運動,這些小顆粒在液體分子的頻繁碰撞下做無規(guī)則運動.小顆粒的無規(guī)則運動間接反映了液體分子的無規(guī)則運動.通過布朗運動我們無法推斷出組成固體小顆粒的分子是否在做無規(guī)則運動.(3)向一鍋水中撒一點胡椒粉，加熱時發(fā)現(xiàn)水中的胡椒粉在翻滾。這說明溫度越高布朗運動越劇烈。解：錯誤。胡椒粉是由于熱水的流動而運動的，而對流是靠宏觀流動實現(xiàn)的熱傳遞過程，在對流過程中伴有大量分子的定向移動，胡椒粉的翻滾是有一定規(guī)律的，它不是布朗運動.因此，此例不能說明溫度越高，布朗運動越明顯.(4)在顯微鏡下可以觀察到煤油中小?；覊m的布朗運動，這說明煤油分子在做無規(guī)則運動。解：正確。在顯微鏡下觀察到的煤油中小粒灰塵的布朗運動，是小?；覊m受到煤油分子不停碰撞的結果，通過小?；覊m運動的無規(guī)則性可以推知，煤油分子在做無規(guī)則運動.4.小張在顯微鏡下觀察水中懸浮的細微粉筆末的運動。他把小顆粒每隔一定時間的位置記錄在坐標紙上(圖1.1-8)，于是得出結論固體小顆粒的無規(guī)則運動證明水分子的運動是無規(guī)則的。小李不同意小張的結論，他認為：“小顆粒沿著筆直的折線運動，說明水分子在短時間內(nèi)的運動是規(guī)則的，否則小顆粒怎么會沿直線運動?”對此，說說你的看法。解：小李的觀點是錯誤的.題圖中的折線并非細微粉筆末顆粒的運動軌跡，而是每隔一定時間細微粉筆末顆粒所在位置的連線，即使在這段時間內(nèi)，細微粉筆末顆粒的運動也是極不規(guī)則的，絕不是沿折線運動的.正因為細微粉筆末顆粒在水分子不停的碰撞下所做的運動是不規(guī)則的，才能使我們認識到水分子運動的無規(guī)則性。同學們，通過這節(jié)課的學習，你有什么收獲呢？謝謝大家愛心.誠心.細心.耐心，讓家長放心.孩子安心。第一章

分子動理論1.2實驗：用油膜法估測油酸分子的大小分子十分微小。一個直徑為10－3mm左右的水珠，它的大小與細菌差不多，用肉眼無法觀察，就是在這樣小的水珠里，分子的個數(shù)竟比地球上人口的總數(shù)還多上好幾倍!那么，通過什么途徑可以知道分子的大小呢?問題1：曹沖怎么稱象？化整為零問題2：怎樣估測綠豆的直徑？方法一：將綠豆排成一行，測出總長，數(shù)出個數(shù)。

方法二：測出總體積，數(shù)出個數(shù)。

方法三：量出單層鋪開的面積，測出總體積。

問題3：怎么估算鞋底的大??？▋▏實驗思路為了估測油酸分子的大小，我們把1滴油酸滴在水面上，水面上會形成一層油膜，油膜是由單層油酸分子(C17H33COOH)中的烴基C17H33－組成的。盡管油酸分子有著復雜的結構和形狀，分子間也存在著間隙，但在估測其大小時，可以把它簡化為球形處理，并認為它們緊密排布(圖1.2-1)。測出油膜的厚度d，它就相當于分子的直徑。實驗中，為了使油酸充分展開，獲得一塊單分子油膜，我們需要將油酸在酒精中稀釋后再滴入水中。這樣的油酸酒精溶液滴在水面上，溶液中的酒精將溶于水并很快揮發(fā)，從而獲得純油酸形成的油膜。這里可以粗略地認為，油膜的厚度d等于1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V與它在水面上攤開的面積S之比。▋▏物理量的測量1.測量1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V。配制一定濃度的油酸酒精溶液。用注射器吸取一段油酸酒精溶液，由注射器上的刻度讀取該段溶液的總體積再把它一滴一滴地滴人燒杯中(圖1.2-2)，記下液滴的總滴數(shù)。用它們的總體積除以總滴數(shù)，得到1滴油酸酒精溶液的體積，再計算其所含純油酸的體積V。2.測量1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面積S。在淺盤里盛上水，一只手捏住盛有爽身粉的布袋，另只手拍打，將爽身粉均勻地撒在水面上(圖1.2-3甲)。然后，用注射器向水面上滴1滴油酸酒精溶液(圖1.2-3乙)，油酸立即在水面散開，形成一塊油膜。油膜上沒有爽身粉，可以清楚地看出它的輪廓(圖1.2-3丙)。待油膜形狀穩(wěn)定后，將事先準備好的帶有坐標方格的玻璃板放在淺盤上，在玻璃板上描下薄膜的形狀(圖1.2-3丁)。根據(jù)畫有油膜輪廓的玻璃板上的坐標方格，計算輪廓范圍內(nèi)正方形的個數(shù)，不足半個的舍去，多于半個的算一個。然后，把正方形的個數(shù)乘單個正方形的面積就得到油膜的面積S。▋▏數(shù)據(jù)分析用1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積V

和該油膜面積S

計算出油膜厚度，即油酸分子的直徑

?油膜法估測油酸分子直徑的大小是一種通過測量宏觀量來測量微觀量的方法。大量實驗結果表明，盡管所用的測定分子大小的方法不同，測出的結果也有差異，但數(shù)量級是一致的。除了一些有機物質(zhì)的大分子外，多數(shù)分子大小的數(shù)量級為10－10m。數(shù)量級誤差分析1.形成的油膜不是單分子油膜讓油膜盡可能散開，等收縮到穩(wěn)定狀態(tài)再進行測量。要求使用的酒精的濃度、痱子粉的用量適宜等。2.純油酸體積的計算誤差要用累積法測油滴的體積。先測出1mL的酒精油酸溶液的滴數(shù)，從而計算出一滴酒精油酸溶液的體積。再由油酸的濃度算出油酸的體積。3.油膜的面積S

測算產(chǎn)生的誤差(1)油膜形狀畫線誤差：用淺盤使玻璃盡量靠近液面，畫線盡量和油膜邊緣對應。(2)數(shù)格子法，帶來的誤差用坐標紙，測出形狀不規(guī)則油膜的面積。數(shù)出不規(guī)則圖形的輪廓包圍的方格數(shù)，計算方格數(shù)時，不足半格的舍去，多于半格的算一個，方格邊長的單位越小，用這種方法求出的面積越精確。注意事項1.測1滴酒精油酸溶液的體積時，滴入量筒中的酒精油酸溶液的體積應為整毫升數(shù)，應多滴幾毫升，數(shù)出對應的滴數(shù)，這樣求平均值誤差較小。2.淺盤里水離盤口面的距離應較小，并要水平放置，以便準確地畫出薄膜的形狀，畫線時視線應與板面垂直。3.痱子粉不要撒得太多，只要能夠幫助看清油膜邊界即可。4.在水面撒痱子粉后，不要再觸動盤中的水。5.滴入油酸溶液時，一定要細心，不要一下滴得太多，使油膜的面積過大。6.待測油酸面擴散后又收縮，要在穩(wěn)定后再畫輪廓。擴散后又收縮有兩個原因：第一是水面受油酸滴沖擊凹陷后恢復；第二是酒精揮發(fā)后液面收縮。7.利用坐標紙求油膜面積時，以邊長1cm的正方形為單位，計算輪廓內(nèi)正方形的個數(shù)，不足半格的舍去，多于半格的算一個。思考：在用油膜法測定分子的直徑時，實際上做了理想化處理，請問：有哪些地方做了理想化處理？1.把滴在水面上的油酸層當作單分子油膜層。2.把分子看成球形。3.油分子一個緊挨一個整齊排列。典例探究例題1：“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗中，有下列實驗步驟：①往邊長約為40cm的淺盤里倒入約2cm深的水，待水面穩(wěn)定后將適量的痱子粉均勻地撒在水面上。②用注射器將事先配好的油酸酒精溶液滴在水面上，待薄膜形狀穩(wěn)定。③將畫有油膜形狀的玻璃板平放在坐標紙上，計算出油膜的面積，根據(jù)油酸的體積和面積計算出油酸分子直徑的大小。④用注射器將事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下量筒內(nèi)每增加一定體積時的滴數(shù)，由此計算出一滴油酸酒精溶液的體積。⑤將玻璃板放在淺盤上，然后將油膜的形狀用彩筆描繪在玻璃板上。完成下列填空：(1)上述步驟中，正確的順序是______________(填寫步驟前面的數(shù)字)。(2)將1cm3的油酸溶于酒精，制成300cm3的油酸酒精溶液，測得1cm3的油酸酒精溶液有50滴?，F(xiàn)取一滴該油酸酒精溶液滴在水面上，測得所形成的油膜的面積是0.13m2。由此估算出油酸分子的直徑為____________m(結果保留1位有效數(shù)字)。④①②⑤③5×10－10例題2：下面哪些措施可以減小“用油膜法估測分子的大小”的實驗的誤差(

)A．裝在淺盤中的水用蒸餾水B．向水中滴油酸酒精溶液液滴時，只要注射器針尖離水面近一些就可以，沒有其他要求C．在描繪油膜形狀時，透明蓋板要離水面近些D．在油膜穩(wěn)定后再描繪油膜的形狀ACD例題3：在“用油膜法估測分子大小”實驗中所用的油酸酒精溶液的濃度為1000mL溶液中有純油酸0.6mL，用注射器測得1mL上述溶液為80滴，把1滴該溶液滴入盛水的淺盤內(nèi)，讓油膜在水面上盡可能散開，測得油酸薄膜的輪廓形狀和尺寸如圖所示，圖中每一小方格的邊長為1cm，試求：(1)油酸薄膜的面積是________cm2；(2)實驗測出油酸分子的直徑是___________m(結果保留兩位有效數(shù)字)；(3)實驗中為什么要讓油膜盡可能散開？1146.6×10－10這樣做的目的是讓油膜在水面上形成單分子油膜。練習與應用1.把一片很薄的均勻塑料薄膜放在鹽水中，調(diào)節(jié)鹽水的密度，使薄膜能在鹽水中懸浮，此時鹽水的密度為1.2×103kg/m3。用天平測出尺寸為10cm×20cm的這種塑料薄膜的質(zhì)量是36g，請計算薄膜的厚度。

2.“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗有兩個非常巧妙的設計，請你借鑒這兩個設計思路，完成以下實驗：(1)現(xiàn)需要在一個燒杯中倒入0.01g食鹽供以后做實驗用，但現(xiàn)有的電子秤最小只能稱1g的質(zhì)量，怎么辦?請定量地具體說明操作的步驟。解：①將量筒放在電子秤上，記下示數(shù)；②在量筒中加入食鹽，使電子秤的示數(shù)增加5g；③取下量筒，向量筒中加水，直到溶液體積為500mL；④用滴管取1mL食鹽水溶液滴入燒杯；⑤對燒杯加熱，將水燒干，即得到0.01g食鹽.(2)有一小捆粗細均勻的細鐵絲，要較精確地測量細鐵絲的橫截面積，你認為應該怎樣測量?說出所需的器材和測量方法。

3.某同學做“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗時，每103mL油酸酒精溶液中有純油酸1mL。用注射器測得58滴這樣的溶液為1mL。把1滴這樣的溶液滴入盛水的淺盤里等油膜形狀穩(wěn)定后，把玻璃板蓋在淺盤上并描畫出油膜的輪廓，如圖1.2-4所示。圖中正方形小方格的邊長為1cm。(1)1滴油酸酒精溶液中含有的純油酸的體積是多少?

(2)油膜的面積是多少?解：由題圖可知，油膜大約占257個小格，故油膜面積

S＝257×10－4m2＝2.57×10－2m2.同學們，通過這節(jié)課的學習，你有什么收獲呢？謝謝大家愛心.誠心.細心.耐心，讓家長放心.孩子安心。第一章

分子動理論1.3分子運動速率分布規(guī)律提示：大量隨機事件的分布情況都遵從一定的規(guī)律，即統(tǒng)計規(guī)律.在一定條件下，若某事件必然出現(xiàn)，這個事件叫作必然事件；若某事件不可能出現(xiàn)，這個事件叫作不可能事件。若在一定條件下某事件可能出現(xiàn)，也可能不出現(xiàn)，這個事件叫作隨機事件。大量隨機事件的整體往往會表現(xiàn)出一定的規(guī)律性，這種規(guī)律就叫作統(tǒng)計規(guī)律(statisticalregularity)。?氣體分子運動的特點熱現(xiàn)象與大量分子熱運動的統(tǒng)計規(guī)律有關。要研究氣體的熱現(xiàn)象，就要了解氣體分子運動的特點。我們可以認為，液體的分子是一個挨著一個地排列的。液體變?yōu)闅怏w后，體積要增大上千倍，可見，氣體分子間距離大約是分子直徑的10倍。分子的大小相對分子間的空隙來說很小，所以，可以把氣體分子視為質(zhì)點。由于氣體分子間距離比較大，分子間的作用力很弱，通常認為，氣體分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，不受力而做勻速直線運動，氣體充滿它能達到的整個空間(圖1.3-1)。雖然氣體分子的分布比液體稀疏，但分子的數(shù)密度仍然十分巨大，分子之間頻繁地碰撞，每個分子的速度大小和方向頻繁地改變。分子的運動雜亂無章，在某一時刻，向著任何一個方向運動的分子都有，而且向各個方向運動的分子數(shù)目幾乎相等。當然，這里說的數(shù)目相等，是針對大量分子而言的，實際數(shù)目會有微小的差別，由于分子數(shù)極多，其差別完全可以忽略。典例探究例題1：對于氣體分子的運動，下列說法正確的是(

)A．一定溫度下某理想氣體的分子的碰撞雖然十分頻繁但同一時刻，每個分子的速率都相等B．一定溫度下某理想氣體的分子速率一般不等，但速率很大和速率很小的分子數(shù)目相對較少C．一定溫度下某理想氣體的分子做雜亂無章的運動可能會出現(xiàn)某一時刻所有分子都朝同一方向運動的情況D．一定溫度下某理想氣體，當溫度升高時，其中某10個分子的平均動能可能減少BD?

分子運動速率分布圖像盡管大量分子做無規(guī)則運動，速率有大有小，但分子的速率卻按一定的規(guī)律分布。下表是氧氣分子在0℃和100℃兩種不同情況下的速率分布情況。圖1.3-2是根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)繪制的圖像?？梢钥吹?，0℃和100℃氧氣分子的速率都呈“中間多、兩頭少”的分布，但這兩個溫度下具有最大比例的速率區(qū)間是不同的：0℃時，速率在300~400m/s的分子最多；100℃時，速率在400~500m/s的分子最多。100℃的氧氣，速率大的分子比例較多其分子的平均速率比0℃的大從這里我們可以直觀地體會到溫度越高，分子的熱運動越劇烈。?

氣體壓強的微觀解釋從分子動理論的觀點來看，氣體對容器的壓強源于氣體分子的熱運動，當它們飛到器壁時，就會跟器壁發(fā)生碰撞(可視為彈性碰撞)，就是這個撞擊對器壁產(chǎn)生了作用力，從而產(chǎn)生了壓強。如圖1.3-3甲，選擇一個與器壁發(fā)生正碰的氣體分子為研究對象，由于是彈性碰撞，所以氣體分子與器壁碰撞前后的動量大小為mv，方向相反(圖1.3-3乙)，氣體分子受到的沖量為圖1.3-3氣體分子與器壁碰撞的示意圖FΔt＝－mv－mv＝－2mv氣體分子受到的作用力為圖1.3-3氣體分子與器壁碰撞的示意圖

根據(jù)牛頓第三定律，器壁受到的作用力為

同理，我們也可以求出氣體分子與器壁發(fā)生斜碰時分子給器壁的作用力。氣體對容器的壓強是大量氣體分子不斷撞擊器壁的結果?；蛟S有人會問，這種撞擊是不連續(xù)的，為什么器壁受到的作用力卻是均勻不變的呢?下面我們用豆粒模擬氣體分子做一個實驗。實驗表明，單顆豆粒給秤盤的壓力很小，作用時間也很短，但是大量的豆粒對秤盤的頻繁碰撞，就對秤盤產(chǎn)生了一個持續(xù)的均勻的壓力?？梢?，對于單個分子來說，這種撞擊是間斷的、不均會的，但是對于大量分子總的作用來說，就表現(xiàn)為連續(xù)的和均勻的了。器壁單位面積上受到的壓力，就是氣體的壓強。分子動理論將氣體系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)歸結為分子的熱運動及其相互作用，揭示了宏觀現(xiàn)象的微觀本質(zhì)。從微觀角度來看，氣體分子的數(shù)量是巨大的。一方面，若某容器中氣體分子的平均速率越大，單位面積上氣體分子與器壁的碰撞對器壁的作用力就越大；另一方面，若容器中氣體分子的數(shù)密度大，在單位時間內(nèi)，與單位面積器壁碰撞的分子數(shù)就多，平均作用力也會較大。影響氣體壓強的因素1.分子的平均動能溫度體積微觀角度宏觀角度2.分子密集程度從宏觀上如何改變？典例探究例題2：對于一定質(zhì)量的理想氣體，下列四個敘述中正確的是(

)A．當分子熱運動變劇烈時，壓強必變大B．當分子熱運動變劇烈時，壓強可以不變C．當分子間的平均距離變大時，壓強必變小D．當分子間的平均距離變大時，壓強必變大B練習與應用1.從宏觀上看，一定質(zhì)量的氣體體積不變僅溫度升高或溫度不變僅體積減小，都會使壓強增大。從微觀上看，這兩種情況有沒有區(qū)別?解：有區(qū)別.從微觀上看，一定質(zhì)量的氣體體積不變僅溫度升高，氣體分子的平均速率增大，單位時間內(nèi)與單位面積器壁碰撞的作用力增大，壓強增大.一定質(zhì)量的氣體溫度不變僅體積減小，氣體分子的數(shù)密度增大，則在單位時間內(nèi)與單位面積器壁碰撞的分子數(shù)增多，壓強增大.2.體積都是1L的兩個容器，裝著質(zhì)量相等的氧氣，其中一個容器內(nèi)的溫度是0℃，另一個容器的溫度是100℃。請說明：這兩個容器中關于氧氣分子運動速率分布的特點有哪些相同?有哪些不同?解：相同點：都呈現(xiàn)“中間多、兩頭少”的分布.不同點：這兩個溫度下具有最大比例的速率區(qū)間是不同的，0℃時速率在300~400m/s的分子最多，100℃時速率在400~500m/s的分子最多，100℃的氧氣，速率大的分子占比較大，其分子的平均速率比0℃的大.3.有甲、乙、丙、丁四瓶氫氣。甲的體積為V，質(zhì)量為m，溫度為t，壓強為p。乙、丙、丁的體積、質(zhì)量、溫度如下所述。(1)乙的體積大于V，質(zhì)量、溫度和甲相同。(2)丙的溫度高于t，體積、質(zhì)量和甲相同。(3)丁的質(zhì)量大于m、溫度高于t，體積和甲相同。試問：乙、丙、丁的壓強是大于p還是小于p?或等于p?請用氣體壓強的微觀解釋來說明。解：(1)乙的壓強小于p.甲、乙的質(zhì)量、溫度相同，但乙的體積大于甲的體積，則乙的氣體分子的數(shù)密度小，在單位時間內(nèi)與單位面積器壁碰撞的分子數(shù)就少，故壓強就小.(2)丙的壓強大于p.加甲、丙的質(zhì)量、體積相同，但丙的溫度高于甲的溫度，則丙的氣體分子的平均速率大，單位時間內(nèi)、單位面積上氣體分子與器壁的碰撞對器壁的作用力就大，故壓強就大.(3)丁的壓強大于加p.甲、丁的體積相同，但丁的質(zhì)量大于甲的質(zhì)量，丁的溫度高于甲的溫度，則丁的氣體分子的數(shù)密度大，分子的平均速率大，在單位時間內(nèi)與單位面積器壁碰撞的分子數(shù)多，對器壁的作用力也大，故壓強大.4.我們知道，大量隨機事件的整體會表現(xiàn)出一定的規(guī)律性。例如，某一區(qū)域各輛共享單車的行駛方向是隨機事件，但大量隨機事件的統(tǒng)計結果就能顯示出一定的規(guī)律。某人想利用共享單車的大數(shù)據(jù)為本市規(guī)劃的幾條公交線路提供設計思路。圖1.3-5顯示了共享單車停放位置的分布圖，共享單車的數(shù)據(jù)系統(tǒng)中也能記錄用戶每次使用共享單車的時間、路程等信息(圖1.3-6)。據(jù)此可以統(tǒng)計“在某區(qū)域、某時段沿不同道路騎行的人數(shù)”“在某區(qū)域、某時段沿某道路騎行超過1km、2km、3km的人數(shù)”等。你認為還可以統(tǒng)計哪些對規(guī)劃公交線路有價值的數(shù)據(jù)?請說出利用這些統(tǒng)計數(shù)據(jù)的思路。同學們，通過這節(jié)課的學習，你有什么收獲呢？謝謝大家愛心.誠心.細心.耐心，讓家長放心.孩子安心。第一章

分子動理論1.4分子動能和分子勢能存在.分子間的作用力所做的功與路徑無關，分子勢能與分子間的相對位置有關.?分子動能分子不停地做無規(guī)則運動，那么，像一切運動著的物體一樣，做熱運動的分子也具有動能，這就是分子動能。分子動能組成物體的分子由于熱運動而具有的能叫做分子動能。物體中分子熱運動的速率大小不一，所以各個分子的動能也有大有小，而且在不斷改變。在熱現(xiàn)象的研究中，我們關心的是組成系統(tǒng)的大量分子整體表現(xiàn)出來的熱學性質(zhì)，因而，這里重要的不是系統(tǒng)中某個分子的動能大小，而是所有分子的動能的平均值。這個平均值叫作分子熱運動的平均動能。平均動能物體里所有分子動能的平均值叫做分子熱運動的平均動能。溫度升高時，分子的熱運動加劇，溫度越高，分子熱運動的平均動能越大。溫度越低，分子熱運動的平均動能越小。因此，可以得出結論：物體溫度升高時，分子熱運動的平均動能增加。這樣，分子動理論使我們懂得了溫度的微觀含義。溫度宏觀含義：溫度是表示物體的冷熱程度。

1.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)量不一定相同。所以分子熱運動的平均速率也不一定相同。2.溫度反映的是大量分子平均動能的大小，不能反映個別分子的動能大小，同一溫度下，各個分子的動能不盡相同。需要注意典例探究例題1：有甲、乙兩種氣體，如果甲氣體內(nèi)分子平均速率比乙氣體內(nèi)平均速率大，則(

)A．甲氣體溫度一定高于乙氣體的溫度B．甲氣體溫度一定低于乙氣體的溫度C．甲氣體的溫度可能高于也可能低于乙氣體的溫度D．甲氣體的每個分子運動都比乙氣體每個分子運動的快C?

分子勢能分子間存在著相互作用力，可以證明分子間的作用力所做的功與路徑無關，分子組成的系統(tǒng)具有分子勢能。分子勢能分子間存在著相互作用力，因此分子間所具有的由它們的相對位置所決定的能。地面上的物體，由于與地球相互作用重力勢能發(fā)生彈性形變的彈簧，相互作用分子間相互作用彈性勢能分子勢能分子間作用力做功，會引起分子勢能的變化，其變化關系類似于彈力做功與彈性勢能的關系.分子勢能與分子間距離的關系當r≈10－10m數(shù)量級時，分子的作用力的合力為零，此距離為r0。當r＜r0時，分子間的作用力表現(xiàn)為斥力，要減小分子間的距離必須克服斥力做功，因此，分子勢能隨分子間距離的減小而增大。當r＞r0時，分子間的相互作用表現(xiàn)為引力，要增大分子間的距離必須克服引力做功，因此，分子勢能隨分子間的距離增大而增大。如圖1.4-1，設兩個分子相距無窮遠，我們可以規(guī)定它們的分子勢能為0。讓一個分子A

不動，另一個分子B從無窮遠處逐漸靠近A。在這個過程中，分子間的作用力(圖1.4-2甲)做功，分子勢能的大小發(fā)生改變。圖1.4-2分子間的作用力與分子勢能當分子B向分子A靠近，分子間距離r

大于r0

時，分子間的作用力表現(xiàn)為引力，力的方向與分子的位移方向相同，分子間的作用力做正功，分子勢能減小。當分子間距離r減小到r0

時，分子間的作用力為0，分子勢能減到最小。圖1.4-2分子間的作用力與分子勢能越過平衡位置r0

后，分子B繼續(xù)向分子A靠近，分子間的作用力表現(xiàn)為斥力，力的方向與分子的位移方向相反分子間的作用力做負功，分子勢能增大。可見，分子勢能的大小是由分子間的相對位置決定的。圖1.4-2分子間的作用力與分子勢能決定分子勢能的因素圖1.4-2分子間的作用力與分子勢能(1)從宏觀上看：分子勢能跟物體的體積有關。(2)從微觀上看：分子勢能跟分子間距離r

有關。由以上分析可知，如果選定分子間距離r

為無窮遠時的分子勢能Ep

為0，則分子勢能Ep

隨分子間距離r

變化的情況如圖1.4-2乙所示。分子勢能Ep

隨分子間距離r

的變化有最小值，即當r＝r0

時，分子勢能最小。圖1.4-2分子間的作用力與分子勢能物體的體積變化時，分子間距離將發(fā)生變化，因而分子勢能隨之改變?？梢姡肿觿菽芘c物體的體積有關。圖1.4-2分子間的作用力與分子勢能典例探究例題2：如圖所示，甲分子固定在坐標原點O，乙分子位于x軸上，甲分子對乙分子的作用力與兩分子間的距離的關系如圖中曲線所示。F＞0為斥力，F(xiàn)＜0為引力。a、b、c、d為x軸上四個特定的位置?，F(xiàn)把乙分子從a處由靜止釋放，則(

)A．乙分子由a到b做加速運動，由b到c做減速運動B．乙分子由a到c做加速運動，到達c時速度最大C．乙分子由a到b的過程中，兩分子間的分子勢能一直減小D．乙分子由b到d的過程中，兩分子間的分子勢能一直增大BC?

物體的內(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，叫作物體的內(nèi)能(internalenergy)。任何物體都具有內(nèi)能。物體的內(nèi)能也叫做物體的熱力學能.決定物體內(nèi)能的因素分子熱運動的平均動能與溫度有關，分子勢能與物體的體積有關。一般說來，物體的溫度和體積變化時它的內(nèi)能都會隨之改變。

(1)從宏觀上看：物體內(nèi)能的大小由物體的摩爾數(shù)、溫度和體積三個因素決定。

(2)從微觀上看：物體內(nèi)能的大小由組成物體的分子總數(shù)，分子熱運動的平均動能和分子間的距離三個因素決定。足球靜止時，氣體分子仍在做不停息的無規(guī)則熱運動，故仍然有能量,即有內(nèi)能.物體的內(nèi)能跟機械能的區(qū)別應當指出，組成物體的分子在做無規(guī)則的熱運動，具有熱運動的動能，它是內(nèi)能的一部分；同時物體還可能做整體的運動，因此，還會具有動能，這是機械能的一部分。后者是由物體的機械運動決定的，它對物體的內(nèi)能沒有貢獻。內(nèi)能機械能對應的運動形式常見的能量形式影響因素大小聯(lián)系物質(zhì)的量、物體的溫度和體積及物態(tài)永遠不等于零微觀分子熱運動分子動能、分子勢能在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化一定條件下可以等于零物體的機械運動的速度、相對于零勢能面的高度或彈性形變量物體動能、重力勢能或彈性勢能宏觀物體機械運動典例探究例題3：下列說法中正確的是(

)A．溫度低的物體內(nèi)能小B．溫度低的物體分子運動的平均速率小C．物體做加速運動時速度越來越大，物體內(nèi)分子的平均動能也越來越大D．物體體積改變，內(nèi)能可能不變D練習與應用1.在一個密閉容器內(nèi)有一滴15℃的水，過一段時間后，水滴蒸發(fā)變成了水蒸氣，溫度還是15℃。它的內(nèi)能是否發(fā)生了變化?為什么?解：內(nèi)能增加.15℃的水滴變成15℃的水蒸氣，需要吸收熱量，溫度沒變，分子的平均動能不變，但分子勢能增加，故內(nèi)能增加.2.在一個真空的鐘罩中，用不導熱的細線懸吊一個鐵塊，中午時鐵塊的溫度是28℃，晚上鐵塊的溫度是23℃。鐵塊的內(nèi)能是否發(fā)生了變化?為什么?解：內(nèi)能減少.由題意可知，晚上時鐵塊的溫度比中午時低，分子的平均動能減小，而分子勢能不變，故內(nèi)能減少.3.有人說：“在高速列車的速度由小變大的過程中，列車上所有物體的動能都在增大，組成這些物體的分子的平均動能也在增大。既然溫度是分子平均動能的標志，因此，在這個過程中列車上物體的溫度是在升高的，只是升高得并不大，我們感覺不到而已?！蹦阏f對嗎?為什么?解：這種說法不對.物體的溫度是它的分子熱運動的平均動能的標志.這里的運動指的是分子的熱運動，并不是列車及列車上物體的運動.同學們，通過這節(jié)課的學習，你有什么收獲呢？謝謝大家愛心.誠心.細心.耐心，讓家長放心.孩子安心。第一章

分子動理論1.5復習與提高A

組1.為什么說任何物體都具有內(nèi)能?物體的體積不變，溫度升高時，它的內(nèi)能怎樣變化?解：物體的內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子的熱運動動能與分子勢能的總和，而組成物體的分子在永不停息地做無規(guī)則運動，因此，任何物體都具有內(nèi)能.若物體的體積不變，溫度升高，即分子勢能不變，分子平均動能增加，則物體的內(nèi)能增加·2.當分子間距離為r0

時，分子間的作用力為0。分析當分子間的距離從0.9r0

增大到10r0

的過程中，分子間的作用力及分子勢能的大小是如何變化的。解：分子間的距離從0.9r0

增大到10r0

的過程中，分子間作用力的大小先減小到0，再增大，然后再減??；分子勢能先減小再增大.3.鉆石是首飾以及高強度的鉆頭、刻刀等工具中的主要材料。設鉆石的密度為ρ，摩爾質(zhì)量為M，阿伏加德羅常數(shù)為NA，請寫出質(zhì)量為m

的鉆石所含有的分子數(shù)，推導鉆石分子直徑的表達式(計算時可認為組成鉆石的分子是一個緊挨著一個的小球)。

4.氣體分子間的空隙很大，可將單個氣體分子平均占有的空間看作以下模型：將氣體所占的整個空間分成若干個小立方體，氣體分子位于每個小立方體的中心，小立方體的棱長為相鄰氣體分子間的平均距離。請按這種模型，估算氣體在標準狀態(tài)下分子間的平均距離。解：標準狀態(tài)下1mol氣體的體積V為22.4L，設分子間的平均距離為a，則a3·NA＝V，代入數(shù)據(jù)，解得a＝3.3×10－9m.B

組1.地球到月球的平均距離為3.8×105km。已知鐵的摩爾質(zhì)量為5.6×10－2kg/mol，密度為7.9×103kg/m3。若把鐵分子一個緊挨一個地單列排起來，筑成從地球通往月球的“分子大道”。求：(1)這條“分子大道”共需多少個鐵分子?(2)這條“分子大道”的質(zhì)量為多少?(1)這條“分子大道”共需多少個鐵分子?

(2)這條“分子大道”的質(zhì)量為多少?

2.甲、乙、丙三位同學分別在三個實驗小組做“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗但都發(fā)生了操作錯誤。甲在配制油酸酒精溶液時，不小心把酒精倒多了一點，導致油酸酒精溶液的實際濃度比計算值小一些。乙在計算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液體積后，不小心拿錯了一個注射器把溶液漓在水面上，這個拿錯的注射器的針管比原來的粗，每滴油酸酒精溶液的體積比原來的大。丙在計算油膜面積時，把凡是半格左右的油膜都算成了一格，導致計算的面積比實際面積大一些。請分析：這三位同學的操作錯誤會導致實驗測得的油酸分子直徑偏大還是偏小?說明道理。解：甲同學的操作會導致測量結果偏大.實際配置的油酸酒精溶液濃度偏小，導致油膜面積偏小，因此，分子直徑的計算結果偏大.乙同學的操作會導致測量結果偏小.乙同學滴在水面上的這滴油酸酒精溶液的體積比已計算好的每滴溶液的體積要大，形成的油膜面積偏大，因此，分子直徑的計算結果偏小.丙同學的操作會導致測量結果偏小.丙同學把凡是半格左右的油膜都算成一格，導致計算的油膜面積比實際面積大，因此，分子直徑的計算結果偏小.3.全班每人都把4枚硬幣握在手中，在桌面上隨意投擲10次，統(tǒng)計10次投擲中有0、1、2、3、4枚硬幣正面朝上的次數(shù)，并將所得數(shù)據(jù)按下表的要求記錄下來。你發(fā)現(xiàn)有什么規(guī)律?同學們，通過這節(jié)課的學習，你有什么收獲呢？謝謝大家愛心.誠心.細心.耐心，讓家長放心.孩子安心。第二章氣體、固體和液體物體是由大量分子組成的，分子在做永不停息的無規(guī)則運動，分子之間存在著相互作用力。這些因素決定了分子的三種不同的聚集狀態(tài)：氣體、固體和液體。物體處于不同狀態(tài)時具有不同的物理性質(zhì)。人類對物質(zhì)屬性的認識是從宏觀到微觀不斷深入的過程。相應地，人們對新材料或傳統(tǒng)材料新功能的開發(fā)和研制也從來沒有停止過。從遠古的石器時代，到后來的青銅器時代、鐵器時代……新材料在人類文明進程中扮演了重要的角色。2.1溫度和溫標打開擋板K后，A、B兩部分氣體分子做無規(guī)則熱運動，發(fā)生擴散現(xiàn)象，如果容器與外界沒有能量交換，經(jīng)過一段時間后，容器內(nèi)氣體會混合均勻，達到一種穩(wěn)定狀態(tài)，即兩部分氣體溫度相同，壓強也相同，達到平衡.?狀態(tài)參量與平衡態(tài)系統(tǒng)研究某一容器中氣體的熱學性質(zhì)，其研究對象是容器中的大量分子組成的系統(tǒng)，這在熱學中叫作一個熱力學系統(tǒng)(thermodynamicsystem)，簡稱系統(tǒng)。物理學中，把所研究的對象稱為系統(tǒng)．系統(tǒng)之外與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其他物體統(tǒng)稱外界。例如，用酒精燈加熱容器中的氣體，把氣體作為研究對象，它就是一個熱力學系統(tǒng)，而容器和酒精燈就是外界。

在物理學研究中，對系統(tǒng)內(nèi)部問題，往往采取“隔離”分析方法，對系統(tǒng)與外界的相互作用問題，往往采取“整體”分析的方法．狀態(tài)參量在力學中，為描述物體(質(zhì)點)的運動狀態(tài)，我們使用了物體的位置和速度這兩個物理量。在熱學中，為確定系統(tǒng)的狀態(tài)，也需要用到一些物理量，這些物理量叫作系統(tǒng)的狀態(tài)參量(stateparameter)。描述物質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)的宏觀物理量叫做狀態(tài)參量。物理學中，需要研究系統(tǒng)的各種性質(zhì)，包括幾何性質(zhì)、力學性質(zhì)、熱學性質(zhì)、電磁性質(zhì)等等。為了描述系統(tǒng)的狀態(tài)，需要用到一些物理量。例如，為了確定系統(tǒng)的空間范圍，要用到體積V，這是一個幾何參量；為了確定外界與系統(tǒng)之間或系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間力的作用，要用到壓強p，這是一個力學參量；而要確定系統(tǒng)的冷熱程度，就要用到一個熱學參量——溫度T。平衡態(tài)要定量地描述系統(tǒng)的狀態(tài)往往很難，因為有時系統(tǒng)的參量會隨時間變化。然而在沒有外界影響的情況下，只要經(jīng)過足夠長的時間，系統(tǒng)內(nèi)各部分的狀態(tài)參量就能夠達到穩(wěn)定狀態(tài)。這種狀態(tài)叫作平衡態(tài)

(equilibriumstate)，否則就是非平衡態(tài)。當系統(tǒng)處于平衡態(tài)時，系統(tǒng)所有狀態(tài)參量都不隨時間變化，我們就能比較準確地描述系統(tǒng)的狀態(tài)。在中學階段，我們主要處理平衡態(tài)的問題。熱學系統(tǒng)所處的平衡態(tài)往往是一種動態(tài)的平衡，這種動態(tài)平衡性質(zhì)充分說明熱運動是物質(zhì)運動的一種特殊形式。典例探究例題1：在熱學中，要描述一定氣體的宏觀狀態(tài)，需要確定下列哪些物理量(

)A．每個氣體分子的運動速率B．壓強C．體積D．溫度BCD?

熱平衡與溫度上面所說的平衡態(tài)，指的是一個系統(tǒng)的狀態(tài)參量不再改變。下面我們要研究一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)相互作用的問題。熱平衡如果兩個系統(tǒng)相互接觸而傳熱，這兩個系統(tǒng)的狀態(tài)參量將會互相影響而分別改變。經(jīng)過一段時間，各自的狀態(tài)參量就不再變化了，這說明兩個系統(tǒng)達到了平衡。這種平衡叫作熱平衡(thermalequilibrium)。熱平衡概念也適用于兩個原來沒有發(fā)生過作用的系統(tǒng)．因此可以說，只要兩個系統(tǒng)在接觸時它們的狀態(tài)不發(fā)生變化，我們就說這兩個系統(tǒng)原來是處于熱平衡的．熱平衡定律(又叫熱力學第零定律)實驗表明：如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平衡，這個結論稱為熱平衡定律。溫度熱平衡定律表明，當兩個系統(tǒng)A、B處于熱平衡時，它們必定具有某個共同的熱學性質(zhì)，我們就把表征這一“共同的熱學性質(zhì)”的物理量叫作溫度

(temperature)。換句話說，溫度是決定一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)是否達到熱平衡的物理量，它的特點就是“達到熱平衡的系統(tǒng)具有相同的溫度”(圖2.1-1)。下表列出了部分人們已觀測的溫度。系統(tǒng)達到熱平衡的宏觀標志就是溫度相同，若溫度不同即系統(tǒng)處于非平衡態(tài)，則系統(tǒng)一定存在著熱交換。若溫度計跟物體

A

處于熱平衡，它同時也跟物體

B

處于熱平衡，根據(jù)熱平衡定律，A

的溫度便與

B

的溫度相等.典例探究例題2：一金屬棒的一端與0℃冰接觸，另一端與100℃水接觸，并且保持兩端冰、水的溫度不變．問當經(jīng)過充分長時間后，金屬棒所處的狀態(tài)是否為熱平衡態(tài)?為什么?答案：否，因金屬棒各部分溫度不相同，存在能量交換．?

溫度計與溫標溫標如果要定量地描述溫度，就必須有一套方法，這套方法就是溫標(thermometricscale)。定量描述溫度的方法叫做溫標。

確定一個溫標時首先要選擇一種測溫物質(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)水銀的熱膨脹來制造水銀溫度計，這時我們規(guī)定細管中水銀柱的高度與溫度的關系是線性關系。還可以根據(jù)氣體壓強隨溫度的變化來制造氣體溫度計(圖2.1-2)，等等。確定了測溫物質(zhì)和它用以測溫的某種性質(zhì)之后，還要確定溫度的零點和分度的方法。例如，攝氏溫標曾經(jīng)規(guī)定，標準大氣壓下冰的熔點為0℃，水的沸點為100℃；并據(jù)此把玻璃管上0℃刻度與100℃刻度之間均勻分成100等份，每份算作1℃。溫標的建立包含三個要素：①

選擇溫度計中用于測量溫度的物質(zhì)，即測溫物質(zhì)；②

對測溫物質(zhì)的測溫屬性隨溫度變化規(guī)律的定量關系作出某種規(guī)定；③

確定固定點即溫度的零點和分度方法．熱力學溫度現(xiàn)代科學中用得更多的是熱力學溫標。熱力學溫標表示的溫度叫作熱力學溫度(thermodynamictemperature)，它是國際單位制中七個基本物理量之一，用符號T

表示，單位是開爾文(kelvin)，簡稱開，符號為K。根據(jù)國家標準，在表示溫度差的時候可以用攝氏度(℃)代替開爾文(K)，即1℃與1K相等。因此這個式子中T的單位用K.t的單位用℃。1960年，國際計量大會確定了攝氏溫標與熱力學溫標的關系：攝氏溫標由熱力學溫標導出，攝氏溫標所確定的溫度用t

表示，它與熱力學溫度T的關系是T＝t

＋273.15K說明①攝氏溫標的單位“℃”是溫度的常用單位，但不是國際制單位，溫度的國際制單位是開爾文，符號為K．在今后各種相關熱力學計算中，一定要牢記將溫度單位轉(zhuǎn)換為熱力學溫度即開爾文；②由

T＝t＋273.15K

可知，物體溫度變化1℃與變化1K的變化量是等同的，但物體所處狀態(tài)為1℃

與1K是相隔甚遠的；③一般情況下，T＝t＋273K典例探究例題3：實際應用中，常用到一種雙金屬溫度計．它是利用銅片與鐵片鉚合在一起的雙金屬片的彎曲程度隨溫度變化的原理制成的，如圖7－4－1所示．已知左圖中雙金屬片被加熱時，其彎曲程度會增大，則下列各種相關敘述中正確的有(

)A．該溫度計的測溫物質(zhì)是銅、鐵兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬B．雙金屬溫度計是利用測溫物質(zhì)熱脹冷縮的性質(zhì)來工作的C．由左圖可知，銅的熱膨脹系數(shù)大于鐵的熱膨脹系數(shù)D．由右圖可知，其雙金屬征的內(nèi)層一定為銅，外層一定為鐵雙金屬溫度計圖7－4－1

ABC練習與應用1.“在測定某金屬塊的比熱容時，先把質(zhì)量已知的金屬塊放在沸水中加熱。經(jīng)過一段時間后把它迅速放入質(zhì)量已知、溫度已知的水中并用溫度計測量水的溫度。當水溫不再上升時這就是金屬塊與水的共同溫度。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)就可以計算金屬塊的比熱容?！痹谶@樣的敘述中，哪個地方涉及了“熱平衡”的概念?解：在以上敘述中，有兩個地方涉及“熱平衡”.第一處是金屬塊放在沸水中，經(jīng)過一段時間后，金屬塊和沸水組成的系統(tǒng)溫度相同同，這兩個系統(tǒng)達到“熱平衡”第二處是將金屬塊迅速放入質(zhì)量已知、溫度已知的水中，并用溫度計測水溫，當水溫不再升高，這時金屬塊、水和溫度計組成的系統(tǒng)溫度相同，它們也達到了“熱平衡”.2.天氣預報某地某日的最高氣溫是27℃，它是多少開爾文?進行低溫物理的研究時，熱力學溫度是2.5K，它是多少攝氏度?解：由T＝t＋273.15K知，27℃是300.15K，2.5K是－270.65℃.3.已知某物理量X

與熱力學溫度T

成正比、請把這個關系式用等式表示出來。現(xiàn)在用攝氏溫度

t來表示溫度，這個關系式又該怎么寫?分別畫出X－T

圖像和X－t

圖像的草圖。解：X＝kT，X＝k(t＋273.15K)，如圖所示.4.圖2.1-5甲表示某金屬絲的電阻R

隨攝氏溫度t

變化的情況。把這段金屬絲與電池、電流表串聯(lián)起來(圖2.1-5乙)，用這段金屬絲做測溫探頭，把電流表的電流刻度改為相應的溫度刻度，就得到了一個簡單的電阻溫度計。同學們，通過這節(jié)課的學習，你有什么收獲呢？謝謝大家愛心.誠心.細心.耐心，讓家長放心.孩子安心。第二章氣體、固體和液體物體是由大量分子組成的，分子在做永不停息的無規(guī)則運動，分子之間存在著相互作用力。這些因素決定了分子的三種不同的聚集狀態(tài)：氣體、固體和液體。物體處于不同狀態(tài)時具有不同的物理性質(zhì)。人類對物質(zhì)屬性的認識是從宏觀到微觀不斷深入的過程。相應地，人們對新材料或傳統(tǒng)材料新功能的開發(fā)和研制也從來沒有停止過。從遠古的石器時代，到后來的青銅器時代、鐵器時代……新材料在人類文明進程中扮演了重要的角色。2.2氣體的等溫變化溫故知新氣體的狀態(tài)參量1.溫度：熱力學溫度T：開爾文T＝t＋273K2.體積：體積V單位：有L、mL等3.壓強：

等溫變化我們首先研究一種特殊的情況：一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的條件下，其壓強與體積變化時的關系。我們把這種變化叫作氣體的等溫變化。實驗探究氣體等溫變化的規(guī)律▋▏實驗思路針對氣體的研究，可以先選定一個熱力學系統(tǒng)，比如一定質(zhì)量的空氣，在溫度不變的情況下，測量氣體在不同體積時的壓強，再分析氣體壓強與體積的關系。為此，我們需要一個既能改變氣體體積，又能測出與體積相對應的氣體壓強的封閉容器。下面我們利用如圖2.2-1所示的裝置進行實驗。注射器下端的開口有橡膠套，它和柱塞一起把一段空氣柱封閉本實驗的研究對象是什么?怎樣操作可以保證溫度不發(fā)生明顯的變化?▋▏物理量的測量實驗中，我們需要測量空氣柱的體積V

和空氣柱的壓強p，具體操作如下?？諝庵拈L度l可以通過刻度尺讀取，空氣柱的長度l

與橫截面積S的乘積就是它的體積V?？諝庵膲簭妏可以從與注射器內(nèi)空氣柱相連的壓力表讀取。把柱塞緩慢地向下壓或向上拉，讀取空氣柱的長度與壓強的幾組數(shù)據(jù)。▋▏數(shù)據(jù)分析一定質(zhì)量氣體等溫變化的壓強p

與體積V

的關系，可以用p-V

圖像來呈現(xiàn)。用采集的各組數(shù)據(jù)在坐標紙上描點，繪制曲線，由于它描述的是溫度不變時氣體壓強與體積的關系，因此稱它為等溫線。若你繪制的p-V

圖像類似于雙曲線(圖2.2-2)，那么，空氣柱的壓強是否跟體積成反比呢?

玻意耳定律英國科學家玻意耳和法國科學家馬略特各自通過實驗發(fā)現(xiàn)，一定質(zhì)量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強p

與體積V

成反比，即

寫成公式就是

式中C

是常量?；蛘遬1V1＝

p2V2其中p1、V1

和P2、V2

分別表示氣體在不同狀態(tài)下的壓強和體積。(2)式反映了一定質(zhì)量的某種氣體的等溫變化規(guī)律我們把它叫作玻意耳定律

(Boyle′slaw)。典例探究例題1：一定質(zhì)量氣體的體積是20L時，壓強為1×105Pa。當氣體的體積減小到16L時，壓強為多大？設氣體的溫度保持不變。

p1V1＝p2V2答案：1.25×105Pa用氣體定律解題的步驟1.確定研究對象。被封閉的氣體(滿足質(zhì)量不變的條件)；2.用一定的數(shù)字或表達式寫出氣體狀態(tài)的初始條件(p1，V1，T1，p2，V2，T2)；3.根據(jù)氣體狀態(tài)變化過程的特點，列出相應的氣體公式(本節(jié)課中就是玻意耳定律公式)；4.將各初始條件代入氣體公式中，求解未知量；5.對結果的物理意義進行討論。氣體等溫變化的P-V圖象一定質(zhì)量氣體等溫變化的p-V圖象是雙曲線，它描述的是溫度不變時的p-V關系，稱為等溫線。

問題：同一氣體，不同溫度下等溫線相同嗎？你能判斷哪條等溫線溫度較高嗎？你是根據(jù)什么理由作出判的？(2)溫度越高，其等溫線離原點越遠。(1)等溫線是雙曲線的一支。T2＞T1練習與應用

解：小王的說法是錯誤的，小李的說法正確，因為兩組數(shù)據(jù)的體積變化量都非常小，即使實驗誤差非常大，體積和壓強的乘積也不會有什么變化，兩乘積看起來是相等的.此時，不應該比較壓強和體積的數(shù)據(jù)，而應該比較體積變化量和壓強變化量的數(shù)據(jù).根據(jù)題中的數(shù)據(jù)，氣體的體積變化量等于原體積的1.3%，而壓強的變化量卻等于原壓強的2.5%，因此，該實驗沒有反映壓強與體積成反比的規(guī)律.

2.一定質(zhì)量的氣體，不同溫度下的等溫線是不同的。圖2.2-5中的兩條等溫線，哪條等溫線表示的是溫度比較高時的情形?請你嘗試給出判斷，并說明理由。解：T2＞T1.理由：在題圖中過V軸上的某點畫平行于p軸的輔助線，在相同的體積下，壓強大的氣體溫度高，故T2＞T1.3.一個足球的容積是2.5L。用打氣筒給這個足球打氣，每打一次都把體積為125mL、壓強與大氣壓相同的氣體打進足球內(nèi)。如果在打氣前足球就已經(jīng)是球形并且里面的壓強與大氣壓相同，打了20次后足球內(nèi)部空氣的壓強是大氣壓的多少倍?你在得出結論時考慮到了什么前提?實際打氣時的情況能夠滿足你的前提嗎?解：以最終足球內(nèi)部的氣體為研究對象，設大氣壓強為p0，在溫度不變時，這部分氣體在初始狀態(tài)下，p1＝p0，V1＝2.5L＋0.125×20L＝5.0L；打氣后氣體體積V2＝2.5L.根據(jù)玻意耳定律p1V1＝p2V2，解得p2＝2p0，即打了20次后足球內(nèi)部空氣的壓強是大氣壓的2倍.得出此結論的前提是打氣過程中溫度保持不變.實際打氣時，由于壓縮氣體做功，氣體溫度會升高.4.水銀氣壓計中混入了一個氣泡，上升到水銀柱的上方，使水銀柱上方不再是真空。當實際大氣壓相當于768mm高的水銀柱產(chǎn)生的壓強時這個水銀氣壓計的示數(shù)只有750mm，此時管中的水銀面到管頂?shù)木嚯x為80mm。當這個氣壓計的示數(shù)為740mm水銀柱時，實際的大氣壓相當于多高水銀柱產(chǎn)生的壓強?假設溫度保持不變。解：以水銀柱上方的氣體為研究對象，設水銀柱的橫截面積為S.當水銀氣壓計的示數(shù)為740mm時，水銀面到管頂?shù)木嚯x為90mm，這時實際的大氣壓相當于高度為h的水銀柱產(chǎn)生的壓強.同學們，通過這節(jié)課的學習，你有什么收獲呢？謝謝大家愛心.誠心.細心.耐心，讓家長放心.孩子安心。第二章氣體、固體和液體2.3氣體的等壓變化和等容變化實驗表明，在保持氣體的壓強不變的情況下，一定質(zhì)量氣體的體積隨溫度的升高而增大。氣體吸熱升溫膨脹，而封閉的氣體在壓強不變的情況下體積變大了.?氣體的等壓變化等壓變化一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強不變時，體積隨溫度變化的過程叫作氣體的等壓變化。猜想：在等壓變化中，氣體的體積與溫度可能存在著什么關系？我們可以用實驗研究一定質(zhì)量的某種氣體在壓強不變的情況下，其體積V與熱力學溫度T的關系。實驗表明，在V-T

圖像中，等壓線是一條過原點的直線

(圖2.3-1)。等壓線其延長線經(jīng)過坐標原點，斜率反映壓強大小。法國科學家蓋－呂薩克首先通過實驗發(fā)現(xiàn)了這一線性關系，這個規(guī)律可以表述為：一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強不變的情況下，其體積V與熱力學溫度T成正比，即V＝CT(1)其中C

是常量?；?/p>

蓋-呂薩克定律

其中V1、T1

和V2、T2

分別表示氣體在不同狀態(tài)下的體積和熱力學溫度。(1)式反映了一定質(zhì)量的某種氣體的等壓變化規(guī)律，我們把它叫作蓋-呂薩克定律(Gay-Lussac′slaw)課外拓展蓋-呂薩克1778年9月6日生于圣·萊昂特。1800年畢業(yè)于巴黎理工學校。1850年5月9日，病逝于巴黎，享年72歲。

蓋-呂薩克(Gay-Lussac，1778-1850年)法國化學家、物理學家。蓋-呂薩克(Gay-Lussac，1778-1850年)法國化學家、物理學家。其實查理早就發(fā)現(xiàn)壓強與溫度的關系，只是當時未發(fā)表，也未被人注意。直到蓋-呂薩克重新提出后，才受到重視。早年都稱“查理定律”，但為表彰蓋-呂薩克的貢獻而稱為“查理-蓋呂薩克定律”。一定質(zhì)量氣體的等壓線的物理意義①圖線上每一個點表示氣體一個確定的狀態(tài)，同一根等壓線上各狀態(tài)的壓強相同。②不同壓強下的等壓線，斜率越大，壓強越小(同一溫度下，體積大的壓強小)如圖所示p2＜p1。蓋-呂薩克定律說明1.蓋·呂薩克定律是實驗定律，由法國科學家蓋·呂薩克通過實驗發(fā)現(xiàn)的。

2.適用條件：氣體質(zhì)量一定，壓強不變。注意：V正比于T

而不正比于

t。4.一定質(zhì)量的氣體發(fā)生等壓變化時，升高(或降低)相同的溫度，增加(或減小)的體積是相同的。5.解題時前后兩狀態(tài)的體積單位要統(tǒng)一。典例探究例題1：如圖所示，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．若把彎管向上移動少許，則管內(nèi)氣體體積增大C．若把彎管向下移動少許，右管內(nèi)的水銀柱沿管壁上升 D．若環(huán)境溫度升高，右管內(nèi)的水銀柱沿管壁上升ACD?

氣體的等容變化等容變化一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變時，壓強隨溫度變化的過程叫作氣體的等容變化。猜想：在等容變化中，氣體的壓強與溫度可能存在著什么關系？圖2.3-2是氣體等容變化時壓強與溫度的關系圖像。從圖2.3-2甲可以看出，在等容變化過程中，壓強p

與攝氏溫度t

是一次函數(shù)關系，不是簡單的正比例關系。但是，如果把直線AB

延長至與橫軸相交(圖2.3-2乙)，把交點作為坐標原點，建立新的坐標系(圖2.3-2丙)，那么，這時的壓強與溫度的關系就是正比例關系了。法國科學家查理在分析了實驗事實后發(fā)現(xiàn)，當一定質(zhì)量的氣體體積一定時，各種氣體的壓強與溫度之間都有線性關系?？梢宰C明，氣體的壓強不太大、溫度不太低時，圖2.3-2內(nèi)中坐標原點代表的溫度就是熱力學溫度的0K，也稱絕對零度。所以說，在p-T圖像中，一定質(zhì)量的某種氣體的等容線是一條通過坐標原點的直線。等容線其延長線經(jīng)過坐標原點，斜率反映體積大小。這時，這個規(guī)律可以表述為：一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變的情況下，壓強p

與熱力學溫度T成正比，即p∝T。寫成等式的形式就是p＝CT(2)其中C

是常量。查理定律或者

其中p1、T1

和p2、T2

分別表示氣體在不同狀態(tài)下的壓強和熱力學溫度。(2)式反映了一定質(zhì)量的某種氣體的等容變化規(guī)律，我們把它叫作查理定律

(Charles′law)。課外拓展大約在1787年，查理著手研究氣體的膨脹性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)在壓力一定的時候，氣體體積的改變和溫度的改變成正比。他進一步發(fā)現(xiàn)，對于一定質(zhì)量的氣體，當體積不變的時候，溫度每升高1℃，壓力就增加它在0℃時候壓力的1/273。查理還用它作根據(jù)，推算出氣體在恒定壓力下的膨脹速率是個常數(shù)。這個預言后來由蓋-呂薩克和道爾頓(1766-1844)的實驗完全證實。查理（Charles，1746－l823）一定質(zhì)量氣體的等容線的物理意義①圖線上每一個點表示氣體一個確定的狀態(tài)，同一根等容線上各狀態(tài)的體積相同。②不同體積下的等容線，斜率越大，體積越小(同一溫度下，壓強大的體積小)如圖所示，V2＜V1。查理定律說明1.查理定律是實驗定律，由法國科學家查理通過實驗發(fā)現(xiàn)的。

2.適用條件：氣體質(zhì)量一定，體積不變。4.一定質(zhì)量的氣體在等容時，升高(或降低)相同的溫度，所增加(或減小)的壓強是相同的。5.解題時前后兩狀態(tài)壓強的單位要統(tǒng)一。注意：p與熱力學溫度T成正比，不與攝氏溫度成正比。不過，在通常的溫度和壓強下500很多實際氣體，特別是那些不容易液化的氣體，如氣、氧氣、氮氣、氦氣等，其性質(zhì)與實驗定律的結論符合得很好。實際氣體的分子之間有相互作用力，但是作用力很??；分子也有大小，但氣體分子之間的間距比分子直徑大得多；氣體分子與器壁碰撞幾乎是彈性的，動能損失也很小。