高中物理知识全解3.1分子动理论

1、高中物理知识全解 3.1 分子动理论一：分子的热运动宏观物质是由大量分子组成的，分子是极小的微粒。例：一个直径为左右的水珠，大小与细菌差不多，其中分子的个数比地球上人口的总数还多上好几倍。所以分子是人的肉眼所看不到的，目前用扫描隧道显微镜可以观察的到分子的排列情况。注意：在热学中我们把构成物质的分子、原子或者离子统称为分子。分子的大小除一些有机物质的大分子外，多数分子直径的数量级为注意：利用油膜法可以测分子直径（实验部分有详细讲述）。阿伏伽德罗常数意义：阿伏加德罗常数表示1mol各种纯物质所含的粒子数。阿伏加德罗常数是自然科学的一个重要常数。一百多年来，物理学家想出各种方法来测量它，使用了一次

2、比一次更精确的测量方法，1986年利用X射线测得的阿伏加德罗常数是，通常可取注意：在计算有关气体的各物理量时，一定要注意气体分子本身的大小相对于气体分子间的距离可以忽略不计，气体分子可以视为质点。例：气体分子的密度气体密度；气体体积气体分子的体积注意：在计算有关相邻分子之间的平均距离（即相邻分子中心间的平均距离）时，一般都把分子视为球体或正方体，可以根据题目需要灵活选择合适的模型。【例题】设某种物质的摩尔质量为，原子间平均距离为，已知阿伏伽德罗常数为，则该物质的密度可表示为（ ）A、 B、 C、 D、【例题】V表示标准状态下水蒸气的摩尔体积，为标准状态下水蒸气的密度，NA为阿伏加德罗常数，m为

3、每个水分子的质量，则阿伏加德罗常数NA_，标准状态下相邻水蒸气分子间的平均距离d_.分子的热运动分子的热运动：一切物质的分子都在做永不停息的无规则运动，且温度越高分子无规则运动越剧烈。分子的热运动虽然人的肉眼看不到，但我们可以从宏观的实验现象，来判断分子的行为。1、扩散现象气体、液体、固体都能够发生扩散现象。例：在广口瓶中滴几滴溴，它会逐渐蒸发，变为气体。墨水滴入水中会迅速扩散。金片和铝片压在一起，不管金片放在上面还是下面，金都会扩散到铅中，铅也会扩散到金中。注意：扩散现象并不是外界作用（例如对流、重力作用等）引起的，而是由分子无规则运动产生的。扩散现象表明：一切物体的分子都在做永不停息的无规

4、则运动。只有分子不停地运动才能相互进入对方。同时也说明分子不是紧密地挤在一起，而是彼此间存有间隙。例：1L水和1L酒精混合，混合后的液体总体积必定小于2L。2、布朗运动布朗运动：悬浮在液体中的细小颗粒的无规则运动。原因：液体中许许多多做无规则运动的分子不断地撞击微小悬浮颗粒，当微小颗粒足够小时，它受到来自各个方向的液体分子的撞击作用就会不平衡，在某一瞬间，微小颗粒在某个方向受到撞击作用，它就沿着这个方向运动。在下一瞬间，微小颗粒在另一方向受到撞击作用，它又向着另一个方向运动。这样就引起了微粒的无规则运动。注意：悬浮在液体中的微粒越小，在某一瞬间跟它撞击的液体分子数就越少，撞击作用的不平衡性就表

5、现得越明显，因而布朗运动越明显。悬浮在液体中的微粒越大，在某一瞬间跟它撞击的液体分子数就越多，各个方向的撞击作用接近平衡，这时就很难观察到布朗运动了。另外，温度越高，液体分子无规则运动越剧烈，布朗运动也就越明显。I、布朗运动不是固体小颗粒中分子的运动，也不是液体分子的无规则运动，而是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动。II、悬浮在液体中的细小颗粒无规则运动的原因是液体分子对它无规则撞击的不平衡性造成的，因此，布朗运动间接地证实了液体分子的无规则运动。例：布朗运动说明了液体分子与悬浮颗粒之间存在着相互作用力。（错误）二：分子间的作用力如右图所示当分子间的距离（其数量级）时，分子引力等于分子斥力

6、，分子力为零。随着分子间距离的变化，分子引力和分子斥力都发生变化，但是分子斥力总是比分子引力变化的更快，所以：1、当时，分子斥力比分子引力增大的更快，分子力表现为斥力。2、当时，分子斥力比分子引力减小的更快，分子力表现为引力。例：物块从水中拉出来时，出水面的一瞬间，需要的拉力突然增大，这是因为物块表面分子与水表面分子间存在着引力。3、分子引力和分子斥力是同时存在的，都随着分子间的距离增大而减小，分子力是分子引力与分子斥力的综合体现。当由的过程分子力逐渐增大，分子力表现为斥力；当由的过程分子力先增大后减小，分子力表现为引力。例：当分子力为零时并不代表此时的分子引力和分子斥力也为零，也不代表此时的

7、分子力最小。4、当分子之间的距离达到（数量级）以上时，分子力可以忽略不计，这样的物质一般视为理想气体。5、上述分子力的图象是相对固体、液体和非理想气体而言的，对于理想气体分子间没有分子力故没有分子力的图象。三：温度和温标热力学系统：热力学中，为了便于集中研究所选取的某些固定的物质或某个固定空间中的物质，所选取的研究对象，即称为热力学系统。外界：热力学研究中，系统之外与系统发生相互作用的其它物质统称为外界。状态参量：用来描述系统状态的物理量，叫做系统的状态参量。（例：体积V、压强P、温度T）平衡态：如果一个系统与外界没有能量交换，经过一段时间后，系统内各点的压强和温度都不再变化，我们把系统的这种

8、状态叫平衡态。热平衡：如果两个系统在接触时，它们的状态都不发生变化，那么这两个系统达到热平衡。注意：平衡态是指一个系统的状态，热平衡是指两个系统之间的关系。注意：一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。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。温度：热平衡表明，两个系统处于热平衡时，它们必定具有某个共同的热学性质，我们把表征这一“共同的热学性质”的物理量叫温度。1、温度是决定一个系统与另一个系统是否达到热平衡的物理量。2、温度是表示物体冷热程度的物理量，反映了组成物体的大量分子的无规则运动的激烈程度。温度计：测量温度的工具。家庭和物理实验室常用温

9、度计是利用水银、酒精、煤油等液体的热胀冷缩规律来制成的。另外，还有金属电阻温度计、压力表式温度计、热电偶温度计、双金属温度计、半导体热敏电阻温度计、磁温度计、声速温度计、频率温度计等。温标：温度的数值表示法叫做温标。用摄氏温标表示的温度叫做摄氏温度，单位是摄氏度（）；在国际单位制中，常采用热力学温标表示的温度，叫做热力学温度，单位是开尔文，简称开（K）热力学温度(T)与摄氏温度(t)的关系为：【一般解题时可认为】1、两种温标表示同一温度的数值不同，但改变1 K和1的温度差相同。2、绝对零度为：或【0K是低温的极限，只能无限接近，但不可能达到或更低】。3、确定一个温标时首先要选取一种测温物质，根

10、据这种物质的某个特性来制造温度计（例如：可以根据水银的热胀冷缩规律来制造水银温度计），然后还要确定温度的零点和分度方法（例如：摄氏温标曾经规定，标准大气压下冰的熔点为，水的沸点为，并据此把玻璃管上的刻度与刻度之间均匀分成100等份，每一份算做）。四：内能内能：物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。物体的内能由物体的分子数，分子动能、分子势能三者共同决定。注意：对固体、液体和非理想气体而言，它们的内能由物体的分子数，分子动能、分子势能三者共同决定。而对理想气体而言，因为不计分子力，故没有分子势能，所以理想气体的内能由物体的分子数，分子动能两者共同决定。【例题】20时1kg的

11、和1kg的谁的内能大？解：20的和都可以视为理想气体，故均没有分子势能，都是20，则和的平均分子动能一样，但是1kg的比1kg的的分子数要多，所以20时1kg的比1kg的的内能要大。分子动能温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能就越大。【例题】给体积相同的玻璃瓶A、B分别装满温度为60的热水和0的冷水，下列说法中正确的是（ ）A温度是分子平均动能的标志，所以A瓶中水分子的平均动能比B瓶中水分子的平均动能大B温度越高，布朗运动愈显著，所以A瓶中水分子的布朗运动比B瓶中水分子的布朗运动更显著CA瓶中水的内能与B瓶中水的内能一样大D由于A、B两瓶水体积相等，所以A、B两瓶中水分子间的平均

12、距离相等注意：温度是分子平均动能的标志，故同一温度下的某种物质并不代表其内的所有分子动能都相同。例：物体温度越高，每个分子的动能越大。（错误）分子势能分子间存在着分子力，所以分子组成的系统具有分子势能，分子势能的大小与分子间的距离有关。物体的体积变化时，分子间的距离将发生变化，因而分子势能随之改变，所以分子势能与物体的体积有关。注意：分子势能零势能的选取具有任意性，一般以处或无穷远处为零势能。注意：分子势能数值的大小不仅与分子间的距离有关，还和分子势能零势能位置的选取有关。而分子势能的变化，则由分子力做正、负功的性质所决定，分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增大。1、分子距离在

13、平衡位置距离处分子势能最小，分子距离由向大于平衡位置距离或小于平衡位置距离处移动其分子势能都将增大。例：若以处为零势能，两分子之间的距离由平衡位置逐渐靠近或远离，分子力都做负功，分子势能都增大。例：若以无穷远为零势能，两分之间的距离由无穷远向零靠近时，分子力先做正功，后做负功，分子势能先减小后增大。2、对于固体、液体、非理想气体而言，分子之间存在分子力，故分子势能不可忽略。当分子之间的距离达到（数量级）以上时，分子力可以忽略不计，这样的物质一般视为理想气体，故理想气体不需要考虑分子势能。注意：一般的气体都视为理想气体，而水蒸气不能视为理想气体。【例题】在一个恒温的容器中有一定量的水，若过了一段

14、时间水变成了水蒸气，则系统的内能增大。若又过了一段时间水蒸气变成了水，则系统的内能又减小。试说明原因？【例题】如下图所示为两分子系统的势能Ep与两分子间距离r的关系曲线下列说法正确的是（ ）A当r大于r1时，分子间的作用力表现为引力B当r小于r1时，分子间的作用力表现为斥力C当r等于r2时，分子间的作用力为零D在r由r1变到r2的过程中，分子间的作用力做负功解析：在Epr图中，当rr2时Ep最小，说明r2r0，即分子力为零时的分子间距再利用Fr图象即可知正确答案为B、C.答案：BC【例题】如下图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子沿x轴运动，两分子间的分子势能Ep与两分子间距离的变化关系如图中

15、曲线所示图中分子势能的最小值为E0若两分子所具有的总能量为0，则下列说法中正确的是 （ ）A乙分子在P点（x=x2）时，加速度最大B乙分子在P点（x=x2）时，其动能为E0C乙分子在Q点（x=x1）时，处于平衡状态D乙分子的运动范围为xx1 【例题】如下所示，用F表示两分子间的作用力，Ep表示分子间的分子势能，在两个分子之间的距离由10r0变为r0的过程中（ ）AF不断增大，Ep不断减小BF先增大后减小，Ep不断减小CF不断增大，Ep先增大后减小DF、Ep都是先增大后减小解析：分子间的作用力是矢量，分子势能是标量，由图象知F先增大后变小，Ep不断减小，选项B正确拓展：对于一定量的固体、液体、非理想气体而言，内能增大温度不一定升高，内能减