分子动理论 气体

1、分子动理论、气体分子永不停息地做无规则运动-布朗运动分子永不停息作无规则热运动的实验事实：扩散现象和布朗运动。扩散现象在说明分子都在不停地运动着的同时，还说明了分子之间有空隙。布朗运动是指悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，它间接地反映了液体分子的无规则运动。液体分子永不停息的无规则运动是产生布朗运动的原因。影响布朗运动激烈程度的因素：小颗粒的大小和液体的温度。能做明显的布朗运动的小颗粒都是很小的，一般数量级在10-6m3、分子间存在着相互作用的引力和斥力。分子间同时存在着引力和斥力，实际表现出来的分子力是分子引力和斥力的合力。分子间相互作用的引力和斥力的大小都跟分子间的距离有关。当分子间的

2、距离m时，分子间的引力和斥力相等，分子间不显示作用力；当分子间距离从增大时，分子间的引力和斥力都减小，但斥力小得快，分子间作用力表现为引力；当分子间距离从减小时，斥力、引力都增在大，但斥力增大得快，分子间作用力表现为斥力。分子力相互作用的距离很短，一般说来，当分子间距离超过它们直径10倍以上，即m时，分子力已非常微弱，通常认为这时分子间已无相互作用。二、内能：分子的动能：由于组成任何物体的分子都是在不停地做无规则运动，因此，构成物体的每一个分子在任何时刻都具有动能。由于分子热运动的无规则性及分子间的频繁碰撞，任何一个分子的动能都是不断变化的。即使一个物体在稳定的状态下，构成物体的每个分子动能的

3、大小也是不相等的。组成物体所有分子动能的平均值，叫做分子热运动的平均动能。平均动能的大小决定了物体所处的状态，分子平均动能大小的宏观标志是物体的温度。物体的温度越高，分子平均动能越大；反之，物体的温度越低，分子平均动能越小。 分子无规则热运动的动能叫做分子的动能。一切分子都具有动能。温度是物体分子平均动能的标志。做无规则运动的每个分子都具有动能。但由于分子运动的无规则性，每个分子的动能都不相同，讨论每个分子的动能是无意义的。在研究热运动中，有意义的是讨论所有分子动能的平均值，即分子的平均动能。理论和实践均已证明，温度和分子的平均动能有确定的函数关系，因此温度是物体分子平均动能的标志。分子的势能

4、：由于分子间存在着相互作用力，且分子间又有间隙，分子间的距离可变，这跟物体与地球间的关系相当。物体与地球间存在着相互作用力重力，物体与地球间有间隙高度，且距离可变。地球上的重物有势能由相互作用的物体间相对位置决定的能，那么，分子间也存在着分子势能由分子间相对位置决定的势能叫分子势能。因为分子间的相互作用力比较复杂既存在相互作用的引力又有相互作用的斥力，所以分子势能的规律也是复杂的。当分子间的距离为r0（=10-10m）时，分子处于平衡态势能最低。因为分子间的距离r大于r0时分子间的合作用表现为引力，分子间的距离r小于r0时分子间的合作用表现为斥力，所以，当分子间距离r大于r0时，分子间距离越大

5、分子势能越大，当分子间距离r小于r0综上所述，分子势能的大小与分子间的距离是密切相关的。宏观上看物体分子势能的变化可由物体的体积及物体所处的态（固态、液态、气态）决定。分子间存在着由相对位置决定的势能叫分子势能。分子间势能与分子间的距离的关系可用右图来表示。当分子间的距离大到10时，分子间的作用力可认为零，定义比位置势能为零。分子间距离从10逐渐小，引力做正功，分子势能减小，到时，分子间势能减小到最小。当分子间距离从继续减小时，斥力做负功，即要克服斥力做功，分子间势能增加。分子势能与体积有关。物体的内能：定义：构成物体所有分子动能与势能的总和，叫物体的内能。显然，物体内能的多少与各分子动能的大

6、小有关，与分子的势能大小有关，与分子的总量有关。宏观上看，物体内能的多少由物体的温度、物体的体积（及所处的态）和物体所包含的分子数决定，即由三个参量决定。热力学基础（一）改变物体内能的两种方式：做功和热传递1. 做功：其他形式的能与内能之间相互转化的过程，内能改变了多少用做功的数值来量度，外力对物体做功，内能增加，物体克服外力做功，内能减少。2. 热传递：它是物体间内能转移的过程，内能改变了多少用传递的热量的数值来量度，物体吸收热量，物体的内能增加，放出热量，物体的内能减少，热传递的方式有：传导、对流、辐射，热传递的条件是物体间有温度差。（二）热力学第一定律物体内能的增量等于外界对物体做的功W

7、和物体吸收的热量Q的总和。（三）能的转化和守恒定律能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式或从一个物体转移到另一个物体。在转化和转移的过程中，能的总量不变，这就是能量守恒定律。（四）热力学第二定律两种表述：（1）不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化。（2）不可能从单一热源吸收热量，并把它全部用来做功，而不引起其他变化。热力学第二定律揭示了涉及热现象的宏观过程都有方向性。（3）热力学第二定律的微观实质是：与热现象有关的自发的宏观过程，总是朝着分子热运动状态无序性增加的方向进行的。（4）熵是用来描述物体的无序程度的物理量。物体内部分子热运动无序程度越高

8、，物体的熵就越大。（五）说明的问题1. 第一类永动机是永远无法实现的，它违背了能的转化和守恒定律。2. 第二类永动机也是无法实现的，它虽然不违背能的转化和守恒定律，但却违背了热力学第二定律。正确运用能量守恒定律计算内能和机械能相互转化的问题物体内能对分子而言，它是组成物体所有分子热运动的动能和分子热能的总和，它是状态量，它的大小与温度、体积以及物体所含分子数有关。机械能是对物体整体而言，它是物体整体的动能和势能（包括重力势能和弹性势能）的统称，即使静止物体的动能为零，重力势能和弹性势能也不变，物体仍具有内能。物体的机械能与内能之间可以发生相互转化，例如“摩擦生热”，但能的总量不变。在分析此类问

9、题时，一要注意能量转化的方向，二要考虑到转化的快慢导致的效果上的不同。例:如图所示容器中，A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下是水，上为空气，大气压恒定。A、B底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热，原先A中水面比B中高，打开阀门，使A中水逐渐向B流，最后达到平衡。在这个过程中，下面哪个说法正确（D ）A. 大气压对水做功，水的内能增加B. 水克服大气压力做功，水的内能减少C. 大气压对水不做功，水的内能不变D. 大气压对水不做功，水的内能增加例如图所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和气体乙，现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知

10、气体的温度随其内能的增加而升高，则在移动P的过程中（ AC）A. 外力对乙做功，甲的内能增加B. 外力对乙做功，乙的内能不变C. 乙传递热量给甲，乙的内能增加D. 乙的内能增加，甲的内能不变（三）热力学第二定律1. （1）热力学第二定律符合能量守恒定律；（2）热力学第二定律的两种表述是等价的，可以以其中一种表述推导出另一种表述。对任何一类宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述。（3）第二类永动机不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律。所以是不可能制成的。（4）热力学第二定律揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，使得它们成为独立于热力学第一定律的自然规律。2. 热力学第

11、一定律和热力学第二定律是热力学知识的基础理论。热力学第一定律指出任何热力学过程中能量守恒，而对过程没有其他限制。热力学第二定律指明哪些过程可以发生，哪些不可能发生，如：第二类永动机不可能实现，热机效率不可能是100%，热现象过程中能量耗散是不可避免的，宏观的实际的热现象过程是不可逆的等等。3. 热力学第一定律反映了功、热量跟内能改变之间的定量关系；热力学第二定律的实质是：自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，都是不可逆的。违背该定律的第二类永动机是无法实现的。例. 下列说法正确的是（D ）A. 热量不能由低温物体传递到高温物体B. 外界对物体做功，物体的内能必定增加C. 第二类永动机

12、不可能制成，是因为违反了能量守恒定律D. 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化例. 关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是（D ）A. 第二类永动机违反能量守恒定律B. 如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加C. 外界对物体做功，则物体的内能一定增加D. 做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能量转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的气体分子运动与压强气体压强的微观解释：容器中的气体分子在高速无规则运动时，容器壁受到分子的撞击更加剧烈。每个分子撞击容器壁产生的力是短暂的、不连续的，但容器壁受到大量分子频繁的撞击，就会受到一个稳定的压力，从而产生压强

13、。气体分子的运动是无规则的，气体分子向各个方向运动的概率相同，对每个容器壁的撞击效果也相同，因此气体内部压强处处相等。气体温度升高时，高速率的气体分子数增多，整体上分子运动更加剧烈，分子使容器壁受到的撞击更加频繁，导致气体的压强增大。气体：玻意耳定律（pvc）查理定律（p/tc）盖 吕萨克定律（v/tc）| PV/T=n*R例题：1. 以下说法中正确的是（ BC）A. 0的水结成0的冰，由于体积增大，分子势能增大B. 将铁块烧热，铁块中分子平均动能增大，分子势能增大C. 物态发生变化时，分子势能一定变化D. 物体的机械能和内能都可能为零5. 在温度均匀的液体中，一个小气泡由液体的底层缓慢地浮至

14、液面，则气泡在浮起的过程中（B ）A. 放出热量 B. 吸收热量C. 不吸热也不放热 D. 无法判断6. 若热机从热源吸收热量为Q，对外做功为W，定义 为热机效率 值为（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 两个分子从相距较远（分子力可忽略）开始靠近，直到不能再靠近的过程中（BCD）A. 分子力先做负功后做正功B. 分子力先做正功后做负功C. 分子间的引力和斥力都增大D. 两分子从r0处再靠近，斥力比引力增加得快例 一定质量的气体发生等温变化时，若体积增大为原来的n倍，则压强变为原来的_C_倍。A、2n B、n C、1/n D

15、、2/n例题8. 如图1所示，一定质量的气体由状态A变到状态B再变到状态C的过程，A、C两点在同一条双曲线上，则此变化过程中（ AD）A、从A到B的过程温度升高B、从B到C的过程温度升高C、从A到C的过程温度先降低再升高D、A、C两点的温度相等2. 关于布朗运动，下列说法正确的是（BC ）A. 布朗运动是在显微镜中看到的液体分子的无规则运动B. 布朗运动是液体分子无规则运动的反映C. 悬浮在液体中的微粒越小，液体温度越高，布朗运动越显著D. 布朗运动的无规则性反映了小颗粒内部分子运动的无规则性例 一定质量的理想气体，经历了如图2所示的状态变化123过程，则三个状态的温度之比是（B ）A. 13

16、5 B. 365 C. 321 D. 563例 一定质量的理想气体，体积变大的同时，温度也升高了，那么下面判断正确的是（A）A. 气体分子平均动能增大，气体内能增大B. 单位体积内分子数增多C. 气体的压强一定保持不变D. 气体的压强可能变大opopVABDCACB过程中气体的内能是增加还是减少？变化量是多少？BDA过程中气体是吸热还是放热？吸收或放出的热量是多少？ 地面附近有一正在上升的空气团，它与外界的热交热忽略不计.已知大气压强随高度增加而降低，则该气团在此上升过程中（不计气团内分子间的势能）( )A.体积减小，温度降低B.体积减小，温度不变C.体积增大，温度降低D.体积增大，温度不变两

17、端开口的弯管，左管插入水银槽中，右管有一段高为h的水银柱，中间封有一段空气，则 ( )A.弯管左管内外水银面的高度差为hB.若把弯管向上移动少许，则管内气体体积增大C.若把弯管向下移动少许，则右管内的水银柱沿管壁上升D.若环境温度升高，则右管内的水银柱沿管壁上升粗细均匀的弯曲玻璃管A、B两端开口，管内有一段水银柱，右管内气体柱长为39cm，中管内水银面与管口A之间气体柱长为40cm。先将口B封闭，再将左管竖直插入水银槽中，设整个过程温度不变，稳定后右管内水银面比中管内水银面高2cm，求： （1）稳定后右管内的气体压强p；（2）左管A端插入水银槽的深度h。（大气压强p076cmHg）12-3-18如图12-3-18所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在可导热的气缸内，活塞相对于底部的高度为h，可沿气缸无摩擦地滑动。取一小盒沙子缓慢地倒在活塞的上表面上。沙子倒完时，活塞下降了h/4。再取相同质量的一小盒沙子缓慢