高中物理(新人教版)选择性必修3分子动能和分子势能

高中物理(新人教版)选择性必修3分子动能和分子势能目录分子动理论基本概念分子动能与温度关系分子势能及其影响因素理想气体状态方程及应用热力学第一定律与内能变化热力学第二定律与熵增加原理分子动理论基本概念0101阿伏伽德罗常数1mol任何物质都含有相同的粒子数，这个常数被称为阿伏伽德罗常数，通常用NA表示。02分子的质量和体积分子的质量和体积都非常小，但可以通过一些实验手段进行测量和计算。03分子的热运动物质中的分子在永不停息地做无规则运动，这种运动被称为分子的热运动。物质由大量分子组成布朗运动01悬浮在液体或气体中的微粒所做的永不停息的无规则运动，被称为布朗运动。它是分子热运动的一种表现。02扩散现象不同物质在相互接触时，彼此进入对方的现象，被称为扩散现象。它也是分子热运动的一种表现。03温度是分子热运动平均动能的标志温度越高，分子的平均动能越大，分子的热运动越剧烈。分子永不停息地做无规则运动

分子间存在相互作用力分子间作用力分子之间存在相互作用的引力和斥力，这种力被称为分子间作用力。它随着分子间距离的变化而变化。分子势能由于分子间存在相互作用力，因此分子具有势能，被称为分子势能。它是描述分子间相互作用力性质的物理量。分子间作用力的应用利用分子间作用力可以解释许多物理和化学现象，如物质的熔沸点、溶解性、表面张力等。分子动能与温度关系02温度是大量分子热运动的集体表现单个分子的动能是不断变化的，但大量分子的平均动能却表现出稳定的特征，即温度。温度越高，分子平均动能越大随着温度的升高，分子的热运动加剧，平均动能增大。温度是分子平均动能标志0102麦克斯韦速率分布曲线在一定温度下，不同速率的分子数所占的比例呈现特定的分布规律，称为麦克斯韦速率分布曲线。分布曲线的特点随着温度的升高，分布曲线向高速率方向移动，且曲线形状变得更加扁平。不同温度下分子速率分布曲线实验步骤将空气封闭在绝热容器内，通过加热或冷却改变空气的温度，同时测量空气的压强和体积变化。根据测量数据计算得到空气的比热容比。实验原理利用热力学第一定律和理想气体状态方程，通过测量空气在绝热过程中的压强和体积变化，计算得到空气的比热容比。实验结果分析将实验结果与理论值进行比较，分析误差来源并讨论实验的可靠性。实验：测定空气比热容比分子势能及其影响因素03分子势能是分子间相互作用力引起的能量，与分子间的距离有关。当分子间距离改变时，分子势能也随之改变。分子势能可以用数学表达式来描述，通常与分子间距离r的函数关系有关。常见的分子势能函数形式包括库仑势能、范德华势能等。分子势能概念分子势能表达式分子势能概念及表达式当气体体积增大时，分子间的平均距离增加，相互作用力减弱，导致分子势能减小。当气体体积减小时，分子间的平均距离减小，相互作用力增强，导致分子势能增大。体积增大对分子势能的影响体积减小对分子势能的影响体积变化对分子势能影响实验目的：通过实验探究气体在等温条件下体积变化对分子势能的影响，验证分子势能与体积变化的关系。实验：探究气体等温变化规律01实验步骤021.准备实验器材，包括注射器、压强传感器、数据采集器等。032.将注射器与压强传感器连接，并密封好。实验：探究气体等温变化规律3.向注射器中注入一定量的气体，记录初始状态下的体积和压强。5.分析实验数据，绘制等温条件下气体体积与压强的关系曲线。实验结论：根据实验数据和分析结果，可以得出在等温条件下，气体体积与压强成反比关系，验证了气体等温变化规律的正确性。同时，实验结果也表明体积变化对分子势能具有显著影响。4.改变注射器中气体的体积，记录不同体积下的压强值。实验：探究气体等温变化规律理想气体状态方程及应用04$pV=nRT$，其中$p$表示气体压强，$V$表示气体体积，$n$表示气体的物质的量，$R$表示气体常数，$T$表示气体的热力学温度。理想气体状态方程可以通过对方程进行变形，得到求解气体压强、体积、温度等物理量的表达式。方程变形理想气体状态方程表达式理想气体假设理想气体是一种假想的气体，其分子间无相互作用力，分子本身不占体积。适用条件在温度不太低、压强不太大的情况下，实际气体可以近似看作理想气体。理想气体状态方程适用条件问题描述：一个封闭容器内装有一定量的气体，已知气体的体积、温度和物质的量，求气体的压强。应用举例：计算封闭容器内气体压强01解题步骤021.根据题意，确定已知量和未知量。2.选择合适的气体状态方程，将已知量代入方程求解未知量。应用举例：计算封闭容器内气体压强023.对结果进行单位换算和误差分析。实例分析：例如，一个封闭容器内装有1mol的气体，体积为22.4L，温度为273K，求气体的压强。根据理想气体状态方程$pV=nRT$，代入已知量进行计算即可得出结果。应用举例：计算封闭容器内气体压强热力学第一定律与内能变化05$DeltaU=W+Q$，其中$DeltaU$表示物体内能的变化量，$W$表示外界对物体做的功，$Q$表示物体吸收的热量。热力学第一定律是能量守恒定律在热现象中的具体体现，它揭示了热现象中不同形式的能量之间可以相互转化，而总能量保持不变。热力学第一定律表达式和意义意义表达式通过外界对物体做功或物体对外界做功来改变物体的内能。做功使物体的内能发生变化时，物体的温度不一定发生变化。做功通过物体之间温度差的存在，使得热量从高温物体传递给低温物体，从而改变物体的内能。热传递过程中，物体的温度一定会发生变化。热传递改变物体内能两种方式比较已知物体的质量、比热容和温度变化量，可以计算物体吸收或放出的热量。例如，一个质量为$m$、比热容为$c$的物体，温度升高$DeltaT$时吸收的热量为$Q=cmDeltaT$。已知气体的摩尔数、摩尔热容和温度变化量，可以计算气体吸收或放出的热量。例如，摩尔数为$n$、摩尔热容为$C_V$的理想气体，温度升高$DeltaT$时吸收的热量为$Q=nC_VDeltaT$。应用举例：计算物体吸收或放出热量热力学第二定律与熵增加原理06热力学第二定律表述和意义热力学第二定律的表述不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。热力学第二定律的意义揭示了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的。在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵会不断增加，即向着熵最大的方向进行。熵增加原理的表述熵增加原理是热力学第二定律的另一种表述方式，它表明在孤立系统中，不可逆过程总是向着熵最大的方向进行，即系统的无序程度会不断增加。熵增加原理的意义熵增加原理表述和意义判断依据根据热力学第二定律和熵增加原理，如果一个过程能够自发地进行，并且不产生其他影响，那么这个过程就是不可逆的。应