资源简介

第一章 分子动理论
1　分子动理论的基本内容
第1课时　物体是由大量分子组成的
一、阿伏加德罗常数
1．物体是由大量分子组成的．
2．阿伏加德罗常数
(1)定义：1 mol的任何物质都含有相同的粒子数，这个数量用阿伏加德罗常数表示．
(2)大小：NA＝6.02×1023 mol－1.
3．与阿伏加德罗常数相关的物理量
宏观量：摩尔质量M、摩尔体积Vmol、物质的质量m、物质的体积V、物质的密度ρ；
微观量：单个分子的质量m0、单个分子的体积V0、分子直径d
其中密度ρ＝＝，但是切记ρ＝是没有物理意义的．
4．微观量与宏观量的关系
(1)分子质量：m0＝＝.
(2)分子体积：V0＝＝(适用于固体和液体，对于气体，V0表示每个气体分子所占空间的体积)
(3)物质所含的分子数：N＝nNA＝NA＝NA＝·NA＝·NA.
二、两种分子模型
1．球体模型：固体和液体可看作一个一个紧挨着的球形分子排列而成，忽略分子间空隙，如图甲所示．
球状模型直径d＝＝(V0为分子体积)(常用于固体和液体)
2．立方体模型：立方体模型边长d＝＝(常用于气体)(V0为每个气体分子所占据空间的体积)．
气体分子间的空隙很大，把气体分成若干个小立方体，气体分子位于每个小立方体的中心，每个小立方体是每个气体分子平均占有的活动空间，忽略气体分子的大小．对于气体分子，d＝的值并非气体分子的大小，而是两个相邻的气体分子之间的平均距离．
3．微观量估算的三点注意(1)微观量的估算应利用阿伏加德罗常数的桥梁作用，依据分子数N与摩尔数n之间的关系N＝n·NA，并结合密度公式进行分析计算．(2)注意建立正方体分子模型或球状分子模型．(3)对液体、固体物质可忽略分子之间的间隙；对气体物质，分子之间的距离远大于分子的大小，气体的摩尔体积与阿伏加德罗常数的比值不等于气体分子的体积，仅表示一个气体分子平均占据的空间大小．
第2课时　分子热运动和分子间的作用力
一、分子热运动
1．扩散
(1)定义：不同种物质能够彼此进入对方的现象．相互接触的物体分子彼此进入对方的现象．
(2)产生原因：扩散现象并不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果，而是由物质分子的无规则运动产生的．
(3)意义：扩散现象是物质分子永不停息地做无规则运动的证据之一．
(4)气体物质的扩散现象最显著；常温下物质处于固态时扩散现象不明显．
(5)扩散现象发生的显著程度与物质的温度有关，温度越高，扩散现象越显著，这表明温度越高，分子运动得越剧烈．
(6)分子运动的特点①永不停息；②无规则．
(7)应用：生产半导体器件时，在高温条件下通过分子的扩散，在纯净半导体材料中掺入其他元素．
2．布朗运动
(1)定义：悬浮微粒的无规则运动．
(2)微粒的大小：做布朗运动的微粒是由许多分子组成的固体颗粒而不是单个分子．其大小直接用人眼观察不到，但在光学显微镜下可以看到(其大小在10－6 m的数量级)．
(3)布朗运动产生的原因：液体分子不停地做无规则运动，不断地撞击微粒．如图，悬浮的微粒足够小时，来自各个方向的液体分子撞击作用力不平衡，在某一瞬间，微粒在某个方向受到的撞击作用较强，在下一瞬间，微粒受到另一方向的撞击作用较强，这样，就引起了微粒的无规则运动．液体中的微粒越小，在某一瞬间跟它相撞的液体分子数越少，撞击作用的不平衡性表现得越明显，并且微粒越小，它的质量越小，其运动状态越容易被改变，布朗运动越明显．
(4)实质及意义：布朗运动实质是由液体分子与悬浮微粒间相互作用引起的，间接反映了液体分子的无规则运动．
(5)影响因素
①悬浮的微粒越小，布朗运动越明显．②温度越高，布朗运动越激烈．
3．热运动
(1)定义：分子永不停息的无规则运动．
(2)温度是分子热运动剧烈程度的标志．分子热运动的剧烈程度虽然受到温度影响，温度高分子热运动快，温度低分子热运动慢，但分子热运动永远不会停息．
(3)分子的“无规则运动”，是指由于分子之间的相互碰撞，每个分子的运动速度无论是方向还是大小都在不断地变化．
(4)热运动是对于大量分子的整体而言的，对个别分子无意义．
4.扩散现象、布朗运动与热运动的比较
现象 扩散现象 布朗运动 热运动
活动主体 分子 固体微小颗粒 分子
观察难易程度 可以在显微镜下看到，肉眼看不到 在显微镜下看不到
区别 分子的运动，发生在固体、液体、气体任何两种物质之间 是比分子大得多的颗粒的运动，只能在液体、气体中发生 是分子的运动，不能通过光学显微镜直接观察到
共同点 ①无规则；②永不停息；③温度越高越激烈
联系 扩散现象、布朗运动都反映了分子做无规则的热运动；周围液体(或气体)分子的热运动是布朗运动产生的原因，布朗运动反映了分子的热运动
二、分子间的作用力
1．分子间有空隙
(1)气体分子间有空隙：气体很容易被压缩，说明气体分子之间存在着很大的空隙．
(2)液体分子间有空隙：水和酒精混合后总体积变小，说明液体分子之间存在着空隙．
(3)固体分子间有空隙：压在一起的金块和铅块，各自的分子能扩散到对方的内部，说明固体分子之间也存在着空隙．
2．分子间的作用力
(1)分子间的作用力F跟分子间距离r的关系如图所示．
①当r＜r0时，分子间的作用力F表现为斥力．
②当r＝r0时，分子间的作用力F为0；这个位置称为平衡位置．
③当r＞r0时，分子间的作用力F表现为引力．
(2)产生原因：由原子内部的带电粒子的相互作用引起的．
3．对分子间作用力的理解
分子间的作用力是分子引力和分子斥力的合力，且分子引力和分子斥力是同时存在的．
4．对分子力与分子间距离变化关系的理解
(1)r0的意义
分子间距离r＝r0时，引力与斥力大小相等，分子力为零，所以分子间距离等于r0(数量级为10－10 m)的位置叫平衡位置．
(2)分子间的引力、斥力和分子力随分子间距离变化的图像如图所示．在r轴上方，分子间的作用力表现为斥力；在r轴下方，分子间的作用力表现为引力．
①分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小且斥力变化得快．
②实际表现的分子力是引力和斥力的合力．
③当rr0时，分子力随分子间距离的增大先增大后减小．
5．外力作用下三种状态表现不同的原因
①外力作用下固体很难被压缩的原因是分子间存在斥力；很难被拉伸的原因是分子间存在引力．
②外力作用下液体很难被压缩的原因是分子间存在斥力．
③外力作用下气体很容易被压缩的原因是分子间有空隙，气体压缩到一定程度后较难再被压缩，是气体压强的原因．
三、分子动理论
1．分子动理论：把物质的热学性质和规律看作微观粒子热运动的宏观表现而建立的理论．
2．基本内容
(1)物体是由大量分子组成的．
(2)分子在做永不停息的无规则运动．
(3)分子之间存在着相互作用力．
2　实验：用油膜法估测油酸分子的大小
一、实验基本技能
1．实验目的
用油膜法估测油酸分子的大小．
2．实验原理
实验采用使油酸在水面上形成一层单分子油膜的方法估测分子的大小(油酸分子简化成球形)．当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸就在水面上散开，其中的酒精溶于水中并很快挥发，在水面上形成一层纯油酸薄膜，如图所示．
实验中如果算出一定体积的油酸在水面上形成的单分子油膜的面积S，即可算出油酸分子的大小，直径d＝.
3．实验器材
清水、酒精、油酸、量筒、浅盘(边长约30～40 cm)、注射器(或滴管)、玻璃板(或有机玻璃板)、彩笔、爽身粉(石膏粉)、坐标纸、容量瓶(500 mL)．
4．实验过程
(1)往边长约为30～40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水，然后将爽身粉或石膏粉均匀地撒在水面上．
(2)用注射器或滴管将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内增加1 mL时的滴数．
(3)用注射器或滴管将事先配制好的酒精油酸溶液滴在水面上一滴，油酸就在水面上散开，其中的酒精溶于水中，并很快挥发，在水面上形成如图所示形状的一层纯油酸薄膜．
水面上单分子油膜的示意图
(4)待油酸薄膜的形状稳定后，将事先准备好的有机玻璃板放在浅盘上，然后将油酸薄膜的形状用彩笔画在玻璃上．
(5)将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S.求面积时以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个．
(6)根据配制的油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V.
(7)根据一滴油酸的体积V和薄膜的面积S，即可算出油酸薄膜的厚度，即油酸分子的大小．
二、规律方法总结
1．数据处理
在实验中，由d＝计算分子的直径，“V”是经过换算后一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积．各物理量的计算方法如下：
(1)一滴油酸酒精溶液的体积
V′＝.
(2)一滴油酸酒精溶液中纯油酸所占体积
.
(3)油酸薄层的面积S＝na2(n为有效格数，a为小格的边长)．
(4)分子直径d＝.
(5)注意单位的统一和有效数字的保留．
2．误差分析
(1)油酸酒精溶液的实际浓度和理论值间存在偏差．
(2)一滴油酸酒精溶液的实际体积和理论值间存在偏差．
(3)油酸在水面上的实际分布情况和理想中的“均匀”“单分子纯油酸层”间存在偏差．
(4)采用“互补法”(即不足半个舍去，大于半个的算一个)计算获得的油膜面积与实际的油膜面积间存在偏差．
3．注意事项
(1)在水面上撒爽身粉时，注意不要触动浅盘中的水．
(2)在有机玻璃板上描绘轮廓时动作轻而迅速，眼睛视线要始终与玻璃垂直．
(3)油酸酒精溶液配制后不要长时间放置，以免改变浓度，产生误差．
(4)注射器针头高出水面的高度应在1 cm之内．当针头靠水面很近(油酸未滴下之前)时，会发现针头下方的粉层已被排开，是由针头中酒精挥发所致，不影响实验效果．
(5)待测油酸面扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓．扩散后又收缩，有两个原因：第一，水面受油酸滴冲击凹陷后又恢复；第二，酒精挥发后液面收缩．
(6)当重做实验时，水从盘的一侧边缘倒出，在这侧边缘会残留油酸，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦去，再用清水冲洗，这样可保持盘的清洁．
(7)从盘的中央加爽身粉，使粉自动扩散至均匀，这是由于以下两种因素所致：第一，加粉后水的表面张力系数变小，水将粉粒拉开；第二，粉粒之间的排斥，这样做比粉撒在水面上的实验效果好．
(8)本实验只要求估算油酸分子的大小，实验结果数量级符合要求即可．
3　分子运动速率分布规律
一、统计规律
1．必然事件：在一定条件下必然出现的事件．
2．不可能事件：在一定条件下不可能出现的事件．
3．随机事件：在一定条件下可能出现，也可能不出现的事件．
4．统计规律：大量随机事件的整体往往会表现出一定的规律性，这种规律就叫作统计规律．
5．对统计规律的理解
(1)个别事件的出现具有偶然因素，但大量事件出现的机会却遵从一定的统计规律．
(2)从微观角度看，由于物体是由数量极多的分子组成的，这些分子并没有统一的运动步调，单独来看，各个分子的运动都是不规则的，带有偶然性，但从总体来看，大量分子的运动却有一定的规律．
二、气体分子运动的特点
1．气体分子间的距离很大，大约是分子直径的10倍左右，通常认为除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，气体分子不受力的作用，在空间自由移动．做匀速直线运动．所以气体没有确定的形状和体积，其体积等于容器的容积．
2．分子的运动杂乱无章，在某一时刻，向着任何一个方向运动的分子都有，气体分子沿各个方向运动的机会(机率)相等．向各个方向运动的气体分子数目几乎相等．
3.每个气体分子都在做永不停息的无规则运动，常温下大多数气体分子的速率都达到数百米每秒，在数量级上相当于子弹的速率．
4.气体分子的运动是杂乱无章、无规则的，研究单个的分子无实际意义，我们研究的是大量分子的统计规律．
三、分子运动速率分布图像
温度越高，分子的热运动越剧烈．气体分子的速率呈“中间多、两头少”的规律分布．
1．温度越高，分子热运动越剧烈．
2．大量气体分子速率呈“中间多、两头少”的规律分布．当温度升高时，某一分子在某一时刻它的速率不一定增加，但大量分子的平均速率一定增加，而且“中间多”的分子速率值增加。当温度升高时，速率大的分子比例比较多，平均速率较大．(如图所示)．
四．气体的分子动理论
(1)气体分子间的作用力：气体分子之间的距离远大于分子直径，气体分子之间的作用力十分微弱，可以忽略不计，气体分子间除碰撞外无相互作用力．
(2)气体分子的速率分布：表现出“中间多，两头少”的统计分布规律．
(3)气体分子的运动方向：气体分子运动时是杂乱无章的，但向各个方向运动的机会均等．
(4)气体分子的运动与温度的关系：温度一定时，某种气体分子的速率分布是确定的，速率的平均值也是确定的，温度升高，气体分子的平均速率增大，但不是每个分子的速率都增大．
五、气体压强的微观解释
1．气体压强的产生原因：大量气体分子不断撞击器壁的结果．单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的，但是大量分子频繁地碰撞器壁，就会对器壁产生持续、均匀的压力．所以从分子动理论的观点来看，气体的压强等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力．
2．气体的压强：器壁单位面积上受到的压力．公式：p＝.
3．决定气体压强大小的因素
(1)微观因素：决定于分子的平均动能和分子数密度．
①容器中气体分子的数密度有关：气体分子数密度(即单位体积内气体分子的数目)越大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就越多，平均作用力也会较大，气体压强就越大．
②与气体分子的平均速率有关：气体的温度越高，气体分子的平均速率就越大，每个气体分子与器壁碰撞时(可视为弹性碰撞)给器壁的冲力就越大；从另一方面讲，分子的平均速率越大，在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就越多，累计冲力就越大，气体压强就越大．
(2)宏观因素：决定于气体的温度和体积．
①与温度有关：体积一定时，温度越高，气体的压强越大．
②与体积有关：温度一定时，体积越小，气体的压强越大．
4．气体压强与大气压强的区别与联系
气体压强 大气压强
区别 ①因密闭容器内的气体分子的数密度一般很小，由气体自身重力产生的压强极小，可忽略不计，故气体压强由气体分子碰撞器壁产生 ②大小由气体分子的数密度和温度决定，与地球的引力无关 ③气体对上下左右器壁的压强大小都是相等的 ①由于空气受到重力作用紧紧包围地球而对浸在它里面的物体产生的压强．如果没有地球引力作用，地球表面就没有大气，从而也不会有大气压强 ②地面大气压强的值与地球表面积的乘积，近似等于地球大气层所受的重力值 ③大气压强最终也是通过分子碰撞实现对放入其中的物体产生压强
联系 两种压强最终都是通过气体分子碰撞器壁或碰撞放入其中的物体而产生的
5．求解压强问题常见的四种方法
(1)液片法：选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程，消去面积，得到液片两侧压强相等方程，求得气体的压强．
(2)力平衡法：选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得气体的压强．
(3)等压面法：在连通器中，同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等．
(4)牛顿第二定律法：选取与气体接触的液体(或活塞)为研究对象，进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程求解．
6．常用单位及换算关系：
①国际单位制单位：帕斯卡，符号：Pa，1Pa＝1 N/m2.
②常用单位：标准大气压(atm)；厘米汞柱(cmHg)．
③换算关系：1 atm＝76 cmHg＝1.013×105 Pa≈1.0×105 Pa.
4　分子动能和分子势能
一、分子动能
1．分子动能：由于分子永不停息地做无规则运动而具有的能量．
2．单个分子的动能
(1)定义：组成物体的每个分子都在不停地做无规则运动，因此分子具有动能．
(2)由于分子运动的无规则性，在某时刻物体内部各个分子的动能大小不一，就是同一个分子，在不同时刻的动能也可能是不同的，所以单个分子的动能没有意义．
3．分子的平均动能
(1)定义：物体内所有分子的动能的平均值．
(2)决定因素：物体的温度是分子热运动的平均动能的标志．温度升高的物体，分子的平均动能增大，但不是每个分子的动能都增大，个别分子的动能可能减小或不变，但总体上所有分子的动能之和一定是增加的．
4．物体的温度是它的分子热运动的平均动能的标志．
5．物体内分子的总动能
物体内分子运动的总动能是指所有分子热运动的动能总和，它等于分子热运动的平均动能与分子数的乘积．物体内分子的总动能与物体的温度和所含分子总数有关．
由于不同物质的分子质量一般不同，所以同一温度下，不同物质的分子热运动的平均动能相同，但平均速率一般不同.
二、分子势能
1．分子势能：由分子间的相对位置决定的能．
2．分子势能Ep随分子间距离r变化的情况如图所示．
当r＝r0时，分子势能最小．
3．分子力、分子势能与分子间距离的关系(如图所示)
分子间距离r r＝r0 r>r0 r分子力F 等于零 表现为引力 表现为斥力
分子力做功W 分子间距增大时，分子力做负功 分子间距减小时，分子力做负功
分子势能Ep 最小 随分子间距的增大而增大 随分子间距的减小而增大
分子力及分子势能图像
分子力F 分子势能Ep
图像
随分子间距离 的变化情况 rr>r0 r增大，F先增大后减小，表现为引力 r增大，F做负功，Ep增大
r＝r0 F引＝F斥，F＝0 Ep最小，但不为零
r>10r0 引力和斥力都很微弱，F＝0 Ep＝0
4.分子势能的特点
由分子间的相对位置决定，随分子间距离的变化而变化．分子势能是标量，正、负表示的是大小，具体的值与零势能点的选取有关．
5．分子势能的影响因素
(1)宏观上：分子势能跟物体的体积有关．
(2)微观上：分子势能跟分子间距离r有关，分子势能与r的关系不是单调变化的．
三、物体的内能
1．物体的内能：物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和．任何物体都具有内能．
2．内能的决定因素
(1)宏观因素：物体内能的大小由物质的量、温度和体积三个因素决定，同时也受物态变化的影响．
(2)微观因素：物体内能的大小由物体所含的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定．
3．温度、内能和热量的比较
(1)温度宏观上表示物体的冷热程度，是分子平均动能的标志．
(2)内能是物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和．
(3)热量指在热传递过程中，物体吸收或放出热的多少．
4.分析物体内能问题的四点提醒
(1)内能是对物体的大量分子而言的，不存在某个分子内能的说法．
(2)决定内能大小的因素为温度、体积、物质的量以及物质状态．
(3)通过做功或热传递可以改变物体的内能．
(4)温度是分子平均动能的标志，相同温度的任何物体，分子的平均动能相同．
5．内能和机械能的区别与联系
内能 机械能
定义 物体中所有分子热运动动能与分子势能的总和 物体的动能、重力势能和弹性势能的统称
对应的运动形式 微观分子热运动 宏观物体机械运动
决定因素 与物体的温度、体积、物态和分子数有关 跟宏观运动状态、参考系和零势能点的选取有关
常见的能量形式 分子动能、分子势能 物体动能、重力势能、弹性势能
量值 任何物体都有内能 永远不等于零 可以为零
测量 无法测量 可测量
本质 微观分子的运动和相互作用的结果 宏观物体的运动和相互作用的结果
运动形式 微观分子热运动 宏观物体机械运动
联系 在一定条件下可以相互转化，能的总量守恒
5.物态变化对内能的影响
一些物质在物态发生变化时，如冰的熔化、水在沸腾时变为水蒸气，温度不变，此过程中分子的平均动能不变，由于分子间的距离变化，分子势能变化，所以物体的内能变化．
本章知识网络

展开更多......

收起↑