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(共38张PPT)
第十三章
内 能
第2节
分子动理论的初步知识
“墙角数枝梅，凌寒独自开。遥知不是雪，为有暗香来 。” 这首诗描绘了梅花不惧严寒、傲然独放的情境(图13.2-1)。你知道花香是怎么传播到远处的吗
图13.2-1 绽放的梅花
物质的构成
物质是由什么组成的 两千多年前，古希腊思想家德谟克利特认为，万物都是由极小的、不可分割的微粒——“原子”组成的，人可以闻到不同的气味，是因为这些气味的“原子”飘到了人的鼻子里。现代科学研究发现，常见的物质是由极其微小的粒子——分子(molecule)、原子(atom)等构成的。
在研究与热学有关的问题时，这些微观粒子可以不必区分，都看作分子。如果把分子看成小球，一般分子的直径只有百亿分之几米，人们通常以 10－10 m 为单位来量度分子。分子如此之小，人们用肉眼甚至光学显微镜都分辨不出它们。不过，电子显微镜可以帮助我们观察到这些微小的粒子(图13.2-2)。
图13.2-2 电子显微镜下的金原子
构成物质的分子是静止的还是运动的 相互之间有没有作用力 虽然用肉眼不能直接观察到分子，但人们可以通过物体的一些宏观表现来推断构成它们的分子的情况。
分子热运动
气体的扩散 (录像)
二氧化氮的密度比空气大。在装着红棕色二氧化氮气体的瓶子上面，倒扣一个空瓶子，使两个瓶口相对，之间用一块玻璃板隔开(图13.2-3)。抽掉玻璃板后，观察发生的现象。
二氧化氮能进入上面的瓶子里吗
图13.2-3 气体扩散实验装置
由实验可以看到，两个瓶子内的气体会混合在一起，最后颜色变得均匀。像这样，不同的物质在互相接触时彼此进入对方的现象，叫作扩散(diffusion)。
一分钟以后
扩散现象也可以发生在液体之间。在玻璃筒里装一半清水，用细管在水的下面注入硫酸铜的水溶液。由于硫酸铜溶液的密度比水大，会沉在玻璃筒的下部，因此可以看到无色的清水与蓝色硫酸铜溶液之间有明显的界面。静放几天，界面就逐渐变得模糊不清了(图 13.2-4)。
图13.2-4 液体扩散实验
固体之间也能发生扩散。有人曾经把磨得很光滑的铅片和金片紧压在一起，在室温下放置 5 年后再将它们切开，可以看到它们互相渗入约 1mm 深。
墨水扩散快慢与温度的关系
在一个烧杯中装半杯热水，另一个同样的烧杯中装等量的冷水。用相同的滴管同时分别向两个烧杯中滴入一滴墨水，观察哪个烧杯中的墨水扩散得快。扩散的快慢与温度有什么关系
实验探究：分子热运动与温度的关系。
扩散现象等大量事实表明：一切物质的分子都在不停地做无规则的运动。这种无规则的运动叫作分子的热运动 (thermal motion)。分子运动越剧烈，物体的温度越高。
宏观物体的机械运动和分子热运动的比较
项目 机械运动 分子热运动
研究对象 宏观物体 微观分子
有无规律 有规律可循 无规律可循
运动情况 静止或运动 运动永不停息
可见度 肉眼可直接看到 肉眼无法直接看到
影响运动快慢的因素 质量、力和作用时间 温度
分子间的作用力
既然分子在不停地运动，那么为什么固体和液体中的分子通常不会飞散开，而总是聚合在一起，保持一定的体积呢
铅柱间的作用力
如图13.2-5所示，将两个铅柱的底面削平、削干净，然后紧紧地压在一起，两个铅柱就会结合起来，甚至下面吊一个 20kg 的重物都不能把它们拉开。
你觉得不能把两个铅柱拉开的原因是什么
图13.2-5 用铅柱吊起重物
两个铅柱没有被重物拉开，主要是因为两个铅柱的分子之间存在引力。固体和液体的分子之间存在引力，这种引力使得固体和液体的分子不致散开，因而固体和液体能保持一定的体积。
图13.2-5 用铅柱吊起重物
从扩散现象还可以看出，物体的分子不是紧密地挤在一起，而是彼此间存在间隙。既然如此，那么为什么压缩固体和液体很困难呢
这是因为除了引力，分子之间还存在斥力。
分子之间既有引力又有斥力。当固体被压缩时，分子间的距离变小，作用力表现为斥力；当固体被拉伸时，分子间的距离变大，作用力表现为引力。固体分子间的距离小 (图13.2-6)，不容易被压缩和拉伸，固体具有一定的体积和形状。
图13.2-6 组成固体的分子
如果分子相距很远，作用力就变得十分微弱，可以忽略。气体分子之间的距离就很远 (图13.2-7)，彼此之间几乎没有作用力，因此，气体具有流动性，容易被压缩。
图13.2-7 组成气体的分子
通常，液体分子之间的距离比气体小很多比固体略大(图13.2-8)。液体分子之间的作用力比固体小。液体分子没有固定的位置，运动比较自由。这样的结构使得液体较难被压缩，没有确定的形状，具有流动性。
图13.2-8 组成液体的分子
通过以上分析及相关研究发现：常见的物质是由大量分子构成的，物质内的分子在不停地做热运动，分子之间存在引力和斥力。这就是人们用来解释热现象的分子动理论的初步知识。
各种热现象的微观本质都是分子的热运动。例如，将一个充满空气的气球放入温度约为－196 ℃的液氮中，气球会变扁平。这是因为在常温常压下，气球内气体分子的无规则热运动比较剧烈，能够挣脱相互作用的束缚，处于一种“自由”的状态。在液氮中，分子热运动急剧减弱，分子间的相互作用将分子束缚在一起，空气变成了液体。空气从气体变为液体时，体积大大减小。
把分子看成小球，将它们一个挨一个地紧密平铺成一层，组成一个单层分子的正方形，边长为1cm。这个正方形中约有多少个分子？
分子的直径约为 10－1 m，1 cm 的长度内可以并排排列＝108 个分子。边长为 1cm 的正方形中能排列 108×108＝1016 个分子。
扩散现象跟人们的生活密切相关。它有时有用，如腌制鸭蛋就是通过扩散使盐进入蛋中的；它有时又有害，如人造木板黏结剂中的甲醛扩散到空气中造成环境污染。请你分别列举一个扩散现象有用和有害的实例。
有害的扩散现象：煤气泄漏；房间里有人吸烟；臭气熏天等。
有益的扩散现象：花香四溢；兑制糖水；酒香不怕巷子深等。
两个杯子中分别盛有质量相等的冷水和热水，向其中分别放入同样的糖块，经过相同的时间后(两个杯子中的糖块都还没有全部溶解)，请推断哪杯水会更甜。为什么
热水更甜一些。
因为分子的热运动与温度有关，温度越高，分子运动越剧烈，扩散得也更快。
把干净的玻璃板吊在弹簧测力计的下面(用吸盘吸住玻璃板或用细线绑住玻璃板)，读出测力计的示数。然后使玻璃板水平接触水面，稍稍用力向上拉玻璃板(图13.2-9)。弹簧测力计的示数有什么变化 请你说说示数变化的原因。
图13.2-9
图13.2-9
弹簧测力计的示数变大。因为玻璃板和水接触时玻璃分子和水分子间的距离在分子力作用的范围内，向上稍微拉玻璃板时，玻璃分子和水分子之间的距离变大，作用力表现为引力，因此弹簧测力计的示数将变大。
在图13.2-10 甲中的注射器里封有空气，图13.2-10乙中的注射器里封有相同体积的水。用手推动活塞可以压缩空气，但很难压缩水，说说为什么。
因为气体和液体分子间的距离以及分子间的作用力不同空气是气体，其分子间距离较大，分子间的作用力很弱，可以压缩。水是液体，分子间距离较小，压缩时分子间存在较强的斥力。
下表归纳了物质固、液、气三态的微观特性和宏观特性，请完成这个表格。
物态 微观特性 宏观特性 分子间 距离 分子间 作用力 有无固 定形状 有无固
定体积
固态 很大
液态 较大 较大
气态 很大
很小
有
有
无
有
很小
无
无
1. (多选)关于分子，下列说法正确的是 ( )
A. 空气中细小的灰尘就是分子
B. 将酒精倒人水中后，水和酒精的总体积会减小，说明分子间有间隙
C. 黄豆和芝麻混合后振荡，总体积变小，说明分子之间有空隙
D. 1 滴水中大约有 1.67×1021 个水分子，说明分子很小
E. 用手捏海绵，海绵的体积会变小，说明分子间有空隙
BD
2. (广东深圳期中)下列选项中描述扩散现象的是 ( )
A. 收拾房屋时，灰尘漫天飞舞
B. 打喷嚏时，飞沫四溅
C. 烧开水时，“白气”升腾
D. 晚风拂面，阵阵花香
D
3.如图所示，在冷水中滴入一滴墨水，过一段时间后整杯水会完全变色，这个现象叫作___________；若将同样的一滴墨水滴入等质量的热水中，会发现墨水完全变色的时间更 _________ (选填“快”或“慢”)，这说明 ____________ 影响分子热运动的剧烈程度.
扩散
快
温度
4. (多选)关于分子间的相互作用力，下列说法错误的是 ( )
A. 固体、液体很难被压缩，是因为分子之间存在斥力
B. 一根铁棒很难被拉伸，是因为分子之间存在引力
C. 海绵很容易被压缩，是因为分子之间的斥力很小
D. 当分子之间距离太大时，相互作用力变得很小，这就是“破镜不能重圆”的原因
E. 0℃的冰块，内部分子间相互作用力消失
F. 分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小
CE
5. 如图所示是物质在三种不同状态下的分子模型，下列说法正确的是( )
A. 甲图中的物质具有流动性，但较难被压缩
B. 乙图中分子相距最近，分子间的作用力最小
C. 乙图中分子静止，甲、丙两图中分子在做热运动
D. 甲、乙、丙分别表示固体、液体、气体分子的排列情况
A

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