分子动理论

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分子运动论、热和功、气体的性质     类型：复习课
            分子动理论
知识简析一、分子动理论
1．分子动理论基本内容：
物体是由大量分子组成的；分子永不停息地做无规则运动；分子间存在着相互作用力。
2．物质是由大量分子组成的
这里的分子是指构成物质的单元，即具有各种物质化学性质的最小微粒；可以是原子、离子，也可以是分子。在热运动中它们遵从相同的规律，所以统称为分子。
（1）分子的大小：分子直径数量级为10－10m；可用“油膜法”测定。分子质量的数量级是10-27—10-26kg
油膜法具体做法是：将油酸用酒精稀释后滴加在水面上，油酸在水面上散开，其中酒精溶于水中，并很快挥发，在水面上形成一层纯油酸膜，由于油酸分子的部分原子与水有很强的亲合力，这样就形成了紧密排列的单分子层油膜。根据稀释前油酸的体积V和薄膜的面积S即可算出油酸薄的厚度的d=V/S，L即为分子的直径。用此方法得出的油酸分子的直径数量级是10-10m。
（2）阿伏加德罗常数：1摩尔任何物质含有的粒子数都相同．其值为：NA＝6．02 ×1023．
（3）分子间存在间隙：
①分子永不停息地做无规则运动，说明分子间有间隙。
②气体容易被压缩，说明分子间有间隙。
③水和酒精混合后的体积小于两者原来的体积之和，说明分子间有间隙。
④用两万个标准大气压的压强压缩钢筒中的油，发现油可以透过筒壁逸出，说明分子间有间隙。
说明:这里建立了一个理想化模型：把分子看作是小球，所以求出的数据只在数量级上是有意义的。固体、液体被理想化地认为各分子是一个挨一个紧密排列的，每个分子的体积就是每个分子平均占有的空间。分子体积=物体体积÷分子个数。气体分子仍视为小球，但分子间距离较大，不能看作一个挨一个紧密排列，所以气体分子的体积远小于每个分子平均占有的空间。每个气体分子平均占有的空间看作以相邻分子间距离为边长的正立方体。
3．分子的热运动
（1）分子热运动：物体里的大量分子做永不停息的无规则运动，随温度的升高而加剧。
扩散现象和布朗运动可以证明分子热运动的存在。
 (2)布朗运动：是指悬浮在液体中的花粉颗粒永不停息地做无规则运动．它并不是分子本身的运动．液体分子的无规则运动是布朗运动产生的原因，布朗运动虽不是分子的运动，但其无规则性正反映了液体分子运动的无规则性． 
布朗运动的剧烈程度与颗粒大小和温度有关．
注意点：①形成条件是：只要微粒足够小。
②温度越高，布朗运动越激烈。
③观察到的是固体微粒（不是液体，不是固体分子）的无规则运动，反映的是液体分子运动的无规则性。
④实验中描绘出的是某固体微粒每隔30秒的位置的连线，不是该微粒的运动轨迹。
4．分子间的相互作用力
(1)分子间同时存在着相互作用的引力和斥为，引力和斥力都随分子间距离增大而减小，随分子间距离减小而增大．但斥力的变化比引力的变化快．实际表现出来的分子力是引力和斥力的合力．
(2)分子间作用力(指引力和斥力的合力)随分子间距离而变的规律是：
①r<r0时表现为斥力；
②r= r0时分子力为零；
③r> r0时表现为引力；
④r>10 r0以后,分子力变得十分微弱,可以忽略不计。此时的气体看成理想气体。
(3)从本质上来说，分子力是电场力的表现。因为分子是由原子组成的，原子内有带正电的原子核和带负电的电子，分子间复杂的作用力就是由这些带电粒子间的相互作用而引起的。（也就是说分子力的本质是四种基本基本相互作用中的电磁相互作用）。

规律方法      1．对微观量的估算
    首先要建立微观模型．对液体、固体来说，微观模型是分子紧密排列，将物质的摩尔体积分成NA个等份，每个等份就是一个分子，若把分子看作小立方体，则每一等份就是一个小立方体．若把分子看成小球，则每一等份就是一个小球．可以估算出分子的体积和分子的直径．
气体分子不是紧密排列的，所以上述微观模型对气体不适用，但上述微观模型可用来求气体分子间的距离．例如l mol任何气体，在标准状态下的体积是22．4×10－3m3，将其分成NA个小立方体，每个小立方体中装一个气体分子，则小立方体的边长就是分子间的距离．   
阿伏加德罗常数NA=6.02×1023 mol-1是联系微观世界和宏观世界的桥梁.具体表现在：
（1）固体、液体分子微观量的估算
①分子数N=nNA= NA= NA.
②分子质量的估算方法：每个分子的质量为m1= .
③分子体积（分子所占空间）的估算方法：每个分子的体积（分子所占空间）V1= .其中ρ为固体、液体的密度.
④分子直径的估算方法：把固体、液体分子看成球形，则分子直径d= ；把固体、液体分子看成立方体，则d= .
（2）气体分子微观量的估算方法
①摩尔数n= ，V为气体在标况下的体积.
②分子间距的估算方法：设想气体分子均匀分布，每个分子占据一定的体积.假设为立方体,分子位于每个立方体的中心，每个小立方体的边长就是分子间距；假设气体分子占有的体积为球体，分子位于球体的球心，则分子间距离等于每个球体的直径.
注意：同质量的同一气体，在不同状态下的体积有很大差别，不像液体、固体体积差别不大，所以求气体分子间的距离应说明实际状态．
2、布朗运动问题
3．分子力问题
             内能、能的转化和守恒
知识简析    一、内能
 1．分子的平均动能(温度)
    物体内分子动能的平均值叫做分子的平均动能．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．对个别分子讲温度无意义．
 2．分子的势能(体积)
由分子间的相对位置所决定的势能，叫做分子势能，分子势能的大小与物体的体积有关．
当分子间的距离小于r0时，随着分子间的距离的减小，分子势能增加．
当分子间距离大于r0时，随着分子间距离的增大，分子势能也增大．
当分子间距离等于r0时，分子势能最小．
3．物体的内能
物体内所有分子的动能和势能的总和称为物体的内能．
物体的内能是由物质的量、温度、体积三个因素所决定的．
对于理想气体来说，由于忽略分子力作用，所以没有分子势能．其内能由物质的量和温度所决定．
4．物体内能的变化
做功和热传递都可改变物体的内能，但它们有着本质的区别：
做功是其他形式的能和内能之间的转化．做功过程中，内能改变量的多少用功的大小来量度；
热传递则是物体间内能的转移．热传递过程中，内能转移的多少用热量来量度。
做功和热传递都是过程量，内能则是状态量。

二．能的转化和守恒定律
1.热力学第一定律——能的转化和守恒定律——第一类永动机不能制成
做功和热传递都能改变物体的内能。也就是说，做功和热传递对改变物体的内能是等效的。但从能量转化和守恒的观点看又是有区别的：做功是其他能和内能之间的转化，功是内能转化的量度；而热传递是内能间的转移，热量是内能转移的量度。
内容: 外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于物体内能的增加ΔE，
表达式: ΔE=Q+W   这在物理学中叫做热力学第一定律。
表达式中符号法则: W为正值，表达外界对物体做功； W为负值，表示物体对外界做功；
                  Q为正值，表示物体从外界吸热； Q为负值，表示物体对外界放热；
                  ΔE为正值，表示物体内能增加；ΔE为负值，表示物体内能减少.
2.能的转化和守恒定律
能量既不会凭空产生，也不会凭空消灭或消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，但总能量保持不变。这就是能的转化和守恒定律.
(1)能量守恒定律是自然界普遍适用的规律之一，违背该定律的第一类永动机是无法实现的.
(2)物质的不同运动形式对应不同形式的能,各种形式的能在一定的条件下可以转化或转移,在转化或转移过程中,能的总量守恒.

三.热力学第二定律
1.热传导的方向性:热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行（热量会自发地从高温物体传给低温物体），但是向相反的方向却不能自发地进行。
2.机械能与内能转化的方向性:机械能可以全部转化为内能,而内能不可能全部转化为机械能而不引起其它的变化.
3.热力学第二定律
(1)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（按热传导的方向性表述）。
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（按机械能和内能转化过程的方向性表述）。或第二类永动机是不可能制成的。

(2)意义：自然界种进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。它揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性.

(3)能量耗散:自然界的能量是守恒的，，但是有的能量便于利用，有些能量不便于利用。很多事例证明，我们无法把流散的内能重新收集起来加以利用。这种现象叫做能量的耗散。它从能量转化的角度反映出自然界中的宏观现象具有方向性。

4.热力学第三定律
(1)内容:热力学零度不可达到。
(2)意义:只需要温度不是绝对零度,就总可能降低,它促进人类想方设法尽可能降低温度,以探索更多的物理奥秘.

四.能源与环境
1.能源:能够提供可利用能量的物质
2.能源的分类:
(1)常规能源有:煤、石油、天然气等，存量有限，利用时对环境有污染。
(2)新能源有:风能、水能、太阳能、沼气、原子能等，资源丰富，可再生，使用时污染少或没有污染。
规律方法  1．内能问题
2．能量守恒的综合应用

散           气体
知识简析   一、气体的状态参量
1、 温度：T（t）
（1）意义：宏观上：表示物体的冷热程度联单  微观上：标志物体 分子平均动能的大小
（2）数值表示法：
① 摄氏温标t：单位： ℃     在1atm下，冰的熔点是0℃  沸点是：100 ℃
② 热力学温标T单位：K（SI制的基本单位之一）
把－273 ℃作为0K绝对零度（是低温的极限，只能无限接近、不能达到）
③ 两种温标的关系：
T=t+273 （K） △T=△t   冰的熔点  t1=0 ℃  T1=273K  水的沸点  t2=100 ℃  T2=373K   △t=100 ℃ △T=100K

说明：两种温标下每一度温差大小是相等的，只是零值起点不同
2、体积：V气体分子所能达到的空间（一般为容器的容积）
单位：m3      1 m3 =103dm3（L）=106cm3（ml）
3、压强：p器壁单位面积上受到的压力
①产生：由大量分子频繁碰撞器壁产生的
（单位体积内分子个数越多，分子的平均速率越大，气体的压强就越大）
②单位：Pa1Pa=1N/m21atm=1.013×105Pa=76cmHg
③计算：P固=F/sP液=ρ液gh
二、气体分子动理论
（1）气体分子运动的特点是：①气体分子间的距离大约是分子直径的10倍，分子间的作用力十分微弱。通常认为，气体分子除了相互碰撞或碰撞器壁外，不受力的作用。②每个气体分子的运动是杂乱无章的，但对大量分子的整体来说，分子的运动是有规律的。研究的方法是统计方法。气体分子的速率分布规律遵从统计规律。在一定温度下，某种气体的分子速率分布是确定的，可以求出这个温度下该种气体分子的平均速率。
（2）用分子动理论解释气体压强的产生（气体压强的微观意义）。气体的压强是大量分子频繁碰撞器壁产生的。压强的大小跟两个因素有关：①气体分子的平均动能，②分子的密集程度。
三．气体的体积、压强、温度间的关系
（1）一定质量的气体，在温度不变的情况下，体积减小时，压强增大，体积增大时，压强减小。
（2）一定质量的气体，在压强不变的情况下，温度升高，体积增大。
（3）一定质量的气体，在体积不变的情况下，温度升高，压强增大。
规律方法   一、气体压强的计算
    1．气体压强的特点
    （1）气体自重产生的压强一般很小，可以忽略．但大气压强P0却是一个较大的数值（大气层重力产生），不能忽略．
    （2）密闭气体对外加压强的传递遵守帕斯卡定律，即外加压强由气体按照原来的大小向各个方向传递．
    2．静止或匀速运动系统中封闭气体压强的确定
    （1）液体封闭的气体的压强
① 平衡法：选与气体接触的液柱为研究对象，进行受力分析，利用它的受力平衡，求出气体的压强．
3．加速运动系统中封闭气体压强的确定
常从两处入手：一对气体，考虑用气体定律确定，二是选与气体接触的液柱或活塞等为研究对象，受力分析，利用牛顿第二定律解出．具体问题中常把二者结合起来，建立方程组联立求解．

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