物理第十四章 熱學(xué) 第1講 分子動(dòng)理論 內(nèi)能

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1、第1講分子動(dòng)理論內(nèi)能知識(shí)梳理知識(shí)梳理一、物體是由大量分子組成的一、物體是由大量分子組成的1.分子大小分子大小(1)分子的體積很小,它直徑的數(shù)量級(jí)是10-10m。(2)油膜法油膜法可粗測分子直徑。(3)分子大小計(jì)算有兩種模型:一是球體球體,二是立方體立方體,對氣體分子用上述模型只能估算出相鄰兩分子間平均距離相鄰兩分子間平均距離。2.分子質(zhì)量分子質(zhì)量分子質(zhì)量很小,一般物質(zhì)分子質(zhì)量的數(shù)量級(jí)為10-26kg。3.分子數(shù)量分子數(shù)量(1)阿伏加德羅常數(shù):1 mol的任何物質(zhì)都含有相同的粒子數(shù),這個(gè)數(shù)的測量值NA=6.02 1023mol-1。(2)阿伏加德羅常數(shù)聯(lián)系宏觀和微觀的公式NA= NA=(不適用于

2、氣體)(3)分子數(shù)量的計(jì)算N=Mm分子molVV分子mMM1.擴(kuò)散現(xiàn)象是相互接觸的物質(zhì)彼此進(jìn)入對方的現(xiàn)象,溫度越高,擴(kuò)散 越快越快。二、分子的熱運(yùn)動(dòng)二、分子的熱運(yùn)動(dòng)2.布朗運(yùn)動(dòng)布朗運(yùn)動(dòng):在顯微鏡下看到懸浮在液體中的固體顆粒固體顆粒永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng),顆粒越小,運(yùn)動(dòng)越明顯明顯;溫度越高,運(yùn)動(dòng)越激烈激烈,布朗運(yùn)動(dòng)不是液體分子的運(yùn)動(dòng)。3.布朗運(yùn)動(dòng)是分子無規(guī)則無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)。三、分子間的相互作用力三、分子間的相互作用力1.分子間同時(shí)存在著引力和斥力,實(shí)際表現(xiàn)出來的是分子引力和斥力的合力合力。2.分子力隨分子間距離變化的關(guān)系:(r0表示引力和斥力相等時(shí)的分子間距)(1)r=r0時(shí),F引=F斥,

3、分子力表現(xiàn)為零零。(2)rr0時(shí),F引F斥,分子力表現(xiàn)為引力引力。(3)rr0時(shí),F引r0時(shí),分子力為引力,當(dāng)r增大時(shí),分子力做負(fù)功,分子勢能增加。.當(dāng)rr0時(shí),隨著r變大,F變小,Ep變小B.當(dāng)rr0時(shí),隨著r變大,F變小,Ep變大C.當(dāng)rr0時(shí),隨著r變小,F變大,Ep變小D.當(dāng)rr0時(shí),r變大,則分子力F先變大后變小,分子力做負(fù)功而分子勢能變大,所以A、B選項(xiàng)錯(cuò)誤;當(dāng)rr0時(shí),r變小,則分子力F變大,分子力做負(fù)功,分子勢能變大,所以C選項(xiàng)錯(cuò)誤、D選項(xiàng)正確。D3-2由于分子間存在著分子力,而分子力做功與路徑無關(guān),因此分子間存在與其相對距離有關(guān)的分子勢能。如圖所示為分子勢能Ep隨分子間距離r

4、變化的圖像,取r趨近于無窮大時(shí)Ep為零。通過功能關(guān)系可以從分子勢能的圖像中得到有關(guān)分子力的信息,則下列說法正確的是() A.假設(shè)將兩個(gè)分子從r=r2處釋放,它們將相互遠(yuǎn)離B.假設(shè)將兩個(gè)分子從r=r2處釋放,它們將相互靠近C.假設(shè)將兩個(gè)分子從r=r1處釋放,它們的加速度先增大后減小D.假設(shè)將兩個(gè)分子從r=r1處釋放,當(dāng)r=r2時(shí)它們的速度最大答案答案 D將兩個(gè)分子從r=r2處釋放,其相互作用的引力和斥力大小相等,方向相反,將靜止,A、B選項(xiàng)錯(cuò)誤;分子由靜止釋放后,分子的動(dòng)能跟分子勢能的總和保持不變,故分子應(yīng)向勢能減少的方向運(yùn)動(dòng),分子勢能最小時(shí)分子具有最大動(dòng)能,故D選項(xiàng)正確;兩分子從r=r1處釋放

5、,加速度減小,當(dāng)r=r2時(shí)減為0,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤。D考點(diǎn)四正確建立微觀模型考點(diǎn)四正確建立微觀模型,搭好宏觀與微觀的橋梁搭好宏觀與微觀的橋梁1.對液體、固體來說,微觀模型是:分子緊密排列,將物質(zhì)的摩爾體積分成NA等份,每一等份就是一個(gè)分子;在估算分子直徑時(shí),設(shè)想分子是一個(gè)一個(gè)緊挨的小球;在估算分子間距離時(shí),設(shè)想每一個(gè)分子是一個(gè)正立方體,正立方體的邊長即分子間距離。2.氣體分子不是緊密排列的,所以上述模型對氣體不適用,但上述模型可以用來估算氣體分子間平均距離。 4-1已知地球大氣層的厚度h遠(yuǎn)小于地球半徑R,空氣平均摩爾質(zhì)量為M,阿伏加德羅常數(shù)為NA,地面大氣壓強(qiáng)為p0,重力加速度大小為g。由此可估算

6、得,地球大氣層空氣分子總數(shù)為 ,空氣分子之間的平均距離為 。答案答案 20A4 p N RMg30AMghp N20A4 p N RMg30AMghp N解析解析可認(rèn)為地球大氣對地球表面的壓力是由其重力引起的,即mg=p0S=p04R2,故大氣層的空氣總質(zhì)量m=,空氣分子總數(shù)N=NA=。由于hR,則大氣層的總體積V=4R2h,每個(gè)分子所占空間設(shè)為一個(gè)棱長為a的正方體,則有Na3=V,可得分子間的平均距離 a=。204 p RgmM20A4 p N RMg30AMghp N4-2已知大氣壓強(qiáng)是由于大氣的重力而產(chǎn)生的,某學(xué)校興趣小組的同學(xué),通過查資料知道:月球半徑R=1.7106 m,月球表面重力

7、加速度g=1.6 m/s2。為開發(fā)月球的需要,設(shè)想在月球表面覆蓋一層厚度為h的大氣,使月球表面附近的大氣壓達(dá)到p0=1.0105 Pa,已知大氣層厚度h=1.3103 m,比月球半徑小得多,月球表面開始沒有任何氣體。試估算:(1)應(yīng)在月球表面添加的大氣層的總質(zhì)量m;(2)月球大氣層的分子數(shù);(3)分子間的距離。(空氣的平均摩爾質(zhì)量M=2.910-2 kg/mol,阿伏加德羅常數(shù)NA=6.01023 mol-1)答案答案(1)2.271018 kg(2)4.71043個(gè)(3)1.010-9 m解析解析(1)月球的表面積S=4R2,月球大氣的重力與大氣對月球表面壓力大小相等mg=p0S,所以大氣的總質(zhì)量m=,代入數(shù)據(jù)可得m= kg2.271018 kg。(2)月球大氣層的分子數(shù)為N=NA=6.010234.71043(個(gè))。(3)可以認(rèn)為每一個(gè)氣體分子平均占據(jù)空間為一個(gè)立方體,小立方體緊密排列,其邊長即分子間的距離。設(shè)分子間距離為a,大氣層中氣體的體積為V,則有V=4R2h,a=,得a=1.010-9 m。204 R pg6254 3.14 (1.7 10 )1.0 101.6mM1822.27 102.9 103VN30AghMp N