山东省成武一中高中物理 7.0《分子动理论》课件 新人教版选修33.ppt

第七章 分子动理论 7 1 物体是由大量分子组成的 教学目标 1 在物理知识方面的要求 1 知道一般分子直径和质量的数量级 2 知道阿伏伽德罗常数的含义 记住这个常数的数值和单位 3 知道用单分子油膜方法估算分子的直径 2 培养学生在物理学中的估算能力 会通过阿伏伽德罗常数估算固体和液体分子的质量 分子的体积 或直径 分子数等微观量 1 3 53 渗透物理学方法的教育 运用理想化方法 建立物质分子是球形体的模型 是为了简化计算 突出主要因素的理想化方法 二 重点 难点分析1 重点有两个 其一是使学生理解和学会用单分子油膜法估算分子大小 直径 的方法 其二是运用阿伏伽德罗常数估算微观量 分子的体积 直径 分子数等 的方法 2 尽管今天科学技术已经达到很高的水平 但是在物理课上还不能给学生展现出分子的真实形状和分子的外观 这给讲授分子的知识带来一定的困难 也更突出了运用估算方法和建立理想模型方法研究固体 液体分子的体积 直径 分子数的重要意义 三 教具1 幻灯投影片或课件 水面上单分子油膜的示意图 离子显微镜下看到钨原子分布的图样 2 演示实验 演示单分子油膜 油酸酒精溶液 1 200 滴管 直径约20cm圆形水槽 烧杯 画有方格线的透明塑料板 分子动理论的基本内容 1 物质是有大量分子组成2 分子永不停息的做无规则热运动3 分子间存在着相互作用的引力和斥力 一 分子的大小 放大上亿倍的蛋白质分子结构模型 利用纳米技术把铁原子排成 师 字 1 分子大小的估测单分子油膜法 单分子油膜法粗测分子直径的原理 类似于取一定量的小米 测出它的体积v 然后把它平摊在桌面上 上下不重叠 一粒紧挨一粒 量出这些米粒占据桌面的面积s 从而计算出米粒的直径 如何得知油酸体积 如何得知油膜面积 用单分子油膜法测得分子直径的数量级为 利用现代技术 使用不同的方法测出的分子大小并不完全相同 但数量级是一样的 均为 注意 除一些有机物质的大分子外 一般分子的直径数量级为上面数值 以后无特别说明 我们就以上面数值作为分子直径的数量级 二 阿伏加德罗常数 1 阿伏加德罗常数na 1摩尔 mol 任何物质所含的微粒数叫做阿伏加德罗常数 2 阿伏加德罗常数是联系微观世界和宏观世界的桥梁 微观量的估算方法 1 固体或者液体分子的估算方法 对固体或液体来说 分子间隙数量级远小于分子大小的数量级 所以可以近似认为分子紧密排列 据这一理想化模型 1mol任何固体或液体都含有na个分子 其摩尔体积nmol可以认为是na个分子体积的总和 如果把分子简化成球体 可进一步求出分子的直径d 练习 课本p53 微观量的估算方法 2 气体分子间平均距离的估算 气体分子间的间隙不能忽略 设想气体分子平均分布 且每个气体分子平均占有的空间设想成一个小立方体 据这一微观模型 气体分子间的距离就等于小立方体的边长l 即 d并非分子的直径 练习 课本p54 微观量的估算方法 3 物质分子所含分子数的估算 关键为求出分子的摩尔数 便可以利用阿佛加德罗常数求出含有的分子数 例题 已知空气的摩尔质量是 则空气中气体分子的平均质量多大 成年人做一次深呼吸 约吸入450cm3的空气 则做一次深呼吸所吸入的空气质量是多少 所吸入的气体分子数量是多少 按标准状况估算 解析 空气分子的平均质量为 2 成年人做一次深呼吸所吸入的空气质量为 所吸入的分子数为 课堂小结 物质是有大量分子构成的 1 分子很小 直径数量级10 10m 单分子油膜法测直径 2 分子的质量很小 一般数量级为10 26kg3 分子间有间隙4 阿佛加德罗常数 na 1026mol 1 1 已知物质的摩尔质量ma 可求出分子质量m0 其中 va为摩尔体积 为物质的密度 2 已知物质的量 摩尔数 n 可求出物体所含分子的数目n 3 已知物质的摩尔体积va 可求出分子的体积v0 7 2 分子的热运动 教学目标 知识目标 1 了解扩散现象是由于分子的热运动产生的 2 知道什么是布朗运动 理解布朗运动产生的原因 3 知道什么是热运动及决定热运动激烈程度的因素 注重理论联系实际 勤观察 多思考 养成良好的学习习惯 能力目标 分析综合能力 理解推理能力 实验能力情感态度价值观 唯物主义世界观 尊重事实教学重点 难点扩散现象布朗运动教具 显微镜 大于500倍 火柴 电源接线 布朗运动演示仪 气体 讨论问题 1 分子运动的激烈程度与什么因素有关 2 什么是扩散现象 它说明了什么 3 布朗运动指的是什么运动 4 为什么说布朗运动间接反映了液体分子永不停息的无规则运动 5 布朗运动的激烈程度与哪些因素有关 1 分子运动的激烈程度与什么因素有关 分子运动的激烈程度与温度有关 2 什么是扩散现象 它说明了什么 扩散 不同的物质互相接触时彼此进入对方的现象 扩散现象直接说明了组成物体的分子总是永不停息地做无规则运动 3 布朗运动指的是什么运动 气体 液体和固体都会发生扩散现象 布朗是英国的一位植物学家 1827年布朗用显微镜观察植物的花粉微粒悬浮在静止水面上的形态时 却惊奇地发现这些花粉微粒在不停地作无规则运动 布朗经过反复观察后 写下了这样的一段文字 我确信这种运动不是由于液体的流动所引起 也不是由于液体的逐渐蒸发所引起 而是属于粒子本身的运动 布朗的发现一经公布 就引起了科学界的轰动 在以后的几十年里 众多的物理学家经过大量的观测和研究 终于科学的解释了布朗运动 揭示了自然界普遍存在的分子运动的奥秘 使人类认识产生了飞跃 人们为了纪念这个发现 便把悬浮在液体中的花粉的无规则运动命名为布朗运动 为了进一步证实这种看法 布朗把观察的 对象扩大到一切物质的微小颗粒 结果发现 一切悬浮在液体中的微小颗粒 都会作无休止的不规则运动 观测到的现象 做布朗运动的小颗粒虽然不是分子 但是它的无规则的运动间接反映了液体分子的无规则运动 产生原因 先看下面的实验 液体是由许多液体分子组成 分子不停地做无规则运动 和微粒碰撞 对微粒产生撞击力 微粒受到各个方向的撞击作用不平衡时 微粒就做无规则运动 微粒越小 不平衡性就越明显 注意 1 布朗运动是固体微粒的运动 而不是固体分子的运动 也不是液体分子的无规则运动 2 固体微粒的运动时不规则的 图11 4中并不是微粒运动的轨迹 而是每隔一段时间的位置的连线 3 任何固体微粒悬浮于液体中 在任何温度下都会做布朗运动 为什么颗粒越小 布朗运动越明显 颗粒越小 每一瞬间受到液体分子撞击的数目少 受力极易不平衡 颗粒越大 同时跟它撞击的分子数多 受力的平均效果互相平衡 质量大 惯性大 运动状态难改变 布朗运动的激烈程度与什么因素有关 布朗运动的激烈程度与固体微粒的体积 质量及液体的温度有关 体积 质量越小 温度越高 布朗运动越激烈 第二节分子的热运动 悬浮在液体中的微粒的无规则运动 颗粒越小 布朗运动越明显 液体温度越高 布朗运动越激烈 实验基础 是液体分子无规则运动的间接反映 布朗运动 扩散 直接说明组成物体的分子在永不停息的做无规则的运动 1 布朗运动 是说明分子运动的重要实验事实 则布朗运动是指 a 液体分子的运动 b 悬浮在液体中的固体分子的运动 c 悬浮在液体中的固体颗粒的运动 d 液体分子和固体分子的共同运动 c c 3 在显微镜下观察布朗运动时 其激烈程度 a 与悬浮颗粒大小有关 微粒越小 布朗运动越激烈 b 与悬浮颗粒中的分子大小有关 分子越小 越激烈 c 与温度有关 温度越高布朗运动越激烈 d 与观察时间长短有关 观察时间越长 运动趋于平缓 ac 4 较大的颗粒不做布朗运动是因为 a 液体分子停止运动 b 液体温度太低 c 跟颗粒碰撞的分子数较多 各方向的撞击作用平衡 d 分子冲击力很难改变大颗粒的运动状态 cd 5 关于布朗运动和扩散现象的说法正确的是 a 布朗运动和扩散现象都能在气体 液体 固体中发生 b 布朗运动和扩散现象都是分子的运动 c 布朗运动和扩散现象都是温度越高越明显 d 布朗运动和扩散现象都是永不停息的 cd 分子的无规则运动 温度 激烈 4 分子的热运动是指 分子热运动的激烈程度与 有关 温度越高 分子运动越 7 3 分子间的作用力 教学目标 1 知道分子间存在空隙 且同时存在着引力和斥力 实际表现出来的分子力是引力和斥力的合力 2 了解分子力为零时 分子间距离r0的数量级 3 知道分子间的距离r r0时 实际表现的分子力为斥力 这个斥力随r的减小而迅速增大 4 知道分子间的距离r r0时 实际表现的分子力为引力 这个引力随r的增大而减小 5 了解r增大到什么数量级时 分子引力已很微弱 可忽略不计 6 物理离不开生活 能用分子力解释日常生活中一些常见的现象 教学重点 难点重点 分子间的作用力和分子间作用力的变化 难点 用分子动理论解释有关现象 教学方法讨论探究法 分析法 归纳法 教具多媒体教学课件课型新授课课时计划1课时 5 分子力何时表现为引力 零 斥力 1 哪些现象表明分子间有空隙 2 为什么分子间有空隙还能形成固体和液体 3 为什么分子不能紧挨在一起 而存在空隙 4 分子间的引力 斥力随分子间的距离如何变化 1 分子之间真的存在作用力 实验1 实验2 实验3 取两段直径为2cm左右的铅柱 把它们的断面切平磨光 然后立即用力把两个光滑的面对齐压紧 这两段铅柱就连接在一起了 而且下端可以吊起1kg的物体 把一块洗净的玻璃板吊在橡皮筋的下端 先使玻璃板水平地接触水面 然后向上拉玻璃板 使它离开水面 感觉水对玻璃板有很大的吸引力 取一个250ml注射器 吸进100ml水后将开口端用橡皮帽封住 然后用力压注射器的活塞 观察注射器中水的体积的变化 可以看出 水的体积基本不变 仍保持100ml 结论 分子之间同时存在着相互作用的引力和斥力 引力和斥力的合力称为分子力 分子间的引力 斥力随分子间的距离如何变化 f f斥 f引 0 r 分子力和分子间距的变化图 1 分子间引力和斥力同时存在 2 f引 f斥随r增大而减小 但f斥减小更快 f f斥 f引 f分 r0 0 r 分子力和分子间距的变化图 分子力和分子间距的关系 1 当r r0 10 10m时 f引 f斥 分子力f分 0 处于平衡状态 2 当r r0时 随r的减小 f引 f斥都增大 f斥比f引增大得快 f斥 f引 分子力表现为斥力 r减小 分子力增大 3 当r r0时 随r的增加 f引 f斥都减小 f斥比f引减小得快 f斥 f引 分子力表现为引力 r增大 分子力如何变化呢 4 当r 10r0时 分子力等于0 分子势能 分子间所具有的由它们的相对位置所决定的能 分子的势能 地面上的物体 由于与地球相互作用 重力势能 发生弹性形变的弹簧 相互作用 弹性势能 分子间相互作用 分子势能 说明 1 如果r r0分子势能随r增大而增大 这与弹簧拉伸相似 如果r r0 分子势能随r减小而增大 这与弹簧压缩相似 r r0势能最小 2 一个物体的体积改变 分子势能也随改变 因此分子势能和它的体积有关 分子势能 1 用分子动理论的知识解释下列现象 1 洒在屋里的一点香水 很快就会在屋里的其他地方被闻到 2 水和酒精混合后 总体积减小 3 高压下的油会透过钢壁渗出 4 温度升高 布朗运动及扩散现象加剧 5 固体不容易被压缩和拉伸 练习 2 分子间相互作用力由两部分f引和f斥组成 则 f引和f斥同时存在 f引和f斥都随分子间距增大而减小 分子力指f引和f斥的合力 随分子间距增大 f斥减小 f引增大 3 有两个分子 设想它们之间相隔10倍直径以上的距离 逐渐被压缩到不能再靠近的距离 在这过程中 下面关于分子力变化的说法正确的是 分子间的斥力增大 引力变小 分子间的斥力变小 引力变大 分子间的斥力和引力都变大 只不过斥力比引力变大的快 分子力从零逐渐变大到某一数值后 逐渐减小到零 然后又从零逐渐增大到某一数值 4 关于分子间相互作用力 以下说法正确的是 分子力是分子引力和斥力的合力 当分子间距离 时分子力为零 说明此时分子引力和分子斥力均为零 分子力随分子间距离r的大小而变化 当 时 分子引力和斥力都随r增大而增大 但引力比斥力增加得快 也就是引力大于斥力 故分子力表现为引力 分子力随分子间距离r的大小而变化 当 时 分子引力和斥力都随r减小而增大 但斥力比引力增加得快 也就是斥力大于引力 故分子力表现为斥力 分子力实质上就是分子间的万有引力 5 甲 乙两分子相距较远 分子力为零 固定甲 乙逐渐靠近甲 直到不能再靠近的过程中a 分子力总是对乙做正功b 乙总是克服分子力做功c 先是乙克服分子力做功 后分子力对乙做正功d 先是分子力对乙做正功 后乙克服分子力做功 6 下图是分子间相互作用力与分子间距离的关系图象当r r0时 分子间的相互作用力的合力为零 下面说法中错误的是a rr0时 ep随r增大而减小d r r0时 ep随r增大先增大 后减小e 当r 时 分子势能为零 f分做正功 ep减小 f分做负功 ep增大 7 4 温度的温标 教学目标 一 知识与技能1 了解系统的状态参量以及平衡态的概念 2 掌握热平衡的概念及热平衡定律 3 掌握温度与温标的定义以及热力学温度的表示 二 过程与方法通过学习温度与温标 体会热力学温度与摄氏温度的关系 三 情感 态度与价值观体会生活中的热平衡现象 感应热力学温度的应用 教学重点 热平衡的定义及热平衡定律的内容 教学难点 有关热力学温度的计算 教学方法 讲练法 举例法 阅读法教学用具 投影仪 投影片 一 平衡态和状态参量 1 在物理学中 通常把所研究的对象称为系统 2 用来描述系统状态的物理量 叫做系统的状态参量 3 平衡态 系统宏观性质不再随时间变化 这种情况下就说系统达到了平衡态 达到平衡态的系统 各点的温度和压强都不再随时间变化了 注意点 1 在有外界影响时 系统也可能处于一种宏观性质不随时间变化的状态 但这不是平衡态 只是一种稳定状态 因为当撤去外界影响时 系统各部分的状态能量会变化 2 热力学系统的平衡态是一种动态平衡 组成系统的分子仍在不停地做无规则运动 只是分子运动的平均效果不随时间变化 表现为系统的宏观性质不随时间变化 3 平衡态是一种理想情况 因为系统完全不受外界影响是不可能的 二 热平衡与温度 1 温度 温度是表示物体冷热程度的物理量 反映了组成物体的大量分子的无规则运动的激烈程度 2 热平衡 1 一个系统与另一个系统发生相互作用 最后两个系统的状态参量不再变化 说明两个系统具有了某个 共同性质 两个系统达到了热平衡 例 在一个绝热系统中 把一个烧烫的铁块放入冷水中 铁块会慢慢变冷 水会慢慢变热 最后它们变得一样热了 这种冷热程度相同就是它们的共同性质 因此把处于热平衡系统具有的共同性质定义为温度 一切达到热平衡的系统都具有相同的温度 2 只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化 则这两个系统原来就处于热平衡的 如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡 则这两个系统彼此之间也必定处于热平衡 热平衡定律 热力学第零定律 三 温度计与温标 1 温度计 1 是测量温度的工具 2 热平衡定律是温度计测量物体温度的原理 3 家庭和物理实验室常用温度计是利用水银 酒精 煤油等液体的热膨胀规律来制成的 另外 还有金属电阻温度计 压力表式温度计 热电偶温度计 双金属温度计 半导体热敏电阻温度计 磁温度计 声速温度计 频率温度计等等 2 温标 1 温度的数值表示法叫做温标 2 用摄氏温标表示的温度叫做摄氏温度 标准大气压下冰的熔点为0 c 水的沸点为100 c 3 在国际单位制中 常采用热力学温标表示的温度 叫热力学温度 热力学温度 t 与摄氏温度 t 的关系为 t t 273 15 k 说明 两种温度数值不同 但改变1k和1 的温度差相同 k是低温的极限 只能无限接近 但不可能达到 与具体的测温物质无关的温标 两个物体放在一起彼此接触 它们若不发生热传递 其原因是 a 它们的内能相同b 它们的比热相同c 它们的分子总动能相同d 它们的温度相同 d 下列关于热力学温度的说法中 不正确的是 a 热力学温度的零度是 273 15 b 热力学温度的每一度的大小和摄氏温度是相同的c 绝对零度是低温的极限 永远达不到d 1 就是1k d 冬天 北方的气温最低可达 40 为了测量那里的气温应选用 a 水银温度计b 酒精温度计c 以上两种温度计都可以d 以上两种温度计都不行 b 4 在25 左右的室内 将一只温度计从酒精中拿出 观察它的示数变化情况是 a 温度计示数上升b 温度计示数下降c 温度计示数不变d 示数先下降后上升 d 5 一支读数为37 8 的体温计 不经甩过 先后依次测量两个人的体温 若他们的真实体温分别是36 5 和38 那么这支体温计的读数依次是 6 液体温度计越精确 则其玻璃泡的容积与细管的容积相差必定越 填 大 或 小 此时玻璃泡里的液体有微小的膨胀 细管里的液柱 7 5 内能 教学目标 1 了解组成物质的分子具有动能及势能 并且了解分子平均动能和分子势能都与哪些因素有关 2 理解物体的内能以及物体内能由物体的状态所决定 教学重点物体的内能是一个重要的概念 是本章教学的一个重点 学生只有正确理解物体的内能才能理解做功和热传递及物体内能的变化关系 教学难点分子势能 分子运动 分子平均动能 分子运动无规则 存在分子动能 一 分子的动能 分子做无规则运动而具有的能量 物体里所有分子动能的平均值 大量分子的运动速率不尽相同 以中等速率者占多数 在研究热现象时 有意义的不是一个分子的动能 而是大量分子动能的平均值 分子总动能从微观上看与分子的个数和平均动能有关 分子总动能从宏观上看与物体的质量 摩尔质量和温度有关 温度 宏观含义 温度是表示物体的冷热程度 微观含义 从分子动理论的观点来看 温度是物体分子热运动的平均动能的标志 温度越高 物体分子热运动平均动能越大 需要注意 1 同一温度下 不同物质分子的平均动能都相同 但由于不同物质的分子质量不一定相同 所以分子热运动的平均速率也不一定相同 2 温度反映的是大量分子平均动能的大小 不能反映个别分子的动能大小 同一温度下 各个分子的动能不尽相同 1 分子势能 分子间存在着相互作用力 因此分子间所具有的由它们的相对位置所决定的能 二 分子的势能 地面上的物体 由于与地球相互作用 重力势能 发生弹性形变的弹簧 相互作用 弹性势能 分子间相互作用 分子势能 2 分子力做功跟分子势能变化的关系分子力做正功时 分子势能减少 分子力做负功时 分子势能增加 如果分子间距离约为10 10m数量级时 分子的作用力的合力为零 此距离为r0 如果分子间距离大于r0时 分子间的相互作用表现为引力 要增大分子间的距离必须克服引力做功 因此 分子势能随分子间的距离增大而增大 当分子距离小于r0时 分子间的作用力表现为斥力 要减小分子间的距离必须克服斥力做功 因此 分子势能随分子间距离的减小而增大 结论 分子间距离以r0为数值基准 r不论减小或增大 分子势能都增大 所以说 分子在平衡位置处是分子势能最低点 分子间距离从无限远逐渐减少至r0以前过程 分子间的作用力表现为引力 而且距离减少 分子引力做正功 分子势能不断减小 其数值将比零还小为负值 分子间距离到达r0以后再减小 分子作用力表现为斥力 在分子间距离减小过程中 克服斥力做功 使分子势能增大 其数值将从负值逐渐变大至零 甚至为正值 取分子间距离是无限远时分子势能为零值 3 决定分子势能的因素 1 从宏观上看 分子势能跟物体的体积有关 2 从微观上看 分子势能跟分子间距离r有关 一般选取两分子间距离很大 r 10r0 时 分子势能为零 在r r0的条件下 分子力为引力 当两分子逐渐靠近至r0过程中 分子力做正功 分子势能减小 在r r0的条件下 分子力为斥力 当两分子间距离增大至r0过程中 分子力也做正功 分子势能也减小 当两分子间距离r r0时 分子势能最小 三 物体的内能 1 物体的内能 物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能 也叫做物体的热力学能 2 任何物体都具有内能 因为一切物体都是由不停地做无规则热运动并且相互作用着的分子所组成 3 决定物体内能的因素 1 从宏观上看 物体内能的大小由物体的摩尔数 温度和体积三个因素决定 2 从微观上看 物体内能的大小由组成物体的分子总数 分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定 e内 ek ep nek ep 决定于t v 分子数n 四 物体的内能跟机械能的区别 1 能量的形式不同 物体的内能和物体的机械能分别跟两种不同的运动形式相对应 内能是由于组成物体的大量分子的热运动及分子间的相对位置而使物体具有的能 而机械能是由于整个物体的机械运动及其与它物体间相对位置而使物体具有的能 2 决定能量的因素不同 内能只与物体的温度和体积有关 而与整个物体的运动速度路物体的相对位置无关 机械能只与物体的运动速度和跟其他物体的相对位置有关 与物体的温度体积无关 3 一个具有机械能的物体 同时也具有内能 一个具有内能的物体不一定具有机械能 它们之间可以转化 例题 1 质量相等的氢气和氧气 温度相同 不考虑分子间的势能 则 a 氧气的内能较大 b 氢气的内