分子动理论 内能.ppt

一 分子动理论1 物体是由大量分子组成的 1 分子直径大小的数量级为 m 油膜法测分子直径 d V S V是油滴体积 S是单分子油膜的面积 2 一般分子质量的数量级为10 26kg 3 阿伏加德罗常数 NA 6 02 1023mol 1 是联系微观世界和宏观世界的桥梁 第1课时分子动理论内能 考点自清 10 10 B系列第十四章热学 2 分子永不停息地做无规则热运动 1 扩散现象 相互接触的物体的分子或原子彼此进入对方的现象 温度越 扩散越快 2 布朗运动 在显微镜下看到的悬浮在液体中的 的永不停息地无规则运动 布朗运动反映了 的无规则运动 颗粒越 运动越明显 温度越 运动越剧烈 3 分子间存在着相互作用力 1 分子间同时存在 和 实际表现的分子力是它们的 2 引力和斥力都随着距离的增大而 但斥力比引力变化得 高 固体颗粒 分子 小 高 引力 斥力 合力 减小 快 二 物体的内能1 分子的平均动能 物体内所有分子动能的平均值叫分子的平均动能 是分子平均动能的标志 温度越高 分子做热运动的平均动能越 2 分子势能 由分子间的相互作用和相对位置决定的势能叫分子势能 分子势能的大小与物体的 有关 3 物体的内能 物体中所有分子的热运动动能和分子势能的总和叫物体的内能 物体的内能跟物体的 和 都有关系 温度 大 体积 温度 体积 三 温度和温标1 温度温度在宏观上表示物体的 程度 在微观上表示分子的 2 两种温标 1 比较摄氏温标和热力学温标 两种温标温度的零点不同 同一温度两种温标表示的数值 但它们表示的温度间隔是相同的 即每一度的大小 t T 2 关系 T K 冷热 平均动能 不同 相同 t 273 15 特别提醒1 热力学温度的零值是低温极限 永远达不到 即热力学温度无负值 2 温度是大量分子热运动的集体行为 对个别分子来说温度没有意义 热点一微观量估算的基本方法1 微观量 分子体积V0 分子直径d 分子质量m0 2 宏观量 物体的体积V 摩尔体积Vm 物体的质量m 摩尔质量M 物体的密度 3 关系 1 分子的质量 2 分子的体积 3 物体所含的分子数 热点聚焦 4 两种模型 1 球体模型直径 2 立方体模型边长为特别提示1 固体和液体分子都可看成是紧密堆集在一起的 分子的体积 仅适用于固体和液体 对气体不适用 2 对于气体分子 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 热点二布朗运动的理解1 研究对象 悬浮在液体 气体中的小颗粒 2 特点 永不停息 无规则 颗粒越小 现象越明显 温度越高 运动越激烈 肉眼看不到 3 成因 布朗运动是由于液体分子无规则运动对小颗粒撞击力的不平衡引起的 是分子无规则运动的反映 特别提示1 布朗运动不是固体分子的运动 也不是液体分子的运动 而是小颗粒的运动 是液体分子无规则运动的反映 2 布朗运动中的颗粒很小 肉眼看不见 需用显微镜才能观察到 热点三分子力与分子势能1 分子间的相互作用力与分子间距离的关系分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小 随分子间距离的减小而增大 但总是斥力变化得较快 如图1所示 图1 1 当r r0时 F引 F斥 F 0 2 当r r0时 F引和F斥都随距离的减小而增大 但F引 F斥 F表现为斥力 3 当r r0时 F引和F斥都随距离的增大而减小 但F引 F斥 F表现为引力 4 当r 10r0 10 9m 时 F引和F斥都已经十分微弱 可以认为分子间没有相互作用力 F 0 2 分子势能与分子间距离的关系分子势能随着物体体积的变化而变化 与分子间距离的关系为 1 当r r0时 分子力表现为引力 随着r的增大 分子引力做负功 分子势能增大 2 当r r0时 分子力表现为斥力 随着r的减小 分子斥力做负功 分子势能增大 3 当r r0时 分子势能最小 但不一定为零 可为负值 因为可选两分子相距无穷远时分子势能为零 4 分子势能曲线如图2所示 图2 3 物体的内能和机械能的比较 名称 比较 特别提示1 物体的体积越大 分子势能不一定就越大 如0 的水结成0 的冰后体积变大 但分子势能却减小了 2 理想气体分子间相互作用力为零 故分子势能忽略不计 一定质量的理想气体内能只与温度有关 3 机械能和内能都是对宏观物体而言的 不存在某个分子的内能 机械能的说法 题型1微观量的估算 例1 用放大600倍的显微镜观察布朗运动 估计放大后的小颗粒 碳 体积为0 1 10 9m3 碳的密度为2 25 103kg m3 摩尔质量是1 2 10 2kg mol 阿伏加德罗常数为6 02 1023mol 1 则 1 该小碳粒含分子数约为多少个 取一位有效数字 2 假设小碳粒中的分子是紧挨在一起的 试估算碳分子的直径 题型探究 思路点拨求解此题应把握以下三点 1 固体分子可忽略分子间的间隙 2 固体分子可建立球体模型 3 用阿伏加德罗常数建立宏观量与微观量的联系 解析 1 设小颗粒边长为a 放大600倍后 则其体积为V 600a 3 0 1 10 9m3 实际体积为质量为m V 1 0 10 15kg含分子数为 2 将碳分子看成球体模型 则有答案 1 5 1010个 2 2 6 10 10m 微观量的估算问题的关键是 1 牢牢抓住阿伏加德罗常数 它是联系微观物理量和宏观物理量的桥梁 2 估算分子质量时 不论是液体 固体 气体 均可用 3 估算分子大小和分子间距时 对固体 液体与气体 应建立不同的微观结构模型 方法提炼 变式练习11mol铜的质量为63 5g 铜的密度是8 9 103kg m3 试计算 1 一个铜原子的体积 2 假若铜原子为球形 求铜原子的直径 3 铜原子的质量 解析 1 1mol铜的体积即摩尔体积而1mol的任何物质中含有NA个粒子 因此每个原子的体积 2 因为假设铜原子为球形 其直径为d 3 一个铜原子的质量答案 1 1 2 10 29m3 2 2 8 10 10m 3 1 05 10 25kg 题型2内能的考查 例2 一个铁球和冰球的温度相同 且其质量相等 则 A 它们的分子平均动能一定相等B 它们的分子运动的平均速率一定相等C 冰球的体积大 水分子的势能大D 它们的内能一定相同 思维导图解析因为温度相同 平均动能相同 据知 水分子的平均速率较大 分子势能与分子间距有关 分子间距等于r0时 分子势能最小 偏离r0越多 分子势能越大 所以体积大 分子势能不一定大 物体的 内能E内 n Ek Ep 分子数不同 Ep哪个大无法弄清楚 答案A解有关 内能 的题目 应把握以下几点 1 温度是分子平均动能的标志 而不是分子平均速率的标志 它与单个分子的动能及物体的动能无任何关系 2 内能是一种与分子热运动及分子间相互作用相关的能量形式 与物体宏观有序的运动状态无关 它取决于物质的量 温度 体积及物态 规律总结 变式练习21g100 的水和1g100 的水蒸气相比较 下述说法是否正确 1 分子的平均动能和分子的总动能都相同 2 它们的内能相同 解析温度相同则它们的分子平均动能相同 又因为1g水和1g水蒸气的分子数相同 因而它们的分子总动能相同 所以 1 说法正确 当100 的水变成100 的水蒸气时 该过程吸收热量 内能增加 所以1g100 的水的内能小于1g100 的水蒸气的内能 故 2 的说法错误 答案 1 正确 2 错误 题型3对于布朗运动实质的理解 例3 关于布朗运动的下列说法中正确的是 A 布朗运动就是分子的无规则运动B 布朗运动是组成固体颗粒的分子无规则运动的反映C 布朗运动是液体或气体分子无规则运动的反映D 观察时间越长 布朗运动就越显著E 阳光从缝隙射入教室 从阳光中看到的尘埃的运动就是布朗运动 解析布朗颗粒是很多固体分子组成的集体 所以布朗运动不是分子的运动 但它反映了液体或气体分子的无规则运动 所以A B都错 C对 做布朗运动的颗粒很小 通常在显微镜下才能看到 用肉眼在阳光下看到的尘埃 其尺寸比布朗运动中的颗粒大得多 空气分子对它的碰撞的不平衡性已不明显 它们在空气中看起来无序 实际是有一定的运动方向的 主要是由于重力 空气浮力和气流的共同影响形成的 E错 答案C 对布朗运动的理解要准确 1 布朗运动不是液体分子的运动 而是固体颗粒的运动 但它反映了液体分子的无规则运动 理解时注意几个关联词 不是 而是 但 2 温度越高 悬浮颗粒越小布朗运动越明显 3 产生原因 周围液体分子的无规则运动对悬浮颗粒撞击的不平衡 4 布朗运动是永不停止的 注意布朗颗粒的限度是非常小的 不能用肉眼直接观察到 规律总结 变式练习3在观察布朗运动时 从微粒在a点开始计时 间隔30s记下微粒的一个位置得到b c d e f g等点 然后用直线依次图3连接 如图3所示 则下列说法正确的是 A 微粒在75s末时的位置一定在cd的中点上B 微粒在75s末时的位置可能在cd的连线上 但不可能在cd中点上C 微粒在前30s内的路程一定等于ab的长度D 微粒在前30s内的位移大小一定等于ab的长度解析b c d e f g等分别是粒子在t 30s 60s 90s 120s 150s 180s时的位置 但并不一定沿着折线abcdefg运动 故选D D 题型4分子间作用力和分子势能 例4 如图4所示 甲分子固定在坐标原点O 乙分子位于x轴上 甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线图4所示 F 0为斥力 F 0为引力 a b c d为x轴上四个特定的位置 现把乙分子从a处由静止释放 则 A 乙分子从a到b做加速运动 由b到c做减速运动B 乙分子由a到c做加速运动 到达c时速度最大C 分子间从a至c只有引力 从c至d只有斥力D 从a至d的全过程中 引力减小 斥力增大 解析乙分子位于c点时 两分子之间的分子力为零 从a到c的过程中分子力表现为引力 从c到d的过程中表现为斥力 所以乙从a到c的过程做加速运动 从c到d的过程做减速运动 到达c时速度最大 选项B对 答案B 例5 分子甲和分子乙相距较远时 它们之间的分子力可忽略 现让分子甲固定不动 将分子乙由较远处逐渐向甲靠近直到不能再靠近 在这一过程中 A 分子力总是对乙做正功B 分子乙总是克服分子力做功C 先是分子力对乙做正功 然后是分子乙克服分子力做功D 分子力先对乙做正工 再对乙做负功 最后又对乙做正功 解析分子间所具有的势能由它们的相对位置所决定 分子力做正功时分子势能减小 分子力做负功时分子势能增加 通常选取无穷远处 分子间距离r r0处 分子势能为零 当两分子逐渐移近时 r r0 由于分子力表现为引力 分子力的方向和位移方向相同 所以分子力做正功 分子势能减小 当分子距离r r0时 分子势能最小 且为负值 当两分子再靠近时 r r0 分子力表现为斥力 分子力的方向和位移方向相反 所以分子力做负功 分子势能增大 答案C 规律总结1 要准确掌握分子力随距离变化的规律 1 分子间同时存在着相互作用的引力和斥力 2 引力和斥力都随着距离的减小而增大 随着距离的增大而减小 但斥力变化得快 2 分子力做功与常见的力做功有相同点 就是分子力与分子运动方向相同时 做正功 相反时做负功 也有不同点 就是分子运动方向不变 可是在分子靠近的过程中会出现先做正功再做负功的情况 变式练习4关于分子之间的相互作用力 下列说法正确的是 r0为分子处于平衡位置的距离 A 两个分子间的距离小于r0时 分子间只有斥力B 两个分子间的距离大于r0时 分子间只有引力C 两个分子间的距离由较远逐渐减小到r r0的过程中 分子力先增大后减小 表现为引力D 两个分子间的距离由极小逐渐增大到r r0的过程中 引力和斥力都同时减小 分子力表现为斥力 解析当r r0时 引力和斥力的合力表现为引力 当rr0时表现为引力 且r较大即两个分子间距离较远时分子间的相互作用力已趋于零 可知由较远减小至r r0的过程中 分子力先增大后减小 即选项C正确 而两个分子间的距离由极小逐渐增大到r r0的过程中 引力和斥力都同时减小 分子力表现为斥力 故D正确 答案CD 1 从下列哪一组物理量可以算出氧气的摩尔质量 A 氧气的密度和阿伏加德罗常数B 氧气分子的体积和阿伏加德罗常数C 氧气分子的质量和阿伏加德罗常数D 氧气分子的体积和氧气分子的质量解析分子质量 即摩尔质量M 氧气分子的质量m和阿伏加德罗常数NA的关系是 M NA m 故C选项正确 素能提升 C 2 下列关于布朗运动的说法中正确的是 A 布朗运动就是分子的无规则运动B 布朗运动是液体分子无规则运动的反映C 悬浮颗粒越小 布朗运动就越明显D 温度越高 布朗运动就越剧烈解析理解布朗运动包括 用光学显微镜看不见水分子 而悬浮颗粒是由大量分子组成的 在光学显微镜下能观察到的布朗运动 是悬浮颗粒的无规则运动 水分子的无规则运动 从各个方向对颗粒的不均等撞击 使悬浮颗粒做无规则运动 所以 悬浮颗粒永不停息的无规则运动反映了水分子永不停息的无规则运动 温度越高 悬浮颗粒越小 布朗运动就越剧烈 所以分子的无规则运动又称热运动 BCD 3 水的相对分子质量是18 水的密度是 1 0 103kg m3 阿伏加德罗常数NA 6 02 1023mol 1 求 1 水分子的直径 2 水分子的质量 3 50g水中所含的水分子个数 取两位有效数字 解析 1 水的摩尔质量为MA 18g mol水的摩尔体积一个水分子的体积将水分子视为球形 则 故水分子直径 3 9 10 10m 2 一个水分子的质量 3 50g水中所含的水分子数为答案 1 3 9 10 10m 2 3 0 10 26kg 3 1 7 1024个 4 对于固体和液体来说 其内部分子可看做是一个挨一个紧密排列的小球 若某固体的摩尔质量为M 密度为 阿伏加德罗常数为NA 1 试推导该固体分子质量的表达式 2 若已知汞的摩尔质量为M 200 5 10 3kg mol 密度为 13 6 103kg m3 阿伏加德罗常数为NA 6 0 1023mol 1 试估算汞原子的直径大小 结果保留两位有效数字 解析 1 该固体分子质量的表达式 2 将汞原子视为球形 其体积汞原子