高三物理第一讲分子运动论和状态方程讲义学生版.docx

第一讲 分子运动理论和热力学状态方程教学目的和要求：1.知道分子热运动的动能跟温度有关，掌握分子运动论的概念。2.了解分子间作用力和距离的关系，并理解分之间作用力和分子势能的关系。3.掌握理想气体的状态方程，理解等温等压绝热变化的特点和相关计算。重点：分子运动理论和气体状态方程的运用。难点：分子力做功跟分子势能变化的关系，气体状态方程的运用。一、分子动理论的基本内容：分子理论是认识微观世界的基本理论，主要内容有三点。1、物质是由大量分子组成的。我们说物质是由大量分子组成的，原因是分子太小了。一般把分子看成球形，分子直径的数量级是米。1摩尔的任何物质含有的微粒数都是6.021023个，这个常数叫做阿伏加德罗常数。记作：阿伏加德罗常数是连接宏观世界和微观世界的桥梁。已知宏观的摩尔质量M和摩尔体积V，通过常数NA可以算出每个分子的质量和体积。每个分子的质量每个分子的体积根据上述内容我们不难理解一般物体中的分子数目都是大得惊人的，由此可知物质是由大量分子组成的。2、分子永不停息地做无规则运动。布朗运动间接地说明了分子永不停息地做无规则运动。布朗运动的产生原因：被液体分子或气体分子包围着的悬浮微粒（直径约为mm，称为“布朗微粒”），任何时刻受到来自各个方向的液体或气体分子的撞击作用不平衡，颗粒朝向撞击作用较强的方向运动，使微粒发生了无规则运动。应注意布朗运动并不是分子的运动，而是分子运动的一种表现。影响布朗运动明显程度的因素：固体颗粒越小，撞击它的液体分子数越少，这种不平衡越明显；固体颗粒越小，质量也小，运动状态易于改变，因此固体颗粒越小，布朗运动越显著。液体温度越高，布朗运动越激烈。热运动：分子的无规则运动与温度有关，因此分子的无规则运动又叫做热运动。例1 下列现象中能说明分子在不停地运动的有 A室内扫地时，在阳光下看见尘土飞舞B墙内开花墙外香C扬子江水东流去D两滴水合成一滴例1 下列现象中能说明分子在不停地运动的有 A室内扫地时，在阳光下看见尘土飞舞B墙内开花墙外香C扬子江水东流去D两滴水合成一滴策略抓住扩散现象的本质是解答此题的关键D项是同一种物质；而扩散现象是发生在不同物质之间的A与C是“尘土”、“江水”作为一个整体在运动，不是分子的运动只有B项才能说明分子在不停地运动解答B总结1易错分析：错选A与C的是误把尘土当分子，把江水整体的运动当成了分子的运动没有认识到微观的分子运动我们肉眼看不见“尘土飞舞”、“江水东流”都是宏观的机械运动错选D是对扩散条件不清楚，把分子之间的引力当成了分子的运动2同类变式：在下列事例中，不属于分子运动的是 A将糖加入开水中，开水变甜B鸡蛋加盐封存变成咸鸡蛋C夜晚，看见手电筒光柱中粉尘飞扬D未进厨房，先闻油香3思维延伸：下列事实中，属于扩散现象的是 A墙边放煤球，墙里也变黑B桌上的水变干C脏水中有很多细菌在活动D面粉放在水中使水变混浊3、分子间存在着相互作用的引力和斥力。分子间同时存在着引力和斥力，实际表现出来的分子力是分子引力和斥力的合力。分子间相互作用的引力和斥力的大小都跟分子间的距离有关。当分子间的距离m时，分子间的引力和斥力相等，分子间不显示作用力；当分子间距离从增大时，分子间的引力和斥力都减小，但斥力小得快，分子间作用力表现为引力；当分子间距离从减小时，斥力、引力都增在大，但斥力增大得快，分子间作用力表现为斥力。分子力相互作用的距离很短，一般说来，当分子间距离超过它们直径10倍以上，即m时，分子力已非常微弱，通常认为这时分子间已无相互作用。例2 如图21所示，将两块表面干净光滑的铅块压紧后，会使它们结合在一起，并能吊起一定重量的物体，该实验说明 A分子不停地运动B分子间有引力，无斥力C分子间有引力D分子间引力大于斥力例3 下面对分子运动论的理解中正确的是 A扩散现象说明了一切物体的分子都在不停地做无规则运动B扩散现象只能发生在气体之间，不可能发生在固体之间C由于压缩液体十分困难，这说明液体的分子间没有空隙D有的固体很难被拉伸，这说明这些物体的分子间只存在着引力例4 分子之间存在着相互作用力，当分子之间的距离十分靠近，小于平衡时的相互距离时，分子之间 A只有引力B只有斥力C引力和斥力同时存在，但是斥力大于引力D引力和斥力同时存在，但是引力大于斥力例2 如图21所示，将两块表面干净光滑的铅块压紧后，会使它们结合在一起，并能吊起一定重量的物体，该实验说明 A分子不停地运动B分子间有引力，无斥力C分子间有引力D分子间引力大于斥力策略逐项进行分析，找出正确答案分子间的引力和斥力是同时存在的，故B项错；两铅块物质相同，不是扩散现象，所以不能说明分子不停地的运动，A项也错；两铅块结合不能证实斥力的存在，也就不能说明引力大于斥力，只能说明分子之间存在引力，故D项错C项正确解答C总结1易错分析；错选A的原因是误解扩散现象；错选B的原因是不清楚分子间引力和斥力总是同时存在；错选D的原因是主观上认为既然引力和斥力同时存在，两铅块能结合，就是由于引力大于斥力，却忽视了实验不能证实斥力存在的局限性2同类变式：一个铜块，很难被压缩是因为 A分子间有引力B分子有大小C分子间有斥力D分子间没有间隙3思维延伸：把一块表面很干净的玻璃板挂在弹簧秤下面，手持弹簧秤上端，把玻璃板往下放到刚好和一盆水的水面接触(如图22所示)再慢慢地提起弹簧秤，注意观察弹簧秤的示数，发现玻璃板未离开水面时的弹簧秤示数比离开水面时的弹簧秤示数_这是因为_例3 下面对分子运动论的理解中正确的是 A扩散现象说明了一切物体的分子都在不停地做无规则运动B扩散现象只能发生在气体之间，不可能发生在固体之间C由于压缩液体十分困难，这说明液体的分子间没有空隙D有的固体很难被拉伸，这说明这些物体的分子间只存在着引力策略解题关键是知道分子运动论的基本观点：物质是由分子组成的；一切物体的分子都在不停地做无规则运动；分子间既有引力又有斥力解答A总结1易错分析：错选B是由于不知道扩散现象在气体、液体、固体之间均能发生；错选C是由于不知道物体很难压缩的真正原因是分子间有斥力同时扩散现象也说明分子间有间隙；错选D是由于不知道分子间引力、斥力同时发生，当物体被拉伸时，引力、斥力同时减小，但斥力减小得快，故对外表现为引力，但并不能说此时分子间就没有斥力了2同类变式：一根钢棒很难拉伸，也很难被压缩，这是因为 A分子具有一定的大小B分子间存在着相互作用的引力和斥力C分子间没有间隙D分子在永不停息地做无规则运动3思维延伸：两滴水银相互接近时，能自动结合为一滴较大的水银滴，这一事实说明 A分子间存在斥力B分子间存在引力C分子间有扩散现象D分子间有间隙例4 分子之间存在着相互作用力，当分子之间的距离十分靠近，小于平衡时的相互距离时，分子之间 A只有引力B只有斥力C引力和斥力同时存在，但是斥力大于引力D引力和斥力同时存在，但是引力大于斥力策略抓住分子之间的作用力与分子间距离的关系是正确解答此题的关键按照这个关系可作如下分析：分子之间的相互作用力与分子之间的距离有关，当分子之间的距离等于分子之间的平衡距离时，分子受到的引力等于斥力，这时分子处于平衡状态当分子之间的距离小于平衡距离时，分子受到的斥力大于引力，斥力起主要作用总结1易错分析：错选A是不理解分子之间相互作用力的特点分子之间的距离小于平衡时的相互距离时，分子之间引力和斥力仍然同时存在，只不过这时分子受到的斥力大于引力从总体效果上，表现为分子受到斥力错选B是把分子受力的效果等同于分子受到的力分子之间的距离小于平衡距离时，由于分子受到的斥力大于引力，这时分子从力的作用效果来看等同于分子受到斥力，但是不能说分子此时只受到斥力错选D是不理解分子之间作用力与分子之间距离的关系分子之间的距离小于平衡距离时，分子之间的作用力表现为斥力2同类变式：固体中的分子在各自的平衡位置附近做无规则的振动，设分子平衡位置间的距离为r0，当分子间的距离为r时，下列说法正确的是 A当rr0时，分子间的引力和斥力相等B当rr0时，分子间只有引力作用C当rr0时，分子间的斥力大于引力D当rr0时，分子间只有斥力作用3思维延伸：下列说法中正确的是 A任何物质的分子之间引力和斥力同时存在B固体不易分开，所以固体之间只有引力C液体容易移动，所以液体分子之间不存在作用力D气体分子总处于受力平衡状态分子间作用力和分子势能1、 定义：由分子间的相互作用力和分子间的距离决定的势能叫分子势能。2、 分子力做功 用重力做功说明：力做正功，力对应的势能减小；相反，力做负功，力对应的势能增大。（1）当分子间距离从无穷远减小到10倍r。时，分子力非常微小，不考虑分子力做功。（2）当分子间距离从10倍r。减小到r。时，分子力的方向与分子运动方向相同，分子力做正功。（3）当分子间距离从r。减小到不能再小时分子力的方向与分子运动方向相反，分子力做负功。3、势能曲线取横轴r表示分子间距离，纵轴Ep表示分子势能。（1）r=10r。 Ep=0(2) rr。 r Ep (3) r=r。 Ep 最小（负）(4)rr0时，作用力的合力表现为引力，C错若r0，气体对外做功，即W0可知，这时气体应从外界吸收热量且Q的绝对值大于W的绝对值，由此可知，在等压膨胀过程中，气体从外界吸收的热量中，一部分用于对外做功，一部分用于增加气体的内能。绝热变化:一定质量的理想气体，Q=0，W=U，因此在绝热压缩的过程当中，外界对气体所做的功全部用于增加气体的内能，使气体温度升高。在绝热膨胀过程当中，气体对外界做功，完全靠气体的内能减少，因而气体的温度降低。分子直径数量级物质是由大量分子组成的 阿伏加德罗常数油膜法测分子直径分子动理论 分子动理论分子永不停息地做无规则运动 扩散现象 布朗运动分子间存在相互作用力，分子力的Fr曲线分子的动能；与物体动能的区别物体的内能分子的势能；分子力做功与分子势能变化的关系；EPr曲线 物体的内能；影响因素；与机械能的区别 体积V 气体体积与气体分子体积的关系热力学气体 温度T（或t） 热力学温标 分子平均动能的标志 压强的微观解释压强P 影响压强的因素 求气体压强的方法热力学定律改变内能的物理过程 做功 内能与其他形式能的相互转化 热传递物体间（物体各部分间）内能的转移 热力学第一定律 能量转化与守恒 能量守恒定律 热力学第二定律（两种表述） 能源与环境 常规能源煤、石油、天然气 新能源风能、水能、太阳能、核能、地热能、海洋能等例题讲解例1.如图，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分，已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态在此过程中，()A气体对外界做功，内能减少B气体不做功，内能不变C气体压强变小，温度降低D气体压强变小，温度不变例2(1)下列说法中正确的是_A气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子的平均动能增大，撞击器壁时对器壁的作用力增大，从而气体的压强一定增大B把两块纯净的铅压紧，它们会“粘”在一起，说明分子间存在引力C破碎的玻璃不能重新拼接在一起是因为其分子间存在斥力作用D分子a从远处趋近固定不动的分子b，只受分子之间作用力，当a到达受b的作用力为零处时，a的动能一定最大(2)如图所示，一导热性良好的气缸竖直放置于恒温的环境中，气缸内有一质量不可忽略的水平活塞，将一定质量的理想气体封在气缸内，活塞与气缸壁无摩擦，气缸不漏气，整个装置处于平衡状态活塞上放置一广口瓶，瓶中盛有一定量的酒精，经过一段较长时间后，与原来相比较，气体的压强_(填“减小”、“不变”或“增大”)，气体_(填“吸热”或“放热”)例3(1)下列关于分子热运动的说法中正确的是_A布朗运动就是液体分子的热运动B气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间存在斥力的缘故C对于一定量的理想气体，如果压强不变，体积增大，那么它的内能一定增大D如果气体温度升高，分子平均动能会增加，但并不是所有分子的速率都增大(2)一定质量的理想气体状态变化如图所示，其中AB段与t轴平行，已知在状态A时气体的体积为10 L，那么变到状态B时气体的体积为_L，变到状态C时气体的压强是0 时气体压强的_倍例1.如图，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分，已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态在此过程中，()A气体对外界做功，内能减少B气体不做功，内能不变C气体压强变小，温度降低D气体压强变小，温度不变解析：本题考查热力学第一定律，气体的压强的微观解释，气体的内能等知识点b室为真空，则a气体体积膨胀对外不做功，由热力学第一定律UWQ知，在绝热时，气体的内能不变，A项错，B项对又气体是稀薄气体，则只有动能，因此气体的温度不变，由C知，气体的压强减小，C项错，D项对答案：BD例2(1)下列说法中正确的是_A气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子的平均动能增大，撞击器壁时对器壁的作用力增大，从而气体的压强一定增大B把两块纯净的铅压紧，它们会“粘”在一起，说明分子间存在引力C破碎的玻璃不能重新拼接在一起是因为其分子间存在斥力作用D分子a从远处趋近固定不动的分子b，只受分子之间作用力，当a到达受b的作用力为零处时，a的动能一定最大(2)如图所示，一导热性良好的气缸竖直放置于恒温的环境中，气缸内有一质量不可忽略的水平活塞，将一定质量的理想气体封在气缸内，活塞与气缸壁无摩擦，气缸不漏气，整个装置处于平衡状态活塞上放置一广口瓶，瓶中盛有一定量的酒精，经过一段较长时间后，与原来相比较，气体的压强_(填“减小”、“不变”或“增大”)，气体_(填“吸热”或“放热”)解析：(1)气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子的平均动能增大，撞击器壁时对器壁的作用力增大，但是气体的压强不一定增大，还要看分子的密集程度，A项错误；把两块纯净的铅压紧，它们会“粘”在一起，是分子间引力的作用，B项正确；玻璃断面凹凸不平，即使用很大的力也不能使两断面间距接近分子引力作用的距离，所以碎玻璃不能接合，若把玻璃加热，玻璃变软，则可重新接合，所以C项错误；分子a从远处趋近固定不动的分子b，只受分子之间作用力，先是引力做正功，当a到达受b的作用力为零处时，a的动能一定最大，D项正确(2)由于酒精蒸发，所以质量变小，气体的压强为pSmgp0S，气体的压强减小因为气缸为导热气缸，所以气体的变化为等温变化，因为压强减小，体积增大，温度不变，所以要吸热答案：(1)BD(2)减小吸热例3(1)下列关于分子热运动的说法中正确的是_A布朗运动就是液体分子的热运动B气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间存在斥力的缘故C对于一定量的理想气体，如果压强不变，体积增大，那么它的内能一定增大D如果气体温度升高，分子平均动能会增加，但并不是所有分子的速率都增大(2)一定质量的理想气体状态变化如图所示，其中AB段与t轴平行，已知在状态A时气体的体积为10 L，那么变到状态B时气体的体积为_L，变到状态C时气体的压强是0 时气体压强的_倍解析：(1)布朗运动是悬浮在液体中微小颗粒的运动；气体分子散开的原因在于分子间间距大，相互间没有作用力；对于一定量的理想气体，在压强不变的情况下，体积增大，温度升高分子平均动能增加，理想气体分子势能为零，所以内能增大(2)由图可知状态A到状态B是等压过程，状态B到状态C是等容过程，根据理想气体状态方程可解答案：(1)CD(2)202例4(1)从分子动理论的角度看，对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是_A若保持体积不变而温度升高，则压强一定增大B若保持压强不变而体积减小，则温度一定升高C若将该气体密闭在绝热容器里，则压缩气体时气体的温度一定升高D可以在体积、温度、压强这三个物理量中只改变一个(2)如图所示，内壁光滑的气缸竖直放置在水平桌面上，气缸内封闭一定质量的气体，在活塞从A运动到B的过程中，气体吸收热量280 J，并对外做功120 J，气体的内能_(填“增加”或“减少”)了_J；若活塞在外力作用下从B返回到A，且返回A时温度与原来在A处的温度相同，此过程气体放出热量240 J，那么在返回的过程中_(填“气体对外”或“外界对气体”)做功_J.(3)某气体的摩尔质量为M、密度为，用NA表示阿伏加德罗常数，求该气体分子间的平均距离例4(1)从分子动理论的角度看，对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是_A