中职物理（通用类）高教版（2023） 3.1 分子动理论 同步课件(共43张PPT)

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第一节分子动理论

除了触摸，还有其他能分辨两杯水温度高低的方法吗？

主要内容

分子动理论

温度

1

2

气体的压强

热力学能

3

4

01

PART01

分子动理论

一、分子动理论

例如，估测油酸分子的大小时，可以先测量100滴油酸的体积，从而计算出一滴油酸的体积；

宏观物体是由大量分子组成的。分子的尺寸极小，很难被直接测量，但是我们可以利用转换法进行间接测量。

再将一滴油酸滴在水面上，让其形成一层单分子油膜，测量出该油膜的面积；

最后用一滴油酸的体积除以它形成的单分子油膜的面积，就可近似算出油酸分子直径的大小。

一般物质分子的直径都是以nm（纳米）为数量级的。如水分子的直径为0.4nm，比可见光的波长小1000倍以上，所以人类肉眼借助光学显微镜也无法观测到水分子。

近年来，人们已经能够用放大200万倍的离子显微镜直接观察分子的大小，甚至能够用放大3亿倍的扫描隧道显微镜实现“操纵原子”的梦想。

一、分子动理论

一、分子动理论

1827年，英国植物学家布朗在用显微镜观察悬浮在水中的植物花粉颗粒的形态时，发现花粉颗粒在水中不停地做无规则运动。最初他怀疑花粉颗粒是有生命的。当他用一些无机物的微粒代替花粉颗粒再观察时，发现水中的微粒仍然不停地做无规则运动。

当时，人们都不理解产生这种运动的原因，于是把水中悬浮微粒的这种无规则运动称为布朗运动。

【观察与体验】观察布朗运动

一、分子动理论

经过半个多世纪的研究，科学家逐渐认识到水中的小颗粒是受到周围更微小的、肉眼看不见的水分子碰撞而导致的。由于水分子的运动是无规则的，悬浮微粒每一瞬间受到的来自周围的水分子的撞击往往是不平衡的，因此导致悬浮微粒不停地做无规则运动。布朗运动间接地反映了液体分子永不停息的无规则运动。

一、分子动理论

一、分子动理论

在日常生活中，我们还经常看到以下现象：在一间封闭的房间里，打开香水瓶盖，不一会儿，香水的气味就会弥漫到房间的每个角落；在一杯静置的清水中，轻轻滴入一滴红墨水，慢慢就会发现杯中的水全部变红了；长期堆放在墙脚的煤会渗进墙面中，使墙体变黑……

这些现象都被称为扩散现象。

【思考与讨论】

与同学讨论，通过对以上现象的分析，可以归纳出气体、液体和固体的分子都是做什么运动？

人们通过对以上各种现象的观察，归纳出分子是不停地做无规则运动的。

一、分子动理论

归纳法是从具体的个别事物的认识中，概括出抽象的一般认识的思维方法。

【思维与方法】归纳法

一、分子动理论

归纳法的本质是人类认识由观察到概括、由感性到理性、由部分到整体、由个别到一般、由个性到共性的升华，是人们经常使用的从各种现象抽象出本质的一种科学方法。

【观察与体验】观察扩散现象与温度的关系

一、分子动理论

取两个透明的水杯，往其中一杯中倒入约20℃的凉水，往另一杯中倒入约60℃的热水。用滴管往两杯中各滴入一滴墨水，观察墨水在水中的扩散速度有何不同。

观察发现：墨水在哪种水中扩散得较快？

与同学讨论，根据此现象可以得出什么结论？

分子的无规则运动与温度有关，温度越高，分子运动越剧烈。因此，我们把分子的这种无规则运动称为分子的热运动。

一、分子动理论

一、分子动理论

气体很容易被压缩，水和酒精混合后总体积会减小，高压下的油能透过钢壁渗出……

这些在生产技术上，为了增强钢表面的硬度和耐磨性能而进行的渗碳处理；为了改变半导体材料的物理性能而掺入杂质等，都是对分子空隙的利用。

通过对这类现象的观察，人们归纳出，不论是气体、液体，还是固体，组成它们的分子之间存在空隙。

一、分子动理论

从水龙头里慢慢渗出的水总是一滴一滴地往下滴，荷叶上的露水也总是呈现出一个近似的球形，洗衣服时也总会形成一个个的肥皂泡……

这些现象都说明液体分子间存在着引力；液体普遍具有的不易压缩性，又说明液体分子间存在着斥力。固体一般都具有固定的形状，它既不易被拉伸也不易被压缩，这些性质说明固体的分子间既存在着引力，也存在着斥力。

一、分子动理论

从综上所述，人们归纳出，宏观物体是由大量分子组成的，分子永不停息地做无规则的热运动，分子之间有空隙，分子间存在着相互作用的引力和斥力。这就是分子动理论的基本观点。

【应用与拓展】纳米技术

一、分子动理论

纳米技术是指在纳米尺度内（0.1～100nm）研究物质的性质和应用的一种技术，也可以说是用单个原子、分子制造物质，以及利用这些物质特性的多学科交叉的科学和技术。

当物质达到纳米尺度以后，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。纳米技术目前已成功用于医学、化学、光学、生物检测、制造业以及国防等许多领域，并必将巨大地改善人类的生活。

02

PART01

温度

摄氏温标是瑞典天文学家摄尔修斯创立的，单位是℃（摄氏度）。摄氏温标以水的冰点和沸点作为特征温度，将这两个温度分别定义为0℃和100℃。摄氏温度用符号t表示。

表示物体冷热程度的物理量，称为温度。从微观角度看，温度反映了物体分子平均动能的大小。温度的数值表示方法，称为温标。常用的温标有：摄氏温标和热力学温标（也叫绝对温标）。

二、温度

热力学温度和摄氏温度的数值关系为

表示热力学温标是由英国物理学家开尔文创立的，单位是K（开）。热力学温标的单位大小与摄氏温标的相同。热力学温标把宇宙最低温度定义为0K，这个温度称为绝对零度。国际上公认的绝对零度为－273.15℃，用符号T表示。

二、温度

T=t+273

随着科学技术的发展，人们对温度计的要求也越来越高。科学家们发明了多种形式的新型温度计。如在工业和科学研究中使用的电阻温度计、半导体温度计、热电温度计、光学高温计、光度计等。

【应用与拓展】新型温度计

二、温度

在不接触的情况下，分辨两杯水的温度是可能的。例如可以分别往里滴一滴橙汁，观察橙汁扩散的快慢，即可分辨出两杯水温度的高低。也可以借助如右图所示的红外线温度计直接读出温度值。

二、温度

现藏于我国国家博物馆的后母戊鼎（原称司母戊鼎，右图），是迄今世界出土最大、最重的青铜礼器，享有“镇国之宝”的美誉。后母戊鼎充分反映了我国商代青铜器制造业超大的生产规模，工匠们高超的艺术水准和杰出的控温技术，发达的青铜文化领先西方好几个世纪。

二、温度

03

PART01

气体的压强

单个分子的撞击力很小，而且是不连续的，但大量分子对器壁的撞击却可以产生大而连续的压力。气体垂直作用在器壁单位面积上的压力，称为气体的压强。气体在各个方向上产生的压强都是相等的。

气体分子之间有很大的空隙，气体分子间的相互作用力十分微弱，气体分子可以自由地运动，常温下多数气体分子的速率都可达到数百米每秒——相当于子弹的速率。

三、气体的压强

压强用p表示，压强的国际单位制单位是Pa（帕）。

气体从微观角度来看，气体温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子撞击器壁的力变大，所以压强增大。在炎热的夏天，打足了气的自行车行驶在滚烫的路面上，有时会爆胎，这是轮胎中气体温度升高，压强增大造成的。当汽缸中的燃油燃烧时，使得汽缸内气体的温度升高，压强增大，从而推动活塞做功。

三、气体的压强

测量大气压的仪器称为气压表。气压表的种类很多，气象台、实验室常用的一种气压表是动槽式（福丁）气压表，其结构如右图所示。

用一支长90cm，上端封闭、下端开口的玻璃管，管中装满水银。将开口端插入水银槽中，水银槽与大气相通，玻璃管中的水银柱的高度反映的即是大气压值。

三、气体的压强

【应用与拓展】压力表

三、气体的压强

04

PART01

热力学能

物理学中，把物体分子由于运动而具有的能量称为分子动能；把物体分子由于相互作用而具有的能量称为分子势能。把物体内所有分子的分子动能和分子势能的总和，称为物体的热力学能。

我们在初中已经学过，物体由固态转化为液态时，需要吸收能量；由液态转化为气态时，也需要吸收能量。即对某种相同质量的物质来说，液态分子的能量比固态分子的能量多，气态分子的能量比液态分子的能量多。

四、热力学能

【观察与体验】观察做功改变物体的热力学能

在空气压缩引火仪的玻璃筒中放一小团硝化棉，将活塞放进玻璃筒。用力迅速向下压活塞，观察发生的现象。

此实验现象表明玻璃筒中被封闭气体的温度是如何变化的？此现象说明通过外界对气体做功，气体的热力学能如何变化？

四、热力学能

相传我国远古时代，燧人氏发明了钻木取火的方法，即用一个木棒在另一块木头上不断摩擦，木头的温度就会不断提高，直到产生出烟火，发生燃烧。

四、热力学能

1847年，英国物理学家焦耳为了研究做功和物体温度变化之间的定量关系，设计了如右图所示的实验。焦耳通过此实验，较准确地测出了热功当量的数值。

四、热力学能

在现代生活中，夏天我们手持杀虫气雾剂喷洒时，会感觉到喷洒后罐体的温度比喷洒前下降了许多。这是由于罐体内的压缩气体在膨胀时对外做功，自身的热力学能减少，温度降低的缘故。

四、热力学能

柴油发动机的工作原理

四、热力学能

在现代制造与加工行业，经常使用摩擦焊接工艺，如右图所示。

四、热力学能

【思考与讨论】

与同学讨论，在开水降温过程中，热量是如何转移的？

如果将一杯开水放在桌面上，过一段时间，开水就会变成与室温相同的凉水。

四、热力学能

人们通过大量类似的观察归纳出，当两个温度不同的物体相互接触时，热量总是自发地从温度高的物体转移到温度低的物体，直到它们的温度相等时才会停止。通过热传递，原来温度高的物体的热力学能减少，原来温度低的物