16.分子動(dòng)理論(無答案).doc

一.分子動(dòng)理論物體是由大量分子組成的，分子直徑的數(shù)量級(jí)為10-10m，分子質(zhì)量的數(shù)量級(jí)為10-26kg。大量分子無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)叫做分子的熱運(yùn)動(dòng)。液體中懸浮微粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)叫做布朗運(yùn)動(dòng)。分子間存在著相互作用的引力和斥力。1.物體是由大量分子組成的物體是由分子組成的，分子也是有大小和有質(zhì)量的。分子的大小可以用“油膜法”粗略測定。具體做法是：將油酸用酒精稀釋后滴加在水面上，油酸在水面上散開，其中酒精溶于水中，并很快揮發(fā)，在水面上形成一層純油酸膜，由于油酸分子的部分原子與水有很強(qiáng)的親合力，這樣就形成了緊密排列的單分子層油膜。根據(jù)稀釋前油酸的體積V和薄膜的面積S即可算出油酸薄的厚度L=，L即為分子的直徑。用此方法得出的油酸分子的直徑數(shù)量級(jí)是10-10m。 阿伏加德羅常數(shù)是指1mol的任何物質(zhì)均含有6.021023個(gè)粒子數(shù)，因此，可以利用阿伏加德羅常數(shù)和1mol的某種物質(zhì)的質(zhì)量計(jì)算單個(gè)分子的質(zhì)量。 如果用M表示1mol的某物質(zhì)的質(zhì)量，m表示這種物質(zhì)單個(gè)分子的質(zhì)量，NA表示阿伏加德羅常數(shù)，那么m=，用這種方法計(jì)算出的分子質(zhì)量的數(shù)量級(jí)是10-26kg。2.分子的熱運(yùn)動(dòng)(1)布朗運(yùn)動(dòng)：布朗運(yùn)動(dòng)是指懸浮在液體中的固體小顆粒不停地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。雖然布朗運(yùn)動(dòng)既不是液體分子的運(yùn)動(dòng)，也不是懸浮在液體中的固體內(nèi)分子的運(yùn)動(dòng)，而是由于液體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，不斷撞擊固體小顆粒，并且撞擊在各個(gè)方向的力不平衡造成的，它反映了分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，并且這樣的運(yùn)動(dòng)與溫度有關(guān)，溫度越高，顆粒越小，布朗運(yùn)動(dòng)越明顯。(2)分子的熱運(yùn)動(dòng)：布朗運(yùn)動(dòng)的無規(guī)則性，反映了分子運(yùn)動(dòng)的無規(guī)則性，布朗運(yùn)動(dòng)的激烈程度與液體的溫度正相關(guān)，說明溫度越高，液體分子的運(yùn)動(dòng)越激烈。這種與溫度有關(guān)系的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)就是分子的熱運(yùn)動(dòng)。3.分子間的相互作用力【例題】關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是： A.圖中記錄的是分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的情況B.圖中記錄的是微粒做布朗運(yùn)動(dòng)的軌跡C.實(shí)驗(yàn)中可以看到，微粒越大，布朗運(yùn)動(dòng)越明顯D.實(shí)驗(yàn)中可以看到，溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)越激烈【例題】已知銅的密度為8.9103kg/m3，銅的相對(duì)原子質(zhì)量為64，質(zhì)子和中子質(zhì)量均為1.6710-27kg，則銅塊中平均每個(gè)銅原子所占的空間體積約為.m3。二.內(nèi)能分子做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)具有動(dòng)能，物體里所有分子的動(dòng)能的平均值叫分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能。溫度是物體分子運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的標(biāo)志。分子間存在相互作用力，分子間具有由它們相對(duì)位置決定的勢能，這就是分子勢能。物體中所有分子做熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢能的總和，叫做物體的熱力學(xué)能，也叫內(nèi)能。1.分子的動(dòng)能物體中做熱運(yùn)動(dòng)的分子具有動(dòng)能，在關(guān)于熱現(xiàn)象的研究中，單個(gè)分子的動(dòng)能不具有宏觀意義，所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能的平均值叫做分子的平均動(dòng)能。溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的標(biāo)志。溫度相同的物體，分子的平均動(dòng)能是相同的。2.分子勢能分子間存在著由它們相對(duì)位置決定的勢能。如圖所示為以無窮遠(yuǎn)為分子勢能零點(diǎn)時(shí)的分子勢能曲線。在分子間距離rr0的范圍內(nèi)，分子力表現(xiàn)為斥力，當(dāng)r減小時(shí)，斥力做負(fù)功，分子勢能增加； rr0時(shí),分子表現(xiàn)為引力，當(dāng)r增大時(shí)，引力做負(fù)功，分子勢能增加；在r=r0時(shí)，分子勢能最小。分子勢能和其他勢能一樣是相對(duì)的，它的數(shù)值與零勢能點(diǎn)的位置選取有關(guān)，但分子勢能的變化量與零勢能點(diǎn)的位置選取無關(guān)。在通常情況下，一般選取無窮遠(yuǎn)為零勢能點(diǎn)。3.物體的內(nèi)能物體中所有分子做熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢能的總和，叫做物體的內(nèi)能。由于物體分子的勢能具有相對(duì)意義，所以物體的內(nèi)能也具有相對(duì)意義。從宏觀的角度看，決定物體內(nèi)能大小的因素是：摩爾數(shù)、溫度和體積。而對(duì)于一定質(zhì)量的物體，其內(nèi)能只與溫度和體積有關(guān)，因此，內(nèi)能是一個(gè)狀態(tài)量?！倦y點(diǎn)突破】理想氣體的內(nèi)能：理想氣體就是分子間沒有相互作用力的氣體，這是一種理想模型。實(shí)際氣體中分子間距一般都比較大，分子內(nèi)的作用力比較小可以忽略，所以實(shí)際氣體在常溫常壓下都可以看作理想氣體。由于分子勢能與分子間作用力有關(guān)，因此理想氣體分子內(nèi)無分子勢能，那么理想氣體的內(nèi)能就是所有分子的動(dòng)能之和，因此一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只跟溫度有關(guān)。【例題】下列敘述中正確的是： A.物體的內(nèi)能與物體的溫度有關(guān)，與物體的體積無關(guān)B.物體的溫度越高，物體中分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)越劇烈C.物體體積改變，內(nèi)能可能不變D.物體在壓縮時(shí)，分子間存在著斥力，不存在引力【例題】同質(zhì)量的氧氣和氫氣溫度相同，下列說法正確的是： A.兩種氣體的分子勢能一定相等B.兩種氣體的分子平均動(dòng)能一定相等C.每個(gè)氧原子的動(dòng)能都比氫原子的動(dòng)能大D.每個(gè)氧原子的速率都比氫原子速率大三.改變內(nèi)能的方式能量守恒定律熱力學(xué)第一定律做功和熱傳遞對(duì)改變物體的內(nèi)能是等效的。外界對(duì)物體所做的功W加上物體從外界吸收的熱量Q等于物體內(nèi)能的增量u。 這一規(guī)律叫做熱力學(xué)第一定律。1.改變內(nèi)能的兩種方式物體在質(zhì)量不變的條件下，溫度或體積的變化標(biāo)志著其內(nèi)能發(fā)生了變化。溫度升高或由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)或由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)都可以使內(nèi)能變大。改變內(nèi)能的方式有兩種： 做功和熱傳遞。 做功過程是其他形式的能與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程；熱傳遞是物體間內(nèi)能轉(zhuǎn)移的過程。兩個(gè)過程的本質(zhì)雖然不相同，但對(duì)物體內(nèi)能的改變是等效的。做功過程中，內(nèi)能改變量的多少用功的大小來量度； 熱傳遞過程中，內(nèi)能轉(zhuǎn)移的多少用熱量來量度。做功和熱傳遞都是過程量，內(nèi)能則是狀態(tài)量。2.熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律基本內(nèi)容是：外界對(duì)物體所做的功W加上物體從外界吸收的熱量Q等于物體內(nèi)能的增量u。 其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：u=Q+W當(dāng)物體吸收熱量時(shí)Q取正值，即Q0；當(dāng)物體放出熱量時(shí)Q取負(fù)值，即Q0；當(dāng)物體對(duì)外界做功時(shí)W取負(fù)值，即W 0時(shí)，表示物體內(nèi)能增加，u0時(shí)，表示物體內(nèi)能減少。熱力學(xué)第一定律不僅反映了做功和熱傳遞對(duì)改變物體的內(nèi)能是等效的，并且給出了這些物理量之間的定量關(guān)系。這些物理量都是標(biāo)量，應(yīng)用時(shí)注意單位要統(tǒng)一。3.能量守恒定律能量守恒定律的基本內(nèi)容是： 能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中其總量不變。能量守恒定律是自然界的普遍規(guī)律。 它揭示了各種形式的能相互轉(zhuǎn)化或一種形式的能在轉(zhuǎn)移過程中，能的總量是不變的，或者說是守恒的。熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱力學(xué)中的具體化。 機(jī)械能守恒定律是能量守恒定律在機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的特殊條件下的守恒定律?！纠}】圖中容器A、B各有一個(gè)可自由移動(dòng)的輕活塞，活塞下面是水，上面是大氣，大氣壓恒定。A、B的底部由帶有閥門K的管道相連，整個(gè)裝置與外界隔熱。原先，A中水面比B中的高，打開閥門，使A中的水逐漸向B中流，最后達(dá)到平衡。在這個(gè)過程中：A.大氣壓力對(duì)水做功，水的內(nèi)能增加B.水克服大氣壓做功，水的內(nèi)能減少C.大氣壓力對(duì)水不做功，水的內(nèi)能不變D.大氣壓力對(duì)水不做功，水的內(nèi)能增加四. 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律的兩種表述： 一種表述為“不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化”。另一種表述為“不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化”。第一類永動(dòng)機(jī)是指不消耗能量的機(jī)器；第二類永動(dòng)機(jī)是指只有單一熱源，它從這個(gè)單一熱源吸收的熱量，可以全部用來做功而不引起其他變化。1.熱力學(xué)第二定律(1)熱傳導(dǎo)的方向性：熱傳導(dǎo)的過程是有方向性的，這個(gè)過程中，熱量會(huì)自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，使得高溫物體的溫度降低，低溫物體的溫度升高。但相反的方向是不能自發(fā)地進(jìn)行。要實(shí)現(xiàn)熱量由低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體，使高溫物體溫度更高，低溫物體溫度更低，必須借助外界的幫助，從而引發(fā)其他變化。(2)機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化的方向性：通過一定裝置機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，但是內(nèi)能卻不能自發(fā)地完全轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，要實(shí)現(xiàn)內(nèi)能完全轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，必須借助其他物理變化。即機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化是具有方向性的。(3)熱力學(xué)第二定律的基本內(nèi)容：按著熱傳導(dǎo)的方向來描述：不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化。按著機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性來描述：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化。熱力學(xué)第二定律使人們認(rèn)識(shí)到，自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。2.永動(dòng)機(jī)是不存在的 (1)第一類永動(dòng)機(jī)是指不消耗能量但又可以輸出能量的機(jī)器。由于第一類永動(dòng)機(jī)的設(shè)想違反了能量守恒定律，因而是不可能實(shí)現(xiàn)的。(2)第二類永動(dòng)機(jī)是指一種熱機(jī)，這種熱機(jī)沒有冷凝器，只有單一熱源，它從這個(gè)單一熱源吸收的熱量，可以全部用來做功，而不引起其他變化。第二類永動(dòng)機(jī)的設(shè)想雖然不違背能量守恒定律，但是違背了熱力學(xué)第二定律，因而也是不可能實(shí)現(xiàn)的。【例題】(1) 1791年，米被定義為：在經(jīng)過巴黎的子午線上，取從赤道到北極長度的一千萬分之一。請(qǐng)由此估算地球的半徑R。 (答案保留兩位有效數(shù)字)(2) 太陽與地球的距離為1.51011m，太陽光以平行光束入