高中物理知識(shí)全解3.1分子動(dòng)理論

1、高中物理知識(shí)全解 3.1 分子動(dòng)理論一：分子的熱運(yùn)動(dòng)宏觀物質(zhì)是由大量分子組成的，分子是極小的微粒。例：一個(gè)直徑為左右的水珠，大小與細(xì)菌差不多，其中分子的個(gè)數(shù)比地球上人口的總數(shù)還多上好幾倍。所以分子是人的肉眼所看不到的，目前用掃描隧道顯微鏡可以觀察的到分子的排列情況。注意：在熱學(xué)中我們把構(gòu)成物質(zhì)的分子、原子或者離子統(tǒng)稱為分子。分子的大小除一些有機(jī)物質(zhì)的大分子外，多數(shù)分子直徑的數(shù)量級(jí)為注意：利用油膜法可以測(cè)分子直徑（實(shí)驗(yàn)部分有詳細(xì)講述）。阿伏伽德羅常數(shù)意義：阿伏加德羅常數(shù)表示1mol各種純物質(zhì)所含的粒子數(shù)。阿伏加德羅常數(shù)是自然科學(xué)的一個(gè)重要常數(shù)。一百多年來(lái)，物理學(xué)家想出各種方法來(lái)測(cè)量它，使用了一次

2、比一次更精確的測(cè)量方法，1986年利用X射線測(cè)得的阿伏加德羅常數(shù)是，通?？扇∽⒁猓涸谟?jì)算有關(guān)氣體的各物理量時(shí)，一定要注意氣體分子本身的大小相對(duì)于氣體分子間的距離可以忽略不計(jì)，氣體分子可以視為質(zhì)點(diǎn)。例：氣體分子的密度氣體密度；氣體體積氣體分子的體積注意：在計(jì)算有關(guān)相鄰分子之間的平均距離（即相鄰分子中心間的平均距離）時(shí)，一般都把分子視為球體或正方體，可以根據(jù)題目需要靈活選擇合適的模型?！纠}】設(shè)某種物質(zhì)的摩爾質(zhì)量為，原子間平均距離為，已知阿伏伽德羅常數(shù)為，則該物質(zhì)的密度可表示為（ ）A、 B、 C、 D、【例題】V表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下水蒸氣的摩爾體積，為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下水蒸氣的密度，NA為阿伏加德羅常數(shù)，m為

3、每個(gè)水分子的質(zhì)量，則阿伏加德羅常數(shù)NA_，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下相鄰水蒸氣分子間的平均距離d_.分子的熱運(yùn)動(dòng)分子的熱運(yùn)動(dòng)：一切物質(zhì)的分子都在做永不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，且溫度越高分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)越劇烈。分子的熱運(yùn)動(dòng)雖然人的肉眼看不到，但我們可以從宏觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，來(lái)判斷分子的行為。1、擴(kuò)散現(xiàn)象氣體、液體、固體都能夠發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象。例：在廣口瓶中滴幾滴溴，它會(huì)逐漸蒸發(fā)，變?yōu)闅怏w。墨水滴入水中會(huì)迅速擴(kuò)散。金片和鋁片壓在一起，不管金片放在上面還是下面，金都會(huì)擴(kuò)散到鉛中，鉛也會(huì)擴(kuò)散到金中。注意：擴(kuò)散現(xiàn)象并不是外界作用（例如對(duì)流、重力作用等）引起的，而是由分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。擴(kuò)散現(xiàn)象表明：一切物體的分子都在做永不停息的無(wú)規(guī)

4、則運(yùn)動(dòng)。只有分子不停地運(yùn)動(dòng)才能相互進(jìn)入對(duì)方。同時(shí)也說(shuō)明分子不是緊密地?cái)D在一起，而是彼此間存有間隙。例：1L水和1L酒精混合，混合后的液體總體積必定小于2L。2、布朗運(yùn)動(dòng)布朗運(yùn)動(dòng)：懸浮在液體中的細(xì)小顆粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。原因：液體中許許多多做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的分子不斷地撞擊微小懸浮顆粒，當(dāng)微小顆粒足夠小時(shí)，它受到來(lái)自各個(gè)方向的液體分子的撞擊作用就會(huì)不平衡，在某一瞬間，微小顆粒在某個(gè)方向受到撞擊作用，它就沿著這個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。在下一瞬間，微小顆粒在另一方向受到撞擊作用，它又向著另一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。這樣就引起了微粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。注意：懸浮在液體中的微粒越小，在某一瞬間跟它撞擊的液體分子數(shù)就越少，撞擊作用的不平衡性就表

5、現(xiàn)得越明顯，因而布朗運(yùn)動(dòng)越明顯。懸浮在液體中的微粒越大，在某一瞬間跟它撞擊的液體分子數(shù)就越多，各個(gè)方向的撞擊作用接近平衡，這時(shí)就很難觀察到布朗運(yùn)動(dòng)了。另外，溫度越高，液體分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)越劇烈，布朗運(yùn)動(dòng)也就越明顯。I、布朗運(yùn)動(dòng)不是固體小顆粒中分子的運(yùn)動(dòng)，也不是液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，而是懸浮在液體中的固體小顆粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。II、懸浮在液體中的細(xì)小顆粒無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的原因是液體分子對(duì)它無(wú)規(guī)則撞擊的不平衡性造成的，因此，布朗運(yùn)動(dòng)間接地證實(shí)了液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。例：布朗運(yùn)動(dòng)說(shuō)明了液體分子與懸浮顆粒之間存在著相互作用力。（錯(cuò)誤）二：分子間的作用力如右圖所示當(dāng)分子間的距離（其數(shù)量級(jí)）時(shí)，分子引力等于分子斥力

6、，分子力為零。隨著分子間距離的變化，分子引力和分子斥力都發(fā)生變化，但是分子斥力總是比分子引力變化的更快，所以：1、當(dāng)時(shí)，分子斥力比分子引力增大的更快，分子力表現(xiàn)為斥力。2、當(dāng)時(shí)，分子斥力比分子引力減小的更快，分子力表現(xiàn)為引力。例：物塊從水中拉出來(lái)時(shí)，出水面的一瞬間，需要的拉力突然增大，這是因?yàn)槲飰K表面分子與水表面分子間存在著引力。3、分子引力和分子斥力是同時(shí)存在的，都隨著分子間的距離增大而減小，分子力是分子引力與分子斥力的綜合體現(xiàn)。當(dāng)由的過(guò)程分子力逐漸增大，分子力表現(xiàn)為斥力；當(dāng)由的過(guò)程分子力先增大后減小，分子力表現(xiàn)為引力。例：當(dāng)分子力為零時(shí)并不代表此時(shí)的分子引力和分子斥力也為零，也不代表此時(shí)的

7、分子力最小。4、當(dāng)分子之間的距離達(dá)到（數(shù)量級(jí)）以上時(shí)，分子力可以忽略不計(jì)，這樣的物質(zhì)一般視為理想氣體。5、上述分子力的圖象是相對(duì)固體、液體和非理想氣體而言的，對(duì)于理想氣體分子間沒(méi)有分子力故沒(méi)有分子力的圖象。三：溫度和溫標(biāo)熱力學(xué)系統(tǒng)：熱力學(xué)中，為了便于集中研究所選取的某些固定的物質(zhì)或某個(gè)固定空間中的物質(zhì)，所選取的研究對(duì)象，即稱為熱力學(xué)系統(tǒng)。外界：熱力學(xué)研究中，系統(tǒng)之外與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其它物質(zhì)統(tǒng)稱為外界。狀態(tài)參量：用來(lái)描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量，叫做系統(tǒng)的狀態(tài)參量。（例：體積V、壓強(qiáng)P、溫度T）平衡態(tài)：如果一個(gè)系統(tǒng)與外界沒(méi)有能量交換，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，系統(tǒng)內(nèi)各點(diǎn)的壓強(qiáng)和溫度都不再變化，我們把系統(tǒng)的這種

8、狀態(tài)叫平衡態(tài)。熱平衡：如果兩個(gè)系統(tǒng)在接觸時(shí)，它們的狀態(tài)都不發(fā)生變化，那么這兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡。注意：平衡態(tài)是指一個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)，熱平衡是指兩個(gè)系統(tǒng)之間的關(guān)系。注意：一切達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度。熱平衡定律：如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平衡。溫度：熱平衡表明，兩個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡時(shí)，它們必定具有某個(gè)共同的熱學(xué)性質(zhì)，我們把表征這一“共同的熱學(xué)性質(zhì)”的物理量叫溫度。1、溫度是決定一個(gè)系統(tǒng)與另一個(gè)系統(tǒng)是否達(dá)到熱平衡的物理量。2、溫度是表示物體冷熱程度的物理量，反映了組成物體的大量分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的激烈程度。溫度計(jì)：測(cè)量溫度的工具。家庭和物理實(shí)驗(yàn)室常用溫

9、度計(jì)是利用水銀、酒精、煤油等液體的熱脹冷縮規(guī)律來(lái)制成的。另外，還有金屬電阻溫度計(jì)、壓力表式溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、雙金屬溫度計(jì)、半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計(jì)、磁溫度計(jì)、聲速溫度計(jì)、頻率溫度計(jì)等。溫標(biāo)：溫度的數(shù)值表示法叫做溫標(biāo)。用攝氏溫標(biāo)表示的溫度叫做攝氏溫度，單位是攝氏度（）；在國(guó)際單位制中，常采用熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度，叫做熱力學(xué)溫度，單位是開(kāi)爾文，簡(jiǎn)稱開(kāi)（K）熱力學(xué)溫度(T)與攝氏溫度(t)的關(guān)系為：【一般解題時(shí)可認(rèn)為】1、兩種溫標(biāo)表示同一溫度的數(shù)值不同，但改變1 K和1的溫度差相同。2、絕對(duì)零度為：或【0K是低溫的極限，只能無(wú)限接近，但不可能達(dá)到或更低】。3、確定一個(gè)溫標(biāo)時(shí)首先要選取一種測(cè)溫物質(zhì)，根

10、據(jù)這種物質(zhì)的某個(gè)特性來(lái)制造溫度計(jì)（例如：可以根據(jù)水銀的熱脹冷縮規(guī)律來(lái)制造水銀溫度計(jì)），然后還要確定溫度的零點(diǎn)和分度方法（例如：攝氏溫標(biāo)曾經(jīng)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)為，水的沸點(diǎn)為，并據(jù)此把玻璃管上的刻度與刻度之間均勻分成100等份，每一份算做）。四：內(nèi)能內(nèi)能：物體中所有分子的熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能與分子勢(shì)能的總和，叫做物體的內(nèi)能。物體的內(nèi)能由物體的分子數(shù)，分子動(dòng)能、分子勢(shì)能三者共同決定。注意：對(duì)固體、液體和非理想氣體而言，它們的內(nèi)能由物體的分子數(shù)，分子動(dòng)能、分子勢(shì)能三者共同決定。而對(duì)理想氣體而言，因?yàn)椴挥?jì)分子力，故沒(méi)有分子勢(shì)能，所以理想氣體的內(nèi)能由物體的分子數(shù)，分子動(dòng)能兩者共同決定?！纠}】20時(shí)1kg的

11、和1kg的誰(shuí)的內(nèi)能大？解：20的和都可以視為理想氣體，故均沒(méi)有分子勢(shì)能，都是20，則和的平均分子動(dòng)能一樣，但是1kg的比1kg的的分子數(shù)要多，所以20時(shí)1kg的比1kg的的內(nèi)能要大。分子動(dòng)能溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度越高，分子的平均動(dòng)能就越大?！纠}】給體積相同的玻璃瓶A、B分別裝滿溫度為60的熱水和0的冷水，下列說(shuō)法中正確的是（ ）A溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，所以A瓶中水分子的平均動(dòng)能比B瓶中水分子的平均動(dòng)能大B溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)愈顯著，所以A瓶中水分子的布朗運(yùn)動(dòng)比B瓶中水分子的布朗運(yùn)動(dòng)更顯著CA瓶中水的內(nèi)能與B瓶中水的內(nèi)能一樣大D由于A、B兩瓶水體積相等，所以A、B兩瓶中水分子間的平均

12、距離相等注意：溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，故同一溫度下的某種物質(zhì)并不代表其內(nèi)的所有分子動(dòng)能都相同。例：物體溫度越高，每個(gè)分子的動(dòng)能越大。（錯(cuò)誤）分子勢(shì)能分子間存在著分子力，所以分子組成的系統(tǒng)具有分子勢(shì)能，分子勢(shì)能的大小與分子間的距離有關(guān)。物體的體積變化時(shí)，分子間的距離將發(fā)生變化，因而分子勢(shì)能隨之改變，所以分子勢(shì)能與物體的體積有關(guān)。注意：分子勢(shì)能零勢(shì)能的選取具有任意性，一般以處或無(wú)窮遠(yuǎn)處為零勢(shì)能。注意：分子勢(shì)能數(shù)值的大小不僅與分子間的距離有關(guān)，還和分子勢(shì)能零勢(shì)能位置的選取有關(guān)。而分子勢(shì)能的變化，則由分子力做正、負(fù)功的性質(zhì)所決定，分子力做正功，分子勢(shì)能減?。环肿恿ψ鲐?fù)功，分子勢(shì)能增大。1、分子距離在

13、平衡位置距離處分子勢(shì)能最小，分子距離由向大于平衡位置距離或小于平衡位置距離處移動(dòng)其分子勢(shì)能都將增大。例：若以處為零勢(shì)能，兩分子之間的距離由平衡位置逐漸靠近或遠(yuǎn)離，分子力都做負(fù)功，分子勢(shì)能都增大。例：若以無(wú)窮遠(yuǎn)為零勢(shì)能，兩分之間的距離由無(wú)窮遠(yuǎn)向零靠近時(shí)，分子力先做正功，后做負(fù)功，分子勢(shì)能先減小后增大。2、對(duì)于固體、液體、非理想氣體而言，分子之間存在分子力，故分子勢(shì)能不可忽略。當(dāng)分子之間的距離達(dá)到（數(shù)量級(jí)）以上時(shí)，分子力可以忽略不計(jì)，這樣的物質(zhì)一般視為理想氣體，故理想氣體不需要考慮分子勢(shì)能。注意：一般的氣體都視為理想氣體，而水蒸氣不能視為理想氣體?！纠}】在一個(gè)恒溫的容器中有一定量的水，若過(guò)了一段

14、時(shí)間水變成了水蒸氣，則系統(tǒng)的內(nèi)能增大。若又過(guò)了一段時(shí)間水蒸氣變成了水，則系統(tǒng)的內(nèi)能又減小。試說(shuō)明原因？【例題】如下圖所示為兩分子系統(tǒng)的勢(shì)能Ep與兩分子間距離r的關(guān)系曲線下列說(shuō)法正確的是（ ）A當(dāng)r大于r1時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為引力B當(dāng)r小于r1時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為斥力C當(dāng)r等于r2時(shí)，分子間的作用力為零D在r由r1變到r2的過(guò)程中，分子間的作用力做負(fù)功解析：在Epr圖中，當(dāng)rr2時(shí)Ep最小，說(shuō)明r2r0，即分子力為零時(shí)的分子間距再利用Fr圖象即可知正確答案為B、C.答案：BC【例題】如下圖所示，甲分子固定在坐標(biāo)原點(diǎn)O，乙分子沿x軸運(yùn)動(dòng)，兩分子間的分子勢(shì)能Ep與兩分子間距離的變化關(guān)系如圖中

15、曲線所示圖中分子勢(shì)能的最小值為E0若兩分子所具有的總能量為0，則下列說(shuō)法中正確的是 （ ）A乙分子在P點(diǎn)（x=x2）時(shí)，加速度最大B乙分子在P點(diǎn)（x=x2）時(shí)，其動(dòng)能為E0C乙分子在Q點(diǎn)（x=x1）時(shí)，處于平衡狀態(tài)D乙分子的運(yùn)動(dòng)范圍為xx1 【例題】如下所示，用F表示兩分子間的作用力，Ep表示分子間的分子勢(shì)能，在兩個(gè)分子之間的距離由10r0變?yōu)閞0的過(guò)程中（ ）AF不斷增大，Ep不斷減小BF先增大后減小，Ep不斷減小CF不斷增大，Ep先增大后減小DF、Ep都是先增大后減小解析：分子間的作用力是矢量，分子勢(shì)能是標(biāo)量，由圖象知F先增大后變小，Ep不斷減小，選項(xiàng)B正確拓展：對(duì)于一定量的固體、液體、非理想氣體而言，內(nèi)能增大溫度不一定升高，內(nèi)能減