分子熱運(yùn)動(dòng)熱和功氣體

分子熱運(yùn)動(dòng)熱和功氣體第1頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2分子熱運(yùn)動(dòng)熱和功氣體問(wèn)題一分子動(dòng)理論問(wèn)題二物體的內(nèi)能問(wèn)題三熱力學(xué)定律問(wèn)題四氣體第2頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3問(wèn)題一分子動(dòng)理論1、物質(zhì)是由大量分子組成的

(1)“大量”——阿伏伽德羅常NA=6.02×1023mol-1,即1mol任何物質(zhì)都含有6.02×1023個(gè)分子。

(2)“分子”——熱學(xué)中原子、離子、分子的統(tǒng)稱(chēng).分子的分布：對(duì)固、液體，可視為緊密排列；對(duì)氣體則不能認(rèn)為是緊密排列。分子的形狀：球體或立方體。第3頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4(3)宏觀量和微觀量之間的關(guān)系

宏觀量：質(zhì)量m、摩爾質(zhì)量M、體積V、摩爾體積VM、密度ρ(不適用單個(gè)分子)等。

微觀量：分子質(zhì)量m0、分子體積V0、分子直徑d、分子間距l(xiāng)、分子個(gè)數(shù)N等。宏觀量微觀量阿伏伽德羅常數(shù)NA=6.02×1023mol-1注意氣體與固、液體分子排列的不同！第4頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5

(4)油膜法估測(cè)分子大小將體積為V的油滴到水面上，使其均勻地、盡可能地散開(kāi)成很薄的一層，此時(shí)可以認(rèn)為油分子一個(gè)挨一個(gè)地緊密排列成單分子層油膜，油膜的厚度就是單個(gè)分子的直徑d，因此只需測(cè)出油膜的面積S，就知道該油分子的近似直徑d=V/S。

實(shí)驗(yàn)時(shí)所用的是酒精油酸溶液，當(dāng)酒精油酸溶液溶于水時(shí)，酒精溶于水，油酸形成單分子油膜。dS單分子油膜第5頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6

2、分子在永不停息地做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)

(1)擴(kuò)散現(xiàn)象不同物質(zhì)互相接觸時(shí)彼此進(jìn)入對(duì)方的現(xiàn)象。擴(kuò)散現(xiàn)象不僅在氣體間可進(jìn)行，在液體和固體間也可進(jìn)行。擴(kuò)散原因是分子在有空隙的分子間無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng).擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的快慢與溫度有關(guān)，溫度越高，擴(kuò)散越快。

第6頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7(2)布朗運(yùn)動(dòng)顯微鏡下觀察到的懸浮在液體中的花粉顆粒的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為布朗運(yùn)動(dòng)。布朗運(yùn)動(dòng)既不是液體分子的運(yùn)動(dòng)，也不是固體(花粉顆粒)分子的運(yùn)動(dòng)。布朗運(yùn)動(dòng)是由于無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的液體分子對(duì)花粉顆粒頻繁碰撞的不均勻而產(chǎn)生。因此，布朗運(yùn)動(dòng)反映了液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。溫度越高，顆粒越小，布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈。下圖右所示的是每隔30s懸浮微粒運(yùn)動(dòng)的位置連線，不是懸浮微粒的運(yùn)動(dòng)軌跡。第7頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8為什么顆粒越小，布朗運(yùn)動(dòng)越明顯？顆粒小每一瞬間受到液體分子撞擊的數(shù)目少受力不平衡顆粒大同時(shí)跟它撞擊的分子數(shù)多質(zhì)量大,慣性大(加速度小)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)難改變受力的平均效果互相抵消FF≈0第8頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月9

3、分子間存在相互作用力

(1)分子間同時(shí)存在著相互作用的引力和斥力。(2)引力和斥力都隨分子間距離的增大(減小)而減小(增大)，但斥力總是比引力減小(增大)的快.(3)當(dāng)分子間距r=r0=10-10m時(shí)，F(xiàn)引=F斥，分子力F=0；當(dāng)分子間距r>r0時(shí)，由于斥力減小的快，因此分子力F表現(xiàn)為引力；當(dāng)分子間距r<r0時(shí)，由于斥力增大的快，因此分子力F表現(xiàn)為斥力；當(dāng)分子間距r>>r0時(shí)，F(xiàn)引≈0，F(xiàn)斥≈0，因此分子力F=0。第9頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月10

【例題1】已知銅的密度為8.9×103kg/m3，摩爾質(zhì)量為6.4×10-2kg/mol，阿伏伽德羅常數(shù)為6.0×1023mol-1，求1cm3的銅所含有的分子個(gè)數(shù)以及每個(gè)銅分子的體積。

【解答】先求出V=1cm3銅的摩爾數(shù)n=m/M=ρV/M，再利用阿伏伽德羅常數(shù)這個(gè)橋梁，

求得所含有的分子個(gè)數(shù)N=nNA=ρVNA/M≈8.3×1022個(gè).由于銅分子是緊密排列的，因此有VM=NAV0,而M=ρVM，所以每個(gè)銅分子的體積為

V0=M/ρNA≈1.2×10-29m3或者V0=V/N≈1.2×10-29m3第10頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月11

【例題2】若以μ表示水的摩爾質(zhì)量，v表示在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下水蒸氣的摩爾體積，ρ為在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下水蒸氣的密度，NA為阿伏加德羅常數(shù)，m、Δ分別表示每個(gè)水分子的質(zhì)量和體積，下面是四個(gè)關(guān)系式：① ② ③ ④其中A.①和②都是正確的B.①和③都是正確的C.②和④都是正確的D.①和④都是正確的第11頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月12

【解答】此題涉及到水的兩種狀態(tài)：液態(tài)的水和氣態(tài)的水蒸氣，它們?cè)诜肿优帕蟹绞缴喜煌?duì)于液態(tài)的水，其分子是緊密排列的，因此有μ=NAm，故③式正確。對(duì)于氣態(tài)的水蒸氣，其分子間距較大，因此有ρv=NAm，故①式正確。但v≠NAΔ，故④式錯(cuò)誤。這里的ρ是水蒸氣的密度，不是水的密度，故②式錯(cuò)誤。

因此，本題正確選項(xiàng)是B。第12頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月131、分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能

(1)單個(gè)分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能是不確定的，但大量分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能是確定的。

(2)對(duì)于“單個(gè)分子”∝T(T為熱力學(xué)溫度)，這里的在一定溫度下是由大量分子共同決定的。同一溫度下，不同物質(zhì)分子的平均動(dòng)能都相同，但由于不同物質(zhì)的分子質(zhì)量不盡相同，所以分子運(yùn)動(dòng)的平均速率也不相同。對(duì)于大量分子(物體)

(N為分子的個(gè)數(shù))

(3)溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志。問(wèn)題二物體的內(nèi)能第13頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月142、分子熱運(yùn)動(dòng)的勢(shì)能分子勢(shì)能由分子間的相互作用力和分子間距離決定。分子勢(shì)能的變化跟分子力做功有關(guān)。分子力做正功，分子勢(shì)能減少；分子力做負(fù)功，分子勢(shì)能增加。因此，分子間距離變化，即物體體積變化，則分子勢(shì)能隨之變化，顯然，當(dāng)r=r0時(shí)，分子勢(shì)能最小(不等于0!)。在討論分子勢(shì)能時(shí)，一般取無(wú)限遠(yuǎn)處為分子勢(shì)能零點(diǎn)。第14頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月153、物體的內(nèi)能和內(nèi)能的改變

(1)物體的內(nèi)能物體中所有分子做熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和叫做物體的內(nèi)能．由于一切物體都是由不停地做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)并且相互作用著的分子所組成，因此任何物體都具有內(nèi)能。物體的內(nèi)能跟物體的體積V

、溫度T和組成物體的分子數(shù)N有關(guān)。(2)物體內(nèi)能的改變做功：其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。熱傳遞：內(nèi)能在不同物體(或物體的不同部分)之間相互轉(zhuǎn)移。內(nèi)能轉(zhuǎn)移的多少稱(chēng)為熱量。做功和熱傳遞只在改變物體內(nèi)能上是等效的，但它們?cè)诒举|(zhì)上不相同。第15頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月16【例題1】質(zhì)量相同、溫度相同的氫氣和氧氣，它們的

A.分子數(shù)相同B.內(nèi)能相同C.分子平均速度相同D.分子的平均動(dòng)能相同【解答】此題考查的是，對(duì)知識(shí)在理解基礎(chǔ)上的記憶和識(shí)別。

本題正確選項(xiàng)是D。第16頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月17

【例題2】關(guān)于溫度的概念，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，物體溫度高，則物體的分子平均動(dòng)能大B.物體溫度高，則物體每一個(gè)分子的動(dòng)能都大

C.某物體內(nèi)能增大時(shí)，其溫度一定升高D.甲物體溫度比乙物體溫度高，則甲物體的分子平均速率比乙物體大

【解答】此題考查的是，對(duì)知識(shí)在理解基礎(chǔ)上的記憶和識(shí)別。

本題正確選項(xiàng)是A。第17頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月18

【例題3】關(guān)于物體內(nèi)能，下列說(shuō)法中正確的是A.相同質(zhì)量的兩個(gè)物體，升高相同的溫度，內(nèi)能增量一定相同B.在一定條件下，一定質(zhì)量00C的水結(jié)成00C的冰，內(nèi)能一定減小C.一定質(zhì)量的氣體體積增大，但既不吸熱也不放熱，內(nèi)能一定減小D.一定質(zhì)量氣體吸收熱量而保持體積不變，內(nèi)能一定減小第18頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月19

【解答】升高相同的溫度，分子的平均動(dòng)能增量相同，但如果分子勢(shì)能或分子數(shù)的變化不同，內(nèi)能增量也可能不同，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤。00C水變成00C的冰溫度不變但要放出熱量，因而內(nèi)能一定減少，故選項(xiàng)B正確。一定質(zhì)量的氣體體積增大，氣體對(duì)外做功，又不吸熱不放熱，則內(nèi)能一定減少，故選項(xiàng)C正確.一定質(zhì)量的氣體吸熱，但體積不變，即氣體不對(duì)外做功，外界也不對(duì)氣體做功，則內(nèi)能一定增加，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。因此，本題正確選項(xiàng)是BC。第19頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月20問(wèn)題三熱力學(xué)定律1、熱力學(xué)第一定律(能量守恒定律)

U=W+Q，其中U跟物體的質(zhì)量、溫度和體積有關(guān)，W跟物體的體積有關(guān)，Q跟U和W有關(guān)(注意：Q跟溫度T沒(méi)有直接關(guān)系!)

符號(hào)規(guī)則：內(nèi)能增加U>0，減少U<0；外界對(duì)物體做功W>0，物體對(duì)外做功W<0；物體吸熱Q>0，放熱Q<0。需要注意的名詞：“絕熱”、“導(dǎo)熱”、“迅速”、“緩慢”等。不消耗任何能量，卻可以源源不斷對(duì)外做功的機(jī)器叫做第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)。第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成，因?yàn)樗`背能量守恒定律。第20頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月212、熱力學(xué)第二定律克勞修斯表述：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(或熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體)。開(kāi)爾文表述：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來(lái)做功而不引起其他變化。熱力學(xué)第二定律的兩種表述是等價(jià)的，即一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過(guò)程都是不可逆的。如果以Q表示熱機(jī)吸收的熱量，以W表示熱機(jī)輸出的機(jī)械功，則效率η=W/Q=100%的機(jī)器稱(chēng)為第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)。顯然，第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成，因?yàn)樗`背熱力學(xué)第二定律定律(但不違背熱力學(xué)第一定律!)。

第21頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月223、熱力學(xué)第三定律熱力學(xué)零度(也稱(chēng)絕對(duì)零度)不可能達(dá)到。由熱力學(xué)溫度T和攝氏溫度t的換算關(guān)系T=t+273.15K可知,熱力學(xué)零度T=0K即―273.150C.熱力學(xué)第三定律不阻止人們想辦法盡可能地接近絕對(duì)零度。已經(jīng)了解到的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通過(guò)激光冷卻法獲得的最低溫度是2.4×10-11K。附：華氏溫度tF與攝氏溫度tC之間的換算關(guān)系為：tF=32+9tC/5第22頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月23

【例題1】一定質(zhì)量的理想氣體，從某一狀態(tài)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)一系列變化后又回到原狀態(tài)，用W1表示外界對(duì)氣體做功，Q1表示氣體吸收熱量，W2表示氣體對(duì)外界做功，Q2表示氣體放出熱量，則A.Q1?Q2=W1+W2B.Q1+Q2=W1+W2

C.Q1?Q2=W2?W1D.Q1?Q2=W1?W2

【解答】由于一定質(zhì)量的理想氣體，從某一狀態(tài)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)一系列變化后又回到原狀態(tài)，因此U=0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，有0=Q1?Q2+W1?W2

即Q1?Q2=W2?W1

因此，本題正確選項(xiàng)是C。第23頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月24

【例題2】關(guān)于物體的內(nèi)能變化，下列說(shuō)法正確的是

A.物體吸收熱量，內(nèi)能一定增大

B.物體對(duì)外做功，內(nèi)能一定減少

C.物體吸收熱量，同時(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能可能不變

D.物體放出熱量，同時(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能可能不變

【解答】此題考查的是，對(duì)知識(shí)在理解基礎(chǔ)上的記憶和識(shí)別。

本題正確選項(xiàng)是C。第24頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月25

【例題3】如圖所示，直立容器內(nèi)部有被隔板隔開(kāi)的A、B兩部分體積相同的氣體，A的密度小，B的密度大。抽去隔板，加熱氣體使兩部分氣體均勻混合，設(shè)在此過(guò)程氣體吸熱Q，氣體的內(nèi)能增加為U，則A．U=Q

B．U<Q

C．U>Q

D.無(wú)法比較

【解答】抽去隔板前，A、B兩部分氣體的總重心在容器的中線下方，抽去隔板A、B兩部分氣體均勻混合后，它們的總重心在中線上，所以系統(tǒng)的重力勢(shì)能增大，由能量守恒定律可知，所吸收的熱量一部分用來(lái)增加氣體內(nèi)能，另一部分用來(lái)增加氣體的重力勢(shì)能。

因此，本題正確選項(xiàng)是B。AB第25頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月26問(wèn)題四氣體

1、氣體的狀態(tài)參量氣體質(zhì)量m對(duì)應(yīng)著微觀上氣體分子的個(gè)數(shù)。氣體溫度T對(duì)應(yīng)著微觀上氣體分子的平均動(dòng)能.氣體體積V對(duì)應(yīng)著微觀上氣體分子的間距。實(shí)際上，由于氣體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，氣體本身沒(méi)有固定的體積，氣體的體積指的是氣體所充滿的容器的容積。氣體壓強(qiáng)P對(duì)應(yīng)著微觀上氣體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力。

理想氣體：氣體分子間除碰撞外不存在相互作用力。由于實(shí)際氣體的分子間距較大，分子間相互作用力很小，因此，一般情況下實(shí)際氣體都可以近似看作是理想氣體。第26頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月272、氣體壓強(qiáng)的微觀意義氣體壓強(qiáng)的大小同時(shí)跟兩個(gè)因素有關(guān)：一個(gè)是氣體分子的平均動(dòng)能，一個(gè)是氣體單位體積內(nèi)的分子數(shù)(分子的密集程度)。3、理想氣體的內(nèi)能一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只跟氣體的溫度有關(guān)。溫度升高，內(nèi)能增大；溫度降低，內(nèi)能減小。4、理想氣體的狀態(tài)方程理想氣體質(zhì)量一定時(shí)，其中C為常數(shù),(PV=nRT，其中n為氣體的摩爾數(shù)，R為恒量)第27頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月28

解決氣體問(wèn)題的思路和方法

一定質(zhì)量的理想氣體問(wèn)題牽涉到六個(gè)物理量：

P、V、T和U

、W、Q通過(guò)兩個(gè)公式相聯(lián)系：U=W+Q

知二可求四!若涉及多部分氣體，可運(yùn)用隔離法和整體法。若氣體狀態(tài)未知，可利用假設(shè)法。第28頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月29

【例題1】下列說(shuō)法正確的是A.氣體的溫度升高時(shí)，并非所有分子的速率都增大B.裝有氣體的容器作減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，容器中氣體的內(nèi)能隨之減小C.理想氣體在等容變化過(guò)程中，氣體對(duì)外不做功，氣體的內(nèi)能不變D.一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)等溫壓縮后，其壓強(qiáng)一定增大第29頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月30

【解答】氣體溫度升高時(shí)，其分子平均動(dòng)能增大，但不是所有分子的動(dòng)能都增大，當(dāng)然也不是所有分子的速率都增大，故選項(xiàng)A正確。氣體的內(nèi)能是所有分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和，與容器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤。理想氣體在等容變化過(guò)程中，其體積不變，氣體對(duì)外不做功，但通過(guò)吸熱或放熱可以改變內(nèi)能，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤。一定質(zhì)量的理想氣體，經(jīng)等溫壓縮，即溫度不變，體積減小，由PV/T＝C可知，壓強(qiáng)增大，故選項(xiàng)D正確。因此，本題正確選項(xiàng)是AD。第30頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月31

【例題2】下列說(shuō)法中正確的是A.氣體的溫度升高時(shí)，分子的熱運(yùn)動(dòng)變得劇烈，分子的平均動(dòng)能增大，撞擊器壁時(shí)對(duì)器壁的作用力增大，從而氣體的壓強(qiáng)一定增大B.氣體的體積變小時(shí)，單位體積的分子數(shù)增多，單位時(shí)間內(nèi)打到器壁單位面積上的分子數(shù)增多，從而氣體的壓強(qiáng)一定增大C.壓縮一定量的氣體，氣體的內(nèi)能一定增加D.分子a從遠(yuǎn)處趨近固定不動(dòng)的分子b，當(dāng)a到達(dá)受b的作用力為零處時(shí)，a的動(dòng)能一定最大

第31頁(yè)，課件共34頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月32

【解答】壓強(qiáng)同時(shí)取決于分子的平均動(dòng)能和分子的密集程度，在A選項(xiàng)中，分子的密集程度不確定，在B選項(xiàng)中，分子的平均動(dòng)能不確定，因而氣體壓強(qiáng)的變化都不能確定，故選項(xiàng)AB都錯(cuò)誤.在C選項(xiàng)中，