中職物理課件301第一節(jié) 分子動(dòng)理論

第一節(jié)分子動(dòng)理論主講人：張明明山東省滕州市中等職業(yè)教育中心學(xué)校除了觸摸，還有其他能分辨兩杯水溫度高低的方法嗎？主要內(nèi)容分子動(dòng)理論溫度12氣體的壓強(qiáng)熱力學(xué)能3401PART01分子動(dòng)理論一、分子動(dòng)理論例如，估測(cè)油酸分子的大小時(shí)，可以先測(cè)量100滴油酸的體積，從而計(jì)算出一滴油酸的體積；宏觀物體是由大量分子組成的。分子的尺寸極小，很難被直接測(cè)量，但是我們可以利用轉(zhuǎn)換法進(jìn)行間接測(cè)量。再將一滴油酸滴在水面上，讓其形成一層單分子油膜，測(cè)量出該油膜的面積；最后用一滴油酸的體積除以它形成的單分子油膜的面積，就可近似算出油酸分子直徑的大小。一般物質(zhì)分子的直徑都是以nm（納米）為數(shù)量級(jí)的。如水分子的直徑為0.4nm，比可見(jiàn)光的波長(zhǎng)小1000倍以上，所以人類(lèi)肉眼借助光學(xué)顯微鏡也無(wú)法觀測(cè)到水分子。近年來(lái)，人們已經(jīng)能夠用放大200萬(wàn)倍的離子顯微鏡直接觀察分子的大小，甚至能夠用放大3億倍的掃描隧道顯微鏡實(shí)現(xiàn)“操縱原子”的夢(mèng)想。一、分子動(dòng)理論一、分子動(dòng)理論

1827年，英國(guó)植物學(xué)家布朗在用顯微鏡觀察懸浮在水中的植物花粉顆粒的形態(tài)時(shí)，發(fā)現(xiàn)花粉顆粒在水中不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。最初他懷疑花粉顆粒是有生命的。當(dāng)他用一些無(wú)機(jī)物的微粒代替花粉顆粒再觀察時(shí)，發(fā)現(xiàn)水中的微粒仍然不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。當(dāng)時(shí)，人們都不理解產(chǎn)生這種運(yùn)動(dòng)的原因，于是把水中懸浮微粒的這種無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為布朗運(yùn)動(dòng)。

【觀察與體驗(yàn)】

觀察布朗運(yùn)動(dòng)一、分子動(dòng)理論

經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的研究，科學(xué)家逐漸認(rèn)識(shí)到水中的小顆粒是受到周?chē)⑿〉摹⑷庋劭床灰?jiàn)的水分子碰撞而導(dǎo)致的。由于水分子的運(yùn)動(dòng)是無(wú)規(guī)則的，懸浮微粒每一瞬間受到的來(lái)自周?chē)乃肿拥淖矒敉遣黄胶獾?，因此?dǎo)致懸浮微粒不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。布朗運(yùn)動(dòng)間接地反映了液體分子永不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。一、分子動(dòng)理論一、分子動(dòng)理論在日常生活中，我們還經(jīng)?？吹揭韵卢F(xiàn)象：在一間封閉的房間里，打開(kāi)香水瓶蓋，不一會(huì)兒，香水的氣味就會(huì)彌漫到房間的每個(gè)角落；在一杯靜置的清水中，輕輕滴入一滴紅墨水，慢慢就會(huì)發(fā)現(xiàn)杯中的水全部變紅了；長(zhǎng)期堆放在墻腳的煤會(huì)滲進(jìn)墻面中，使墻體變黑……這些現(xiàn)象都被稱(chēng)為擴(kuò)散現(xiàn)象。

【思考與討論】

與同學(xué)討論，通過(guò)對(duì)以上現(xiàn)象的分析，可以歸納出氣體、液體和固體的分子都是做什么運(yùn)動(dòng)？

人們通過(guò)對(duì)以上各種現(xiàn)象的觀察，歸納出分子是不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的。一、分子動(dòng)理論

歸納法是從具體的個(gè)別事物的認(rèn)識(shí)中，概括出抽象的一般認(rèn)識(shí)的思維方法。【思維與方法】

歸納法一、分子動(dòng)理論

歸納法的本質(zhì)是人類(lèi)認(rèn)識(shí)由觀察到概括、由感性到理性、由部分到整體、由個(gè)別到一般、由個(gè)性到共性的升華，是人們經(jīng)常使用的從各種現(xiàn)象抽象出本質(zhì)的一種科學(xué)方法。

【觀察與體驗(yàn)】

觀察擴(kuò)散現(xiàn)象與溫度的關(guān)系一、分子動(dòng)理論取兩個(gè)透明的水杯，往其中一杯中倒入約20℃的涼水，往另一杯中倒入約60℃的熱水。用滴管往兩杯中各滴入一滴墨水，觀察墨水在水中的擴(kuò)散速度有何不同。觀察發(fā)現(xiàn)：墨水在哪種水中擴(kuò)散得較快？與同學(xué)討論，根據(jù)此現(xiàn)象可以得出什么結(jié)論？分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)與溫度有關(guān)，溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)越劇烈。因此，我們把分子的這種無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為分子的熱運(yùn)動(dòng)。一、分子動(dòng)理論一、分子動(dòng)理論氣體很容易被壓縮，水和酒精混合后總體積會(huì)減小，高壓下的油能透過(guò)鋼壁滲出……這些在生產(chǎn)技術(shù)上，為了增強(qiáng)鋼表面的硬度和耐磨性能而進(jìn)行的滲碳處理；為了改變半導(dǎo)體材料的物理性能而摻入雜質(zhì)等，都是對(duì)分子空隙的利用。通過(guò)對(duì)這類(lèi)現(xiàn)象的觀察，人們歸納出，不論是氣體、液體，還是固體，組成它們的分子之間存在空隙。一、分子動(dòng)理論從水龍頭里慢慢滲出的水總是一滴一滴地往下滴，荷葉上的露水也總是呈現(xiàn)出一個(gè)近似的球形，洗衣服時(shí)也總會(huì)形成一個(gè)個(gè)的肥皂泡……這些現(xiàn)象都說(shuō)明液體分子間存在著引力；液體普遍具有的不易壓縮性，又說(shuō)明液體分子間存在著斥力。固體一般都具有固定的形狀，它既不易被拉伸也不易被壓縮，這些性質(zhì)說(shuō)明固體的分子間既存在著引力，也存在著斥力。一、分子動(dòng)理論從綜上所述，人們歸納出，宏觀物體是由大量分子組成的，分子永不停息地做無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，分子之間有空隙，分子間存在著相互作用的引力和斥力。這就是分子動(dòng)理論的基本觀點(diǎn)。

【應(yīng)用與拓展】

納米技術(shù)一、分子動(dòng)理論

納米技術(shù)是指在納米尺度內(nèi)（0.1～100nm）研究物質(zhì)的性質(zhì)和應(yīng)用的一種技術(shù)，也可以說(shuō)是用單個(gè)原子、分子制造物質(zhì)，以及利用這些物質(zhì)特性的多學(xué)科交叉的科學(xué)和技術(shù)。

當(dāng)物質(zhì)達(dá)到納米尺度以后，物質(zhì)的性能就會(huì)發(fā)生突變，出現(xiàn)特殊性能。納米技術(shù)目前已成功用于醫(yī)學(xué)、化學(xué)、光學(xué)、生物檢測(cè)、制造業(yè)以及國(guó)防等許多領(lǐng)域，并必將巨大地改善人類(lèi)的生活。02PART01溫度攝氏溫標(biāo)是瑞典天文學(xué)家攝爾修斯創(chuàng)立的，單位是℃（攝氏度）。攝氏溫標(biāo)以水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)作為特征溫度，將這兩個(gè)溫度分別定義為0

℃和100

℃。攝氏溫度用符號(hào)t

表示。表示物體冷熱程度的物理量，稱(chēng)為溫度。從微觀角度看，溫度反映了物體分子平均動(dòng)能的大小。溫度的數(shù)值表示方法，稱(chēng)為溫標(biāo)。常用的溫標(biāo)有：攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)（也叫絕對(duì)溫標(biāo)）。二、溫度熱力學(xué)溫度和攝氏溫度的數(shù)值關(guān)系為表示熱力學(xué)溫標(biāo)是由英國(guó)物理學(xué)家開(kāi)爾文創(chuàng)立的，單位是K（開(kāi)）。熱力學(xué)溫標(biāo)的單位大小與攝氏溫標(biāo)的相同。熱力學(xué)溫標(biāo)把宇宙最低溫度定義為0K，這個(gè)溫度稱(chēng)為絕對(duì)零度。國(guó)際上公認(rèn)的絕對(duì)零度為－273.15℃，用符號(hào)T表示。二、溫度

T=t+273

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)溫度計(jì)的要求也越來(lái)越高?？茖W(xué)家們發(fā)明了多種形式的新型溫度計(jì)。如在工業(yè)和科學(xué)研究中使用的電阻溫度計(jì)、半導(dǎo)體溫度計(jì)、熱電溫度計(jì)、光學(xué)高溫計(jì)、光度計(jì)等。

【應(yīng)用與拓展】

新型溫度計(jì)二、溫度在不接觸的情況下，分辨兩杯水的溫度是可能的。例如可以分別往里滴一滴橙汁，觀察橙汁擴(kuò)散的快慢，即可分辨出兩杯水溫度的高低。也可以借助如右圖所示的紅外線(xiàn)溫度計(jì)直接讀出溫度值。二、溫度

現(xiàn)藏于我國(guó)國(guó)家博物館的后母戊鼎（原稱(chēng)司母戊鼎，右圖），是迄今世界出土最大、最重的青銅禮器，享有“鎮(zhèn)國(guó)之寶”的美譽(yù)。后母戊鼎充分反映了我國(guó)商代青銅器制造業(yè)超大的生產(chǎn)規(guī)模，工匠們高超的藝術(shù)水準(zhǔn)和杰出的控溫技術(shù)，發(fā)達(dá)的青銅文化領(lǐng)先西方好幾個(gè)世紀(jì)。二、溫度03PART01氣體的壓強(qiáng)單個(gè)分子的撞擊力很小，而且是不連續(xù)的，但大量分子對(duì)器壁的撞擊卻可以產(chǎn)生大而連續(xù)的壓力。氣體垂直作用在器壁單位面積上的壓力，稱(chēng)為氣體的壓強(qiáng)。氣體在各個(gè)方向上產(chǎn)生的壓強(qiáng)都是相等的。氣體分子之間有很大的空隙，氣體分子間的相互作用力十分微弱，氣體分子可以自由地運(yùn)動(dòng)，常溫下多數(shù)氣體分子的速率都可達(dá)到數(shù)百米每秒——相當(dāng)于子彈的速率。三、氣體的壓強(qiáng)壓強(qiáng)用p表示，壓強(qiáng)的國(guó)際單位制單位是Pa（帕）。氣體從微觀角度來(lái)看，氣體溫度升高時(shí)，分子的熱運(yùn)動(dòng)變得劇烈，分子撞擊器壁的力變大，所以壓強(qiáng)增大。在炎熱的夏天，打足了氣的自行車(chē)行駛在滾燙的路面上，有時(shí)會(huì)爆胎，這是輪胎中氣體溫度升高，壓強(qiáng)增大造成的。當(dāng)汽缸中的燃油燃燒時(shí)，使得汽缸內(nèi)氣體的溫度升高，壓強(qiáng)增大，從而推動(dòng)活塞做功。三、氣體的壓強(qiáng)測(cè)量大氣壓的儀器稱(chēng)為氣壓表。氣壓表的種類(lèi)很多，氣象臺(tái)、實(shí)驗(yàn)室常用的一種氣壓表是動(dòng)槽式（福?。鈮罕?，其結(jié)構(gòu)如右圖所示。用一支長(zhǎng)90cm，上端封閉、下端開(kāi)口的玻璃管，管中裝滿(mǎn)水銀。將開(kāi)口端插入水銀槽中，水銀槽與大氣相通，玻璃管中的水銀柱的高度反映的即是大氣壓值。三、氣體的壓強(qiáng)

【應(yīng)用與拓展】

壓力表三、氣體的壓強(qiáng)04PART01熱力學(xué)能物理學(xué)中，把物體分子由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量稱(chēng)為分子動(dòng)能；把物體分子由于相互作用而具有的能量稱(chēng)為分子勢(shì)能。把物體內(nèi)所有分子的分子動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和，稱(chēng)為物體的熱力學(xué)能。我們?cè)诔踔幸呀?jīng)學(xué)過(guò)，物體由固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)時(shí)，需要吸收能量；由液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)時(shí)，也需要吸收能量。即對(duì)某種相同質(zhì)量的物質(zhì)來(lái)說(shuō)，液態(tài)分子的能量比固態(tài)分子的能量多，氣態(tài)分子的能量比液態(tài)分子的能量多。四、熱力學(xué)能

【觀察與體驗(yàn)】

觀察做功改變物體的熱力學(xué)能在空氣壓縮引火儀的玻璃筒中放一小團(tuán)硝化棉，將活塞放進(jìn)玻璃筒。用力迅速向下壓活塞，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明玻璃筒中被封閉氣體的溫度是如何變化的？此現(xiàn)象說(shuō)明通過(guò)外界對(duì)氣體做功，氣體的熱力學(xué)能如何變化？四、熱力學(xué)能相傳我國(guó)遠(yuǎn)古時(shí)代，燧人氏發(fā)明了鉆木取火的方法，即用一個(gè)木棒在另一塊木頭上不斷摩擦，木頭的溫度就會(huì)不斷提高，直到產(chǎn)生出煙火，發(fā)生燃燒。四、熱力學(xué)能

1847年，英國(guó)物理學(xué)家焦耳為了研究做功和物體溫度變化之間的定量關(guān)系，設(shè)計(jì)了如右圖所示的實(shí)驗(yàn)。焦耳通過(guò)此實(shí)驗(yàn)，較準(zhǔn)確地測(cè)出了熱功當(dāng)量的數(shù)值。四、熱力學(xué)能在現(xiàn)代生活中，夏天我們手持殺蟲(chóng)氣霧劑噴灑時(shí)，會(huì)感覺(jué)到噴灑后罐體的溫度比噴灑前下降了許多。這是由于罐體內(nèi)的壓縮氣體在膨脹時(shí)對(duì)外做功，自身的熱力學(xué)能減少，溫度降低的緣故。四、熱力學(xué)能柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理四、熱力學(xué)能在現(xiàn)代制造與加工行業(yè)，經(jīng)常使用摩擦焊接工藝，如右圖所示。四、熱力學(xué)能

【思考與討論】

與同學(xué)討論，在開(kāi)水降溫過(guò)程中，熱量是如何轉(zhuǎn)移的？

如果將一杯開(kāi)水放在桌面上，過(guò)一段時(shí)間，開(kāi)水就會(huì)變成與室溫相同的涼水。四、熱力學(xué)能人們通過(guò)大量類(lèi)似的觀察歸納出，當(dāng)兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸時(shí)，熱量總是自發(fā)地從溫度高的物體轉(zhuǎn)移到溫度低的物體，直到它們的溫度相等時(shí)才會(huì)停止。通過(guò)熱傳遞，原來(lái)溫度高的物體的熱力學(xué)能減少，原來(lái)溫度低的物體的熱力學(xué)能增加。也就是