高中物理(新人教版)選擇性必修3分子動(dòng)能和分子勢(shì)能

高中物理(新人教版)選擇性必修3分子動(dòng)能和分子勢(shì)能目錄分子動(dòng)理論基本概念分子動(dòng)能與溫度關(guān)系分子勢(shì)能及其影響因素理想氣體狀態(tài)方程及應(yīng)用熱力學(xué)第一定律與內(nèi)能變化熱力學(xué)第二定律與熵增加原理分子動(dòng)理論基本概念0101阿伏伽德羅常數(shù)1mol任何物質(zhì)都含有相同的粒子數(shù)，這個(gè)常數(shù)被稱為阿伏伽德羅常數(shù)，通常用NA表示。02分子的質(zhì)量和體積分子的質(zhì)量和體積都非常小，但可以通過(guò)一些實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算。03分子的熱運(yùn)動(dòng)物質(zhì)中的分子在永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)被稱為分子的熱運(yùn)動(dòng)。物質(zhì)由大量分子組成布朗運(yùn)動(dòng)01懸浮在液體或氣體中的微粒所做的永不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，被稱為布朗運(yùn)動(dòng)。它是分子熱運(yùn)動(dòng)的一種表現(xiàn)。02擴(kuò)散現(xiàn)象不同物質(zhì)在相互接觸時(shí)，彼此進(jìn)入對(duì)方的現(xiàn)象，被稱為擴(kuò)散現(xiàn)象。它也是分子熱運(yùn)動(dòng)的一種表現(xiàn)。03溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志溫度越高，分子的平均動(dòng)能越大，分子的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈。分子永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)

分子間存在相互作用力分子間作用力分子之間存在相互作用的引力和斥力，這種力被稱為分子間作用力。它隨著分子間距離的變化而變化。分子勢(shì)能由于分子間存在相互作用力，因此分子具有勢(shì)能，被稱為分子勢(shì)能。它是描述分子間相互作用力性質(zhì)的物理量。分子間作用力的應(yīng)用利用分子間作用力可以解釋許多物理和化學(xué)現(xiàn)象，如物質(zhì)的熔沸點(diǎn)、溶解性、表面張力等。分子動(dòng)能與溫度關(guān)系02溫度是大量分子熱運(yùn)動(dòng)的集體表現(xiàn)單個(gè)分子的動(dòng)能是不斷變化的，但大量分子的平均動(dòng)能卻表現(xiàn)出穩(wěn)定的特征，即溫度。溫度越高，分子平均動(dòng)能越大隨著溫度的升高，分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，平均動(dòng)能增大。溫度是分子平均動(dòng)能標(biāo)志0102麥克斯韋速率分布曲線在一定溫度下，不同速率的分子數(shù)所占的比例呈現(xiàn)特定的分布規(guī)律，稱為麥克斯韋速率分布曲線。分布曲線的特點(diǎn)隨著溫度的升高，分布曲線向高速率方向移動(dòng)，且曲線形狀變得更加扁平。不同溫度下分子速率分布曲線實(shí)驗(yàn)步驟將空氣封閉在絕熱容器內(nèi)，通過(guò)加熱或冷卻改變空氣的溫度，同時(shí)測(cè)量空氣的壓強(qiáng)和體積變化。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算得到空氣的比熱容比。實(shí)驗(yàn)原理利用熱力學(xué)第一定律和理想氣體狀態(tài)方程，通過(guò)測(cè)量空氣在絕熱過(guò)程中的壓強(qiáng)和體積變化，計(jì)算得到空氣的比熱容比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值進(jìn)行比較，分析誤差來(lái)源并討論實(shí)驗(yàn)的可靠性。實(shí)驗(yàn)：測(cè)定空氣比熱容比分子勢(shì)能及其影響因素03分子勢(shì)能是分子間相互作用力引起的能量，與分子間的距離有關(guān)。當(dāng)分子間距離改變時(shí)，分子勢(shì)能也隨之改變。分子勢(shì)能可以用數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)描述，通常與分子間距離r的函數(shù)關(guān)系有關(guān)。常見(jiàn)的分子勢(shì)能函數(shù)形式包括庫(kù)侖勢(shì)能、范德華勢(shì)能等。分子勢(shì)能概念分子勢(shì)能表達(dá)式分子勢(shì)能概念及表達(dá)式當(dāng)氣體體積增大時(shí)，分子間的平均距離增加，相互作用力減弱，導(dǎo)致分子勢(shì)能減小。當(dāng)氣體體積減小時(shí)，分子間的平均距離減小，相互作用力增強(qiáng)，導(dǎo)致分子勢(shì)能增大。體積增大對(duì)分子勢(shì)能的影響體積減小對(duì)分子勢(shì)能的影響體積變化對(duì)分子勢(shì)能影響實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)探究氣體在等溫條件下體積變化對(duì)分子勢(shì)能的影響，驗(yàn)證分子勢(shì)能與體積變化的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)：探究氣體等溫變化規(guī)律01實(shí)驗(yàn)步驟021.準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材，包括注射器、壓強(qiáng)傳感器、數(shù)據(jù)采集器等。032.將注射器與壓強(qiáng)傳感器連接，并密封好。實(shí)驗(yàn)：探究氣體等溫變化規(guī)律3.向注射器中注入一定量的氣體，記錄初始狀態(tài)下的體積和壓強(qiáng)。5.分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制等溫條件下氣體體積與壓強(qiáng)的關(guān)系曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，可以得出在等溫條件下，氣體體積與壓強(qiáng)成反比關(guān)系，驗(yàn)證了氣體等溫變化規(guī)律的正確性。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明體積變化對(duì)分子勢(shì)能具有顯著影響。4.改變注射器中氣體的體積，記錄不同體積下的壓強(qiáng)值。實(shí)驗(yàn)：探究氣體等溫變化規(guī)律理想氣體狀態(tài)方程及應(yīng)用04$pV=nRT$，其中$p$表示氣體壓強(qiáng)，$V$表示氣體體積，$n$表示氣體的物質(zhì)的量，$R$表示氣體常數(shù)，$T$表示氣體的熱力學(xué)溫度。理想氣體狀態(tài)方程可以通過(guò)對(duì)方程進(jìn)行變形，得到求解氣體壓強(qiáng)、體積、溫度等物理量的表達(dá)式。方程變形理想氣體狀態(tài)方程表達(dá)式理想氣體假設(shè)理想氣體是一種假想的氣體，其分子間無(wú)相互作用力，分子本身不占體積。適用條件在溫度不太低、壓強(qiáng)不太大的情況下，實(shí)際氣體可以近似看作理想氣體。理想氣體狀態(tài)方程適用條件問(wèn)題描述：一個(gè)封閉容器內(nèi)裝有一定量的氣體，已知?dú)怏w的體積、溫度和物質(zhì)的量，求氣體的壓強(qiáng)。應(yīng)用舉例：計(jì)算封閉容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)01解題步驟021.根據(jù)題意，確定已知量和未知量。2.選擇合適的氣體狀態(tài)方程，將已知量代入方程求解未知量。應(yīng)用舉例：計(jì)算封閉容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)023.對(duì)結(jié)果進(jìn)行單位換算和誤差分析。實(shí)例分析：例如，一個(gè)封閉容器內(nèi)裝有1mol的氣體，體積為22.4L，溫度為273K，求氣體的壓強(qiáng)。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程$pV=nRT$，代入已知量進(jìn)行計(jì)算即可得出結(jié)果。應(yīng)用舉例：計(jì)算封閉容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)熱力學(xué)第一定律與內(nèi)能變化05$DeltaU=W+Q$，其中$DeltaU$表示物體內(nèi)能的變化量，$W$表示外界對(duì)物體做的功，$Q$表示物體吸收的熱量。熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱現(xiàn)象中的具體體現(xiàn)，它揭示了熱現(xiàn)象中不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，而總能量保持不變。熱力學(xué)第一定律表達(dá)式和意義意義表達(dá)式通過(guò)外界對(duì)物體做功或物體對(duì)外界做功來(lái)改變物體的內(nèi)能。做功使物體的內(nèi)能發(fā)生變化時(shí)，物體的溫度不一定發(fā)生變化。做功通過(guò)物體之間溫度差的存在，使得熱量從高溫物體傳遞給低溫物體，從而改變物體的內(nèi)能。熱傳遞過(guò)程中，物體的溫度一定會(huì)發(fā)生變化。熱傳遞改變物體內(nèi)能兩種方式比較已知物體的質(zhì)量、比熱容和溫度變化量，可以計(jì)算物體吸收或放出的熱量。例如，一個(gè)質(zhì)量為$m$、比熱容為$c$的物體，溫度升高$DeltaT$時(shí)吸收的熱量為$Q=cmDeltaT$。已知?dú)怏w的摩爾數(shù)、摩爾熱容和溫度變化量，可以計(jì)算氣體吸收或放出的熱量。例如，摩爾數(shù)為$n$、摩爾熱容為$C_V$的理想氣體，溫度升高$DeltaT$時(shí)吸收的熱量為$Q=nC_VDeltaT$。應(yīng)用舉例：計(jì)算物體吸收或放出熱量熱力學(xué)第二定律與熵增加原理06熱力學(xué)第二定律表述和意義熱力學(xué)第二定律的表述不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。熱力學(xué)第二定律的意義揭示了自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性，是不可逆的。在任何自然過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵會(huì)不斷增加，即向著熵最大的方向進(jìn)行。熵增加原理的表述熵增加原理是熱力學(xué)第二定律的另一種表述方式，它表明在孤立系統(tǒng)中，不可逆過(guò)程總是向著熵最大的方向進(jìn)行，即系統(tǒng)的無(wú)序程度會(huì)不斷增加。熵增加原理的意義熵增加原理表述和意義判斷依據(jù)根據(jù)熱力學(xué)第二定律和熵增加原理，如果一個(gè)過(guò)程能夠自發(fā)地進(jìn)行，并且不產(chǎn)生其他影響，那么這個(gè)過(guò)程就是不可逆的。應(yīng)