高二物理3-3第一章分子動(dòng)理論魯教版知識(shí)精講

1、高二物理高二物理 3-33-3 第一章第一章 分子動(dòng)理論分子動(dòng)理論魯教版魯教版 【本講教育信息】 一. 教學(xué)內(nèi)容： 3-3 第一章 分子動(dòng)理論 二. 知識(shí)重點(diǎn)： 1. 分子動(dòng)理論的基本觀點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)： （1）物體由大量分子組成，分子間存在著空隙。 （實(shí)驗(yàn)依據(jù)：分子直徑的測(cè)定） （2）組成物體的大量分子都在不停地做無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。 （實(shí)驗(yàn)依據(jù)：擴(kuò)散現(xiàn)象 和布朗運(yùn)動(dòng)） （3）分子間同時(shí)存在著引力和斥力，實(shí)際表現(xiàn)出來(lái)的力是分子間引力和斥力 的合力。 （依據(jù)：物體很難被無(wú)限制壓縮或拉伸） 2. 阿伏加德羅常數(shù) 3. 氣體分子運(yùn)動(dòng)速率的統(tǒng)計(jì)分布（中間多，兩頭少；當(dāng)溫度升高，分布曲線峰 值向速率大的一方移動(dòng)

2、） 4. 溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，內(nèi)能 三. 知識(shí)難點(diǎn)： 1. 有關(guān)阿伏加德羅常數(shù)的計(jì)算 2. 關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)的理解和擴(kuò)散現(xiàn)象的區(qū)別 3. 關(guān)于分子間作用力和分子間勢(shì)能的理解以及對(duì) F-R，EPR 圖象的理解 4. 關(guān)于分子平均動(dòng)能、分子勢(shì)能、內(nèi)能和內(nèi)能變化的掌握 （一）用油膜法測(cè)定分子大?。?用油膜法測(cè)分子的直徑有兩個(gè)理想化近似條件： 把在水面上盡可能分散開(kāi)的油膜視為單分子油膜。 把形成單分子油膜的分子視為緊密排列的球形分子，此時(shí)只需測(cè)出油滴的體 積 V，再測(cè)出油膜的面積 S，由 d= S V 可算出油分子的直徑。 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：分子直徑的數(shù)量級(jí)為 10-10m（一般分子質(zhì)量數(shù)量級(jí)為 10271

3、026kg） （二）阿伏加德羅常數(shù)是連接宏觀量和微觀量的橋梁 阿伏加德羅常數(shù)：1 摩爾任何物質(zhì)含有的微粒數(shù)相同，這個(gè)數(shù)叫阿伏加德羅常 數(shù)。阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值：6.021023mol-1 （現(xiàn)在測(cè)定它的精確值是 NA=6.0220451023/mol） 。 如果已經(jīng)知道分子的大小，不難粗略算出阿伏加德羅常數(shù)。 1mol 水的質(zhì)量是 0.018kg，體積是 1.810-5m3。每個(gè)水分子的直徑是 41010米，假設(shè)水分子是一個(gè)挨著一個(gè)排列的，如何算出 1mol 水中所含的水分 子數(shù)？ 阿伏加德羅常數(shù)起溝通宏觀量和微觀量的橋梁作用，微觀量是指直接描述分子 的幾何性質(zhì)和物理性質(zhì)的物理量，如分子直徑

4、d，分子體積 V0，分子質(zhì)量 mo；宏觀 量有物質(zhì)的密度 ，物體的質(zhì)量 m，物質(zhì)的摩爾質(zhì)量 M，物質(zhì)的摩爾體積 V摩。它 們之間的運(yùn)算關(guān)系是： 分子質(zhì)量 mo=M/NA 固體、液體分子體積 V分=V摩/NA 在體積 V 中的分子數(shù) n=VNA /M 在質(zhì)量 m 中的分子數(shù) n=m NA /M 【典型例題】 例 1. 已知?dú)錃獾哪栙|(zhì)量是 210-3kg/mol，計(jì)算 1 個(gè)氫原子的質(zhì)量。 分析解答：這是一個(gè)利用阿伏加德羅常數(shù)和有關(guān)化學(xué)知識(shí)的計(jì)算問(wèn)題。這里就 要求同學(xué)們對(duì)摩爾、摩爾質(zhì)量及阿伏加德羅常數(shù)的概念要清楚，同時(shí)還要清楚它們 的內(nèi)在聯(lián)系，這樣在解題時(shí)就不會(huì)困難了。 MH=210-3kgmo

5、l-1 NA=6.021023mol-1 )(103 . 3 1002 . 6 102 23 23 3 kg N M m A H H 例 2. 從下列哪一組數(shù)據(jù)可以計(jì)算出阿伏加德羅常數(shù)（ ） A. 水的密度和水的摩爾質(zhì)量 B. 水的摩爾質(zhì)量和水分子的體積 C. 水分子的體積和水分子的質(zhì)量 D. 水分子的質(zhì)量和水的摩爾質(zhì)量 分析解答：阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀量和微觀量的橋梁，所以它計(jì)算的必然是性 質(zhì)相同的兩個(gè)物理量，且其中一個(gè)是宏觀量，另一個(gè)是微觀量。如已知物質(zhì)分子的 體積和物質(zhì)的摩爾體積，物質(zhì)的分子質(zhì)量和物體的摩爾質(zhì)量，均可計(jì)算出阿伏加德 羅常數(shù)，據(jù)此可以排除選項(xiàng) A、B、C，而 D 選項(xiàng)兩個(gè)

6、量性質(zhì)相同，且一個(gè)是宏觀量， 另一個(gè)微觀量，D 選項(xiàng)正確。 例 3. 已知阿伏加德羅常數(shù)為 NA，設(shè)某種固體物質(zhì)的摩爾質(zhì)量為 M，密度為 ， 此物質(zhì)樣品質(zhì)量為 m，體積為 V，總分子數(shù)為 n，則下列表達(dá)式中能表示一個(gè)分子 質(zhì)量的是： A. NA/M ；B. M/NA；C. m/n ；D. M/V。 分析解答：此題是把有關(guān)描述物質(zhì)質(zhì)量、體積及它們關(guān)系的物理量都提出來(lái)， 讓你能與阿伏加德羅常數(shù)結(jié)合起來(lái)，進(jìn)行宏觀量與微觀量之間的計(jì)算。 首先，要指導(dǎo)弄清各量的物理意義。 NA是表示 1mol 某物質(zhì)的分子個(gè)數(shù)。 M 表示 1mol 某物質(zhì)的質(zhì)量 表示單位體積某物質(zhì)的質(zhì)量 m 表示物體的質(zhì)量，V 表示其

7、體積，n 表示它含的分子數(shù)。 用上述知識(shí)去分析備選答案，可看出只有 C 最后能得出質(zhì)量單位，進(jìn)一步分析 可看出是物體質(zhì)量被物體含分子數(shù)去除，與題意相符。 （三）利用恰當(dāng)模型估算微觀量 1. 對(duì)液體、固體來(lái)說(shuō)，微觀模型是： 分子緊密排列，將物質(zhì)的摩爾體積分成 NA個(gè)等分，每一等分就是一個(gè)分子的 體積。在估算分子直徑時(shí)，設(shè)想分子是一個(gè)球體。在估算分子間距離時(shí)，設(shè)想分子 是一個(gè)正方體，正方體的邊長(zhǎng)即為分子間距。當(dāng)分子看為球體模型時(shí)，分子線度 （直徑） ；正方體模型時(shí) 2. 氣體分子不是緊密排列的，所以上述微觀模型對(duì)氣體不適用，但上述微觀模型 可用來(lái)估算氣體分子間的距離（利用模型計(jì)算出氣體分子所占據(jù)的

8、空間體積） 。利 用正方體模型時(shí) 例 4. 求在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 1 摩爾的氧氣（的體積是 22.4 升）中每個(gè)氧分子占據(jù)的 空間體積？ 解：V= 0 N Vmol = 23 3 1002 . 6 10 2 . 22 m3 =3.710-26m3。把這個(gè)空間看成一個(gè)小立方體，兩 個(gè)氧分子所占空間的中心間距，可以看作分子間距離，它就等于小立方體的邊長(zhǎng)。 氧分子間距離 d= 3 V = 326 107 . 3 m=310-9m 點(diǎn)評(píng)：氣體分子的間距遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分子的直徑（線度） ，氣體占有的空間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氣 體分子占有體積的總和。為估算氣體分子的平均距離，可設(shè)想每個(gè)氣體占有相等的 空間，而分子位于其對(duì)稱中心，

9、為了使空氣分子占有空間的總和跟氣體充滿的空間 一致，可將空間均勻分成與分子數(shù)相同的立方體（相當(dāng)于分子的立方體模型） ，則 立方體的邊長(zhǎng)即為分子間距。 例 5. 水的密度=1.0103kg/m3，水的摩爾質(zhì)量 Mm=1.8102kg/mol，試求： （1）1cm3的水中有多少個(gè)水分子。 （2）用立方體模型估算水分子的直徑。 解：水的摩爾體積 Vm=Mm/=1.8102/1.0103=1.8105（m3/mol） 1cm3水中所含分子數(shù)為 n=VN/Vm=11066.021023/1.8105=3.31022個(gè)， 建立水分子的立方體模型，設(shè)邊長(zhǎng)為 L， 則有 Vm/N=Vo=L3， 。 （四）布朗

10、運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散現(xiàn)象 布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮在液體（或氣體）中的微粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)并不是分 子的運(yùn)動(dòng)，而是由于微粒受到分子撞擊力不平衡所致，故它能反映分子的運(yùn)動(dòng)特征， 即布朗運(yùn)動(dòng)的意義：布朗運(yùn)動(dòng)的永不停止，說(shuō)明分子運(yùn)動(dòng)是永不停止的。布朗 運(yùn)動(dòng)路線無(wú)規(guī)則，說(shuō)明分子運(yùn)動(dòng)是無(wú)規(guī)律的。布朗運(yùn)動(dòng)隨溫度的升高而越加劇烈， 說(shuō)明分子的無(wú)規(guī)律運(yùn)動(dòng)劇烈程度與溫度有關(guān)。 擴(kuò)散現(xiàn)象：兩種相互接觸的物質(zhì)彼此進(jìn)入對(duì)方的現(xiàn)象叫擴(kuò)散現(xiàn)象。擴(kuò)散現(xiàn)象與 溫度有關(guān)，它也能夠證明分子是永不停息地做著無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。 例 6. 關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法中正確的是（ ） A. 布朗運(yùn)動(dòng)指的是液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。 B. 與固體微粒相碰撞的液體分

11、子越少，布朗運(yùn)動(dòng)越顯著 C. 液體的溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)越顯著 D. 布朗運(yùn)動(dòng)只能在液體中發(fā)生 解析：布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮在液體（或氣體）中的微粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，不是液體分 子的運(yùn)動(dòng)，它的產(chǎn)生是由液體分子對(duì)固體顆粒的撞擊不平衡而引起的，與顆粒的大 小以及液體或氣體的溫度有關(guān)。因?yàn)楣腆w顆粒越小，與顆粒相撞的分子數(shù)也越少， 這種撞擊的不平衡越明顯；液體或氣體的溫度越高，撞擊得越劇烈。 綜上所述，答案為 BC。 （五）分子之間的相互作用 分子之間存在著相互作用的引力 f引和相互作用的 f斥，實(shí)際表現(xiàn)出來(lái)的分子 力 F 是分子引力 f引和分子斥力 f斥的合力。f引和 f斥是同時(shí)存在的，它們的大小 與分子間距離有

12、關(guān)，且都隨分子間距離的增大而減小，只不過(guò)斥力減小得更快些。 因此有： 當(dāng) rro，f斥f引 分子力 F 表現(xiàn)為引力 當(dāng) rro，f斥f引 分子力 F0 當(dāng) rro，f斥f引 分子力 F 表現(xiàn)為斥力 這里 ro的數(shù)量級(jí)約為 10-10米。 分子力屬短程力，當(dāng)分子間的距離的數(shù)量級(jí)大于 10-9米時(shí)，已經(jīng)變得十分微弱， 可以認(rèn)為分子力為零。 例 7. 關(guān)于分子間作用力，下列說(shuō)法中正確是（ ） A. 當(dāng)分子間距離為 ro時(shí)，它們之間既沒(méi)有斥力也沒(méi)有引力。 B. 分子間的距離大于 ro時(shí)，分子間只有引力 C. 分子間的引力和斥力都隨分子間的距離的增大而減少 D. 分子間的平衡距離 ro與分子直徑是同一數(shù)

13、量級(jí) 解析：分子間同時(shí)存在著相互作用的引力和斥力，它們的大小都隨分子間距離 的增大而減小，且斥力減小得更快些。分子力是相互作用的引力和斥力的合力，當(dāng) rro時(shí)，f引f斥，分子力表現(xiàn)為引力；當(dāng) rro時(shí)，f引f斥，分子力表現(xiàn)為斥 力；當(dāng) rro時(shí)，f引f斥，分子力為零，ro的數(shù)量級(jí)為 10-10米，與分子直徑同數(shù) 量級(jí)。 綜上所述，答案為 CD。 （六）物體的內(nèi)能： 物體的內(nèi)能是組成物體的所有分子的動(dòng)能和勢(shì)能的總和，物體的內(nèi)能與物體的 質(zhì)量、體積、溫度、物態(tài)有關(guān)。 1. 分子動(dòng)能 （1）分子動(dòng)能：分子做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)而具有的動(dòng)能。 （2）分子的平均動(dòng)能：物體內(nèi)所有分子動(dòng)能的平均值。 （3）溫度是分子

14、平均動(dòng)能的標(biāo)志。 2. 分子勢(shì)能 （1）分子勢(shì)能：由相互作用的分子之間的相對(duì)位置決定的勢(shì)能。 （2）分子勢(shì)能的大小在宏觀上與物體的體積有關(guān)。 3. 物體的內(nèi)能 （1）物體的內(nèi)能：物體內(nèi)所有分子動(dòng)能和勢(shì)能的總和。 （2）物體內(nèi)能的大小：與物體的溫度和體積以及物體內(nèi)分子個(gè)數(shù)都有關(guān)系。 （3）我們關(guān)心的不是單個(gè)分子的情況，而是考慮大量分子的集體行為。 （4）對(duì)于理想氣體來(lái)說(shuō)，由于不考慮分子間的相互作用力，即不考慮分子勢(shì) 能，所以理想氣體的內(nèi)能只跟理想氣體的質(zhì)量、溫度有關(guān)。 4. 改變物體內(nèi)能的方式：做功、熱傳遞。 做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的。 做功、熱傳遞改變物體內(nèi)能的實(shí)質(zhì) 做功：內(nèi)能和其

15、它形式的能相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程。內(nèi)能的改變就用功的數(shù)值來(lái)量度。 熱傳遞：物體之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。內(nèi)能的改變是用熱量來(lái)量度的。 例 8. 兩個(gè)分子甲和乙相距較遠(yuǎn)（此時(shí)分子力可以忽略） ，設(shè)甲分子固定不動(dòng)， 乙分子逐漸向甲靠近直到不能再靠近，在這個(gè)過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是（ ） A. 分子力總對(duì)乙做正功，分子勢(shì)能不斷減小 B. 乙總是克服分子力做功，分子勢(shì)能不斷增大 C. 乙先是克服分子力做功，然后分子力對(duì)乙做正功，分子勢(shì)能先增大后減小 D. 先是分子力對(duì)乙做正功，然后乙克服分子力做功，分子勢(shì)能先減小后增大 分析解答：分子勢(shì)能是由分子間相互作用力和分子間距決定的能量。本題所給出的 甲、乙兩分子相距較遠(yuǎn)時(shí)，分

16、子力可忽略，此時(shí)分子力為零，分子勢(shì)能也為零，甲 固定不動(dòng)，乙向甲靠近直到 r=ro的過(guò)程中，由于 rro，分子力合力為引力，分子 力做正功，分子勢(shì)能越來(lái)越小，且比零小，為負(fù)值。r=ro時(shí)分子勢(shì)能最小，乙分子 從 r=ro到不能再靠近甲的過(guò)程中，由于 rro分子力合力為斥力，分子力做負(fù)功， 分子勢(shì)能增加。所以先是分子力對(duì)乙做正功，然后乙克服分子力做功，分子勢(shì)能先 減小后增大，選項(xiàng) D 正確。 點(diǎn)評(píng)：判斷分子勢(shì)能大小的變化，跟判斷重力勢(shì)能一樣，首先確定零勢(shì)能點(diǎn)，其次 看分子力做功，分子力做正功，分子勢(shì)能減小，克服分子力做功，分子勢(shì)能增大。 例 9. 關(guān)于物體內(nèi)能及其變化，下列說(shuō)法正確的是 （ ）

17、A. 物體的內(nèi)能改變時(shí)，其溫度必定改變 B. 物體對(duì)外做功，其內(nèi)能不一定改變；向物體傳遞熱量，其內(nèi)能不一定改變 C. 對(duì)物體做功，其內(nèi)能必定改變；物體對(duì)外傳出一定熱量，其內(nèi)能必定改變 D. 若物體與外界不發(fā)生熱交換，其內(nèi)能必定不改變。 解析：改變物體內(nèi)能的方式有兩種：做功和熱傳遞，這兩種方式既可同時(shí)進(jìn)行 也可單獨(dú)進(jìn)行。物體的內(nèi)能變化時(shí)，其溫度不一定改變，A 項(xiàng)錯(cuò)。物體對(duì)外做功或 外界向物體傳遞熱量，物體的內(nèi)能不一定改變，因?yàn)槲矬w對(duì)外做功的同時(shí)外界向物 體傳遞熱量或外界向物體傳遞熱量的同時(shí)物體對(duì)外做功均能保證物體的內(nèi)能不變， 故 B 項(xiàng)正確。同 B 項(xiàng)理由，對(duì)物體做功或物體對(duì)外傳出一定熱量，物體

18、的內(nèi)能不一 定改變，即 C 項(xiàng)錯(cuò)。對(duì)于 D 項(xiàng)，若物體與外界不發(fā)生熱傳遞，但若對(duì)外做功或?qū)ξ?體做功，其內(nèi)能也會(huì)改變，故 D 項(xiàng)錯(cuò)。 綜上所述，答案為 B。 例 10. 下列說(shuō)法中正確的是（ ） A. 1kg100的水比 1kg70的水內(nèi)能大 B. 1kg100的水比 2kg100的水內(nèi)能小 C. 1kg100的水比 1kg100的水蒸氣內(nèi)能小 D. 標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1kg 氫氣和 1kg 氧氣的內(nèi)能相同。 分析解答：物體內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子動(dòng)能和勢(shì)能的總和。它與物體的摩爾數(shù)、 溫度、體積和物態(tài)有關(guān)。比較兩個(gè)物體內(nèi)能大小應(yīng)抓住相同因素，比較不同因素， A 選項(xiàng)都是 1kg 的水，分子個(gè)數(shù)相同，只是

19、溫度不同，分子動(dòng)能不同。前者 100， 后者 70，故前者內(nèi)能大。B 選項(xiàng)中，1kg 水比 2kg 水分子個(gè)數(shù)少，1kg 水內(nèi)能小。 C 選項(xiàng)中同是 1kg 水，溫度均為 100，但前者是水，后者是水蒸氣，同溫度的水 變成同溫度的水蒸氣要吸熱，使其分子勢(shì)能增大，所以 1kg100的水比 1kg100 的水蒸氣內(nèi)能小。D 選項(xiàng)中，其它因素相同，只是分子數(shù)不同，摩爾數(shù)不同。1kg 氫氣摩爾數(shù)為 1kg/0.002kg/mol，1kg 氧氣摩爾數(shù)為 1kg/0.032kg/mol，氫氣摩爾 數(shù)大，分子個(gè)數(shù)多，內(nèi)能大。故選項(xiàng) A、B、C 正確。 【模擬試題】 （答題時(shí)間：30 分鐘） 1. 關(guān)于分子動(dòng)

20、理論，下述說(shuō)法正確的是（ ） A. 分子是組成物質(zhì)的最小微粒 B. 物質(zhì)是由大量分子組成的 C. 分子永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng) D. 分子間有相互作用的引力或斥力 E. 分子間有相互作用的引力和斥力 F. 分子動(dòng)理論是在一定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上提出的 2. 在油膜實(shí)驗(yàn)中，體積為 Vm3的某種油，形成直徑為 dm 的油膜，則油分子的直 徑近似為（ ） A. 2V/d2（m） B. （V/d）24/（m） C. d2/4V（m） D. 4V/d2（m） 3. 如果 M 表示摩爾質(zhì)量，m 表示分子質(zhì)量，v1表示分子的體積，V 表示摩爾體積。 N 表示阿伏加德羅常數(shù)，n0表示單位體積的分子數(shù)， 表示物質(zhì)密度，那么

21、反映這 些量之間關(guān)系的下列各式中，正確的是（ ） A. V=M/ B. m=V1 C. N=V1/V D. N=V/V1 E. =n0M/N F. m=M/N G. N=M/n0 H. n0=N/V 4. 從下列哪一組數(shù)據(jù)可以算出阿伏加德羅常數(shù)（ ） A. 水的密度和水的摩爾質(zhì)量 B. 水的摩爾質(zhì)量和水分子的體積 C. 水的摩爾質(zhì)量和水分子的質(zhì)量 D. 水分子的體積和水分子的質(zhì)量 5. 關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)的下列說(shuō)法中，正確的是 （ ） A. 布朗運(yùn)動(dòng)就是液體分子的熱運(yùn)動(dòng) B. 布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮在液體中的固體顆粒內(nèi)的分子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng) C. 溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)越激烈 D. 懸浮顆粒越小，布朗運(yùn)動(dòng)越激烈 6. 如圖是觀察記錄做布朗運(yùn)動(dòng)的一個(gè)微粒的運(yùn)動(dòng)路線。從微粒在 A 點(diǎn)開(kāi)始記錄， 每隔 30 秒記錄下微粒的一個(gè)位置，得到 B、C、D、E、F、G 等點(diǎn)，則微粒在 75 秒 末時(shí)的位置（ ） A. 一定在 CD 連線的中點(diǎn) B. 一定不在 CD 連線的中點(diǎn) C. 可能在 CD 連線上，但不一定在 CD 連線的中點(diǎn) D. 可能在 CD 連線以外的某點(diǎn) 7. 以下幾種說(shuō)法，正確的是（ ） A. 因?yàn)榭諝夥肿娱g存在斥力，所以用氣筒給自行車打氣時(shí)，要用力才