第十一章 分子熱運(yùn)動(dòng) 能量守恒教案

1、第1節(jié) 物質(zhì)是由大量分子組成的一、物質(zhì)是由大量分子組成的1、分子定義：分子是具有各種化學(xué)性質(zhì)的最小微粒。2、構(gòu)成物質(zhì)的單位是多種多樣的，或是原子（如金屬）或是離子（如鹽類）或是分子（如有機(jī)物）。為了簡(jiǎn)化，這里把構(gòu)成物質(zhì)的單位統(tǒng)稱為分子。二、分子的大小1、油膜法測(cè)定分子的大?。喊延偷蔚蔚剿嫔?，油在水面上散開，形成單分子油膜。如果把分子看成球形，單分子油膜的體積，再測(cè)出油膜的面積，就可以算出油分子的直徑。d=V/s 進(jìn)而可求分子體積v=4/3r32、場(chǎng)離子顯微鏡觀測(cè)法 3、分子直徑數(shù)量級(jí)：10-10米(除一些有機(jī)物分子外)4、分子模型的建立：立方體模型,.球分子模型三、阿伏加德羅常數(shù)1、概念：1

2、摩的任何物質(zhì)含有的微粒數(shù)相同，這個(gè)數(shù)叫阿伏加德羅常數(shù)。2、阿伏加德羅的測(cè)定 ：6.02 × 1023摩-1粗略計(jì)算時(shí)：6.0 × 1023摩-1分子的質(zhì)量1、根據(jù)摩爾質(zhì)量M、阿佛加得羅常 數(shù)N0求分子質(zhì)量m m=M/N 計(jì)算分子的體積練習(xí)：1、體積是10-4cm3的油滴滴于水中，若展開成一單分子油膜，則油膜面積的數(shù)量級(jí)是  （ ）A102cm2             B104cm2    

3、60;        C106cm2              D108cm22、已知銅的摩爾質(zhì)量M=63.5g，銅的密度是=8.9g/cm3，試估算銅原子的質(zhì)量和銅原子的體積。已知NA=6.02×1023mol-1 3、若已知鐵的原子量是56，鐵的密度是7.8×103kg/m3，求：1）質(zhì)量是1g的鐵塊中鐵原子的數(shù)目（取1位有效數(shù)字）2）計(jì)算出鐵原子的直徑是多少米？個(gè)04、已

4、知汞的摩爾質(zhì)量200.×10 kg/mol，密度為3.6×10kg/m，則一個(gè)汞原子的體積是多少?體積為1cm的汞中有多少個(gè)汞原子?（保留兩位有效數(shù)字）1、體積為1×10-3 cm3的一滴石油,滴在湖面上,擴(kuò)展成面積是3m2的油膜,可估算出石油分子直徑的大小為_ m2.分子直徑數(shù)量級(jí)為_m ,阿伏伽德羅常數(shù)為_ /mol.3.用油膜法測(cè)出油的分子直徑后,要測(cè)阿伏加德羅常數(shù),只需要知道油滴的:A.摩爾質(zhì)量; B.摩爾體積;C.體積; D.密度.4.如果用M表示某液體的摩爾質(zhì)量,m表示分子質(zhì)量,表示密度,V表示摩爾體積,V'表示分子體積,N為阿伏伽德羅常數(shù),則

5、下列關(guān)系中正確的是:A.N=V'/V; B.N=V/V' C.V=M;D.V=M;E.m=M/N; F.m= V' .5.水和灑精混合后的體積小于原來總體積之和,這主要說明:A.分子是在不停息地運(yùn)動(dòng)著; B.分子之間是有空隙的;C.水分子和酒精分子之間有相互作用的吸引力; D.混合后水分子和灑精分子體積減小第2節(jié) 分子熱運(yùn)動(dòng)1.1827年英國植學(xué)家布朗用顯微鏡觀察水中懸浮的花粉，發(fā)現(xiàn)這些花粉顆粒不停地做無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)后來就叫布朗運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)在一般指懸浮在液體或氣體中的固體小顆粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng) 2、布朗運(yùn)動(dòng)有怎樣的規(guī)律：永不停息的作無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，顆粒越小，布朗運(yùn)動(dòng)越顯著，

6、溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)越顯著。（1）各個(gè)方向的液體（或氣體）分子對(duì)固體小顆粒的作用力不平衡而引起的。（2）布朗運(yùn)動(dòng)不是分子的運(yùn)動(dòng)。但它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律反映了分子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（3）有關(guān)，顆粒越小，布朗運(yùn)動(dòng)越顯著。因?yàn)椴祭蔬\(yùn)動(dòng)是由于微粒受到各個(gè)方向的液體(或氣體)分子作用力不平衡而引起的,如果微粒比較大,來自各個(gè)方向的沖擊力的平均效果可以認(rèn)為是相互平衡的,而且微粒的質(zhì)量較大,受到很小的沖力,也難改變?cè)械倪\(yùn)動(dòng)狀態(tài),所以難觀察到布朗運(yùn)動(dòng).（4）有關(guān)，溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)越顯著。 說明：布朗運(yùn)動(dòng)雖然不是分子的運(yùn)動(dòng)，但它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律反映了分子在永不停息的做無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，而且溫度越高分子運(yùn)動(dòng)越劇烈3.由于分子的運(yùn)動(dòng)與溫度

7、有關(guān)，溫度越高分子運(yùn)動(dòng)越劇烈。所以，我們把分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)叫作熱運(yùn)動(dòng)練習(xí)布朗運(yùn)動(dòng)是說明分子運(yùn)動(dòng)的重要實(shí)驗(yàn)事實(shí),則布朗運(yùn)動(dòng)是指:A.液體分子的運(yùn)動(dòng);B.懸浮在液體中的固體分子運(yùn)動(dòng); C.固體微粒的運(yùn)動(dòng);D.液體分子與固體分子的共同運(yùn)動(dòng).關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng),下列說法正確的是:A.布朗運(yùn)動(dòng)就是分子運(yùn)動(dòng),布朗運(yùn)動(dòng)停止了,分子運(yùn)動(dòng)也會(huì)暫時(shí)停止;B.微粒作布朗運(yùn)動(dòng),充分說明了微粒內(nèi)部分子是不停地作無規(guī)則運(yùn)動(dòng);C.布朗運(yùn)動(dòng)是無規(guī)則的,因此大量液體分子的運(yùn)動(dòng)也是毫無規(guī)則的; D.布朗運(yùn)動(dòng)是由于液體分子撞擊的不平衡性引起的。關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)的劇烈程度,下面說法不正確的有:A.固體微粒越小,布朗運(yùn)動(dòng)越顯著; B.液體的溫度

8、越高,布朗運(yùn)動(dòng)越顯著;C.與固體微粒相碰撞的液體分子數(shù)目越多,布朗運(yùn)動(dòng)越明顯;D.與固體微粒相碰撞的液體分子數(shù)目越少,布朗運(yùn)動(dòng)越顯著.較大的懸浮顆粒不做布朗運(yùn)動(dòng),是由于:A.液體分子不一定與顆粒相撞; B.各個(gè)方向的液體分子對(duì)顆粒沖力的平均效果相互平衡;C.顆粒的質(zhì)量大,不易改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài); D.顆粒分子本身的熱運(yùn)動(dòng)緩慢.關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散現(xiàn)象說法正確的是:A.布朗運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散現(xiàn)象都在氣體、液體、固體中發(fā)生; B.布朗運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散現(xiàn)象都是分子的運(yùn)動(dòng);C.布朗運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散現(xiàn)象都是溫度越高越明顯; D.布朗運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散現(xiàn)象都是永不停息的. C。CD。ABD。BC。C第3節(jié) 分子間的相互作用3. 

9、分子間的相互作用力 （1） 分子間同時(shí)存在著引力和斥力，實(shí)際表現(xiàn)出來的是分子引力和斥力的合力。 （2） 分子力隨分子間距離變化的關(guān)系： rr0時(shí)，分子引力和斥力相等，分子力為零，分子處于平衡位置； rr0時(shí)，分子引力大于分子斥力，分子力為引力； r r0時(shí)分子引力小于分子斥力，分子力為斥力 當(dāng)分子間距離超過它們的直徑的10倍時(shí)，相互作用 十分微弱，可認(rèn)為分子力為零。 （3） 引力和斥力都隨分子間距離的增大而增大，隨分子間距離的減小而減小，但斥力的變化比引力的變化快。 第四節(jié) 物體的內(nèi)能 熱量一、分子的動(dòng)能 溫度所有運(yùn)動(dòng)的物體都有動(dòng)能，即便是在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的熱學(xué)狀態(tài)，組成物體的分子的動(dòng)能并不是都

10、大小一樣的，（*它們的速率隨分子個(gè)數(shù)的分布是一個(gè)復(fù)雜的函數(shù)稱麥克斯韋速率分布。）所以研究每個(gè)分子的動(dòng)能顯得毫無必要。1、分子動(dòng)能平均動(dòng)能盡管單個(gè)分子的速率情況幾乎沒有規(guī)律可言（方向無規(guī)則，大小也是具有無規(guī)則性），但分子的平均動(dòng)能卻呈現(xiàn)這樣的規(guī)律：溫度高時(shí)，平均動(dòng)能大，溫度低時(shí)，平均動(dòng)能小，（*定量的規(guī)律是正比關(guān)系 = kT ）溫度是物體分子平均動(dòng)能的標(biāo)志：對(duì)于某個(gè)給定的物體，分子的平均動(dòng)能只與溫度這個(gè)單一的參量相關(guān)。要改變物體分子的平均動(dòng)能，只要改變宏觀參量溫度即可。二、分子勢(shì)能分子勢(shì)能：由分子間相對(duì)位置所決定的能量rr0時(shí)，分子勢(shì)能隨r的變化關(guān)系：rr0時(shí)，分子勢(shì)能隨r的變化關(guān)系：r = r

11、0時(shí)，勢(shì)能最小。1、分子力的作用范圍是：10-9m 。2、在分子力的作用范圍內(nèi)，分子力的大小變化規(guī)律：先減后增，再減小至零。3、在分子力的作用范圍內(nèi)，分子力的方向變化規(guī)律：由排斥變?yōu)槲?。物體體積的改變，將是分子勢(shì)能改變的外部標(biāo)志。在熱學(xué)世界里，分子的動(dòng)能和勢(shì)能構(gòu)成了物體的內(nèi)能三、物體的內(nèi)能物體內(nèi)能：物體中分子動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和。既然平均動(dòng)能由溫度決定，勢(shì)能由體積決定，物體的內(nèi)能肯定同時(shí)與宏觀量溫度和體積相關(guān)。定義中說起分子動(dòng)能時(shí)，是指總動(dòng)能！總動(dòng)能等于平均動(dòng)能乘以分子總數(shù)（*即k = N ）。決定物體內(nèi)能的宏觀參量是溫度、體積和摩爾數(shù)。改變內(nèi)能的兩種方式：做功和熱傳遞。做功改變內(nèi)能事實(shí)上內(nèi)

12、能和其它形式能的轉(zhuǎn)化。熱傳遞完成的僅僅是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移同種形式能的轉(zhuǎn)移。熱量是一個(gè)量度內(nèi)能改變的過程量，和內(nèi)能的區(qū)別在于，我們不能說某一個(gè)狀態(tài)物體具有多少熱量，但可以說某狀態(tài)具有多少內(nèi)能；第五節(jié) 熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律 一、熱力學(xué)第一定律U = W + Q 表示了功、熱量跟內(nèi)能改變之間的定量關(guān)系。1、 W、Q、U三者都有正負(fù)， 外界對(duì)物體做功W為正，物體對(duì)外做功W為負(fù)；物體吸熱Q為正，物體放熱Q為負(fù)；物體內(nèi)能增加U為正，物體內(nèi)能減少U為負(fù)。2、外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能增加；物體對(duì)外界做功，物體的內(nèi)能減少。 3、物體吸熱，物體的內(nèi)能增加；物體放熱，物體的內(nèi)能減少。 例：一定量的氣體從外界吸收

13、了2.6×105J的熱量，內(nèi)能增加了4.2×105J。是氣體對(duì)外界做了功，還是外界對(duì)氣體做了功？做了多少焦耳的功？如果氣體吸收的熱量仍為2.6×105J不變，但是內(nèi)能只增加了1.6×105J，這一過程做功情況怎樣？ 解：根據(jù)題意得出： Q = 2.6×105J，U =4.2×105J，求：W = ？ 根據(jù)U = W + Q代入可得：4.2×105J = W + 2.6×105J W = 1.6×105J W為正值，外界對(duì)氣體做功，做了1.6×105J功。 第二問中：Q= 2.6×105

14、J，U=1.6×105J，計(jì)算結(jié)果W= - 1.0×105J。 這說明氣體對(duì)外界做功（氣體體積變大），做了1.0×105J。 二、能量守恒定律：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變。做功和熱傳遞都能使物體的內(nèi)能改變，能量在轉(zhuǎn)化的過程中守恒，不僅機(jī)械能，其它形式的能也可以與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化，如電流通過電爐子發(fā)熱，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能（演示電爐子）；燃料燃燒生熱，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。實(shí)驗(yàn)證明：在這些轉(zhuǎn)化過程中，能量都是守恒的。 第六節(jié)熱力學(xué)第二定律1熱傳導(dǎo)的方向性：熱傳導(dǎo)過程是具有方向性的，這個(gè)過程可以向一個(gè)方向自發(fā)的進(jìn)行，但是向相反的方向卻不能自發(fā)的進(jìn)行，要實(shí)現(xiàn)相反的過程，必須借助外界的幫助，因而產(chǎn)生其他影響或引起其他變化。2第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成：人們把沒有冷凝器，只有單一的熱源，且從一個(gè)單一的熱源吸收的熱量可以全部用來做功，而不引起其他的變化的熱機(jī)叫做第二類永動(dòng)機(jī)。第二類永動(dòng)機(jī)并不違反能量守恒定律，它的不可能制成表示機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性，盡管機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時(shí)不引起其他變化。3熱力學(xué)第二定律：不可能使熱量由低溫物體自發(fā)的傳到高溫物體，而不引起其他變化。（熱傳導(dǎo)方向） 不可能使內(nèi)能自發(fā)的全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而不引起