高二物理3-3第一章 分子动理论鲁教版知识精讲

高二物理3-3第一章 分子动理论鲁教版知识精讲

高二物理3-3第一章 分子动理论鲁教版 ‎ ‎【本讲教育信息】‎ 一. 教学内容：‎ ‎§3-3第一章 分子动理论 二. 知识重点：‎ ‎1. 分子动理论的基本观点和实验依据：‎ ‎（1）物体由大量分子组成，分子间存在着空隙。（实验依据：分子直径的测定）‎ ‎（2）组成物体的大量分子都在不停地做无规则的运动。（实验依据：扩散现象和布朗运动）‎ ‎（3）分子间同时存在着引力和斥力，实际表现出来的力是分子间引力和斥力的合力。（依据：物体很难被无限制压缩或拉伸）‎ ‎2. 阿伏加德罗常数 ‎3. 气体分子运动速率的统计分布（中间多，两头少；当温度升高，分布曲线峰值向速率大的一方移动）‎ ‎4. 温度是分子平均动能的标志，内能 三. 知识难点：‎ ‎1. 有关阿伏加德罗常数的计算 ‎2. 关于布朗运动的理解和扩散现象的区别 ‎3. 关于分子间作用力和分子间势能的理解以及对F-R，EP—R图象的理解 ‎4. 关于分子平均动能、分子势能、内能和内能变化的掌握 ‎（一）用油膜法测定分子大小：‎ 用油膜法测分子的直径有两个理想化近似条件：‎ ‎①把在水面上尽可能分散开的油膜视为单分子油膜。‎ ‎②把形成单分子油膜的分子视为紧密排列的球形分子，此时只需测出油滴的体积V，再测出油膜的面积S，由d=可算出油分子的直径。‎ 实验结论：分子直径的数量级为10-10m（一般分子质量数量级为10－27～10－26kg）‎ ‎（二）阿伏加德罗常数是连接宏观量和微观量的桥梁 阿伏加德罗常数：1摩尔任何物质含有的微粒数相同，这个数叫阿伏加德罗常数。阿伏加德罗常数的数值：6.02×1023mol-1 （现在测定它的精确值是NA=6.022045×1023/mol）。‎ 如果已经知道分子的大小，不难粗略算出阿伏加德罗常数。‎ ‎1mol水的质量是‎0.018kg，体积是1.8×10‎-5m3‎。每个水分子的直径是4×10－‎10米，假设水分子是一个挨着一个排列的，如何算出1mol水中所含的水分子数？‎ 阿伏加德罗常数起沟通宏观量和微观量的桥梁作用，微观量是指直接描述分子的几何性质和物理性质的物理量，如分子直径d，分子体积V0，分子质量mo；宏观量有物质的密度ρ，物体的质量m，物质的摩尔质量M，物质的摩尔体积V摩。它们之间的运算关系是：‎ 分子质量mo=M/NA 固体、液体分子体积V分=V摩/NA 在体积V中的分子数n=VρNA /M 在质量m中的分子数n=m NA /M ‎【典型例题】‎ 例1. 已知氢气的摩尔质量是2×10-3kg/mol，计算1个氢原子的质量。‎ 分析解答：这是一个利用阿伏加德罗常数和有关化学知识的计算问题。这里就要求同学们对摩尔、摩尔质量及阿伏加德罗常数的概念要清楚，同时还要清楚它们的内在联系，这样在解题时就不会困难了。‎ MH=2×10‎-3kg·mol-1 NA=6.02×1023mol-1‎ ‎∴‎ 例2. 从下列哪一组数据可以计算出阿伏加德罗常数（ ）‎ A. 水的密度和水的摩尔质量 B. 水的摩尔质量和水分子的体积 C. 水分子的体积和水分子的质量 D. 水分子的质量和水的摩尔质量 分析解答：阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁，所以它计算的必然是性质相同的两个物理量，且其中一个是宏观量，另一个是微观量。如已知物质分子的体积和物质的摩尔体积，物质的分子质量和物体的摩尔质量，均可计算出阿伏加德罗常数，据此可以排除选项A、B、C，而D选项两个量性质相同，且一个是宏观量，另一个微观量，D选项正确。‎ 例3. 已知阿伏加德罗常数为NA，设某种固体物质的摩尔质量为M，密度为ρ，此物质样品质量为m，体积为V，总分子数为n，则下列表达式中能表示一个分子质量的是：‎ A. NA/M ； B. M/NAρ； C. m/n ； D. M/ρV。‎ 分析解答：此题是把有关描述物质质量、体积及它们关系的物理量都提出来，让你能与阿伏加德罗常数结合起来，进行宏观量与微观量之间的计算。‎ 首先，要指导弄清各量的物理意义。‎ NA是表示1mol某物质的分子个数。‎ M表示1mol某物质的质量 ρ表示单位体积某物质的质量 m表示物体的质量，V表示其体积，n表示它含的分子数。‎ 用上述知识去分析备选答案，可看出只有C最后能得出质量单位，进一步分析可看出是物体质量被物体含分子数去除，与题意相符。‎ ‎（三）利用恰当模型估算微观量 ‎1. 对液体、固体来说，微观模型是：‎ 分子紧密排列，将物质的摩尔体积分成NA个等分，每一等分就是一个分子的体积。在估算分子直径时，设想分子是一个球体。在估算分子间距离时，设想分子是一个正方体，正方体的边长即为分子间距。当分子看为球体模型时，分子线度（直径）；正方体模型时 ‎2. 气体分子不是紧密排列的，所以上述微观模型对气体不适用，但上述微观模型可用来估算气体分子间的距离（利用模型计算出气体分子所占据的空间体积）。利用正方体模型时 例4. 求在标准状态下1摩尔的氧气（的体积是22.4升）中每个氧分子占据的空间体积？‎ 解：V==m3 =3.7×10-26m3。把这个空间看成一个小立方体，两个氧分子所占空间的中心间距，可以看作分子间距离，它就等于小立方体的边长。‎ 氧分子间距离d==m=3×10-9m 点评：‎ 气体分子的间距远远大于分子的直径（线度），气体占有的空间远远大于气体分子占有体积的总和。为估算气体分子的平均距离，可设想每个气体占有相等的空间，而分子位于其对称中心，为了使空气分子占有空间的总和跟气体充满的空间一致，可将空间均匀分成与分子数相同的立方体（相当于分子的立方体模型），则立方体的边长即为分子间距。‎ 例5. 水的密度r=1.0×103kg/m3，水的摩尔质量Mm=1.8×10－2kg/mol，试求：（1）1cm3的水中有多少个水分子。（2）用立方体模型估算水分子的直径。‎ 解：水的摩尔体积 Vm=Mm/r=1.8×10－2/1.0×103=1.8×10－5（m3/mol）‎ ‎1cm‎3水中所含分子数为 n=VžN/Vm=1×10－6×6.02×1023/1.8×10－5=3.3×1022个，‎ 建立水分子的立方体模型，设边长为L，‎ 则有Vm/N=Vo=L3，。‎ ‎（四）布朗运动与扩散现象 布朗运动是悬浮在液体（或气体）中的微粒的无规则运动。这种运动并不是分子的运动，而是由于微粒受到分子撞击力不平衡所致，故它能反映分子的运动特征，即布朗运动的意义：①布朗运动的永不停止，说明分子运动是永不停止的。②布朗运动路线无规则，说明分子运动是无规律的。③布朗运动随温度的升高而越加剧烈，说明分子的无规律运动剧烈程度与温度有关。‎ 扩散现象：两种相互接触的物质彼此进入对方的现象叫扩散现象。扩散现象与温度有关，它也能够证明分子是永不停息地做着无规则的运动。‎ 例6. 关于布朗运动，下列说法中正确的是（ ）‎ A. 布朗运动指的是液体分子的无规则运动。‎ B. 与固体微粒相碰撞的液体分子越少，布朗运动越显著 C. 液体的温度越高，布朗运动越显著 D. 布朗运动只能在液体中发生 解析：‎ 布朗运动是悬浮在液体（或气体）中的微粒的无规则运动，不是液体分子的运动，它的产生是由液体分子对固体颗粒的撞击不平衡而引起的，与颗粒的大小以及液体或气体的温度有关。因为固体颗粒越小，与颗粒相撞的分子数也越少，这种撞击的不平衡越明显；液体或气体的温度越高，撞击得越剧烈。‎ 综上所述，答案为BC。‎ ‎（五）分子之间的相互作用 分子之间存在着相互作用的引力f引和相互作用的f斥，实际表现出来的分子力F是分子引力f引和分子斥力f斥的合力。f引和f斥是同时存在的，它们的大小与分子间距离有关，且都随分子间距离的增大而减小，只不过斥力减小得更快些。因此有：‎ 当r＞ro，f斥＜f引 分子力F表现为引力 当r＝ro，f斥＝f引 分子力F＝0‎ 当r＜ro，f斥＞f引 分子力F表现为斥力 这里ro的数量级约为10-10米。‎ 分子力属短程力，当分子间的距离的数量级大于10-9米时，已经变得十分微弱，可以认为分子力为零。‎ 例7. 关于分子间作用力，下列说法中正确是（ ）‎ A. 当分子间距离为ro时，它们之间既没有斥力也没有引力。‎ B. 分子间的距离大于ro时，分子间只有引力 C. 分子间的引力和斥力都随分子间的距离的增大而减少 D. 分子间的平衡距离ro与分子直径是同一数量级 解析：分子间同时存在着相互作用的引力和斥力，它们的大小都随分子间距离的增大而减小，且斥力减小得更快些。分子力是相互作用的引力和斥力的合力，当r＞ro时，f引＞f斥，分子力表现为引力；当r＜ro时，f引＜f斥，分子力表现为斥力；当r＝ro时，f引＝f斥，分子力为零，ro的数量级为10-10米，与分子直径同数量级。‎ 综上所述，答案为CD。‎ ‎（六）物体的内能：‎ 物体的内能是组成物体的所有分子的动能和势能的总和，物体的内能与物体的质量、体积、温度、物态有关。‎ ‎1. 分子动能 ‎（1）分子动能：分子做无规则运动而具有的动能。‎ ‎（2）分子的平均动能：物体内所有分子动能的平均值。‎ ‎（3）温度是分子平均动能的标志。‎ ‎2. 分子势能 ‎（1）分子势能：由相互作用的分子之间的相对位置决定的势能。‎ ‎（2）分子势能的大小在宏观上与物体的体积有关。‎ ‎3. 物体的内能 ‎（1）物体的内能：物体内所有分子动能和势能的总和。‎ ‎（2）物体内能的大小：与物体的温度和体积以及物体内分子个数都有关系。‎ ‎（3）我们关心的不是单个分子的情况，而是考虑大量分子的集体行为。‎ ‎（4）对于理想气体来说，由于不考虑分子间的相互作用力，即不考虑分子势能，所以理想气体的内能只跟理想气体的质量、温度有关。‎ ‎4. 改变物体内能的方式：做功、热传递。‎ 做功和热传递在改变物体内能上是等效的。‎ 做功、热传递改变物体内能的实质 做功：内能和其它形式的能相互转化的过程。内能的改变就用功的数值来量度。‎ 热传递：物体之间内能的转移。内能的改变是用热量来量度的。‎ 例8. 两个分子甲和乙相距较远（此时分子力可以忽略），设甲分子固定不动，乙分子逐渐向甲靠近直到不能再靠近，在这个过程中，下列说法正确的是（ ）‎ A. 分子力总对乙做正功，分子势能不断减小 B. 乙总是克服分子力做功，分子势能不断增大 C. 乙先是克服分子力做功，然后分子力对乙做正功，分子势能先增大后减小 D. 先是分子力对乙做正功，然后乙克服分子力做功，分子势能先减小后增大 分析解答：分子势能是由分子间相互作用力和分子间距决定的能量。本题所给出的甲、乙两分子相距较远时，分子力可忽略，此时分子力为零，分子势能也为零，甲固定不动，乙向甲靠近直到r=ro的过程中，由于r>ro，分子力合力为引力，分子力做正功，分子势能越来越小，且比零小，为负值。r=ro时分子势能最小，乙分子从r=ro到不能再靠近甲的过程中，由于r

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