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第十五章热学

第1讲分子动理论

基础梳理

1．物体是由大量分子组成的

(1)分子的大小

①分子直径的数量级是__1×10-10__m.

②分子质量的数量级是__1×10-26__kg.

③测量方法是__油膜法__．

(2)阿伏加德罗常数：1mol任何物质所含有的粒子数，NA＝__6.02×1023__mol-1.

2．分子热运动

一切物质的分子都在__永不停息__地做无规则运动．

(1)扩散现象：相互接触的不同物质彼此进入对方的现象．温度__越高__，扩散越快，可在固体、液体、气体中进行．

(2)布朗运动：悬浮在液体(或气体)中的微粒的无规则运动，微粒__越小__，温度__越高__，布朗运动越显著．

3．分子力

分子间同时存在引力和斥力，且都随分子间距离的增大而__减小__，随分子间距离的减小而__增大__，但总是斥力变化得__快__．

4．内能

(1)分子平均动能：所有分子动能的__平均值__．__温度__是分子热运动平均动能的标志，这也是温度的微观意义．

(2)分子势能：由分子间__相对位置__决定的能，在宏观上分子势能与物体__体积__有关，在微观上与分子间的__距离__有关．

(3)物体的内能

①内能：物体中所有分子的__热运动的动能__与__分子势能__的总和．

②决定因素：__温度__、__体积__及物质的总量．

5．用油膜法估测油酸分子的大小实验原理

利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜，将油酸分子看成球形，测出一定体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积，用d＝__eq\f(V,S)__计算出油膜的厚度，其中V为一滴油酸溶液中纯油酸的体积，S为油膜面积，这个厚度就近似等于油酸分子的直径．

易错辨析

1．布朗运动是液体分子的无规则运动．(×)

2．当分子间的距离增大时，分子间的作用力就一直减小．(×)

3．当两个分子从无限远逐渐靠近时，分子力一直做正功，分子势能一直减小．(×)

4．分子动能指的是由于分子定向移动具有的能．(×)

5．内能相同的物体，它们的分子平均动能一定相同．(×)

6．不计分子之间的分子势能，质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能．(×)

阿伏加德罗常数及应用

1．阿伏加德罗常数NA是联系微观物理量与宏观物理量的桥梁，涉及分子动理论中有关分子大小的计算时，常常用到阿伏加德罗常数及其相关公式，归纳如下：

(1)ρ＝eq\f(m,V)＝eq\f(M,Vmol)＝eq\f(m0,V0).

(2)N＝NA·n＝eq\f(m,m0)＝eq\f(V,V0).

(3)n＝eq\f(N,NA)＝eq\f(m,M)＝eq\f(V,Vmol).

(4)m0＝eq\f(M,NA)＝eq\f(m,N).

(5)V0＝eq\f(Vmol,NA)＝eq\f(V,N).

以上各式中：m表示物质质量，M表示摩尔质量，m0表示分子质量，V表示物质体积，Vmol表示摩尔体积，V0表示分子体积或气体分子所占据的平均空间大小，n表示物质的量，N表示分子总个数，ρ表示物质的密度．

2．关于计算分子大小的两种物理模型

(1)对于固体和液体，分子间距离比较小，可以认为分子是一个个紧挨着的，设分子体积为V，则分子直径d＝eq\r(3,\f(6V,π))(球体模型)，d＝eq\r(3,V)(立方体模型).

(2)对于气体，分子间距离比较大，处理方法是建立立方体模型，从而可计算出两气体分子之间的平均间距d＝eq\r(3,V).

快递公司用充气的塑料袋包裹物品，一个塑料袋内气体在标准状况下体积为448mL，已知气体在标准状态下的摩尔体积V0＝22.4L/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023mol-1，则塑料袋内气体分子数为(B)

A．1.2×1021个 B．1.2×1022个

C．1.2×1023个 D．1.2×1024个

解析：由题意可知，塑料袋内气体的物质的量为n＝eq\f(V,V0)，包含分子数为N＝nNA，联立代入数据可解得N＝1.2×1022，故B正确．

布朗运动与扩散现象

1．布朗运动、扩散现象

现象

布朗运动

扩散现象

研究对象

悬浮在液体(或气体)中的小颗粒

分子

运动特征

无规则、永不停息

相互接触的物体分子彼此进入对方的现象

产生的条件

悬浮在液体(或气体)中的微粒足够小

相互接触的两种物质，在气体、液体和固体中都能发生

影响快慢的因素

微粒的大小和温度的高低

温度的高低和物体的状态

微观解释

微粒在液体分子撞击下的无规则运动

由分子的无规则运动产生的物质迁移现象

物理意义

间接证明了液体分子的无规则运动

直接证明了分子的无规则运动

2．扩散现象、布朗