高中物理热学部分讲义（最全）.doc

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热学

改变内能的方式

改变内能的方式

无规则运动

内能

热力学第一定律

能量转化与守恒

热力学第二定律

热传递

做功

动能

势能

大量分子组成

相互作用力

布朗运动

扩散现象

体积

温度

物体

一、分子动理论

热学是物理学的一个组成部分，它研究的是热现象的规律。描述热现象的一个基本概念是温度。凡是跟温度有关的现象都叫做热现象。分子动理论是从物质微观结构的观点来研究热现象的理论。它的基本内容是：物体是由大量分子组成的；分子永不停息地做无规则运动；分子间存在着相互作用力。

1.物体是由大量分子组成的

这里的分子是指构成物质的单元，可以是原子、离子，也可以是分子。在热运动中它们

遵从相同的规律，所以统称为分子。

(1)这里建立了一个理想化模型：把分子看作是小球，所以求出的数据只在数量级上是有意义的。一般认为分子直径大小的数量级为10-10m。

(2)固体、液体被理想化地认为各分子是一个挨一个紧密排列的，每个分子的体积就是每个分子平均占有的空间。分子体积=物体体积÷分子个数。

(3)气体分子仍视为小球，但分子间距离较大，不能看作一个挨一个紧密排列，所以气体分子的体积远小于每个分子平均占有的空间。每个气体分子平均占有的空间看作以相邻

分子间距离为边长的正立方体。

(4)阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol-1,是联系微观世界和宏观世界的桥梁。它把物质的摩尔质量、摩尔体积这些宏观物理量和分子质量、分子体积这些微观物理量联系起来了。

2

【例1】根据水的密度为p=1.0×103kg/m3和水的摩尔质量M=1.8×102kg,,利用阿

伏加德罗常数，估算水分子的质量和水分子的直径。

【例2】利用阿伏加德罗常数，估算在标准状态下相邻气体分子间的平均距离D。

口

2.分子的热运动

物体里的分子永不停息地做无规则运动，这种运动跟温度有关，所以通常把分子的这种运动叫做热运动。

(1)扩散现象和布朗运动都可以很好地证明分子的热运动。

(2)布朗运动是指悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动。关于布朗运动，要注意以下几点：①形成条件是：只要微粒足够小。②温度越高，布朗运动越激烈。③观察到的是固体微粒(不是液体，不是固体分子)的无规则运动，反映的是液体分子运动的无规则性。④实验中描绘出的是某固体微粒每隔30秒的位置的连线，不是该微粒的运动轨迹。

(3)为什么微粒越小，布朗运动越明显?可以这样分析：在任何一个选定的方向上，同一时刻撞击固体微粒的液体分子个数与微粒的横截面积成正比，即与微粒的线度r的平方成正比，从而对微粒的撞击力的合力F与微粒的线度r的平方成正比；而固体微粒的质量m与微粒的体积成正比，即与微粒的线度r的立方成正比，因此其加速度a=F/mαr-1,即加速度与微粒线度r成反比。所以微粒越小，运动状态的改变越快，布朗运动越明显。

油膜法测分子的直径

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，此时只须测出油滴的体积V,

再测出油膜的面积S,由可算出油分子的直径。

2.利用阿伏加德罗常数对微观量的结算

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V分，分子质量m;宏观量有物质的密度p,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m。=M/N。

固体、液体分子体积V分=V原/N。在体积V中的分子数n=VpN./M在质量m中的分子数n=mN。/M

对微观量估算首先要建立微观模型：

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N。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。

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。(N。=6.02×1023mol1,保留一位有效数字)解析：标准状态下1摩尔的氧气的体积是22.4升。

每个氧分子占据的空间体积为：

小立方体，两个氧分子新占空间的中心间距，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=3V=33.7×10-26m=3×10°m

说明：这里要求学生能够想象微观模型，并利用宏观量和阿伏加德罗常数对微观模型进行有关计算；另一方面也可考察学生对有效数字、数量级及基本运算技能掌握的情况。

、分子动能、分子势能和物体内能

(1)分子动能

做热运动的分子具有的动能叫做分子动能