高二物理热学基础-讲义（教师版）.pdf

热学基础

一、分子动理论

知识讲解

冷热变化是最早引起人们关注的自然现象之一。春夏秋冬、温暑寒凉，处处与冷热相关。本节我们来学

习有关热学的基础知识。

1．物体是由大量分子组成的，通过什么途径可以知道分子的大小呢？

（1）用油膜法估测分子的大小

把很小一滴油酸滴在水面上，水面上会形成一块油酸薄膜，薄膜是由单层油酸分子组成的。在估算时我

们忽略油酸分子的形状，把它简化为球形。测出一滴液体中油酸所占的体积，油膜的面积，就能估

算出油酸的分子直径。

因此，估测油酸分子的直径，要解决两个问题：①获得很小一滴油酸并测得它的体积；②测量这滴油酸

在水面上形成的油膜面积。

①首先，配置一定浓度的油酸酒精溶液，例如可以向1ml油酸中加酒精，直至总量达到500ml。用注射

器吸取这样的油酸溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，记下液滴的总滴数和它们的总体积，这样便知

道1滴溶液的体积了。例如，100滴溶液的体积是1ml，1滴的体积就是。根据这些数据就可以

计算出一滴溶液中所含纯油酸的体积。例如，上述数据中，1滴溶液含油酸。如果把1滴这样的溶液滴在

水面，溶液中的酒精将溶于水并很快挥发，液面上的油膜便是纯油酸形成的。

②先在浅盘里倒入约2cm深的水，然后将痱子粉或细石膏粉均匀地洒在水面上。用注射器往水面上滴1

滴油酸酒精溶液，油酸立即在水面散开，形成一块薄膜。薄膜上没有痱子粉，可以清楚地看出它的轮

廓。待油酸薄膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描下油酸膜的形状。将画

有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，计算轮廓范围内的正方形个数，不足半个的舍去，多于半个的算

一个。把正方形的个数乘以单个正方形的面积就得到油膜的面积。

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（2）分子的大小：除了一些有机物质的大分子外，多数分子尺寸的数量级为。

（3）阿伏加德罗常数：

2018年在法国凡尔赛召开的国际计量大会第26次会议将物质的量的定义修改为：“1摩尔包含

个基本单位”。新定义于2019年5月20日正式生效--一个令人开心或忧伤的日

子。

阿伏加德罗常数是一个重要的常数，它把摩尔质量、摩尔体积这些宏观物理量与分子质量、分子大小等

微观物理量联系起来，物理学中定量研究热现象时经常用到它。

2．分子永不停息地做无规则热运动

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

从实验和生活现象中我们都会发现，不同物质能够彼此进入对方，物理学把这类现象叫做扩散。

（2）布朗运动

19世纪初，一些人观察到，悬浮在液体中的小颗粒总在不停的运动。1827年，英国植物学家布朗首先

在显微镜下研究了这种运动。下面我们来做类似的实验。

把墨汁用水稀释后取出一滴放在高倍显微镜下观察，可以看到悬浮在液体中的小碳粒在不停地做无规则

运动，追踪一个小碳粒的运动，每隔30s把碳粒的位置记录下来，然后用直线把这些位置按时间顺序依

次连接起来，就得到类似右下图所示的微粒运动的位置连线。可以看出，微粒的运动是无规则的。实际

上，就是在短短的30s内，微粒的运动也是极不规则的。

布朗运动是怎样产生的呢？

在显微镜下看起来连成一片的液体，实际上是由许多分子组成的。液体分子不停地做无规则运动，不断

地撞击微粒。如图为一颗微粒受到周围液体分子撞击的情景。悬浮微粒足够小时，来自各个方向的液体

分子撞击作用的不平衡性便表现出来了。在某一瞬间，微粒在某个方向受到的撞击作用较强；在下一瞬

间，微粒受到另一个方向的撞击作用较强，这样，就引起了微粒的无规则运动。

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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30s的位置的连线，不是该微粒的运动轨迹。

扩散现象和布朗运动都可以很好地证明分子的热运动。

3．分子间的作用力

气体很容易被压缩，说明气体分子间存在着很大的空