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35十九、分子动理论(一)物质由大量分子组成1、分子（物质构成原子、分子或离子，不研究化学性质，统称为分子）2、分子模型（小球或正方体）固体液体分子紧密排列，气体分子体积远小于分子平均占据空间3、分子体积很小，它的直径数量级是10-10m分子质量很小，一般分子质量的数量级是10-26kg4、微观计算：（利用单位进行推导）（mol：国际单位制基本单位）①阿伏伽德罗常数：N
A=6.02×1023个/mol（1mol的物质含有的分子数）②一个分子质量m0(kg/个)；一个分子体积V0(m3/个)③m0=M/NA , V0=VM/NA , M=ρVM , m0=ρV0④物质的摩尔质量M(kg/mol)；物质的摩尔体积VM(m3/mol)⑤固体液体可算分子直径，气体可算分子间平均距离(1mol水18g，液态时体积18ml，标况气态时体积22.4L)例1：从下列哪一组物理量可以算出氧气的摩尔质量( C )A．氧气的密度和阿氏常数(kg/mol与个/mol，不能推出kg/mol)B．氧气分子的体积和阿伏加德罗常数（m3/个与个/mol，不能推出）C．氧气分子的质量和阿氏常数(kg/个与个/mol，可推出kg/mol)(二)分子的热运动1、分子永不停息地做无规则运动——热运动2、扩散现象：相互接触的物体，其分子相互进入对方的现象。由高浓度向低浓度；温度越高，扩散越快
(分子运动越剧烈)。3、布朗运动：光学显微镜下，悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动(液体分子无规则运动，撞击固体颗粒；光学显微镜看不到分子)布朗运动反映了液体分子永不停息地做无规则热运动。固体颗粒越小，布朗运动越明显；温度越高，布朗运动越激烈。无法精确描绘固体颗粒的运动轨迹(三)分子间相互作用力1、布朗运动、扩散现象说明分子间必然有空隙2、分子间同时存在斥力和引力，斥力和引力的大小都随分子间距的变化而变化。分子力F为斥力和引力的合力r=r
0时，分子力为0。（平衡位置，斥力=引力）
rr0时，分子力表现为引力。（r增大时，斥力、引力均减小，但斥力减小得快）r>10r0时，分子力为0。（斥力、引力迅速减为零）（四）气体分子运动特点（统计规律）①分子很小，间距很大，除碰撞外不受力；(r>10r0)②气体分子向各个方向运动的气体分子数目都相等；③各分子无规则热运动，大量分子速率按”中间多，两头少”规律分布④温度升高时，速率小的分子数减少，速率大的分子数增多，分子的平均速率增大，但不是每个分子的速率都增大。注：右图曲线下面积为100%，T
2>T1；二十、气体(一)气体的状态参量1、温度：①宏观上表示物体的冷热程度，微观上标志物体内分子热运动的激烈程度，②是物体大量分子平均动能的标志。摄氏温标t：标况下冰的熔点到水的沸点，分为100等份，每份为1℃热力学温标T：-273.15℃为绝对零度0K (绝对零度不可能达到)T=t+273.15，Δt=ΔT，单位开尔文(K) (K:国际单位制基本单位)2、体积V①意义：气体分子所占据的空间，即气体所充满的容器的容积。②常用单位：1m
3 =103 L=106 mL=106 cm3（★换算关系）水的密度：1t/m3 =1kg/L=1g/cm33、压强p①意义：容器壁单位面积上受到的压力。②产生：气体压强是由气体中大量做无规则热运动的分子对器壁的频繁持续的碰撞而产生的。（气体分子在单位时间内，对器壁单位面积上的总的冲量；或气体分子作用在器壁单位面积上的平均冲力）③决定于单位体积内分子数(分子的数密度)和分子的平均动能。与分子间斥力无关★一定质量的气体，压强由宏观的温度T和体积V决定
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36例2：一定质量理想气体由状态A变到状态B，压强相同(等压线)。两状态对比，状态A时，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数比状态B的多(气体体积小，分子的数密度大)。状态B时，每个分子对器壁的平均作用力比状态A大(温度高，分子平均动能大)。④常用单位：Pa、atm、cmHg；1Pa=1N/m2，1atm=1.01×105Pa=76cmHg⑤求封闭气体压强平衡状态：液柱(活塞)受力平衡，或连通器法变速状态：液柱(活塞)受力分析，列牛二律方程(二)等温变化及波意耳定律4、等温变化：气体状态发生变化时，温度保持不变的过程5、波意耳定律①内容：温度不变时，一定质量的气体的压强跟它的体积成反比。
②公式：p1V1=p2V2③等温变化的图像p-V图中，等温变化为双曲线，若曲线1、2的气体种类、质量相同，则T1
1，使用前瓶内压强p1，使用后瓶内剩余气体压强p2。求装置中气体室温下压强p解析：p1V1=p2V2 (先求瓶中气体在p2时膨胀的体积V2)p2·10(V2-V1)=pV (p2状态下，除了瓶内气体，其余被压入装置)(三)等容过程和查理定律6、等容变化：气体状态发生变化时，体积保持不变的过程，7、查理定律：①内容：一定质量的气体，在体积不变的情况下，气体压强与热力学温度成正比。
②公式：2211 TpTp ?，或2121 TTpp ?③等容变化的图像，有p-T图及p-t图，注意横坐标，若曲线1、2的气体种类、质量相同，则V1
③等压过程图像，有V-T图及V-t图，注意横坐标，若曲线1、2的气体种类、质量相同，则p1
1、V1、T1）变化到末态（p2、V2、T2）时，两个状态的状态参量的关系为TpV =k(恒量)或2 221 11 TVpTVp ?12、应用注意事项：⑴确定研究对象：一定质量的理想气体，⑵明确研究过程，确定该气体有几个状态，⑶找出各状态的状态参量，注意温度只能用热力学温标，压强和体
V TA B
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37积的单位应对应统一。⑷列方程式，求解，并检验答案是否合理例4：一定质量的理想气体，分析V-T图中气体由状态A开始的三个变化过程，并画出对应的p-V图（或p-1/V图）及p-T图，（已知BC、AC平行于两轴）解析：A→B过程：等压过程，V增大，T增大；B→C过程：等容过程，T减小，p减小；C→A过程：等温过程，V减小，p增大。
提示：p-V(或p-1/V)图中先画等温线，确定等温过程；p-T图中先画等容线，确定等容过程；V-T图中先画等压线，确定等压过程。13、克拉珀龙方程：pV=nRT物质的量n(mol)；普适气体恒量R=8.31J/mol，二十一、热力学定律与能量守恒(一)物体的内能1、分子平均动能ēK：物体内分子动能的平均值温度是分子平均动能的标志——T∝ēK相同温度的任何物体的分子平均动能都相等，但速率不一定2、分子势能E
p：由分子间相互作用和相对位置决定的能。（无穷远处分子势能为0；原点处固定一分子，另一分子由10r0处靠近：10r0处F=0，Ep=0；由10r0到r0过程，分子力(引力)做正功，Ep减小；由r0再靠近，分子力(斥力)做负功，Ep增大。仅有分子力做功时，分子动能和分子势能总和不变）r=r0时，分子势能最小(负值)；分子势能微观上决定于分子间距离和分子排列情况宏观上决定于体积和状态，但体积增大，分子势能不一定增大3、物体的内能：物体内所有分子的动能和势能的总和①U=ΣēK+ΣEp（经验式）U为物体内能，Σ为按分子数求和。②内能是状态量，宏观量(对个别分子无意义)，内能无法测量
③任何物体都具有内能，恒不为零④理想气体分子势能为0(r>10r0，无分子力)，气体内能U=ΣēK仅温度升高，或者仅分子数增多，气体内能变大⑤物体内能由物质的量(分子数量)、温度(分子平均动能)、体积(分子平均势能)、物态决定，与物体的宏观机械运动无关，与物理的机械能没有必然联系4、热量：热传递过程中转移的能量仅热传递改变物体内能时，内能的变化等于吸收或放出的热量5、同一物体在同质量同温度的不同物态时，内能不同例5：同质量0℃的冰与0℃的水，水的分子势能大(溶解热)，内能大；同质量100℃的水蒸气与100℃的水，水蒸气分子势能大(汽化热)，内能大。例6：向储气室内充气过程，即使温度不变，不考虑分子势能，气体内能也会增大（分子数增多）。
(二)物体内能的变化6、改变物体内能的两种方式：①做功（W）：其他形式的能与内能相互转化的过程。外界对物体做功(气体体积压缩)：W>0；物体对外界做功(气体体积膨胀)：W<0②热传递（Q）：物体间以热量的形式转移内能的过程。物体吸热：Q>0；物体放热：Q<0热传递方式：传导、对流、辐射热传递条件：温度不同。（热量总是由温度高的物体向温度低的物体传递，当温度相等时达到热平衡。）注：温度、内能是状态量，热量、做功是过程量，热传递传递的是热量而不是温度，实质上是内能的转移7、热力学第一定律：物体内能的增加量，等于外界对物体做的功与物体吸收热量之和。ΔU=W+Q
例7：100oC的水完全变成100oC的水蒸汽的过程中，水分子的平均动能不变，水分子的势能增加，水所增加的内能小于所吸收热量解析：液体汽化必须吸收汽化热，水的内能增加；由于温度不变，水分子平均动能不变；由U=ΣēK+ΣEp，分子势能增大(由负值增大到0)；汽化膨胀，对外做功，W<0，ΔU
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38特例：绝热过程Q=0，“绝热材料”或“变化迅速”气体向真空扩散，W=0（有位移，但是没有气体的“推力”）8、气体实验定律结合热力学第一定律：T←→ΔU：气体温度升高(降低)←→内能增加(减少)V←→W：气体体积膨胀(压缩)←→气体对外做功(外界对气体做功)（T、V）←→p；（ΔU、W）)←→Q气体做功W＝p·ΔV（p-V图中的面积）例8：开口向上的绝热气缸内，用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与缸壁无摩擦，现用外力使活塞缓慢上升解析：气体体积变大，对外做功，由于与外界没有热交换，根据ΔU=W+Q，气体内能减小，因此温度降低。气体体积变大，温度降低，根据TpV =c，气体压强变小。而且压强变小倍数大
于体积增大的倍数。例9：一定质量理想气体，经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a，其p－V图像如图。解析：画出a、b所在的等温线，可知a、b温度相同，c温度较高。①气体在a→b过程对外界做的功等于b→c过程对外界做的功(面积相同)；②a→b过程气体吸热小于b→c过程气体吸热(a→b过程内能不变，吸热等于对外做功；b→c过程内能增大，吸热大于对外做功)；9、能的转化和守恒定律能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体。（但能的总量保持不变）注意：物质的不同运动形式对应不同形式的能，各种形式的能在一定
条件下可以转化或转移，但能的总量守恒。10、热力学第二定律(1)克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传给高温物体①热量会自发地从高温物体传给低温物体，在传热过程中不会对其他物体产生影响；②如果有其他作用，热量有可能由低温物体传递到高温物体；
如果没有其他作用，热量不可能从低温物体传递到高温物体。(2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响①从单一热库吸收热量，一般来说只有部分转化为机械能；②机械能转化成内能是自然的，可以全部转化；③如果引起其他变化，可能从单一热库吸收热量并全部用来做功(3)一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，即一切与热现象有关的宏观的自然过程都是不可逆的(4)气体向真空的自由膨胀是不可逆的11、热力学过程方向性实例
12、第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器，违背能量守恒定律第二类永动机：从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功，而不引起其他变化的机器，违背热力学第二定律13、能源的利用(1)存在能量耗散和品质降低。(2)重视利用能源时对环境的影响。(3)要开发新能源(如太阳能、生物质能、风能、水能等)二十二、固体、液体和物态变化1、晶体
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★方法论和物理学史：1、科学研究方法：控制变量法、等效替代法、比值定义法、理想模型、极限思维法(微分)、微元法(积分)、累加法、放大法、类比法、归纳法……2、力 学 ：亚里士多德：重物下落快，力使物体运动。伽利略：下落等时，摆等时性，理想实验。开普勒：行星三定律。牛顿：惯性，三定律，万有引力。卡文迪许：引力常量(扭秤)。惠更斯：单摆公式。多普勒：多普勒效应。电 磁 学 ：库仑
：库仑定律。欧姆：欧姆定律。焦耳：电流热效应。
奥斯特：电流磁效应。安培：电流引斥力，分子电流假说。洛伦兹：磁场中电荷。法拉第：场，场线，电磁感应。楞次：感应电流方向。亨利：自感。麦克斯韦：电磁场理论。赫兹：证明电磁波及速度。发现光电效应。伦琴：X射线。光 学 ：斯涅耳：折射定律。托马斯·杨：双缝干涉，光的波动性。菲涅耳：泊松亮斑。麦克斯韦：光是电磁波。普朗克：量子论奠基。康普顿：散射光变波长。波尔：量子力学。
原 子：汤姆生：电子，原子“枣糕”。卢瑟福：α粒子散射实验，原子核式结构。密立根：元电荷值(油滴实验)。贝克勒耳：天然放射现象。卢瑟福：质子，人工核转变。查德威克：中子。居里夫妇：发现Po、Ra。热学：伽利略：第一个温度计。焦耳：焦耳定律，热功当量。开尔文：热力学温标。玻意耳与马略特：气体等温变化查理：气体等容变化。盖-吕萨克：气体等压变化。
赖尼策尔：液晶。
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