1、1一.分子动理论物体是由大量分子组成的，分子直径的数量级为 10-10m，分子质量的数量级为 10-26kg。大量分子无规则的运动叫做分子的热运动。液体中悬浮微粒的无规则运动叫做布朗运动。分子间存在着相互作用的引力和斥力。1.物体是由大量分子组成的物体是由分子组成的，分子也是有大小和有质量的。分子的大小可以用“油膜法” 粗略测定。具体做法是：将油酸用酒精稀释后滴加在水面上，油酸在水面上散开，其中酒精溶于水中，并很快挥发，在水面上形成一层纯油酸膜，由于油酸分子的部分原子与水有很强的亲合力，这样就形成了紧密排列的单分子层油膜。根据稀释前油酸的体积 V 和薄膜的面积 S 即可算出油酸薄的厚度 L=
2、，L 即为分子的直径。用此方法得出的油酸分子的直径数量级是 10-10m。 SV阿伏加德罗常数是指 1mol 的任何物质均含有 6.021023个粒子数，因此，可以利用阿伏加德罗常数和1mol 的某种物质的质量计算单个分子的质量。 如果用 M 表示 1mol 的某物质的质量，m 表示这种物质单个分子的质量，N A表示阿伏加德罗常数，那么 m= ，用这种方法计算出的分子质量的数量级是 10-AN26kg。2.分子的热运动(1)布朗运动：布朗运动是指悬浮在液体中的固体小颗粒不停地做无规则运动的现象。虽然布朗运动既不是液体分子的运动，也不是悬浮在液体中的固体内分子的运动，而是由于液体分子的无规则运动
3、，不断撞击固体小颗粒，并且撞击在各个方向的力不平衡造成的，它反映了分子永不停息地做无规则运动，并且这样的运动与温度有关，温度越高，颗粒越小，布朗运动越明显。(2)分子的热运动：布朗运动的无规则性，反映了分子运动的无规则性，布朗运动的激烈程度与液体的温度正相关，说明温度越高，液体分子的运动越激烈。这种与温度有关系的无规则运动就是分子的热运动。3.分子间的相互作用力【例题】关于布朗运动实验，下列说法正确的是：A.图中记录的是分子无规则运动的情况B.图中记录的是微粒做布朗运动的轨迹C.实验中可以看到，微粒越大，布朗运动越明显D.实验中可以看到，温度越高，布朗运动越激烈【例题】已知铜的密度为 8.91
4、03kg/m3，铜的相对原子质量为 64，质子和 中子质量均为1.6710-27kg，则铜块中平均每个铜原子所占的空间体积约为 .m3。2二.内能分子做无规则热运动时具有动能，物体里所有分子的动能的平均值叫分子热运动的平均动能。温度是物体分子运动的平均动能的标志。分子间存在相互作用力，分子间具有由它们相对位置决定的势能，这就是分子势能。物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的热力学能，也叫内能。1.分子的动能物体中做热运动的分子具有动能，在关于热现象的研究中，单个分子的动能不具有宏观意义，所有分子热运动的动能的平均值叫做分子的平均动能。温度是物体分子热运动的平均动能的标志。温度
5、相同的物体，分子的平均动能是相同的。2.分子势能分子间存在着由它们相对位置决定的势能。如图所示为以无穷远为分子势能零点时的分子势能曲线。在分子间距离 rr 0的范围内，分子力表现为斥力，当 r 减小时，斥力做负功，分子势能增加； rr 0时,分子表现为引力，当 r 增大时，引力做负功，分子势能增加；在 r=r0时，分子势能最小。分子势能和其他势能一样是相对的，它的数值与零势能点的位置选取有关，但分子势能的变化量与零势能点的位置选取无关。在通常情况下，一般选取无穷远为零势能点。3.物体的内能物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。由于物体分子的势能具有相对意义，所以物体的内
6、能也具有相对意义。从宏观的角度看，决定物体内能大小的因素是：摩尔数、温度和体积。而对于一定质量的物体，其内能只与温度和体积有关，因此，内能是一个状态量。【难点突破】理想气体的内能：理想气体就是分子间没有相互作用力的气体，这是一种理想模型。实际气体中分子间距一般都比较大，分子内的作用力比较小可以忽略，所以实际气体在常温常压下都可以看作理想气体。由于分子势能与分子间作用力有关，因此理想气体分子内无分子势能，那么理想气体的内能就是所有分子的动能之和，因此一定质量的理想气体的内能只跟温度有关。【例题】下列叙述中正确的是： A.物体的内能与物体的温度有关，与物体的体积无关B.物体的温度越高，物体中分子无
7、规则运动越剧烈C.物体体积改变，内能可能不变D.物体在压缩时，分子间存在着斥力，不存在引力【例题】同质量的氧气和氢气温度相同，下列说法正确的是：A.两种气体的分子势能一定相等B.两种气体的分子平均动能一定相等C.每个氧原子的动能都比氢原子的动能大3D.每个氧原子的速率都比氢原子速率大三.改变内能的方式能量守恒定律热力学第一定律做功和热传递对改变物体的内能是等效的。外界对物体所做的功 W 加上物体从外界吸收的热量 Q 等于物体内能的增量 u。 这一规律叫做热力学第一定律。1.改变内能的两种方式物体在质量不变的条件下，温度或体积的变化标志着其内能发生了变化。温度升高或由固态变为液态或由液态变为气态
8、都可以使内能变大。改变内能的方式有两种： 做功和热传递。 做功过程是其他形式的能与内能相互转化的过程；热传递是物体间内能转移的过程。两个过程的本质虽然不相同，但对物体内能的改变是等效的。做功过程中，内能改变量的多少用功的大小来量度； 热传递过程中，内能转移的多少用热量来量度。做功和热传递都是过程量，内能则是状态量。2.热力学第一定律热力学第一定律基本内容是：外界对物体所做的功 W 加上物体从外界吸收的热量 Q 等于物体内能的增量 u。 其数学表达式为：u=Q+W当物体吸收热量时 Q 取正值，即 Q0；当物体放出热量时 Q 取负值，即 Q0；当物体对外界做功时 W 取负值，即 W 0 时，表示物
9、体内能增加，u 0 时，表示物体内能减少。热力学第一定律不仅反映了做功和热传递对改变物体的内能是等效的，并且给出了这些物理量之间的定量关系。这些物理量都是标量，应用时注意单位要统一。3.能量守恒定律能量守恒定律的基本内容是： 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，在转化或转移过程中其总量不变。能量守恒定律是自然界的普遍规律。 它揭示了各种形式的能相互转化或一种形式的能在转移过程中，能的总量是不变的，或者说是守恒的。热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的具体化。 机械能守恒定律是能量守恒定律在机械运动中的特殊条件下的守恒定律。【例题】
10、图中容器 A、B 各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定。A、B 的底部由带有阀门 K的管道相连，整个装置与外界隔热。原先，A 中水面比 B中的高，打开阀门，使 A中的水逐渐向 B中流，最后达到平衡。在这个过程中：A.大气压力对水做功，水的内能增加B.水克服大气压做功，水的内能减少C.大气压力对水不做功，水的内能不变D.大气压力对水不做功，水的内能增加4四. 热力学第二定律热力学第二定律的两种表述： 一种表述为“ 不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化” 。另一种表述为“ 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化”。第一类永动机是指
11、不消耗能量的机器；第二类永动机是指只有单一热源，它从这个单一热源吸收的热量，可以全部用来做功而不引起其他变化。1.热力学第二定律(1)热传导的方向性：热传导的过程是有方向性的，这个过程中，热量会自发地从高温物体传给低温物体，使得高温物体的温度降低，低温物体的温度升高。但相反的方向是不能自发地进行。要实现热量由低温物体转移到高温物体，使高温物体温度更高，低温物体温度更低，必须借助外界的帮助，从而引发其他变化。(2)机械能和内能的转化的方向性：通过一定装置机械能可以全部转化成内能，但是内能却不能自发地完全转化成机械能，要实现内能完全转化成机械能，必须借助其他物理变化。即机械能和内能的转化是具有方向
12、性的。(3)热力学第二定律的基本内容：按着热传导的方向来描述：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化。按着机械能与内能转化过程的方向性来描述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。热力学第二定律使人们认识到，自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。2.永动机是不存在的 (1)第一类永动机是指不消耗能量但又可以输出能量的机器。由于第一类永动机的设想违反了能量守恒定律，因而是不可能实现的。(2)第二类永动机是指一种热机，这种热机没有冷凝器，只有单一热源，它从这个单一热源吸收的热量，可以全部用来做功，而不引起其他变化。第二类永动机的设想虽然不违背能量守
13、恒定律，但是违背了热力学第二定律，因而也是不可能实现的。【例题】(1) 1791 年，米被定义为：在经过巴黎的子午线上，取从赤道到北极长度的一千万分之一。请由此估算地球的半径 R。 (答案保留两位有效数字)(2) 太阳与地球的距离为 1.51011m，太阳光以平行光束入射到地面，地球表面 的面积被水面所覆32盖，太阳在一年中辐射到地球表面水面部分的总能量 W 约为 1.871024J。 设水面对太阳辐射的平均反射率为 7%，而且将吸收到能量的约 35%重新辐射出去，太阳辐射可将水面的水蒸发，(设在常温、常压下蒸发 1kg 水需要 2.2106J 的能量)而后凝结成雨滴降落到地面。 (2001 年，上海)估算整个地球表面的年平均降雨量。 (以毫米表示，地球面积为 4R2)。
