热学 知识点 例题详解

第九章热学

考纲要求

1、物质是由大量分子组成的，分子的热运动、布朗运动，分子间的相互作用力Ⅰ

2、分子热运动的动能。温度是物体分子热运动平均动能的标志，物体分子间的相互作用势能，物体的内能Ⅰ

3、做功和热传递是改变物体内能的两种方式，热量，能量守恒定律Ⅰ

4、热力学第一定律Ⅰ

5、热力学第二定律Ⅰ

6、永动机不可能Ⅰ

7、绝对零度不可达到Ⅰ

8、能原的开发和利用。能源的利用与环境保护Ⅰ

9、气体的状态和状态参量。热力学温度Ⅰ

10、气体的体积、温度、压强之间的关系Ⅰ

11、气体分子运动的特点Ⅰ

12、气体压强的微观意义Ⅰ

知识网络：

单元切块：

按照考纲的要求，本章内容均为Ⅰ级要求，在复习过程中，不再细分为几个单元。本章重点是分子动理论、热和功、物体的内能。难点是对热力学第一定律、第二定律的理解。

教学目标：

1、透彻理解分子运动论的三要素。

2、掌握阿伏加德罗常数N A=6.02×1023mo1-1的含义，并能应用N A将物质的宏观量和微观量联系起来。

3、熟练掌握热力学第一定律△E=Q+W及其应用。这要求深刻理解分子动能、分子势能、物体内能等基本概念及影响它们的因素。

4、知道热力学第二定律，能够对一些简单的热现象作出判断

5、知道气体的体积、温度、压强之间的关系，知道气体分子运动的特点和气体压强的微观意义

教学重点、难点：

从能量角度分析具体热学问题，熟练掌握热力学第一定律△E=Q+W及其应用。这要求深刻理解分子动能、分子势能、物体内能等基本概念及影响它们的因素。

教学过程

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。

【例1】 根据水的密度为ρ=1.0×103kg/m 3和水的摩尔质量M =1.8×10-2kg,，利用阿伏加

德罗常数，估算水分子的质量和水分子的直径。

解析：每个水分子的质量m =M /N A =1.8×10-2÷6.02×1023=3.0×10-26kg ；水的摩尔体积V=M/ρ，把水分子看作一个挨一个紧密排列的小球，则每个分子的体积为v =V/N A ,而根据球体积的计算公式，用d 表示水分子直径，v =4πr 3/3=πd 3/6，得d=4×10-10 m

【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 。

解析：在标准状态下， 1mol 任何气体的体积都是V =22.4L ，除以阿伏加德罗常数就得每个气体分子平均占有的空间，该空间的大小是相邻气体分子间平均距离D 的立方。

m 1031072.3,1072.31002.610

4.229326262333----⨯=⨯=∴⨯=⨯⨯=D D ，

这个数值大约是分子直径的10倍。因此水气化后的体积大约是液体体积的1000倍。

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/m ∝r –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。

3．分子间的相互作用力

（1）分子力有如下几个特点：①分子间同时存在引力和斥力；②引力和斥力都随着距离的增大而减小；③斥力比引力变化得快。

（2）引导同学们跟老师一起自己动手画F -r 图象。先从横坐标r =r 0开

始（r 0是处于平衡状态时相邻分子间的距离），分别画斥力（设为正）和引力（设为负）；然后向右移，对应的斥力比引力减小得快；向左

移，对应的斥力比引力增大得快，画出斥力、引力随r 而变的图线，最后再画出合力（即分子间作用力）随r 而变的图线。 （3）分子间作用力（指引力和斥力的合力）随分子间距离而变的规律是：①r <r 0时表现为斥力；②r=r 0时分子力为零；③r >r 0时表现为引力；④r >10r 0以后，分子力变得十分微弱，可以忽略不计。记住这些规律对

o

F 斥

F 分

F 引