第七章 热现象及应用

第七章热现象及应用

引题：在寒冷的冬天穿上厚厚的棉袄仍然感觉寒冷；我们可以取暖御寒，也可以通过运动或劳动来御寒，这两种取暖方式的本质是一样的吗?

本章主要研究分子动理论的基本内容、热力学能与热力学第一定律等内容。通过本章的学习，希望同学们能达到如下学习目标：

● 知道分子动理论的基本内容。

● 知道热力学第一定律，会用其数学表达式进行简单计算。

● 知道热力学第一定律是能量守恒定律的一个具体形式。

第一节分子动理论

[教学目标]

1．了解分子动理论的基本观点及其在生活中的应用。

2．知道扩散现象和布朗运动的本质。

[教学重点]

分子动理论的基本观点及原因。

[教学难点]

分子动理论的基本观点及其在生活中的应用。

[教学设计思路]

通过分析生活、实验现象，逐一得出分子动理论的基本论点。

[教学资源]

实验仪器：一瓶香水、一瓶酒精、一瓶清水，一瓶墨水，两块能吸引的铅块；CAI教学课件。

[课时安排] 2课时

[教学过程]

导入新课

很多人都知道这样一个小常识：浅色衣服不能和深色衣服一块儿浸泡，否则浅色衣服可能变成“大花脸”。你能用学过的知识解释其中的原因吗？

新课教学

一、物体是由大量分子组成的

在初中物理中，我们已经知道物体是由大量分子组成的，那么组成物体分子的形状如何?分子到底有多大呢?

1．分子的大小 通过大量精确的实验，人们发现：一般物质分子的直径，都是以nm （纳米）为数量级的（1 nm=10−9 m ），如氢分子的直径为0.23 nm ，水分子的直径为0.4 nm ，蛋白质分子的直径最大，也只有几纳米。教材图7-1是放大10亿倍的水分子的示意图，每个氧原子（大球）与两个氢原子（小球）结合，形成105°的张角。

2．用单分子油膜法粗测油酸分子的直径 可以采用单分子油膜法来粗略地测算油酸分子的直径。把一滴油酸滴到水面上，油酸在水面散开，形成单分子油膜，可以认为单分子油膜的厚度等于油酸分子的直径。事先测出油酸滴的体积V ，再测出油膜的面积S ，根据公式d=V/S 就可以算出油酸分子的直径d （参见教材图7-2）。

油酸分子的直径

S

V d

二、分子间存在间隙

【案例引入】 用打气筒给自行车轮胎、篮球充气时，几十打气筒的空气都被压缩到一个小小的自行车轮胎、篮球里；将石油气加压装瓶，成为液化气。

将一定体积的水和酒精装在同一个量筒里，经过一段时间后，发现混合后液体的总体积略小于原来水和酒精的体积之和（参见教材图7-3）。

20世纪20年代，科学家发明了碳化钨基硬质合金，它通过将碳化钨注渗到钢基体内，使合金表面的硬度、耐磨性、抗拉强度和抗疲劳性大幅度提高，该合金可供刀具、模具、量具以及钻具使用，其耐磨性为高速钢的15～20倍。

让学生分析上述案例，探讨下列问题（主要围绕分子之间存在间隙来作讨论）。

讨论题：

（1）为什么石油气在储存、运输过程中需要加压装瓶？

（2）为什么水和酒精混合后液体的总体积会减小？

（3）为什么能将碳化钨渗入钢基体内呢？

结论：分子间存在间隙。

三、分子做无规则的热运动

小实验：打开香水或酒精瓶塞，很快会闻到香水或酒精的气味；在清水中滴入几滴红墨水，过一会儿，整杯水都会变红。这些现象说明：不同的物质相互接触时可以彼此渗入到对方，这种现象称为扩散现象。

1．扩散现象不同的物质相互接触时可以彼此渗入到对方的现象称为扩散现象。

扩散现象说明，组成物体的分子不是静止的，而是在不停地运动着。

2．布朗运动布朗把含有花粉小颗粒的悬浊液放在显微镜下观察，可以看到悬浮在液体中的花粉小颗粒在不停地做无规则运动。观察某一个小颗粒的运动，每隔30 s将其位置在方格纸上记下来并用线把这些位置连接起来的情况。布朗经过大量研究，发现分子的这种运动是无规则的（参见教材图7-4）。

布朗运动说明分子的运动是无规则的。

3．分子的热运动在冲调果珍等固体饮料时会发现，水的温度越高，果珍颗粒越容易溶解；在观察扩散现象时看到，滴入热水中的墨水比滴入冷水中的墨水扩散得更快。这说明分子的无规则运动与温度有关，温度越高，分子运动越激烈。因此，把大量分子的这种运动叫做分子的热运动。

大量分子的无规则运动叫做分子的热运动。分子热运动的剧烈程度与温度有关，温度越高，分子热运动越剧烈。

四、分子间的相互作用力

演示实验：两个圆柱体形铅块，当把端面刮平后，让它们端面紧压在一起，合起来后，它们不分开，而且悬挂起来后，下面还可以吊起一定量的重物。

根据这一实验事实分析、推理可得出分子间存在着引力。

1．分子间存在着引力固体和液体有一定的体积，固体还有一定的形状，也说明分子间有引力存在，引力使大量分子聚集在一起。

2．分子间存在着斥力分子之间还存在着斥力，这种斥力使分子间保持一定的间隙。固体和液体很难被压缩，就是因为分子间存在着斥力的缘故。分子之间的这种相互作用力叫做分子力。

3．分子力分子间的相互作用力叫做分子力。分子力是引力和斥力的合力。

分子力随距离变化的情况参见教材图7-5（a）。图中实线表示分子力。当两个分子间距为r=r0时，分子间的引力与斥力平衡，分子间作用力为零。这个位置叫做平衡位置，r0的数量级为10−10 m。当分子间距离r＜r0时，分子间引力和斥力都随距离减小而增大，但斥力增加得更快，因此分子间作用力表现为斥力。当r＞r0时，引力和斥力都随距离的增大而减小，但是斥力减小得更快，因而分子间的作用力表现为引力。引力随距离的增大而迅速减小，当分子距离的数量级大于10−9 m时，分子间的作用力变得十分微弱，可以忽略不计了。

教材图7-5（b）表示分子间距离r在三种不同的情况下，分子间引力、斥力大小的情况。

五、分子动理论的基本观点

宏观物体是由大量分子组成的；分子间有间隙；分子永不停息地做无规则的热运动；分子之间存在着相互作用的引力和斥力。

随堂练习p155 1

作业查阅资料，了解分子动理论在生活中的应用。

小结本节课学习了分子动理论的基本观点。

[板书设计]

参考电子演示文稿。