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内容1、物体是由大量分子组成的
内容2、分子永不停息的做无规则热运动
内容3、分子间同时存在相互作用的引力和斥力
物体是由大量分子组成的
阿伏加德罗常数(NA=×1023mol-1:联系微观量与宏观量的桥梁。
微观量:分子体积v0、分子直径d、分子质量m0分子总个数N
宏观量:物质体积v、摩尔体积V、物质质量m、摩尔质量M
物质密度ρ、物质的量n。
分子质量m0=摩尔质量M/阿伏加德罗常数NA即m0=M/NA
分子质量m0=物质密度ρ*摩尔体积V/阿伏加德罗常数NA即m0=ρV/NA
分子质量数量级10-26kg
分子体积v0=摩尔体积V/阿伏加德罗常数NA:v0=V/NA
分子体积v0=摩尔质量M/物质密度ρ*阿伏加德罗常数NA即v0=M/ρNA
(对气体,v0应为气体分子占据的空间大小)分子直径:(数量级10-10m)
球体模型.(固体、液体一般用此模型)
立方体模型.(气体一般用此模型固体、液体估算直径也可)(对气体,d应理解为相邻分子间的平均距离)
分子的数量:N=nNA=m/m0=v/v0n=m/Mn=v/V(n=ρv/Mn=m/ρV)
(*对气体,v0应理解为气体分子所占空间体积*)
固体、液体分子可估算分子大小(认为分子一个挨一个紧密排列);气体分子不可估算大小,只能估算分子间平均距离、所占空间体积
油膜法测油酸分子直径(利用宏观量求微观量)
原理:d=V/S
d:单分子油膜层厚度
v:1滴油酸酒精溶液中油酸体积=N滴油酸酒精溶液总体积*浓度/N
s:单分子油膜面积(查格数:多于半格算一个格,少于半格不算)
分子永不停息的做无规则热运动
分子永不停息的无规则运动叫热运动------(微观运动)
1、扩散现象:不同物质彼此进入对方。温度越高,扩散越快。
(扩散现象由于分子热运动引起的,是宏观现象,不是分子的热运动)
应用举例:向半导体材料掺入其它元素
扩散现象不是外界作用引起的,是分子无规则运动的直接结果,是分子无规则运动宏观反映
间接说明:分子间有间隙
2、布朗运动:悬浮在液(气)体中的固体小微粒的无规则运动,要用显微镜来观察.
布朗运动发生的原因是固体小微粒受到周围微粒的
液(气)(与固体小微粒接触的液体或气体)分子在永不停息地做无规则运动.
(1)布朗运动不是固体微粒中分子的无规则运动.
(2)布朗运动不是液体分子的运动.
(3)课本中所示的是固体小微粒不同时刻位置连线,不是运动轨迹.
(4)微粒越小不平衡性越明显,温度越高,布朗运动越明显.
注意:(眼睛能看到)不是布朗运动。
扩散现象是分子运动的直接证明但不是分子的热运动;布朗运动间接证明了液体或气体分子的无规则运动
三、分子间的作用力
分子间存在相互作用的引力和斥力
分子间有空隙:酒精和水混合体积变小说明分子间有空隙
但固体液体很难被压缩,说明有斥力,很难被拉伸,说明有引力
0r
EP
r0
破镜难复原,说明分子间有斥力
分子间引力和斥力一定同时存在,且都随分子间距离的增大而减小(但斥力减小的快),随分子间距离的减小而增大(但斥力增大的快)
2)实际表现出来的分子力是分子引力和斥力的合力。随分子间距离的增大,分子力先变小后变大再变小。
(注意:这是指r从小于r0开始到增大到无穷大)
3)分子力的表现及变化,注意r0(10-10m)与10r0两个位置。
①当分子间距离为r0(约为10-10m)时,分子力为零,分子势能最小
②当分子间距离r>r0时,分子力表现为引力。当分子间距离由r0增大时,分子力先增大后减小r>10r0分子力变得很微弱,可忽略,为0
③当分子间距离r<r0时,分子力表现为斥力。当分子间距离由r0减小时,分子力不断增大
注意:压缩气体也需要力,不说明分子间存在斥力作用,压缩气体需要的力是用来反抗大量气体分子频繁撞击容器壁(活塞)时对容器壁(活塞)产生的压力。
温度和温标
1、平衡态:在没有外界影响的情况下,只要经过足够长的时间,系统内各部分的状态参量(P、T)就不在变化,这种情况下我们就说容器内的气体达到平衡态,否则就是非平衡态。(指的是一个系统的状态)
2、热平衡:两个系统相互接触,经过一段时间以后,状态参量就不再变化了,这说明两个系统对于传热来说已经达到了平衡,这种平衡叫做热平衡(指的是两个系统之间的关系)
3、热平衡定律:如果两个热力学系统各自与第三个热力学系统处于热平衡,则它们彼此也必处于热平衡。这一实验结论叫做热平衡定律。(热平衡定律又叫热力学第零定律)
4、温度:反映物体冷热程度的物理量(是一个宏观统计概念),是物体分子热运动平均动能的标志。(确切的说是物体分子热运动平均平动动能的量度)
任何相同温度的物体,其分子平均动能相同。
(1)只有大量分子组成的物体才谈得上温度,不能说某几个氧分子的温度是多少多少。因为这几个分子运动是无规则的,某时刻它们的平均动能可能较大,另一时刻它们的平均动能也可能较小,无稳定的“冷热程度”。
(2)1℃的氧气和1℃的氢气分子平均动能相同,1℃的氧气分子平均速率小于1℃的氢气分子平均速率。
2)热力学温度(T)与摄氏温度(t)的关系为:T=t+(K)
说明:①两种温度数值不同,但改变1K和1℃的温度差相同
②0K是低温的极限,只能无限接近,但不可能达到。
(绝对0度不可达到--热力学第三定律)
③这两种温度每一单位大小相同,只是计算的起点不同。摄氏温度把1大气压下冰水混合物的温度规定为0℃,热力学温度把1大气压下冰水混合物的温度规定为273K(即把-273℃规定为0K),所以T=t+273.
5、分子动理论是热现象微观理论的基础
1)热学包括:研究宏观热现象的热力学、研究微观理论的统计物理学
2)统计规律:单个分子的运动都是不规则的、带有偶然性的;大量分子的集体行为受到统计规律的支配
3)气体分子运动接特点:分子数密度巨大、分子间频繁碰撞、分子运动杂乱无章,某一时刻向各个方向运动的气体分子数目都相等(有微小差别,可完全忽略)
4)气体温度的微观意义:
一定温度下分子速率分布:中间多、两头少,温度越高,分子的热运动越激烈(图像右移)
内能
内能是物体内所有分子无规则运动的动能和分子势能的总和,是状态量.
改变内能的方法有做功和热传递,
力学第一定律得到ΔU=W+Q
决定所有分子势能的因素:体积(分子间距离)
决定所有分子动能的因素:温度(分子总个数、分子平均动能)
3)固体、液体的内能与物体所含物质的多少(分子数)、物体的温度(平均动能)和物体的体积(分子势能)都有关
气体:一般情况下,气体分子间距离较大,不考虑气体分子势能的变化(即不考虑分子间的相互作用力)
4)一个具有机械能的物体,同时也具有内能;一个具有内能的物体不一定具有机械能。它们之间可转化
5)理想气体的内能:
理想气体是一种理想化模型,理想气体分子间距很大,不计分子势能,只考虑:所有分子的动能总合。
理想气体的内能微观:分子总个数、平均动能(不计分子势能)
宏观:质量、温度
由ΔU=W+Q:
理想气体与外界做功与否,看体积,体积增大,对外做了功(外界是真空则气体对外不做功属自由扩散)--W取负值,体积减小,则外界对气体做了功--W取负值。
吸热Q取正值、放热Q取负值
(3)理想气体内能变化情况看温度。
6)理解内能概念需要注意几点:
(1)内能是宏观量,只对大量分子组成的物体有意义,对个别分子无意义。
(2)物体的内能由分子数量(物质的量)、温度(分子平均动能)、体积(分子间势能)决定,.
7)关于分子平均动能和分子势能理解时要注意.
(1)温度是分子平均动能大小的标志,温度相同时任何物体的分
子平均动能相等,但平均速率一般不等(分子质量不同).
(2)分子力做正功分子势能减少,分子力做负功分子势能增加。
(3)分子势能为零一共有两处,一处在无穷远处,另一处小于r0
分子力为零时分子势能最小,而不是零。
(4)理想气体分子间作用力为零,分子势能为零,只有分子动能。
x
0
EP
r0
第八章:气体(分子无规则运动起主要作用)实验定律理想气体
1)探究一定质量理想气体压强p、体积V、温度T之间关系,采用的是控制变量法
2)三种变化:玻意耳定律:PV=C查理定律:P/T=C盖—吕萨克定律:V/T=C
(或由PV=CT=K(P----1/V图像中)P/T=C/V=KV/T=C/P=KK为图像斜率)
T1<T2
p
V
T1
T2
O
V1<V2
p
T
V1
V2
O
p1<p2
V
T
p1
p2
O
等温变化图线等容变化图线等压变化图线
(注意面积代表PV乘积)(斜率P/T=C/V=K)(斜率V/T=C/P=K)
提示:①等温变化中的图线为双曲线的一支,等容(压)变化中的图线均为过原点的直线(之所以原点附近为虚线,表示温度太低了,规律不再满足)
②图中双线表示同一气体不同状态下的图线,虚线表示判断状态关系的两种方法
③对等容(压)变化,如果横轴物理量是摄氏温度t,则交点坐标为-
3)理想气体状态方程
理想气体,由于不考虑分子间相互作用力,理想气体的内能仅由温度和分子总数决定,与气体的体积无关。
对一定质量的理想气体,有(或)
应用:
4)气体压强微观解释:由大量气体分子频繁撞击器壁而产生的,与温度和体积有关。
(1)气体分子的平均动能,从宏观上看由气体的温度决定
(2)单位体积内的分子数(分子密集程度n=N/V),从宏观上看由气体的质量体积决定
第九章:固体、液体和物态变化
晶体和非晶体晶体的微观结构
晶体:石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、蔗糖(粘在一起的糖块是多晶体,单个的是单晶体)、味精等,(雪花是水蒸气凝华形成的六角形图案的晶体、石英晶体:中间六棱柱,两端是六棱锥)
非晶体:玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等
固体
多晶体
如金属
1、有确定几何形状
2、制作晶体管、集成电路
3、各向异性
晶体
1、无确定几何形状
2、各向同性
非晶体液化过程中温度会不断改变,而不同温度下物质由固态变为液态时吸收的热量是不同的,所以非晶体没有确定的熔化热
有确定熔点
熔解和凝固时放出的热量相等
非晶体
单晶体
1、无确定几何形状
2、无确定熔点
3、各向同性
注:各向同性或异性指:导热或导电性能或光学性质同与不同
1)只能用单晶体制作晶体管和集成电路
2)具体到某种晶体,它可能只是某种物理性质各向异性较明显。例:云母片就是导热性明显,方解石则是透光性上明显,方铅矿则在导电性上明显。但笼统提晶体就说各种物理性质是各向异性。单晶体具有各向异性,但对某些特性或者某些切面上不一定就表现各向异性
3)同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形式出现,物质是晶体还是非晶体不是绝对的,在一定条件下可以相互转化。
4)通过X射线在晶体上的衍射实验,发现各种晶体内部的微粒按各自的规则排列,具有空间上的周期性。有的物质组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布,因此在不同条件下可以生成不同的晶体。
例如:碳原子由于排列不同可以生成石墨(层状结构,层与层之间距离较大,原子间作用力较弱,质地松软)或金刚石(碳原子间作用力很强,有很大硬度可切割玻璃)。
5)晶体达到熔点后由固态向液态转化,分子间距离要加大。此时晶体要从外界吸收热量来破坏晶体的点阵结构,所以吸热只是为了克服分子间的引力做功,只增加了分子的势能。
二、液体(无规则运动与分子力共同作用)的表面张力现象
液体──非晶体的微观结构跟液体非常相似
表面张力:表面层分子比较稀疏,r>r0在液体内部分子间的距离在r0左右,分子力几乎为零。液体的表面层由于与空气接触,所以表面层里分子的分布比较稀疏、分子间呈引力作用,在这个力作用下,液体表面有收缩到最小的趋势,这个力就是表面张力。
液体表面张力与温度有关:温度升高,力减小。
太空中的液体,形状由表面张力决定,由于使液体表面收缩至最小,故呈球状。
浸润和不浸润现象:
浸润:液体润湿某种固体并附着在固体表面
不浸润:液体不会润湿某种固体、不附着在固体表面
附着层的液体分子比液体内部
毛细现象
浸润
密(表现斥力)附着层的扩展趋势
液体上升
不浸润
稀疏(表现引力)附着层的收缩趋势
液体下降
3)毛细现象:浸润液体在细管中上升的现象,以及不浸润液体在细管中下降的现象,称为毛细现象。
对于一定液体和一定材质的管壁,管的内径越细,毛细现象越明显。
(1)管的内径越细,液体越高
(2)土壤锄松,破坏毛细管,保存地下水分;压紧土壤,毛细管变细,将水引上来
(3)由于液体浸润管壁,液面边缘部分的表面张力斜向上方,这个力使管中液体向上运动,当管中液体上升到一定高度,液体所受重力与液面边缘所受向上的力平衡,液面稳定在一定高度。
三、液晶
液晶具有流动性、光学性质各向异性.
2)有些物质在特定的温度范围内有液晶态,另一些在适当的溶剂中熔解时,在一定的浓度范围具有液晶态。通常棒状分子、碟状分子和平板状分子的物质容易具有液晶态。天然存在的液晶不多,多数液晶为人工合成.
3)向液晶参入少量多***染料,染料分子会和液晶分子结合而定向排列,从而表现出光学各向异性。当液晶中电场强度不同时,它对不同颜色的光的吸收强度也不一样,这样就能显示各种颜色.
4)在多种人体结构中都发现了液晶结构.
四、饱和汽和饱和汽压
说明:相对湿度的计算不做要求
1)汽化
沸腾只在一定温度下才会发生,液体沸腾时的温度叫做沸点(大气压越高时沸点越高)
2)饱和汽与饱和汽压
在密闭容器中的液面上同时进行着两种相反的过程:
一方面液体分子从液面飞出来;
另一方面由于液面上的蒸气分子不停地做无规则的热运动,有的分子撞到液面上又会回到液体中去。随着液体的不断蒸发,液面上气态分子数不断增多,回到液体中的分子数也逐渐增多。最后,当气态分子的密度增大到一定程度时,就会达到这样的状态:在单位时间内回到液体中的分子数等于从液面飞出去的分子数,这时气态分子的密度不再增大,液体也不再减少,液体和气体之间达到了平衡状态,蒸发停止。这种平衡叫做动态平衡。
我们把跟液体处于动态平衡的蒸汽叫做饱和汽,把没有达到饱和状态的汽叫做未饱和汽。在一定温度下,饱和汽的分子数密度是一定的,饱和汽的压强也是一定的,这个压强叫做饱和汽压。未饱和汽的压强小于饱和汽压。
饱和汽压
(1)饱和汽压只是指空气中这种液体蒸汽的分气压,与其他气体的压强无关。
(容器中混合气体的压强等于在同样济度、同样体积条件下混合气体各成分单独存在时的分压强之和--道尔顿分压定律)
(2)饱和汽压与温度和物质种类有关。(在同一温度下,不同液体的饱和气压一般不同,挥发性大的液体饱和气压大;同一种液体的饱和气压随温度的升高而迅速增大。)[对于某种液体而言单位时间、单位面积(液面)飞出的液体分子数只与温度有关]
(3)将不饱和汽变为饱和汽的方法:
①降低温度②减小液面上方的体积③等待(最终此种液体的蒸气必然处于饱和状态)
3)空气的湿度
(1)空气的绝对湿度:用空气中所含水蒸气的压强P1来表示的湿度叫做空气的绝对湿度。