高中物理選擇性必修第三冊全冊知識點匯總

第一章分子動理論...............................................................1

1.分子動理論的基本內容...............................................1

2.實驗：用油膜法估測油酸分子的大小...................................7

3.分子運動速率分布規律...............................................10

第二章氣體、固體和液體........................................................21

1.溫度和溫標.........................................................21

2.氣體的等溫變化....................................................28

3.氣體的等壓變化和等容變化..........................................33

4.固體...............................................................45

5.液體...............................................................50

第三章熱力學定律..............................................................55

1.功、熱和內能的改變................................................55

2.熱力學第一定律....................................................61

3.能量守恒定律......................................................61

4.熱力學第二定律....................................................66

第四章原子結構和波粒二象性...................................................72

1.普朗克黑體輻射理論................................................72

2.光電效應...........................................................72

3.原子的核式結構模型................................................81

4.氫原子光譜和玻爾的原子模型........................................88

5.粒子的波動性和量子力學的建立......................................96

第五章原子核.................................................................101

1.原子核的組成.....................................................101

2.放射性元素的衰變.................................................107

3.核力與結合能.....................................................114

4.核裂變與核聚變...................................................120

5."基本”粒子.........................................................120

第一章分子動理論

1.分子動理論的基本內容

一、物體是由大量分子組成的

1.分子：把組成物體的微粒統稱為分子。

2.1mol水中含有水分子的數量就達6.02XI023個。

二、分子熱運動

1.擴散

(1)擴散：不同的物質能夠彼此進入對方的現象。

(2)產生原因：由物質分子的無規則運動產生的。

(3)發生環境：物質處于固態、液態和氣態時,都能發生擴散現象。

(4)意義：證明了物質分子永不停息地做無規則運動。

(5)規律：溫度越高,擴散現象越明顯。

2.布朗運動

(1)概念：把懸浮微粒的這種無規則運動叫作布朗運動。

(2)產生的原因：大量液體(氣體)分子對懸浮微粒撞擊的不平衡造成的。

(3)布朗運動的特點：永不停息、無規則。

(4)影響因素：微粒越小,布朗運動越明顯，溫度越高,布朗運動越激烈。

(5)意義:布朗運動間接地反映了液體(氣體)分子運動的無規則性。

3.熱運動

(1)定義：分子永不停息的無規則運動。

(2)宏觀表現：擴散現象和布朗運動。

⑶特點

①永不停息；

②運動無規則;

③溫度越高，分子的熱運動越激烈。

三、分子間的作用力

1.分子間有空隙

(1)氣體分子的空隙：氣體很容易被壓縮，說明氣體分子之間存在著很大的

空隙。

(2)液體分子間的空隙：水和酒精混合后總體積會減小,說明液體分子間有

空隙。

(3)固體分子間的空隙：壓在一起的金片和鉛片，各自的分子能擴散到對方

的內部，說明固體分子間也存在著空隙。

2.分子間作用力

(1)當用力拉伸物體時，物體內各部分之間要產生反抗拉伸的作用力，此時

分子間的作用力表現為引力。

(2)當用力壓縮物體時，物體內各部分之間會產生反抗壓縮的作用力，此時

分子間的作用力表現為斥力。

說明：分子間的作用力指的是分子間相互作用引力和斥力的合力。

四'分子動理論

1.內容：物體是由大量分子組成的,分子在做永不停息的無規則運動,分

子之間存在著相互作用力。

2.由于分子熱運動是無規則的,對于任何一個分子都具有偶然性,但對大

量分子的整體而言，表現出規律性。

泊點1分子熱運動

教材P4“思考與討論”答案提示：因為花粉微粒在各個瞬間受到較強撞擊

的方向是無規則的，所以花粉微粒的運動是無規則的，微粒越小，某時刻與它

相撞的分子數越少，來自各方向的沖擊力越不易平衡，布朗運動越明顯。

冬天在我國北方很多地方易出現霧霾天氣，如圖所示。

霧霾

霧霾極大地影響了人們的視線，也給交通帶來不便，你知道霾的小顆粒在

做什么運動嗎？這種運動與小顆粒大小有關嗎？

提示：霾的小顆粒做布朗運動。顆粒越小，布朗運動越明顯。

一對擴散的理解

(1)影響擴散現象明顯程度的因素

①物態

I.氣態物質的擴散最快、現象最顯著。

n.固態物質的擴散最慢，短時間內現象非常不明顯。

in.液態物質的擴散現象明顯程度介于氣態與固態之間。

②溫度：在兩種物質一定的前提下，擴散現象發生的顯著程度與物質的溫

度有關，溫度越高，擴散現象越顯著。

③濃度差：兩種物質的濃度差越大，擴散現象越顯著。

(2)分子運動的兩個特點

①永不停息：不分季節，也不分白天和黑夜，分子每時每刻都在運動。

②無規則：單個分子的運動無規則，但大量分子的運動又具有規律性，總

體上分子由濃度大的地方向濃度小的地方運動。

2.布朗運動

(1)無規則性

懸浮微粒受到液體分子在各個方向上撞擊的不平衡是形成布朗運動的原

因。由于液體分子的運動是無規則的，使微粒受到較強撞擊的方向也不確定，

所以布朗運動是無規則的。

(2)影響因素

①微粒越小，布朗運動越明顯：懸浮微粒越小，某時刻與它相撞的分子數

越少，來自各方向的沖擊力越不平衡；另外微粒越小，其質量也就越小，相同

沖擊力下產生的加速度越大。因此，微粒越小，布朗運動越明顯。

②溫度越高，布朗運動越激烈：溫度越高，液體分子的運動(平均)速率越

大，對懸浮于其中的微粒的撞擊作用也越大，產生的加速度也越大，因此溫度

越高，布朗運動越激烈。

(3)實質

布朗運動不是分子的運動，而是懸浮微粒的運動。布朗運動的無規則性反

映了液體分子運動的無規則性；布朗運動與溫度有關，表明液體分子運動的激

烈程度與溫度有關。

【例1】(多選)如圖所示是做布朗運動的小顆粒的運動路線記錄的放大

圖，以小顆粒在N點開始計時，每隔30s記下小顆粒的一個位置，得到5、

C、D、E、F、G等點，關于小顆粒在75s末時的位置，以下敘述中正確的是

A.一定在CO連線的中點

B.一定不在連線的中點

C.可能在C。連線靠近C的位置

D.可能在C。連線上，但不一定是。＞連線的中點

CD［布朗運動是懸浮微粒的無規則運動，從顆粒運動到Z點計時，每隔

30s,記下顆粒的一個位置，其連線并不是小顆粒運動的軌跡，所以在75s末

時，其所在位置不能在圖中確定，故C、D正確。］

布朗運動中微粒的運動是“無規則”的，即實驗中不同時刻微粒位置的連

線并非其運動軌跡，而是人為畫出的，這是理解該實驗的關鍵。

分子間的作用力

把一塊洗干凈的玻璃板吊在橡皮筋的下端，使玻璃板水平接觸水面如圖所

示，現在要想使玻璃板離開水面，所用的拉力比其重力大，還是相等？

提示：大于重力。在玻璃板被提起時，要受到水面上的水分子的引力，所

以拉力要大于玻璃板的重力。

一分子力：在任何情況下，分子間總是同時存在著引力和斥力，而實際表

現出來的分子力是分子引力和斥力的合力。

2.分子力與分子間距離變化的關系：

(1)平衡位置：分子間距離廠=勺時，引力與斥力大小相等，分子力為零。

平衡位置即分子間距離等于々(數量級為lOTOm)的位置。

(2)分子間的引力和斥力隨分子間距離r的變化關系：分子間的引力和斥力

都隨分子間距離r的增大而減小，但斥力減小得更快。

(3)分子力與分子間距離變化的關系及分子力模型

分子力E隨分子間距離分子間

分子力分子力模型

r的變化關系圖像距離

-0零

、箕K/=/o,尸=0力

表現為斥力，

且分子力隨分尸—F

—*1kIo,尸向外1**—

r<r0

子間距的增大彈簧壓縮

而減小

表現為引力，

且分子力隨分

O-^^oFooooo￡o^-O

r>r0子間距的增H-2>/o,F向里T

彈簧拉伸

大，先增大后

減小

【例2】如圖所示，設有一分子位于圖中的坐標原點。處不動，另一分

子可位于正x軸上不同位置處，圖中縱坐標表示這兩個分子間分子力的大小，

兩條曲線分別表示斥力或引力的大小隨兩分子間距離變化的關系，e為兩曲線

的交點，則下列說法正確的是()

A.線表示引力，cd線表示斥力，e點的橫坐標約為IO"5m

B.ab線表示斥力，cd線表示引力，e點的橫坐標約為m

C.ab線表示引力,cd線表不斥力，e點的橫坐標約為1OT。m

D.ab線表示斥力，cd線表不引力，e點的橫坐標約為IO—5m

B［由于分子間斥力的大小隨兩分子間距離變化比引力快，所以圖中曲線

就表示斥力，cd表示引力，e點引力和斥力平衡，分子間距為々，數量級為10

T°m,故選項B正確。］

分子間作用力問題的分析方法

(1)首先要清楚分子間同時存在分子引力和分子斥力。

(2)分子間的引力和斥力都隨分子間距離的增大而減小，斥力減小得更快。

(3)分子力是指分子間引力和斥力的合力。

(4)分子力比較復雜，要抓住兩個關鍵點：一是r=々時，分子力為零，此

時分子間引力和斥力大小相等，均不為零；二是々時，分子力很小，引

力、斥力均可近似看作零。

2.實驗：用油膜法估測油酸分子的大小

一、實驗思路

把一滴油酸酒精溶液滴在水面上，使油酸在水面上形成單分子油膜，則油

膜厚度即為油酸分子的直徑。

二、實驗步驟

1.在淺盤中倒入約2cm深的水，將爽身粉均勻撒在水面上。

2.用注射器往小量筒中滴入1mL油酸酒精溶液，記下滴入的滴數〃，算

出一滴油酸酒精溶液的體積外。

3.將一滴油酸酒精溶液滴在淺盤的液面上。

4.待油酸薄膜形狀穩定后，將玻璃放在淺盤上，用水彩筆(或鋼筆)畫出油

酸薄膜的形狀。

5.將玻璃放在坐標紙上，算出油酸薄膜的面積S；或者玻璃板上有邊長為

1cm的方格，則也可通過數方格數，算出油酸薄膜的面積S。

6.根據已配好的油酸酒精溶液的濃度，算出一滴油酸酒精溶液中純油酸的

體積兀

V

7.計算油酸薄膜的厚度”=-,即為油酸分子直徑的大小。

S

三、注意事項

1.實驗前，必須把所有的實驗用具擦洗干凈，實驗時吸取油酸、酒精和溶

液的移液管要分別專用，不能混用，否則會增大誤差，影響實驗結果。

2.待測油酸面擴散后又收縮，要在穩定后再畫輪廓，擴散后又收縮有兩個

原因：一是水面受油酸液滴的沖擊凹陷后又恢復；二是酒精揮發后液面收縮。

3.本實驗只要求估算分子大小，實驗結果的數量級符合要求即可。

4.爽身粉不宜撒得過厚，油酸酒精溶液的濃度以小于」一為宜。

1000

5.向水面滴油酸酒精溶液時，應靠近水面，不能離水面太高，否則油膜輪

廓難以形成。

四、數據分析

計算方法：

1.一滴油酸溶液的平均體積

-N滴油酸溶液的體積

V=-------------------------------°

2.一滴油酸溶液中含純油酸的體積

%=%X油酸溶液的體積比。（體積比=要黑黑）

溶液的體積

3.油膜的面積XIcm2。（〃為有效格數，小方格的邊長為1cm）

V

4.分子直徑d=—（代入數據時注意統一單位）。

S

【例1】配制好的油酸酒精溶液為每1000mL油酸酒精溶液中有油酸

0.6mLo用滴管向量筒內滴50滴上述溶液，量筒中的溶液體積增加1mL。若

把一滴這樣的溶液滴入盛水的淺盤中，由于酒精溶于水，油酸在水面展開，穩

定后形成單分子油膜的形狀如圖所示。

（1）若每一小方格的邊長為30mm,則油酸薄膜的面積為多少平方米?

（2）每一滴油酸酒精溶液含有純油酸的體積為多少立方米？

(3)根據上述數據，估算出油酸分子的直徑為多少米。

思路點撥：

「T含純油酸的體積

一滴油酸油酸分子

酒精溶液的直徑

U油膜的面積)一

［解析］(1)數出在油膜范圍內的格數(面積大于半個方格的算一個，不足半

個的舍去)為85個，油膜面積約為S=85X(3.OX1CT2)2m2=7.65X10-2m2。

(2)因50滴油酸酒精溶液的體積為1mL,且溶液含純油酸的濃度為p=

0.06%,故每滴油酸酒精溶液含純油酸的體積為"&X1X10-6m3=

N50

1.2X10T1m3o

(3)把油酸薄膜的厚度視為油酸分子的直徑，可估算出油酸分子的直徑為d

V°_1,2X10-11

m-L57X10-I0m

S~7.65X10-2o

［答案］(1)7.65XIO-2m2(2)L2X10Tim3

(3)1.57X10-10m

【例2】在“用油膜法估測油酸分子的大小”的實驗中，按照油酸與酒

精的體積比為機：〃配制油酸酒精溶液，用注射器滴取該溶液，測得左滴溶液

的總體積為V,將一滴溶液滴入淺盤，穩定后將油酸膜輪廓描繪在坐標紙上，

如圖所示。已知坐標紙上每個小正方形的邊長為°。

(1)求油膜的面積；

(2)估算油酸分子的直徑。

［解析］(1)估算油膜面積時以超過半格按一格計算，小于半格就舍去的原

則，估算出31格，則油酸薄膜面積為5=314。

芹由酸my

(2)根據公式%油酸=dS可得d=——=o

8(加十〃)

mV

［答案］(l)31a2(2)-

31a2k(m+ri)

油膜法估測分子大小的解題思路

(1)首先要按比例關系計算出1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積兀

(2)其次采用“互補法”計算出油膜的面積S。

V

(3)最后利用公式d=—求出分子的直徑。

S

(4)計算時注意單位要統一。

3.分子運動速率分布規律

一、氣體分子運動的特點

1.隨機事件與統計規律

(1)必然事件：在一定條件下，若某事件必然出現,這個事件叫作必然事

件。

(2)不可能事件：若某事件不可能出現,這個事件叫作不可能事件。

(3)隨機事件：若在一定條件下某事件可能出現,也可能不出現,這個事件

叫作隨機事件。

(4)統計規律：大量隨機事件的整體往往會表現出一定的規律性,這種規律

叫作統計規律。

2.氣體分子運動的特點

(1)運動的自由性：由于氣體分子間的距離比較大，分子間作用力很弱，通

常認為，氣體分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，不受力而做勻速直線運

動，氣體充滿它能達到的整個空間。

(2)運動的無序性：分子的運動雜亂無章，在某一時刻，向著任何一個方向

運動的分子都有，而且向各個方向運動的氣體分子數目幾乎想笠。

說明：常溫下大多數氣體分子的速率都達到數百米每秒，在數量級上相當

于子彈的速率。

二、分子運動速率分布圖像

1.圖像如圖所示。

產3)百分比

Y低溫分布

溫分布

。V

2.規律：在一定溫度下,不管個別分子怎樣運動，氣體的多數分子的速率

都在某個數值附近，表現出“中間多、兩頭少”的分布規律。當溫度升高時,

“中間多、兩頭少”的分布規律不變，氣體分子的速率增大,分布曲線的峰值

向速率大的一方移動。

3.溫度越高，分子的熱運動越劇烈。

說明：溫度升高不是每個分子的速率都變大，而是速率大的占的百分比變

大。

三、氣體壓強的微觀解釋

1.產生原因

氣體的壓強是由氣體中大量做無規則熱運動的分子對器壁不斷地碰撞產生

的。壓強就是在器壁單位面積上受到的壓力。

2.從微觀角度來看，氣體壓強的決定因素

(1)一方面是氣體分子的平均速率。

(2)另一方面是氣體分子的數密度。

13—點ly氣體分子運動的特點

畬情境引入?助學助教

1859年麥克斯韋從理論上推導出了氣體分子速率的分布規律，后來有許多

實驗驗證了這一規律。若以橫坐標0表示分子速率，縱坐標人0)表示各速率區

間的分子數占總分子數的百分比，試作出圖像。從圖像中可以看出什么分布規

律？

提不：圖像:

2.分子間的碰撞十分頻繁：頻繁的碰撞使每個分子速度的大小和方向頻繁

地發生改變，造成氣體分子做雜亂無章的熱運動。

3.分子的速率分布規律：大量氣體分子的速率分布呈現中間多（占有分子

數目多）兩頭少（速率大或小的分子數目少）的規律。當溫度升高時，“中間多”

的這一“高峰”向速率大的一方移動。即速率大的分子數目增多，速率小的分

子數目減少，分子的平均速率增大，分子的熱運動劇烈。

【例1】（多選）根據氣體分子動理論，氣體分子運動的劇烈程度與溫度有

關，下列表格中的數據是研究氧氣分子速率分布規律而列出的。

按速率大小各速率區間的分子數占總分子數的百

劃分的區間分比（%）

（m/s）0℃100℃

100以下1.40.7

100—2008.15.4

200-30017.011.9

300-40021.417.4

400~50020.418.6

500~60015.116.7

600—7009.212.9

700~8004.57.9

800~9002.04.6

900以上0.93.9

依據表格內容，以下四位同學所總結的規律正確的是（）

A.不論溫度多高，速率很大和很小的分子總是少數

B.溫度變化，表現出“中間多、兩頭少”的分布規律要改變

C.某一溫度下，速率都在某一數值附近，離開這個數值越遠，分子越少

D.溫度增加時，速率小的分子數減少了

ACD［溫度變化，表現出“中間多、兩頭少”的分布規律是不會改變的，

選項B錯誤；由氣體分子運動的特點和統計規律可知，選項A、C、D正確。］

氣體分子速率分布規律

(1)在一定溫度下，所有氣體分子的速率都呈“中間多、兩頭少”的分布。

(2)溫度越高，速率大的分子所占比例越大。

(3)溫度升高，氣體分子的平均速率變大，但具體到某一個氣體分子，速率

可能變大也可能變小，無法確定。

【一題多變】試作出例題中的分子運動速率分布圖像。

［解析］分子運動速率分布圖像如圖所示：

各速率區間的分子數

占總分子數的百分比

橫坐標：表示分子的速率

縱坐標：表示各速率區間的分子數占總分子數的百分比。

氣體壓強的微觀解釋

畬倩境引入?助學助教

借助鉛筆，把氣球塞進一只瓶子里，并拉大氣球的吹氣口，反扣在瓶口

上，如右圖所示，然后給氣球吹氣，無論怎么吹，氣球不過大了一點，想把氣

球吹大，非常困難，為什么？

提示：由題意“吹氣口反扣在瓶口上”可知瓶內封閉著一定質量的空氣。

當氣球稍吹大時，瓶內空氣的體積縮小，空氣分子的數密度變大，壓強變大，

阻礙了氣球的膨脹，因而再要吹大氣球是很困難的。

1.氣體壓強的產生

大量氣體分子不斷地和器壁碰撞，對器壁產生持續的壓力，作用在器壁單

位面積上的壓力就是氣體的壓強。

2.氣體壓強的決定因素

單位體積內分子數越多，單位時間內與器壁單位面積碰撞的分子數就越

多，壓強越大；溫度越高，則分子的平均速率越大，分子運動越劇烈，一方面

使單位時間內碰到器壁單位面積上的分子數增多，另一方面也使一個分子與器

壁碰撞一次時對器壁的平均沖擊力增大，使壓強增大。所以氣體壓強的大小宏

觀上看跟溫度和氣體分子的數密度有關；微觀上看跟單位體積內的分子數和分

子的平均速率有關。

3.大氣壓強的產生及影響因素

大氣壓強由氣體的重力產生，如果沒有地球引力的作用，地球表面上就沒

有大氣，也就沒有大氣壓強。由于地球引力與距離的平方成反比，所以大氣壓

力與氣體的高度、密度有關，在地面上空不同高度處，大氣壓強不相等。

【例2】關于密閉容器中氣體的壓強，下列說法正確的是（）

A.是由氣體受到的重力產生的

B.是由大量氣體分子不斷地碰撞器壁而產生的

C.壓強的大小只取決于氣體分子數量的多少

D.容器運動的速度越大，氣體的壓強也越大

B［氣體的壓強是大量氣體分子不斷地碰撞器壁而產生的，A錯誤，B正

確；壓強的大小取決于氣體分子的平均動能和分子的數密度，與物體的宏觀運

動無關，C、D錯誤。］

氣體壓強的分析方法

(1)明確氣體壓強產生的原因一大量做無規則運動的分子對器壁頻繁、持

續地碰撞。壓強就是大量氣體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力。

(2)明確氣體壓強的決定因素一氣體分子的數密度與平均速率。

(3)只有知道了兩個因素的變化，才能確定壓強的變化，任何單個因素的變

化都不能決定壓強是否變化。

4.分子動能和分子勢能

一、分子動能

i.分子動能

做熱運動的分子也具有動能,這就是分子動能。

2.分子的平均動能

熱現象研究的是大量分子運動的整體表現，重要的不是系統中某個分子的

動能大小，而是所有分子的動能的平均值，叫作分子熱運動的平均動能。

3.溫度的微觀解釋

溫度是物體分子熱運動平均動能的標志。

說明：溫度相同，分子平均動能相等，而不同種類的分子平均速率不相

等。

二、分子勢能

1.定義：分子間存在相互作用力，可以證明分子間的作用力所做的功與路

徑無關,分子組成的系統具有分子勢能。

2.決定因素

(1)宏觀上：分子勢能的大小與物體的體積有關。

(2)微觀上：分子勢能與分子間的距離有關。

3.分子勢能與分子間距離的關系

(1)當心々時，分子力表現為引力,若r增大，需克服引力做功，分子勢能

增加。

(2)當時，分子力表現為斥力,若r減小，需克服斥力做功，分子勢能

增力口。

(3)當廠=々時，分子力為零，分子勢能最小。

三、內能

1.定義：物體中所有分子的熱運動動能與分子勢能的總和。

2.內能的普遍性：組成任何物體的分子都在做無規則的熱運動,所以任何

物體都具有內能。

3.決定因素

(1)物體所含的分子總數由物質的量決定。

(2)分子的熱運動平均動能由溫度決定。

(3)分子勢能與物體的體積有關,故物體的內能由物質的量、溫度、體積共

同決定，同時受物態變化的影響。

注意：物體的內能與機械能無關。

2^1/分子動能

相同溫度的氧氣和氫氣，哪一個平均動能大？哪一個平均速率大？

提示：溫度是分子熱運動平均動能的標志，溫度相同，任何物體分子的平

均動能都相等。由匠=；破？可知氫氣分子的平均速率大些。

-1.單個分子的動能

(1)物體由大量分子組成，每個分子都有分子動能且不為零。

(2)分子在永不停息地做無規則熱運動，每個分子動能大小不同并且時刻在

變化。

(3)熱現象是大量分子無規則運動的統計規律，對個別分子的動能沒有實際

意義。

2.分子的平均動能

(1)溫度是大量分子無規則熱運動的宏觀表現，具有統計意義。溫度升高，

分子平均動能增大，但不是每一個分子的動能都增大。個別分子動能可能增大

也可能減小，個別分子甚至幾萬個分子熱運動的動能大小不受溫度影響，但總

體上所有分子的動能之和一定是增加的。

(2)只要溫度相同，任何分子的平均動能都相同。由于不同物質的分子質量

不一定相同，所以同一溫度下，不同物質分子運動的平均速率大小一般不相

同。

【例1】對不同的物體而言，下列說法中正確的是()

A.高溫物體內分子的平均動能一定比低溫物體內分子的平均動能大

B.高溫物體內每一個分子的動能一定大于低溫物體內每一個分子的動能

C.高溫物體內分子運動的平均速率一定比低溫物體內分子運動的平均速

率大

D.高溫物體內每一個分子運動的速率一定大于低溫物體內每一個分子運

動的速率

A［溫度是分子平均動能的標志，溫度高的物體，分子的平均動能一定

大，但分子的平均速率不一定大，因為不同物質分子的質量不同；對單個分子

的速率、動能討論溫度是沒有意義的，因為溫度是大量分子表現出的宏觀規

律；B、C、D錯誤，A正確。］

理解分子動能的三點注意

(1)溫度是分子平均動能的“標志”或者說“量度”，溫度只與物體內大量

分子熱運動的統計意義上的平均動能相對應，與單個分子的動能沒有關系。

(2)每個分子都有分子動能且不為零，熱現象是大量分子無規則運動的統計

規律，對個別分子動能沒有實際意義。

(3)溫度高的物體，分子的平均速率不一定大，還與分子質量有關。

冷點2分子勢能

教材P14“思考與討論”答案提示：若選定分子間距離外為無窮遠時的分子

勢能穌為0,則當廠=々時，分子勢能最小。

-分子力F、分子勢能穌與分子間距離r的關系圖線如圖所示(取無窮遠處分

子勢能穌=0)。

(1)當時，分子間表現為什么力？若r增大，分子力做什么功？分子勢

能怎么變化？

(2)當時，分子間表現為什么力？若r減小，分子力做什么功？分子勢

能怎么變化？

(3)當時，分子勢能有什么特點？

提示：(1)分子力為引力，若r增大，分子力做負功，分子勢能增大。

(2)分子力為斥力，若r減小，分子力做負功，分子勢能增大。

(3)分子勢能最小。

1.分子勢能的變化規律及判斷依據

分子力做正功，分子勢能減少，分子力做了多少正功，分子勢能就減少多

少；分子力做負功，分子勢能增加，克服分子力做了多少功，分子勢能就增加

多少。

(1?>々時，外增大，分子勢能增加，反之，減少。

(2)r<o時，r增大,分子勢能減少，反之，增加。

(3?—8時，分子勢能為零；升=勺時，分子勢能最小。

2.分子勢能的“彈簧一小球”模型

分子勢能隨分子間距離的變化類似于彈簧一小球模型，彈簧的原長相當于

分子間的距離小。彈簧在原長的基礎上無論拉伸還是壓縮，勢能都會增加。

3.分子勢能曲線

分子勢能曲線如圖所示，規定無窮遠處分子勢能為

零。分子間距離從無窮遠逐漸減小至々的過程，分子間

的合力為引力，合力做正功，分子勢能不斷減小，其數

值將比零還小，為負值。當分子間距離到達々以后再繼

續減小，分子作用的合力為斥力，在分子間距離減小過

程中，合力做負功，分子勢能增大，其數值將從負值逐漸變大至零，甚至為正

值，故外=々時分子勢能最小。

從曲線上可看出：（1）在處，曲線比較陡，這是因為分子間的斥力隨分

子間距的減小而增加得快，分子勢能的增加也就快。（2）在處，曲線比較

緩，這是因為分子間的引力隨分子間距的增大而變化得慢，分子勢能的增加也

就變慢。（3）在r=o處，分子勢能最小，但不一定為零，因為零勢能的位置是

任意選定的。一般取無窮遠處分子勢能為零，則分子勢能最小位置是在r=o

處，且為負值，故分子勢能最小與分子勢能為零絕不是一回事。

4.分子勢能與體積的關系

由于物體分子間距離變化的宏觀表現為物體的體積變化，所以微觀的分子

勢能變化對應于宏觀的物體體積變化。例如，同樣是物體體積增大，有時體現

為分子勢能增加（在廠>r0范圍內）；有時體現為分子勢能減少（在右。范圍內）；一

般我們說，物體體積變化了，其對應的分子勢能也變化了。但分析與判定的關

鍵要看體積變化過程中分子力是做正功，還是做負功。

【例2】（多選）如圖所示，甲分子固定在坐標原點。，乙分子位于x軸

上，甲分子對乙分子的作用力與兩分子間的距離的關系如圖中曲線所示。F>0

為斥力，/<0為引力。a、b、c、d為x軸上四個特定的位置。現把乙分子從。

處由靜止釋放，則（）

A.乙分子由。到6做加速運動，由b到。做減速運動

B.乙分子由。到c做加速運動，到達c時速度最大

C.乙分子由。到b的過程中，兩分子間的分子勢能一直減小

D.乙分子由6到d的過程中，兩分子間的分子勢能一直增大

思路點撥：（1）分子在平衡位置時分子勢能最小，分子力為零，分子加速度

為零。

（2）根據分子力做功的正負分析判斷分子勢能的變化。

BC［乙分子由a運動到c的過程，一直受到甲分子的引力作用而做加速

運動，到c時速度達到最大，而后受甲的斥力作用做減速運動，A錯誤，B正

確；乙分子由a到b的過程所受引力做正功，分子勢能一直減小，C正確；而

乙分子從b到d的過程，先是引力做正功，分子勢能減少，后克服斥力做功，

分子勢能增加，D錯誤。］

分子勢能圖像問題的解題技巧

(1)首先要明確分子勢能、分子力與分子間距離關系圖像中拐點意義的不

同。分子勢能圖像的最低點(最小值)對應的距離是分子平衡距離功，而分子力

圖像的最低點(引力最大值)對應的距離大于4。

分子勢能圖像與r軸交點的距離小于4，分子力圖像與r軸交點表示平衡

距離廠0。

(2)其次要把圖像上的信息轉化為分子間距離，再求解其他問題。

y點3內能

教材P16“思考與討論”答案提示：足球靜止時，氣體分子仍然有能量，即

有內能。

試探究：(1)小孩為什么有這種感覺？

(2)從能量轉化和轉移的角度解釋一下？

提示：(1)小孩的臀部，內能增加，溫度升高，感覺熱。

(2)機械能轉化為內能。

1.內能的決定因素

(1)從宏觀上看：物體內能的大小由物體的物質的量、溫度和體積三個因素

決定。

(2)從微觀上看：物體的內能由組成物體的分子總數、分子熱運動的平均動

能和分子勢能三個因素決定。

2.內能與機械能的區別和聯系

項目內能機械能

對應的運動

微觀分子熱運動宏觀物體的機械運動

形式

能量常見形

分子動能、分子勢能物體動能、重力勢能或彈性勢能

式

能量存在的物體內大量分子的熱運動由于物體做機械運動和物體發生

原因和分子間存在相互作用力彈性形變或被舉高

物體的機械運動的速度、離地高

物質的量、物體的溫度和

影響因素度（或相對于參考平面的高度）或

體積

彈性形變量

能否為零永遠不能等于零一定條件下可以等于零

聯系在一定條華「下可以相互轉化

3.物態變化對內能的影響

一些物質在物態發生變化時，例如冰的熔化、水在沸騰時變為水蒸氣，溫

度不變，此過程中分子的平均動能不變，由于分子間的距離變化，分子勢能變

化，所以物體的內能變化。

【例3】（多選）下列有關溫度與分子動能、物體內能的說法中正確的是

（）

A.溫度升高，每個分子的動能一定都變大

B.溫度升高，分子的平均速率一定變大

C.溫度升高時，分子的平均動能一定變大

D.溫度降低，物體的內能必然變小

思路點撥：物體的內能由溫度、體積、物質的量及物態共同決定。

BC［溫度升高時，分子的平均動能一定變大，即平均速率增大，但每個

分子的動能不一定變大，故A錯誤、B、C正確；決定物體內能的是組成物體

的分子總數、溫度和體積三個因素。溫度降低，內能可能減小，還有可能不

變，甚至增加，故D錯誤。］

對內能的幾點理解

(1)內能是一種與分子熱運動及分子間相互作用相關的能量形式，與物體宏

觀有序運動狀態無關，它取決于物質的量、溫度、體積及物態。

(2)研究熱現象時，一般不考慮機械能，在機械運動中有摩擦時，有可能

發生機械能轉化為內能。

(3)物體溫度升高，內能不一定增加；溫度不變，內能可能改變；溫度降

低，內能可能增加。

第二章氣體、固體和液體

1.溫度和溫標

一、狀態參量與平衡態

1.熱力學系統：由大量分子組成的系統。

2.外界：系統之外與系統發生相互作用的其他物體。

3.狀態參量：為確定系統的狀態所需要的一些量，如：傕積、壓強、溫度

等。

4.平衡態：無外界影響，狀態參量穩定的狀態。

說明：平衡態是狀態參量，不是過程量，處于平衡杰的系統，狀態參量在

較長時間內不發生變化。

二、熱平衡與溫度

1.熱平衡：如果兩個系統相互接觸而傳熱，這兩個系統的狀態參量將會互

相影響而分別改變。經過一段時間，各自的狀態參量不再變化了，即這兩個系

統達到了熱平衡。

2.熱平衡定律：如果兩個系統分別與第三個系統達到熱平衡，那么這兩個

系統彼此之間也必定處于熱平衡。

3.溫度：處于熱平衡的系統之間有一“共同熱學性質”，即溫度。這就是

溫度計能夠用來測量溫度的基本原理。

三、溫度計與溫標

1.溫度計

名稱原理

水銀溫度計根據水銀的熱膨脹的性質來測量溫.度

金屬電阻溫度計根據金屬伯的電阻隨溫度的變化來測量溫度

氣體溫度計根據氣體壓強隨溫度的變化來測量溫度

熱電偶溫度計根據不同導體因遢差產生電動勢的大小來測量溫度

2.溫標：定量描述溫度的方法。

(1)攝氏溫標：一種常用的表示溫度的方法，規定標準大氣壓下冰的熔點為

0℃,水的沸點為100在0℃刻度與100℃刻度之間均勻分成皿等份,

每一份算作1℃o

(2)熱力學溫標：現代科學中常用的表示溫度的方法，熱力學溫度。

(3)攝氏溫度與熱力學溫度：

攝氏溫標表示的溫度，用符號L表示，單位是攝氏度,符號

攝氏溫度

為℃

熱力學溫標表示的溫度，用符號1表示，單位是開爾文,符號

熱力學溫度

為K

換算關系7=r+273.15K

注意：變化與變化1K是相等的。

狀態參量與平衡態

如圖，將雞蛋放在沸水中加熱足夠長的時間，雞蛋處于平衡態嗎？

提示：雞蛋放在沸水中加熱足夠長的時間其溫度、壓強、體積都不再變

化，是平衡狀態。

i.熱力學的平衡態是一種動態平衡，組成系統的分子仍在不停地做無規則

運動，只是分子運動的平均效果不隨時間變化，表現為系統的宏觀性質不隨時

間變化，而力學中的平衡態是指物體的運動狀態處于靜止或勻速直線運動狀

心、o

2.平衡態是一種理想情況，因為任何系統完全不受外界影響是不可能的。

系統處于平衡態時，仍可能發生偏離平衡態的微小變化。

3.兩個系統達到熱平衡后再把它們分開，如果分開后它們都不受外界影

響，再把它們重新接觸，它們的狀態不會發生新的變化。因此，熱平衡概念也

適用于兩個原來沒有發生過作用的系統。因此可以說，只要兩個系統在接觸時

它們的狀態不發生變化，我們就說這兩個系統原來是處于熱平衡的。

【例1】(多選)下列說法中正確的是()

A.狀態參量是描述系統狀態的物理量，故當系統的狀態變化時，其各個

狀態參量都會改變

B.當系統不受外界影響，且經過足夠長的時間，其內部各部分狀態參量

將會達到穩定

C.只有處于平衡態的系統才有狀態參量

D.兩個物體間發生熱傳遞時，它們組成的系統處于非平衡態

思路點撥：(1)各個系統都有狀態參量。

(2)當處于平衡態時，狀態參量不再變化，非平衡時，狀態參量要變化。

BD［由于描述系統的各種性質需要不同的物理量，只要其中某個量變

化，系統的狀態就會發生變化，不一定各個狀態參量都發生變化，選項A錯

誤；系統處于平衡態或非平衡態，只是狀態參量有無變化，選項C錯誤；當系

統不受外界影響時，系統總要趨于平衡，其內部各部分狀態參量趨于穩定，選

項B正確；兩個物體間發生熱傳遞時，兩個物體組成的系統內部仍存在溫差，

故系統處于非平衡態，選項D正確。］

處理平衡態的問題要注意以下三點

(1)平衡態與熱平衡不同，平衡態指的是一個系統內部達到的一種動態平

衡。

(2)必須要經過較長一段時間，直到系統內所有性質都不隨時間變化為止。

(3)系統與外界沒有能量的交換。

考點2熱平衡與溫度

某工人在拿鐵棒和木頭時感覺到鐵棒明顯比木頭涼，由于表示物體冷熱程

度的是溫度，于是這位工人得出當時“鐵棒比木頭溫度低”的結論，你認為他

的結論對嗎？請說明理由。

提示：不對。由于鐵棒和木頭都與周圍的環境達到熱平衡，故它們的溫度

是一樣的。之所以感覺到鐵棒特別涼，是因為這位工人在單位時間內傳遞給鐵

棒的熱量比較多。

(1)宏觀上

①溫度的物理意義：表示物體冷熱程度的物理量。

②與熱平衡的關系：各自處于熱平衡狀態的兩個系統，相互接觸時，它們

相互之間發生了熱量的傳遞，熱量從高溫系統傳遞給低溫系統，經過一段時間

后兩系統溫度相同，達到一個新的平衡狀態。

(2)微觀上

①反映物體內分子熱運動的劇烈程度，是大量分子熱運動平均動能的標

O

②溫度是大量分子熱運動的集體表現，是含有統計意義的，對個別分子來

說溫度是沒有意義的。

2.熱平衡

(1)一切達到熱平衡的物體都具有相同的溫度。

(2)若物體與Z處于熱平衡，它同時也與8達到熱平衡，則Z的溫度等于

B的溫度，這就是溫度計用來測量溫度的基本原理。

3.熱平衡定律的意義

熱平衡定律又叫熱力學第零定律，為溫度的測量提供了理論依據。因為互

為熱平衡的物體具有相同的溫度，所以比較各物體溫度時，不需要將各個物體

直接接觸，只需將作為標準物體的溫度計分別與各物體接觸，即可比較溫度的

身低。

【例2】關于平衡態和熱平衡，下列說法中正確的有()

A.只要溫度不變且處處相等，系統就一定處于平衡態

B.兩個系統在接觸時，它們的狀態不發生變化，說明這兩個系統原來的

溫度是相等的

C.熱平衡就是平衡態

D.處于熱平衡的幾個系統的壓強一定相等

思路點撥：（1）平衡態的各個參量都不變化。

（2）熱平衡時必有相等的溫度。

B［一般來說，描述系統的狀態參量不只一個，根據平衡態的定義知所有

性質都不隨時間變化，系統才處于平衡態，A錯誤；根據熱平衡的定義知，處

于熱平衡的兩個系統溫度相同，B正確，D錯誤；平衡態是針對某一系統而言

的，熱平衡是兩個系統相互影響的最終結果，C錯誤。］

熱平衡與溫度理解的兩個誤區

誤區1：誤認為只要溫度不變，系統就處于平衡態

產生誤區的原因是沒有正確理解平衡態的概念，當系統內包括溫度在內的

所有狀態參量都不隨時間變化時，系統才處于平衡態。

誤區2：誤認為平衡態就是熱平衡

產生誤區的原因是由于不理解熱平衡與平衡態的關系，錯誤地認為處于平

衡態的兩個物體之間一定會處于熱平衡。其實各自處于平衡態的兩個物體溫度

不一定相同，它們接觸后各自的狀態會發生變化，直到達到熱平衡為止。

2點”溫度計與溫標

攝氏溫標（以前稱為百分溫標）是由瑞典天文學家攝爾修斯設計的。如圖所

示，在一標準大氣壓下，把冰點定為0℃,汽化點定為100℃,因此在這兩個

固定點之間共為100℃,即100等份，每等份代表1攝氏度，用1℃表示，

用℃標表示的溫度叫作攝氏溫度，常用/表示。攝氏溫標用攝氏度做單位。熱

力學溫標由英國科學家威廉?湯姆孫（開爾文）創立，它表示的溫度叫熱力學溫

度，常用T表示，用K做單位。

100一水的沸點

90

80

70

60

50

40

30

20一室溫

10

0一水的冰點

-10

-20

試探究：1.熱力學溫標與攝氏溫標之間的關系是什么？

2.如果可以粗略地取一273℃為絕對零度，在一標準大氣壓下，冰的熔點

是多少攝氏度，為多少開？水的沸點又是多少攝氏度，為多少開？

提示：1.關系式為7=1+273』5K

2.冰的熔點為0℃,為2