?熱現象及應用第1節《分子動理論》課前自主學習任務單基礎層次(Ａ層次）一、學習目標1、了解分子動理論的基本觀點。2、了解溫度與溫標。3、了解氣體壓強的形成及與固、液壓強的區別。４、掌握熱力學能的基本知識。二、學習過程:任務一:分子動理論的基本觀點1、宏觀物體是由＿＿____＿_＿__________＿________；分子永不停息地__＿＿__＿_______________；分子之間有__＿____＿;分子間存在著相互作用的＿＿＿____和__＿＿___＿＿。2、分子的無規則運動與_＿_＿__有關，______越高,分子運動越劇烈。因此，我們把大量分子的這種運動叫做分子的____＿____。任務二：溫度與溫標1、溫度是表示物體__＿_______的物理量。溫度的數值表示方法叫_________。２、常用的溫標有兩種，即____＿＿__溫標和___＿___溫標(也叫_______溫標)。3、攝氏溫標的單位是________,熱力學溫標的單位是___＿___＿_。4、熱力學溫標的單位大小（即度與度之間的間隔）與攝氏溫標相同,比如,在常壓下，用攝氏溫標表示，水的沸點比冰點高1000C,在熱力學溫標中，水的沸點同樣比冰點高１０0K。不同的是它們的0度規定的起點不同，攝氏溫標以水的冰點為起點,即水的冰點規定為00C,而熱力學溫標是把宇宙中的最低溫度規定為0Ｋ,這個溫度叫做______零度。國際上公認為宇宙中的最低溫度為___＿__0C,為了計算方便，物理學中規定,★注意:熱力學溫標的單位K是國際單位制單位,而攝氏溫標的單位0C５、熱力學溫標的符號用大寫字母_____表示,攝氏溫標的符號用小寫字母____＿，它們之間的數值關系(即換算公式）為__＿＿_＿_____。比如，水的冰點溫度用攝氏溫標表示t=０0C,如果用熱力學溫標表示水的冰點溫度T＝ｔ+2７3=（０+27３）Ｋ＝２７3K;水的冰點溫度用攝氏溫標表示ｔ=1０0０Ｃ，如果用熱力學溫標表示水的冰點溫度T＝t+27３=(1任務三:氣體的壓強1、氣體壓強的形成(1）氣體分子間的間隙很大,已經接近或超過10r0，所以分子間的相互作用力十分微弱，幾乎可以忽略不計，氣體分子可以自由地運動(不像液體和固體,受到周圍分子的束縛)。常溫下多數氣體的分子的速率都可達到數百米每秒——相當于子彈的速率。(２）單個分子對器壁的撞擊力很小，而且不連續，但大量分子對器壁的撞擊卻可以產生大而連續的壓力。（就像下雨天打傘,一滴雨點打在傘上我們毫無感覺,但大量雨點打在傘上我們卻會感到很大的壓力。）氣體的壓強是氣體垂直作用在器壁單位面積的壓力。(3)由于氣體壓強是由于氣體分子撞擊器壁而引起的，而分子運動是無規則的，大量的分子表現為在各個方向上撞擊的幾率是相等的。所以，氣體在各個方向上產生的壓強是相等的。２、氣體壓強與固體、液體壓強的區別3、氣體壓強的單位在國際單位制中，壓強的單位是帕斯卡(Pa）,1Pａ=1N/m.;氣體壓強的單位在實際中還會見到“標準大氣壓”(符號是atm）和“毫米汞柱”（符號是ｍmHg）,1標準大氣壓=1.013×１０５Ｐa，760mmHg=1標準大氣壓任務四:熱力學能１分子動能構成物體的分子都是做永不停息地無規則運動的，因而運動的分子所具有的動能叫做分子動能。2、分子勢能在分子力作用范圍內，分子具有由它們的相對位置決定的勢能,這種勢能叫做分子勢能。3、熱力學能物體中所有分子的動能和勢能的總和，叫做物體的熱力學能。4、熱力學能與溫度和體積有關分子的動能與溫度有關(溫度越高，分子運動越快，分子動能越大）；分子勢能與物體的體積有關(分子勢能是由分子間的距離決定的,分子間的距離又決定著物體的體積)；因此物體的熱力學能與物體的＿___＿__＿_和＿＿_____有關。5、熱力學能的改變物體的熱力學能是可以改變的,當物體的溫度升高時,分子的動能增加，物體的熱力學能也隨之增加；當物體的溫度降低時，物體的熱力學能也隨之減少。當物體的體積改變時，分子勢能發生了變化，物體的熱力學能也隨之改變。６、改變物體熱力學能的途徑改變物體熱力學能的途徑有兩種：_＿___＿____和＿_＿_______。（1)做功可以改變物體的熱力學能冬天手嫌冷，我們可以把雙手來回的搓,過一會兒手就熱了，說明做功使手的熱力學能增加。給自行車打氣,打完氣后摸一下氣筒，會發現氣筒變熱，說明打氣時的做功,使氣筒的熱力學能增加。夏天使用罐裝全無敵,如果使用時間較長時，你會發現罐體的溫度明顯下降，這說明內部的壓縮氣體在膨脹時對外做功，熱力學能減少。概括起來，當外界對物體做功時,物體的熱力學能＿_____;當物體對外界做功時，物體的熱力學能__＿＿_____。(2）熱傳遞也可以改變物體的熱力學能①熱傳遞的概念灼熱的火爐可以使它上面和周圍的物體溫度升高,熱力學能增加；倒在茶杯中的熱水逐漸冷卻,熱力學能減少。在這樣的過程中，物體的熱力學能改變了，但是并沒有物體做功。▲這種不通過做功而使物體的熱力學能改變的過程,叫做熱傳遞。在熱傳遞過程中熱力學能改變的多少叫做熱量。概括起來,當外界向物體傳遞熱量時，物體的熱力學能___＿__;當物體向外界傳遞熱量時，物體的熱力學能_＿＿____。②熱傳遞的類型熱傳遞有三種方式:傳導、對流和輻射。燒鐵條的一端（如火叉）,另一端也會熱起來,這種熱傳遞的方式叫做傳導。加熱壺中的水時，由于熱水密度低,冷水密度高,被加熱的水上升,較冷的水下降,不斷地循環;空氣也是這樣,地面的溫度高,熱空氣上升,冷空氣下降。這種熱傳遞方式叫對流。距火爐一定距離的物體也能被火爐烘烤得溫度上升,這種熱傳遞方式叫熱輻射。太陽的能量傳到地面,就是通過熱輻射實現的。③熱傳遞的規律請大家思考一下:是不是一定是水多的容器流向水少的容器?——不一定,而是水位高的容器流向水位低的容器。同樣的道理,在熱傳遞過程中，不一定是熱力學能多的傳遞給熱力學能少的。熱量總是從＿＿__＿＿物體轉移到__＿___物體，或者從物體中的_＿___部分轉移到_____部分,直到它們的＿__＿__＿__相等為止。★特別強調:做功和熱傳遞在改變物體的熱力學能方面是等效的,但是它們之間還是有本質的區別。做功改變物體的熱力學能，是其他形式的能和熱力學能之間的轉化。而熱傳遞則是物體間熱力學能的轉移。三、檢測反饋1、認真閱讀課本,找出能說明下列觀點的現象。（１)氣體分子在永不停息地做無規則的運動：_＿＿＿__＿__________________＿＿__＿＿＿__＿_＿__。(２)液體分子在永不停息地做無規則的運動:___＿＿_____＿＿_______＿____＿＿____＿_________。(３)固體分子也在永不停息地做無規則的運動:＿＿_________＿_____＿____＿____＿__＿_____＿。(4)氣體分子間存在空隙:____＿＿＿____＿_______＿_＿＿_________＿____＿＿_＿______。(5)液體分子間存在空隙：_＿＿＿_＿＿_＿＿__＿＿＿________＿_＿＿__＿_＿____＿____＿＿＿_＿_。(6）固體分子間存在空隙:___＿＿______＿_＿__________＿＿＿_＿____＿__＿____＿_____。（7)液體分子間存在引力:_＿＿_______＿__＿_＿＿_____＿_＿_＿__＿___＿＿＿＿__________。（8)液體分子間存在斥力:__＿___＿___＿＿＿_＿_＿______________＿＿_＿_＿__＿＿__＿_＿_＿__。（9)固體分子間既存在引力,也存在斥力:_＿_________＿＿＿__＿＿_＿＿＿＿＿____＿____＿___＿_＿。2、請將20０3、下列現象中,哪些是通過熱傳遞的方法改變物體內能的（）Ａ.打開電燈開關，燈絲的溫度升高，內能增加B．夏天喝冰鎮汽水來解暑C.冬天搓搓手，會感覺到手變得暖和起來D.太陽能熱水器陽光照射下，水的溫度逐漸升高4、關于物體的熱力學能,下列說法中正確的是()。A.手感到冷時，搓搓手就會感到暖和些，這是利用做功來改變物體熱力學能B.將物體舉高或使它們的速度增大,是利用做功使物體的熱力學能增大Ｃ.陽光照曬衣服,衣服的溫度升高,是利用熱傳遞來改變物體的熱力學能Ｄ．用打氣筒打氣，筒內氣體變熱,是利用熱傳遞來改變物體的熱力學能。應用層次(B層次）一、學習目標（在Ａ層次的基礎上增加）1、了解數量級及分子的大小。２、了解布朗運動。3、知道氣體壓強與溫度體積的關系。4、知道熱量與熱力學能的區別5、了解熱力學能和機械能的區別二、學習過程：任務一:數量級及分子的大小１、數量級:我們把10的乘方數叫做數量級,通常用或表示。比如:和，其數量級都是,即屬同一數量級。2、分子的大小一般分子直徑的數量級是。物理學上用A（埃）表示。1A=＝0.1納米。3、測定分子的大小可以用單分子油膜法組成物質的分子是很小的,不但肉眼不能直接看到它們,就是用光學顯微鏡也看不到它們,那么怎樣知道它們的大小呢?一種粗略測分子大小的方法：把油滴滴到水面上,油在水面上散開，形成單分子油膜,如果把分子看成球形,單分子油膜的厚度就可以認為等于油分子的直徑，事先測出油滴的體積，再測出油膜的面積，就可以算出油分子的直徑。測定結果表明,分子直徑的數量級是。任務二:布朗運動1、布朗運動現象1827年英國植物學家布朗用顯微鏡觀察水中懸浮的花粉,發現這些花粉顆粒不停地做無規則的運動，這種運動后來就叫做布朗運動。如圖，是二個做布朗運動的小顆粒的運動路線，其中的每根折線都是一個小顆粒間隔3０ｓ所處位置的連線。可以看出,小顆粒的運動路線是無規則的。2、布朗運動的特點（1)懸浮的顆粒越小，布朗運動越明顯。顆粒大了，布朗運動不明顯，甚至觀察不到。（2）布朗運動隨著溫度的升高而愈加劇烈。３、布朗運動原因分析英國植物學家布朗用顯微鏡觀察懸浮在水中的植物花粉的形態，發現花粉顆粒在水中做無規則運動——懷疑受空氣擾動及熱對流的影響，于是把液體封閉起來，但運動仍然存在。因此可以排除空氣擾動及熱對流的影響的因素。他又懷疑花粉的生命運動,于是分別換用100年前的枯死花粉和一些無機物的微粒，再做實驗,結果這種運動依然存在。說明布朗運動不取決于顆粒的本身。當時布朗實在無法解釋,80年后，愛因斯坦給出了合理的解釋。（1)布朗運動中的小顆粒的運動，既不是空氣流動的因素，也不是顆粒本身的生命因素；(2）小顆粒之所以運動，是因為水分子在不停地運動形成的。由于水分子在運動過程中對小顆粒各個方向上的撞擊力不平衡，導致小顆料的運動；（3)小顆粒在做永不停息的做無規則運動,說明水分子的運動也是永不停息的、無規則的；(４）顆粒越大，慣性越大,水分子撞擊顆粒使其運動越難,所以布朗運動現象越不明顯；（5)溫度越高,水分子運動越劇烈,布朗運動越明顯。4、布朗運動的意義表明組成物體的分子在永不停息地做無規則的熱運動，且溫度越高,這種運動越劇烈。★特別注意:布朗運動本身不是分子運動（因為顆粒本身不是分子，而是由大量分子組成的）,它只是說明水分子在不停地做無規則的熱運動。任務三:氣體壓強與溫度體積的關系氣體跟固體和液體不同，它沒有固定的體積或容積,給多大的容器它都能充滿。因此,氣體的體積是指用來裝它的容器的容積。(1)當體積不變時,氣體的壓強隨著溫度的升高而增大溫度升高，分子運動加快，會產生兩個效果:一是單個分子的每次的撞擊力變大，二是分子的撞擊次數變多，故壓強變大。比如,在炎熱的夏天，打足了氣的自行車行駛在滾燙的路面上,有時會爆胎，就是因為溫度升高,壓強增大造成的。（２)當溫度不變時，氣體的壓強隨體積的減小而增大體積減小，容器中分子密度變大，撞擊在單位面積器壁上的分子數變多,故氣體的壓強增大。比如，用力按充足了氣的氣球，會使氣球爆炸,就是因為減小了體積，使壓強變大的緣故。任務四：熱量與熱力學能的區別“熱量”和“熱力學能”是有區別的。“熱力學能”是狀態量,是物體擁有分子動能和分子勢能的總和，一般來說不需要算出明確的數值，只需要知道高和低或增加和減少變行了。物體擁有熱力學能的多少，除與溫度和體積有關外,還與質量和狀態有關。“熱量”是過程量，在熱傳遞過程中,傳遞能量的多少叫熱量。是熱力學能增加或減少的數量,也就是我們常說的“吸熱”或“放熱”,“熱量”在計算過程中,一般是可以算出一個明確的數值的。物體本身沒有熱量,絕不能說某物體具有多少熱量,也不能比較兩物體含有熱量的多少。任務五:熱力學能和機械能的區別1、熱力學能是大量分子的熱運動和分子間的相對位置所決定的能量;而機械能是由于物體做機械運動而具有的能量。2、任何物體的內能一定不等于0,而機械能可以為０。3、物體可以同時具有內能和機械能。三、檢測反饋１、將1cm３的油酸溶于酒精,制成200cm3的油酸酒精溶液.已知1cm3的溶液有50滴,現取1滴油酸酒精溶于水,油酸在水面上形成一單分子薄層,已測出這一薄層的面積為０.2ｍ２，由此可估算油酸分子的直徑為_＿2.關于布朗運動，下列敘述中不正確的是(）。A、布朗運動就是分子的熱運動B、懸浮在液體中顆粒越小,布朗運動就越明顯C、布朗運動是分子做無規則運動的反映Ｄ、溫度越高，布朗運動就激烈３、前面我們講,液壓千斤頂利用的是液體的不易壓縮性，說明液體分子間存在著斥力。那么能不能用氣體很難被壓縮，證明氣體分子間存在斥力？為什么？４、對于熱量、功、內能三個物理量,下列說法中正確的是(）A.熱量、功、內能三個物理量的物理意義相同B.熱量、功兩個物理量都可以作為物體內能的量度C．熱量、功、內能三個物理量的單位都相同D．熱量、功是由過程決定的,而內能是由物體的狀態決定5、下列說法中正確的是()。A、做功和熱傳遞都可以改變物體的熱力學能Ｂ、做功和熱傳遞在改變物體的熱力學能方面是等效的，因此，對物體做功就是對物體傳熱C、熱力學能大的物體,它的熱量也大D、高溫物體具有的熱量多，低溫物體具有的熱量少拓展層次(C層次)一、學習目標（在A、B兩層次的基礎上增加)1、了解分子間作用力大小的變化規律;2、進一步認識分子動能和分子勢能二、學習過程：任務一:分子間的作用力１、物質是由分子組成的,可是,要把固體的一部分跟另一部分分開卻是很困難的,這說明分子之間___＿____＿___＿___＿;雖然分子間存在空隙，但固體和液體都很難壓縮，這又說明分子間還_____＿____＿__＿___________＿＿_＿＿_。2、分子間的引力F引和斥力F斥是同時存在的,實際表現出來的分子間力，是分子引力和斥力的合力。3、分子間作用力大小的變化規律（1）無論引力和斥力都隨著分子間的距離增大而減小,隨著分子間的距離減小而增大；(2）當分子間距離r=ｒ0=10–10m(其間距跟分子的直徑差不多大)時,Ｆ引=F斥,（３）當分子間的距離由平衡位置變大時,分子間的引力和斥力都變小,但斥力小得更快,引力大于斥力，分子力表現為引力。(4）當分子間的距離由平衡位置變小時，分子間的引力和斥力都變大，但斥力大得更快，斥力大于引力,分子力表現為斥力。(5）一般當分子間的距離大于1０時,引力和斥力都十分微弱,分子力可以忽略不計。（一般氣體分子間的距離都大于10,即大于分子直徑的10倍，所以氣體分子間的作用力可以忽略不計，氣體的分子可以自由運動)任務二:分子的動能和分子的勢能（一)分子動能上一章我們已經講過，一切運動的物體都具有動能,。與此類比，永不停息地做無規則的熱運動的物體分子也具有動能。由于物體是由大量的分子組成的,分子的運動又是無規則的,這就導致單個的分子運動的速率在不斷地變化著。因此要弄清楚每個分子的動能幾乎是不可能的,當然也是不必要的。我們要考慮的是物體里所有分子的動能的平均值。這個平均值叫做分子的平均動能。▲溫度越高,分子的熱運動越激烈，分子的平均動能就越大；反之,溫度越低,分子的熱運動越緩慢,分子的平均動能就越小。研究表明,分子的平均動能只與溫度有關,溫度是分子平均動能的標志。★特別提醒所有的物質的分子只要溫度相同,其分子平均動能是相同的。比如同溫下的氫氣分子和氧氣分子的平均動能是相同的，但由于氫分子比氧分子質量小，所以氫分子的平均速率比氧分子大得多。所以，溫度的物理意義可分為宏觀和微觀兩個方面。溫度的宏觀物理意義:描述物體冷熱程度的物理量。溫度的微觀物理意義：是分子平均動能的標志。(二)分子勢能▲我們先來分析一下，前面我們學過重力勢能。談到重力勢能,必須與兩個物體有關:一是地球，二是離地面有一定高度的物體。且地球和物體之間有引力(即重力）作用。物體自由下落時，速度越來越快，說明動能越來越大。而我們知道能量是不可能憑空產生的，動能的增加必須有一個能量在減小，這個與物體的高度有關（即物體與地球間相對位置有關）的能叫重力勢能。▲再來分析一下彈性勢能談到彈性勢能，必與兩個物體有關：一是彈簧，二是振子，當振子離開平衡位置時,振子總會受到一個指向平衡位置的力的作用。在振子振動過程中，在力的作用下，速度肯定會發生變化,說明動能發生了變化。根據能量守恒定律，必然存在著一個振子相對與平衡位置有關的能，這個能就是彈性勢能。振子經過平衡位置時速度最大，即動能最大,勢能最小;振子運動到兩端時速度為零,即動能為零，此時勢能最大。▲進一步推廣,只要兩個物體之間存在著引力、斥力或彈力的作用，只在這種力的作用下，隨著相對位置的改變，速度肯定會發生變化，即動能會發生變化。因此，由這兩個物體的相對位置必然決定一種能，這種能就叫做勢能。★再回過頭來看分子，分子之間存在著引力和斥力,因此由它們的相對位置也必然決定著一種勢能,這種勢能就是分子勢能。提問：1、分子勢能在什么位置最小？2、分子間的距離大于ｒ0時，是不是距