分子动理论高中物理课件

分子动理论高中物理深度解析课程目标构建微观世界的认知框架理解物质的微观结构掌握温度的微观解释应用分子动理论解决实际问12题掌握分子动理论的基本假设，认理解温度是分子平均动能的标识物质是由大量分子组成的，分志，掌握热力学温度与摄氏温度子永不停息地做无规则运动，分的转换关系子间存在相互作用力分子动理论的历史背景从猜想到科学古代猜想1早在古代，人们就开始思考物质的组成，提出了“原子”等概念，但缺乏实验依据近代发展219世纪，玻尔兹曼、麦克斯韦等科学家运用统计方法，建立了分子动理论，解释了气体压强、温度等宏观性质的微观本质现代完善3随着实验技术的进步，例如布朗运动的观察，分子动理论得到了进一步的验证和完善，成为现代物理学的重要组成部分物质的微观结构分子、原子与更小尺度分子原子更小尺度分子是保持物质化学性质的最小微原子是化学反应中的最小微粒，由原质子和中子由夸克组成，电子是基本粒，由原子组成不同物质的分子结子核和核外电子组成原子核由质子粒子物理学不断探索物质更深层次构不同，决定了物质的性质和中子组成的结构分子的基本特征运动、间距与相互作用永不停息地做无规则运动分子间存在间距分子时刻都在运动，温度越分子不是紧密排列的，分子之高，运动越剧烈这种运动是间存在空隙间距的大小与物随机的，没有固定方向质的状态有关，气体间距最大，固体最小分子间存在相互作用力分子之间存在引力和斥力，这两种力同时存在，且随分子间距离的变化而变化分子的尺寸纳米尺度的微观世界分子的尺寸非常小，通常在纳米（）尺度例如，水分子的直径约为nm纳米虽然分子很小，但它们构成了我们所见的一切物质了解分子

0.3尺寸有助于我们更好地理解物质的性质和行为测量分子尺寸的方法有很多种，例如油膜法、扫描隧道显微镜等这些方法都基于不同的物理原理，但都能有效地估计分子的大小分子尺寸的概念在纳米技术中非常重要纳米技术就是利用对单个原子和分子的操纵来创造新材料和新设备实验测量分子直径油膜法——准备配制一定浓度的油酸酒精溶液，测量一滴油酸酒精溶液的体积扩散将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，油酸在水面上扩散形成单分子油膜测量测量油膜的面积，利用体积除以面积，即可估算油酸分子的直径分子间距与分子直径的比较宏观与微观的桥梁气体液体固体分子间距远大于分子直径，分子间的分子间距略大于分子直径，分子间的分子间距与分子直径相当，分子间的相互作用力很小，分子可以自由移相互作用力较强，分子可以在一定范相互作用力很强，分子只能在平衡位动围内移动置附近振动分子的不规则运动热运动的本质永不停息21随机性温度相关3分子热运动是指分子永不停息地做无规则运动分子的运动是随机的，没有固定方向温度越高，分子运动越剧烈分子的热运动是内能的微观表现布朗运动微观世界的直接证据布朗运动是指悬浮在液体或气体中的微小固体颗粒的无规则运动布朗运动不是液体或气体分子的运动，而是固体颗粒受到液体或气体分子撞击的不平衡造成的布朗运动证明了分子在永不停息地做无规则运动，是分子动理论的有力证据颗粒越小，温度越高，液体或气体的粘度越小，布朗运动越明显扩散现象分子运动的宏观表现液体扩散气体扩散将红墨水滴入水中，红墨水分子会逐渐扩散到整个水中，最终均匀打开香水瓶，香味分子会扩散到整个房间，这是气体扩散的典型例分布子扩散现象是指不同物质相互接触时，彼此进入对方的现象扩散现象是分子永不停息地做无规则运动的结果扩散速度与温度有关，温度越高，扩散速度越快分子间相互作用力引力与斥力的平衡引力分子间的引力使得分子能够聚集在一起，形成固体和液体斥力分子间的斥力阻止分子靠得太近，保持物质的体积平衡在一定距离内，引力与斥力达到平衡，分子处于稳定状态分子间力与距离的关系理解物质的凝聚Distance Force分子间的作用力与分子间的距离密切相关当分子间距离较小时，斥力起主要作用；当分子间距离较大时，引力起主要作用；当分子间距离等于平衡距离时，引力与斥力相等，分子处于平衡状态分子动理论的三个基本观点构建微观世界的基石物质由大量分子组成分子永不停息地做无规12则运动所有物质都是由极其微小的分子组成的，分子是保持物分子时刻都在运动，温度越质化学性质的最小微粒高，运动越剧烈这种运动是随机的，没有固定方向分子间存在相互作用力3分子之间存在引力和斥力，这两种力同时存在，且随分子间距离的变化而变化温度的本质分子平均动能的标志温度是物体内分子平均动能的标志温度越高，分子平均动能越大，分子运动越剧烈温度是宏观概念，分子平均动能是微观概念，温度是分子平均动能的宏观表现温度只能反映分子平均动能的大小，不能反映单个分子的动能大小不同物质在相同温度下，分子平均动能相同，但分子质量不同，因此分子平均速率不同热力学温度与摄氏温度温标的转换热力学温度（）摄氏温度（℃）K以绝对零度为起点的温度标度，是国际单位制中的温度单以冰水混合物的温度为℃，以标准大气压下沸水的温度为0位热力学温度与分子平均动能成正比℃的温度标度100热力学温度与摄氏温度的关系为，其中表示热力学温度，表示摄氏温度T=t+

273.15T t温度与分子平均动能的关系微观与宏观的连接高温低温分子平均动能大，分子运动剧烈分子平均动能小，分子运动缓慢温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子平均动能越大，分子运动越剧烈温度是宏观概念，分子平均动能是微观概念，温度是分子平均动能的宏观表现内能的概念分子动能与分子势能之和分子动能1分子势能2内能3内能是指物体内部所有分子的动能和势能之和内能是物体的状态量，只与物体的温度、体积、质量等因素有关，与物体的运动状态无关内能是物体所具有的一种能量形式影响内能的因素温度、体积与状态状态1体积2温度3内能受多种因素影响温度升高，内能增加；体积增大，分子势能可能改变，内能也随之改变；物体的状态（固、液、气）不同，内能也不同理想气体的内能只与温度有关的简洁模型理想气体是一种简化模型，忽略分子间的相互作用力，只考虑分子的动能因此，理想气体的内能只与温度有关，温度越高，内能越大理想气体的内能与体积、质量等因素无关这种简化模型在很多情况下可以很好地近似实际气体，简化计算实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下，可以近似看作理想气体固体和液体的内能考虑分子间势能的复杂性固体液体分子间距小，分子间作用力强，分子势能不可忽略，内能与分子间距较小，分子间作用力较强，分子势能不可忽略，内温度和体积有关能与温度和体积有关固体和液体的分子间距较小，分子间作用力较强，分子势能不可忽略因此，固体和液体的内能不仅与温度有关，还与体积有关当改变固体和液体的体积时，分子间距离会发生变化，分子势能也会发生变化，从而影响内能内能与温度的关系改变内能的途径热传递高温物体将能量传递给低温物体，使低温物体内能增加，温度升高做功对物体做功，例如压缩气体，使物体内能增加，温度升高内能与温度密切相关，改变物体的温度可以改变其内能热传递和做功是改变内能的两种基本方式分子势能曲线理解分子间作用的能量视角Distance PotentialEnergy分子势能曲线描述了分子势能与分子间距离的关系当分子间距离等于平衡距离时，分子势能最低；当分子间距离小于平衡距离时，分子势能增大；当分子间距离大于平衡距离时，分子势能也增大分子势能曲线反映了分子间作用的能量视角气体压强的本质大量分子碰撞的宏观表现碰撞气体分子不断地与容器壁碰撞冲击每次碰撞都会对器壁产生一个微小的冲击力压强大量分子对器壁的持续碰撞，宏观上表现为气体压强气体压强是大量气体分子对容器壁碰撞的宏观表现气体压强的大小与分子数密度和分子平均动能有关温度越高，分子平均动能越大，气体压强越大；分子数密度越大，气体压强越大气体压强与温度的关系理想气体定律的基石升高温度压缩气体分子平均动能增大，碰撞器壁的力分子数密度增大，碰撞器壁的分子增大，压强增大数增多，压强增大在体积不变的情况下，气体压强与温度成正比这是理想气体定律的重要组成部分温度越高，气体分子运动越剧烈，对容器壁的碰撞越频繁，压强越大理想气体状态方程定量描述气体状态的利器理想气体状态方程描述了理想气体的压强、体积、温度和分子数之间的关系，其中表示压强，表示体积，表示分子数，表示气pV=nRT pV nR体常数，表示温度理想气体状态方程是定量描述气体状态的利器，可T以用来计算气体的各种物理量理想气体状态方程适用于压强不太大、温度不太低的实际气体在高温低压下，实际气体可以近似看作理想气体分子动理论在日常生活中的应用无处不在的微观世界热气球1加热气球内部的空气，使其密度减小，从而产生升力，使热气球升空食物保鲜2降低食物的温度，减缓分子运动，从而减缓食物的腐败速度，延长保鲜时间加压喷雾3利用气体压强将液体喷出，例如喷雾剂、杀虫剂等分子动理论在日常生活中有广泛的应用，例如热气球升空、食物保鲜、加压喷雾等这些应用都基于分子动理论的基本原理分子动理论在工业中的应用推动科技进步的引擎气体分离真空技术利用不同气体的沸点不同，通过液化和蒸发，将空气中的氧气、利用真空泵将容器内的气体抽走，降低气体压强，应用于电子、氮气等分离出来冶金等领域分子动理论在工业中有重要的应用，例如气体分离、真空技术等这些应用都推动了科技的进步课程总结分子动理论的核心要点物质的微观结构温度的本质分子动理论的应用123物质由大量分子组成，分子永不温度是分子平均动能的标志，热分子动理论可以解释日常生活和停息地做无规则运动，分子间存力学温度与摄氏温度之间存在转工业生产中的相关现象，例如扩在相互作用力换关系散、气体压强等本课程深入探讨了分子动理论的基本观点、实验验证及其广泛应用希望通过本课程的学习，同学们能够构建起对微观世界的清晰认知，并能够运用所学知识解决实际问题思考题与练习巩固所学知识解释布朗运动的本质比较固体、液体和气体的微观应用理想气体状态方程解决实结构际问题思考布朗运动是液体或气体分子运动吗？影响布朗运动剧烈程度的因素思考三种物质的分子间距、分子间思考如何利用理想气体状态方程计有哪些？作用力有何不同？这决定了它们的宏算气体的压强、体积或温度？举例说观性质有何差异？明希望同学们积极思考并完成练习，巩固所学知识，并尝试将分子动理论应用于解决生活中的实际问题。