| 课 题 |
阿伏加德罗常数及状态参量 |
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| 授课时间 | 备课时间： | |
| 教学目标 |
知道物质是分子组成的，分子运动的特性，与阿伏加德罗常数相关物理量的求解，气体三个状态参量的理解 |
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| 重点、难点 |
分子运动的特性，状态参量的理解 |
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| 考点及考试要求 |
相关现象的解释，状态参量的应用。 |
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| 教学内容 |
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| 知识点： 1.阿伏伽德罗常数（A） 1. 分子动理论简介（A）物体是由大量分子组成的，分子永不停息的作物规则运动，分子之间存在着相互作用力。 2. 布朗运动注意点：液体分子永不停息的无规则运动是产生布朗运动的原因；悬浮在液体中的颗粒越小，布朗运动越明显。 3. 物体的内能（A）物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的热力学能，也叫内能。温度是物体分子热运动的平均动能的标志。 4. 热能（A） 5. 热力学第一定律（A）外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于物体内能的增加。 6. 能量守恒定律（B）能量及不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。[“伟大的运动基本规律”，19世纪自然科学的三大发现之一] 7. 热力学第二定律（A）注意点：自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。 8. 永动机不可能（A） 9. 绝对零度不可能达到（A） 10. 能源的开发和利用（A） 11. 能源的利用与环境保护（A） 13.气体状态参量 体积、温度、压强 (1). 体积 (V) 2.利用阿伏加德罗常数对微观量的结算 阿伏加德罗常数起沟通宏观量和微观量的桥梁作用，微观量是指直接描述分子的几何性质 和物理性质的物理量，如分子直径d，分子体积V分，分子质量mo；宏观量有物质的密度ρ，物体的质量m，物质的摩尔质量M，物质的摩尔体积V摩。它们之间的运算关系是： 分子质量mo=M/No 固体、液体分子体积V分=V摩/No 在体积V中的分子数n=VρNo/M 在质量m中的分子数n=mNo/M 对微观量估算首先要建立微观模型： 1.对液体、固体来说，微观模型是：分子紧密排列，将物质的摩尔体积分成No个等分，每一等分就是一个分子的体积。在估算分子直径时，设想分子是一个球体。在估算分子间距离时，设想分子是一个正方体，正方体的边长即为分子间距。 2.气体分子不是紧密排列的，所以上述微观模型对气体不适用，但上述微观模型可用来估算气体分子间的距离。(No=6.02×1023mol-1，保留一位有效数字) 解析：标准状态下1摩尔的氧气的体积是22.4升。 每个氧分子占据的空间体积为：V==m3 =3.7×10-26m3。把这个空间看成一个小立方体，两个氧分子新占空间的中心间距，可以看作分子间距离，它就等于小立方体的边长。 氧分子间距离d==m=3×10-9m 说明：这里要求学生能够想象微观模型，并利用宏观量和阿伏加德罗常数对微观模型进行有 关计算；另一方面也可考察学生对有效数字、数量级及基本运算技能掌握的情况。 3.布朗运动的成因及其意义。 布朗运动是悬浮在液体(或气体)中的微粒的无规则运动。这种运动并不是分子的运动，而是由于微粒受到分子撞击力不平衡所致，故它能反映分子的运动特征，即布朗运动的意义：①布朗运动的永不停止，说明分子运动是永不停止的。②布朗运动路线无规则，说明分子运动是无规律的。③布朗运动随温度的升高而越加剧烈，说明分子的无规律运动剧烈程度与温 度有关。 例：关于布朗运动，下列说法中正确的是( ) A.布朗运动指的是液体分子的无规则运动。 B.与固体微粒相碰撞的液体分子越少，布朗运动越显着 C.液体的温度越高，布朗运动越显着 D.布朗运动只能在液体中发生 解析：布朗运动是悬浮在液体(或气体)中的微粒的无规则运动，不是液体分子的运动，它的产生是液体分子对固体颗粒的撞击不平衡引起的，与颗粒的大小以及液体或气体的温度有关。因为固体颗粒越小，与颗粒相撞的分子数也越少，这种撞击的不平衡越明显；液体或气体 的温度越高，撞击的越剧烈。 综上所述，答案为BC。 说明：这道题主要考查学生对布朗运动的实质成因以及运动规律的掌握情况。 4.分子之间的相互作用 分子之间存在着相互作用的引力f引和相互作用的f斥，实际表现出来的分子力F是分子引力f引和分子斥力f斥的合力。f引和f斥是同时存在的，它们的大小与分子间距离有关，且都随分子间距离的增大而减小，只不过斥力减小得更快些。因此有： 当r＞ro，f斥＜f引 分子力F表现为引力 当r＝ro，f斥＝f引 分子力F＝0 当r＜ro，f斥＞f引 分子力F表现为斥力 这里ro的数量级约为10-10米。 分子力属短程力，当分子间的距离的数量级大于10-9米时，已经变得十分微弱，可以 认为分子力为零。 例：关于分子间作用力，下列说法中正确是( ) A.当分子间距离为ro时，它们之间既没有斥力也没有引力。 B.分子间的距离大于ro时，分子间只有引力 C.分子间的引力和斥力都随分子间的距离的增大而减少 D.分子间的平衡距离ro与分子直径是同一数量级 解析：分子间同时存在着相互作用的引力和斥力，它们的大小都随分子间距离的增大而减小，且斥力减小得更快些。分子力是相互作用的引力和斥力的合力，当r＞ro时，f引＞f斥，分子力表现为引力；当r＜ro时，f引＜f斥，分子力表现为斥力；当r＝ro时，f引＝f斥，分子力为零，ro的数量级为10-10米，与分子直径同数量级。 综上所述，答案为CD。 说明：这道题主要考查学生对分子力随分子距离变化规律的掌握，另外要知道分子间平衡距 离ro的数量级。 5.物体的内能 物体的内能是组成物体的所有分子的动能和势能的总和，物体的内能与物体的质量、体积、温度、物态有关。这是因为对于某种物质来说物体的质量越大，分子数也就越多，物体的内能也就越多；物体的温度越高，分子运动越剧烈，分子的动能也就越大；分子势能与物体 的体积有关，当r＞ro，r增大，即物体体积增大时，分子力为引力，分子力做负功，分子 势能增加，当r＜ro时，r减小，即物体的体积减小时，分子力为斥力，分子力做负功，分子势能增加。 对于理想气体来说，由于不考虑分子间的相互作用力，即不考虑分子势能，所以理想气体的内能只跟理想气体的质量、温度有关。 例：温度高的A物体一定比温度低的B物体的内能大吗?物体A分子的平均速率也一定比物体B分子的平均速率大吗? 解析：物体的内能是物体内所有分子的动能和势能之和，由物体的质量、温度、体积和物态共同决定。温度是分子平均动能的标志，温度高，只能说明分子的平均动能较大，而由于不知道A、B物体的分子数的关系，也就无法判断哪个物体的内能大。又由于不知道A、B物体的 分子质量关系，因此也无法判断哪个物体的分子平均速率大。即以上两种说法均不一定成立。 说明：这道题主要考查学生对“物体的内能由哪些物理量决定”的掌握。 6.热和功 改变物体的内能的途径就是设法改物体的分子动能和分子势能，最终达到改变物体的内能，物理过程有做功和热传递两种方式。做功是其它形式的能和内能之间的转化，热传递是物体之间内能的转移。当物体对外界做功时，物体的内能减少，当外界对物体做功时，物体 的内能增加；当物体从外界吸热时，物体的内能增加，当物体向外界放热时，物体内能减少。 例：关于物体内能及其变化，下列说法正确的是 ( ) A.物体的内能改变时，其温度必定改变 B.物体对外做功，其内能不一定改变；向物体传递热量，其内能不一定改变 C.对物体做功，其内能必定改变；物体对外传出一定热量，其内能必定改变 D.若物体与外界不发生热交换，其内能必定不改变。 解析：改变物体内能的方式有两种：做功和热传递，这两种方式即可同时进行也可单独进行。 物体的内能变化时，其温度不一定改变，A项错。物体对外做功或外界向物体传递热量，物体的内能不一定改变，因为物体对外做功的同时外界向物体传递热量或外界向物体传递热量 的同时物体对外做功均能保证物体的内能不变，故B项正确。同B项理由，对物体做功或物体对外传出一定热量，物体的内能不一定改变，即C项错。对于D项，若物体与外界不发生热传递，但若与对外做功或对物体做功，其内能也会改变，故D项错。 综上所述，答案为B。 说明：这道题主要考查改变物体内能的两种方式：做功和热传递。 三、课堂练习 (一)选择题： 1.能够说明分子间有空隙的是( ) A.任何物体都能被压缩 B.密闭钢筒中的油在较长时间的高压下有溢出 C.饼干被压缩后成压缩饼干，体积减小许多 D.水和酒精混合后体积小于原来总体积之和 (说明：考查对分子间有空隙的确切理解。) 2.通常把白菜腌成咸菜需要几天时间，而把白菜炒成熟菜，使之具有相同的咸味，只需几分钟，造成这种差别的主要原因是 ( ) A.白菜分子间有空隙，易扩散 B.炒菜时温度高，分子热运动激烈 C.盐的分子太小了，很容易进入白菜中 D.盐分子间有相互作用力 (说明：考查影响分子热运动的因素。) 3.下面所列举的现象，哪些能说明分子是不断运动着的( ) A.将酒瓶盖打开后能闻到酒味 B.大风刮过，公路上尘土飞扬 C.泼在地上的水，过一段时间后就干了 D.悬浮在水中的花粉做无规则的运动 (说明：考查空气中尘埃的运动是否为分子运动。) 4.较大的悬浮颗粒不做布朗运动，是由于( ) A.颗粒的质量大，运动状态难改变 B.各个方向的液体分子对颗粒的冲力相互平衡 C.液体分子不一定与颗粒相撞 D.颗粒分子与液体分子相互作用力达到平衡 (说明：考查形成布朗运动的原因以及力的平衡。) 5.在使两个分子的距离从10-8m远变到很难再靠近的过程中，分子间的作用力的大小 将( ) A.先减小后增大 B.先增大后减小 C.先减小后增大再减小 D.先增大后减小再增大 (说明：考查分子间作用力随分子距离变化的变化规律。) 6.设0.1克氢气的分子数为N1，1克氧气的分子数为N2，1克氧气的分子数为N3，它们 的分子数比较( ) A.N1＞N2＞N3 B.N3＞N2＞N1 C.N1＞N3＞N2 D.N1＞N2＝N3 (说明：考查宏观量与微观量的运算。) 7.A、B两分子相距较远，此时它们之间的分子力可忽略，设A固定不动，B逐渐向A靠近，直到很难再靠近的整个过程中( ) A.力总是对B做正功 B.B总是克服分子力做功 C.B先克服分子力做功，然后分子力对B做正功 D.分子力先对B做正功，然后B克服分子力做功 说明：考查分子间相互作用力变化情况以及分子力做功。 8.在一个完全真空的绝热容器中放入两个物体，它们之间没有发生热传递，这是因为( ) A.两物体没有接触 B.真空容器不能发生对流 C.两物体温度相同 D.两物体具有相同的内能 (说明：考查热传递发生时不一定接触，也不需要媒介。) 9.理想气体封闭在绝热的气缸内，当活塞压缩气体时，下述有关气体分子的各量叙述正确的是( ) A.有气体分子的速率增大 B.气体分子的平均动能不变 C.气体分子的密度增大 D.单位时间内气体分子碰撞器壁单位面积的次数增大。 (说明：考查对理想气体做功，理想气体的温度变化情况。) 10.质量为m1的密闭绝热气缸，放在光滑水平面上，缸内用隔板将气缸分成两部分，左侧为真空，右侧是质量为m2的理想气体，隔板用销钉K钉在缸壁上，如右图，若将销钉K竖直向上拔出，气缸将( ) A.静止不动 B.向右移动一定距离后静止 C.向右匀速运动 D.缸内气体内能不变 (说明：考查①.理想气体的内能只与温度有关②.动量守恒。) 11.一定质量的理想气体处于平衡状态Ⅰ，现设法使其温度降低而压强升高，达到平衡状态 Ⅱ，则( ) A.状态Ⅰ时气体的密度比状态Ⅱ时的大 B.状态Ⅰ时分子的平均动能比状态Ⅱ时的大 C.状态Ⅰ时分子间的平均距离比状态Ⅱ时的大 D.状态Ⅰ时每个分子的动能都比状态Ⅱ时的分子的平均动能大。 (说明：考查温度是分子平均动能的标志以及气体体积变化时气体分子间距离、密度变化情 况。) 12.金属制成的气缸中装有柴油与空气的混合物。有可能使气缸中柴油达到燃点的过程是( ) A.迅速向里推活塞 B.迅速向外拉活塞 C.缓慢向里推活塞 D.缓慢向外拉活塞 (说明：考查如何提升气缸中混合物的温度。) (二)填空题： 13.有一种油剂的密度是8×102kg/m3，取该油剂0.8mg滴在水面上，最后形成的油膜面 积最大可达 m2。 (说明：考查油膜法分子直径以及分子的数量级。) 14.有一位同学作一次深呼吸，吸进448cm3的空气，据此估算他所吸进的空气分子的总数约为 个。 (说明：考查阿伏加德罗常数与宏观量、微观量间的联系。) 15.如果取分子间平衡距离ro为分子零势能点，则r＜ro时，分子势能为 值；r ＞ro时，分子势能为 值。 如果取r→∞这时为分子势能的零势能点，则r＞ro时，分子势能为 值；r＜ro 时，分子势能可以为 。 (填正、负、零) (说明：考查分子力做功与分子势能间的关系。) (三)计算题： 16.分子流以平均速率vo和面积为S的器壁碰撞，分子流单位体积内的分子数为n，每个分子的质量为m，如果分子的运动方向与器壁垂直，且碰撞后按原速率反向弹回。求分子流对 器壁的作用力和压强。 (说明：考查动量定理。) 17.如右图所示，在质量为m1的细玻琉管中盛有少量乙醚液体，用质量为m2的软木塞将管口封闭。加热玻璃管使软木塞在乙醚蒸气的压力下水平飞出，玻璃管悬于长为l的轻杆上，细杆可绕上端o轴无摩擦转动。欲使玻璃管在竖直平面内做圆周运动，在忽略热量损失的条件下，乙醚最少要消耗多少内能? (说明：考查内能、动量守恒、圆周运动综合知识。) 课堂练习参考答案 1.ABD 2.B 3.ACD 4.B 5.D 6.A 7.D 8.C 9.CD 10.BD 11.BC 12.A 13.10 14.1.2×1022 15.正；正；负、零、正 16.F=2mnSv02 P＝＝2mnvo2 17.E内＝2m1gl() 气体状态参量 体积、温度、压强 1. 体积 (V) 气体的体积就是指气体分子所充满的容器间体积 , 即为容器的容积， 〔说明〕这个容积不是分子本身的体积之和 , 气体分子间有很大的间隙 , 容积变化 , 气体的体积也随之变化 。 气体的单位有 等 , 它们间的换算关系为 : == （说明）若气体封闭在粗细均匀的容器中 , 体积通常可用其长度来表示 但切勿误认为长度单位就是体积的单位 （用纸做成和的正方形，让学生直观了解体积大小） 2. 温度 (T) 温度是表示物体冷热程度的物理量 , 是物体分子平均动能的标志 . (1) 测量 : 用温度计来测量，（出示几种温度计说明） (2) 温标 : 温度的数值表示法 ①摄氏温标，规定在1atm下冰水混合物的温度为0℃，沸水的温度为100℃， 中间分成100等份，每一份为1℃，通常用t表，单位为摄氏(℃)， ②热力学温标，规定-273.15℃为零开，每1开等于1℃，通常用T表示，单位为开尔文(K). ③两种温标的关系 :T =t 273.15Kt 273K 〔说明〕一般题目所给的温度都为摄氏温度，但计算时一般用热力学温度，最后结果应转化为摄氏温度。 3. 压强 (P) 气体作用在器壁单位面积上的压力叫做气体的压强 , 它是由大量气体分子在热运动中频繁地碰撞器壁而产生的 , 它的大小决定于气体的密度和气体分子的平均动能。（可类比雨点打在雨伞上的平均效果，和小针扎在手上的总效果） 1、压强的国际单位：帕斯卡Pa 1pa=1N/m2 还有atm（标准大气压）、cmHg、mmHg 等 , 它们间的换算关系为 : latm=76cmHg=760mmHg=1.013 × 105pa 2、测量:压强计 (实验〕观察压强计 , 理解其原理 , 并用压强计测气体的压强（使用投影） . (说明〕 ①气体对容器的压强和器壁给予气体的压强是相等的,因此在很多情况下 , 只要直接计算外界加于气体的压强 , 就可以知道气体本身的压强 .. ②在开口的容器中，不管气体温度如何变化，气体的压强总是等于该地的大气压强 . ③在确定液体内部的气体的压强时 , 必须计算液面上的大气压强 . 或 ④凡遇到压强相加或相减时 , 应注意统一单位 . （例题〕玻璃管有竖直向上或竖直向下或水平向左计算封闭在甲、乙、丙玻璃管中的气体的压强 .最后总结出各种情况下计算压强的方法 . 4状态及状态变化 1) 状态 : 对一定质量的气体来说 , 如果温度、体积和压强都不变 , 我们就说气体处于一定的状态中 . 2) 状态变化 : 如果气体的状态参量发生变化 , 我们就说气体的状态发生了变化 . （说明〕一定质量的气体，它的温度、体积、压强这三个量的变化是相互关联的。例如，把一定质量的气体压缩到钢筒里去，气体的体积就缩小了，同时它的压强就会增大，温度就会升高。又如，燃气在气缸里工作的时候，体积膨胀，同时压强减小，温度降低，对于一定质量的气体来说，如果温度、体积和压强都不变 , 我们就说气体处于一定的状态中，发生状态变化时 , 至少有两个状态参量发生变化 , 不可能只有一个状态参量变 , 而其他两个状态参量不变 , 这一章的后面就是研究气体在发生状态变化时，状态参量之间的关系 . （四）总结、扩展 1、描述一定质量的气体的状态参量有温度、体积和压强 , 气体处于一定的状态 , 对应一定的状态参量 , 即状态及状态参量是一一对应的 , 气体发生状态变化时 , 其状态参量也随之发生变化 ,那么 , 当一定质量的气体的状态发生变化时 , 这三个物理量的变化是否遵循一定的规律呢 ? 在物理学中 , 当我们需要研究两个以上物理量间的关系时 , 往往是先保持某个或某几个物理量不变 , 从最简单的情况开始进行研究 , 得出某些规律，然后再进一步研究所涉及的各个物理量间的关系 .从下一节开始 , 我们先用实验方法来研究一定质量的气体分别在温度 保持不变时和体积保持不变时 , 其他两个量的变化规律 ; 在这个基础上 , 再归纳出三个量都发生变化时遵循的规律 2. 各种情况下气体压强的计算 , 可以用以前学过的规律 ( 平衡条件、牛顿第二定律 ) 用力学观点求解 . 3. 气体状态参量可作为物理、化学综合题的结合点 . 随堂练习 1. 密封容器中气体的压强 A. 是由气体受到重力产生的 B. 是由气体分子间的相互作用力 ( 吸引和排斥 ) 产生的 C. 是大量气体分子频繁地碰撞器壁所产生的 D. 当容器自由下落时将减为零 2. 关于热力学温标的说法 , 哪些是正确的 A. 热力学温标的零度是 -273 ℃ , 叫绝对零度 B. 气体温度趋近绝对零度时其体积为零 C. 热力学温度的每1度温度大小跟摄氏温度的每1度温度大小相同 D. 热力学温度升高1度大于摄氏温度升高1度 3. 如图所示 , 一圆形气缸静置于地面上 , 气缸的质量为 M, 活塞 ( 连同手柄 ) 的质量为 m, 气缸内部的横截面积为 S, 大气压强为 P, 现将活塞缓慢上提 , 求气缸刚离地时气缸内气体的压强（忽略摩擦） |
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