内容正文:
第十三章 内能
第2节 分子动理论的初步知识
知道物质是由分子或原子构成的,知道分子的直径大小;知道分子热运动的快慢与温度的关系。
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学习目标
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3
能识别扩散现象,并用分子热运动的观点进行解释。
通过实验和类比法,使学生了解分子动理论的基本内容。
知道自然界和生活中简单的热现象。了解分子热运动的主要特点,知道分子动理论的基本观点。
"墙角数枝梅,凌寒独自开。遥知不是雪,为有暗香来。"这首诗描绘了梅花不惧严寒,傲然独放的情境(右图)。你知道花香是怎么传播到远处的吗?
问题
物质的构成
物质是由什么组成的?
两千多年前,古希腊思想家德谟克利特认为,万物都是由极小的,不可分割的微粒"原子"组成的,人可以闻到不同的气味,是因为这些气味的"原子"飘到了人的鼻子里。
现代科学研究发现,常见的物质是由极其微小的粒子——分子(molecule)、原子(atom)等构成的。
电子显微镜下的苯分子
电子显微镜下的金原子
在研究与热学有关的问题时,这些微观粒子可以不必区分,都看作分子。如果把分子看成小球,一般分子的直径只有百亿分之几米,人们通常以10-10m为单位来量度分子。分子如此之小,人们用肉眼甚至光学显微镜都分辨不出它们。不过,电子显微镜可以帮助我们观察到这些微小的粒子(上图)。
构成物质的分子是静止的还是运动的?相互之间有没有作用力?虽然用肉眼不能直接观察到分子,但人们可以通过物体的一些宏观表现来推断构成它们的分子的情况。
二氧化氮的密度比空气大。在装着红棕色二氧化氮气体的瓶子上面,倒扣一个空瓶子,使两个瓶口相对,之间用一块玻璃板隔开(右图)。
分子热运动
演示
气体的扩散(录像)
抽掉玻璃板后,观察发生的现象。
二氧化氮能进入上面的瓶子里吗?
由实验可以看到,两个瓶子内的气体会混合在一起,最后颜色变得均匀。像这样,不同的物质在互相接触时彼此进入对方的现象,叫作扩散(diffusion)。
扩散现象也可以发生在液体之间。在玻璃筒里装一半清水,用细管在水的下面注人硫酸铜的水溶液。由于硫酸铜溶液的密度比水大,会沉在玻璃筒的下部,因此可以看到无色的清水与蓝色硫酸铜溶液之间有明显的界面。
静放几天,界面就逐渐变得模糊不清了。
固体之间也能发生扩散。有人曾经把磨得很光滑的铅片和金片紧压在一起,在室温下放置5年后再将它们切开,可以看到它们互相渗入约1mm深。
在一个烧杯中装半杯热水,另一个同样的烧杯中装等量的冷水。用相同的滴管同时分别向两个烧杯中滴入一滴墨水,观察哪个烧杯中的墨水扩散得快。扩散的快慢与温度有什么关系?
演示
墨水扩散快慢与温度的关系
扩散现象等大量事实表明:一切物质的分子都在不停地做无规则的运动。这种无规则的运动叫作分子的热运动(thermal motion)。分子运动越剧烈,物体的温度越高。
既然分子在不停地运动,那么为什么固体和液体中的分子通常不会飞散开,而总是聚合在一起,保持一定的体积呢?
分子间的作用力
如右图所示,将两个铅柱的底面削平,削干净,然后紧紧地压在一起,两个铅柱就会结合起来,甚至下面吊一个20kg的重物都不能把它们拉开。
演示
铅柱间的作用力
你觉得不能把两个铅柱拉开的原因是什么?
两个铅柱没有被重物拉开,主要是因为两个铅柱的分子之间存在引力。固体和液体的分子之间存在引力,这种引力使得固体和液体的分子不致散开,因而固体和液体能保持一定的体积。
从扩散现象还可以看出,物体的分子不是紧密地挤在一起,而是彼此间存在间隙。既然如此,那么为什么压缩固体和液体很困难呢?
这是因为除了引力,分子之间还存在斥力。
分子间的作用力
三
演 示
铅柱间的作用力
如图所示,将两个铅柱的底面削平、削干净,然后紧紧地压在一起,两个铅柱就会结合起来,甚至下面吊一个20kg的重物都不能把它们拉开。你觉得不能把两个铅柱拉开的原因是什么?
实验表明:分子之间存在引力
我们知道:分子之间存在间隙,分子间存在引力,既如此,那么为什么压缩固体和液体很困难呢?
找一个注射器,桶内加入一些水,用手指封住口,另一支手用力压缩活塞时,体验所用力的大小。
这是因为除了引力,分子之间还存在斥力。
超过限度
分子间作用非常小,忽略不计
自然状态
F引=F斥
F合=0
被压缩
表现为斥力
F引<F斥
被拉长
表现为引力
F引>F斥
对分子间作用力的理解
分子间的引力和斥力同时存在。
不同物质分子间的引力和斥力是不一样的。
固体、液体、气体物质的宏观特性和微观描述
固体分子间的状态与宏观特征:
当固体被压缩时,分子间的距离变小,作用力表现为斥力;当固体被拉伸时,分子间的距离变大,作用力表现为引力。
固体分子间的距离小,不容易被压缩和拉伸,具有一定的体积和形状。
固体、液体、气体物质的宏观特性和微观描述
液体分子的状态与宏观特征:
通常液体分子之间的距离比气体的小,比固体的大;液体分子之间的作用力比固体的小,分子没有固定的位置,运动比较自由。这样的结构使得液体较难被压缩,没有确定的形状,具有流动性。
固体、液体、气体物质的宏观特性和微观描述
气体分子的状态与宏观特征:
如果分子相距很远,作用力就变得十分微弱,可以忽略。气体分子之间的距离就很远,彼此之间几乎没有作用力,因此,气体具有流动性,容易被压缩。
物态 微观特征 宏观特征
分子间距离 分子间作用力 形状 体积
固态
液态
气态
分子间距决定了分子间的作用力,从而决定了固体、液体和气体的特征。
很小
很大
有
较大
较大
很大
很小
无
有
无
无
有
物质三态的微观特征和宏观特征
三、分子作用力
①分子间同时存在引力和斥力
②分子间引力和斥力关系。
③固、液、气三态物质宏观和微观的特性
课堂小结
1.酒精和水混合后体积减小,说明分子间存在引力。
2.黄豆与芝麻混合后总体积变小,说明分子间黄豆有间隙。
3.红墨水在水中散开,说明分子间有斥力。
4.一根铁棒很难被拉断,这说明铁棒的分子间只存在引力。
5.形成雾霾天气的罪魁祸首是“PM2.5”分子微粒。
6.海绵容易被压缩,说明分子间有间隙。
7.破镜不能重圆,说明分子间存在斥力。
8.在光学显微镜下看到细菌在活动,说明分子在运动。
订正以下说法:
( 说明分子间存在间隙 )
( 它们不是分子 )
( 说明分子在不停地运动)
( 引力和斥力是同时存在的)
( 不是分子,PM2.5是2.5微米)
( 是海绵多孔结构原因,不能说明分子级别现象)
( 原因:分子间距太大,作用力太小)
( 细菌是有生命的机械运动,并非分子运动)
检测反馈
2. 打开中药包会闻到淡淡的药香味,这是__________现象。慢火熬制,等药汤沸腾后,药香味更加浓郁,这说明温度越高,分子的运动越__________(填“剧烈”或“缓慢”)。捆扎药包的细绳很难被拉断,是因为分子间存在__________(填“引力”或“斥力”)。
3. 常见的物质是由极其微小的__________、原子构成的;炒菜时闻到香味,这一现象说明分子________________________;通常液体分子之间的距离比气体的__________(填“大”或“小”)。
扩散
剧烈
引力
分子
小
在不停地做无规则运动
5.注射器内的水很难被压缩,表明水分子间存在 。将10ml酒精和10ml水装入试管中,摇晃混合后发现酒精和水的总体积变小了,说明分子间存在 。
4.把一块很干净的玻璃板挂在弹簧测力计的下面,如图所示,让玻璃板的下表面水平接触水面,然后稍稍用力向上拉,发现弹簧测力计的读数 (选填“变大”“不变”或“变小”),其原因是玻璃板与水的接触面之间存在 。
变大
引力
斥力
间隙
下节课见
Lavf57.25.100
Lavf57.62.100
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