见下表:
分子的动能 分子势能 物体的内能 分子无规则运动(即热运物体中所有分子热运动的动能和分定义 由分子间相对位置决定的势能 动)的动能 子势能的总和 温度是物体分子热运动的决定平均动能的标志 大小温度升高,分子热运动的平的因均动能就增大 素 (r)变化 物体内所有分子势能的总和跟物体的体积有关 分子势能()随分子间距离物体的内能在宏观上与质量、温度、体积有关 当分子间作用力忽略不计时,就不具有分子势能。因此理想气体就不具有分子势能。一定质量理想气体的内能只由温度决定 温度、内能等,只对大量分子才有意义,不能像研究机械运动那样,取单个分子或几个分子作备注 为研究对象,应用以上物理量去描述它们,那样做也是没有意义的
2.分子势能跟分子间距离r有关 (1)一般选取两分子间距离很大(图所示:
)时,分子势能为零。分子势能
跟分子间距离r关系如
(2)在 在
过程中,分子力做正功,分子势能减小。
的条件下,分子力为引力,当两分子逐渐靠近至的条件下,分子力为斥力,当两分子间距离增大至
时,分子势能最小。
过程中,分子力也做正功,分子势能也减小。
当两分子间距离 ▲疑难导析 1.分子势能的分析
分子势能是由于分子之间有相互作用力,当分子间距离发生变化时,分子力要做功,使能量状态发生变化。分子势能与其它势能相似:分子力做正功,势能减小,分子力做负功(克服分子力做功),势能增大;分子势能是相对的,只有确定零点后才有确切值;当选无穷远为势能的零点,那么物体的分子势能小于零,因为两个分子之间从很远到接近过程中,首先体现的是引力,靠近过程,引力做正功,势能减小,当
时
势能最小;分子动能和分子势能可以相互转化,固体分子总是在固定位置振动,就是分子动能和势能相互转化,若分子有足够大的动能,它就可以克服其它分子对它的束缚力而离开这个物体。
物体的分子势能与物体的体积有密切关系,物体体积改变,物体的分子势能必定发生改变。
2.物体的内能跟机械能的区别
(1)能量的形式不同:物体的内能和物体的机械能分别跟两种不同的运动形式相对应,内能是由于组成物体的大量分子的热运动及分子间的相对位置而使物体具有的能。而机械能是由于整个物体的机械运动及其与它物体间相对位置而使物体具有的能。
(2)决定能量的因素不同:内能只与(给定)物体的温度和体积有关,而与整个物体的运动速度跟物体的相对位置无关。机械能只与物体的运动速度和跟其他物体的相对位置有关,与物体的温度体积无关。 (3)一个具有机械能的物体,同时也具有内能;一个具有内能的物体不一定具有机械能。 (4)内能和其它形式的能可以相互转化,在转化的过程中满足能量守恒定律。
特别提醒:
(1)物体的体积越大,分子势能不一定就越大,如0℃的水结成0℃的冰后体积变大,但分子势能却减小了。
(2)理想气体分子间相互作用力为零,故分子势能忽略不计,一定质量的理想气体内能只与温度有关。 (3)机械能和内能都是对宏观物体而言的,不存在某个分子的内能、机械能的说法。 ( )
A.若两分子处于平衡位置,分子间没有引力和斥力 B.若两分子间距离减小,分子间的引力和斥力都增大 C.若两分子间距离增大,分子间引力将增大,而斥力将减小 D.若两分子间距离增大,分子势能一定增大
答案:B
解析:引力和斥力都随间距的减小而增大,只是斥力受距离的影响大。分子力做功决定分子势能的变化,B对。
:若两个分子间距离发生变化,两分子间的相互作用和分子势能也会随之变化。下列判断正确的是
典型例题透析
题型一——微观量的计算
阿伏伽德罗常数是个十分巨大的数字,分子的体积和质量都十分小,从而说明物质是由大量分子组成的。阿伏伽德罗常数是联系微观物理量和宏观物理量的桥梁.在此所指微观物理量为:分子的体积径d、分子的质量m。宏观物理量为:物质的体积V、摩尔体积密度
。
、物质的质量M、摩尔质量
、分子的直、物质的
(1)计算分子质量:
(2)计算分子的体积:
(3)计算物质所含的分子数:
特别提醒:计算分子大小常用两种物理模型
体模型。
(球体模型), (立方体模型)。 对于气体,分子间距离比较大,只能用立方
1、一个房间的地面面积是15,高为3m。已知空气的平均摩尔质量是。通常
用空气湿度(有相对湿度、绝对湿度)表示空气中含有的水蒸气情况,若房间内所有水蒸汽凝结成水后的体积为
,已知水的密度为
,水的摩尔质量
,求:
(1)房间内空气的质量 (2)房间中有多少个水分子?
(3)估算一个水分子的线度多大?(保留两位有效数字)
思路点拨:此题是估算题,因此可将空气看作标准状况,即压强为(0℃),此时,每摩尔空气占有体积22.4L。 解析:
(1)由已知条件可得
(1大气压),温度为273K
房间内空气的物质的量为: 房间内空气的质量为:
(2)水的摩尔体积:
房间中的水分子数:
(3)建立水分子的球模型有:
水分子直径:
或建立水分子的立方体模型,有:
水分子直径:。
总结升华:不论把分子看成是球体还是立方体,都是一种近似的处理方法,得出的结果虽然稍有不同,但不会影响到分子直径的数量级都是 举一反三
【变式】某气体的摩尔质量为M,摩尔体积为V,密度为阿伏加德罗常数
可表示为( )
,每个分子的质量和体积分别为m和
,则
m这一点。
A.
答案:BC
B. C. D.
解析:气体的体积是指气体所充满的容器的容积,它不等于气体分子个数与每个气体分子体积的乘积,所以A、D错;由质量、体积、密度关系可推知B、C正确。
题型二——分子力的理解和应用
与分子力特点有关的习题主要有三类:一是判断对分子力特点的描述是否正确;二是利用分子力特点研究分子力做功、分子的加速度;三是与实际相关联的问题。要正确分析这些问题,必须准确把握分子的特点,熟知分子间斤力、引力及合力随分子间距离的变化规律。应弄清楚是分子力原因还是其它力作用的结果,切不可见了相斥、相吸就与分子力联系。
2、当两个分子间距离为
时,分子力为零,下列关于分子力说法中正确的是( )
A.当分子间的距离为 B.分子间距离小于
时,分子力为零,也就是说分子间既无引力又无斥力 时,分子间表现出是斥力
C.当分子间相互作用力表现为斥力时,分子距离变大时,斥力变大 D.在分子力作用范围内,不管
思路点拨:分子间的引力和斥力都随分子间的距离r的增大而减小,随分子间的距离r的减小而增大,但斥力的变化比引力的变化快。
解析:分子间同时存在引力和斥力,当
时引力和斥力相等,所以A错。分子间引力和斥力都随分子
,还是
,斥力总比引力变化快