分子动理论分析.docx

分子动理论分析.docx

《分子动理论分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《分子动理论分析.docx（14页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

分子动理论分析

课题

第三章热现象及应用第一节分子动理论

2课时

教

学

目

标

知识目标

1.了解分子动理论的基本观点；

2.了解温度、气体的压强、热力学能的概念；

3.了解改变物体热力学能的方法。

能力目标

1.通过对温度、气体的压强的学习，知道其在生产、生活中的测量方法；

2.通过对热力学能的学习，知道生产、生活中改变物体热力学能的方法；

3.通过对本节的学习，能够从微观角度解释生活中的一些宏观现象，增强分析问题的能力。

情感目标

1.通过对温度等概念的学习，了解环境保护的重要性，增强对环境保护的紧迫感；

2.通过本节的学习，培养学生的可持续发展的观念。

重点

分子动理论、热力学能的概念；改变物体热力学能的方法

难点

热力学能的概念

教具

多媒体展示系统、（冷、热水中分子运动快慢不同的演示实验装置）

主要教学过程

学生活动

教

学

过

程

设

计

一、引入课题

用多媒体展示系统展示教材图3－1。

提问：

将一杯20℃的水和一杯30℃的水放在桌子上，如果不许用手摸，你能分辨出哪一杯水的温度高吗？

（一般情况下，学生回答不出来。

因为温度的高低不能通过用眼观察而分辨出来，如果用红外线测温仪是可以的。

）

引入课题：

为了弄清楚这些与温度有关的问题，我们需要继续学习有关热力学的知识——第三章热现象及应用第一节分子动理论。

二、分子动理论

所有物体都是由分子构成的。

一般物质分子的直径，都是以纳米（1nm＝1×10－9m）为数量级的。

如氢分子的直径为0.23nm，水分子的直径为0.4nm，蛋白质分子的直径最大，也只有几纳米。

近几十年来，人们已经能够用放大200万倍的离子显微镜直接观察分子的大小，甚至能够用放大3亿倍的扫描隧道显微镜实现“操纵原子”的梦想，如下图所示就是用铁原子在铜上组成的汉字“原子”。

在一间封闭的房间里，打开香水瓶盖，不一会儿，香水的气味就会弥漫到房间的每个角落；在一杯静置的清水中，轻轻滴入一滴红墨水，慢慢就会发现杯中的水全部变红了；长期堆放在墙脚的煤会渗进墙面中，使墙面变黑……这些都是扩散现象。

扩散现象可以说明分子不停地做无规则的运动。

演示实验往一杯热水（约90℃）和一杯冷水（约10℃）中分别滴入一滴红墨水。

提问：

这个演示实验说明什么？

（分子的无规则运动与温度有关，温度越高，分子运动越剧烈。

）

因此，我们把大量分子的这种运动叫做分子的热运动。

用多媒体展示系统展示教材图3－2。

从微观的角度看，在固体中，分子只能处于确定的位置上做微小的振动。

如果给固体加热，固体会熔化为液体。

在液体中，分子与临近分子拥挤在一起，可以发生位置的交换。

如果继续给液体加热，液体会汽化为气体。

在气体中，分子可以自由地运动。

用多媒体展示系统展示有关“气体很容易被压缩，水和酒精混合后总体积减小，高压下的油透过钢壁渗出”视频。

提问：

这类事实说明什么？

（不论是气体、液体，还是固体，组成它们的分子之间是存在间隙的。

）

在生产技术上，为了增强钢表面的硬度和耐磨性能而进行的渗碳处理，为了改变半导体材料的物理性能而掺入杂质等，都是对分子间隙的一种利用。

用多媒体展示系统展示有关“从水龙头里慢慢渗出的水总是一滴一滴地往下滴，荷叶上的露水也总是呈现出一个近似的球形，洗衣服时也总会形成一个个的肥皂泡”的视频或图片。

提问：

这类事实说明什么？

（液体分子间存在着引力。

）

提问：

液压千斤顶利用的则是液体的不易压缩性，这说明液体分子间存在着什么力？

（存在着斥力。

）

提问：

固体一般都具有固定的形状，它既不易被拉伸也不易被压缩的性质说明它的分子间存在着什么力？

（既存在着引力，也存在着斥力。

）

综上所述，宏观物体是由大量分子组成的；分子永不停息地做无规则的热运动；分子间有空隙；分子之间存在着相互作用的引力和斥力。

这就是分子动理论的基本观点。

三、温度

温度是表示物体冷热程度的物理量。

温度数值的表示方法，叫做温标。

常用的温标有：

摄氏温标、华氏温标和热力学温标（也叫绝对温标）。

世界上大多数地区使用摄氏温标，美国通常使用华氏温标。

摄氏温标是瑞典天文学家摄尔修斯（1701—1744）创立的，单位是℃（摄氏度）；华氏温标是荷兰物理学家华伦海特（1686—1736）创立的，单位是℉（华氏度）。

这两种温标都是以水的冰点和沸点作为特征温度的：

在摄氏温标中这两个温度被定为0℃和100℃；在华氏温标中这两个温度被定为32℉和212℉。

这两种温标之间的关系可以用下面的公式表示：

TF=1.8TC+32

用多媒体展示系统展示一个平常使用的温度计。

我们平常使用的温度计上往往都有这两种温标。

在物理学上还有一种热力学温标（或绝对温标），它是由英国物理学家开尔文创立的，单位是K（开）。

热力学温标的单位大小与摄氏温标的相同。

因此，热力学温标中水的沸点同样比冰点高100K。

只是热力学温标把宇宙中的最低温度定义为0K，这个温度叫做绝对零度。

国际上公认的绝对零度为－273.15℃。

热力学温度是国际单位制中七个基本量之一，用符号T表示。

热力学温度和摄氏温度在数值上有如下关系：

T=TC＋273

例如，水的冰点用热力学温度表示为273K，水的沸点用热力学温度表示为373K。

随着科学技术的发展，人们对温度计的要求也越来越高。

科学家们发明了多种形式的新型温度计。

如在工业和科学研究中使用的电阻温度计，就是根据金属的电阻随温度升高而增大的原理制成的，它的测温范围为－190～650℃。

在低温物理、航空技术和宇宙航行研究中采用的半导体温度计，是根据半导体的电阻随着温度升高而减小的特性制成的。

在600℃以上的高温测量中，要使用热电温度计和光学高温计，测量10000℃以上的温度都是用原子光谱的谱线与温度的关系来计算，测量遥远星球的表面温度要用一种叫做光度计的仪器。

四、气体的压强

气体分子之间有很大的空隙，气体分子间的相互作用力十分微弱，气体分子可以自由地运动，常温下多数气体分子的速率都可达到数百米每秒——相当于子弹的速率。

单个分子的撞击力很小，而且是不连续的，但大量分子对器壁的撞击却可以产生大而连续的压力。

气体的压强是气体垂直作用在器壁单位面积上的压力。

气体在各个方向上产生的压强都是相等的。

从微观角度来看，温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子撞击器壁的作用变大，所以气体的压强增大。

在炎热的夏天，打足了气的自行车行驶在滚烫的路面上，有时会爆胎，这是轮胎中气体温度升高，压强增大造成的。

用多媒体展示系统展示内燃机的工作原理动画。

汽车、拖拉机的内燃机，就是利用气体的压强与温度有关的道理工作的，当燃油燃烧使得汽缸内气体的温度急剧升高时，压强急剧增大，从而推动活塞做功。

压强用p表示，压强的SI单位是Pa（帕）。

用多媒体展示系统展示教材图3－3。

测量大气压的仪器叫做气压计。

气压计的种类很多，实验室常用的是动槽式（福廷式）气压计。

它是用一支长90cm的玻璃管封闭上端，管中装满水银，开口端插入下部汞槽中，管中的汞由于重力作用而下降，因而在封闭的玻璃管上部出现一段真空，汞槽与大气相通。

盛汞的玻璃管装在黄铜管中，黄铜管上部刻有主标尺并在相对两边开有长方形小窗，在窗内装一可上下滑动的游标尺，以便较准确地读出水银柱的高度，即大气压值。

汞槽底部为一皮囊，可以借助下端的螺旋调节其中汞面的高度，汞面的高度应正好与固定在汞槽顶端的象牙针尖接触，这个汞面就是测定汞柱高度的“零点”，也就是铜管上主标尺的“零点”。

金属管中部还附有温度计。

用多媒体展示系统展示教材图3－4。

在工业上用来测量气体压强的仪表通常叫做压力表。

压力表采用弹簧管、膜片、膜盒及波纹管等弹性敏感元件并按此分类。

表中的弹性敏感元件随着压力的变化而产生弹性变形，通过齿轮传动机构放大，就会在表盘上显示出气体压强值。

用多媒体展示系统展示教材图3－5。

压力表按其测量范围，分为真空表、微压表、低压表、中压表及高压表等。

五、热力学能

物体由固体转化为液体与由液体转化为气体的过程中，需要吸收能量。

因此可知，对同一种物质来说，液体分子的能量比固体分子的能量多，气体分子的能量比液体分子的能量多。

我们把物体中的分子由于运动和相互作用而拥有的能量，叫做物体的热力学能。

所有物体均含有热力学能。

物体的热力学能与物体的温度和体积都有关系。

传统的温度计，应用了水银或者酒精的特性。

水银一类的物质在温度升高时，它的分子的运动就变得越激烈，体积就会膨胀，在管子中水银液面会升高。

因此，管子中水银体积的大小可以作为温度的指示。

用多媒体展示系统展示有关钻木取火、摩擦生热、柴油机的工作原理的视频。

古人钻木取火，就是通过对木头不断做功的方法，使木头的温度不断升高，最后达到燃点，这就是做功可以改变物体的热力学能的最早的例证。

现代工厂中，经常看到工人用砂轮磨制工件或切割型材时，火星飞溅。

这些现象也说明，做功可以改变物体的热力学能。

我们日常生活中，使用的火柴、打火机利用的也是这个道理。

拖拉机和大卡车上使用的柴油机，就是利用这个道理工作的，它首先通过活塞做功，压缩柴油和空气的混合气体，使之温度升高，达到燃点而发生燃烧的。

夏天，我们在手持杀虫气雾剂喷洒时，总会感觉到喷洒后罐体的温度比喷洒前下降了许多。

这是因为内部的压缩气体在膨胀时对外做功，温度降低，热力学能减少。

蒸汽机、内燃机汽缸内高温高压的气体膨胀时对外做功，温度降低，气体的热力学能减少。

热量总是从温度高的物体转移到温度低的物体，或者从物体中温度高的部分转移到温度低的部分，直到它们的温度相等时才会停止。

即通过热传递，原来温度高的物体的热力学能减少了，原来温度低的物体的热力学能增加了。

从以上的例子可以归纳出，改变物体热力学能的物理过程有两种：

做功和热传递。

当外界对物体做功时，物体的热力学能增加；当物体对外界做功时，物体的热力学能就减少。

当外界向物体传递热量时，物体的热力学能就增加；当物体向外界传递热量时，物体的热力学能就减少。

观看图片

学生思考并回答

板书

板书

板书

观察实验

学生回答

板书

学生观看

学生观看

学生回答

板书

结合技术

学生观看

学生回答

板书

学生回答

板书

学生回答

板书

板书

板书

板书

学生观看

板书

板书

板书

结合技术

板书

板书

学生观看

板书

学生观看

学生观看

学生观看

板书

板书

学生观看

结合生活

板书

小

结

分子动理论

1．分子动理论

宏观物体是由大量分子组成的；分子永不停息地做无规则的热运动；分子间有空隙；分子之间存在着相互作用的引力和斥力。

2．温度

温度是表示物体冷热程度的物理量。

温度数值的表示方法，叫做温标。

常用的温标有：

摄氏温标、华氏温标和热力学温标（也叫绝对温标）。

在摄氏温标中温度的单位是摄氏度（℃）；在华氏温标中温度的单位是华氏度（℉）。

华氏温度和摄氏温度在数值上有如下关系：

TF=1.8TC+32

在热力学温标中温度的单位是K（开）。

热力学温度和摄氏温度在数值上有如下关系：

T=TC＋273

3．气体的压强

气体的压强是气体垂直作用在器壁单位面积上的压力。

压强用p表示，压强的SI单位是Pa（帕）。

4．热力学能

物体中的分子由于运动和相互作用而拥有的能量叫做物体的热力学能。

所有物体均含有热力学能。

物体的热力学能与物体的温度和体积都有关系。

做功和热传递都可以改变物体的热力学能。

回顾本节知识；体会思考方法；感受情感态度。

随

堂

练

习

练习3－1

1．答

（1）采用高压的手段将石墨粉（碳粉）压缩达到碳分子力相互作用的有效距离时，碳分子就在分子引力作用下结合形成片状结构的墨块。

（2）棉花纤维之间有很大空隙，所以很容易被压缩。

但当棉花被压缩到一定程度时，分子之间由于相互的排斥力就会抵抗外力的作用，使棉花不能无限地压缩下去。

（3）气体分子的无规则运动速度虽然可以达到几百米每秒，但由于气体分子运动是无规则的，它的运动轨迹不是直线而是杂乱无章的，因此，分子要扩散到一定空间需要一段时间。

（4）因为当温度升高时，分子运动加快，所以它在其它气体、液体或固体中的扩散会加剧。

（5）固体分子之间的既存在着较强的引力，也同时存在着较强的斥力，所以固体很难被压缩和拉伸。

2．答盘式挂钩的吸盘紧贴在墙壁上时，排除了吸盘与墙壁之间的大部分空气，致使外界空气的压强大于吸盘与墙壁之间残留气体的压强，于是挂钩被大气压紧紧地压附在墙壁上。

3．答

（1）、（3）、（5）、（7）是通过热传递方式改变物体热力学能的；

（2）、（4）、（6）、（8）通过做功方式改变物体热力学能的。

思考并回答

课

后

作

业

学生复习巩固所学内容

课题

第三章热现象及应用学生实验三测量气体的压强

2课时

教

学

目

标

知识目标

1.练习使用福廷式气压计测量大气压强；

2.练习使用U形管测量两侧气体的压强差；

3.*探究体积不变时，气体的压强与温度的关系。

能力目标

1.通过实验，学会测量容器中气体压强的方法；

2.通过实验，提高动手操作能力；

3.通过对数据的计算分析，提高分析问题的能力。

情感目标

1.培养学生热爱生活，观察生活，积极实践，乐于探究的精神；

2.激发在科学方面的学习兴趣，培养学习科学的积极态度。

重点

理解温度对气体压强的影响

难点

探究温度与气体压强间的数量关系

教具

多媒体展示系统

主要教学过程

学生活动

教

学

过

程

设

计

一、检查预习、引入课题

用多媒体展示系统展示教材图3－7。

提问：

1.此时左侧容器中气体的压强是多少？

（p=p0+ph）

用多媒体展示系统展示教材图3－8。

提问：

2.此时左侧容器中气体的压强是多少？

（p=p0－ph）

本次课我们将定量探究气体压强与温度的关系。

二、实验原理

当在U形管压强计的玻璃管中注入一定量的水银时，由于其两侧都与大气相通，即压强都是大气压强p0，因此U形管两侧的水银柱是等高的。

将压强计左侧的玻璃管通过一个橡皮塞与一个容器相连，容器中的空气就被封闭。

通过U形管压强计我们就可以测量容器中气体的压强与大气压强的关系，而大气压强可用福廷式气压计测出。

从而使我们最终可以得到容器中气体的压强值。

三、实验步骤

（1）调节实验室中福廷式气压计，读出此时的大气压强p0，将数据换算成SI单位填到教材上的实验表3－1中（1mmHg=133.3Pa）；

（2）把烧瓶放入盛有冷水的水槽中，使其大部浸入冷水中。

将温度计放入水中，等待3min，使被封闭的空气与冷水进行充分的热交换，达到热平衡状态后，从温度计上读出水的温度（即烧瓶中空气的温度），换算成SI单位填到实验表3－1中；从刻度尺上读出U形管两侧水银柱的高度差ph，换算成SI单位，计算出此刻烧瓶中空气的压强，填到实验表3－1中；

（3）将水槽中的冷水取出一部分，倒入适量的热水，使水温升高大约20℃。

等待3min，达到热平衡状态后，测出水的温度及烧瓶中空气的压强，填到实验表3－1中；

（4）再将水槽中的水取出一部分，倒入适量的热水，使水温再升高大约20℃。

重复前面的步骤，测出温度和压强值，填到实验表3－1中。

四、实验数据记录与分析

处理填在实验表3－1中的数据，完成表格。

注意事项

（1）温度计放入水中时，注意不要接触水槽的底面或侧面；

（2）注意实验时控制水温的变化范围，不能太高或太低，不能使水银柱从右侧管中冒出或进入左侧管的水平部分。

学生观看

学生回答

学生观看

学生回答

学生动手实验

学生处理实验数据

随

堂

练

习

思考题

1．答将温度计和烧瓶放入水中后，等待一段时间是为了让水、烧瓶及其中的气体、温度计达到热平衡状态，使温度计能够测出较准确的气体温度。

2．答在误差允许的范围内，气体的压强与其温度（都是国际单位制）成正比。

思考并回答

课

后

作

业

学生实验后，将课本上交，老师检查，评分，总结。

要求学生独立完成