大学物理下1分子运动论(1)

第一节 分子动理论【要点归纳】一、物体是由大量分子组成的一、分子的大小：1．分子直径的数量级为10－10 m.2．分子体积的数量级一般为10－29 m 3.3．分子质量的数量级一般为10－26 kg. 二、阿伏加德罗常数：1．定义：1 mol 的任何物质都含有相同的粒子数，这个数量可以用阿伏加德罗常数来表示．2．数值：阿伏加德罗常数常取N A ＝6.02×1023mol －1，粗略计算中可取N A ＝6.0×1023mol －1.3．意义：阿伏加德罗常数是一个重要常数．它把摩尔质量、摩尔体积这些宏观物理量与分子质量、分子的大小等微观物理量联系起来了，即阿伏加德罗常数N A 是联系宏观世界与微观世界的桥梁．4．宏、微观物理量与阿伏加德罗常数间的关系(1)已知固体和液体(气体不适用)的摩尔体积V mol 和一个分子的体积v ，则N A ＝V mol v；反之亦可估算分子的大小． (2)已知物质(所有物质，无论液体、固体还是气体均适用)的摩尔质量M 和一个分子的质量m ，则N A ＝M m；反之亦可估算分子的质量． (3)已知物体(无论固体、液体还是气体均适用)的体积V 和摩尔体积V mol ，则物体含有的分子数n ＝V V mol N A ＝M ρV mol N A.其中ρ是物质的密度，M 是物质的质量． (4)已知物体(无论液体、固体还是气体均适用)的质量和摩尔质量，则物体含有的分子数n ＝M mN A . (5)分子体积v ＝V m N A ＝M m ρN A .如果把分子简化成球体，可进一步求出分子的直径d ＝36v π＝36MmρN Aπ三、估算气体分子间的距离气体分子间的间隙不能忽略，设想气体分子平均分布，且每个气体分子平均占有的空间设想成一个小立方体，气体分子间的距离就等于小立方体的边长，如图所示．每个空气分子平均占有的空间体积v′＝v mN A＝M mρN A,分子间的距离a＝3v′.二、分子热运动一、扩散现象：1．定义：不同的物质互相接触，过一段时间后物质分子会彼此进入对方，这一现象称为扩散，扩散是一种常见的物理现象．如在房间的一角撒上香水，整个房间都能闻到香味；金块和铅块压紧在一起，放置足够长的时间，会发现铅中有金，金中有铅等，都是扩散．2．产生原因：是由物质分子的无规则运动产生的．3．特点：(1)在气体、液体、固体中均能发生，而气体的扩散现象最明显．(2)扩散快慢与温度有关，温度越高，扩散越快，表明温度越高，分子运动越剧烈．(3)从浓度大处向浓度小处扩散，且受“已进入对方”的分子浓度的限制，当进入对方的分子浓度较低时，扩散现象较为显著．二、布朗运动1．定义：布朗运动是悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动，是在显微镜下观察到的．2．布朗运动的三个主要特点：微粒在永不停息地做无规则运动；颗粒越小，布朗运动越明显；温度越高，布朗运动越明显．3．产生布朗运动的原因：由于液体分子无规则运动对固体微小颗粒各个方向撞击的不均匀性所造成．4．影响布朗运动的因素：微粒的大小和液体(或气体)温度的高低．(1)微粒越小，布朗运动越明显．(2)温度越高，布朗运动越激烈．5．布朗运动与分子热运动的关系(1)布朗运动是无规则的――→反映分子运动是无规则的；(2)布朗运动是永不停息的――→反映分子运动是永不停息的；(3)温度越高，布朗运动越激烈――→反映温度越高，分子的运动越激烈．三、分子间的作用力 1．分子间有空隙(1)气体分子的空隙：气体很容易被压缩，表明气体分子间有很大的空隙．(2)液体分子间的空隙：水和酒精混合后总体积会变小，说明液体分子间有间隙．(3)固体分子间的空隙：压在一起的金片和铅片，各自的分子能彼此进入到对方的内部说明固体分子间也存在着空隙．2．分子间的作用力(1)分子间同时存在着相互作用的引力和斥力．分子间实际表现出的作用力是引力和斥力的合力．(2)分子间作用力与分子间距离变化的关系(如图所示)：分子间的引力和斥力都随分子间距离r 的增大而减小，随分子间距离的减小而增大．但斥力比引力变化得快．(3)平衡位置：我们把分子间距离r ＝r 0时，引力与斥力大小相等，分子力为零．分子间距离等于r 0(数量级为10－10m)的位置叫做平衡位置．(4)分子间的引力和斥力随分子间距离r 的变化关系分子间的引力和斥力都随分子间距离r 的增大而减小，但斥力减小得更快．F 随r 变化的关系如图：当r ＜r 0时，合力随距离的增大而减小；当r ＞r 0时，合力随距离的增大先增大后减小． ①当r ＝r 0时，F 引＝F 斥，F ＝0.②当r<r 0时，F 引和F 斥都随分子间距离的减小而增大，但F 斥增大得更快，分子力表现为斥力．③当r>r0时，F引和F斥都随分子间距离的增大而减小，但F斥减小得更快，分子力表现为引力．④当r≥10r0(10－9m)时，F引和F斥都十分微弱，可认为分子间无相互作用力(F＝0)．四、分子动理论1．分子动理论内容：物体是由大量分子组成的，分子在永不停息地做无规则运动，分子之间存在着引力和斥力．2．根据分子力说明物体三态不同的宏观特征分子间的距离不同，分子间的作用力表现也就不一样．(1)固体分子间的距离小，分子之间的作用力表现明显，分子只能在平衡位置附近做范围很小的无规则振动．因此，固体不但具有一定的体积，还具有一定的形状．(2)液体分子间的距离也很小，分子之间的作用力也能体现得比较明显，但与固体分子相比，液体分子可以在平衡位置附近做范围较大的无规则振动，而且液体分子的平衡位置不是固定的，在不断地移动，因而液体虽然具有一定的体积，却没有固定的形状．(3)气体分子间距离较大，彼此间的作用力极为微小，可认为分子除了与其他分子或器壁碰撞时有相互作用外，分子力可以忽略．因而气体分子总是做匀速直线运动，直到碰撞时才改变方向．所以气体没有一定的体积，也没有一定的形状，总是充满整个容器．五、气体分子运动的特点气体分子运动的“三性”1．自由性：由于气体分子间的距离比较大，大约是分子直径的10倍左右，分子间的作用力很弱，因此除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，不受力而做匀速直线运动，因而气体能充满它所达到的整个空间．2．无序性：由于分子之间频繁地碰撞，每个分子的速度大小和方向频繁改变，分子的运动杂乱无章，在某一时刻向着任何一个方向运动的分子都有，而且向着各个方向运动的气体分子数目都相等．3．规律性：气体分子速率分布呈现出“中间多，两头少”的分布规律．当温度升高时，速率大的分子数增多，速率小的分子数减少，分子的平均速率增大．反之，分子的平均速率减小．如图所示。

分子运动论的发展分子运动论是热学的一种微观理论，它是以分子的运动来解释物质的宏观热性质。

它理论的依据是有两点：一个是物质是由大量分子和原子组成的；另一个是热现象是这些分子无规则运动的一种表现形式。

1658年伽桑狄提出物质是由分子构成的假设；1738年，D ．伯努利发表了《流体动力学》一书，并用专门的篇幅讨论了分子运动问题，得到了比玻意耳定律更普遍的公式。

1850年，克劳修斯发表了热力学方面的首篇论文，他从热和功的等当性认识到热是分子运动形式的体现。

范德瓦耳斯发展了玻意耳、伯努利、克劳修斯等人的研究成果，这些实验结果为他的工作提供了实践基础。

1、分子运动论的早期研究分子运动论的兴起，与原子论的复活有密切联系。

1658年伽桑狄（Gassendi ）提出物质是由分子构成的，他假设分子能向各个方向运动，并由此出发解释气、液、固三种物质状态。

玻意耳（Boyle Rober ，1627～1691）在1662年从实验得到了气体定律，并从分子的角度提出压强的概念。

他把气体粒子比作固定在弹簧上的小球，用空气的弹性解释气体的压缩和膨胀，从而定性地说明了气体的性质。

牛顿对玻意耳定律也作过类似的说明，他认为：气体压强与体积成反比的原因是由于气体粒子对周围的粒子有斥力，而斥力的大小与距离成反比。

胡克（Hooke Robert ，1635～1703）则把气体压力归因于气体分子与器壁的碰撞。

到18世纪和19世纪初，由于热质说的兴盛，从而决分子运动论受到了压抑。

早在 1716年，瑞士人赫曼（J ．Hermann ，1678—1733）对热是一种运动的确定数量关系提出一个理论认为：“成分相同的物体中的热是热体的密度和它所含粒子的乱运动的平方以复杂的比例关系组成。

”这里的“乱运动”就是分子的平均速率，这里的“热”就是指的压强；他的观念可以表述为一个公式：2υρK p =，其中p 为压强，υ为分子平均速率，ρ为密度，K 为一常数，仅仅取决于物体的特性。