物理(通用类)第3章课件.ppt

1、第3章热现象及其应用 3.1分子动理论 3.1.1分子的运动 将两个分别装有空气和红棕色二氧化氮气体的玻璃瓶口对口连接（见图3-1），当把中间的玻璃板抽掉后，仔细观察所发生的现象。1.扩散现象 图3-1 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称为扩散现象。3.1分子动理论 3.1.1分子的运动 2.布朗运动 1827年，英国植物学家布朗（17731858）在研究植物授粉的过程中发现悬浮在水中的花粉和其他微小颗粒不停地做无规则运动。3.1分子动理论 3.1.1分子的运动 2.布朗运动 虽然做无规则运动的颗粒并不是分子，但其

2、无规则运动是由液体分子的无规则运动引起的，因此证明了液体分子的运动是永不停息的。为了纪念布朗的这个发现，人们把液体或气体中悬浮微粒的无规则运动称为布朗运动。3.1分子动理论 3.1.1分子的运动 如图3-2所示，从微观的角度看，在固体冰中，分子只能在确定的位置上做微小的振动，如果将其加热，冰块会熔化为液体。在液体中，分子与邻近分子拥挤在一起，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。3.分子间的引力和斥力 图3-23.1分子动理论 3.1.1分子的运动 分子既然在不停地运动着，那么通常固体和液体中的分子为什么不会分散开，而总是聚在一起，保持一定的体

3、积呢？这是因为，固体和液体的分子并不是可以无限制地自由运动的，而是相互吸引着的，即分子之间存在着引力。3.分子间的引力和斥力 3.1分子动理论 3.1.1分子的运动 分子间的引力和斥力是同时存在的。3.分子间的引力和斥力 从水龙头里慢慢渗出的水总是一滴一滴地往下滴。3.1分子动理论 3.1.1分子的运动 分子间的引力和斥力是同时存在的。3.分子间的引力和斥力 荷叶上的露水也总是呈现出一个近似的球形。3.1分子动理论 3.1.1分子的运动 分子间的引力和斥力的大小与分子间的距离有关，当分子间距离等于平衡距离时，引力等于斥力，分子间作用力为零；当分子间距离小于平衡距离时，斥力、引力随分子间距离减小

4、而增大，但斥力增加得快，所以主要表现出斥力；当分子间距离大于平衡距离时，斥力、引力随分子间距离增大而减小，但斥力减小得快，所以主要表现出引力。3.分子间的引力和斥力 3.1分子动理论 3.1.2温度 温度是表示物体冷热程度的物理量。从分子动理论的观点来看，温度反映了物质内部分子无规则热运动的剧烈程度。温度越高，分子热运动越剧烈。温度数值的表示方法称为温标。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）。3.1分子动理论 3.1.2温度 摄氏温标是瑞典科学家摄尔修斯（17011744）首先制定的，单位是摄氏度（）；华氏温标是荷兰物理学家华伦海特（16861736）制定的，单位是华氏度

5、（）。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。3.1分子动理论 3.1.2温度 国际单位制中采用的温标是热力学温标，热力学温标是由英国物理学家开尔文（18241907）创立的，单位是（K）。热力学温标表示的温度称为热力学温度，它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T和摄氏温度t的关系为：3.1分子动理论 3.1.3气体的压强 气体分子间的距离很大，相互作用力很小，因此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。通常，容器器壁单位面积上受到的

6、气体的垂直作用力称为气体的压强。3.1分子动理论 3.1.3气体的压强 压强常用符号p表示，在国际单位制中，压强的单位是帕斯卡，简称帕（Pa）。在工程技术中，压强的单位还有标准大气压（atm）、毫米汞柱（mmHg）等。3.1分子动理论 3.1.3气体的压强 1Pa=1N/m21atm=1.013105Pa1.0105Pa1atm=76cmHg=760mmHg学习提示3.1分子动理论 3.1.3气体的压强 从分子动理论的观点来看，气体的压强是大量分子不断碰撞器壁的结果。单个分子的撞击力很小，而且不连续，但大量气体分子做无规则的热运动对器壁的撞击却可以产生大而连续的压力。一般来说，在相等时间内，气

7、体分子对器壁任何一处单位面积上的碰撞次数和作用都是一样的，因此气体对器壁各个方向的压强都是相等的。3.1分子动理论 3.1.3气体的压强 测量大气压的仪器称为气压计。气压计的种类很多，实验室常用的是动槽式水银气压计，如图3-3（a）所示；航空和户外登山等常用的是金属盒气压计，如图3-3（b）所示。图3-33.1分子动理论 3.1.3气体的压强 水银气压计是在一支上端封闭的玻璃管中装满水银，下端开口处插入其下部与大气相通的水银槽中，管中的水银柱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。盛水银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

8、游标尺，以便较准确地读出水银柱的高度，即大气压的值。3.1分子动理论 3.1.3气体的压强 金属盒气压计是无液气压计的一种，为了不使金属盒被大气压所压扁，常用弹性钢片向外拉着它。大气压增加，盒盖凹进去一些；大气压减小，弹性钢片就把盒盖拉起来一些。盒盖的变化通过传动机构传给指针，使指针偏转。从指针下面刻度盘上的读数，可知道当时大气压的值。金属盒气压计是无液气压计的一种，为了不使金属盒被大气压所压扁，常用弹性钢片向外拉着它。大气压增加，盒盖凹进去一些；大气压减小，弹性钢片就把盒盖拉起来一些。盒盖的变化通过传动机构传给指针，使指针偏转。从指针下面刻度盘上的读数，可知道当时大气压的值。3.1分子动理论

9、练习3.1 1.固体很难被压缩，原因是（）。A.分子不停地运动 B.分子间空隙较大 C.分子本身占据了空间D.分子间存在斥力 2.小刚同学学习物理后，对抽烟的爸爸说：“吸烟有害健康，我和奶奶都在被动吸烟。”小刚这样说的科学依据是（）。A.分子很小B.分子之间有作用力 C.分子之间有间隙D.分子在不停地运动3.1分子动理论练习3.13.温度是表示物体的物理量。4.试用分子运动的观点解释下列现象。（1）墨块是由石墨粉加高压后结合而成的。（2）虽然压缩一团棉花很容易，但棉花不能无限地被压缩。（3）温度升高，扩散现象加剧。（4）固体既不容易被压缩，又不容易被拉伸。5.请简述家里卫生间的墙壁上常使用的吸

10、盘式挂钩的原理。3.2热力学第一定律和能量守恒定律 3.2.1物体的内能 分子做无规则运动时的速率都不相同，有的大、有的小，而且在分子相互碰撞时速率也会改变，因此为了研究方便，在研究分子动能时不是关心个别分子的情况，而是研究大量分子的集体行为，即研究物体内所有分子动能的平均值分子的平均动能。1.分子的动能 3.2热力学第一定律和能量守恒定律 3.2.1物体的内能 分子的平均动能与温度有关，温度越高，分子的热运动越剧烈，其平均动能就越大；温度越低，分子的热运动就越缓慢，其平均动能就越小。因此，温度是物体分子热运动平均动能的标志。1.分子的动能 3.2热力学第一定律和能量守恒定律 3.2.1物体的

11、内能 由分子间的相互作用力和分子间的距离决定的势能称为分子的势能。当分子间的距离大于分子的平衡距离时，分子间的相互作用主要表现为引力作用，此时分子的势能随着分子间距离的增大而增大；当分子间的距离小于分子的平衡距离时，分子间的相互作用主要表现为斥力作用，此时分子的势能随着分子间距离的减小而增大。2.分子的势能 3.2热力学第一定律和能量守恒定律 3.2.1物体的内能 物体中的分子由于运动和相互作用而拥有的这种能量称为物体的热力学能，即内能。热力学能是物体系统的一种固有属性，即一切物体或系统都具有内能，不依赖于外界是否存在、外界是否对系统有影响。2.分子的势能 3.2热力学第一定律和能量守恒定律

12、3.2.1物体的内能 当两个温度不同的物体相互接触时，热量总是从高温物体传向低温物体，或者从物体中温度高的部分传到温度低的部分，直到它们的温度相等时才会停止。热量从高温物体传到低温物体的过程称为热传递。当外界向物体传递热量时，物体的内能就会增加；当物体向外界传递热量时，物体的内能就会减少。3.物体内能的改变 3.2热力学第一定律和能量守恒定律 3.2.1物体的内能 当外界对物体做功时，物体的内能会增加；当物体对外界做功时，物体的内能就会减少。3.物体内能的改变 古人钻木取火就是通过不断对木头做功的方法，使木头的温度不断升高，最后达到木头的着火点。3.2热力学第一定律和能量守恒定律 3.2.2热

13、力学第一定律 如果物体从外界吸收热量Q，同时外界又对物体做功W，则物体的热力学能的增加量U就为 也就是说，物体热力学能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。这个关系式就称为热力学第一定律。3.2热力学第一定律和能量守恒定律 3.2.2热力学第一定律 热力学第一定律关系式中的各物理量可以取正值，也可以取负值，其物理意义如下：l（1）物体的内能增加，U0；内能减少，U0。l（2）外界对物体做功，W0；物体对外界做功，W0。l（3）物体从外界吸热，Q0；物体向外界放热，Q0。3.2热力学第一定律和能量守恒定律 3.2.2热力学第一定律 一定量的气体在膨胀过程中是外界对气体做功还是气体对外

14、界做功？如果气体在膨胀时对外做功为130 J，同时向外放热为90 J，气体的热力学能的变化量是多少？其热力学能是增加了还是减少了？课堂讨论3.2热力学第一定律和能量守恒定律 3.2.2热力学第一定律 例：一定质量的气体从外界吸收热量为2.66105 J，热力学能增加 4.15105 J。问在此过程中气体对外界做功还是外界对气体做功？做了多少功？解：由热力学第一定律表达式UQW 得：WU-Q4.15105-2.66105 1.49105（J）W0，表示外界对气体做功为1.49105 J。精选例题3.2热力学第一定律和能量守恒定律 3.2.3能量守恒定律 19世纪中叶，焦耳（18181889）和亥

15、姆霍兹（18211894）等科学家经过长期的实验探索，共同确定了一个规律：能量既不能创生，也不能消灭，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化和转移的过程中其总量保持不变。这就是能量守恒定律。3.2热力学第一定律和能量守恒定律 3.2.3能量守恒定律 在自然界中每时每刻都在进行着各种不同形式的能量的互相转化。灯泡发光是把电能转化为热力学能和光能。3.2热力学第一定律和能量守恒定律 3.2.3能量守恒定律 地热发电是把热力学能转化为电能。燃料燃烧生热是把化学能转化为热力学能。3.2热力学第一定律和能量守恒定律 3.2.3能量守恒定律 制冷剂的循环过程中的能量转化满

16、足如下关系：从低温热源（冷库）吸收的热力学能加上压缩机所消耗的电能总等于向高温热源（外界空气）放出的热力学能，即在整个能量转化过程中，能的总量是保持不变的。3.2热力学第一定律和能量守恒定律 1.下列关于能量守恒定律及能量转化或转移的方向性的说法中不正确的是（）。lA.能量不能被创造或被消灭lB.自然界中自发进行的热传递过程总是从高温物体向低温物体进行lC.内能可以自动地、不引起其他变化地完全转化为机械能lD.自然界实际进行的与热现象有关的一切宏观过程都是有方向性的练习3.23.2热力学第一定律和能量守恒定律2.木工师傅做家具时，来回拉动锯条锯木头，锯条温度将升高。该过程主要通过（）。lA.热传递使锯条的内能增加lB.做功使锯条的内能增加lC.热传递使锯条的内能减少lD.做功使锯条的内能减少 3.改变物体热力学能的方法是（）和（）。练习3.23.2热力学第一定律和能量守恒定律 5空气压缩机的活塞对空气做了2105 J的功，同时空气的热力学能增加了 1.5105 J，这时空气与外界传递的热量是多少？是吸热还是放热？6.为了节约能源，从个人角度讲，你能做些什么？从社会的角度讲，你能为决策者提出什么建议？练习3.2 谢谢大家