2024新鲁科版（2019）《高中物理》选择性必修第三册第一章 分子动理论与气体实验定律 知识点总结 .docx

1、新教材 鲁科版2019版 物理选择性必修第三册第1章知识点清单目录第1章分子动理论与气体实验定律第1节分子动理论的基本观点第2节科学测量 用油膜法估测油酸分子的大小第3节气体分子速率分布的统计规律第4节科学探究 气体压强与体积的关系第5节气体实验定律第1章分子动理论与气体实验定律第1节分子动理论的基本观点一、物体由大量分子组成1. 分子的认识(1)分子定义：物理学研究中，当探讨分子、原子或离子等微观粒子的热运动时，通常将它们统称为分子。(2)分子的大小：一般分子直径的数量级为10-10m。2. 阿伏伽德罗常数(1)定义:1 mol任何物质含有相同的粒子数，这个数量称为阿伏伽德罗常数，用NA表示

2、(2)数值：NA=6. 021023mol-1。(3)意义：阿伏伽德罗常数是一个重要的基本常量，它可将宏观量与微观量联系起来。二、 分子永不停息地做无规则运动1. 扩散现象(1)定义：不同种物质能够彼此进入对方的现象叫作扩散。(2)普遍性：气体、液体和固体都能够发生扩散现象。(3)规律：温度越高，扩散越快。2. 布朗运动(1)定义：人们把微粒永不停息的无规则运动称为布朗运动。(2)产生原因：微粒在液体中受到液体分子的撞击引起的。(3)物理意义：反映了液体分子在永不停息地做无规则运动。3. 热运动(1)定义：分子的无规则运动。(2)影响因素：温度越高，分子的无规则运动越剧烈。三、分子间存在着相互

3、作用力1. 分子力大小变化规律(1)分子的平衡位置：当分子间的距离为r0时，分子所受的引力与斥力相互平衡，分子间作用力合力为零，通常把这个位置称为分子的平衡位置。(2)变化规律：当分子间的距离小于r0时，作用力的合力表现为斥力；当分子间的距离大于r0时，作用力的合力表现为引力；当分子间的距离超过10r0时，作用力可忽略不计。四、物体的内能1. 分子势能：由于分子间存在相互作用力，分子具有由它们的相对位置决定的势能。2. 分子势能的决定因素(1)微观上：与分子间的距离有关。若rr0，分子间作用力表现为引力，当r增大时，必须克服分子间引力做功，分子势能随分子间距离的增大而增大。若r=r0，分子间作

4、用力为零，分子势能最小。(2)宏观上：与物体的体积等因素有关。3. 分子动能：分子由于做热运动而具有的动能。4. 分子热运动的平均动能：大量分子动能的平均值。5. 温度与分子热运动的平均动能的关系(1)温度的微观本质：温度是物体内分子热运动的平均动能的标志。(2)温度越高，分子热运动的平均动能越大。6. 物体的内能(1)定义：物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和。(2)普遍性：物体中的分子永不停息地做无规则运动，分子间有相互作用力，所以任何物体都具有内能。(3)相关因素：物体含有的分子数目与物体的质量有关。分子热运动的平均动能与温度有关。分子势能与体积有关。所以，物体的内能与物体的质量、

5、温度和体积有关。五、分子大小的估算方法1. 两种分子模型(1)球形分子模型：对于固体和液体，其分子间距离比较小，在估算分子大小及分子的个数时，可以认为分子是紧密排列的，分子间的距离等于分子的直径。如图所示，其分子直径d=36V0。(2)立方体分子模型：对于气体，其分子间距离比较大，是分子直径的数十倍甚至上百倍，此时可把分子平均占据的空间视为立方体，立方体的边长即分子间的平均距离。如图所示，其分子间的距离d=3V0。2. 常用的重要关系式(1)分子的质量：m0=MmolNA。(2)分子的体积：V0=VmolNA=MmolNA (适用于固体和液体)。注意：对于气体分子， VmolNA只表示每个分子

6、所占据的空间。(3)质量为m的物体中所含有的分子数：n=mNAMmol。(4)体积为V的物体中所含有的分子数：n=VNAVmol。 六、布朗运动1. 布朗运动的无规则性。悬浮微粒受到液体分子撞击的不平衡性是形成布朗运动的原因，由于液体分子的运动是无规则的，使微粒受到较强撞击的方向也不确定，所以布朗运动是无规则的。2. 微粒越小，布朗运动越明显。悬浮微粒越小，某时刻与它相撞的分子数越少，它来自各方向的冲击力越不平衡，另外，微粒越小，其质量也就越小，在相同冲击力作用下产生的加速度越大，因此微粒越小，布朗运动越明显。3. 温度越高，布朗运动越明显。温度越高，液体分子的平均运动速率越大，对悬浮于其中的

7、微粒的撞击作用也越大，微粒越不易平衡，产生的加速度也越大，因此温度越高，布朗运动越明显。七、对分子间相互作用力的理解1. 分子力与分子间距离变化的关系分子间的引力和斥力都随分子间距离r的变化而变化，但变化情况不同，如图所示。其中，虚线分别表示引力f引和斥力f斥随分子间距离r的变化，实线表示它们的合力f合随分子间距离r的变化。分子间距离分子间引力与斥力的关系分子间的作用力弹簧小球模型r=r0f引=f斥合力为零l=l0，f=0rf引分子力表现为斥力lrr0随r的增大，f引、f斥都减小，f斥比f引减小得快，f斥l0，f向里r10r0分子间的作用力变得很微弱，可忽略不计零r=r0时，分子间的作用力等于

8、零，并不是分子间无引力和斥力，而是此时引力与斥力大小相等。r=r0时，即分子处于平衡位置时，并不是静止不动，而是在平衡位置附近振动。八、对物体内能的理解1. 温度与分子平均动能(1)温度的微观含义温度是分子平均动能的标志，因不同的分子具有的速率一般不同，且不同时刻同一分子的速率一般也不相同，故研究单个分子的动能无意义。温度是物体内大量分子热运动的集体表现。只要温度相同，分子的平均动能就相同，但分子平均速率不一定相同。(2)分子热运动的平均动能分子的平均动能永远不可能为零，因为分子无规则运动是永不停息的。平均动能与平均速率的关系可简单地理解为：Ek=12mv2，m为该物质分子的质量。(通常提到的

9、分子速率一般是指分子的平均速率，研究单个分子的速率无意义)分子的动能与宏观物体的运动无关，也就是分子热运动的平均动能与宏观物体运动的动能无关。2. 影响分子势能大小的因素如图所示，随着分子间距离的变化，分子间作用力做功，分子势能发生变化，分子势能的变化微观上决定于分子间的距离，宏观上与物体的体积有关。导师点睛分子势能图像问题的两点提醒分子势能图像的最低点(分子势能最小值)对应的距离是分子平衡距离r0，而分子力图像的最低点对应的距离大于r0；分子势能图像与r轴的交点对应的距离小于r0，分子力图像与r轴的交点对应的距离是分子平衡距离r0。3. 物体的内能(1)内能的决定因素宏观因素：物体内能的大小

10、由物体的质量、温度和体积三个因素决定，同时也受物态变化的影响。微观因素：物体内能的大小由物体所含的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定。(2)物态变化对内能的影响：一些物质在物态发生变化时温度不变(如冰熔化成水、水在沸腾时变为水蒸气)，此过程中分子的平均动能不变，由于分子间的距离变化，分子势能变化，所以物体的内能变化。第2节科学测量 用油膜法估测油酸分子的大小一、实验器材油酸、酒精、清水、滴管(或注射器)、量筒、笔、爽身粉、玻璃片、浅水盘、坐标纸。二、实验原理与设计油酸是一种脂肪酸，把一滴油酸滴到平静的水面上，油酸会展开成一片油膜。油膜面积最大且稳定时，可近似认为是单层油酸

11、分子油膜。若把油膜分子视为球体，则单分子油膜的厚度就近似等于分子的直径。只要测量出这一滴油酸的体积V和油膜的面积S，就可估算出油酸分子的直径d=VS。 三、实验步骤1. 用滴管(或注射器)将配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内溶液增加一定体积(如1 mL)时的滴数，由此求出一滴油酸酒精溶液的平均体积V。2. 向浅水盘内倒入清水，在水面上轻轻而均匀地撒一层爽身粉。用滴管在其上滴一滴油酸酒精溶液，待油层不再扩散、形状稳定时，就近似形成了单分子油膜。3. 将玻璃片盖在浅水盘上，用笔将油膜的轮廓描绘在玻璃片上。4. 将描有油膜轮廓的玻璃片放在坐标纸上，算出油膜的面积S。求面积时以坐标纸

12、上边长为1 cm的正方形为单位，数出轮廓内正方形的个数(不足半个的舍去，多于半个的算一个)。5. 根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V。根据油酸的体积V和油膜的面积S算出油酸分子的直径。 四、实验原理与操作1. 思想方法“油膜法”估测分子直径是物理学中常用的一种将微小的不易测量的物理量转化为明显的易于测量的物理量的测量方法，这是一种非常重要的科学研究方法。2. 实验注意事项(1)油酸酒精溶液配制后不要长时间放置，以免改变浓度而使实验误差增大。(2)从盘的中央加爽身粉，使粉自动扩散均匀。(3)注射器针头高出水面的高度应为1 cm之内，当针头离水面很近(油酸未滴下)时，会发现针头下

13、方的粉层已被排开，是针头中酒精挥发所致，不影响实验效果。(4)实验之前要训练好滴法。(5)待测油酸扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓。扩散后又收缩有两个原因：第一，水面受油酸滴的冲击凹陷后又恢复；第二，酒精挥发后液面收缩。(6)当重做实验时，水从盘的一侧边缘倒出，在这一侧边缘会残留少许油酸，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦去，再用清水冲洗，这样可保持盘的清洁。 五、实验数据与处理1. 实验误差分析(1)油酸酒精溶液配制后如果长时间放置，由于酒精的挥发会导致溶液的浓度改变，从而给实验带来较大的误差。(2)利用量筒测量油酸酒精溶液的体积时，没有使用正确的读数方法而产生误差。(3)油滴的体积过大，同时水

14、面面积过小，不能形成单分子油膜。(4)描绘油膜形状的画线误差。(5)利用小正方形个数计算轮廓的面积时，轮廓的不规则性容易带来计算误差。(6)不考虑油酸分子间的空隙，计算分子直径时的误差。2. 油酸分子(C17H33COOH)的形状为长链形，将其视为球体则与实际分子形体有区别，所以实验只能得到分子直径的数量级，而不能得到分子直径的准确值。第3节气体分子速率分布的统计规律一、偶然中的必然1. 伽尔顿板实验实验结论：实验结果表明，尽管单个小钢珠落入哪个狭槽是偶然，少量小钢珠在狭槽内的分布情况也是不确定的，但大量小钢珠在狭槽内的分布情况表现出必然的规律。2. 统计规律：大量偶然事件表现出来的整体规律。

15、二、气体分子速率分布规律1. 理论提出：1859年，麦克斯韦从理论上推导出了处在不同温度下的气体分子速率的分布规律。2. 图像(如图所示)气体分子的速率分布图像3. 规律(1)在一定温度下，不管个别分子怎样运动，速率分布表现出“中间多、两头少”的规律。(2)当温度升高时，“中间多、两头少”的分布规律不变，分布曲线的峰值向速率大的一方移动。 三、气体分子速率分布规律1. 气体分子运动特点(1)由于气体分子很小，分子间的作用力很弱，通常认为气体分子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，因此气体能充满它能达到的整个空间。(2)气体分子之间碰撞频繁，每个分子的速度大小和方向频繁地改变。

16、(3)单独看来，各个气体分子的运动都是不规则的，带有偶然性；但总体来看，大量气体分子的运动遵守统计规律。(4)分子沿各个方向运动的机会相等。2. 统计方法的意义对于一个由大量微观粒子组成的系统，如果利用统计方法找出其某个微观量的分布函数，便可求出这个微观量的统计平均值，而这个统计平均值正好对应该系统的某个宏观量。这样就把分子的微观运动跟物体的宏观表现联系起来了。第4节科学探究 气体压强与体积的关系一、气体的状态参量1. 状态参量：对一定质量的气体，其宏观状态通常可用气体的体积V、温度T和压强p这三个物理量来描述，这些描述系统状态的物理量称为系统的状态参量。2. 气体的体积：气体的体积通常就等于

17、容器的容积。3. 气体的温度(1)宏观上：温度是描述物体冷热程度的物理量。(2)微观上：温度是物体内分子平均动能的标志。(3)单位：常用单位：摄氏度，符号为。国际单位：物理学中，温度的国际单位是热力学温度的单位开尔文，符号为K。(4)热力学温度T与摄氏温度t的关系：T=t+273. 15 K。摄氏温度变化1 与热力学温度变化1 K是等效的，即T=t。4. 气体的压强(1)定义：气体的内部各个方向都存在压强，这种压强称为气体压强，简称气压。(2)产生原因：大量气体分子频繁撞击器壁，对器壁产生一个稳定的压力，从而产生压强。(3)压强特点：气体内部压强处处相等。(4)决定因素：气体的温度和单位体积内

18、的分子数。 二、探究气体压强与体积的关系1. 实验器材探究气体压强与体积关系的实验装置：气压计、玻璃管、铁架台、活塞等。2. 实验原理与设计如图所示，以玻璃管内封闭的气体为研究对象，在保持气体温度不变的情况下，改变气体的体积，测量多组数据即可研究气体压强与体积之间的关系。3. 实验步骤(1)根据实验原理安装实验器材。(2)玻璃管两端有活塞和橡胶套，管内密封一段空气柱，这段空气柱就是我们的研究对象。在实验过程中，我们可以近似认为空气柱的质量和温度不变。(3)用手把活塞向下压，选取几个位置，同时读出玻璃管上刻度的读数与气压计读数，在如下所示的表格中记录数据。 项目数据1数据2数据3数据4数据5数据

19、6空气柱长度d/cm 压强p/(105 Pa) (4)用手把活塞向上拉，选取几个位置，同时读出玻璃管上刻度的读数与气压计读数，在上面设计的表格中记录数据。在该实验中，可以直接用玻璃管上刻度的读数作为空气柱体积，而无需测量空气柱的横截面积。(5)以压强p为纵坐标，以体积的倒数1V为横坐标，把以上各组数据在坐标系中描点，观察图像，进一步确定p与1V的关系。 三、对气体压强的理解1. 气体压强的决定因素宏观因素温度对于一定质量的气体，在体积不变的情况下，温度越高，气体分子的平均速率越大，气体的压强越大体积对于一定质量的气体，在温度不变的情况下，体积越小，气体分子数密度越大，气体的压强越大微观因素气体

20、分子平均速率气体的温度高，气体分子的平均速率就大，单个气体分子与器壁碰撞(可视作弹性碰撞)的撞击力就大；从另一方面讲，在气体分子数密度不变的情况下，分子的平均速率大，在单位时间里器壁受气体分子撞击的次数就多，整体表现出的撞击力就大气体分子数密度在温度不变的情况下，气体分子数密度(即单位体积内气体分子的数目)大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就多四、气体压强的计算1. 封闭气体压强的计算大致可分为液体封闭气体压强的计算和固体封闭气体压强的计算。(1)液体封闭气体压强的计算的典型问题是水银柱封闭气体压强的计算，采用的方法主要有：取等压面法：即根据同种液体在同一水平液面处压强相等，在容器内

21、灵活选取等压面，由两侧压强相等列方程求解压强。例如：a. 直玻璃管中液体封闭气体的压强设为p，大气压强为p0，液体产生的压强为ph，则b. “U形管”中封闭气体的压强设为p，则参考液片法：通常以在液体的最低点选取的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，根据受力平衡列方程，消去面积，得到液片两侧压强相等，进而求得封闭气体的压强。如图所示，设U形管的横截面积为S，在其最低处取一液片R，由其两侧受力平衡可知：pS+gh0S=p0S+gh0S+ghS，即得p=p0+gh。(2)固体封闭气体压强计算的典型问题是气缸和活塞封闭气体压强的计算，通常选活塞或气缸为研究对象，对其进行受力分析

22、，列平衡方程求封闭气体的压强。五、气体压强与体积关系的注意事项与误差分析1. 实验操作中的三点注意(1)本实验应用物理实验中常用的控制变量法，探究在气体质量和温度不变的情况下(即等温过程)，气体的压强和体积的关系。(2)为保持等温变化，实验过程中手不要握在玻璃管内有气体的部位。同时，改变体积过程应缓慢，以免影响密闭气体的温度。为保证气体质量不变，应保证实验装置密闭，应在活塞与玻璃管内壁间涂上润滑油，玻璃管内、外气体的压强差不宜过大。(3)实验中所用的气压计精度较高，而气体“体积”是直接在玻璃管的刻度上读出的，其误差会直接影响实验结果。2. 实验结论一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p

23、与体积V成反比，所以p-V图线是双曲线的一支。易错警示不同温度下的图线是不同的，如图是一定质量的气体分别在T1、T2温度下等温变化的p-V图线，其中温度较高的是T2。3. 误差分析(1)改变体积的过程，造成两个状态的温度不能保证完全一致导致偶然误差。(2)气体压强、气柱高度的读数，描点画图等存在偶然误差。 第5节气体实验定律一、玻意耳定律1. 内容：一定质量的气体，在温度保持不变的条件下，压强与体积成反比。2. 公式：p1V，也可写作p1V1=p2 V23. 条件：气体的质量一定，温度保持不变。4. 气体等温变化过程的图像(即等温线)p-V图像上等温线应为双曲线的一支，p-1V图像上等温线应为

24、过坐标原点的直线，如图所示。5. 微观解释：一定质量的气体分子总数不变，温度保持不变时，分子的平均动能保持不变。当体积减小时，单位体积内的分子数增多，气体的压强增大；当体积增大时，单位体积内的分子数减少，气体的压强减小。二、查理定律1. 内容：一定质量的气体，在体积保持不变的条件下，压强与热力学温度成正比。2. 公式：pT或p1T1= p2T2。3. 条件：气体的质量一定，体积保持不变。4. 气体等容变化过程的p-T图像：一定质量的某种气体，在等容变化过程中，气体的压强p和热力学温度T的关系图线是一条过坐标原点的直线，如图所示。5. 微观解释：一定质量的气体，体积保持不变时，单位体积内的分子数

25、保持不变。当温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强也增大；当温度降低时，分子的平均动能减小，气体的压强也减小。三、盖吕萨克定律1. 内容：一定质量的气体，在压强保持不变的条件下，体积与热力学温度成正比。2. 公式：VT或V1T1= V2T2。3. 条件：气体的质量一定，压强保持不变。4. 气体等压变化过程的V-T图像：一定质量的某种气体，在等压变化过程中，气体的体积V和热力学温度T的关系图线是一条过坐标原点的倾斜直线，如图所示。5. 微观解释：一定质量的气体，当温度升高时，分子的平均动能增大。为了保持压强不变，单位体积内的分子数相应减少，气体的体积必然相应增大。反之，当温度降低时，气体的体

26、积必然减小。6. 理想气体：物理学中，把严格遵循以上三个实验定律的气体称为理想气体。 四、对玻意耳定律的理解1. 对玻意耳定律数学表达式的理解玻意耳定律的数学表达式pV=C中的常量C不是一个普适恒量，它与气体的种类、质量、温度有关，对一定质量的气体，温度越高，该常量C越大。2. p-V图像与p- 1V图像图像类别p-V图像p-1V图像图像特点物理意义一定质量的气体，在温度不变的情况下，p与V成反比，因此等温过程的p-V图线是双曲线的一支一定质量的气体，温度不变时，pV=恒量，p与V成反比，p与1V就成正比，在p-1V坐标系中的等温线应是过原点的直线温度高低一定质量的气体，温度越高，气体压强与体

27、积的乘积必然越大，在p-V图像中的等温线就越高，图中T1T2直线的斜率为p与V的乘积，斜率越大，p与V的乘积越大，温度就越高，图中T1T23. 应用玻意耳定律的思路和方法(1)确定研究对象，并判断是否满足玻意耳定律成立的条件。(2)确定始、末状态及状态参量(p1、V1、p2、V2)。(3)根据玻意耳定律列方程p1V1=p2V2，代入数值求解(注意各状态参量要统一单位)。(4)注意分析题目中的隐含条件，必要时还应由力学或几何知识列出辅助方程。(5)有时要检验结果是否符合实际，对不符合实际的结果要删去。 五、对查理定律的理解1. 对查理定律的理解研究对象一定质量的某种气体，而且气体的体积保持不变使

28、用条件压强不太大，温度不太低常量C在pT=C中的C与气体的种类、质量和体积有关比例关系一定质量的某种气体在等容变化过程中，压强p跟热力学温度T成正比例关系，但是p不与摄氏温度t成正比，压强的变化p与摄氏温度的变化t成正比变量关系一定质量的某种气体在等容变化时，升高(或降低)相同的温度，所增加(或减小)的压强是相同的微观解释一定质量(m)的气体的总分子数(N)是一定的，体积(V)保持不变时，单位体积内的分子数(n)也保持不变，当温度(T)升高时，其分子运动的平均速率(v)增大，则气体压强(p)增大；反之，当温度(T)降低时，气体压强(p)减小公式变式由p1T1=p1+pT1+T得p1T1=p或p

29、=TT1p1，T=pp1T1推导另一种表述气体做等容变化时，满足p1T1=p2T2，如果用p0表示温度为0 时的压强，则有ptT=p0273. 15K，所以pt=p0T273. 15K=p0t+273. 15K273. 15K=p01+t273. 15K2. 等容线 比较类别p-T图像p-t图像图像特点在p-T图像中，一定质量气体的等容线，其延长线经过坐标原点，压强与热力学温度是一次函数关系，且为正比例关系在p-t图像中，一定质量气体的等容线，其延长线不经过坐标原点，是过横轴上(-273. 15 ，0)点的倾斜直线，压强与摄氏温度是一次函数关系，但不是正比例关系意义图线上每一个点表示气体一个确定的状态，同一条等容线上各状态的体积相等不同体积下的等容线，斜率越大，体积越小(同一温度下，压强大的体积小)六、理想气体状态方程1. 理想气体状态方程与气体实验定律p1V1T1=p2V2T22. 对理想气体状态方程的理解(1)成立条件：一定质量的理想气体。(2)该方程表示的是气体三个状态参量的关系，与中间的变化过程无关。(3)在pVT=C(常量)中，常量C仅由气体的种类和质量决定，与状态参量(p、V、T)无关。(4)应用方程时应注意：温度T必须是热力学温度。