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06高中物理奥赛-第六讲热学


物理奥赛辅导讲座 第六讲 热 学 第六讲 热 学 知识要点:原子和分子的量级。分子的热运动。布朗运动。温度的微观意义。分子力。 分子的动能和分子间的势能。物体的内能。热力学第一定律。 热力学温标。理想气体状态方程。普适气体恒量。理想气体状态方程的微观解释(定 性) 。理想气体的内能。理想气体的等容、等压、等温和绝热过程(不要求用微积分运算) 。 流体分子运动的特点。表

面张力系数。浸润现象和毛细现象(定性) 。晶体和非晶体。 空间点阵。固体分子运动的特点。 熔解和凝固。熔点。熔解热。蒸发和凝结。饱和汽压。沸腾和沸点。汽化热。临界温 度。固体的升华。空气的湿度和湿度计。露点。传导、对流和辐射。热膨胀和膨胀系数。 一、分子动理论 1、物质是由大量分子组成的(注意分子体积和分子所占据空间的区别) 对于分子(单原子分子)间距的计算,气体和液体可直接用 3 分子占据的空间 ,对固体, 则与分子的空间排列(晶体的点阵)有关。 【例 1】如图所示,食盐(NaCl)的晶体是由钠离子(图中的白色圆点表示)和氯离 子(图中的黑色圆点表示)组成的,离子键两两垂直且键长相等。已知食盐的摩尔质量为 - - 58.5× 3kg/mol,密度为 2.2× 3kg/m3,阿伏加德罗常数为 6.0× 23mol 1,求食盐晶体中 10 10 10 两个距离最近的钠离子中心之间的距离。 解析: 题意所求即为图中任意一个小立方块的边长 (设为 a) 的 2 倍,所以求 a 成为本题的焦点。 由于一摩尔的氯化钠含有 NA 个氯化钠分子,事实上也含有 2NA 个钠离子 (或氯离子)所以每个钠离子占据空间为 v= , Vmol 2NA 而由图不难看出, 一个离子占据的空间就是小立方体的体积 a3,即 a3 = Vmol M /? = mol ,最后, 邻近钠离子之间的距离 L= 2 a 2NA 2NA - 【答案】3.97× 10m 。 10 思考:本题还有没有其它思路? 答案: 每个离子都被八个小立方体均分, 故一个小立方体含有 × 个离子 = 8 所以…(★此法普遍适用于空间点阵比较复杂的晶体结构。 ) 2、物质内的分子永不停息地作无规则运动 (1)固体分子在平衡位置附近做微小振动(振幅数量级为 0.1 A ) ,少数可以脱离平衡位置运动。液体分子的运动则可以 用―长时间的定居(振动)和短时间的迁移‖来概括,这是由于 液体分子间距较固体大的结果。气体分子基本―居无定所‖,不 停地迁移(常温下,速率数量级为 102m/s) 。 1 xzlu@qq.com 0 1 8 1 分子, 2 物理奥赛辅导讲座 第六讲 热 学 无论是振动还是迁移,都具备两个特点:a、偶然无序(杂乱无章)和统计有序(分 子数比率和速率对应一定的规律——如麦克斯韦速率分布函数,如图所示) ;b、剧烈程度 和温度相关。 气体分子的三种速率。最可几速率 vP :f(v) = 数,N 表示分子总数)极大时的速率,vP = 算术平均值, v = v2 = R NA 2 RT = ? ?N (其中 ΔN 表示 v 到 v +Δv 内分子 N 2kT ;平均速率 v :所有分子速率的 m 8 RT 8kT = ;方均根速率 v 2 :与分子平均动能密切相关的一个速率, ?? ?m 3RT 3kT = 〔其中 R 为普适气体恒量,R = 8.31J/(mol.K)。k 为玻耳兹曼常量,k = ? m -23 = 1.38× 10 J/K 〕 (2)温度 a、温度即物体的冷热程度,温度的数值

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