2分子热运动、分子的动能
分子的热运动
分子的热运动分子的热运动是物理学中的一个重要的概念，它是一种量子效应，它揭示了一个物体的微小结构，及其对外界物理环境和气候的反应。
它是由热力学定律所描述的，也是描述微观物理系统和热运动中物质结构的一个理论框架。
它表明，一个物体的性质在温度变化时也会发生变化，而温度变化也会引起分子间碰撞，使其出现振动移动现象。
热运动是一种随机运动，指的是物体内部温度发生变化时，分子、原子、离子或者其他更小的物体的随机运动的总和。
热运动是由热力学定律描述的，它关系到分子、簇和固体介质的性质。
由于温度的变化可以引起分子的动能发生变化，使得它们的振动、移动或旋转有变化，从而产生热运动。
热运动的发展可以追溯到17世纪，当时存在着已知的热运动问题。
17世纪，热运动性质已经受到多次实验，比如热运动和温度的关系，等热效应，热比容，等热过程，等温过程，等温压变化，等容积变化，等热运动模型等等。
18世纪，人们开始研究分子的热运动，它是一个具有影响力的概念，为热学研究奠定了基础。
1827年，热学家英瑞威尔特利（irwin von Wilmott）提出了分子的随机热运动模型，指出分子跃迁的动能是由分子之间的弹性力所控制的。
到了19世纪，分子热运动理论因热学家约翰拉德里（John R.R. Le Deceux）的研究而得到进一步发展，他首次将温度和热运动建立关联，拉德里证明绝热运动的特征是分子的振动。
19世纪末，随着分子热力学的发展，针对分子的热运动理论也发生了变化，随后热力学家蒙特卡罗（Monte Carlo）提出了蒙特卡罗法，用于研究热运动的应用。
20世纪初，热学家冯诺依曼（VonNuemann）提出了微观热力学的概念，将温度视为分子运动的准则，他指出，当温度变化时，分子间的动能也会变化，从而导致热运动现象的产生。
同时，20世纪也提出了相关的定量理论，比如马库斯奥得尔（Maxwell-boltzmann）的概率分布和古斯塔夫威尔逊（GustavVilson）的能量结构函数，他们推导出了温度和分子间热运动的定量关系，从而揭示了热运动的本质。
内能 课件
解析:内能是指物体内部所有分子动能和分子势能的总和,温度 是分子平均动能的标志,故温度低的物体内能不一定小,A 错;温度低 的物体,其分子平均动能小,但由于不同物体的分子质量不同,所以温 度低的物体,其分子平均速率不一定小,B 错;物体做加速运动时,速 度增大,机械能中的动能增大,但分子热运动的平均动能与机械能无 关,而与温度有关,故 C 错;物体的体积改变,分子势能改变,但内能不 一定改变,D 对。
不能等于零
一定条件下可以等于零
在一定条件下可以相互转化
思考探究 内能与机械能同样属于能量,它们在使用时有什么不同呢?
答案:(1)研究热现象时,一般不考虑机械能;在机械运动中有摩 擦时,一般需要考虑内能。
(2)内能与热量的区别:内能是一个状态量,一个物体在不同状态 下有不同的内能,而热量是一个过程量,它表示内能变化过程中转移 的能量,即内能的改变量。如果没有传热,就无所谓热量,但此时物体 仍有一定的内能。例如,我们不能说“某物体在某温度时具有多少热 量”。
思考探究 为什么研究分子动能的时候主要关心平均动能? 答案:分子动能是指单个分子热运动的动能,但分子是无规则运 动的,因此各个分子的动能以及一个分子在不同时刻的动能也不尽 相同,所以研究单个分子的动能没有意义,我们主要关心的是大量分 子的平均动能。
典题例解 【例 1】 关于物体的温度与分子动能的关系,正确的说法是 () A.某物体的温度是 0 ℃,说明物体中分子的平均动能为零 B.物体温度升高时,每个分子的动能都增大 C.物体温度升高时速率小的分子数目减少,速率大的分子数目 增多 D.物体的运动速度越大,则物体的温度越高 思路点拨:(1)分子热运动的平均动能只与物体的温度有关,与物 体的运动状态和物体状态都没有关系。 (2)分子的热运动是无规则的,物体的温度升高,分子热运动的平 均动能增大,但并不是每个分子热运动的动能都增大。
初三物理 分子热运动与内能(教师)讲义与习题检测
分子热运动与内能一、分子热运动1、物质的构成常见的物质是由极其微小的粒子——分子、原子构成的，部分物质是由离子构成的。
2、分子的大小（1）把分子看作球形，直径只有百亿分之一米，人们通常以10-10m为单位来度量分子大小。
（2）观察到分子的方法：用电子显微镜可以观察分子。
用肉眼、光学显微镜是不能观察到分子的。
二、分子热运动1、扩散现象（1）定义：不同物质在相互接触时，彼此进入对方的现象；（2）产生原因：分子在做无规则运动；（3）特点<1>由高浓度向低浓度扩散<2>温度越高，扩散越快；（4）影响因素<1>物质在气、液、固状态下均发生扩散现象，短时间内，气体扩散现象最明显，固体最不明显。
<2>物质一定的前提下，温度越高，扩散越快。
<3>显著程度受到已扩散程度的影响。
（5）结论分子间存在间隙2、分子热运动一切物质的分子都在永不停息的做无规则运动。
3、分子间的作用力（1）定义：分子间同时存在着相互作用的引力和斥力，这两个力的合力称为分子力（2）特点<1>当分子间的距离r=r0时，引力和斥力大小相等，方向相反，合外力为零，分子处于平衡状态。
<2>当r<r0时，分子间的合力表现为斥力，即分子间的分子力为斥力。
<3>当r>r0时，分子间的合力表现为引力，即分子间的分子力呈现引力特征。
4、分子动理论常见的物质是由大量的分子、原子构成的；物质内的分子在永不停息地做无规则运动；分子之间存在着斥力和引力。
三、内能1、分子动能和分子势能（1）分子动能<1>定义：构成物体的所有分子，由于在做永不停息的无规则运动而具有的能量<2>影响因素：温度、分子数目。
（2）分子势能<1>定义：构成物体的所有分子，由于分子间存在相互作用力而具有的能量<2>影响因素：分子间距（体积）2、内能（1）定义：构成物体的所有分子，其热运动的分子动能和分子势能的总和。
新课标教科版3-3选修三1.2《分子的热运动》课件
分子热运动理论能够解释许多宏 观现象，如扩散、溶解、蒸发等 。
100%
指导化学反应
分子热运动理论对于化学反应的 机理和反应速度有重要影响，为 化学反应的预测和控制提供了理 论基础。
80%
推动科学技术发展
分子热运动理论的发展推动了科 学技术的发展，如化学工程、材 料科学、制药等领域的应用。
分子运动论的建立
19世纪末，科学家开始对分子 运动进行研究，并逐渐形成了 分子运动论。该理论认为物质 是由分子构成的，分子在不停 地做无规则运动。
分子热运动的定义和特点
定义
分子热运动是指由于温度的影响 ，物质中的分子所进行的不规则 运动。
特点
无规则性、连续性、随机性、微 观性。
分子热运动的意义
80%
重要性
分子热运动是物理学中的基本概念，对于理解物质 的性质、化学反应以及热力学的基本规律具有重要 意义。
与其他知识点的关系
本节内容与分子动理论、热力学的基本定律等知识 点密切相关，为后续学习打下基础。
学习目标
掌握分子热运动的基本 规律。
能够运用分子热运动的 知识解释生活中的现象 和实验结果。
培养学生对物理学的兴 趣和科学探究精神。
气体分子的平均自由程实验
总结词
测量气体分子在给定温度下的平均自 由程。
详细描述
实验中，通过测量气体分子与固体表 面碰撞的频率，可以计算出气体分子 的平均自由程。这有助于理解气体分 子在热运动中的相互碰撞和散射。
分子力与分子势能实验
总结词
探究分子间的相互作用力和分子势能的变化规律。
详细描述
实验中，通过测量不同距离下分子间的相互作用力，可以分析分子势能的变化规律。这有助于理解分子间的相互 作用和分子结构对物质性质的影响。
分子平均动能
分子平均动能摘要：本文讨论了分子平均动能的概念、计算方法、影响因素以及在物理学和化学中的重要性。
分子平均动能是衡量分子热运动程度的重要物理量，它与分子质量、温度等因素密切相关。
了解分子平均动能对于理解材料性质、化学反应和能量转化过程等具有重要意义。
引言：分子平均动能是研究分子热运动的一个重要指标，它描述了分子在空间中的热运动情况。
分子平均动能与分子速度的平方成正比，并且与分子质量成反比。
在物理学和化学中，分子平均动能是非常重要的物理量，可以用来描述材料温度、热容等性质，以及在化学反应中能量的传递和转化过程。
一、分子平均动能的概念分子平均动能是指在给定温度下，分子在三维空间中的平均动能。
分子的运动方式很复杂，既有平动、转动，也有振动。
分子平均动能主要与分子的平动有关。
它是分子速度平方的平均值，通常用动能的单位表示。
二、分子平均动能的计算方法分子平均动能可通过分子速度的平方平均值计算得到。
根据动能的公式E=1/2mv^2，其中E为动能，m为分子质量，v为分子速度。
分子速度的平方的平均值可以表示为<v^2>，它等于所有分子速度平方之和除以分子总数N。
因此，分子平均动能可以计算为E=<1/2mv^2>=1/2m<v^2>。
三、影响分子平均动能的因素1. 温度：分子平均动能与温度有直接关系。
当温度升高时，分子的平均动能增加，分子的热运动剧烈程度增加。
2. 分子质量：分子平均动能与分子质量成反比关系。
质量较大的分子具有较低的速度，因此相同温度下，它们的平均动能较低。
3. 分子间力：分子间的吸引力或排斥力也会影响分子平均动能。
如果分子间力较强，分子的热运动受到限制，平均动能较低。
四、分子平均动能在物理学中的应用1. 温度测量：根据分子平均动能与温度的关系，可以通过测量物质分子的平均动能来间接测量其温度。
2. 热容：分子平均动能与物质的热容密切相关。
研究分子平均动能有助于了解物质的热容性质，以及物质在吸收或释放热量时的能量转化情况。
二、内能
1、（2010江西）如图所示，火柴头在火柴盒上轻轻 、（2010江西）如图所示， 2010江西 划过就能擦燃，从能量转化的角度讲，是将_____ _____能 划过就能擦燃，从能量转化的角度讲，是将_____能 转化为______ ______能 这是通过_____的方式实现的. _____的方式实现的 转化为______能，这是通过_____的方式实现的.
1、（2010甘肃）关于内能、热量和温度，下列说法 、（2010甘肃）关于内能、热量和温度， 2010甘肃 中正确的是 A．温度低的物体可能比温度高的物体内能多 B．物体内能增加，温度一定升高 物体内能增加， 物体内能增加， C．物体内能增加，一定要从外界吸收热量 物体温度升高， D．物体温度升高，它的热量一定增加 2、（2010云南 关于温度、 2、（2010云南）关于温度、热量和内能的说法中 云南） 、（ 不正确的是 A.0℃的水内能为零 ℃ B. 温度高的物体，内能一定大 温度高的物体， C. 物体吸收热量，温度不一定升高 物体吸收热量， D. 物体吸收热量，内能一定增大 物体吸收热量，
1.（2010广东） 1.（2010广东）图甲在厚壁玻璃筒里放一小团蘸了乙醚 广东 的棉花，当迅速压下活塞时，可看见筒内棉花燃烧起来。 的棉花，当迅速压下活塞时，可看见筒内棉花燃烧起来。 这是通过＿＿方式使玻璃筒内的空气＿＿增加， ＿＿方式使玻璃筒内的空气＿＿增加 这是通过＿＿方式使玻璃筒内的空气＿＿增加，温度升 高，达到棉花的燃点，使棉花燃烧。图乙是通过＿＿方 达到棉花的燃点，使棉花燃烧。图乙是通过＿＿方 ＿＿ 当塞子从试管口喷出时， 式把试管里的水加热至沸腾 。当塞子从试管口喷出时， 水蒸气的 能转化成为塞子的 能。
）
2、(2010江苏 下列生活情景中，通过做功来改变物体 、 江苏)下列生活情景中 江苏 下列生活情景中， 内能的是 A．金属小勺在热汤中放一段时间后会烫手 ． B．冬季人们常用热水袋取暖 ． C．在饮料中放入一些冰块，饮料变凉 ．在饮料中放入一些冰块， D．小孩从滑梯上滑下时臀部感觉到热 ． E．加剧的温室效应使得多年的积雪融化了 ．
分子动理论的内容总结
第十三章内能一、分子热运动1.物质是由分子组成的。
2.人们通常以10﹣10m为单位来量度分子。
3.不同物质互相接触时，彼此进入对方的现象叫扩散，扩散现象主要说明了分子都在不停的做无规则的运动。
温度越高，分子运动越剧烈。
4.扩散现象可以发生在气体之间、液体之间、固体之间。
5.由于分子的运动跟温度有关，所以这种无规则运动叫分子热运动。
6.分子之间既有引力又有斥力。
二、内能1.物体内部所有分子无规则运动的动能和分子势能的总和叫物体的内能。
物体的内能跟物体的温度有关,温度越高,分子无规则运动越剧烈,物体内能越大。
2.内能的单位是焦耳（J）。
3.一切物体都具有内能。
4.影响内能大小的因素：温度、质量、物态。
5.机械能与整个物体的机械运动情况有关,内能与物体内部分子的热运动及分子间相互作用情况有关,机械能是动能与势能之和,内能是物体内部所有分子动能和分子势能的总和。
6.改变物体的内能两种方法：做功和热传递。
7.物体对外做功，物体的内能减小；外界对物体做功，物体的内能增大。
8.物体吸收热量，当温度升高时，物体内能增大；物体放出热量，当温度降低时，物体内能减小。
9.热量（Q）：在热传递过程中，传递能量的多少叫热量。
（物体含有多少热量的说法是错误的）10. 做功和热传递这两种方法对改变物体的内能是等效的，但实质不同，做功是能的转化过程，热传递是能的转移过程。
三、比热容1．比热容：单位质量的某种物质温度升高（或降低）1℃，吸收（或放出）的热量叫做这种物质的比热容。
用符号c表示。
2．比热容的单位是：J/(kg·℃)，读作：焦耳每千克摄氏度。
3．比热容是物质的一种属性，它不随物质的体积、质量、形状、位置、温度的改变而改变，只要物质相同，比热容就相同。
4．水的比热容是：C=4.2×103J/(kg·℃)，它表示的物理意义是：每千克的水当温度升高（或降低）1℃时，吸收（或放出）的热量是4.2×103J。
分子热运动原理
分子热运动原理分子热运动原理是描述分子在热力学平衡下的运动规律和统计性质的理论。
它是从分子运动的微观角度出发，通过分析大量分子的运动状态，得出宏观物理量的统计规律。
分子热运动原理在研究物质的热传导、热容量、热膨胀等热学现象时起到了重要的作用。
分子是组成物质的最基本单位，它们具有质量、速度和能量等性质。
分子热运动是分子由于热量作用而产生的无规则运动。
在物质处于热力学平衡时，分子热运动是无序的，分子的平均速度和能量是一定的。
分子之间的相互作用力很强，使得分子不停地碰撞、转动和振动。
这些运动是不断变化的，因此分子热运动具有随机性和不可预测性。
分子热运动的统计规律可以通过玻尔兹曼分布函数来描述。
玻尔兹曼分布函数表示了在给定温度下，不同能级上分子数目的比例。
分子的能量和速度是相关联的，根据分子平均动能定理，分子的平均动能正比于温度。
当温度升高时，分子的平均速度和能量也会增加。
在分子热运动中，分子之间会发生碰撞，碰撞分为弹性碰撞和非弹性碰撞。
在弹性碰撞中，分子之间的能量转移不会损失，分子只是改变或反向运动的速度。
在非弹性碰撞中，分子之间的能量转移会损失一定的能量，产生热能。
分子碰撞的频率与分子浓度、体积和速度等因素有关。
分子热运动还涉及分子的转动和振动。
分子的转动可分为转轴自由度和转子自由度。
转轴自由度是指分子绕着一个轴线旋转的能力，而转子自由度是指分子内部固有结构的旋转能力。
分子的振动是由于分子内部原子之间的键的振动引起的。
分子的转动和振动受到温度的影响，随着温度升高，转动和振动的能级也会增加。
分子热运动原理也解释了物质的热传导现象。
热传导是指物质内部热量的传递过程。
在分子热运动中，高温区分子的运动速度和能量较大，会与低温区的分子发生碰撞，将一部分能量传递给低温区的分子，从而实现热量的传递。
这种传递是无序的、随机的，并且遵循热量传递的微观原理。
分子热运动原理对于理解和研究物质的热学性质有重要意义。
例如，热容量是指物质在温度变化时吸收或释放的热量。
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3、布朗运动产生的原因——液体分子永不停息的无规则
运动是产生布朗运动的原因。 外界因素的影响不是产生布朗运动的原因，只能是液体内 部造成的。
由于液体分子在不停地做无规则运动，使得悬浮 在液体中的微粒受到来自各个方向的液体分子的 不平衡撞击，造成微粒运动的无规则运动，且永 不停息。 4、意义： 布朗运动反映了（液体）分子运动的无规则性。
彼此扩 散一毫 五年后 米
金块 实验前
固体之间可以发生扩散现象。
小结一下
气体之间可以
发生扩散现象.
液体之间可以 发生扩散现象. 固体之间可以
发生扩散现象.
分子动理论的基本内容：
1．物质是由大量的分子组成的，分子间有间隙 2．一切物质的分子都在不停地做无规则运动
提问：还有没有其它的方法证实分子在做永不停息的无 规则运动呢？ 布朗是英国的一位植物学家。1827年布朗用显微镜观察 植物的花粉微粒悬浮在静止水面上的形态时，却惊奇地 发现这些花粉微粒在不停地做无规则运动。 最后布朗把观察的对象扩大到一切物质的微小颗粒，
2. 分子的运动
分子是运动的还是静止的？我们可以直接观察 吗？怎样才能知道分子是否运动呢？
实验1．打开一块香皂，我们可以闻到香味 说明什么？ 实验2．二氧化氮的扩散 现象：处于上方充满空气的集气瓶颜色逐渐变深， 处于下方充满二氧化氮气体的集气瓶颜色 逐渐变浅，最后两瓶气体颜色基本一样。 你认为上述现象产生的原因是： 二氧化氮与空气接触后，彼此进入对方的结果
请注意：布朗运动不是指分子的运动。
三、分子的热运动：
1、定义：分子的永不停息地无规则运动跟温度有
密切关系，温度越高，分子的无规则运动越激烈。
因此分子的无规则运动也叫做分子热运动。
2、分子的动能：物体内大量分子不停地做无规 则热运动，对于每个分子来说都有无规则运动的 动能。 3、分子的平均动能：各个分子的动能大小不同，又 由于热现象是大量分子无规则运动的结果，所以研究 个别分子运动的动能是没有意义的。而研究大量分子 热运动的动能，需要将所有分子热运动动能的平均值 求出来，这个平均值叫做分子热运动的平均动能。
布朗运动和扩散现象说明温度升高分子无规则运动加剧，
也即分子热运动的平均动能增大。所以温度是物体分子 热运动的平均动能的标志。（这就是温度的微观意义）而
温度在宏观上的意义是表示物体冷热程度。
“标志”的含义： ①是指物体温度升高或降低，表示了物体内部大量分子
热运动的平均动能增大或减小。
②温度相同的任何物质，分子热运动的平均动能都相同。
第一节
分子热运动
1. 物质的构成
如果把杯子打破，碎片还是玻璃。 经过多次分割，甚至碾成粉末，颗粒越分越 小，如果不断得分下去，有没有一个限度呢？
保持物质原来性质不变的最小微粒叫做分子
分子体积是不是很小？
分子体积很小，每个分子直径大约是 10-10m，1cm3的空气中大约有 2.7× 1019个分子，现在大型计算机每秒 100亿次，如果人数数的速度也达到每 秒100亿次，要想数完需要80年。
注意：物体分子热运动的平均动能与物体做机械运动的动能无关。
本 节 小
结
1．分子动理论的基本内容 •（1）物质由分子组成 •（2）扩散现象表明：一切物体的分子都永 不停息地做无规则运动。 分子间存在间隙 •（3）分子间存在相互作用的 引力和斥力。 2．分子运动的快慢与温度有关，温度越高， 分子运动越剧烈，扩散越快。
2. 分子的运动
分子是运动的还是静止的？我们可以直接观进入对方的 现象, 叫做 扩散。
气体之间可以发生扩散现象。 液体之间可以发生扩散现象吗？
液体之间可以发生扩散现象。
固体之间可以发生扩散现象吗？
铅块
铅块 金块 叠放在一起
铅块
金块
结果发现，一切悬浮在液体中的微小颗粒，都会做
无休止的不规则运动。 人们为了纪念布朗的这个发现，便把悬浮在 液体中的花粉的无规则运动叫做布朗运动。
花粉微粒在做 永不停息的无 规则运动
二、布朗运动：
1、定义：是指悬浮在液体中的微粒的永不停息的 无规则运动。 2、规律：
（1）悬浮的微粒越小，布朗运动越明显。