经全国中小学教材审定委员会 2005年初审通过 普通高中课程标准实验教科书 物理 选修33 人民教育出版社课程教材研究所编著 物理课程教材研究开发中心 人人“社
目录 笫七章分子动理论 1物体是由大量分子组成的 2分子的热运动 258 3分子间的作用力 4温度和温标 10 5内能 14 第八章气体 1气体的等温变化 18 2气体的等容变化和等压变化 3理想气体的状态方程 4气体热现象的微观意义 第九章物态和物态变化 固体 2液体 37 3饱和汽与饱和汽压 4物态变化中的能量交换 第十章热力学定律 50 1功和内能 2热和内能 3热力学第一定律能量守恒定律 55 4热力学第二定律 5热力学第二定律的微观解释 6能源和可持续发展 828 课题研究如何提高煤气灶的烧水效率
热学这一门科学起源于人粪对于热与 冷現象的本质的追求……(这)可能是人 类初对自然法則的追求之 王竹溪① 第七章分子动理论 晷春时节,金黃的油菜花铺满了原野。微风拂过,飘来阵阵花香。你有没有想过,为什么够闻到 这池人心瓣的香味呢?古希腊学者德漠克利特早就对此做出了解释,他认为这是由于花的原子飘到了人 们鼻子里。德漠克利特认为“只有原子和虚空是直实的” 古人的原子论仅限于思辨的范畴,没有尝试做出实验验证,随着科技的发展,特别是显微镜的发明, 人们对微观世界的观察越来越深∧,原子论的观点也逐渐为人们所接受,到了1982年,科学家制成了扫 描隧道显微镜,使人类第一次实际观察到原子的排列 ①王竹溪(1911-1983),中国物理学家,中国科学院学部委员(现称院士),北京大学教授
高中物选修3 物体是由大量分子组成的 我们在初中已经学过,物体是由大量分子组成的。一个1um大小的水珠,尺寸与细 菌差不多,其中分子的个数竟比地球上人口的总数还多上好几倍! 我们可以通过什么途径知道分子的大小呢? 实验 用油膜法估测分子的大小 1.怎样估算油酸分子的大小? 把很小的1滴油酸滴在水面上,水面上会形成一块油 油酸分子 酸薄膜,薄膜是由草层的油酸分子组成的③。尽管油酸分 子有着复杂的结构和形状,但在估测其大小的数量级时, 可以把它简化为球形,示意图如图7.1-1所示。测出油膜 图71-1水面上单 Q的厚度d、就是油酸分子的直径 分子油果的示意图 油膜的厚度等于这一小滴油酸的体积与它在水面上 摊开的面积之比。因此,要估测油酸分子的直径,就要解 分子井不是球形的,但 决两个问题:一是获得很小的一小滴油酸并测出其体积 这里把它们当做球形处理 是一种估算的方法,估算在 二是测量这淌油酸在水面上形成的油膜面积。 物理学的学习和研究中都是 2.如何获得很小的1滴油酸?怎样测量它的体积? 很有用的 请老师配制一定浓度的油酸酒精溶液,例如可以向 Q1mL油酸中加酒精,直至总量达到500mL 各实验小鉏用注射器吸取这样的油酸酒精溶液,把它一滴-滴地滴入小量筒中, 记下液滴的总滴数和它们的总体积,这样便知道l滴溶液的体积了。例如,100淌溶 液的体积是1mL,1淌体积就是10-2mL 根据上面的数据可以计算岀1滴溶液中所含纯油酸的体积。例如,上述例子中 1滴溶液含鈍油酸2×10-3mL ①在研究物质的化学性质时,我们认为组成物质的微粒是分子、原子者离子。但是,在热学中,我们研究的是它 们运动的规律,不必区分它们在化学变化中所起的不同作用,因此,本书把它们统称为分子。 ②油酸的分子式为CH2COOH,它的一部分是羧基-COOH,对水有很强的亲合力;另一部分C1,Hy对水没有亲合 而要冒出水面。因此油酸分子会一个个地直立在水上形成单分子油 2
如果把1滴这样的溶液滴在水面,溶液宁的酒精将溶于水并很快挥发,液面上的 油膜便是这滴溶液中的純油酸形成的。 3.如何测量油膜的面积? 实验中的洄酸薄膜是无色透明的,怎样才能看清它? 先往边长30~40cm的浅盘里倒入约2cm 深的水,然后将癖子粉或细石膏粉均匀地微在水浮在水面上的律子粉## 第七章分子动理论 面上 用注射器往水面上滴1滴油酸酒精溶液,油酸 立即在水面散开,形成一块薄膜,薄膜上没有癖子 粉,可以清楚地看出它的轮廓,如图7.1-2 待油酸薄膜形状稳定后,将事先准备好的玻 图7.1-2水面上形成一块油膜 璃板放在浅盘上,在玻璃板上描下油酸膜的形状。 将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,计算轮廓范围内正方形的个数,不足 半个的舍去,多于平个的算一个,把正方形的个数乘以单个正方形的面积就得到油膜 口的面积 这样,根据1滴油酸的体积V和油膜面积S就可以算出油膜厚度d=,即油 酸分子的大小。 分子的大小把分子看做小球,这是分子的简化模型。实际上,分子有着复杂的内部结 构,并不是小球。我们通常说分子的直径有多大,只是对分子大小的一种粗略描述。知道了 分子尺度的数量级,能使我们了解分子是多么微小。油酸分子大小的数量级是10m 测定分子大小的方法有许多种。尽管用不同方法测出的结果有 差异,但数量级是一致的。测量结果表明,除了一些有机物质的大 分子外,多数分子尺寸的数量级为100m 分子如此微小,不但用肉眼无法直接看到它们,就是用高倍的 光学显微镜也看不到。直至1982年,人们研制了能放大几亿倍的 扫措隧道显微镜Φ,才观察到物质表面原子的排列,使人类第一次 实际看到单个原子。图7.1-3是我国科学家用扫描隧道显微镜拍摄 的石墨表面原子,图中每个亮斑都是一个碳原子。 图7.1-3用扫描隧道显微镜 拍摄的石墨表面原予照片 阿伏加德罗常数我们在化学课中学过,1mol的任何物质都含有相同的粒子数,这个 数量用阿伏加德罗常数( Avogadro constant)表示。 ①由于发明了扫描隧道显糖,国物理学家宾尼希(G. Binnig)和端士物理学家罗雷尔( H Rohrer)共间获得1986年 诺贝尔物理学奖