2011物理步步高大一轮复习第十一章第1课时分子动理论内能.ppt

一、分子动理论 1.物体是由大量分子组成的 (1)分子直径大小的数量级为_ m. 油膜法测分子直径:d=V/S,V是油滴体积,S是单分子 油膜的面积. (2)一般分子质量的数量级为10-26 kg. (3)阿伏加德罗常数:NA=6.021023 mol-1,是联系 微观世界和宏观世界的桥梁.,第1课 分子动理论 内能,考点自清,10-10,选修3-3 第十一章 热学,2.分子永不停息地做无规则热运动 (1)扩散现象:相互接触的物体的分子或原子彼此进 入对方的现象.温度越_,扩散越快. (2)布朗运动：在显微镜下看到的悬浮在液体中的 _的永不停息地无规则运动.布朗运动反映 了_的无规则运动.颗粒越_,运动越明显;温度 越_;运动越剧烈. 3.分子间存在着相互作用力 (1)分子间同时存在_和_,实际表现的分子力 是它们的_. (2)引力和斥力都随着距离的增大而_，但斥力 比引力变化得_.,高,固体颗粒,分子,小,高,引力,斥力,合力,减小,快,二、物体的内能 1.分子的平均动能:物体内所有分子动能的平均值叫 分子的平均动能. _是分子平均动能的标志,温 度越高,分子做热运动的平均动能越_. 2.分子势能：由分子间的相互作用和相对位置决定的 势能叫分子势能.分子势能的大小与物体的_有 关. 3.物体的内能：物体中所有分子的热运动动能和分子 势能的总和叫物体的内能. 物体的内能跟物体的 _和_都有关系.,温度,大,体积,温度,体积,三、温度和温标 1.温度 温度在宏观上表示物体的_程度;在微观上表示 分子的_. 2.两种温标 (1)比较摄氏温标和热力学温标:两种温标温度的零点 不同,同一温度两种温标表示的数值_,但它们表 示的温度间隔是相同的,即每一度的大小_, t=T. (2)关系:T=_ K.,冷热,平均动能,不同,相同,t+273.15,特别提醒 1.热力学温度的零值是低温极限,永远达不到,即热力 学温度无负值. 2.温度是大量分子热运动的集体行为,对个别分子来 说温度没有意义.,热点一 微观量估算的基本方法 1.微观量:分子体积 V0、分子直径 d、分子质量 m0. 2.宏观量:物体的体积 V、摩尔体积 Vm、物体的质 量 m、摩尔质量 M、物体的密度. 3.关系 (1)分子的质量: (2)分子的体积: (3)物体所含的分子数:,热点聚焦,4.两种模型 (1)球体模型直径 (2)立方体模型边长为 特别提示 1.固体和液体分子都可看成是紧密堆集在一起的. 分子的体积 ,仅适用于固体和液体,对气体 不适用. 2.对于气体分子, 的值并非气体分子的大 小,而是两个相邻的气体分子之间的平均距离.,热点二 布朗运动的理解 1.研究对象:悬浮在液体、气体中的小颗粒. 2.特点:永不停息;无规则;颗粒越小，现象越 明显;温度越高,运动越激烈;肉眼看不到. 3.成因:布朗运动是由于液体分子无规则运动对小颗粒 撞击力的不平衡引起的,是分子无规则运动的反映. 特别提示 1.布朗运动不是固体分子的运动,也不是液体分子 的运动,而是小颗粒的运动,是液体分子无规则运动 的反映. 2.布朗运动中的颗粒很小,肉眼看不见,需用显微 镜才能观察到.,热点三 分子力与分子势能 1.分子间的相互作用力与分子间距离的关系 分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小, 随分子间距离的减小而增大.但总是斥力变化得较 快,如图1所示. 图1,(1)当r=r0时,F引=F斥,F=0. (2)当rr0时,F引和F斥都随距离的减小而增大,但F引 F斥,F表现为斥力. (3)当rr0时,F引和F斥都随距离的增大而减小,但F引 F斥,F表现为引力. (4)当r10r0(10-9 m)时,F引和F斥都已经十分微弱, 可以认为分子间没有相互作用力(F=0). 2.分子势能与分子间距离的关系 分子势能随着物体体积的变化而变化,与分子间距 离的关系为:,(1)当rr0时,分子力表现为引力,随着r的增大,分 子引力做负功,分子势能增大. (2)当rr0时,分子力表现为斥力,随着r的减小,分 子斥力做负功,分子势能增大. (3)当r=r0时,分子势能最小,但不一定为零,可为负 值,因为可选两分子相距无穷远时分子势能为零. (4)分子势能曲线如图2所示. 图2,3.物体的内能和机械能的比较,名 称,比 较,特别提示 1.物体的体积越大,分子势能不一定就越大,如0的 水结成0的冰后体积变大,但分子势能却减小了. 2.理想气体分子间相互作用力为零,故分子势能忽略 不计,一定质量的理想气体内能只与温度有关. 3.机械能和内能都是对宏观物体而言的,不存在某个 分子的内能、机械能的说法.,题型1 微观量的估算 【例1】用放大600倍的显微镜观察布朗运动,估计放 大后的小颗粒(碳)体积为0.110-9 m3,碳的密度 为2.25103 kg/m3,摩尔质量是1.210-2 kg/mol, 阿伏加德罗常数为6.021023 mol-1,则 (1)该小碳粒含分子数约为多少个?(取一位有效数字) (2)假设小碳粒中的分子是紧挨在一起的,试估算碳 分子的直径.,题型探究,思路点拨 求解此题应把握以下三点: (1)固体分子可忽略分子间的间隙. (2)固体分子可建立球体模型. (3)用阿伏加德罗常数建立宏观量与微观量的联系. 解析 (1)设小颗粒边长为a,放大600倍后,则其体积 为V=(600a)3=0.110-9 m3. 实际体积为 质量为m=V=1.010-15 kg 含分子数为,(2)将碳分子看成球体模型,则有 答案 (1)51010个 (2)2.610-10 m,微观量的估算问题的关键是: (1)牢牢抓住阿伏加德罗常数,它是联系微观物理量和 宏观物理量的桥梁. (2)估算分子质量时,不论是液体、固体、气体,均可 用 (3)估算分子大小和分子间距时，对固体、液体与气 体,应建立不同的微观结构模型.,方法提炼,变式练习1 1 mol铜的质量为63.5 g,铜的密度是 8.9103 kg/m3,试计算: (1)一个铜原子的体积. (2)假若铜原子为球形,求铜原子的直径. (3)铜原子的质量. 解析 (1)1 mol铜的体积即摩尔体积 而1 mol的任何物质中含有NA个粒子，因此每个原 子的体积,(2)因为假设铜原子为球形,其直径为d (3)一个铜原子的质量 答案 (1)1.210-29 m3 (2)2.810-10 m (3)1.0510-25 kg,题型2 内能的考查 【例2】一个铁球和冰球的温度相同,且其质量相等, 则 ( ) A.它们的分子平均动能一定相等 B.它们的分子运动的平均速率一定相等 C.冰球的体积大,水分子的势能大 D.它们的内能一定相同,思维导图 解析 因为温度相同,平均动能相同,据 知，水分子的平均速率较大，分子势能与分子间距有 关,分子间距等于r0时,分子势能最小,偏离r0越多,分 子势能越大,所以体积大,分子势能不一定大,物体的,内能E内=n(Ek+Ep),分子数 不同,Ep哪个大无法 弄清楚. 答案 A 解有关“内能”的题目,应把握以下几点: (1)温度是分子平均动能的标志,而不是分子平均速率 的标志,它与单个分子的动能及物体的动能无任何关系. (2)内能是一种与分子热运动及分子间相互作用相关 的能量形式,与物体宏观有序的运动状态无关,它取决 于物质的量、温度、体积及物态.,规律总结,变式练习2 1 g 100的水和1 g 100的水蒸气 相比较,下述说法是否正确? (1)分子的平均动能和分子的总动能都相同. (2)它们的内能相同. 解析 温度相同则它们的分子平均动能相同;又因 为1 g水和1 g水蒸气的分子数相同,因而它们的分 子总动能相同,所以(1)说法正确;当100的水变 成100的水蒸气时,该过程吸收热量,内能增加, 所以1 g 100的水的内能小于1 g 100的水蒸 气的内能,故(2)的说法错误. 答案 (1)正确 (2)错误,题型3 对于布朗运动实质的理解 【例3】关于布朗运动的下列说法中正确的是( ) A.布朗运动就是分子的无规则运动 B.布朗运动是组成固体颗粒的分子无规则运动的 反映 C.布朗运动是液体或气体分子无规则运动的反映 D.观察时间越长,布朗运动就越显著 E.阳光从缝隙射入教室,从阳光中看到的尘埃的运 动就是布朗运动,解析 布朗颗粒是很多固体分子组成的集体,所以布 朗运动不是分子的运动,但它反映了液体或气体分子 的无规则运动,所以A、B都错,C对.做布朗运动的颗 粒很小,通常在显微镜下才能看到,用肉眼在阳光下看 到的尘埃,其尺寸比布朗运动中的颗粒大得多,空气分 子对它的碰撞的不平衡性已不明显,它们在空气中看 起来无序,实际是有一定的运动方向的,主要是由于重 力、空气浮力和气流的共同影响形成的,E错. 答案 C,对布朗运动的理解要准确: (1)布朗运动不是液体分子的运动,而是固体颗粒的运 动,但它反映了液体分子的无规则运动(理解时注意几 个关联词:不是,而是,但). (2)温度越高,悬浮颗粒越小布朗运动越明显. (3)产生原因:周围液体分子的无规则运动对悬浮颗粒 撞击的不平衡. (4)布朗运动是永不停止的.注意布朗颗粒的限度是非 常小的,不能用肉眼直接观察到.,规律总结,变式练习3 在观察布朗运动时,从 微粒在a点开始计时，间隔30 s 记下微粒的一个位置得到b、c、 d、e、f、g等点,然后用直线依次 图3 连接,如图3所示,则下列说法正确的是 ( ) A.微粒在75 s末时的位置一定在cd的中点上 B.微粒在75 s末时的位置可能在cd的连线上,但不 可能在cd中点上 C.微粒在前30 s内的路程一定等于ab的长度 D.微粒在前30 s内的位移大小一定等于ab的长度 解析 b、c、d、e、f、g等分别是粒子在t=30 s、 60 s、90 s、120 s、150 s、180 s时的位置,但并 不一定沿着折线abcdefg运动,故选D.,D,题型4 分子间作用力和分子势能 【例4】如图4所示,甲分子固定在 坐标原点O,乙分子位于x轴上, 甲分子对乙分子的作用力与两 分子间距离的关系如图中曲线 图4 所示,F0为斥力,F0为引力.a、b、c、d为x轴上四 个特定的位置.现把乙分子从a处由静止释放,则 ( ) A.乙分子从a到b做加速运动,由b到c做减速运动 B.乙分子由a到c做加速运动,到达c时速度最大 C.分子间从a至c只有引力,从c至d只有斥力 D.从a至d的全过程中,引力减小,斥力增大,解析 乙分子位于c点时,两分子之间的分子力为零, 从a到c的过程中分子力表现为引力,从c到d的过程中 表现为斥力,所以乙从a到c的过程做加速运动,从c到d 的过程做减速运动,到达c时速度最大,选项B对. 答案 B,【例5】分子甲和分子乙相距较远时，它们之间的分 子力可忽略.现让分子甲固定不动,将分子乙由较远 处逐渐向甲靠近直到不能再靠近,在这一过程中 ( ) A.分子力总是对乙做正功 B.分子乙总是克服分子力做功 C.先是分子力对乙做正功,然后是分子乙克服分子 力做功 D.分子力先对乙做正工,再对乙做负功,最后又对 乙做正功,解析 分子间所具有的势能由它们的相对位置所决 定.分子力做正功时分子势能减小,分子力做负功时分 子势能增加.通常选取无穷远处(分子间距离rr0处)分 子势能为零.当两分子逐渐移近时(rr0),由于分子力 表现为引力,分子力的方向和位移方向相同,所以分子 力做正功,分子势能减小;当分子距离r=r0时,分子势 能最小(且为负值);当两分子再靠近时(rr0),分子力 表现为斥力,分子力的方向和位移方向相反,所以分子 力做负功,分子势能增大. 答案 C,规律总结 1.要准确掌握分子力随距离变化的规律: (1)分子间同时存在着相互作用的引力和斥力. (2)引力和斥力都随着距离的减小而增大,随着距离的 增大而减小,但斥力变化得快. 2.分子力做功与常见的力做功有相同点,就是分子力 与分子运动方向相同时,做正功,相反时做负功;也有 不同点,就是分子运动方向不变,可是在分子靠近的过 程中会出现先做正功再做负功的情况.,变式练习4 关于分子之间的相互作用力，下列说法 正确的是(r0为分子处于平衡位置的距离) ( ) A.两个分子间的距离小于r0时,分子间只有斥力 B.两个分子间的距离大于r0时,分子间只有引力 C.两个分子间的距离由较远逐渐减小到r=r0的过程 中,分子力先增大后减小,表现为引力 D.两个分子间的距离由极小逐渐增大到r=r0的过程 中,引力和斥力都同时减小,分子力表现为斥力,解析 当rr0时,引力和斥力的合力表现为引力,当rr0时表现为引力,且r 较大即两个分子间距离较远时分子间的相互作用力已 趋于零.可知由较远减小至r=r0的过程中,分子力先增 大后减小,即选项C正确;而两个分子间的距离由极小 逐渐增大到r=r0的过程中,引力和斥力都同时减小,分 子力表现为斥力,故D正确. 答案 CD,1.从下列哪一组物理量可以算出氧气的摩尔质量 ( ) A.氧气的密度和阿伏加德罗常数 B.氧气分子的体积和阿伏加德罗常数 C.氧气分子的质量和阿伏加德罗常数 D.氧气分子的体积和氧气分子的质量 解析 分子质量= .即摩尔质量M、 氧气分子的质量m和阿伏加德罗常数NA的关系是: M=NAm,故C选项正确.,素能提升,C,2.下列关于布朗运动的说法中正确的是 ( ) A.布朗运动就是分子的无规则运动 B.布朗运动是液体分子无规则运动的反映 C.悬浮颗粒越小,布朗运动就越明显 D.温度越高,布朗运动就越剧烈 解析 理解布朗运动包括:用光学显微镜看不见水 分子,而悬浮颗粒是由大量分子组成的.在光学显微 镜下能观察到的布朗运动,是悬浮颗粒的无规则运 动.水分子的无规则运动,从各个方向对颗粒的不均 等撞击,使悬浮颗粒做无规则运动,所以,悬浮颗粒 永不停息的无规则运动反映了水分子永不停息的无 规则运动.温度越高、悬浮颗粒越小,布朗运动就越 剧烈,所以分子的无规则运动又称热运动.,BCD,3.水的相对分子质量是18,水的密度是=1.0 103 kg/m3,阿伏加德罗常数NA=6.021023 mol-1. 求: (1)水分子的直径. (2)水分子的质量. (3)50 g水中所含的水分子个数.(取两位有效数字) 解析 (1)水的摩尔质量为MA=18 g/mol 水的摩尔体积 一个水分子的体积 将水分子视为球形,则,故水分子直径 =3.910-10 m (2)一个水分子的质量 (3)50 g水中所含的水分子数为 答案 (1)3.910-10 m (2)3.010-26 kg (3)1.71024个,4.对于固体和液体来说,其内部分子可看做是一个挨 一个紧密排列的小球.若某固体的摩尔质量为M,密 度为,阿伏加德罗常数为NA. (1)试推导该固体分子质量的表达式. (2)若已知汞的摩尔质量为M=200.510-3 kg/mol, 密度为=13.6103 kg/m3,阿伏加德罗常数为NA= 6.01023 mol-1,试估算汞原子的直径大小(结果保 留两位有效数字).,解析 (1)该固体分子质量的表达式 (2)将汞原子视为球形