2020版高考物理总复习第十三章第1节分子动理论内能教学案新人教版.docx

第1节 分子动理论 内能【p219】内容要求说明分子动理论的基本观点和实验依据阿伏加德罗常数气体分子运动速率的统计分布温度、内能固体的微观结构、晶体和非晶体液晶的微观结构液体的表面张力现象气体实验定律理想气体饱和蒸气、未饱和蒸气、饱和蒸气压相对湿度热力学第一定律能量守恒定律热力学第二定律实验：用油膜法估测分子的大小要求会正确使用温度计2017、2018命题情况【p219】年份考题题型分值主要考点2017全国卷第33题(1)选择题5分分子运动速率分布曲线全国卷第33题(2)计算题10分玻意耳定律、查理定律年份考题题型分值主要考点2017全国卷第33题(1)选择题5分热学基本概念全国卷第33题(2)计算题10分气态方程、力平衡全国卷第33题(1)选择题5分依pV循环图解题全国卷第33题(2)计算题10分玻意耳定律北京卷第13题选择题6分分子动理论海南卷第15题选择题4分布朗运动、气体状态变化江苏卷第12题A选考题12分热力学第一定律、理想气体状态方程、布朗运动2018全国卷第33题(1)选择题5分依TV图解题全国卷第33题(2)计算题10分玻意耳定律、关联气体全国卷第33题(1)选择题5分真实气体内能全国卷第33题(2)计算题10分气体的等压变化全国卷第33题(1)选择题5分依pV图解题全国卷第33题(2)计算题10分关联气体等温变化第1节分子动理论内能【p219】夯实基础物体是由大量分子组成的1分子体积很小：直径的数量级是_1010_m.油膜法估测分子直径：d(V是油滴体积，S是水面上形成的单分子油膜的面积)2分子质量很小：一般分子质量的数量级是_1026_kg.3组成物体的分子数目很多：(1)阿伏加德罗常数：1 mol的任何物质含有的微粒数相同，这个数的测量值NA_6.021023_mol1.(2)阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁其中密度，但要切记是没有物理意义的(m是一个分子的质量，V是一个分子的体积)考点突破例1水的相对分子质量是18，水的密度1.0103 kg/m3，阿伏加德罗常数NA6.021023 mol1，则：(1)水的摩尔质量M_g/mol或M_kg/mol1.(2)水的摩尔体积V_m3/mol.(3)一个水分子的质量m0_kg.(4)一个水分子的体积V0_m3.(5)将水分子看做是个球体，水分子的直径d_m，一般分子直径的数量级都是_m.【解析】(1)某种物质的摩尔质量用“g/mol”做单位时，其数值与该物质的相对原子质量或相对分子质量相同，所以水的摩尔质量M18 g/mol.如果摩尔质量用国际单位制的单位“kg/mol”，就要换算成M1.8102kg/mol.(2)水的摩尔体积V m3/mol1.8105 m3/mol(3)一个水分子的质量m0 kg31026kg.(4)一个水分子的体积V0 m331029 m3.(5)将水分子视为理想球体便有d3V0，水分子直径为d m3.91010 m，这里的“1010”称为数量级，一般分子直径的数量级就是这个值【答案】(1)181.8102(2)1.8105(3)31026(4)31029(5)3.910101010针对训练1钻石是高强度钻头和刻刀等工具中的主要材料，设钻石的密度为，摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，则钻石的摩尔体积为_，质量为m的钻石所含有的分子数为_NA_，每个钻石分子直径可表示为_，该式子_不能_(填“能”或“不能”)用来计算气体的分子直径，因为_气体分子间距较大，不能看成是紧挨在一起的，若用该式计算，只能表示气体分子的间距_【解析】钻石的摩尔体积为：V；质量为m的钻石的摩尔数为：n，所含的分子数为：NA；每个钻石分子的体积：V0，每个钻石分子看成球体时体积为：V0()3，解得：d；该式子不能用来计算气体分子的直径，因为气体分子间距较大，不能看成是紧挨在一起的，若用该式计算，只能表示气体分子的间距22017年5月，我国成为全球首个海域可燃冰试采获得连续稳定气流的国家可燃冰是一种白色固体物质，1 dm3的可燃冰在常温常压下释放160 L的甲烷气体，常温常压下甲烷的密度为0.66 g/L，甲烷的摩尔质量为16 g/mol，阿伏加德罗常数为6.01023 mol1.请计算1 dm3可燃冰在常温常压下释放出甲烷气体的分子数目(计算结果保留一位有效数字)【解析】甲烷的物质的量n，M1V，所含的分子数NnnNA甲烷分子数目为：NnNA6.0102341024(个)【p220】夯实基础分子的热运动1扩散现象：相互接触的物体彼此进入对方的现象温度越高，扩散_越快_2布朗运动(1)概念：在显微镜下看到的悬浮在液体(或气体)中的固体微小颗粒的永不停息的 _无规则_运动，叫做布朗运动(2)规律：颗粒越小，运动越_明显_，温度越高，运动越_激烈_3分子的热运动：_分子_永不停息的无规则运动叫做热运动4布朗运动与热运动的关系：布朗运动是_分子_永不停息地做无规则运动的间接反映，是微观分子热运动造成的宏观现象考点突破例2关于布朗运动，正确的是()A固体小颗粒做布朗运动说明了固体小颗粒内部的分子不停地做无规则运动B液体的温度越低，悬浮小颗粒的运动越缓慢，当液体的温度降为零摄氏度时，固体小颗粒的运动就会停止C被冻结在冰块中的小炭粒，不能做布朗运动是因为冰中的水分子不运动D固体小颗粒做布朗运动是液体分子对小颗粒的碰撞引起的【解析】固体小颗粒做布朗运动说明了液体分子不停地做无规则运动，A错误；液体的温度越低，悬浮小颗粒的运动越缓慢，当液体的温度降为零摄氏度时，固体小颗粒的运动仍会进行，B错误；被冻结在冰块中的小炭粒，不能做布朗运动是因为此时小炭粒受力平衡，而不是水分子不动，C错误；固体小颗粒做布朗运动是液体分子对小颗粒的碰撞的作用力不平衡引起的，D正确【答案】D【小结】布朗运动与分子运动的关系(1)布朗运动的研究对象是固体小颗粒；分子运动的研究对象是分子布朗微粒中也含有大量的分子，这些分子也在做永不停息的无规则运动； (2)布朗运动的产生原因是由于液体分子无规则运动的撞击，布朗运动的无规则性反映了液体分子运动的无规则性；布朗运动与温度有关，表明液体分子的运动与温度有关，温度越高运动越激烈；(3)布朗运动的特点是永不停息、无规则，颗粒越小现象越明显，在任何温度下都可以产生布朗运动，但温度越高布朗运动越明显；(4)布朗运动不仅能在液体中发生，也能够在气体中发生针对训练3甲和乙两图是某同学从资料中查到的两张记录水中炭粒运动位置连线的图片，记录炭粒位置的时间间隔均为30 s，两方格纸每格表示的长度相同比较两张图片可知：若炭粒大小相同，_乙_(填“甲”或“乙”)中水分子的热运动较剧烈；若水温相同，_甲_(填“甲”或“乙”)中炭粒的颗粒较大【解析】布朗运动是悬浮在液体或气体中的固体小颗粒的永不停息地做无规则运动，布朗运动是由于液体分子对小颗粒的撞击不平衡造成的；颗粒越小，液体分子对颗粒的撞击越不平衡，布朗运动越明显由图可知，乙图中颗粒的布朗运动更明显，温度越高，布朗运动越激烈，所以若炭粒大小相同，乙中水分子的热运动较剧烈；若水温相同，甲中炭粒的颗粒较大4在下列事例中，不属于分子运动的是(A)A一阵风吹来，刮得尘土满天飞扬B将糖加入开水中，使之成为甜水C用食盐将青菜腌制成咸菜D走进厨房，闻到一股饭菜香味【解析】分子是肉眼看不到的，看到的尘埃不是分子，是一个宏观上的物体，所以它的运动也不是分子运动，A符合题意；水变甜，是糖分子扩散到了水中，能够说明分子在不停地做无规则运动，故B不合题意；食盐使青菜变咸，是食盐分子扩散到了青菜里面，能够说明分子在不停地做无规则运动，故C不合题意；闻到饭菜的香味是因为芳香醇分子在空气中运动形成的，属于分子运动，故D不合题意【p221】夯实基础1分子间的作用力(1)概念：分子间同时存在相互作用的引力和斥力，实际表现出来的是分子引力和斥力的合力，叫分子力(2)特点：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_，但斥力比引力变化快分子间作用力随分子间距离的变化关系如图所示rr0时，F引F斥，合力F0.rr0时，F引r0时，F引F斥，合力F为_引力_r10r0后，F引、F斥迅速减弱，几乎为零，分子力F0.2温度与温标(1)热平衡：多个不同温度的热学系统相互作用，最后多个系统都具有相同的温度，我们说这多个系统达到了热平衡(2)温度的两种意义宏观上表示物体的_冷热_ 程度微观上标志着分子热运动的剧烈程度，它是物体_分子平均动能_的标志(3)两种温标摄氏温标：单位为摄氏度，符号.在标准大气压下，冰的熔点为0 ，水的沸点为100 .热力学温标：单位为开尔文，符号为K.把273.15 作为0 K0 K是低温的极限，它表示所有分子都停止了热运动，可以无限接近，但永远不能达到两种温度的关系：T_t273.15_K_，其中两种单位制中每一度的间隔是相同的，即Tt.3分子的平均动能、势能和内能(1)分子的平均动能定义：物体内所有分子动能的_平均值_决定因素：仅与物体的_温度_有关，而与其他任何量无关(2)分子势能概念：由分子间的相互作用和_分子间距离_决定的能量决定分子势能大小的因素a微观上：分子势能的大小与_分子间距离_有关当分子间距离改变时，分子力做功，分子势能也相应变化分子势能与分子间距离的关系如图所示.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_增加_.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_增加_.当rr0时，分子势能最小，选两分子相距无穷远时的分子势能为零，则rr0时，分子势能为负值对实际气体来说，体积增大，分子势能增加；体积缩小，分子势能减小b宏观上：与物体的_体积_有关大多数物体是_体积_越大，分子势能越大，也有少数物体(如冰、铸铁等)，_体积_变大，分子势能反而变小(3)物体的内能定义：物体内所有分子的_动能_和_势能_的总和决定因素.微观上：分子平均动能、分子势能、_分子数_.宏观上：_温度_、_体积_、物质的量考点突破例3下列关于分子力、分子势能与分子间距离的关系说法中，正确的是()A分子间的分子力随着分子间距离的增大，一定先减小后增大B分子间的引力、斥力和分子力均随着分子间距离的增大而减小C当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而减小D当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大【解析】当两个分子间的距离rr0时，分子力表现为引力，随着分子间距离的增大而先增大后减小，故A错误；分子间存在相互作用的引力和斥力，引力和斥力都随分子间距离的减小而增加，随分子间距的增大而减小，当分子力表现为引力时，随着分子间距离的增大，分子力先增大后减小，当分子力表现为斥力时，分子力总是随分子间距离的减小而增大，故B错误；当分子力表现为引力时，随着分子间距离的增大，分子力先增大后减小，因克服分子力做功，分子势能总是随分子间距离的增大而增大，故C错误；当分子力表现为斥力时，分子力总是随分子间距离的减小而增大，克服分子力做功，故分子势能随分子间距离的减小而增大，故D正确【答案】D【小结】分子力与分子势能的比较名称项目分子间的相互作用力F分子势能Ep(取无穷远处为零势能点)与分子间距的关系图象随分子间距的变化情况rr0F引和F斥都随距离的增大而减小，随距离的减小而增大，F引r0F引和F斥都随距离的增大而减小，随距离的减小而增大，F引F斥，F表现为引力r增大，引力做负功，分子势能增加r减小，引力做正功，分子势能减少rr0F引F斥，F0分子势能最小，但不为零r10r0(109m)F引和F斥都已十分微弱，可以认为分子间没有相互作用力分子势能为零针对训练5(多选)关于分子间引力和斥力的说法正确的是(ABE)A分子间的引力总是随分子间距的增大而减小B分子间的斥力总是随分子间距的增大而减小C分子力总是随分子间距的增大而减小D分子间同时存在相互作用的引力和斥力，所以分子力不可能为零E分子力表现为引力时，其大小有限；分子力表现为斥力时，可以很大【解析】分子间的引力和斥力是同时存在的，并且都随分子间距的增大而减小，故A、B正确；当分子力表现为斥力时，随分子间距离的增大而减小，当分子力表现为引力时，可能随距离的增大而增大，也可能随距离的增大而减小，故C错误；当分子间距离为平衡距离时，分子间引力和斥力相等，分子力为零，故D错误；根据分子间引力和斥力的性质可知，分子力表现为引力时，其大小有限当分子距离大于10r0时可认为分子力为零；当分子力表现为斥力且分子间距很小时，分子力可以很大，故E正确故选A、B、E.6(多选)两个原来处于热平衡状态的系统分开后，由于外界的影响，其中一个系统的温度升高了5 K，另一个系统温度升高了5 ，则下列说法不正确的是(AD)A两个系统不再是热平衡系统了 B两个系统此时仍是热平衡状态C两个系统的状态都发生了变化 D两个系统的状态没有变化【解析】由于热力学温度和摄氏温度具有相同的变化量，故两系统均升高了5 ，故温度仍然相等，因此两个系统的状态虽然均已变化，但两个系统仍达到热平衡；则B、C正确，A、D错误；此题选择不正确的选项，故选A、D.7如图所示，甲分子固定在坐标原点O上，乙分子位于r轴上距原点r3的位置虚线分别表示分子间斥力F斥和引力F引的变化情况，实线表示分子间的斥力和引力的合力变化情况r1为实线与r轴相交的位置若把乙分子由静止释放，则乙分子(C)A从r3到r1，分子势能先减小后增加B从r3到r2做加速运动，从r2到r1做减速运动C从r3到r1做加速运动，从r1到O做减速运动D从r3到r1，分子势能先增加后减小【解析】从r3到r1，分子力做正功，则分子势能一直减小，选项A、D错误；在rr1时，分子力表现为引力，当rr1时，分子力表现为斥力，故从r3到r1做加速运动，从r1到O做减速运动，故B错误，C正确；故选C.考 点 集 训【p350】A组1运用分子动理论的相关知识，判断下列说法正确的是(B)A气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数仅与单位体积内的分子数有关B生产半导体器件时需要在纯净的半导体材料中掺入其它元素，这可以在高温条件下利用分子的扩散来完成C阳光从缝隙射入教室，从阳光中看到的尘埃的运动是布朗运动D某气体的摩尔体积为V，每个分子的体积为V0，则阿伏加德罗常数为NA【解析】气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数与单位体积内的分子数和温度都有关，选项A错误；生产半导体器件时需要在纯净的半导体材料中掺入其他元素，这可以在高温条件下利用分子的扩散来完成，选项B正确；布朗运动是肉眼看不到的，阳光从缝隙射入教室，从阳光中看到的尘埃的运动是固体颗粒在气流作用下的运动，不是布朗运动，选项C错误；某气体的摩尔体积为V，若每个气体分子占据的空间的体积为V1，则阿伏加德罗常数为NA，选项D错误；故选B.2(多选)冬季雾霾天气会增多，形成雾霾的主要污染物成分是我们常说的PM2.5，即空气中直径等于或小于2.5 m的悬浮颗粒物，其飘浮在空气中很难自然沉降到地面以下关于PM2.5的说法正确的是(ABE)A温度越高，PM2.5的运动越剧烈BPM2.5在空气中的运动属于布朗运动CPM2.5是一些比较大的污染物分子D建筑工地的扬尘就是PM2.5的主要成分EPM2.5中比较小的颗粒比其他颗粒的运动更为剧烈【解析】PM2.5是指空气中直径小于2.5微米的悬浮颗粒物，其漂浮在空中做无规则运动，故温度越高，PM2.5的无规则运动越剧烈，故A正确；布朗运动是固体颗粒的运动，PM2.5在空气中的运动是指空气中直径小于2.5微米的悬浮颗粒物，故B正确；PM2.5是一些比较大的污染物的颗粒，故C错误；建筑工地的扬尘是大颗粒，不是PM2.5的主要成分，故D错误；PM2.5中比较小的颗粒受到的撞击更不平衡，所以比其他颗粒的运动更为剧烈，故E正确3下列四幅图中，能正确反映分子间作用力f和分子势能Ep随分子间距离r变化关系的图线是(B)【解析】当rr0时，分子力表现为引力，随分子间距离r增大，分子势能Ep增大，当rr0时，分子力为零，此时分子势能最小，故选项B正确4下列现象中能说明分子间存在斥力的是(B)A气体的体积容易被压缩B液体的体积很难被压缩C走进中医院，中药的气味很容易被闻到D将破碎的玻璃用力挤在一起，却不能将它们粘合在一起【解析】气体的体积容易被压缩，是由于气体分子之间的距离比较大，不能说明分子间存在斥力，故A错误；液体难被压缩，是由于分子间存在斥力，故B正确；走进中医院，中药的气味很容易被闻到是由于分子的扩散，故C错误；将破碎的玻璃用力挤在一起，却不能将它们粘合在一起，是由于分子之间的距离大于10r0，分子引力为0，不能说明分子之间存在斥力，故D错误故选B.5关于热平衡及热力学温度，下列说法正确的是(B)A处于热平衡的几个系统的压强一定相等B热平衡定律是温度计能够用来测量温度的基本原理C温度变化1 ，也就是温度变化274.15 KD摄氏温度与热力学温度都可能取负值【解析】处于热平衡的几个系统的温度一定相等，选项A错误；热平衡定律是温度计能够用来测量和比较温度高低的基本原理，B正确；摄氏温度与热力学温度的差别为所选的零值的起点不同，单位不同；但每一度表示的冷热差别是相同的(Tt)，温度变化1 ，也就是温度变化1 K，故C错误；热力学温度都不可能取负值，故D错误；故选B.6下列关于温度、热量和内能的说法中正确的是(B)A温度是分子动能的标志，动能越大的分子其温度就越高B分子的势能跟物体的体积有关C温度高的物体比温度低的物体含有的热量多D静止的物体没有内能【解析】温度是分子平均动能的标志，是大量分子运动的统计规律，对单个分子没有意义，故A错误；分子的势能跟物体的体积有关，故B正确；物体的内能与物体的物质的量、温度、体积以及物态有关，温度高的物体不一定比温度低的物体含有的内能多，更不能说是热量多，故C错误；物体的内能与物体的物质的量、温度、体积以及物态有关，与物体是否静止无关，静止是物体宏观的运动状态，故D错误7下列关于分子间的相互作用力的说法中正确的是(D)A当分子间的距离rr0时，分子力为零，说明此时分子间不存在作用力B当rr0时，随着分子间距离的增大分子间引力和斥力都增大，但引力比斥力增大得快，故分子力表现为引力C当rr0时，分子间的作用力随分子间距离的增大而减小，斥力减小的更快，故分子力表现为引力，当分子间的距离rr0时，随着距离的增大，分子间的引力和斥力都减小，但斥力还是比引力大，故分子力表现为斥力，B、C错误；分子间距离大于分子直径10倍的时候，分子间作用力非常微弱，故当分子间的距离r109 m时，分子间的作用力可以忽略不计，D正确8(多选)墨滴入水，扩而散之，徐徐混匀关于该现象的分析正确的是(BCE)A混合均匀主要是由于，炭粒受重力作用B混合均匀的过程中，水分子和炭粒都做无规则运动C使用炭粒更小的墨汁，混合均匀的过程进行得更迅速D墨汁的扩散运动是由于炭粒和水分子发生化学反应引起的E温度越高，混合均匀的过程进行得更迅速【解析】墨水滴入水中，观察到的布朗运动是液体分子不停地做无规则撞击炭悬浮微粒，悬浮微粒受到来自各个方向的液体分子的撞击作用力不平衡导致的无规则运动，不是由于炭粒受重力作用，故A错误；混合均匀的过程中，水分子做无规则的运动，炭粒的布朗运动也是做无规则运