2020年高考物理一轮复习 第14章 第61讲 分子动理论 内能学案（含解析）（选修3-3）.doc

第61讲 分子动理论 内能研读考纲明方向 重读教材定方法(对应人教版选修33的页码及相关问题)1P4问题与练习T4，从题中数据能求出氧气分子的大小吗？提示：氧气分子间相距很大，所以由题给数据只能得出氧气分子占据的空间体积的平均值，不能求出氧气分子的体积。2P6阅读“布朗运动”部分，布朗运动说明固体小颗粒的分子做无规则运动，这种说法对吗？提示：不对，布朗运动只能说明固体小颗粒周围的液体分子做无规则运动。3P14图7.51，两分子由相距无穷远逐渐靠近直到不可再靠近，它们之间的分子势能怎样变化？提示：开始分子力做正功，然后分子力做负功，所以分子势能先减小再增大。4P25图8.32，A和B状态的压强哪个大？提示：，而VAVB，TATB，所以pAr0阶段，F做正功，分子动能增加，势能减小B在rr0阶段，当r减小时F做正功，分子势能减小，分子动能增加，故A正确；在rr0阶段，当r减小时F做负功，分子势能增加，分子动能减小，故B错误；在rr0时，分子势能最小，但不为零，动能最大，故C正确，D错误；在整个相互接近的过程中，分子动能和势能之和保持不变，故E正确。3分子势能与分子力随分子间距离r变化的情况如图甲所示。现将甲分子固定在坐标原点O，乙分子只受两分子间的作用力沿x轴正方向运动，两分子间的分子势能Ep与两分子间距离x的变化关系如图乙所示。设在移动过程中两分子所具有的总能量为0，则()A乙分子在P点时加速度最大B乙分子在Q点时分子势能最小C乙分子在Q点时处于平衡状态D乙分子在P点时分子动能最大答案D解析根据题意，乙分子的分子动能和两分子间的分子势能之和为零，所以当分子势能最小时，乙分子的分子动能最大；当分子势能为零时，乙分子的分子动能也为零。再观察题图乙可知，乙分子在P点时分子势能最小，乙分子的分子动能最大，此处分子力为零，加速度为零，A错误，D正确。乙分子在Q点时分子势能为零，乙分子的分子动能也为零，分子动能最小，分子势能最大，此处，分子力不为零，加速度不为零，B、C错误。考点四油膜法测分子直径1实验原理如图所示，利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜，将油酸分子看做球形，测出一滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积，用d计算出油膜的厚度，其中V为一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积，S为油膜面积，这个厚度就近似等于油酸分子的直径。2实验器材：盛水浅盘、滴管(或注射器)、试剂瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉(或细石膏粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩笔。3实验步骤(1)取1 mL(1 cm3)的油酸溶于酒精中，制成200 mL的油酸酒精溶液。(2)往边长为3040 cm的浅盘中倒入约2 cm深的水，然后将痱子粉(或细石膏粉)均匀地撒在水面上。(3)用滴管(或注射器)向量筒中滴入n滴配制好的油酸酒精溶液，使这些溶液的体积恰好为1 mL，算出每滴油酸酒精溶液的体积V0 mL。(4)用滴管(或注射器)向水面上滴入一滴配制好的油酸酒精溶液，油酸就在水面上慢慢散开，形成单分子油膜。(5)待油酸薄膜形状稳定后，将一块较大的玻璃板盖在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上。(6)将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积。(7)据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V，据一滴油酸的体积V和薄膜的面积S，算出油酸薄膜的厚度d，即为油酸分子的直径。比较算出的分子直径，看其数量级(单位为m)是否为1010，若不是1010，需重做实验。1(多选)油膜法粗略测定分子直径的实验基础是()A把油酸分子视为球形，其直径即为油膜的厚度B让油酸在水面上充分散开，形成单分子油膜C油酸分子的直径等于滴到水面上的油酸酒精溶液的体积除以油膜的面积D油酸分子直径的数量级是1015 m答案AB解析油酸在水面上形成单分子油膜，将油酸分子视为球形，其分子直径即为膜的厚度，它等于滴在水面上的油酸体积除以油膜的面积，因酒精易溶于水和易挥发，所以制成油酸酒精溶液，A、B正确，C错误；油酸分子直径的数量级是1010 m，D错误。2教材母题(人教版选修33 P4T1)把一片很薄的均匀塑料薄膜放在盐水中，把盐水密度调节为1.2103 kg/m3时薄膜能在盐水中悬浮。用天平测出尺寸为10 cm20 cm的这种薄膜的质量是36 g，请计算这种薄膜的厚度。变式子题在“用油膜法估测分子的大小”实验中， (1)某同学操作步骤如下： 取一定量的无水酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液； 在量筒中滴入一滴该溶液，测出它的体积； 在浅盘内盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散开稳定； 在浅盘上覆盖透明玻璃，描出油膜形状，用透明方格纸测量油膜的面积。改正其中的错误：_。 (2)若油酸酒精溶液体积浓度为0.10%，一滴溶液的体积为4.8103 mL，其形成的油膜面积为80 cm2，则估测出油酸分子的直径为_m。答案(1)在量筒中滴入n滴该溶液，在水面上先撒上痱子粉(或细石膏粉)(2)6.01010解析(1)由于一滴溶液的体积太小，直接测量时相对误差太大，应用微小量累积法减小测量误差。液面上不撒痱子粉时，滴入的油酸酒精溶液在酒精挥发后剩余的油酸不能形成一块完整的油膜，油膜间的缝隙会造成测量误差增大，甚至使实验失败。 (2)由油膜的体积等于一滴油酸酒精溶液内纯油酸的体积可得：d m6.01010 m。3.在做“用油膜法估测分子的大小”的实验中，油酸酒精的浓度为每104 mL溶液中有纯油酸6 mL，用注射器测得1 mL上述溶液为75滴。把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用笔在玻璃板上描出油酸的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图所示，坐标中正方形方格的边长为1 cm，试求：(1)油酸膜的面积是多少cm2?(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积？(3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径。答案(1)115 cm2(113117 cm2均可)(2)8106 mL(3)7.01010 m解析(1)由图形状，油膜所占方格数约115个。那么油膜面积S1151 cm2115 cm2。(2)由1 mL溶液中有75滴，1滴溶液的体积为 mL，又每104 mL溶液中有纯油酸6 mL， mL溶液中纯油酸的体积V mL8106 mL。(3)油酸分子直径D cm7.01010 m。课后作业 巩固强化练1(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()A混合均匀主要是由于碳粒受重力作用B混合均匀的过程中，水分子和碳粒都做无规则运动C使用碳粒更小的墨汁，混合均匀的过程进行得更迅速D墨汁的扩散运动是由于碳粒和水分子发生化学反应引起的答案BC解析根据分子动理论的知识可知，最后混合均匀是扩散现象，水分子做无规则运动，碳粒做布朗运动，由于布朗运动的剧烈程度与颗粒大小和温度有关，所以使用碳粒更小的墨汁，布朗运动会更明显，则混合均匀的过程进行得更迅速，故选B、C。2若以表示水的摩尔质量，V表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积，表示在标准状态下水蒸气的密度，NA表示阿伏加德罗常数，m0、V0分别表示每个水分子的质量和体积，下面关系错误的有()ANA BC Dm0答案B解析由于V，则NA，变形得m0，A、D正确；由于分子之间有空隙，所以NAV0V，水蒸气的密度为r2时，分子间的作用力表现为引力，当rr0时，分子间表现为引力，当分子间距r减小时，分子力做正功，分子势能减小，当rr0时，分子间表现为斥力，当分子间距r减小时，分子力做负功，分子势能增大，当rr0时，分子势能最小。但考虑取不同位置作为分子势能为零的点，B、C、E三个图象可能是正确的。6(多选)两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动，直至不再靠近。在此过程中，下列说法正确的是()A分子力先增大，后一直减小B分子力先做正功，后做负功C分子动能先增大，后减小D分子势能先增大，后减小E分子势能和分子动能之和不变答案BCE解析当距离较远时，分子力表现为引力，靠近过程中分子力先增大后减小，分子力做正功，分子动能增大，分子势能减小；当距离减小至分子平衡距离时，引力和斥力相等，合力为零，分子动能最大，分子势能最小；当距离继续减小时，分子力表现为斥力，分子力增大，斥力做负功，分子势能增大，分子动能减小，因为只有分子力做功，所以分子动能和分子势能之和不变，选项B、C、E正确。7测量分子大小的方法有很多，如油膜法、显微法。(1)在“用油膜法估测分子大小”的实验中，用移液管量取0.25 mL油酸，倒入标注250 mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250 mL的溶液，然后用滴管吸取这种溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面达到量筒中1 mL的刻度，再用滴管取配好的油酸溶液，向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下2滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待油膜稳定后，放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜，如图甲所示。每个小正方形方格的大小为2 cm2 cm。由图可以估算出油膜的面积是_cm2，由此估算出油酸分子的直径是_m(结果保留一位有效数字)。(2)如图乙是用扫描隧道显微镜拍下的一个“量子围栏”的照片。这个量子围栏是由48个铁原子在铜的表面排列成直径为1.43108 m的圆周而组成的。由此可以估算出铁原子的直径约为_m(结果保留两位有效数字)。答案(1)25681010(2)9.41010解析(1)数油膜的正方形格数，大于半格的算一格，小于半格的舍去，得到油膜的面积S642 cm2 cm256 cm2。溶液浓度为，每滴溶液体积为 mL，2滴溶液中所含油酸体积为V2105 cm3。油膜厚度即油酸分子的直径，d81010 m。(2)直径为1.43108 m的圆周周长为Dd4.49108 m，可以估算出铁原子的直径约为d m9.41010 m。真题模拟练8(2018全国卷)(多选)对于实际的气体，下列说法正确的是()A气体的内能包括气体分子的重力势能B气体的内能包括分子之间相互作用的势能C气体的内能包括气体整体运动的动能D气体体积变化时，其内能可能不变E气体的内能包括气体分子热运动的动能答案BDE解析气体的内能等于所有分子热运动的动能和分子之间势能的总和，故A、C错误，B、E正确；根据热力学第一定律UWQ知道，改变内能的方式有做功和热传递，所以体积发生变化对外做功W时，如果吸热QW，则内能不变，故D正确。9(2018北京高考)关于分子动理论，下列说法正确的是()A气体扩散的快慢与温度无关B布朗运动是液体分子的无规则运动C分子间同时存在着引力和斥力D分子间的引力总是随分子间距增大而增大答案C解析扩散的快慢与温度有关，温度越高，扩散的越快，故A错误；布朗运动为悬浮在液体中固体小颗粒的运动，不是液体分子的热运动，固体小颗粒运动的无规则性，是液体分子运动的无规则性的间接反映，故B错误；分子间斥力与引力同时存在，而分子力是斥力与引力的合力，分子间的引力和斥力都是随分子间距增大而减小，当分子间距小于平衡位置时，表现为斥力，即引力小于斥力，而分子间距大于平衡位置时，表现为引力，即斥力小于引力，但总是同时存在的，故C正确，D错误。10(2017北京高考)以下关于热运动的说法正确的是()A水流速度越大，水分子的热运动越剧烈B水凝结成冰后，水分子的热运动停止C水的温度越高，水分子的热运动越剧烈D水的温度升高，每一个水分子的运动速率都会增大答案C解析分子热运动的剧烈程度由温度决定，温度越高，热运动越剧烈，与物体的机械运动无关，选项A错误，C正确。水凝结成冰后，温度降低，水分子热运动的剧烈程度减小，但不会停止，选项B错误。水的温度升高，水分子运动的平均速率增大，但并不是每一个水分子的运动速率都增大，选项D错误。11(2016北京高考)雾霾天气是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述，是特定气候条件与人类活动相互作用的结果。雾霾中，各种悬浮颗粒物形状不规则，但可视为密度相同、直径不同的球体，并用PM10、PM2.5分别表示球体直径小于或等于10 m、2.5 m的颗粒物(PM是颗粒物的英文缩写)。某科研机构对北京地区的检测结果表明，在静稳的雾霾天气中，近地面高度百米的范围内，PM10的浓度随高度的增加略有减小，大于PM10的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小，且两种浓度分布基本不随时间变化。据此材料，以下叙述正确的是()APM10表示直径小于或等于1.0106 m的悬浮颗粒物BPM10受到的空气分子作用力的合力始终大于其所受到的重力CPM10和大悬浮颗粒物都在做布朗运动DPM2.5的浓度随高度的增加逐渐增大答案C解析PM10的直径小于或等于10106 m1.0105 m，A错误；处于静稳态的颗粒受力平衡，B错误；布朗运动是悬浮颗粒物的无规则运动，C正确；根据题意不能判断PM2.5的浓度随高度的增加而增大，D错误。12(2015全国卷)(多选)关于扩散现象，下列说法正确的是()A温度越高，扩散进行得越快B扩散现象是不同物质间的一种化学反应C扩散现象是由物质分子无规则运动产生的D扩散现象在气体、液体和固体中都能发生E液体中的扩散现象是由液体的对流形成的答案ACD解析温度越高，分子的热运动越剧烈，扩散进行得越快，选项A、C正确；扩散现象是一种物理现象，不是化学反应，选项B错误；扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，选项D正确；液体中的扩散现象是由液体分子的无规则运动而产生的，选项E错误。13(2018潍坊模拟)在“用油膜法估测油酸分子直径”的实验中，某同学按如下操作：a在量筒中滴入一滴已配制好的油酸酒精溶液，测出其体积；b在装有水、撒适量痱子粉的浅盘中滴入一滴已配制好的溶液，使薄膜形状稳定；c将玻璃板放在浅盘上，将油膜形状描绘在玻璃板上；d将玻璃板平放在坐标纸上，计算出油