高考物理大一轮总复习 第一章 第1讲 分子动理论 内能 新人教版选修33.ppt

01主干回顾固基础 知识点1分子动理论的基本观点和实验依据阿伏加德罗常数 立方体模型 气体分子通常用立方体模型 分子体积v0 d3 2 分子的大小 分子直径的数量级 分子质量的数量级 测量方法 油膜法 3 阿伏加德罗常数 指1mol的任何物质中含有相同的微粒个数 用符号na表示 10 10m 10 26kg na 6 02 1023mol 1 特别提醒 阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁 2 分子永不停息地做无规则运动 1 扩散现象 定义 不同物质能够彼此进入对方的现象叫做扩散 实质 扩散现象并不是外界作用引起的 也不是化学反应的结果 而是由物质分子的无规则运动产生的 2 布朗运动 永不停息 运动 颗粒越小 运动越 温度越高 运动越 无规则 明显 激烈 运动轨迹不确定 只能用不同时刻的位置连线确定 做无规则运动 不能直接观察分子的无规则运动 而是用悬浮的 的无规则运动来反映液体分子的无规则运动 3 热运动 物体分子永不停息地运动 这种运动跟温度 微粒 固体小颗粒 无规则 有关 3 分子间的相互作用分子间同时存在引力和斥力 且都随分子间距离的增大而 随分子间距离的减小而 但总是 如图所示 减小 增大 斥力变化得较快 1 当r r0时 f引 f斥 f 0 2 当rr0时 f引和f斥都随距离的增大而减小 但f引 f斥 f表现为引力 4 当r 10r0 10 9m 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 4 统计规律由于物体是由数量极多的分子组成的 这些分子并没有统一的运动步调 单独来看 各个分子的运动都是不规则的 带有偶然性的 但从总体来看 大量分子的运动却有一定的规律 这种规律叫做统计规律 大量分子的集体行为受到统计规律的支配 知识点2温度是分子平均动能的标志 内能 1 温度一切达到的系统都具有相同的温度 2 两种温标摄氏温标和热力学温标 关系 t 热平衡 t 273 15k 3 分子的动能 1 分子动能是分子热运动所具有的动能 2 分子热运动的平均动能是所有分子热运动的动能的平均值 是分子热运动的平均动能的标志 3 分子热运动的总动能是物体内所有分子热运动动能的总和 温度 4 分子的势能 1 意义 由于分子间存在着引力和斥力 所以分子具有由它们的相互决定的能 称为分子势能 2 分子势能的决定因素微观上 决定于分子间距和分子排列情况 宏观上 决定于体积和状态 位置 5 物体的内能 1 物体中所有分子的热运动与的总和叫物体的内能 内能是状态量 2 对于给定的物体 其内能大小与物体的和 有关 3 物体的内能与物体的位置高低 运动速度大小无关 4 决定内能的因素微观上 分子动能 分子势能 分子个数 宏观上 温度 体积 物质的量 摩尔数 动能 分子势能 温度 体积 5 改变物体的内能有两种方式做功 当做功使物体的内能发生改变的时候 外界对物体做了多少功 物体内能就增加多少 物体对外界做了多少功 物体内能就减小多少 热传递 当热传递使物体的内能发生改变的时候 物体吸收了多少热量 物体内能就增加多少 物体放出了多少热量 物体内能就减小多少 特别提醒 1 温度相同的任意两个物体分子平均动能相同 如温度相同的氢气和氧气分子平均动能相同 但由于氢气分子质量小于氧气分子质量 故氢气分子平均速率大于氧气分子平均速率 2 做功和热传递在改变物体内能上是等效的 知识点3实验 用油膜法估测分子的大小实验目的1 了解本实验的实验原理及所需要的器材 了解实验的注意事项 2 会正确测出一滴油酸酒精溶液中油酸的体积及形成油膜的面积 3 会计算分子的大小 正确处理实验数据 实验器材清水 酒精 油酸 量筒 浅盘 边长约30 40cm 注射器 或滴管 玻璃板 或有机玻璃板 彩笔 痱子粉 石膏粉 坐标纸 容量瓶 500ml 实验步骤1 用稀酒精溶液及清水清洗浅盘 充分洗去油污 粉尘 以免给实验带来误差 2 配制油酸酒精溶液 取油酸1ml 注入500ml的容量瓶中 然后向容量瓶内注入酒精 直到液面达到500ml刻线为止 摇动容量瓶 使油酸充分在酒精中溶解 这样就得到了500ml含1ml纯油酸的油酸酒精溶液 3 用注射器或滴管将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中 并记下量筒内增加一定体积vn时的滴数n 注意事项1 油酸酒精溶液配制后不要长时间放置 以免改变浓度 产生误差 2 注射器针头高出水面的高度应在1cm之内 当针头靠水面很近 油酸酒精溶液未滴下之前 时 会发现针头下方的粉层已被排开 这是由于针头中酒精挥发所致 不影响实验效果 3 实验之前要训练好滴法 4 待测油酸面扩散后又收缩 要在稳定后再画轮廓 扩散后又收缩有两个原因 一是水面受油酸滴冲击凹陷后又恢复 二是酒精挥发后液面收缩 5 当重做实验时 水从盘的一侧边缘倒出 在这侧边缘会残留油酸 可用少量酒精清洗 并用脱脂棉擦去 再用清水冲洗 这样可保持盘的清洁 6 从盘的中央加痱子粉 使粉自动扩散至均匀 这是由于以下两种因素所致 第一 加粉后水的表面张力系数变小 水将粉粒拉开 第二 粉粒之间的排斥 这样做比粉撒在水面上的实验效果好 7 本实验只要求估算分子大小 实验结果数量级符合要求即可 8 实验中所用的油酸及酒精都应取较纯药品 否则会影响结果 另外 实验中所有的容器必须洁净 不能有油污 一 基础知识题组1 微观量的估算 已知铜的摩尔质量为m kg mol 铜的密度为 kg m3 阿伏加德罗常数为na mol 1 下列判断错误的是 答案 b 2 分子热运动与布朗运动的理解 下列关于布朗运动的说法 正确的是 a 布朗运动是液体分子的无规则运动b 布朗运动是指悬浮在液体中的固体分子的无规则运动c 布朗运动说明了液体分子与悬浮颗粒之间存在着相互作用力d 观察布朗运动会看到 悬浮的颗粒越小 温度越高 布朗运动越剧烈 解析 布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动 小颗粒由许多分子组成 所以布朗运动不是分子的无规则运动 也不是指悬浮颗粒内固体分子的无规则运动 故a b选项错误 布朗运动虽然是由液体分子与悬浮颗粒间相互作用引起的 但其重要意义是反映了液体分子的无规则运动 而不是反映分子间的相互作用 故c选项错误 观察布朗运动会看到固体颗粒越小 温度越高 布朗运动越剧烈 故d选项正确 答案 d 3 分子间作用力 如图所示 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所示 f 0为斥力 f 0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 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 分子间同时存在相互作用的引力和斥力 当r r0时 引力大于斥力 分子力表现为引力 当r r0时 引力小于斥力 分子力表现为斥力 故c错误 乙分子由a到c分子力先增大后减小 一直做加速运动 到达c时速度最大 故a错 b对 从a到d的过程中 引力和斥力都增大 但斥力增大的快 故d错 答案 b 4 物体的内能 下列有关温度的各种说法中正确的是 a 温度低的物体内能小b 温度低的物体 其分子运动的平均速率也必然小c 做加速运动的物体 由于速度越来越大 因此物体分子的平均动能越来越大d 0 的铁和0 的冰 它们的分子平均动能相同 答案 d 二 规律方法题组5 用功能观点分析分子力做功与分子势能的变化 有甲 乙两个分子 甲分子固定不动 乙分子由无穷远处逐渐向甲靠近 直到不再靠近为止 在整个过程中 分子势能的变化情况是 a 不断增大b 不断减小c 先增大后减小d 先减小后增大 解析 分子力做功与分子势能变化的关系和弹簧相似 即分子力做正功分子势能减小 分子力做负功分子势能增大 当乙分子由无穷远处向r0移动时 分子力做正功 分子势能减小 当乙分子由r0向甲分子继续靠近时 要克服分子斥力做功 分子势能增大 所以移动的整个过程 分子势能是先减小后增大 当分子间的距离为r0时 分子势能最小 本题正确选项为d 答案 d 答案 ab 02典例突破知规律 考点1微观量的估算考点解读 1 分子模型物质有固态 液态和气态三种情况 不同物态下应将分子看成不同的模型 2 微观量 分子体积v0 分子直径d 分子质量m 3 宏观量 物体体积v 摩尔体积vmol 物体的质量m 摩尔质量mmol 物体的密度 典例透析已知汞的摩尔质量为m 200 5 10 3kg mol 密度为 13 6 103kg m3 阿伏加德罗常数na 6 0 1023mol 1 求 1 一个汞原子的质量 用相应的字母表示即可 2 一个汞原子的体积 结果保留一位有效数字 3 体积为1cm3的汞中汞原子的个数 结果保留一位有效数字 解题探究 1 1摩尔汞含有多少个汞原子 提示 1摩尔汞含有阿伏加德罗常数个汞原子 2 如何计算摩尔体积 提示 摩尔质量除以密度即为摩尔体积 3 如何计算1cm3汞的质量 如何计算对应的物质的量 物质的量乘阿伏加德罗常数等于什么 提示 汞的体积乘汞的密度即为汞的质量 汞的质量除以摩尔质量即为汞的物质的量 物质的量乘na等于原子数 微观量的求解方法 1 分子的大小 分子体积 分子质量属微观量 直接测量它们的数值非常困难 可以借助较易测量的宏观量结合摩尔体积 摩尔质量等来估算这些微观量 其中阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁和纽带 2 建立合适的物理模型 通常把固体 液体分子模拟为球形或小立方体形 气体分子所占据的空间则建立立方体模型 变式训练 在中国探月工程一期即 嫦娥一号 圆满成功后 中国探月工程二期即 嫦娥二号 卫星也已于2010年10月1日成功发射 如图是 嫦娥二号 卫星顺利升空的情景 已知大气压强是由于大气的重力而产生的 某学校兴趣小组的同学 通过查找资料知道 月球半径r 1 7 106m 月球表面重力加速度g 1 6m s2 为开发月球的需要 设想在月球表面覆盖一层大气 使月球表面附近的大气压达到p0 1 0 105pa 已知大气层厚度h 1 3 103m 比月球半径小得多 假设月球表面开始没有空气 试估算 1 应在月球表面覆盖的大气层的总质量m 2 月球表面大气层的分子数 3 气体分子间的距离 空气的平均摩尔质量m 2 9 10 2kg mol 阿伏加德罗常数na 6 0 1023mol 1 答案 1 2 27 1018kg 2 4 7 1043个 3 1 0 10 9m 考点2分子力 分子势能与分子间距离的关系考点解读 1 分子力与分子势能 2 温度 内能 热量 功的比较 知能拓展 1 如果选两分子相距无穷远时分子势能为零 分子势能随分子间距离变化的关系中 当r r0时分子势能最小 但不是零 为负值 2 如果选r r0时分子势能为零 分子势能随分子间距离变化的关系不会因势能零点的选取不同而发生改变 ep r图线的形状也不会发生变化 但图线应做相对应的平移 典例透析 多选 如图为两分子系统的势能ep与两分子间距离r的关系曲线 下列说法正确的是 a 当r大于r1时 分子间的作用力表现为引力b 当r小于r1时 分子间的作用力表现为斥力c 当r等于r2时 分子间的作用力为零d 在r由r1变到r2的过程中 分子间的作用力做负功 解题探究 1 分子力做功与分子势能的关系 提示 分子力做正功 分子势能减小 分子力做负功 分子势能增加 2 分子势能最小时 分子力的特点 提示 分子势能最小时 分子力为零 尝试解答 选bc 对两分子组成的系统 分子力做正功 分子势能减小 分子力做负功 分子势能增加 结合图象可知 分子距离由非常近到r1时 ep减小 分子力做正功 分子间距离由r1到r2时 ep减小 分子力做正功 故分子力为斥力 a d错误 b正确 分子间距离由r2继续增大时 分子势能增加 说明分子力做负功 即分子间表现为引力 故分子间距离为r2时 分子间作用力为零 c正确 根据分子力模型讨论分子势能随分子之间距离的变化是一个难点 r r0 平衡距离 时分子势能最小 因为不管分子间距离由r0增大还是减小 分子力都要做负功 分子势能要增加 记住了这一点 就不容易混淆ep r和f r两个图象 变式训练 2013 福建高考 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 解析 分子间引力和斥力的合力为分子力 分子力在r r0时为零 当r r0时分子力表现为引力 当r r0时分子力表现为斥力 一般取无穷远为零势能点 分子从无穷远靠近到r0的过程分子力做正功 分子势能减小 到r0后再靠近分子力做负功 分子势能增加 故分子势能在r r0处最小 综上可知 b正确 答案 b 考点3物体的内能考点解读 物体的内能与机械能的比较 典例透析下列说法中正确的是 a 物体自由下落时速度增大 所以物体的内能也增大b 物体的机械能为零时 内能也为零c 物体的体积减小 温度不变时 物体的内能一定减小d 甲物体的温度比乙物体的温度高 则甲物体分子的平均动能比乙物体分子的平均动能大 平均速率不一定大 解题探究 1 物体内能的大小与物体机械能的大小有直接关系吗 提示 无直接关系 2 物体的体积减小 分子势能一定减小吗 提示 不一定减小 3 分子的平均动能的大小与什么因素有关 平均动能大 平均速率就大吗 提示 分子的平均动能的大小与温度有关 平均动能大 分子的质量不一定小 故平均速率不一定大 尝试解答 选d 物体下落速度增大 则动能增大 但温度不一定升高 选项a错误 机械能为零的物体 其内能不可能为零 所以选项b错误 物体体积减小时 分子间距离减小 但分子势能不一定减小 即物体的内能不一定减小 所以选项c错误 温度越高的物体 分子的平均动能越大 但分子的平均动能与平均速率是不同的概念 分子平均动能除与平均速率有关外 还与分子质量有关 所以选项d正确 分析物体的内能问题的技巧分析物体的内能问题应当明确以下几点 1 内能是对物体的大量分子而言的 不存在某个分子内能的说法 2 决定内能大小的因素为温度 体积 分子数 还与物态有关系 3 通过做功或热传递可以改变物体的内能 4 温度是分子平均动能的标志 相同温度的任何物体 分子的平均动能相同 变式训练 下列说法中正确的是 a 若把氢气和氧气看做理想气体 则具有相同体积 相同质量和相同温度的氢气和氧气具有相等的内能b 一定质量0 水的分子势能比0 冰的分子势能小c 物体吸收热量后 内能一定增加d 把物体缓慢举高时 物体的机械能增加 内能不变 解析 内能的定义 决定因素 影响分子势能的因素 内能与机械能的区别 氢气和氧气温度相同 说明分子的平均动能相同 氢气和氧气质量相同 分子数不同 所以内能不同 选项a错误 一定质量0 水放出热量凝固成0 的冰 所以一定质量0 水的分子势能比0 冰的分子势能大 选项b错误 物体吸收热量后 若对外做功 内能不一定增加 选项c错误 缓慢举高物体 物体的重力势能增加 机械能增加 物体的体积 温度 质量不变 内能不变 选项d正确 答案 d 点评 物体的体积越大 分子势能不一定越大 如0 水凝固成0 的冰 体积变大 但分子势能减小 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和机械能的说法 考点4用油膜法估测分子的大小考点解读 用油膜法估测分子的大小是将分子看成球形模型 将微观量测量转化为宏观量测