沪科版高考物理一轮复习：选修3-3第11章第1节《分子动理论、物体的内能》ppt精编课件.ppt

选修3 3 第11章热学 第11章热学 第11章热学 第1节分子动理论物体的内能 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 10 10 2 一般分子质量的数量级为10 26kg 3 阿伏伽德罗常数 NA 6 02 1023mol 1 是联系微观世界和宏观世界的桥梁 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 高 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 固体颗粒 液体 分子 高 小 思考感悟1 布朗运动是水分子的运动吗 提示 不是 3 气体分子运动的统计分布规律气体分子运动的统计规律 任一时刻 气体分子沿各方向运动的机会均等 即沿各个方向运动的分子数目相同 大量分子的无规则运动 其速率按一定规律分布 即 中间多 两头少 的分布规律 中间多 是指处于中间速率的分子数多 两头少 是指速率很大的和速率很小的分子数少如图所示 图11 1 1 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 3 分子间的作用力随分子间距离变化的关系如图11 1 2所示 引力 斥力 合力 减小 快 rr0时 表现为 r 10r0时 分子力变得十分微弱 可忽略不计 图11 1 2 斥力 引力 思考感悟2 既然分子间存在引力 为什么破镜难重圆 提示 因为分子间引力是短程力 二 物体的内能1 分子的平均动能物体内所有分子动能的 叫做分子的平均动能 是分子平均动能大小的标志 越高 分子的平均动能越大 2 分子势能 平均值 温度 温度 1 分子势能 由分子间的 和 决定的能量 2 分子势能大小的相关因素 微观上 分子势能的大小与 有关 当分子间距离r r0时 分子势能随分子间距离的 而增大 相互作用力 相对位置 距离 增大 当r r0时 分子势能随分子间距离的 而增大 当r r0时 分子势能 宏观上 与物体的 有关 大多数物体是 越大 分子势能越大 也有少数物体 如冰 铸铁等 变大 分子势能反而变小 减小 最小 体积 体积 体积 3 物体的内能 1 定义 物体中所有分子热运动的 和 的总和 2 决定内能的因素 微观上 分子动能 分子势能 物质的量 宏观上 动能 分子势能 温度 体积 物体的质量 思考感悟3 相同质量的100 的水和水蒸气内能相同吗 提示 不相同 水蒸气内能大 一 宏观量与微观量及相互关系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 特别提醒 1 对气体分子 一般建立立方体模型 求出的立方体的边长d 是相邻的气体分子之间的平均距离 2 对固体 液体来说 可以看成球体模型 也可以看成立方体模型 两种模型不会影响数量级的估算 即时应用1 假如全世界60亿人同时数1g水的分子个数 每人每小时可以数5000个 不间断地数 则完成任务所需时间最接近 阿伏伽德罗常数NA取6 1023mol 1 A 10年B 1千年 C 10万年D 1千万年 二 布朗运动和分子热运动的比较 两种运动 比较项目 两种运动 比较项目 两种运动 比较项目 两种运动 比较项目 特别提醒 1 扩散现象直接反映了分子的无规则运动 并且可以发生在固体 液体 气体任何两种物质之间 2 布朗运动中的微粒是由成千上万个分子组成的 分子集团 即时应用2 下列关于布朗运动的说法中正确的是 A 将碳素墨水滴入清水中 观察到的布朗运动是碳分子无规则运动的反映B 布朗运动是否显著与悬浮在液体中的颗粒大小无关 C 布朗运动的激烈程度与温度无关D 微粒的布朗运动的无规则性 反映了液体内部分子运动的无规则性解析 选D 将碳素墨水滴入清水中 观察到的布朗运动是碳粒的无规则运动 A错误 布朗运动是否显著与悬浮在液体中的颗粒大小 液体的温度均有关 B C错误 三 分子力与分子势能 特别提醒 1 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 即时应用3 如图11 1 3所示 用F表示两分子间的作用力 Ep表示分子间的势能 在两个分子之间的距离由10r0变为r0的过程中 图11 1 3 A F不断增大 Ep不断减小B F先增大后减小 Ep所不断减小C F不断增大 Ep先增大后减小D F Ep都是先增大后减小解析 选B 分子间的作用力是矢量 分子势能是标量 由图像可知F先增大后变小 Ep则不断减小 B正确 四 温度与物体的内能1 平均动能 2 温度 温度在宏观上表示物体的冷热程度 在微观上表示分子的平均动能 即温度是物体分子平均动能大小的标志 对个别分子来说温度是没有意义的 3 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不同 但它们表示的温度间隔是相同的 即每一度的大小相同 t T 2 关系 T t 273 15K 4 物体的内能和机械能的比较 特别提醒 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 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 即时应用 C 不计分子之间的分子势能 质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能D 1g100 水的内能小于1g100 水蒸气的内能解析 选BC 系统的内能是一个只依赖系统自身状态的物理量 所以是由系统的状态决定的 A正确 做功和热传递都可以改变系统的内能 B错误 温度相同氢气和氧气的平均动能相同 但它们的摩尔数不同 内能不同 C错误 在1g100 的水变成100 水蒸气的过程中 分子间距增大 要克服分子间的引力做功 分子势能增大 所以1g100 水的内能小于1g100 水蒸气的内能 D正确 满分样板12分 某房间的地面面积是15m2 高3m 空气的平均摩尔质量为2 9 10 2kg mol 若房间内所有水蒸气液化成水后的体积为103cm3 已知水的密度为 1 0 103kg m3 水的摩尔质量Mmol 1 8 10 2kg mol 1 求房间内空气的质量 2 估算水分子的直径 保留两位有效数字 思路点拨 解此题的关键有两点 1 利用NA的 桥梁 作用进行宏观量和微观量间的计算 2 建立分子模型进行分子直径的计算 解题样板规范步骤 该得的分一分不丢 1 此题是估算题 因此可将此状态下的空气看做标准状况下的空气 即其压强为1 01 105Pa 其温度为273K 标准状况下 每摩尔空气占有的体积为22 4L 由已知条件可得 房间内空气的物质的量为 答案 1 58kg 2 建立球模型 水分子的直径为3 9 10 10m 建立立体模型 水分子的直径为3 1 10 10m 名师归纳 1 宏观量通过阿伏伽德罗常数作桥梁 便可求出微观量 应用公式时一定要注意各量的物理意义 2 液体 固体既可建立球分子模型 又可建立立方体分子模型 无论哪种模型 分子直径的数量级都为10 10m 1 2018 高考全国卷 如图11 1 4为两分子系统的势能Ep与两分子间的距离r的关系曲线 下列说法正确的是 图11 1 4 A 在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 2 一颗炮弹在空中以某一速度v飞行 有人说 由于炮弹中所有分子都具有这一速度v 所以分子具有动能 又由于分子都处于高处 所以分子又具有势能 因此分子的上述动能和势能的总和就是炮弹的内能 试分析这种说法是否正确 也有人说 炮弹飞行时 与空气摩擦造成炮弹温度升高 所以炮弹内每个分子的温度都升高 每个分子的动能都增大 试分析这种说法是否正确 图11 1 5 思路点拨 解此题的关键是理解好分子力的特点 分子力做功与分子势能的关系以及内能的概念 解析 1 分子间距等于r0时分子势能最小 即r0 r2 当r小于r1时分子力表现为斥力 当r大于r1小于r2时分子力表现为斥力 当r大于r2时分子力表现为引力 所以A错 B C正确 在r由r1变到r2的过程中 分子斥力做正功 分子势能减小 D错误 2 不正确 物体的内能是指物体内分子做无规则热运动的动能和分子间由于相互作用而具有的分子势能的和 不正确 炮弹飞行时 由于不断克服摩擦力做功 机械能在减少 因摩擦生热 它的温度升高 但温度是宏观量 对单个分子而言 温度无意义 随着温度升高 炮弹内分子的平均动能增大 但对个别分子 其动能不一定增大 答案 1 BC 2 见解析 方法引导 1 分子间的引力和斥力同时存在