福建省长泰一中高三物理 热学 第1讲 分子动理论 内能复习课件 新人教版选修33.ppt

选考部分选修3 3热学第1讲分子动理论内能 考点1分子动理论的基本内容 1 物体是由大量分子组成的 1 分子很小 直径数量级为 质量数量级为10 27 10 26kg 2 分子数目特别大 阿伏加德罗常数na mol 1 6 02 1023 2 分子的热运动 1 布朗运动 永不停息 运动 颗粒越小 运动越 温度越高 运动越 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 2 热运动 物体分子永不停息地做 运动 这种运动跟温度 选填 有关 或 无关 常叫做热运动 无规则 明显 激烈 微粒 固体小颗粒 无规则 有关 3 分子间的相互作用力 1 引力和斥力同时存在 都随分子间距离的增大而 随分子间距离的减小而 比引力变化更快 2 分子力的特点 r r0时 r0的数量级为10 10m f引 f斥 分子力f 0 rr0时 f引 f斥 分子力f表现为 r 10r0时 f引 f斥迅速减为零 分子力f 减小 增大 斥力 斥力 引力 0 3 分子力随分子间距离的变化图象如图所示 1 求解分子直径时的两种模型 1 把分子看做球形 d 2 把分子看做小立方体 d 对于气体 按上述思路算出的不是分子直径 而是气体分子间的平均距离 2 宏观量与微观量的相互关系 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 相互关系 一个分子的质量 m0 一个分子的体积v0 注 对气体v0为分子所占空间体积 物体所含的分子数n na na或n 单位质量中所含的分子数 n 3 布朗运动和分子热运动的比较 1 温度 两个系统处于热平衡时 它们具有某个 共同的热学性质 我们把表征这一 共同热学性质 的物理量定义为温度 一切达到热平衡的系统都具有相同的 2 两种温标 摄氏温标和热力学温标 关系 t 考点2温度 温标与物体的内能 温度 t 273 15k 3 分子的动能 1 分子动能是 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 分子热运动 温度 总和 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 决定的能 2 分子势能的决定因素 微观上 决定于 和分子排列情况 宏观上 决定于 和状态 5 物体的内能 1 等于物体中所有分子的热运动 与 的总和 是状态量 2 对于给定的物体 其内能大小由物体的 和 决定 3 物体的内能与物体的位置高低 运动速度大小 相对位置 分子间距离 体积 动能 分子势能 温度 体积 无关 1 对温度 温标的三点说明 1 热力学温度的零值是低温的极限 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 3 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 t t 2 分子势能的变化与分子间距离的变化的关系取r 处为零势能处 1 当r r0时 分子力为引力 当r增大时 分子力做负功 分子势能增加 2 当r r0时 分子力为斥力 当r减小时 分子力做负功 分子势能增加 3 当r r0时 分子势能最小 3 对内能概念的进一步说明 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 1 实验原理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 测出一定体积油酸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为一滴油酸溶液中 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 考点3用油膜法估测分子的大小 v s 纯油酸 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1ml 1cm3 的油酸溶于酒精中 制成200ml的油酸酒精溶液 2 往边长约为30 40cm的浅盘中倒入约2cm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1ml 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10 10 若不是10 10需重做实验 1 实验时应注意的事项 1 油酸酒精溶液的浓度应小于 2 痱子粉的用量不要太大 并从盘中央加入 使粉自动扩散至均匀 3 测1滴油酸酒精溶液的体积时 滴入量筒中的油酸酒精溶液的体积应为整毫升数 应多滴几毫升 数出对应的滴数 这样求平均值误差较小 4 浅盘里水离盘口面的距离应较小 并要水平放置 以便准确地画出薄膜的形状 画线时视线应与板面垂直 5 要待油膜形状稳定后 再画轮廓 6 利用坐标纸求油膜面积时 以边长为1cm的正方形为单位 计算轮廓内正方形的个数 不足半个的舍去 大于半个的算一个 2 可能引起误差的几种原因 1 纯油酸体积的计算引起误差 2 油膜面积的测量引起误差主要是有两个方面 油膜形状的画线误差 数格子法本身是一种估算的方法 自然会带来误差 热点考向1微观量的估算 例证1 2013 漳州模拟 某气体的摩尔质量为m 摩尔体积为v 密度为 每个分子的质量和体积分别为m和v0 则阿伏加德罗常数na可表示为 a na b na c na d na 解题指南 阿伏加德罗常数是宏观量和微观量之间的桥梁 固体和液体分子可以忽略分子间的间隙 但气体分子间的间隙不能忽略 规范解答 选b 气态分子间距远大于分子本身的体积 所以 只有固态和液态分子的体积v0可由摩尔体积v除以na得出 即na a错 气体的密度 是宏观量 对于单个气体分子不能用m v0计算 气体的摩尔质量m v 则na 因此b对 c d错 总结提升 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 热点考向2分子力 分子势能与分子间距离的关系 例证2 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 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 分子间的作用力最大d 在r由r1变到r2的过程中 分子间的作用力做负功 解题指南 根据分子势能ep与分子间距离r的关系曲线 分析出r1与r0 r2与r0间的大小关系 从而分析分子力情况 自主解答 选b 分子间距等于r0时分子势能最小 作用力为零 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 c错 b正确 在r由r1变到r2的过程中 分子势能减小 分子力做正功 d错误 总结提升 解答本题的关键在于搞清分子间距与分子间斥力 分子间引力及对外表现的合力关系 对易错选项及错误原因具体分析如下 热点考向3用油膜法估测分子的大小 例证3 2012 福州模拟 在 用油膜法估测分子大小 的实验中 能将油膜的厚度近似认为等于油酸分子的直径 下列措施可行的是 a 把痱子粉均匀地撒在水面上 测出其面积b 取油酸一滴 滴在撒有均匀痱子粉的水面上形成面积尽可能大的油膜c 取酒精油酸溶液一滴 滴在撒有均匀痱子粉的水面上形成面积尽可能大的油膜d 把酒精油酸溶液滴在撒有均匀痱子粉的水面上后 要立即描绘油酸在水面上的轮廓 解题指南 解答本题应明确以下两个方面 1 油膜法估测油酸分子的直径的原理是形成单分子油膜 2 利用宏观量图形面积来间接测量分子直径 自主解答 选c 经过酒精稀释的油酸溶液能在水面上形成单分子油膜 因此c对 b d错 测量的是油膜的面积而不是痱子粉的面积 a错 故选c 总结提升 解决油膜法估测分子大小的思路 1 理解分子模型 也就是理解油酸分子在水面上形成的薄膜厚度即分子直径 2 明确溶质和溶剂的关系 正确求出纯油酸体积v 3 准确 数 出油膜的面积s 4 利用d 求得分子直径 1 2013 潍坊模拟 pm2 5是指空气中直径小于2 5微米的悬浮颗粒物 它在空中做无规则运动 吸入后会进入血液对人体造成危害 下列说法中不正确的是 a 温度越高 pm2 5的运动越剧烈b 若无空气流动 pm2 5仍会做无规则运动c pm2 5的无规则运动就是分子的热运动d pm2 5的无规则运动反映了空气分子的无规则运动 解析 选c pm2 5的运动是布朗运动 温度越高 pm2 5的运动越剧烈 选项a正确 若无空气流动 pm2 5仍会做无规则运动 不会很快沉降到地面 选项b正确 pm2 5的无规则运动是固体颗粒的运动 它不是分子的热运动 但它反映了空气分子的无规则运动 选项c错误 d正确 2 2012 广东高考 清晨 草叶上的露珠是由空气中的水汽凝结成的水珠 这一物理过程中 水分子间的 a 引力消失 斥力增大b 斥力消失 引力增大c 引力 斥力都减小d 引力 斥力都增大 解析 选d 因为空气中的水汽凝结成水珠时 分子间的距离变小 而分子引力和分子斥力均随着分子间距离的减小而增大 故d选项正确 其他选项都错 3 2012 三明模拟 做布朗运动实验 得到某个观测记录如图 图中记录的是 a 分子无规则运动的情况b 某个微粒做布朗运动的轨迹c 某个微粒做布朗运动的速度 时间图线d 按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线 解析 选d 布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动 而非分子的运动 故a项错误 既然无规则所以微粒没有固定的运动轨迹 故b项错误 对于某个微粒而言 在不同时刻的速度大小和方向均是不确定的 所以无法确定其在某一个时刻的速度 也就无法描绘其速度 时间图线 故c项错误 d项正确 4 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 液体温度较高 悬浮粒子越大 布朗运动越剧烈c 布朗运动是由于液体各部分的温度不同而引起的d 布朗运动是由液体分子从各个方向对悬浮粒子撞击作用的不平衡引起的 解析 选d 布朗运动是悬浮在液体 或气体 中的微小粒子的无规则运动 是由液体分子对微小粒子的撞击作用的不平衡产生的 不是液体分子的无规则运动 选项a c错误 d正确 温度越高 分子运动速率越大 对微小粒子的冲量越大 布朗运动越剧烈 粒子越小 惯性越小 运动状态越容易改变 受撞击后加速度越大 运动越剧烈 所以液体温度越高 悬浮粒子越小 布朗运动越剧烈 选项b错误 5 已知铜的密度为8 9 103kg m3 原子量为64 通过估算可知铜中每个铜原子所占体积为 a 7 10 6m3b 1 10 29m3c 1 10 26m3d 8 10 24m3 解析 选b 铜的摩尔体积v 7 10 6m3 每个铜原子所占体积v 1 10 29m3 6 2012 四川高考 物体由大量分子组成 下列说法正确的是 a 分子热运动越剧烈 物体内每个分子的动能越大b 分子间引力总是随着分子间的距离减小而减小c 物体的内能跟物体的温度和体积有关d 只有外界对物体做功才能增加物体的内能 解析 选c 因为温度是物体分子平均动能的标志 温度越高 表明分子热运动越剧烈 但并不是每个分子的动能都增大 所以a错 当分子之间的距离r r0时 随着分子之间距离的减小 引力和斥力同时增大 当分子之间的距离r r0时 随着分子之间距离的增大 引力和斥力同时减小 所以b错 物体的内能跟物体的温度和体积都有关系 c正确 做功和热传递是改变物体内能的两种方式 物体吸热也可以增加物体的内能 d错误 所以答案选c 7 2012 泉州模拟 从微观的角度来看 一杯水是由大量水分子组成的 下列说法中正确的是 a 当这杯水静止时 水分子也处于静止状态b 水的温度越高 水分子的平均动能越大c 每个水分子都在运动 且速度大小相等d 这些水分子的动能总和就是这杯水的动能 解题指南 解答本题应明确以下两个方面 1 分子的动能与分子的平均动能是个体与整体的关系 它们遵循统计规律 2 机械能和内能本质不同 影响因素不同 解析 选b 水分子在永不停息地做无规则运动 且运动速率按一定统计规律分布 a c错 水的温度越高 分子平均动能越大 但水的动能是水整体运动时具有的能 b对d错 故选b 8 如图所示 设有一分子位于图中的坐标原点o处不动 另有一分子可位于x轴上不同位置处 图中纵坐标表示这两个分子力的大小 两条曲线分别表示斥力和引力的大小随两分子间距离变化的关系 e为两条曲线的交点 则 填选项前的字母 a ab表示引力 cd表示斥力 e点的横坐标可能为10 15mb ab表示斥力 cd表示引力 e点的横坐标可能为10 10mc ab表示引力 cd表示斥力 e点的横坐标可能为10 10md ab表示斥力 cd表示引力 e点的横坐标可能为10 15m 解析 选c 分子斥力和分子引力相等时分子间的距离大约为10 10m 由此可知a d错误 当分子间的距离大于10 10m时 分子间的作用力表现为引力 所以曲线ab表示分子引力 cd表示分子斥力 选项c正确 b错 9 2013 常熟模拟 如图所示 甲分子固定在坐标原点o 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与引力的合力f合的变化情况 若把乙分子由静止释放 则乙分子 a 运动到r2位置时 速度最大b 从r3到r2做加速运动 从r2到r1做减速运动c 从r3到r1分子势能先减少后增加d 从r3到r1分子势能减少 解析 选d 从r3到r1的整个过程中 分子力始终表现为引力 乙分子一直做加速运动 因为分子力做正功 所以分子动能增大 分子势能逐渐减少 选项b c错误 选项d正确 再从r1到o的过程中 分子力表现为斥力 乙分子做减速运动 所以在运动到r1位置时 速度最大 选项a错误 10 气体内能是所有气体分子热运动动能和势能的总和 其大小与气体的状态有关 分子热运动的平均动能与分子势能分别取决于气体的 a 温度和体积b 体积和压强c 温度和压强d 压强和温度 解析 选a 由于温度是分子平均动能的标志 所以气体分子的动能宏观上取决于温度 分子势能是由分