复习方略高考物理一轮复习 1分子动理论 内能课件 沪科版选修33.ppt

选修3 3热学第1讲分子动理论内能 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 思维激活1 多选 如图所示是做布朗运动的小微粒运动路线记录的放大图 小微粒在a点开始计时 每隔30s记下小微粒所在的一个位置 得到b c d e f g h i j k等点 则关于小微粒在75s末时的位置 以下叙述正确的是 a 一定在cd连线的中点b 一定不在cd连线的中点c 可能在cd连线上 但不一定在cd连线中点d 可能在cd连线以外的某点上 解析 选c d 本题考查对布朗运动的正确理解 题图中各点连线不是微粒的运动轨迹 它是每隔一小段时间对观察到的微粒的位置和移动的顺序而作的连线 微粒在大量无规则运动的液体分子的冲击力作用下 它的运动是无规则的 即使在短短30s内 它也不是按图示的折线运动 故75s时一定在哪个位置就不能肯定 因此 在第75s末 小微粒可能在cd连线上 但不一定在cd中点 也可能在cd连线外的位置 知识梳理 1 物体是由大量分子组成的 1 多数分子大小的数量级为 m 2 一般分子质量的数量级为 kg 3 阿伏加德罗常数na mol 1 10 10 10 27 10 26 6 02 1023 2 分子永不停息地做无规则热运动 1 扩散现象 由于分子的无规则运动而产生的物质迁移现象 温度越 扩散越快 2 布朗运动 在显微镜下看到的悬浮在液体中的 的永不停息的无规则运动 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 高 固体颗粒 液体内部的分子 小 高 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 3 分子力随分子间距离的变化图像如图所示 减小 增大 斥力 斥力 引力 0 知识点2温度是分子平均动能的标志 内能 思维激活2 多选 如图所示分别表示两个分子之间分子力和分子势能随分子间距离变化的图像 由图像判断以下说法中正确的是 a 当分子间距离为r0时 分子力和分子势能均最小且为零b 当分子间距离r r0时 分子力随分子间距离的增大而增大c 当分子间距离r r0时 分子势能随分子间距离的增大而增加d 当分子间距离r r0时 分子间距离逐渐减小 分子力逐渐增大 分子势能逐渐增加 解析 选c d 由题图可知 当分子间距离为r0时 分子力和分子势能均达到最小 但此时分子力为零 而分子势能不为零 当分子间距离r r0时 分子力随分子间距离的增大先增大后减小 此时分子力做负功 分子势能增加 当分子间距离r r0时 分子间距离逐渐减小 分子力逐渐增大 而此过程中分子力做负功 分子势能增加 知识梳理 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 k 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 热平衡 t 273 15 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 相对位置 分子间距离 体积 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 a 有关b 无关 动能 分子势能 温度 体积 b 微点拨 1 对分子动理论的三点提醒 1 球体和立方体只是分子的理想模型 2 布朗运动不是分子的运动 而是固体颗粒的运动 3 分子间距为r0时 引力和斥力大小相等 并不是无引力和斥力 2 关于内能的三个易错点 1 温度低的物体 分子运动的平均动能小 但平均速率不一定小 2 物体的体积增大 物体的分子势能不一定增大 3 物体运动得越来越快 其内能有可能变化 也可能不变 考点1微观量的估算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 解题技巧 3 关系 1 分子的质量 2 分子的体积 3 物体所含的分子数 或 4 分子的两种模型 1 球体模型直径 常用于固体和液体 2 立方体模型边长 常用于气体 对于气体分子 的值并非气体分子的大小 而是两个相邻的气体分子之间的平均距离 题组通关方案 典题1 多选 2014 黄冈模拟 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不可能表示为 典题解析 选a d 气体分子间距离很大 气体的体积并不等于每个分子的体积之和 a错 气体的质量等于每个分子质量之和 c对 由于m v b对 气体的密度是对大量气体分子而言的 一个分子质量m v0 d错 典题2 2014 青岛模拟 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 典题解析 1 一个汞原子的质量为 2 一个汞原子的体积为 2 10 29m3 3 1cm3的汞中含汞原子个数n 4 1022 个 答案 1 2 2 10 29m3 3 4 1022个 加固训练 1 2014 日照模拟 钻石是首饰和高强度钻头 刻刀等工具中的主要材料 设钻石的密度为 单位为kg m3 摩尔质量为m 单位为g mol 阿伏加德罗常数为na 已知1克拉 0 2克 则 a a克拉钻石所含有的分子数为b a克拉钻石所含有的分子数为c 每个钻石分子直径的表达式为 单位为m d 每个钻石分子直径的表达式为 单位为m 解析 选c a克拉钻石物质的量为所含分子数为钻石的摩尔体积为 单位为m3 mol 每个钻石分子体积为设钻石分子直径为d 则所以分子的直径故a b d错误 c正确 2 已知金刚石的密度为 3 5 103kg m3 现有一块体积为4 0 10 8m3的金刚石 它含有多少个碳原子 假如金刚石中的碳原子是紧密地挨在一起的 试估算碳原子的直径 保留两位有效数字 解析 先求这块金刚石的质量m v 3 5 103 4 0 10 8kg 1 4 10 4kg这块金刚石的物质的量 1 17 10 2mol这块金刚石所含的碳原子数n nna 1 17 10 2 6 02 1023个 7 0 1021个一个碳原子的体积为 5 7 10 30m3 把金刚石中的碳原子看成球体 则由可得碳原子直径为 2 2 10 10m答案 7 0 1021个2 2 10 10m 学科素养升华 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 考点2物体的内能1 物体的内能与机械能的比较 对比分析 2 内能和热量的比较 题组通关方案 典题3 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 典题解析 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 典题4 多选 2014 济宁模拟 下列说法正确的是 a 内能不同的物体 它们分子热运动的平均动能可能相同b 物体的机械能增大时 其内能一定增大c 当物体膨胀时 物体分子之间的势能减小d 一定质量100 的水变成100 的水蒸气 其分子之间的势能增加 典题解析 选a d 物体的内能是势能和动能的总和 温度是分子平均动能的标志 只要温度相同分子的平均动能就相同 所以a正确 物体的机械能变化时内能不一定变化 b错误 非理想气体膨胀时 分子力做负功 分子势能增加 物体膨胀时 分子间距离增大 分子力做功情况不确定 所以分子势能如何变化不确定 故c错误 100 的水变成100 的水蒸气时会吸收热量 而温度不变 所以分子的平均动能不变 根据能量守恒定律可知分子间势能一定增加了 d正确 加固训练 1 下列说法中正确的是 a 将物体以一定初速度竖直向上抛出 物体在上升阶段 其分子势能越来越大b 温度低的物体分子运动的平均速率小c 物体做加速运动时速度越来越大 物体内分子的平均动能也越来越大d 物体体积改变 内能可能不变 解析 选d 物体上升增加的是重力势能 与分子势能无关 故a错 温度低的物体分子平均动能小 但由于不同物质的分子质量不同 所以温度低的物体分子平均速率不一定小 b错 物体做加速运动时 速度增大 机械能中的动能增大 但分子热运动的平均动能与机械能无关 而与温度有关 故c错 物体体积改变 分子势能改变 但内能不一定改变 d对 2 下列说法中正确的是 a 若把氢气和氧气看作理想气体 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 质量大的物体内能一定大d 把物体缓慢举高时 物体的机械能增加 内能不变 解析 选d 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 的水放出热量凝固成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 物体的质量大 分子的动能与势能之和不一定大 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 学科素养升华 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四点 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 考点3分子力 分子势能与分子间距离的关系分子力f 分子势能ep与分子间距离r的关系图线如图所示 取无穷远处分子势能ep 0 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 拓展延伸 题组通关方案 典题5 多选 2014 济南模拟 根据分子动理论和分子内能的规律 分子力和分子势能都与分子间的距离r有关 如图所示是分子的某物理量随分子间距离变化的图像 关于该图像的信息 下列说法正确的是 a 若a是分子力随r变化的图线 则b可能是分子势能随r变化的图线b 若a是分子势能随r变化的图线 则b可能是分子力随r变化的图线c 若a是分子势能随r变化的图线 则当分子间的距离r r1时 分子引力小于分子斥力d 若a是分子力随r变化的图线 则当分子间的距离r r1时 分子引力小于分子斥力e 分子间的距离r r1时的分子引力大于分子间的距离r r0时的分子引力 典题解析 选b c e 根据分子动理论可知 当分子间的距离r等于平衡位置距离时 分子引力等于分子斥力 分子力为0 分子势能最小 所以a错 b对 当分子间的距离r小于平衡位置距离时 分子引力小于分子斥力 c对 d错 根据分子动理论 分子引力和斥力都随分子间的距离r的增大而减小 e对 典题6 多选 2012 海南高考 两分子间的斥力和引力的合力f与分子间距离r的关系如图中曲线所示 曲线与r轴交点的横坐标为r0 相距很远的两分子在分子力作用下 由静止开始相互接近 若两分子相距无穷远时分子势能为零 下列说法正确的是 a 在r r0阶段 f做正功 分子动能增加 势能减小b 在r r0阶段 f做负功 分子动能减小 势能减小c 在r r0时 分子势能最小 动能最大d 在r r0时 分子势能为零e 分子动能和势能之和在整个过程中不变 典题解析 选a c e 在r r0时 分子作用力表现为引力 在两分子靠近时 引力做正功 分子势能减小 分子动能增加 选项a正确 在r r0时 分子作用力表现为斥力 在两分子靠近时 斥力做负功 分子势能增大 分子动能减小 选项b错误 在r r0时 引力和斥力相等 分子力为零 分子势能最小 分子动能最大 选项c正确 d错误 只有分子力做功 分子势能和分子动能之和保持不变 选项e正确 加固训练 1 多选 2013 新课标全国卷 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 分子势能和动能之和不变 解析 选b c e 两分子从相距较远处仅在分子力作用下由静止开始运动 直至不再靠近的过程中 分子力先是分子引力后是分子斥力 分子间距离r r0时为引力 随着距离r的减小 分子引力先增大后减小 分子间距离r r0时为斥力 分子斥力一直增大至最大 故选项a错误 在两分子靠近的过程中 分子引力做正功 分子斥力做负功 分子势能先减小后增大 分子动能先增大后减小 所以选项b c正确 选项d错误 分子仅在分子力作用下运动 只有分子力做功 分子势能和动能之和不变 选项e正确 2 多选 2014 宁波模拟 如图 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 乙分子由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 乙分子由a到b的过程中 两分子间的分子势能一直减少d 乙分子由b到d的过程中 两分子间的分子势能一直增加 解析 选b c 乙分子从a到b 再到c的过程中 分子之间均表现为引力 显然乙分子始终做加速运动 且到达c点速度最大 故a错 b正确 乙分子从a到b的过程 分子的引力一直做正功 因此 两分子间的分子势能一直减少 故c正确 乙分子由b到c的过程 分子引力仍然做正功 故两分子间的分子势能仍在减少 从c到d的过程 分子间的斥力做负功 则分子间的势能增加 故d项错 学科素养升华 判断分子势能变化的两种方法方法一 根据分子力做功判断 分子力做正功 分子势能减小 分子力做负功 分子势能增加 方法二 利用分子势能与分子间距离的关系图线判断 如图所示 但要注意此图线和分子力与分子间距离的关系图线形状虽然相似 但意义不同 不要混淆 考点4实验 用油膜法估测分子的大小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 将油酸分子看作球形 测出一定体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积 用计算出油膜的厚度 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 深化理解 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 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 4 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 5 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的误差主要有两个方面 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 题组通关方案 典题7 2014 漳州模拟 为了减小 用油膜法估测分子的大小 的误差 下列方法可行的是 a 用注射器向量筒里滴100滴油酸酒精溶液 并读出量筒里这些溶液的体积v1 则每滴油酸酒精溶液的体积b 把浅盘水平放置 在浅盘里倒入一些水 使水面离盘口距离小一些c 先在浅盘水中撒些痱子粉 再用注射器把油酸酒精溶液滴4滴在水面上d 用牙签把水面上的油膜尽量拨弄成矩形 典题解析 选b 测一滴油酸酒精溶液的体积时 滴数是准确的 误差主要是出在读n滴溶液的体积 如果不是整体积数 那么读数的体积误差就加大了 应数出量筒里每增加一个整体积数 量筒的最小分度 所滴入的滴数 a错 把浅盘水平放置 在浅盘里倒入一些水 使水面离盘口距离小一些 在玻璃板上画油膜轮廓时 画出的油膜轮廓较准确 可减小实验误差 b对 多滴几滴确实对测量形成油膜的体积会精确些 但多滴以后会使油膜面积增大 可能使油膜与浅盘的壁接触 这样油膜就不是单分子油膜了 c错 用牙签拨弄油膜会影响其厚度和体积 d错 故选b 典题8 在 用油膜法估测分子的大小 的实验中 所用油酸酒精溶液的浓度为每104ml溶液中有纯油酸6ml 用注射器测得1ml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 用彩笔在玻璃板上描出油膜的轮廓 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1cm 则 1 油酸薄膜的面积是cm2