高考物理一轮总复习 第1讲 热学 分子动理论、内能课件 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 知识点1分子动理论的基本观点和实验依据阿伏伽德罗常数 1 物体是由大量分子组成的 1 分子很小 直径数量级为 m 质量数量级为 kg 2 分子数目特别大 阿伏伽德罗常数na mol 1 10 10 10 27 10 26 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 运动 这种运动跟温度 a 有关b 无关 无规则 明显 激烈 微粒 固体小颗粒 无规则 a 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像如图所示 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 k 热平衡 t 273 15 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 温度 总和 分子热运动 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 知识点3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 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 思考辨析 1 分子质量的数量级一定为10 26kg 2 布朗运动的激烈程度与温度有关 3 分子间斥力随分子间距的增大而增大 4 33 240k 5 分子动能指的是由于分子定向移动具有的能 6 当分子力表现为引力时 分子势能随分子间距离的增大而增大 7 内能相同的物体 它们的分子平均动能一定相同 8 用油膜法估测分子的大小时 痱子粉在水面上不均匀不会影响实验结果 分析 一般分子质量的数量级为10 26kg 氢分子质量的数量级为10 27kg 1 错 温度越高 布朗运动越激烈 2 对 分子间斥力随分子间距离的增大而减小 3 错 由t t 273k 知 4 对 分子动能指的是由于分子做无规则运动而具有的能 5 错 当分子力表现为引力时 分子间距增大时分子力做负功 分子势能增大 6 对 内能相同的物体 是指物体内所有分子的动能和分子势能的总和相同 而它们的分子平均动能却不一定相同 7 错 痱子粉在水面上不均匀会影响油酸在水面上散开 对实验结果有影响 8 错 考点1微观量的估算 考点解读 1 求解分子直径时的两种模型 1 把分子看作球形 2 把分子看作小立方体 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 解题技巧 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 一个分子的体积 注 对气体v0为分子所占空间体积 物体所含的分子数 或 单位质量中所含的分子数 典例透析1 已知汞的摩尔质量为m 200 5 10 3kg mol 密度为 13 6 103kg m3 阿伏伽德罗常数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摩尔汞含有阿伏伽德罗常数个汞原子 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 物质的量乘阿伏伽德罗常数等于什么 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 解析 1 一个汞原子的质量为 2 一个汞原子的体积为 3 1cm3的汞中含汞原子个数 个 答案 1 2 2 10 29m3 3 4 1022个 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 其中阿伏伽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 2014 厦门模拟 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 解析 选c 1g水含有的分子数为则60亿人同时数 每人每小时可以数5000个所需时间年 故选c 考点2物体的内能 考点解读 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 典例透析2 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 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 总结提升 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 2014 莆田模拟 关于物体内能 以下说法正确的是 a 质量 温度和体积都相等的物体具有相同的内能b 物体内能改变时温度不一定改变c 吸收相等热量的物体内能增量一定相等d 内能相等的两物体接触时 不会发生热传递 解析 选b 温度相同时物体分子平均动能相同 但质量 体积相同的不同物体分子数和分子间距离不同 内能可能不同 同理 物体内能改变时温度不一定改变 选项a错误 b正确 发生热传递的条件是有温度差 内能相等的两物体温度不一定相等 选项d错误 改变内能的方式有做功和热传递 吸收相等热量的物体内能增量不一定相等 选项c错误 考点3分子力 分子势能与分子间距离的关系 考点解读 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 拓展延伸 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 典例透析3 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 解题探究 1 试分析分子力做功与分子势能变化的关系 分子力做正功 分子力做负功 2 试分析r r0时分子力和分子势能的大小情况 分子力情况 分子势能情况 3 只有分子力做功时的功能关系如何 提示 分子动能和分子势能之和守恒 分子势能减少 分子势能增加 分子引力等于分子斥力 分子力为零 分子势能最小 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 总结提升 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 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 选b 当r r0时引力与斥力的合力为零 即分子力为零 a d错 当分子间的距离大于或小于r0时 分子力做负功 分子势能增加 r r0时分子势能最小 b对 c错 1 已知铜的密度为8 9 103kg m3 相对原子质量为64 通过估算可知铜中每个铜原子所占的体积为 a 1 10 28m3b 1 10 29m3c 1 10 26m3d 8 10 24m3 解析 选b 铜的摩尔体积 每个铜原子所占的体积 b项正确 2 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 3 下列说法正确的是 a 布朗运动就是液体分子的无规则运动b 物体的温度越高 其分子的平均动能越大c 物体里所有分子动能的总和叫做物体的内能d 只有通过热传递的方式才能改变物体的内能 解析 选b 布朗运动是液体分子撞击悬浮微粒不平衡引起的微粒的无规则运动 a错 温度是分子平均动能的标志 的温度越高 分子的平均动能越大 b对 物体里所有分子动能和分子势能的总和叫做物体的内能 c错 做功和热传递都可以改变物体的内能 d错 4 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 5 2013 新课标全国卷 改编 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 下列说法错误的是 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 分子势能和动能之和不变 解析 选a 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 分子力先表现为引力后表现为斥力 分子间距离r r0时为引力 随着距离r的减小 引力先增大后减小 分子间距离r r0时为斥力 斥力一直增大至最大 故选项a错 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 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d正确 6 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表示阿伏伽德罗常数 m v分别表示每个水分子的质量和体积 下面关系错误的有 解析 选b 由于 v 则变形得故a d正确 由于分子之间有空隙 所以nav v 水的密度为 故c正确 b错误 所以选b 7 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 8 分子势能与分子力随分子间距离r变化情况如图甲所示 甲分子固定在坐标原点o 只在两分子间的作用力作用下 乙分子沿x轴方向运动 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 设分子间在移动过程中所具有的总能量为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 解析 选d 乙分子在p点时 分子势能最小 此时r r0 分子力