（鲁京津琼）2020版高考物理总复习第十二章热学第1讲分子动理论内能教案.docx

分子动理论 内能高考导航考点内容高考(全国卷)三年命题情况对照分析201620172018命题热点分子动理论与统计观点分子动理论的基本观点和实验依据卷T33(1)：内能及热力学定律T33(2)：玻意耳定律、平衡条件卷T33(1)：pT图象、气体三定律、热力学第一定律T33(2)：玻意耳定律、变质量问题卷T33(1)：内能、热力学第一定律T33(2)：玻意耳定律、变质量问题卷T33(1)：分子动理论、气体分子速率分布曲线、温度T33(2)：玻意耳定律、查理定律T33(1)：内能、热力学第一定律T33(2)：理想气体状态方程、平衡条件卷T33(1)：pV图象、热力学第一定律T33(2)：玻意耳定律、气体压强的计算卷T33(1)：TV图象、热力学第一定律、查理定律T33(2)：玻意耳定律、平衡条件卷T33(1)：气体的内能T33(2)：查理定律、盖吕萨克定律、气体做功卷T33(1)：pV图象、理想气体状态方程、热力学第一定律T33(2)：玻意耳定律、平衡条件(1)分子动理论、内能(2)固体和液体的性质(3)气体实验定律及理想气体状态方程(4)气体的图象问题(5)热力学定律(6)气体实验定律与热力学定律的综合阿伏加德罗常数气体分子运动速率的统计分布温度、内能固体、液体与气体固体的微观结构、晶体和非晶体液晶的微观结构液体的表面张力现象气体实验定律理想气体热力学定律与能量守恒热力学第一定律能量守恒定律热力学第二定律实验一：用油膜法估测分子的大小实验二：探究气体压强与体积的关系第1讲分子动理论内能知识排查分子动理论的基本观点、阿伏加德罗常数物体的内能温度小题速练1.思考判断(1)1 g水含的水分子数与1 g酒精含的酒精分子数相等。()(2)若体积为V的氧气中含氧气分子个数为N，则每个氧气分子的体积近似为。()(3)布朗运动是花粉颗粒分子的运动。()(4)分子间同时存在着引力和斥力，当分子间距离增大，引力和斥力同时减小，若引力大于斥力，则分子力体现为引力。()(5)分子间存在分子势能，随着分子间距离增大分子势能增大。()答案(1)(2)(3)(4)(5)2.(多选)关于温度和内能的理解，下列说法正确的是()A.温度是分子平均动能的标志，物体温度高，则物体的分子平均动能大B.系统的内能是由系统的状态决定的C.做功可以改变系统的内能，但是单纯地对系统传热不能改变系统的内能D.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解析温度是分子平均动能的标志，选项A正确；系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理量，所以是由系统的状态决定的，选项B正确；做功和热传递都可以改变系统的内能，选项C错误；质量和温度相同的氢气和氧气的平均动能相同，但它们的物质的量不同，内能不同，选项D错误。答案AB3.下列有关热现象和内能的说法中正确的是()A.把物体缓慢举高，其机械能增加，内能也增加B.盛有气体的容器做加速运动时，容器中气体的内能必定会随之增大C.电流通过电阻后电阻发热，它的内能增加是通过“做功”方式实现的D.分子间引力和斥力相等时，分子势能最大解析把物体缓慢举高，外力做功，其机械能增加，由于温度不变，物体内能不变，选项A错误；物体的内能与物体做什么性质的运动没有直接关系，选项B错误；电流通过电阻后电阻发热，是通过电流“做功”的方式改变电阻内能的，选项C正确；根据分子间作用力的特点，当分子间距离等于r0时，引力和斥力相等，不管分子间距离从r0增大还是减小，分子间作用力都做负功，分子势能都增大，故分子间距离等于r0时分子势能最小，选项D错误。答案C微观量的估算1.微观量与宏观量(1)微观量：分子体积V0、分子直径d、分子质量m0等。(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Mm、物体的密度等。2.分子的两种模型(1)球体模型：直径d(常用于固体和液体)。(2)立方体模型：边长d(常用于气体)。3.几个重要关系阿伏加德罗常数是联系微观量与宏观量的“桥梁”。(1)一个分子的质量：m0。(2)一个分子的体积：V0(注意：对于气体，V0表示一个气体分子平均占有的空间)。(3)1 mol物质的体积：Vmol。(4)质量为M的物体中所含的分子数：nNA。(5)体积为V的物体中所含的分子数：nNA。1.(多选)某气体的摩尔质量为M，分子质量为m。若1摩尔该气体的体积为Vm，密度为，则该气体单位体积分子数为(阿伏加德罗常数为NA)()A. B. C. D.解析1摩尔该气体的体积为Vm，则单位体积分子数为n，气体的摩尔质量为M，分子质量为m，则1 mol气体的分子数为NA，可得n，单位体积的质量等于单位体积乘以密度，质量除以摩尔质量等于摩尔数，则有n，选项D错误，A、B、C正确。答案ABC2.已知地球大气层的厚度h远小于地球半径R，空气平均摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，地面大气压强为p0，重力加速度大小为g。由此可估算得，地球大气层空气分子总数为_，空气分子之间的平均距离为_。解析设大气层中气体的质量为m，由大气压强的产生知，mgp0S，即m分子数n，假设每个分子占据一个小立方体，各小立方体紧密排列，则小立方体边长即为空气分子平均间距，设为a，大气层中气体总体积为V，a，而V4R2h，所以a 。答案扩散现象、布朗运动与分子热运动扩散现象、布朗运动与热运动的比较现象扩散现象布朗运动热运动活动主体分子固体微小颗粒分子区别是分子的运动，发生在固体、液体、气体任何两种物质之间是比分子大得多的颗粒的运动，只能在液体、气体中发生是分子的运动，不能通过光学显微镜直接观察到共同点(1)都是无规则运动；(2)都随温度的升高而更加激烈联系扩散现象、布朗运动都反映了分子做无规则的热运动1.(2017北京理综)以下关于热运动的说法正确的是()A.水流速度越大，水分子的热运动越剧烈B.水凝结成冰后，水分子的热运动停止C.水的温度越高，水分子的热运动越剧烈D.水的温度升高，每一个水分子的运动速率都会增大解析分子运动的快慢只与温度有关，与物体速度无关，温度越高，分子热运动越剧烈，选项A错误，C正确；水凝结成冰后，水分子的热运动仍存在，选项B错误；热运动是大量分子运动的统计规律，即温度是分子平均动能的标志，所以温度升高，分子的平均动能增大 ，并不代表每一个分子的动能都增大，选项D错误。答案C2.(2016北京理综)雾霾天气是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述，是特定气候条件与人类活动相互作用的结果。雾霾中，各种悬浮颗粒物形状不规则，但可视为密度相同、直径不同的球体，并用PM10、PM2.5分别表示直径小于或等于10 m、2.5 m的颗粒物(PM是颗粒物的英文缩写)。某科研机构对北京地区的检测结果表明，在静稳的雾霾天气中，近地面高度百米的范围内，PM10的浓度随高度的增加略有减小，大于PM10的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小，且两种浓度分布基本不随时间变化。据此材料，以下叙述正确的是()A.PM10表示直径小于或等于1.0106 m的悬浮颗粒物B.PM10受到的空气分子作用力的合力始终大于其所受到的重力C.PM10和大悬浮颗粒物都在做布朗运动D.PM2.5的浓度随高度的增加逐渐增大解析PM10颗粒物的直径为10106 m1.0105 m，选项A错误；PM10受到空气分子作用力的合力总是在不停地变化，并不一定始终大于重力，选项B错误；PM10和大量悬浮颗粒物受到空气分子不停地碰撞做无规则运动，即布朗运动，选项C正确；PM2.5浓度在百米的高度内基本是均匀分布的，选项D错误。答案C分子力、分子势能和物体的内能1.分子力及分子势能比较分子力F分子势能Ep图象随分子间距离的变化情况rr0r增大，F先增大后减小，表现为引力r增大，F做负功，Ep增大rr0F引F斥，F0Ep最小，但不为零r10r0引力和斥力都很微弱，F0Ep02.分析物体内能问题的四点提醒(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)温度是分子热运动平均动能的标志，相同温度的任何物体，分子热运动的平均动能相同。【例1】 (2019廊坊模拟)两分子间的分子势能Ep与分子间距离r的关系如图1中曲线所示。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()图1A.在rr0阶段，F做正功，分子动能增加，势能增加B.在rr0阶段，当r减小时F做正功，分子势能减小，分子动能增加，选项A错误；在rr0分子之间不存在斥力而只存在引力B.分子间距离减小时，分子力一直做正功C.分子间距离增大时，分子势能一直减小D.分子间距离增大时，可能存在分子势能相等的两个位置解析分子之间的引力和斥力是同时存在的，选项A错误；若分子间距离小于平衡位置间距，分子力表现为斥力，则随分子间距离减小，分子力做负功，选项B错误；若分子间距离大于平衡位置间距，则随分子间距离增大，分子势能增大，选项C错误；若分子间距离从很小增大到很大的过程中，分子势能先减小后增大，可能存在分子势能相等的两个位置，选项D正确。答案D3.(多选)下列关于温度及内能的说法中正确的是()A.温度是分子平均动能的标志，所以两个动能不同的分子相比，动能大的分子温度高B.两个不同的物体，只要温度和体积相同，内能就相同C.质量和温度相同的冰和水，内能不同D.温度高的物体不一定比温度低的物体内能大解析温度是大量分子热运动的客观体现，单个分子不能比较温度高低，选项A错误；物质的内能由温度、体积、物质的量及物态共同决定，选项B错误，C正确；质量不确定，只知道温度的关系，不能确定内能的大小，选项D正确。答案CD实验：用油膜法估测分子的大小1.基本原理与操作装置及器材操作要领(1)干净：实验用具要擦洗干净。(2)适量：痱子粉和油酸的用量都不可太大，否则不易成功。(3)适宜：油酸酒精溶液的浓度以小于0.1%为宜。(4)水平、垂直：浅盘要水平放置，以便准确地画出薄膜的形状，画线时视线应与板面垂直。(5)稳定：要待油膜形状稳定后再画轮廓。(6)数格数：数出正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个。2.数据处理与误差分析(1)数据处理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S。方法是计算轮廓范围内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个，把正方形的个数乘以单个正方形的面积就是油膜的面积。根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V，利用一滴溶液中纯油酸的体积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。看分子直径数量级(单位为m)是否为1010，若不是1010需重做实验。(2)误差分析纯油酸体积的计算引起误差。油膜面积的计算造成误差。a.油膜形状的边界画线造成误差。b.数格子的个数所造成的误差。【例2】 油酸酒精溶液的浓度为每1000 mL油酸酒精溶液中有油酸0.6 mL，现用滴管向量筒内滴加50滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加了1 mL，若把一滴这样的油酸酒精溶液滴入足够大盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成的油膜的形状如图2所示。若每一小方格的边长为25 mm，试问：图2(1)这种估测方法是将每个油酸分子视为_模型，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为_油膜，这层油膜的厚度可视为油酸分子的_。图中油酸膜的面积为_m2；每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是_m3；根据上述数据，估测出油酸分子的直径是_ m。(结果保留2位有效数字)(2)某同学在实验过程中，在距水面约2 cm的位置将一滴油酸酒精溶液滴入水面形成油膜，实验时观察到，油膜的面积先扩张后又收缩了一些，这是为什么呢？请写出你分析的原因： _。解析(1)油膜面积约占55小格，面积约为S552525106 m23.4102 m2，一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为V106 m31.21011m3油酸分子的直径约等于油膜的厚度d m3.51010 m。(2)主要有两个原因：水面受到落下的油酸酒精溶液的冲击，先陷下后又恢复水平；油酸酒精溶液中的酒精挥发，使液面收缩。答案(1)球体单分子直径3.41021.210112.71010(2)见解析1.(2019苏州模拟)(1)如图3所示的四个图反映“用油膜法估测分子的大小”实验中的四个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是_(用符号表示)。图3(2)用“油膜法”来粗略估测分子的大小，是通过一些科学的近似处理，这些处理有：_。解析(1)用“油膜法估测分子的大小”实验步骤为：配制油酸酒精溶液测定一滴油酸酒精溶液的体积准备浅水盘形成油膜描绘油膜边缘测量油膜面积计算分子直径。很显然操作先后顺序排列应是dacb。(2)在“用油膜法估测分子的大小”实验中，我们的实验依据是：油膜是呈单分子分布的；把油酸分子看成球形；分子之间没有空隙。答案(1)dacb(2)把在水面上尽可能扩散开的油膜视为单分子油膜，把形成油膜的分子看作紧密排列的球形分子2.测量分子大小的方法有很多，如油膜法、显微法。(1)在“用油膜法估测分子大小”的实验中，用移液管量取0.25 mL油酸，倒入标注250 mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250 mL的溶液。然后用滴管吸取这种溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面达到量筒中1 mL的刻度，再用滴管取配好的油酸溶液，向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下2滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待油膜稳定后，放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜，如图4甲所示。坐标格的正方形大小为2 cm2 cm。由图可以估算出油膜的面积是_ cm2，由此估算出油酸分子的直径是_ m(保留1位有效数字)。图4(2)如图乙是用扫描隧道显微镜拍下的一个“量子围栏”的照片。这个量子围栏是由48个铁原子在铜的表面排列成直径为1.43108 m的圆周而组成的。由此可以估算出铁原子的直径约为_ m(结果保留2位有效数字)。解析(1)数油膜所占的正方形格数，大于半格的算一格，小于半格的舍去，得到油膜的面积S642 cm2 cm256 cm2。溶液浓度为，每滴溶液体积为 mL，2滴溶液中所含油酸体积为V2105cm3。油膜厚度即油酸分子的直径是d81010 m。(2)直径为1.43108 m的圆周周长为ld4.5108 m，可以估算出铁原子的直径约为d m9.41010 m。答案(1)25681010(2)9.41010活页作业(时间：30分钟)基础巩固练1.(多选)(2019威海质检)若以M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表示阿伏加德罗常数，m0、V0分别表示每个水分子的质量和体积，下面关系正确的有()A.NA B.C. D.m0解析由于MV，则NA，变形得m0，选项A、D正确；由于水蒸气分子之间空隙大，所以NAV0V，水的密度为，选项B错误，C正确。答案ACD2.(多选)关于扩散现象，下列说法正确的是()A.温度越高，扩散进行得越快B.扩散现象是不同物质间的一种化学反应C.扩散现象是由物质分子无规则运动产生的D.扩散现象在气体、液体和固体中都能发生解析根据分子动理论，温度越高，扩散进行得越快，故A正确；扩散现象是由物质分子无规则运动产生的，不是化学反应，故B错误，C正确；扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，故D正确。答案ACD3.下列说法中正确的是()A.物体温度降低，其分子热运动的平均动能增大B.物体温度升高，其分子热运动的平均动能增大C.物体温度降低，其内能一定增大D.物体温度不变，其内能一定不变解析温度升高，分子热运动的平均动能增大；温度降低，分子热运动的平均动能减小，选项A错误，B正确；影响物体内能的因素有温度、体积、物质的量及物态，所以只根据温度变化情况无法判断内能的变化情况，选项C、D错误。答案B4.对于分子动理论和物体内能的理解，下列说法正确的是()A.温度高的物体内能一定大，分子平均动能一定大B.外界对物体做功，物体内能一定增加C.温度越高，布朗运动越显著D.当分子间的距离增大时，分子间作用力就一直减小解析温度高的物体分子平均动能一定大，但是内能不一定大，选项A错误；外界对物体做功，若物体同时向外散热，物体内能不一定增加，选项B错误；温度越高，布朗运动越显著，选项C正确；当分子间的距离增大时，分子间作用力可能先增大后减小，选项D错误。答案C5.(多选)当两分子间距为r0时，它们之间的引力和斥力相等。关于分子之间的相互作用，下列说法正确的是()A.当两个分子间的距离小于r0时，分子间只存在斥力B.当两个分子间的距离大于r0时，分子间引力大于斥力C.两个分子间的距离由无限远逐渐减小到rr0的过程中，分子间相互作用力先增大后减小，表现为引力D.两个分子间的距离等于r0时，分子势能最小解析当两个分子间的距离小于r0时，分子间斥力大于引力，选项A错误；当两个分子间的距离大于r0时，分子间斥力小于引力，选项B正确；两个分子间的距离由无限远逐渐减小到rr0的过程中，分子间相互作用力先增大后减小，表现为引力，选项C正确；两个分子间的距离等于r0时，分子势能最小，选项D正确。答案BCD6.(多选)(2019广州模拟)有关分子的热运动和内能，下列说法正确的是()A.一定质量的气体，温度不变，分子的平均动能不变B.物体的温度越高，分子热运动越剧烈C.物体的内能是物体中所有分子热运动动能和分子势能的总和D.布朗运动是由悬浮在液体中的微粒之间的相互碰撞引起的解析温度是分子平均动能的标志，则一定质量的气体，温度不变，分子的平均动能不变，选项A正确；物体的温度越高，分子热运动越剧烈，选项B正确；物体的内能是物体中所有分子热运动动能和分子势能的总和，选项C正确；布朗运动是液体分子对悬浮在液体中的微粒频繁碰撞引起的，选项D错误。答案ABC7.(2018温州调研)下列说法正确的是()A.显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这反映了液体分子运动的无规则性B.分子间的相互作用力随着分子间距离的增大，一定先减小后增大C.随着分子间距离的增大分子势能一定先减小后增大D.当温度升高时，物体内每一个分子热运动的速率一定都增大解析布朗运动是固体颗粒在液体中的运动，反应液体分子的运动，故显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这反映了液体分子运动的无规则性，故选项A正确；分子间距离rr0时，分子力随r增大减小，分子势能减小，当rr0时，分子力等于零，分子势能最小，然后随r增大分子力先增大再减小，分子势能逐渐增大，故选项B、C错误；温度升高，分子平均动能增大，但单个分子运动情况不确定，选项D错误。答案A8.下列说法正确的是()A.已知某固体物质的摩尔质量、密度和阿伏加德罗常数，可以计算出分子大小B.布朗运动表明组成微粒的分子在做无规则运动C.已知某物质的摩尔质量和分子质量，不能计算出阿伏加德罗常数D.物体运动的速率越大，其内部的分子热运动就越剧烈解析已知某固体物质的摩尔质量和密度，可以算出物质的摩尔体积，再除以阿伏加德罗常数就能计算出分子体积，进而计算出分子大小，选项A正确；布朗运动表明微粒周围液体的分子在做无规则运动，不能表明组成微粒的分子在做无规则运动，选项B错误；已知某物质的摩尔质量M和分子质量m，可以计算出阿伏加德罗常数NA，选项C错误；物体内部的分子热运动与温度有关，与物体运动的速率无关，选项D错误。答案A9.在“用油膜法估测分子的大小”实验中，用a mL的纯油酸配制成b mL的油酸酒精溶液，再用滴管取1 mL油酸酒精溶液，让其自然滴出，共n滴。现在让其中一滴落到盛水的浅盘内，待油膜充分展开后，测得油膜的面积为S cm2，则：(1)估算出油酸分子的直径大小是_ cm。(2)用油膜法测出油酸分子的直径后，要测定阿伏加德罗常数，还需要知道油滴的_。A.摩尔质量 B.摩尔体积 C.质量 D.体积解析(1)油酸酒精溶液的浓度为，一滴油酸酒精溶液的体积为 mL，一滴油酸酒精溶液含纯油酸 mL，则油酸分子的直径大小为d cm。(2)设一个油酸分子体积为V，由NA可知，要测定阿伏加德罗常数，还需知道油滴的摩尔体积，选项B正确。答案(1)(2)B综合提能练10.(多选)如图1所示，用F表示两分子间的作用力，Ep表示分子间的分子势能，在两个分子之间的距离由10r0变为r0的过程中()图1A.F不断增大 B.F先增大后减小C.Ep不断减小 D.Ep先增大后减小解析分子间的作用力是矢量，其正负不表示大小；分子势能是标量，其正负表示大小。读取图象信息知，由10r0变为r0的过程中，F先增大后变小至0；Ep则不断减小，选项B、C正确，A、D错误。答案BC11.下列说法中正确的是()A.温度高的物体比温度低的物体热量多B.温度高的物体一定比温度低的物体的内能多C.温度高的物体比温度低的物体分子热运动的平均动能大D.相互间达到热平衡的两物体的内能一定相等解析热量是在热传递过程中传递的能量，不是状态量，选项A错误；物体的内能与物体的温度、体积等有关，温度高的物体不一定比温度低的物体的内能多，温度是分子平均动能的标志，温度高的物体比温度低的物体分子热运动的平均动能大，选项B错误，C正确；相互间达到热平衡的两物体的温度一定相等，内能不一定相等，选项D错误。答案C12.(多选)关于分子动理论和物体的内能，下列说法正确的是()A.“油膜法”估测分子大小的实验中，可将纯油酸直接滴入浅盘的水面上B.分子间的引力和斥力都随着分子间距离的增大而减小C.分子间的引力和斥力相等时，分子势能一定为零D.物体温度降低时，其分子热运动的平均动能一定减小解析“油膜法”估测分子大小的实验中，要先撒上痱子粉，将纯油酸滴在痱子粉上，故A错误；分子间的引力和斥力都随着分子间距离的增大而减小