高三物理一轮复习（选修33）热学 第1讲 分子动理论 内能课件.ppt

选修3 3热学第1讲分子动理论内能 知识梳理 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1 物体是由大量分子组成的 阿伏加德罗常数是联系 与微观物理量的桥梁 1mol的任何物质都含有相同的粒子数 通常可取na 宏观物理量 6 02 1023mol 1 2 分子永不停息地做无规则运动 1 扩散现象并不是外界作用引起的 也不是化学反应的结果 而是由物质分子的 产生的 温度越高 扩散越快 无规则运动 2 布朗运动 布朗运动是固体颗粒的运动 反映了液体内部 微粒越小 布朗运动越明显 温度越高 布朗运动 分子 的无规则运动 越剧烈 3 热运动 分子 叫作热运动 分子的无规则运动和温度有关 温度越高 分子无规则运动 永不停息的无规则运动 越剧烈 3 分子间的相互作用力 1 分子间同时存在相互作用的 实际表现出的分子力是 的合力 2 引力和斥力都随分子间距离的减小而 随分子间距离的增大而 斥力比引力变化快 引力和斥力 引力和斥力 增大 减小 3 分子力f与分子间距离r的关系 r0的数量级为10 10m 知识点2温度 内能1 温度 两个系统处于 时 它们必定具有某个共同的热学性质 把表征这一 共同热学性质 的物理量叫作温度 一切达到热平衡状态的系统都具有相同的温度 温度标志物体内部大量分子做无规则运动的 热平衡 剧烈程度 2 摄氏温标和热力学温标 0 沸点 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 温度是 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 分子热运动的平均动能 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 相对位置 2 分子势能的决定因素 微观上 决定于 和分子排列情况 取r 处为零势能处 分子势能ep与分子间距离r的关系如图所示 当r r0时分子势能最小 宏观上 决定于 和状态 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动能与分子势能的总和 是状态量 对于给定的物体 其内能大小由物体的 决定 2 改变物体内能有两种方式 温度和体积 做功和热传递 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 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d 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 单分子油膜 2 实验器材 盛水浅盘 滴管 或注射器 试剂瓶 玻璃板 痱子粉 或细石膏粉 油酸酒精溶液 量筒 彩笔 坐标纸 3 实验步骤 1 取1ml 1cm3 的油酸溶于酒精中 制成200ml的 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 撒在水面上 油酸 酒精溶液 均匀地 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 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 放在坐标纸上 算出油酸薄膜的面积 稳定后 玻璃板 7 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 根据一滴油酸的体积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 易错辨析 1 1g水含的水分子数与1g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 6 用油膜法测分子直径的方法 把酒精撒在水面上只要实验方法得当就可以测出酒精分子的直径 提示 1 1g水与1g酒精的物质的量不同 所以分子数不同 2 气体体积与该体积内分子数的比值表示每个气体分子所占空间 气体分子并不是紧密排列的 之间有较大空隙 所以所占体积远大于分子体积 液体和固体可近似认为分子体积等于所占空间 3 布朗运动是花粉颗粒的运动 用光学显微镜可以观察到 并不是花粉分子的运动 它反映的是液体分子的无规则热运动 4 分子间引力和斥力同时存在 且都随分子间距离增大而减小 且当引力大于斥力时分子力表现为引力 反之表现为斥力 5 当分子力表现为引力时 随着分子间距离增大 分子势能增大 当分子力表现为斥力时 随着分子间距离增大 分子势能减小 6 酒精遇水会相溶 不会在表面形成薄膜 所以该种方法不能测量所有物体的分子直径 考点1微观量的估算 核心要素精讲 1 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 对于气体分子 d 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 2 与阿伏加德罗常数有关的宏观量和微观量的计算方法 1 宏观物理量 物体的质量m 体积v 密度 摩尔质量mmol 摩尔体积vmol 2 微观物理量 分子的质量m0 分子的体积v0 分子直径d 3 宏观量 微观量以及它们之间的关系 高考命题探究 典例1 对于固体和液体来说 其内部分子可看作是一个挨一个紧密排列的球体 已知汞的摩尔质量为200 5 10 3kg mol 密度为13 6 103kg m3 阿伏加德罗常数为6 0 1023mol 1 请估算汞原子的直径 保留一位有效数字 解析 取1mol的汞 则 其中 m 200 5 10 3kg代入数据 解得 d 4 10 10m答案 4 10 10m 强化训练 1 多选 若氢气的摩尔质量为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 解析 选a b v为气体的摩尔质量m 再除以每个分子的质量m为na 故a b正确 气体分子间有间距 所以分子的体积并不是所占空间的体积 故c错误 v0不是每个分子的质量 故d错误 2 若已知n滴 纳米水 的总体积为v 每滴形成的单分子膜面积为s 这种 纳米水 的摩尔质量为 密度为 则每个纳米水分子的直径d和阿伏加德罗常数na分别为世纪金榜导学号42722270 解析 选c 纳米水分子的直径为d 把纳米水分子看成球体 则有 代入解得 na 故a b d错误 c正确 加固训练 设想将1g水 1g水大约有50滴 均匀分布在地球表面上 估算1cm2的表面上有多少个水分子 已知1mol水的质量为18g 地球的表面积约为5 1014m2 结果保留一位有效数字 解析 水质量为1g 水的分子数 n 1cm2的分子数 n 7 103 答案 7 103个 考点2布朗运动与分子的热运动 核心要素精讲 高考命题探究 典例2 多选 2017 贵阳模拟 关于布朗运动 下列说法正确的是世纪金榜导学号42722271 a 液体中悬浮微粒的无规则运动是布朗运动b 布朗运动证明组成固体微粒的分子在做无规则运动c 布朗运动反映了液体分子的无规则运动 d 悬浮微粒越小 某一瞬间跟它相撞的分子数越少 布朗运动越明显e 温度越高 布朗运动越明显 所以布朗运动也是分子的热运动 解析 选a c d 根据布朗运动的定义可知 液体中悬浮微粒的无规则运动是布朗运动 故a正确 布朗运动是液体内部分子做无规则运动时 对悬浮小颗粒碰撞作用的不平衡所引起的 布朗运动是液体分子无规则运动的反映 不是固体微粒的分子的无规则运动 故b错误 c正确 布朗运动是液体内部分子做无规则运动时 对悬浮小颗粒碰撞作用的不平衡所引起的 悬浮微粒越小 某一瞬间跟它相撞的分子数越少 微粒越不平衡 布朗运动越明显 故d正确 布朗运动是液体分子无规则运动的反映 不是分子的热运动 故e错误 强化训练 1 多选 关于布朗运动下列说法正确的是 a 布朗运动是悬浮颗粒的运动b 如图是做布朗运动的轨迹c 布朗微粒做无规则运动是由于它受到水分子有时吸引 有时排斥的结果d 温度越高 悬浮微粒越小 布朗运动越显著 解析 选a d 布朗运动是悬浮颗粒做的无规则运动 故a正确 该图记录的是微粒每隔一定时间的位置 不是微粒的运动轨迹 故b错误 布朗微粒做无规则运动的原因是液体分子对悬浮微粒无规则撞击引起的 不是由于它受到水分子有时吸引 有时排斥的结果 故c错误 温度越高 液体分子运动越剧烈 布朗运动越显著 悬浮微粒越小 布朗运动越显著 故d正确 2 多选 2015 全国卷 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e 液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的 解析 选a c d 温度越高 分子运动越剧烈 扩散进行得越快 a项正确 扩散现象是不同物质相互进入到间隙中 不是化学反应 b项错 扩散现象说明分子是无规则运动的 c项正确 扩散现象在气体 液体和固体中都能发生 d项正确 液体中的扩散现象与对流没有关系 e项错 加固训练 1 用显微镜观察水中的花粉时 追踪某一个花粉颗粒的运动径迹 每隔10s记下它的位置 得到了a b c d e f g等点 再用直线依次连接这些点 如图所示 则下列说法中正确的是 a 连接这些点的折线就是这一花粉颗粒的运动径迹b 它说明花粉颗粒做无规则运动c 从a点开始计时 经36s 花粉颗粒可能不在de连线上d 从a点开始计时 经36s 花粉颗粒一定在de连线的某一点上 解析 选c 根据题意 有 每隔10s把观察到的花粉颗粒的位置记录下来 然后用直线把这些位置依次连接成折线 故此图象是每隔10s固体微粒的位置 而不是花粉颗粒的运动轨迹 更不是花分子的运动轨迹 故a错误 由图线的杂乱无章得到花粉颗粒运动的杂乱无章 反映了液体分子热运动的杂乱无章 故b错误 从a点开始计时 经36s 花粉颗粒可能在任一点 可能不在de连线上 c正确 d错误 2 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 布朗运动是指悬浮在液体中的固体分子的无规则运动c 布朗运动说明了液体分子与悬浮颗粒之间存在着相互作用力d 观察布朗运动会看到 悬浮的颗粒越小 温度越高 布朗运动越剧烈 解析 选d 布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的运动 说明了液体分子在做无规则运动 故a b c错误 悬浮的颗粒越小 温度越高 布朗运动越剧烈 故d正确 考点3分子力 分子势能与分子间距离的关系 核心要素精讲 分子力及分子势能比较 高考命题探究 典例3 2017 虹口模拟 如图所示 纵坐标表示两个分子间引力 斥力的大小 横坐标表示两个分子的距离 图中两条曲线分别表示两分子间引力 斥力的大小随分子间距离的变化关系 e为两曲线的交点 则下列说法正确的是世纪金榜导学号42722272 a ab为斥力曲线 cd为引力曲线 e点横坐标的数量级为10 10mb ab为引力曲线 cd为斥力曲线 e点横坐标的数量级为10 10mc 若两个分子间距离大于e点的横坐标 则分子间作用力表现为斥力d 若两个分子间距离越来越大 则分子势能亦越大 解析 选b 在f r图象中 随着距离的增大斥力比引力变化得快 所以ab为引力曲线 cd为斥力曲线 当分子间的距离等于分子直径数量级时 引力等于斥力 当分子间的距离小于r0时 距离增大时 分子力做正功 分子势能减小 故a c d错误 b正确 强化训练 多选 关于分子间相互作用力与分子间势能 下列说法正确的是 a 在10r0距离范围内 分子间总存在着相互作用的引力b 分子间作用力为零时 分子间的势能一定是零c 当分子间作用力表现为引力时 分子间的距离越大 分子势能越小 d 分子间距离越大 分子间的斥力越小e 两个分子间的距离变大的过程中 分子间引力变化总是比斥力变化慢 解析 选a d e 分子间同时存在引力和斥力 在平衡距离以内表现为斥力 在平衡距离以外表现为引力 在10r0距离范围内 分子间总存在着相互作用的引力 故a正确 设分子平衡距离为r0 分子距离为r 当r r0 分子力表现为引力 分子距离越大 分子势能越大 当r r0 分子力表现为斥力 分子距离越小 分子势能越大 故当r r0 分子力为0 分子势能最小 由于分子势能是 相对的 其值与零势能点的选择有关 所以分子距离为平衡距离时分子势能最小 但不一定为零 故b c错误 分子间同时存在引力和斥力 两个分子间的距离变大的过程中 分子斥力与分子引力都减小 分子间引力变化总是比斥力变化慢 故d e正确 加固训练 1 多选 2017 潮州模拟 下列四幅图的有关说法中不正确的是 a 分子间距离为r0时 分子间不存在引力和斥力b 分子间距小于r0范围内分子间距离减小时 斥力增大引力减小 分子力表现为斥力c 水面上的单分子油膜 在测量分子直径d大小时可把分子当作球形处理 d 食盐晶体中的钠 氯离子按一定规律分布 具有空间上的周期性e 猛推木质推杆 密闭的气体温度升高 压强变大 分子间表现为斥力 可看作是绝热变化 解析 选a b e 当分子间距离为r0时 分子间存在的引力和斥力大小相等 所以分子力整体的效果为0 故a错误 分子间距小于r0范围内分子间距离减小时 斥力和引力都增大 但引力增大得慢 所以分子力表现为斥力 故b错误 水面上的单分子油膜 在测量油膜分子直径d大小时把它们当作球形处理 故c正确 晶体具有点阵结构 食盐属于晶体 食盐中的钠 氯离子按一定 规律分布 具有空间上的周期性 故d正确 猛推木质推杆 外界对气体做正功 密闭的气体温度升高 压强变大 此时气体分子之间的距离仍然大于r0 分子之间的相互作用力仍然是引力 但是很小 几乎可以忽略不计 故e错误 2 2017 西城区模拟 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 当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 解析 选b 由图象可知 分子间距离为r2时分子势能最小 此时分子间的距离为平衡距离 r2是分子的平衡距离 当0r2时分子力为引力 故a错误 当r小于r1时 分子间的作用力表现为斥力 故b正确 当r等于r2时 分子间的作用力为零 故c错误 在r由r1变到r2的过程中 分子力为斥力 分子间距离增大 分子间的作用力做正功 故d错误 考点4物体的内能 核心要素精讲 1 物体的内能与机械能的比较 2 内能和热量的比较 高考命题探究 典例4 多选 2017 鞍山模拟 如图所示为某实验器材的结构示意图 金属内筒和隔热外筒间有一定体积的空气 内筒中有水 在水加热升温的过程中 世纪金榜导学号42722273 a 被封闭的空气内能增大b 被封闭的空气分子的无规则运动更剧烈了c 被封闭的空气分子间引力和斥力都减小d 被封闭的空气的所有分子运动速率都增大e 被封闭的空气分子间引力和斥力都不变 解析 选a b e 水加热升温使空气温度升高 故封闭空气的内能增大 故a正确 温度是分子热运动平均动能的标志 温度升高 故分子热运动的平均动能增加 即被封闭的空气分子的无规则运动更剧烈了 故b正确 气体体积不变 故分子的平均距离不变 故被封闭的空气分子间引力和斥力都不变 故c错误 e正确 温度是分 子热运动平均动能的标志 温度升高 故分子热运动的平均动能增加 但不是每个分子的动能均增加 即不是所有分子运动速率都增大 故d错误 强化训练 下列说法中 正确的是 a 热量总是由内能大的物体传递给内能小的物体b 做功和热传递都能够改变物体内能的大小c 内能大的物体温度一定高于内能小的物体d 内能大的物体含有的热量一定比内能小的物体多 解析 选b 热量总是由温度高的物体传递给温度低的物体 故a错误 做功和热传递都能够改变物体内能的大小 故b正确 内能大的物体温度不一定高于内能小的物体 因为内能还与物体的体积有关 故c错误 内能大的物体含有的热量不一定比内能小的物体多 因为内能还与体积有关 故d错误 加固训练 多选 当氢气和氧气的质量和温度都相同时 下列说法中正确的是 a 两种气体分子的平均动能相等b 氢气分子的平均速率大于氧气分子的平均速率c 两种气体分子热运动的总动能相等d 两种气体分子热运动的平均速率相等 解析 选a b 由于不考虑分子间作用力 氢气和氧气只有分子动能 温度相同 它们的平均动能相同 而氢气分子摩尔质量小 质量相等时 氢气分子数多 所以氢气内能多 故a正确 c错误 氢气分子的质量比氧气的分子质量小 平均动能相同时 氢气分子平均速率大 故b正确 d错误 考点5实验 用油膜法估测分子的大小 核心要素精讲 1 实验原理 油酸分子都是直立在水面上的 单分子油膜的厚度等于油酸分子的直径 根据配制的油酸酒精溶液的浓度 算出一滴溶液中纯油酸的体积v 测出这滴溶液形成薄膜的面积s 即可算出油酸的厚度d 即油酸分子的直径 2 四点说明 1 油酸酒精溶液配制后长时间放置 溶液的浓度容易改变 会给实验带来较大误差 2 利用小格子数计算轮廓面积时 轮廓的不规则性容易带来计算误差 为减小误差 不足半个格子的舍去 多于半个格子的算一个 方格边长的单位越小 计算出的面积越精确 3 测量量筒内溶液增加1ml的滴数时 体积观测不准确会带来很大误差 注意正确的读取体积的方法 应选用内径小的量筒 4 油膜形状的画线不准会带来误差 高考命题探究 典例5 在 用油膜法估测油酸分子的大小 实验中 有下列实验步骤 往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水 将适量的痱子粉均匀地撒在水面上 用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上 待薄膜形状稳定 将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上 计算出油膜的面积 根据油酸的体积和油膜面积计算出油酸分子直径的大小 用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中 记下量筒内每增加一定体积时的滴数 由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积 将玻璃板放在浅盘上 然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上 上述步骤中 正确的顺序是 a b c d 解析 选a 油膜法估测油酸分子的大小 实验步骤为 求得一滴油酸的体积 准备浅水盘 形成油膜 描绘油膜边缘 计算分子直径 故a正确 b c d错误 强化训练 在做 用油膜法估测分子的大小 的实验时 所用的油酸酒精溶液的浓度为a 测量中 某位同学测得如下数据 测得体积为v的油酸酒精溶液共有n滴 油滴面积为s 则 世纪金榜导学号42722274 1 用以上物理量的符号表示计算分子直径大小的公式为 d 2 该同学实验中最终得到的计算结果和大多数同学的比较 发现自己所测数据偏大 则对出现这种结果的原因 下列说法中可能正确的是 a 错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算b 计算油膜面积时 错将不完整的方格作为完整方格处理c 计算油膜面积时 只数了完整的方格数d 水面上痱子粉撒得较多 油膜没有充分展开 解析 1 纯油酸的体积v 等于油酸酒精溶液的体积乘以浓度 即 v 油滴面积为s 则分子直径大小的公式为d 2 根据d 错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算 则计算时所用体积数值偏大 会导致计算结果偏大 a正确 计算油膜面积时 错将不完整的方格作为完整方格处理 则计算所用的面积s偏大 会导致计算结果偏小 b错误 计算油膜面积时 只数了完整的方格数 则计算所用的面积s偏小 会导致计算结果偏大 c正确 水面上痱子粉撒得较多 油膜没有充分 展开 则测量的面积s偏小 导致结果计算偏大 d正确 所以a c d正确 答案 1 2 a c d 加固训练 1 在用油膜法测量分子直径的实验中 1 体积为10cm3的油酸 滴在水面上展开形成单分子油膜 则油膜面积的数量级为 a 109cm2b 106cm2c 104cm2d 102cm2 2 将酒精中加入1cm3的油酸制成200cm3的油酸酒精溶液 已知1cm3溶液有50滴 现取1滴油酸酒精溶液滴在水面上 随着酒精蒸发 油酸在水面上形成单分子油膜