第十一章 第一讲 分子动理论.ppt

第十一章热学第一讲分子动理论 走进高考第一关考点关考点精析一 物体是由大量分子组成的1 分子大小 1 分子的体积很小 它直径的数量级是 1 10 10m 2 2 油膜法可粗测分子直径 3 分子大小计算有两种模型 一是 3 球形 二是 4 立方体 对固体和液体 可以认为它们的分子是 5 球或立方体 可以用估算公式求出体积 对气体分子用上述模型只能估算出 6 分子间距离 2 分子质量分子质量很小 一般物质分子质量的数量级为 7 10 27kg 3 分子的数目 1 阿伏加德罗常数 1mol的任何物质都含有相同的粒子数 这个数的测量值NA 8 6 02 1023mol 1 阿伏加德罗常数是个十分巨大的数字 分子的体积和质量都十分小 从而说明物质是由大量分子组成的 2 阿伏加德罗常数联系宏观和微观的方式NA NA 不适用于气体 二 分子的热运动1 扩散现象 相互接触的物质彼此进入对方的现象 温度越高 扩散 9 越快 2 布朗运动 在显微镜下看到的悬浮在液体中的 10 固体颗粒永不停息的无规则运动 颗粒越小 运动越 11 明显 温度越高 运动越 12 激烈 布朗运动不是液体分子的运动 3 布朗运动是分子 13 无规则运动的宏观表现 三 分子间的相互作用力1 分子间同时存在着引力和斥力 实际表现出来的是分子引力和斥力的 14 合力 2 分子力随分子间距离变化的关系 r0表示引力和斥力相等时的分子间距 1 r r0时 F引 F斥 分子力表现为 15 零 2 r r0时 F引 F斥 分子力的表现为 16 引力 3 r r0时 F引 F斥 分子力的表现为 17 斥力 4 当分子间距离的数量大于10 9m时 分子力已变得很微弱 可忽略不计 3 引力和斥力都随分子间距离的增大而 18 减小 随分子间距离的减小而 19 增大 但斥力的变化比引力的变化 20 快 分子力随距离关系如上图所示 想一想 给自行车打气时费力 是克服分子间斥力吗 四 物体的内能1 分子的平均动能 1 物体里所有分子动能的平均值叫做分子热运动的 21 平均动能 2 分子的平均动能和 22 温度有关 温度升高 分子热运动 23 激烈 分子的平均动能增加 温度降低 分子热运动减弱 分子的平均动能减少 温度是分子热运动的 24 平均动能的标志 2 分子势能 1 分子势能存在的原因由于分子间存在着相互 25 作用力 这样在分子之间就存在着由它们的相对位置所决定的 26 势能 称为分子势能 2 分子势能的变化分子势能的变化和 27 分子力做功紧紧联系在一起 分子力做正功 分子势能 28 减少 分子力做负功 分子势能 29 增加 分子力做的功与分子间相对位置的变化及分子间的作用力有关 当rr0时 分子间作用力表现为引力r增大 引力做负功 分子势能增加 r减小 引力做正功 分子势能减少 当分子间距离r r0时 分子间相互作用力的合力为零 但这时分子势能不为零 而是最小 分子势能随分子间距的变化图象如图所示 3 影响分子势能的因素从宏观上看 影响分子势能的因素是 30 物体的体积 从微观上看 影响分子势能的因素是 31 分子间的距离 3 物体的内能 1 定义 物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和 叫做物体的 32 内能 2 任何物体在任何情况下都具有内能 3 33 温度和 34 体积是影响内能的两个因素 五 温度与温标1 温度 温度是表示物体冷热程度的物理量 温度的微观含义 温度是物体分子平均动能标志 表示物体内部分子无规则运动的剧烈程度 2 两种温标 1 摄氏温标 规定1标准大气压下 冰水混合物的温度为0 沸水的温度为100 表示符号为t 2 热力学温标 规定 273 15 为热力学温度的0K 热力学温度与摄氏度单位等大 表示符号为T 单位为开尔文 符号为K 热力学温度是国际单位制中七个基本物理量之一 0K称为绝对零度 是低温的极限 3 热力学温标与摄氏温标的关系是 T t 273K 考题精练1 2010 山东德州一模 对一定质量的理想气体 下列说法正确的是 A 气体的体积是所有气体分子的体积之和B 气体温度越高 气体分子的热运动就越剧烈C 气体对容器的压强是由大量气体分子对容器不断碰撞而产生的D 当气体膨胀时 气体分子的势能减小 因而气体的内能一定减少 解析 气体分子间空隙较大 不能忽略 选项A错误 气体膨胀时 分子间距增大 分子力做负功 分子势能增加 并且改变内能有两种方式 气体膨胀 对外做功 但该过程吸 放热情况不知 内能不一定减少 故选项D错误 答案 BC 2 关于布朗运动 下列说法正确的是 A 布朗运动就是固体颗粒的分子的热运动B 布朗运动绝不会停止C 较大的悬浮颗粒 不做布朗运动D 做布朗运动的小颗粒虽然不是分子 但是它的无规则运动是液体分子无规则运动的反映答案 BCD 3 汕头模拟 下列叙述正确的是 A 只要知道水的摩尔质量和水分子的质量 就可以计算出阿伏加德罗常数B 只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数 就可以算出气体分子的体积C 悬浮在液体中的固体微粒越小 布朗运动就越明显D 当分子间的距离增大时 分子间的引力变大而斥力减小 解析 知道水的摩尔质量和水分子的质量 由NA 就可以计算出阿伏加德罗常数 对气体而言 由气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数 只能算出每个气体分子所占据的体积 当分子间的距离增大时 分子间的引力和斥力都减小 只是斥力减小的要快些 答案 AC 4 2010 江苏苏北四市调研 下列说法中正确的是 A 雨水没有透过布雨伞是因为液体表面存在张力B 分子间的距离r增大 分子间的作用力做负功 分子势能增大C 气体自发地扩散运动总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行D 悬浮在液体中的微粒越大 在某一瞬间撞击它的液体分子数越多 布朗运动越明显 解析 当分子间的距离rr0时 分子力表现为引力 随着分子间距离r的增大 分子间的作用力做负功 分子势能增大 选项B错误 微粒越大 在某一瞬间撞击它的液体分子数越多 布朗运动越不明显 选项D错误 答案 AC 5 甲 乙两个分子相距较远 若把甲固定 使乙分子逐渐向甲移近 直到不能再靠近为止 在这一过程中 有关分子力对乙分子做功的说法正确的是 A 分子力对乙总做正功B 分子力对乙总做负功C 先是乙克服分子力做功 然后分子力对乙做正功D 先是分子力对乙做正功 然后乙克服分子力做功 解析 当分子间距离r0 10 10m时 分子间的引力和斥力相等 分子力为零 分子间距离r r0时分子间斥力和引力都减小 但斥力减小的快 分子间的作用力表现为引力 当分子间距离r r0时随分子间距离的减小 分子斥力增大得比分子引力快 分子间表现出斥力 这样乙分子在从较远处向甲分子靠近时 分子力表现为引力做正功 距离减小到r0之后 乙分子就要克服分子之间的斥力做负功了 答案 D 解读高考第二关热点关典例剖析考点1微观量的估算 例1 一个房间的地面面积是15m2 高3m 已知空气的平均摩尔质量2 9 10 2kg mol 通常用空气湿度 有相对湿度 绝对湿度 表示空气中含有的水蒸气的情况 若房间内所有水蒸气凝结成水后的体积为103cm3 已知水的密度为 1 0 103kg m3 水的摩尔质量Mmol 1 8 10 2kg mol 求 1 房间内空气的质量 2 房间内有多少个水分子 3 估算一个小分子的线度多大 保留两位有效数字 解析 1 此题是估算题 因此可将空气看作标准状况 即压强为1 01 105Pa 1大气压 温度为273K 0 此时 每摩尔空气占有体积22 4L 由已知条件可得房间内空气的物质的量为 n1 mol 2 103mol房间内空气的质量为 m 2 103 2 9 10 2kg 58kg 答案 1 58kg 2 房间中有3 3 1025个 3 建立球模型水分子直径为3 9 10 10m 建立立体模型水分子直径为3 1 10 10m 点评 由宏观量通过阿伏加德罗常数做桥梁 便可求出微观量 应用公式时一定要注意各量的物理意义 建立好水分子的模型 变式训练1 2008 北京高考 15 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 阿伏加德罗常数NA取6 1023mol 1 A 10年B 1千年C 10万年D 1千万年 解析 1g水的物质的量 mol 1g水的分子数 NA 完成任务所需时间t 年 105年 C正确 A B D错误 答案 C 考点2油膜法测分子直径 例2 在做 用油膜法估测分子的大小 的实验中 用移液管量取0 25mL油酸 倒入标注250mL的容量瓶中 再加入酒精后得到250mL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的1mL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 待油酸稳定后 放在带有正方形坐标格玻璃板下观察油膜 如图所示 坐标格正方形的大小为2cm 2cm 由图可以估算出 1 油膜的面积是多少m2 保留两位有效数字 2 油酸分子的直径是多少m 保留一位有效数字 解析 1 由图数出方格数为57格油膜面积为S 57 2 2 10 4m2 2 3 10 2m2 2 2滴溶液中所含油酸的体积为V 10 6m3 2 10 11m3油酸分子直径d m 9 10 10m 答案 1 2 3 10 2m2 2 9 10 10m 点评 油膜的面积可用数格子法算出 再由溶液浓度求出一滴溶液中所含纯油酸的体积便可求出分子直径了 变式训练2 油酸的分子式为C17H33COOH 它的一个分子可以看成由两部分组成 一部分是C17H33 另一部分是 COOH COOH对水有很强的亲和力 当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时 油酸就在水面上散开 其中的酒精溶于水中 并很快挥发 油酸中C17H33 部分冒出水面 而 COOH部分留在水中 油酸分子就直立在水面上 形成一个单分子层油膜 现有按酒精与油酸的体积比为m n配制好的油酸酒精溶液置于容器中 还有一个装有约2cm深水的浅盘 一支滴管 一个量筒 请补充下述估测分子大小的实验步骤 1 需测量的物理量自己用字母表示 2 用滴管将一滴油酸酒精溶液滴入浅盘 待油酸薄膜稳定后 将薄膜轮廓描绘在坐标纸上 如图所示 已知坐标纸上每个小方格面积为S 求油膜面积时 半个以上方格面积记为S 不足半个舍去 则油膜面积为 答案 1 见解析 2 8S 3 估算油酸分子直径的表达式为d 解析 1 用滴管向量筒内加入N滴油酸酒精溶液 读出其体积V 2 利用补偿法 可得8S 3 1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为V 油膜面积S 8S 由d 得 考点3分子间的作用力 例3 如图所示 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 乙分子从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作加速运动 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 乙分子从a到b 再到c的过程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 答案 BC 变式训练3 下列关于分子力和分子势能的说法中 正确的是 A 当分子力表现为引力时 分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而增大B 当分子力表现为引力时 分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而减小C 当分子力表现为斥力时 分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大D 当分子力表现为斥力时 分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而减小 解析 分子间距为r0时为平衡位置 当r r0时 分子间表现为引力 且随r的增大而先增大后减小 而分子力做负功 分子势能增大 故选项A B错 当r r0时 分子间表现为斥力 且随着r的减小而增大 当r减小时分子力做负功 分子势能增大 故选项C正确 选项D错 答案 C 考点4物体的内能 例4 下列说法正确的是 A 物体的温度升高时 其内部每个分子热运动动能一定都增大B 一切物体的内能都是物体内所有分子热运动动能的总和C 当液体被压缩时 液体内分子的引力和斥力同时增大 但斥力增大的较多D 一定质量的气体被压缩时 其内能一定增大 解析 物体的温度升高是指分子的平均动能增大 并不是每个分子的动能都增大 故A不正确 物体的内能是所有分子的动能和势能的总和 故选项B不正确 分子间的作用力随距离的减小而增大 但斥力增大的较快 故选项C是正确的 由热力学第一定律可知D是错误的 答案 C 点评 物体的内能与物体的质量 温度和体积有关 理想气体无分子势能 所以理想气体的内能与体积无关 变式训练4 质量相等的氢气和氧气 温度相同 氢气和氧气视为理想气体 则 A 氧气的内能较大B 两者内能相等C 氢气的内能较大D 氢气分子的平均速率较大 解析 因为氢气和氧气温度相同 说明氢气分子与氧气分子的平均动能相同 而氢气分子质量小于氧气分子质量 故氢气分子的平均速率较大 理想气体不考虑分子势能 一定质量的气体其内能由温度决定 质量相等的氢气和氧气相比较 内能由分子个数和温度决定 而二者的温度虽然相同 但分子个数不同 故内能不同 因此本题正确选项为C D 答案 CD 笑对高考第三关技巧关考技精讲一 与阿伏加德罗常数有关的宏观量与微观量的计算1 微观物理量 分子的质量m0 分子体积V0 分子直径d 2 宏观物理量 物质的质量M 体积V 密度 摩尔质量MA 摩尔体积VA 3 阿伏加德罗常数是联系宏观物理量与微观物理量的桥梁 根据油膜法测出分子的直径 可算出阿伏加德罗常数 反过来 已知阿伏加德罗常数 根据摩尔质量 或摩尔体积 就可以算出一个分子的质量 或一个分子所占据的体积 1 分子的质量 m0 2 分子的体积 V0 3 分子的大小 球体模型直径d 立方体模型边长为d 4 物质所含的分子数 N nNA NA NA 注意 对于气体 由于分子间空隙很大 用上式估算出的是一个分子所占据的体积 活动的空间 在利用上述关系式进行计算时 有些数据的数字太大 如阿伏加德罗常数 有些数据的数字又太小 如分子的直径和质量等 为了书写方便 习惯上用科学计数法写作10的乘方 如3 0 10 10m 6 02 1023mol 1等 我们称10的乘方 10 10 1023等 为 数量级 对于分子的大小和质量 只要粗略地了解它的数量级就可以了 二 布朗运动的特征 1 布朗粒子在分子无规则撞击力的作用下发生布朗运动 由于分子的碰撞每秒钟多达上亿次 因此课本上布朗运动的示意图不是布朗粒子的运动轨迹 其轨迹要复杂的多 2 布朗运动的剧烈程度取决于两个方面 一是液体的温度 温度越高 液体分子热运动越剧烈 对布朗粒子的作用越大 二是布朗粒子的大小 布朗粒子越小 液体分子对它的撞击力越不平衡且布朗粒子的质量越小 由a F m知 布朗粒子获得的加速度越大 布朗运动越剧烈 三 从比较暗的房间里观察到入射阳光的细光束中有悬浮在空气中的微粒 这些微粒的