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选修3 3热学 2014高考导航 第1讲分子动理论内能 本节目录 基础再现对点自测 知能演练轻巧夺冠 考点探究讲练互动 技法提炼思维升华 要点透析直击高考 知识清单一 分子动理论1 物体是由大量分子组成的 1 分子的大小 一般分子直径的数量级 m 估测的方法 2 一般分子质量的数量级 kg 3 阿伏伽德罗常数 1mol的任何物质中含有的粒子数 用符号NA表示 NA mol 1 10 10 油膜法 10 26 6 02 1023 2 分子永不停息地做无规则热运动一切物质的分子都在永不停息地做无规则运动 1 扩散现象相互接触的不同物质彼此进入对方的现象 温度 扩散越快 可在固体 液体 气体中进行 2 布朗运动悬浮在液体 或气体 中的微粒的无规则运动 微粒 温度 布朗运动越显著 3 分子间存在着相互作用力分子间同时存在引力和斥力 且都随分子间距离的增大而 随分子间距离的减小而 但总是斥力变化得较快 越高 越小 越高 减小 增大 二 温度1 意义 宏观上表示物体的冷热程度 微观上标志物体中分子平均动能的大小 2 两种温标 1 摄氏温标t 单位 在1个标准大气压下 水的 作为0 沸点作为100 在0 100 之间等分100份 每一份表示1 2 热力学温标T 单位K 把 作为0K 3 就每一度表示的冷热差别来说 两种温度是相同的 即 T t 只是零值的起点不同 所以二者关系式为 4 绝对零度 0K 是低温极限 只能接近不能达到 所以热力学温度无负值 凝固点 273 15 T t 273 15 三 内能1 分子平均动能所有分子动能的平均值 是分子平均动能的标志 2 分子势能由分子间 决定的能 在宏观上分子势能与物体 有关 在微观上与分子间的 有关 3 物体的内能 1 内能 物体中所有分子的 与 的总和 2 决定因素 和物质的量 温度 相对位置 体积 距离 热运动动能 分子势能 温度 体积 热身体验1 1 关于分子 下列说法中不正确的是 A 把分子看成球形是对分子的简化模型 实际上分子的形状并不真的都是球形B 所有分子的直径都相同C 不同分子的直径一般不同 但数量级基本一致D 测定分子大小的方法有多种 油膜法只是其中的一种方法 1 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 液体温度越高 悬浮粒子越大 布朗运动越剧烈C 布朗运动是由于液体各部分的温度不同而引起的D 布朗运动是由液体分子从各个方向对悬浮粒子撞击作用的不平衡引起的 1 3 关于分子间的作用力 下列说法中错误的是 r0为分子平衡位置之间的距离 A 当分子间距离为r0时 它们之间既没有引力 也没有斥力B 分子间的平衡距离r0可以看成分子直径的大小 其数量级为10 10mC 两个分子间的距离由较大逐渐减小到r r0的过程中 分子力先增大后减小 分子力为引力D 两个分子间的距离由极小逐渐增大到r r0的过程中 引力和斥力都同时减小 分子力为斥力 2 关于热力学温度与摄氏温度 下列说法正确的是 A 33 15 小于33 15KB 温度变化1 也就是温度变化1KC 摄氏温度和热力学温度的零度是相同的D 温度由t 升到2t 时 对应的热力学温度由TK升至2TK3 1 关于物体的内能 下列说法中正确的是 A 温度升高时 每个分子的动能都增大B 温度升高时 分子的平均动能增大C 机械能越大 分子的平均动能就越大D 机械能越大 物体的内能就越大 3 2 关于物体的内能 以下说法正确的是 A 不同物体 温度相等 内能也相等B 所有分子的势能增大 物体内能也增大C 温度高的物体 分子平均动能大 内能不一定大D 只要两物体的质量 温度 体积相等 两物体的内能一定相等 热身体验答案与解析1 1 解析 选B 分子直径的数量级是10 10m 是指一般分子 不包括高分子化合物 1 2 解析 选D 布朗运动是悬浮在液体中的粒子的无规则运动 而不是液体分子的无规则运动 A项错误 液体温度越高 分子热运动越剧烈 液体分子对悬浮粒子撞击力越大 悬浮粒子越小 对其撞击的液体分子数越少 悬浮粒子受到液体分子撞击作用的平衡性越弱 因而布朗运动越剧烈 所以B C项错误 D正确 1 3 解析 选A 分子引力与斥力同时存在 r r0时 引力 斥力 分子力为零 故A错 由分子力与分子间距离的关系知B C D正确 2 解析 选B 由摄氏温标与热力学温标的关系可知 33 15 240K B正确 A C D错误 3 1 解析 选B 温度升高时 物体内分子的平均动能增加 但并不是每个分子的动能都会增加 有的分子的动能可能会减小 所以A错误 B正确 物体的内能由物体内所有分子的动能和所有分子间的势能决定 和物体的机械运动无关 分子动能和势能与机械能无关 所以C D均错误 3 2 解析 选C 物体的内能在宏观上是由温度 体积和物质的量决定的 所以A D错C对 物体内能包括分子动能和势能两部分 故B错 一 宏观量与微观量及相互关系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 即时应用1某种物质的摩尔质量为M 密度为 阿伏伽德罗常数为NA 则关于该物质的说法中 不正确的是 A 分子的质量是M NAB 单位体积内分子的个数是 NA MC 分子的体积一定是M NA D 平均每个分子占据的空间是M NA 解析 选C M NA 是每个分子平均占据的空间并不一定是一个分子的体积 C选项错 二 微观分子热运动与其宏观表现的关系1 布朗运动的理解 1 研究对象 悬浮在液体 气体中的小颗粒 2 特点 永不停息 无规则 颗粒越小 现象越明显 温度越高 运动越激烈 肉眼看不到 3 成因 布朗运动是由于液体分子无规则运动对小颗粒撞击力的不平衡引起的 是分子无规则运动的反映 2 布朗运动与扩散现象的异同 1 它们都反映了分子在永不停息地做无规则运动 2 它们都随温度的升高而表现得更明显 3 布朗运动只能在液体 气体中发生 而扩散现象可以发生在固体 液体 气体任何两种物质之间 3 布朗运动和分子热运动的比较 即时应用2下列有关扩散现象与布朗运动的叙述中 错误的是 A 扩散现象与布朗运动都能说明分子在做永不停息的无规则运动B 扩散现象与布朗运动没有本质的区别C 扩散现象突出说明了物质的迁移规律 布朗运动突出说明了分子运动的无规则性规律D 扩散现象和布朗运动都与温度有关 解析 选B 扩散现象与布朗运动都能说明分子做永不停息地无规则运动 故A对 扩散是物质分子的迁移 布朗运动是宏观颗粒的运动 是两种完全不同的运动 故B错 两个实验现象说明了分子运动的两个不同规律 则C正确 两种运动随温度的升高而加剧 所以都与温度有关 三 分子力与分子势能1 分子间的相互作用力分子力是引力与斥力的合力 分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小 随分子间距离的减小而增大 但总是斥力变化得较快 如图所示 1 当r r0时 F引 F斥 F 0 2 当r r0时 F引和F斥都随距离的减小而增大 但F引 F斥 F表现为斥力 3 当r r0时 F引和F斥都随距离的增大而减小 但F引 F斥 F表现为引力 4 当r 10r0 10 9m 时 F引和F斥都已经十分微弱 可以认为分子间没有相互作用力 F 0 2 分子势能分子势能是由分子间相对位置而决定的势能 它随着物体体积的变化而变化 与分子间距离的关系为 1 当r r0时 分子力表现为引力 随着r的增大 分子引力做负功 分子势能增大 2 当r r0时 分子力表现为斥力 随着r的减小 分子斥力做负功 分子势能增大 3 当r r0时 分子势能最小 但不为零 为负值 因为可选两分子相距无穷远时分子势能为零 4 分子势能曲线如图所示 即时应用3 2013 北京四中高三模拟 如图所示 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 A F不断增大 Ep不断减小B F先增大后减小 Ep不断减小C F不断增大 Ep先增大后减小D F Ep都是先增大后减小解析 选B 分子间的作用力是矢量 分子势能是标量 由图象可知F先增大后减小 Ep则不断减小 B正确 四 物体的内能和机械能的比较 特别提醒 1 物体的体积越大 分子势能不一定就越大 如0 的水结成0 的冰后体积变大 但分子势能却减小了 2 理想气体分子间相互作用力为零 故分子势能忽略不计 一定质量的理想气体内能只与温度有关 3 机械能和内能都是对宏观物体而言的 不存在某个分子的内能 机械能的说法 即时应用4 2013 泉州模拟 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 物体内能一定减小D 气体体积增大时气体分子势能一定增大 解析 选D 物体的机械能和内能是两个完全不同的概念 物体的动能由物体的宏观速率决定 而物体内分子的动能由分子热运动的速率决定 分子动能不可能为零 温度不可能达到绝对零度 而物体的动能可能为零 所以A B不正确 物体体积减小时 分子间距离减小 但分子势能不一定减小 所以C也不正确 由于气体分子间距离一定大于r0 体积增大时分子间距离增大 分子力做负功 分子势能增大 所以D正确 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 误差分析 1 纯油酸体积的计算引起误差 2 油膜面积的测量引起误差主要是有两个方面 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 即时应用5用油膜法估测分子直径的实验中下列哪种说法不是科学的近似 A 把在水面上尽可能扩散开的油膜视为单分子油膜B 把形成油膜的分子看做紧密排列的球形分子C 将油膜视为单分子油膜 且不需要考虑分子间隙D 将油酸分子视为立方体模型 考点1分子力 分子力做功和分子势能 2012 高考海南卷改编 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 下列说法错误的是 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 势能也减小C 在r r0时 分子势能最小 动能最大D 分子动能和势能之和在整个过程中不变 解析 由Ep r图可知 在r r0阶段 当r减小时F做正功 分子势能减小 分子动能增加 故选项A正确 在r r0阶段 当r减小时F做负功 分子势能增加 分子动能减小 故选项B错误 在r r0时 分子势能最小 动能最大 故选项C正确 在整个相互接近的过程中分子动能和势能之和保持不变 故选项D正确 答案 B 考点2对物体内能的认识 1 气体内能是所有气体分子热运动动能和势能的总和 其大小与气体的状态有关 分子热运动的平均动能与分子势能分别取决于气体的 A 温度和体积B 体积和压强C 温度和压强D 压强和温度 2 1g100 的水和1g100 的水蒸气相比较 下列说法是否正确 分子的平均动能和分子的总动能都相同 它们的内能相同 解析 1 由于温度是分子平均动能的标志 所以气体分子的动能宏观上取决于温度 分子势能是由分子间作用力和分子间距离共同决定的 宏观上取决于气体的体积 因此选项A正确 2 温度相同则说明它们的分子平均动能相同 又因为1g水和1g水蒸气的分子数相同 因而它们的分子总动能相同 所以 说法正确 当100 的水变成100 的水蒸气时 该过程吸收热量 内能增加 所以1g100 的水的内能小于1g100 的水蒸气的内能 故 说法错误 答案 1 A 2 见解析 考点3油膜法估测分子大小在 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 待水面稳定后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 完成下列填空 1 上述步骤中 正确的顺序是 填写步骤前面的数字 2 将1cm3的油酸溶于酒精 制成300cm3的油酸酒精溶液 测得1cm3的油酸酒精溶液有50滴 现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上 测得所形成的油膜的面积是0 13m2 由此估算出油酸分子的直径为 m 结果保留1位有效数字 答案 1 2 5 10 10 思维建模建立分子模型估算分子大小 范例 14分 某房间的地面面积是15 m2 高3 m 已知空气的平均摩尔质量为2 9 10 2 kg mol 若房间内所有水蒸气凝化成水后的体积为103 cm3 已知水的密度 1 0 103 kg m3 水的摩尔质量Mmol 1 8 10 2 kg 1 求房间内空气的质量 2 估算相邻水分子间的平均距离 保留两位有效数字 寻规探法批注 已知条件欲求房间内空气质量 必须知道气体的摩尔体积 这是本题的隐含条件 因为是估算 可将房间内空气看做是标准状况 批注 利用阿伏伽德罗常数可求出10cm3内水分子的个数 批注 若把水分子看做球形 分子距离即为水分子直径 若把水分子看做立方体 分子距离即为立方体的边长 答案 1 58kg 2 建立球模型 水分子的直径为3 9 10 10m 建立立方体模型 水分子的直径为3 1 10 10m 建模感悟 1 液体 固体既可建立球分子模型 又可建立立方体分子模型 分子线度数量级是相同的 2 上述模型对计算气体分子大小不适用 但气体分子所占据的空间可建立立方体模型 用来估算分子间平均距离 本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放 第2讲固体 液体和气体 本节目录 基础再现对点自测 知能演练轻巧夺冠 考点探究讲练互动 技法提炼思维升华 要点透析直击高考 知识清单一 固体1 分类 固体分为 和 两类 晶体分 和 2 晶体与非晶体的比较 晶体 非晶体 单晶体 多晶体 二 液体1 液体的表面张力 1 作用 液体的表面张力使液面具有 的趋势 2 方向 表面张力跟液面相切 跟这部分液面的分界线 3 大小 液体的温度越高 表面张力越小 液体中溶有杂质时 表面张力变小 液体的密度越大 表面张力越大 2 液晶的物理性质 1 具有液体的流动性 2 具有晶体的光学各向异性 3 在某个方向上看 其分子排列比较整齐 但从另一方向看 分子的排列是杂乱无章的 收缩 垂直 三 饱和汽湿度1 饱和汽与未饱和汽 1 饱和汽 与液体处于动态平衡的蒸汽 2 未饱和汽 没有达到饱和状态的蒸汽 2 饱和汽压 1 定义 饱和汽所具有的压强 2 特点 液体的饱和汽压与温度有关 温度越高 饱和汽压越大 且饱和汽压与饱和汽的体积无关 3 湿度 1 绝对湿度 空气中所含水蒸气的压强 2 相对湿度 空气的绝对湿度与同一温度下水的饱和汽压之比 3 相对湿度公式相对湿度 四 气体1 气体分子运动的特点 1 气体分子间距 分子力可以忽略 因此分子间除碰撞外不受其他力的作用 故气体能充满它能达到的整个空间 2 分子做无规则的运动 速率有大有小 且时刻变化 大量分子的速率按 中间多 两头少 的规律分布 3 温度升高时 速率小的分子数 速率大的分子数 分子的平均速率将 但速率分布规律不变 较大 减少 增加 增大 2 气体实验三定律 热身体验1 关于晶体和非晶体 下列说法正确的是 A 有规则几何外形的固体一定是晶体B 晶体的各向同性是由于组成它的微粒是按照一定的规则排列的 具有空间上的周期性C 晶体一定具有各向异性的特点D 某些物质微粒能够形成几种不同的空间分布2 1 关于液体的表面现象 下列说法正确的是 A 液体表面层的分子分布比内部密B 液体有使其体积收缩到最小的趋势C 液体表面层分子之间只有引力而无斥力D 液体有使其表面积收缩到最小的趋势 2 2 关于液晶 下列说法中正确的有 A 液晶是一种晶体B 液晶分子的空间排列是稳定的 具有各向异性C 液晶的光学性质不随温度的变化而变化D 液晶的光学性质随光照的变化而变化3 1 关于饱和汽 下面说法不正确的是 A 达饱和汽时液面上的气体分子的密度不断增大B 达饱和汽时液面上的气体分子的密度不变C 将未饱和汽转化成饱和汽可以保持温度不变 减小体积D 将未饱和汽转化成饱和汽可以保持体积不变 降低温度 3 2 2011 高考海南卷改编 关于空气湿度 下列说法正确的是 A 当人们感到潮湿时 空气的绝对湿度一定较大B 当人们感到干燥时 空气的相对湿度一定较小C 空气的绝对湿度用空气中所含水蒸气的浓度表示D 空气的相对湿度定义为水的饱和蒸汽压与相同温度时空气中所含水蒸气的压强之比 4 1859年麦克斯韦从理论上推导出了气体分子速率的分布规律 后来有许多实验验证了这一规律 若以横坐标v表示分子速率 纵坐标f v 表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比 下面四幅图中能正确表示某一温度下气体分子速率分布规律的是 5 为了将空气装入气瓶内 现将一定质量的空气等温压缩 空气可视为理想气体 下列图象能正确表示该过程中空气的压强p和体积V关系的是 热身体验答案与解析1 解析 选D 机械加工可以使任何固体具有规则几何外形 故A错 B项中是解释的各向异性 故B错 只有单晶体具有各向异性的特点 C错 同一物质微粒可以形成不同的空间分布 D正确 2 1 解析 选D 液体表面层的分子稀疏 分子力表现为引力 具有使表面积收缩到最小的趋势 故D正确 2 2 解析 选D 液晶是一种分子排列有一定规则但不稳定的流体 光学性质随温度 光照的变化而变化 故D正确 3 1 答案 A 一 气体分子的运动特点与统计规律 即时应用1 2012 高考江苏卷 密闭在钢瓶中的理想气体 温度升高时压强增大 从分子动理论的角度分析 这是由于分子热运动的 增大了 该气体在温度T1 T2时的分子速率分布图象如图所示 则T1 选填 大于 或 小于 T2 解析 温度是分子平均动能大小的标志 温度升高时分子平均动能增大 大速率的分子占总分子数的比例增大 故T1小于T2 答案 平均动能小于 二 气体实验定律图象 特别提醒 在应用气体图象分析问题时 一定要看清纵 横坐标所代表的物理量 同时要注意横坐标表示的是摄氏温度还是热力学温度 即时应用2 2013 莆田检测 一定质量的理想气体经过一系列过程 如图所示 下列说法中正确的是 A a b过程中 气体体积增大 压强减小B b c过程中 气体压强不变 体积增大C c a过程中 气体压强增大 体积变小D c a过程中 气体内能增大 体积变小答案 A 三 理想气体状态方程与气体实验定律1 理想气体状态方程与气体实验定律的关系 即时应用3 2012 高考重庆卷 如图为伽利略设计的一种测温装置示意图 玻璃管的上端与导热良好的玻璃泡连通 下端插入水中 玻璃泡中封闭有一定量的空气 若玻璃管内水柱上升 则外界大气的变化可能是 A 温度降低 压强增大B 温度升高 压强不变C 温度升高 压强减小D 温度不变 压强减小 考点1对固 液体特性的考查 2011 高考山东卷改编 人类对物质属性的认识是从宏观到微观不断深入的过程 以下说法正确的是 A 液晶的分子势能与体积无关B 晶体的物理性质都是各向异性的C 温度升高 每个分子的动能都增大D 露珠呈球状是由于液体表面张力的作用 审题指导 解答本题时应注意以下三点 1 晶体和非晶体的性质 多晶体与单晶体的区别 2 固体和液体的内能与体积及温度有关 3 液体的性质与其对应的现象 解析 液晶是一类处于液态和固态之间的特殊物质 其分子间的作用力较强 在体积发生变化时需要考虑分子间力的作用 分子势能和体积有关 A错误 晶体分为单晶体和多晶体 单晶体物理性质表现为各向异性 多晶体物理性质表现为各向同性 B错误 温度升高时 分子的平均动能增大 但不是每一个分子动能都增大 C错误 露珠由于受到表面张力的作用 表面积有收缩到最小的趋势即呈球状 D正确 答案 D 考点2气体状态变化的图象一定质量理想气体的状态经历了如图所示的ab bc cd da四个过程 其中bc的延长线通过原点 cd垂直于ab且与水平轴平行 da与bc平行 则气体体积在 A ab过程中不断减小B bc过程中保持不变C cd过程中不断增加D da过程中保持不变 解析 由图象可知a b温度不变 压强减小 所以体积增大 b c是等容变化 体积不变 因此只有B正确 答案 B 方法总结 气体状态变化的图象的应用技巧 1 求解气体状态变化的图象问题 应当明确图象上的点表示一定质量的理想气体的一个平衡状态 它对应着三个状态参量 图象上的某一条直线段或曲线段表示一定质量的理想气体状态变化的一个过程 2 在V T图象 或p T图象 中 比较两个状态的压强 或体积 大小 可以比较这两个状态到原点连线的斜率的大小 其规律是 斜率越大 压强 或体积 越小 斜率越小 压强 或体积 越大 考点3气体实验定律的应用 2012 高考新课标全国卷 如图 由U形管和细管连接的玻璃泡A B和C浸泡在温度均为0 的水槽中 B的容积是A的3倍 阀门S将A和B两部分隔开 A内为真空 B和C内都充有气体 U形管内左边水银柱比右边的低60m