高三物理第一轮复习集体备课热学 附习题！（精品打包4套）全国通用34.分子动理论.ppt

热学 分子动理论 分子动理论的基本内容 物体是由大量分子组成的 分子永不停息地做无规则运动 分子间存在着相互作用力 一 分子动理论 1 物质是由大量分子组成的 这里的分子是指构成物质的单元 即具有各种物质化学性质的最小微粒 可以是原子 离子 也可以是分子 在热运动中它们遵从相同的规律 所以统称为分子 1 分子的大小 分子直径数量级为10 10m 可用 油膜法 测定 分子质量的数量级是10 27 10 26kg 油膜法具体做法是 将油酸用酒精稀释后滴加在水面上 油酸在水面上散开 其中酒精溶于水中 并很快挥发 在水面上形成一层纯油酸膜 由于油酸分子的部分原子与水有很强的亲合力 这样就形成了紧密排列的单分子层油膜 根据稀释前油酸的体积v和薄膜的面积s即可算出油酸薄的厚度的d v s d即为分子的直径 用此方法得出的油酸分子的直径数量级是10 10m 2 阿伏加德罗常数 1摩尔任何物质含有的粒子数都相同 其值为 na 6 02 1023mol 1 3 分子间存在间隙 分子永不停息地做无规则运动 说明分子间有间隙 气体容易被压缩 说明分子间有间隙 水和酒精混合后的体积小于两者原来的体积之和 说明分子间有间隙 用两万个标准大气压的压强压缩钢筒中的油 发现油可以透过筒壁逸出 说明分子间有间隙 说明 这里建立了一个理想化模型 把分子看作是小球 所以求出的数据只在数量级上是有意义的 一般认为分子直径大小的数量级为10 10m 固体 液体被理想化地认为各分子是一个挨一个紧密排列的 每个分子的体积就是每个分子平均占有的空间 分子体积 物体体积 分子个数 气体分子仍视为小球 但分子间距离较大 不能看作一个挨一个紧密排列 所以气体分子的体积远小于每个分子平均占有的空间 每个气体分子平均占有的空间看作以相邻分子间距离为边长的正立方体 例1 一般分子的直径的数量级为 纳米是一个单位 符号是nm 1nm m 由此可知 一般分子的直径大约为nm 10 10m 长度 10 9 0 1 例2 一滴露水的体积大约是6 0 10 7cm3 它含有多少个水分子 如果一只极小的虫子来喝水 每分钟喝进6 0 107个水分子 需要多长时间才能喝完这滴露水 解 露水的质量m 6 0 10 7 10 6m3 103kg m3 6 10 10kg 含有的分子数nn 6 10 10 18 10 3 6 02 1023 2 1016 t 2 1016 6 0 107 3 3 108min 630年 对微观量的估算 首先要建立微观模型 对液体 固体来说 微观模型是分子紧密排列 将物质的摩尔体积分成na个等份 每个等份就是一个分子 若把分子看作小立方体 则每一等份就是一个小立方体 若把分子看成小球 则每一等份就是一个小球 可以估算出分子的体积和分子的直径 气体分子不是紧密排列的 所以上述微观模型对气体不适用 但上述微观模型可用来求气体分子间的距离 例如lmol任何气体 在标准状态下的体积是22 4 10 3m3 将其分成na个小立方体 每个小立方体中装一个气体分子 则小立方体的边长就是分子间的距离 阿伏伽德罗常数na 6 02 1023mol 1是联系微观世界和宏观世界的桥梁 1 固体 液体分子微观量的估算 分子质量的估算方法 每个分子的质量为m1 2 气体分子微观量的估算方法 分子间距的估算方法 设想气体分子均匀分布 每个分子占据一定的体积 假设为立方体 分子位于每个立方体的中心 每个小立方体的边长就是分子间距 假设气体分子占有的体积为球体 分子位于球体的球心 则分子间距离等于每个球体的直径 例3 已知金刚石的密度是3 5 103kg m3 在一块体积是6 4 10 8m3的金刚石内含有多少个碳原子 保留两位有效数字 解析 质量m v 3 5 103 6 4 10 8 2 24 10 4kg摩尔数n m 2 24 10 4kg 12 10 3kg 1 867 10 1mol原子数n nna 1 867 10 1 6 02 1023 1 12 1022个 1 l l022个 例4 在 用油膜法估测分子大小 实验中所用的油酸酒精溶液的浓度为每1000ml溶液中有纯油酸0 6ml 用注射器测得1ml上述溶液为80滴 把1滴该溶液滴入盛水的浅盘内 让油膜在水面上尽可能散开 测得油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示 图中正方形方格的边长为1cm 试求 油酸膜的面积是 cm2 实验测出油酸分子的直径是 m 结果保留两位有效数字 实验中为什么要让油膜尽可能散开 115 120 解 一滴溶液中含有油酸体积为v1 0 6 1000 1 80cm3 d v1 s 7 5 10 6 115cm 6 5 10 8cm 6 3 6 5 10 10 这样做的目的是为了让油膜在水面上形成单分子薄膜 例5 利用单分子油膜法可以粗测分子的大小和阿伏加德罗常数 如果已知体积为v的一滴油在水面上散开形成的单分子油膜的面积为s 这种油的密度为 摩尔质量为 阿伏加德罗常量应如何求出 解析 由单分子油膜的特征 这种油的直径为d v s 将油膜看成单分子紧密相挨形成的膜 每个油分子的体积为 将分子看成球形 每摩尔这种油的体积为v 因此 阿伏加德罗常数为 na v v0 6 s3 v3 例6 晶须是一种发展中的高强度材料 它是一些非常细的 非常完整的丝状 横截面为圆形 晶体 现有一根铁晶 直径d 1 60 m 用了f 0 0264n的力将它拉断 试估算拉断过程中最大的fe原子力ff fe的密度 7 92g cm 3 解析 因原子力作用范围在10 10m数量级 阻止拉断的原子力主要来自于断开面上的所有原子对 当fe晶上的拉力分摊到一对fe原子上的力超过拉伸中的最大原子力时 fe晶就被拉断 又铁的摩尔质量ma 55 85 10 3kg mol 所以铁原子的体积 1 171 10 29m3 原子球的大圆面积 s d2 4 6 25 10 20m2 铁晶断面面积 s d2 4 1 60 10 6 2 4 2 01 10 12m2 断面上排列的铁原子数 3 2 107个 所以拉断过程中最大铁原子力 8 25 10 10n 原子直径 2 82 10 10m 4 某气体的摩尔质量为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 a na v v0b na v mc na m md na m v0 例7 2005年江苏卷4 bc 1 分子热运动 组成物质的大量分子的无规则运动 叫做热运动 随温度的升高而加剧 扩散现象和布朗运动都可以很好地证明分子的热运动 布朗运动是指悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动 2 分子的热运动 2 布朗运动 是指悬浮在液体中的花粉颗粒永不停息地做无规则运动 它并不是分子本身的运动 液体分子的无规则运动是布朗运动产生的原因 布朗运动虽不是分子的运动 但其无规则性正反映了液体分子运动的无规则性 布朗运动的剧烈程度与颗粒大小和温度有关 关于布朗运动 要注意以下几点 形成条件是 只要微粒足够小 温度越高 布朗运动越激烈 观察到的是固体微粒 不是液体 不是固体分子 的无规则运动 反映的是液体分子运动的无规则性 实验中描绘出的是某固体微粒每隔30秒的位置的连线 不是该微粒的运动轨迹 思考 为什么微粒越小 布朗运动越明显 分析 在任何一个选定的方向上 同一时刻撞击固体微粒的液体分子个数与微粒的横截面积成正比 即与微粒的线度r的平方成正比 从而对微粒的撞击力的合力f与微粒的线度r的平方成正比 而固体微粒的质量m与微粒的体积成正比 即与微粒的线度r的立方成正比 因此其加速度a f m r 1 即加速度与微粒线度r成反比 所以微粒越小 运动状态的改变越快 布朗运动越明显 例8 下面三种关于布朗运动说法都是错误的 试分析它们各错在哪里 1 大风天常常看到风沙弥漫 尘土飞扬 这就是布朗运动 2 在较暗的房间里 从射进来的阳光中可以看到悬浮在空气中的微粒在不停地运动 这些微粒的运动是布朗运动 3 布朗运动是由于液体分子对固体小颗粒的撞击引起的 固体小颗粒的体积越大 液体分子对它的撞击越多 布郎运动就越显著 例9 关于布朗运动 下列说法正确的是a 布朗运动是液体分子的运动 b 布朗运动的无规则性 反映了液体内部分子运动的无规则性 c 与固体微粒相碰的液体分子数越多 布朗运动越显著 d 液体的温度越高 布朗运动越激烈 分析 布朗运动是指悬浮在液体中的微小颗粒的运动 而不是液体分子的运动 悬浮在液体中的固体微粒 受到周围分子碰撞的力不平衡 因而向受力作用较小的方向运动 布朗运动间接地反映了分子运动的无规则性 在相同的时间内 与固体微粒相碰的液体分子数越多 说明固体微粒较大 在某一瞬间跟它相撞的分子数越多 撞击作用的不平衡性就表现得越不明显 加之固体微粒越大 其惯性就越大 因而布朗运动不是越明显 而是越不明显 既然布朗运动是液体分子无规则运动引起的 液体的温度越高 分子无规则运动越激烈 从而它所引起的布朗运动也就越显著 解答 选项b d 是正确的 解析 1 2 能在液体或气体中做布朗运动的微粒都是很小的 一般数量级在10 6m 这种微粒相对于可视的微粒是很小的 肉眼是看不到的 必须借助于显微镜 但它又比分子要大得多 风天看到的灰砂尘土都是较大的颗粒 它们的运动不能称为布朗运动 另外它们的运动基本上属于在气流作用下的定向移动 而布朗运动是无规则运动 3 布朗运动的确是由于液体或气体分子对固体微粒的碰撞引起的 但只有在固体微粒很小 各个方向的液体分子对它的碰撞不均匀才引起它做布朗运动 因此正确的说法是 固体微粒体积越小 布朗运动越显著 如果固体微粒过大 液体分子对它的碰撞在各个方向上是均匀的 就不会做布朗运动了 r r0时f引 f斥分子力表现为斥力 r r0时f引 f斥分子力表现为引力 r 10r0时f引 f斥迅速减为0 分子力f 0 r r0时f引 f斥分子力f 0 4 分子间的相互作用力 1 分子间同时存在着相互作用的引力和斥为 引力和斥力都随分子间距离增大而减小 随分子间距离减小而增大 但斥力的变化比引力的变化快 实际表现出来的分子力是引力和斥力的合力 2 分子间作用力随分子间距离而变化的规律是 3 从本质上来说 分子力是电场力的表现 因为分子是由原子组成的 原子内有带正电的原子核和带负电的电子 分子间复杂的作用力就是由这些带电粒子间的相互作用而引起的 也就是说分子力的本质是四种基本相互作用中的电磁相互作用 例10 试用分子间相互作用力的观点解释以下现象 1 液体的体积很难被压缩 2 如图实验时 拉动玻璃板的力大于玻璃板所受的重力 解析 现象 1 通常条件下 液体分子间的距离r0 即分子间的斥力和引力相等 分子力为零 当加上外加的压力试图使分子间距离小于平衡位置间距离r0时 液体分子间的斥力将大于引力 分子力就体现为斥力 且迅速增大 分子力就跟外力相平衡 从而体积就很难被压缩小 现象 2 玻璃板即将跟水面分开时 粘附在玻璃板表面上的一层水分子将跟下面的水分子层发生分裂 两层水分子间的相互作用力就体现为引力 可见 要想使玻璃板离开水面 必须克服水分子之间的引力 所以拉动玻璃板的力要大于玻璃板所受的重力 例11 如图示 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 乙分子从a到c做加速运动 到达c时速度最大c 乙分子从a到b的过程中 两分子的分子势能一直增加d 乙分子从b到d的过程中 两分子的分子势能一直增加 分析 乙分子从a到b c d的运动过程中 先是分子的引力作用 加速度的方向跟运动方向一致 所以加速运动 到达c位置时 分子力等于零 加速度也就等于零 运动的速度是最大 从c再到d运动时 分子力为斥力 加速度的方向跟运动的方向相反 速度减小 b 例12 分子间同时存在着引力和斥力 若分子间的引力和斥力随分子间的距离r的变化规律分别为f引 b ra f斥 d rc 分子力表现为斥力时 必须满足的条件是什么 解 设f引 f斥b ra d rcra rc b d ra c b d 分子力表现为斥力 05年南通调研测试一3 3 关于布朗运动 下列说法正确的是 a 布朗运动是指悬浮在液体中的微粒分子的无规则运动b 布朗运动的无规则性反映了液体分于运动的无规则性c 液体温度越高 布朗运动越激烈d 悬浮微粒越小 在某一瞬间撞击它的液体分子数就越少 布朗运动越不明显 bc 05年南京质量检测一5 5 关于布朗运动 下列说法中正确的是 布朗运动就是液体分子的无规则运动 温度越高 布朗运动越剧烈 悬浮微粒越大 在某一瞬时撞击它的分子数越多 布朗运动越明显 布朗运动说明液体分子在不停地做无规则运动 bd 2005年北京春季理综卷15 15 以下关于分子力的说法 正确的是 a 分子间既存在引力也存在斥力b 液体难于被压缩表明液体中分子力总是引力c 气体分子之间总没有分子力的作用d 扩散现象表明分子间不存在引力 a 06年苏锡常镇四市一模2 2 下列说法正确的是 a 甲 乙两分子从很远处靠近到不能再靠近的过程中 分子势能先减少后增大 b 分子间距离减小 分子间的引力和斥力都增加 c 布朗运动是液体分子的运动 它说明分子永不停息地做无规则运动 d 做布朗运动的微粒越大 布朗运动越明显 ab 05年盐城中学试卷 四 1 1 下列说法中正确的是 a 气体总是很容易充满容器 这是分子问存在斥力的宏观表现b 水的体积很难被压缩 这是分子间存在斥力的宏观表现c 两块玻璃板用力挤压不易粘合在一起 这是分子问存在斥力的宏观表现d 用打气筒打气很费劲 这是气体分子间存在斥力的宏观表现 b 2 下列说法哪些是正确的 a 水的体积很难被压缩 这是分子间存在斥力的宏观表现b 气体总是很容易充满容器 这是分子间存在斥力的宏观表现c 两个相同的半球壳吻合接触 中间抽成真空 马德堡半球 用力很难拉开 这是分子间存在吸引力的宏观表现d 用力拉铁棒的两端 铁棒没有断 这是分子间存在吸引力的宏观表现 2004年广西卷2 ad 6 下列说法正确的是 a 分子间的作用力表现为引力时 分子间的距离增大 则分子间的作用力减小b 分子间的作用力表现为引力时 分子间的距离增大 分子势能增大c 知道某物质摩尔体积和阿伏加德罗常数 一定可估算其分子直径d 知道某物质摩尔质量和阿伏加德罗常数 一定可求其分子质量 解 由分子作用力图线 实线 可知a错 分子间的作用力表现为引力时 分子间的距离增大 分子力做负功 分子势能增大 b对 对气体 由于分子间隙很大 c错 bd a ab线表示引力 cd线表示斥力 e点的横坐标约为10 15mb ab线表示斥力 cd线表示引力 e点的横坐标约为10 10mc ab线表示引力 cd线表示斥力 e点的横坐标约为10 10md ab线表示斥力 cd线表示引力 e点的横坐标约为10 15m 1 如图1所示 设有一分子位于图中的坐标原点o处不动 另一分子可位于x轴上不同位置处 图中纵坐标表示这两个分子间分子力的大小 两条曲线分别表示斥力或吸力的大小随两分子间距离变化的关系 e为两曲线的交点 则 解 当r r0时 斥力和吸力的大小随两分子间距离的减小而增大 但是 斥力增大得更快 当r r0时 斥力和吸力相互平衡 r0的数量级约为10 10m c 1 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 就可以计算出阿伏伽德罗常数b 物体的温度越高 分子热运动的平均动能越大c 悬浮在液体中的固体微粒越大 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 ab 2006年江苏高考题1 1 从下列哪一组物理量可以算出氧气的摩尔质量 a 氧气的密度和阿伏伽德罗常数b 氧气分子的体积和阿伏伽德罗常数c 氧气分子的质量和阿伏伽德罗常数d 氧气分子的体积和氧气分子的质量 c 3 已知阿伏伽德罗常数为n 铝的摩尔质量为m 铝的密度为 则下列说法正确的是 a 1kg铝所含原子数为 nb 1个铝原子的质量为m nc 1m3铝所含原子数为n m d 1个铝原子所占的体积为m n 解 1kg铝的摩尔数为1 m 所含原子数为n m 1m3铝的质量为 摩尔数为 m 所含原子数为 n m 摩尔体积v m 1个铝原子