《高考风向标》高考物理一轮复习 专题十三 第1讲 分子动理论 内能课件.ppt

专题十三 热学 热学 10 10 10 第1讲 分子动理论内能 考点1 物体是由大量分子组成的 1 这里的分子是指构成物质的单元 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 分子体积和质量很小 分子直径数量级是 m 分子质量数量级是 kg 分子 10 27 26 22 4 10 2 物体能被压 水与酒精混合后总体积比混合前两体积之 和要小 表明分子间确实存在着 空隙 3 阿伏加德罗常数 1mol的任何物质含有na 个分子 1mol的任何气体 在标准状态下的体积是 m3 分子的质量m0 分子的体积v0和分子的直径d称为微观物理量 物体的质量m 体积v 密度 摩尔质量ma和摩尔体积va称为宏观物理量 阿伏加德罗常数是联系宏观物理量与微观物理 量的桥梁 3 4 微观量与宏观量间的关系 6 02 1023 d 1 双选 若以 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为阿伏加德罗常数 m 分别表示每个水分子的质量和体积 下面四 个关系式中正确的有 ac a na v m b na c m na vna 解析 水蒸气的摩尔体积与其密度的乘积是摩尔质量 摩尔质量除以一个分子的质量得阿伏加德罗常数 所以a表达式正确 b选项表达式得到的不是水蒸气的密度 则b不正确 c选项表达式量与阿伏加德罗常数的比值 可求得一个分子的质量 它对固 液 气三种状态下的物体求分子的质量都适用 d选项表达式是分子的体积 该式只适用于固体 液体 不适用于气体 则d不正确 2 利用阿伏加德罗常数 估算在标准状态下相邻气体分子间的平均距离d 考点2 实验 用油膜法估测分子大小 1 实验原理实验采用使油酸在水面上形成一层单分子油膜的方法估测分子的大小 把一滴用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 并很快挥发 在水面上形成如图13 1 1所示形状的一个单分子层油膜 实验中如果算出一定体积的油酸在水面上形成的单分子油膜的面积 即可算出油酸分子的大小 图13 1 1 2 注意事项 1 酒精油酸溶液的浓度以小于 11000 为宜 2 实验前 必须把所有的实验用具擦洗干净 实验时吸取油酸 酒精和溶液的移液管要分别专用 不能混用 否则会增大误差 影响实验结果 3 痱子粉和油酸用量都不能太多 否则不易成功 撒痱子粉时一定要均匀 4 待测油酸面扩散后又收缩 要在稳定后再画轮廓 扩散后又收缩有两个原因 一是水面受油酸滴冲击凹陷后又恢复 二是酒精挥发后液面收缩 求 10 m 即可 5 本实验只要求估算分子大小 实验结果的数量级符合要 10 3 误差分析 1 酒精油酸溶液的配制体积比不准确 2 测定每一滴酒精油酸溶液的体积时造成误差 3 计算油膜面积时采用正方形座标纸 数格子法 会造 成误差 4 难点分析 1 计算每滴酒精油酸溶液中的纯油酸含量 是难点之一 设溶液浓度为 每滴体积为v1 则每滴溶液中 纯油酸含量为v0 v1 纯油酸量酒精油酸溶液总量 2 对微观问题建立物理模型是重要的物理思维方法 也是难点之一 应理解本实验的物理模型 视分子为一个一个紧挨的小球或高度等于直径的柱体 不考虑分子间隙 分子没有叠层 将油膜厚度视为分子的直径 假设单分子油膜的面积为s 必然有d 所以 用油膜法估 a 将油膜看成单分子油膜b 不考虑各油分子间的间隙c 考虑了各油分子间的间隙d 将油膜分子看成质点 解析 用油膜法估测分子的大小 的原理是将一滴油酸 体积为v 滴入水中 使之形成一层单分子油膜 成为一个一个单层排列的球形体 显然 球形体的直径即为单分子油膜的厚度d v s 测分子的大小 实验的科学依据是a b 3 双选 用油膜法估测分子直径实验的科学依据是 ab 4 2010年黄冈中学月考 用油膜法估测分子的大小 的 实验的方法及步骤如下 向体积v油 1ml的油酸中加酒精 直至总量达到v总 500ml 用注射器吸取 中配制好的酒精油酸溶液 把它一滴一滴地滴入小量筒中 当滴入n 100滴时 测得其体积恰好是v0 1ml 先往边长为30cm 40cm的浅盘里倒入2cm深的水 然后将 均匀地撒在水面上 用注射器往水面上滴一滴酒精油酸溶液 待油酸薄膜形 状稳定后 将事先准备好的玻璃板放在浅盘上 并在玻璃板上描下油酸膜的形状 将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上 如图13 1 2所示 数出轮廓范围内小方格的个数n 小方格的边长l 20mm 图13 1 2 根据以上信息 回答下列问题 1 步骤 中应填写 2 1滴酒精油酸溶液中纯油酸的体积v 是 ml 3 油酸分子直径是 m 考点3 扩散现象 布朗运动和分子间相互作用力 1 分子不停息地做无规则热运动 1 扩散现象 相互接触的物体互相进入对方的现象 温度越 扩散越快 2 布朗运动 在显微镜下看到的悬浮在液体 或气体 中的微小颗粒的无规则运动 颗粒越 运动越明显 温度越 小 高 痱子粉或石膏粉 2 10 5 4 3 10 10 高 运动越激烈 布朗运动是液体分子永不停息地做无规则热运动的反映 是液体分子对微小颗粒撞击作用的不平衡造成的 3 分子永不停息地做无规则热运动的实验事实有两个 扩 散现象和布朗运动 扩散现象不仅说明物质分子在不停地运动着 同时还说明分子与分子之间有空隙 扩散现象是分子永停息地做无规则运动的直接表现 布朗运动是固体微粒 不是液体分子 也不是固体分子 的无规则运动 但它说明分子在不停地做无规则运动 布朗运动是液体 或气体 分子无规则运动的间接反映 2 分子间存在着相互作用力 1 分子间相互作用力既有引力 又有斥力 从理论上讲 任何时候引力和斥力都是同时存在的 实际表现出的分子力是引力和斥力的合力 图13 1 3 离r0 分子间距离为r0的位置就叫做平衡位置 数量级为10 2 分子间相互作用的引力与斥力都随着分子间距离的增大而减小 只是斥力变化得更快一些 3 分子间存在一个平衡距 10 m 当r r0时 f引 f斥 对外表现的分子力f为引力 当r r0时 f引 f斥 对外表现的分子力f 0 当r r0时 f引 f斥 对外表现的分子力f为斥力 4 分子力是一种短程作用力 当分子间距离的数量级大于时 分子间的相互作用力已变得很小 可以忽略不计 可以认为此时分子间相互作用的引力和斥力都为零 这时物体处于气态并可以当成理想气体 在标准状态下 气体分子间的相互作 用力可以不计 就是因为这时气体分子间的距离远大于分子直径的缘故 中正确的是 c a 布朗运动就是液体分子的热运动b 布朗运动图示中不规则折线表示的是液体分子的运动轨迹c 当分子间的距离变小时 分子间作用力可能减小 也可能增大d 物体温度改变时物体分子的平均动能不一定改变 5 单选 上海2011届高三期末 关于分子运动 下列说法 解析 布朗运动是分子热运动的间接反映 微粒做布朗运动没有固定的轨迹 温度是物体分子平均动能的标志 温度改变 其分子平均动能必定改变 6 双选 下面关于分子力的说法中正确的有 ab a 铁丝很难被拉长 这一事实说明铁丝分子间存在引力b 水很难被压缩 这一事实说明水分子间存在斥力c 将打气管的出口端封住 向下压活塞 当空气被压缩到一定程度后很难再压缩 这一事实说明这时空气分子间表现为斥力d 磁铁可以吸引铁屑 这一事实说明分子间存在引力 7 双选 如图13 1 4 关于分子间的作用力的下列说法 正确的是 r0为分子的平衡位置 图13 1 4 解析 关于分子间的引力和斥力的表现可参照分子的 弹簧模型 但同时也应明确分子间的合力无论表现为引力或斥力 其间的引力和斥力都是同时存在的 则易分析出a b错误 c d正确 答案 cd a 两个分子间距离小于r0时 分子间只有斥力b 两个分子间距离大于r0时 分子间只有引力 c 两个分子间距离由较远逐渐减小到r r0的过程中 分 子力先增大后减小 表现为引力 d 两个分子间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 分子力表现为斥力 考点4 物体的内能 1 分子动能 温度是大量物体分子平均动能的标志 1 温度是大量分子的平均动能的标志 对个别分子来讲是无意义的 2 温度相同的不同种类的物质 它们分子的平均动能相同 但由于不同种类物质的分子质量不等 所以 它们分子的平均速率不同 3 分子的平均动能与物体运动的速度无关 2 分子势能 微观上与分子间的距离有关 宏观上与物体的体积有关 图13 1 5 1 选取分子间距离为无穷远处分子势能为零 则分子势能 与分子间距离的关系如图13 1 5所示 2 分子力做正功 分子势能减小 克服分子力做功 分子 势能增大 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 分子势能增加 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 分子势能增加 r r0时 分子势能最小 但不为零 为负值 因为选两 分子相距无穷远时的分子势能为0 3 物体的内能 1 物体内所有分子的动能与势能的总和即为物体的内能 由于分子的动能与温度有关 分子势能与体积有关 所以一定质量的某种物质的内能由物体的温度和体积共同决定的 当然还和分子的数目有关 2 内能改变的两种方式 做功和热传递 做功是其他形式的能与内能相互转化的过程 热传递是物体间内能的转移过程 做功与热传递在改变物体内能上是等效的 但在能量的 转化或转移上有本质的区别 8 单选 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 间势能分别取决于气体的 a a 温度和体积c 温度和压强 b 体积和压强d 压强和温度 解析 由于温度是分子平均动能的标志 所以气体分子的动能在宏观上取决于温度 分子势能是由分子间引力和分子间距离共同决定 宏观上取决于气体的体积 9 单选 下列说法正确的是 a a 温度是分子平均动能的标志 物体温度高 则分子的平均动能大b 温度是分子平均动能的标志 温度升高 则物体的每一个分子的动能都增大c 当某物体内能增加时 则该物体的温度一定升高d 甲物体的温度比乙物体的温度高 则甲物体分子平均速率比乙物体分子平均速率大 10 双选 如图13 1 6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 则以下 判断正确的是 图13 1 6 a 乙分子由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做加速运动 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小 d 乙分子由b到d的过程中 两分子间的分子势能一直增大 bc 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 且达到c点速度最大 故a错 b对 乙分子由a到b的过程中 两分子间的引力一直做正功 两分子间的分子势能一直减小 故c正确 乙分子由b到c的过程中 两分子间的引力仍然做正功 两分子间的分子势能仍在减小 由c到d的过程中 两分子间的斥力做负功 则分子势能增加 故d错 热点分子间作用力和内能 例1 双选 2010年全国卷 图13 1 7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 图13 1 7 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 分子间的作用力为零 d 当由r1变到r2的过程中 分子间的作用力做负功 bc 要记住分子间作用力和分子势能的特点和规律 仔细地看懂高中物理课本中分子间的作用力跟距离的关系图和两分子系统的分子势能跟距离的关系图是一种很有效 很直观的方法 a 分子间作用力先减小后增大b 分子间作用力先增大后减小c 分子势能先减小后增大d 分子势能先增大后减小 解析 设两分子平衡位置之间距离为r0 分子间距从r减小到r0过程 分子间作用力表现为引力 分子力大小先增大后减小 分子间距从r0继续减小过程 分子力表现为斥力 分子力大小增大 当r r0时 分子力为零 此时分子势能最小 故正确选项为c 和分子势能的变化 下列正确说法是 1 单选 2010年潮州二模 在使两个分子间的距离由很远 c 易错点 对内能的涵义的理解 例1 单选 下列说法中正确的是 d a 温度低的物体内能小b 温度低的物体分子运动的平均速率小c 做加速运动的物体 由于速度越来越大 因此物体分子的平均动能越来越大d 温度低的铜块与温度高的铁块相比 分子平均动能小 错解分析 a 因为温度低 平均动能就小 所以内能就小 所以应选a b 由动能公式ek 1 2 mv2可知 速率越小动能就 越小 而温度低的物体分子平均动能小 所以速率也小 所以应选b c 由加速运动的规律我们了解到 物体的速度大小由初速度 加速度和时间决定 随着时间的推移 速度越来越快 再由动能公式ek 1 2 mv2可知 物体动能也越来越大 所以应选c 正确解析 内能是物体内所有分子的动能和势能的总和 温度是分子平均动能的标志 任何物质只要温度低则物体分子平均动能就一定小 d选项正确 但温度低不表示内能一定也 小 也就是所有分子的动能和势能的总和不一定就小 a选项错误 温度低 物体分子平均动能小 但不同物质的分子质量不同 所以无法确定温度低时分子运动的平均速率是否一定小 选项b错误 微观分子无规则运动与宏观物体运动不同 分子的平均动能只是分子无规则热运动的动能 而物体加速运动时 物体内所有分子均参与物体的整体 有规律的运动 这时物体整体运动虽然越来越快 但并不能说明分子无规