2022届高考物理一轮复习第13章热学第1节分子动理论内能教案新人教版

1、第1节 分子动理论 内能高考导航考点内容要求高考(全国卷)三年命题情况对照分析202020192018命题分析分子动理论的基本观点和实验依据卷t33(1)：分子力和分子势能的关系卷t33(1)：热力学定律卷t33(1)：气体的性质及热力学定律卷t33(2)：玻意耳定律卷t33(2)：玻意耳定律以及压强的计算卷t33(2)：压强的计算及气体实验定律卷t33(1)：热力学定律、等压过程卷t33(1)：理想气体状态方程、气体定律的微观解释卷t33(1)：实验：用油膜法测分子的大小卷t33(2)：气体实验定律卷t33(2)：气体实验定律卷t33(2)：气体实验定律卷t33(1)：热力学定律与气体状态变

2、化的综合应用卷t33(1)：分子动理论、内能、热力学定律卷t33(1)：热力学定律与气体状态变化的综合应用卷t33(2)：气体实验定律卷t33(2)：气体实验定律卷t33(2)：气体实验定律1.高考对本章内容的考查有选择题、填空题、计算题，试题情景新颖，难度中等或中等偏下。2命题热点为分子动理论、阿伏加德罗常数的应用、气体实验定律及热力学第一定律的应用等。3气体的性质仍将是今后考查的重点，在创设新情境和题给信息方面可能会有创新。阿伏加德罗常数气体分子运动速率的统计分布温度、内能固体的微观结构、晶体和非晶体液晶的微观结构液体的表面张力现象气体实验定律理想气体饱和蒸汽、未饱和蒸汽、饱和蒸汽压相对湿

3、度热力学第一定律能量守恒定律热力学第二定律单位制：中学物理中涉及的国际单位制的基本单位和导出单位，例如摄氏度、标准大气压实验：用油膜法估测分子的大小说明：知道国际单位制中规定的单位符号。要求会正确使用温度计。核心素养物理观念：布朗运动、内能、分子力、晶体、饱和汽、未饱和汽、相对湿度、分子力、分子势能(如2020卷t33(1)。科学思维：分子动理论、“油膜法”“放大法”“图象法”“控制变量法”“临界法”、气体实验定律、理想气体状态方程、热力学定律(如2020卷t33(1)。科学探究：测量分子直径、验证气体实验定律(如2019卷t33(1)。科学态度与责任：热机在生产、生活中的应用。第1节分子动理

4、论内能一、分子动理论1物体是由大量分子组成的(1)分子的大小分子的直径(视为球模型)：数量级为1010 m；分子的质量：数量级为1026 kg。(2)阿伏加德罗常数1 mol的任何物质都含有相同的粒子数。通常取na6.021023 mol1；阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁。2分子永不停息地做无规则运动(1)扩散现象定义：不同物质能够彼此进入对方的现象；实质：扩散现象并不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果，而是由分子的无规则运动产生的物质迁移现象，温度越高，扩散现象越明显。(2)布朗运动定义：悬浮在液体中的小颗粒的永不停息地无规则运动；实质：布朗运动反映了液体分子的无规则运

5、动；特点：颗粒越小，运动越明显；温度越高，运动越剧烈。(3)热运动分子永不停息的无规则运动叫作热运动；特点：分子的无规则运动和温度有关，温度越高，分子运动越剧烈。3分子间同时存在引力和斥力(1)物质分子间存在空隙，分子间的引力和斥力是同时存在的，实际表现出的分子力是引力和斥力的合力。(2)分子力随分子间距离变化的关系：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，但斥力比引力变化得快。(3)分子力与分子间距离的关系图线由分子间的作用力与分子间距离关系图线(如图所示)可知：当rr0时，f引f斥，分子力为零；当rr0时，f引f斥，分子力表现为引力；当rr0时，f引f斥，分

6、子力表现为斥力；当分子间距离大于10r0(约为109 m)时，分子力很弱，可以忽略不计。二、温度和内能1温度一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。2两种温标摄氏温标和热力学温标。关系：tt273.15 k。3分子的动能(1)分子动能是分子热运动所具有的动能。(2)分子热运动的平均动能是所有分子热运动动能的平均值，温度是分子热运动的平均动能的标志。(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相对位置决定的能。(2)分子势能的决定因素微观上：决定于分子间距离和分子排列情况；宏观上：决定于体积和状态。5物体的内能(

7、1)概念理解：物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和，是状态量。(2)决定因素：对于给定的物体，其内能大小由物体的温度和体积决定，即由物体内部状态决定。(3)影响因素：物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关。(4)改变物体内能的两种方式：做功和热传递。三、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单分子油膜(如图所示)，将油酸分子看作球形，测出一定体积油酸酒精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。2实验器材已稀释的油酸若干毫升、量筒1个、浅盘1只(30 c

8、m40 cm)、纯净水、注射器(或滴管)1支、透明玻璃板一块、坐标纸、彩色水笔1支、痱子粉或石膏粉(带纱网或粉扑)。3实验步骤(1)取1 ml(1 cm3)的油酸溶于酒精中，制成200 ml的油酸酒精溶液。(2)往边长约为3040 cm的浅盘中倒入约2 cm深的水，然后将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上。(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1 ml，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)待油酸薄膜形状稳定后，将一块较大的玻璃板盖在浅盘上，用彩

9、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玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积。(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，根据纯油酸的体积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。 比较算出的分子直径， 看其数量级(单位为m)是否为1010，若不是1010需重做实验。一、思考辨析(正确的画“”，错误的画“”)1布朗运动是液体分子的无规则运动。()2分子间的引力和斥力都随分子间距的增大而增大。()333 240 k。()4当分子力表现为引力时，分子势能随分子间距离的增大而增大。()5公式d中的“v”是纯油酸的体积。()6内能相同的物体，温度不

10、一定相同。()71 g 100 水的内能小于1 g 100 水蒸气的内能。()二、走进教材1(教科版选修33p39t2改编)对内能的理解，下列说法正确的是()a系统的内能是由系统的状态决定的b温度高的系统比温度低的系统的内能大c不计分子之间的分子势能，质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能d做功可以改变系统的内能，但是单纯地对系统传热不能改变系统的内能a系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理量，所以是由系统的状态决定的，a正确；系统的内能与温度、体积、物质的多少等因素都有关系，b错误；质量和温度相同的氢气和氧气的平均动能相同，但它们的物质的量不同，内能不同，c错误；做功和热传递都可以改变

11、系统的内能，d错误。2.(多选)用显微镜观察水中的花粉，追踪某一个花粉颗粒，每隔10 s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运动的径迹b花粉颗粒的运动是水分子无规则运动的反映c在这六段时间内花粉颗粒运动的平均速度大小相等d从a点计时，经36 s，花粉颗粒可能不在de连线上e从a点计时，经36 s，花粉颗粒可能在de连线上，但不一定在d、e连线的中点bde根据题意，每隔10 s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10 s花粉颗粒的位置，而不是

12、花粉颗粒的运动轨迹，故a错误；由图线的杂乱无章说明花粉颗粒做无规则运动，故b正确；在这六段时间内花粉颗粒运动的平均速度大小不一定相等，故c错误；从a点开始计时，经36 s，花粉颗粒可能在任意一点，可能不在d、e连线上，当然也可能在d、e连线上，但不一定在d、e连线的中点，故d、e正确。3根据分子动理论，下列说法正确的是()a一个气体分子的体积等于气体的摩尔体积与阿伏加德罗常数之比b显微镜下观察到的墨水中的小炭粒所做的不停地无规则运动，就是分子的运动c分子间的相互作用力一定随分子间距离的增大而减小d分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大d由于气体分子的间距大于分子直径，故气体分子的体积小

13、于气体的摩尔体积与阿伏加德罗常数之比，故a错误；显微镜下观察到的墨水中的小炭粒所做的不停地无规则运动，是布朗运动，它是分子无规则运动的体现，但不是分子的运动，故b错误；若分子间距离从平衡位置开始增大，则引力与斥力的合力先增大后减小，故c错误；若分子间距是从小于平衡距离开始变化，则分子力先做正功再做负功，故分子势能先减小后增大，故d正确。 分子动理论的理解1求解分子直径时的两种模型(固体和液体)(1)把分子看成球形，d。(2)把分子看成小立方体，d。注意对于气体，利用d算出的不是分子直径，而是气体分子间的平均距离。2宏观量与微观量的相互关系(1)微观量：分子体积v0、分子直径d、分子质量m0等。

14、(2)宏观量：物体的体积v、密度、质量m、摩尔质量m、摩尔体积vmol、物质的量n等。(3)相互关系一个分子的质量：m0。一个分子的体积：v0(估算固体、液体分子的体积或气体分子所占空间体积)。物体所含的分子数：nnnanana。3扩散现象、布朗运动与热运动的比较扩散现象布朗运动热运动运动主体分子固体微小颗粒分子区别是分子的运动，发生在固体、液体、气体任何两种物质之间是比分子大得多的颗粒的运动，只能在液体、气体中发生是分子的运动，不能通过光学显微镜直接观察到共同点(1)都是无规则运动(2)都随温度的升高而更加激烈联系扩散现象、布朗运动都反映了分子做无规则的热运动4.分子力及分子势能图象分子力f

15、分子势能ep图象随分子间距离的变化情况rr0r增大，f先增大后减小，表现为引力r增大，f做负功，ep增大rr0f引f斥，f0ep最小，但不为零r10r0引力和斥力都很微弱，f0ep0(2020全国卷t33(1)分子间作用力f与分子间距r的关系如图所示，rr1时，f0。分子间势能由r决定，规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零。若一分子固定于原点o，另一分子从距o点很远处向o点运动，在两分子间距减小到r2的过程中，势能_(填“减小”“不变”或”增大”)；在间距由r2减小到r1的过程中，势能_(填“减小”“不变”或“增大”)；在间距等于r1处，势能_(填“大于”“等于”或“小于”)零。解析若一分子

16、固定于原点o，另一分子从距o点很远处向o点运动，在两分子间距减小到r2的过程中，分子力做正功，势能减小；由r2减小到r1的过程中，分子力仍做正功，势能减小；在间距为r1处，势能小于零。答案减小减小小于求解本题时不少考生易将分子力的fr图象和势能epr图象混淆，只从图象形状进行判断，得出增大、减小和等于的错误结果。微观量的估算1(多选)(2016上海高考)某气体的摩尔质量为m，分子质量为m 。若1摩尔该气体的体积为vm，密度为，则该气体单位体积分子数为(阿伏加德罗常数为na)()a bc dabc1摩尔该气体的体积为vm，则单位体积分子数为n，气体的摩尔质量为m，分子质量为m，则1 mol气体的

17、分子数为na，可得n，气体的密度为，则1摩尔该气体的体积vm，则有n，故d错误，a、b、c正确。布朗运动与分子热运动2pm2.5是指空气中直径小于2.5微米的悬浮颗粒物，其飘浮在空中做无规则运动，很难自然沉降到地面。下列说法中不正确的是()a气温越高，pm2.5运动越剧烈bpm2.5在空气中的运动属于布朗运动cpm2.5在空气中的运动就是分子的热运动d倡导低碳生活有利于减小pm2.5在空气中的浓度c由于pm2.5颗粒很小，pm2.5在空气中的运动是由于周围大量空气分子对pm2.5碰撞的不平衡使其在空中做无规则运动，是布朗运动，只是空气分子热运动的反映，b正确，c错误；温度越高，分子运动越剧烈，

18、pm2.5运动也越剧烈，a正确；因为矿物燃料燃烧的废气排放是形成pm2.5的主要原因，所以倡导低碳生活、减少化石燃料的使用能有效减小pm2.5在空气中的浓度，d正确。分子间的作用力与分子势能3.(多选)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，下列说法正确的是()a在rr0阶段，f做正功，分子动能增加，势能减小b在rr0阶段，当r减小时f做正功，分子势能减小，分子动能增加，故a正确；在rr0阶段，当r减小时f做负功，分子势能增加，分子动能减小，故b错误；在r

19、r0时，分子势能最小，但不为零，动能最大，故c正确，d错误；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e正确。 温度和物体的内能1(多选)(2018全国卷)对于实际的气体，下列说法正确的是()a气体的内能包括气体分子的重力势能b气体的内能包括气体分子之间相互作用的势能c气体的内能包括气体整体运动的动能d气体的体积变化时，其内能可能不变e气体的内能包括气体分子热运动的动能bde实际气体的内能包括气体分子间相互作用的势能和分子热运动的动能，当气体体积变化时影响的是气体的分子势能，内能可能不变，所以b、d、e正确，a、c错误。2(多选)下列有关热现象和内能的说法中正确的是()a把物体缓慢

20、举高，其机械能增加，内能不变b盛有气体的容器做加速运动时，容器中气体的内能必定会随之增大c电流通过电阻后电阻发热，它的内能增加是通过“做功”方式实现的d分子间引力和斥力相等时，分子势能最大ac把物体缓慢举高，外力做功，其机械能增加，由于温度不变，物体内能不变，选项a正确；物体的内能与物体做什么性质的运动没有直接关系，选项b错误；电流通过电阻后电阻发热，是通过电流“做功”的方式改变电阻内能的，选项c正确；根据分子间作用力的特点，当分子间距离等于r0时，引力和斥力相等，不管分子间距离从r0增大还是减小，分子间作用力都做负功，分子势能都增大，故分子间距离等于r0时分子势能最小，选项d错误。分析物体内

21、能问题的四点提醒(1)内能是对物体的大量分子而言的，不存在某个分子内能的说法。(2)决定内能大小的因素为温度、体积、物质的量以及物质状态。(3)通过做功或传热可以改变物体的内能。(4)温度是分子平均动能的标志，相同温度的任何物体，分子的平均动能相同。 实验：用油膜法估测分子的大小1(2019全国卷)用油膜法估算分子大小的实验中，首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是_。实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积，可以_。为得到油酸分子的直径，还需测量的物理量是_。解析由于分子直径非常小，极少量油酸所形成的单分子层油膜面积也会很大，因此实验前需要将油酸稀释，使油酸

22、在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜。可以用累积法测量多滴溶液的体积后计算得到一滴溶液的体积。油酸分子直径等于油酸的体积与单分子层油膜的面积之比，即d，故除测得油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积外，还需要测量单分子层油膜的面积。答案使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中，测出1 ml油酸酒精溶液的滴数，得到一滴溶液中纯油酸的体积单分子层油膜的面积2.(1)在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，用移液管量取0.25 ml油酸，倒入标注250 ml的容量瓶中，再加入酒精后得到250 ml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1 ml的刻度；再用滴管取配好的油酸