2021届高考物理一轮复习专题十三热学考点一分子动理论内能教学案(含解析)

1、专题十三热学(选修3-3)考纲展示命题探究臂点累示分子血1®馆昶星磁 点叩丈強緬据11対子ttiite內配%像分子更初理事的携计&布1逞度是甘子半均訪蹄标志，内篙1委胡道中学軸理中序岂|钓宦本单*乔臬常齿玮幸的工怀- 包菇觀氐度8、际气S1崟欣弔菸率渕古测令子丈小固 1*.因住的舞口绘框、晶耳和斗屈値r1就却啲衰iE张现廉1叫悻彌远捷111旳力爭宦(Fb执力学S1笄主讦1E宗评1协力再二11?軍1內容操元：丰郃対内空圧娄瑕兰足丨叢，生一里却梅世駆戈輩 理IB桂圧谄切卷宣.團癖躍ESit的诰用翳札JA僦HR体摄上 右主要邑殆廿子成世左、固体1政序、一俸我蛰亡律.炉.尢才 宦律等

2、4§关内富具尹Ft吕盘的计盘与受力分忻等轴知 刘筲単$?i合洞讦兰杏*侔独峑駆.越业肖民逝样*填空巾卞石共，驾頁如识占頊腐 盘査.F=B'J5?出几呷世4 如塞觀罡怪幻怕力学罡逢.退 i勺正科垮二罚甘内容芈T.n ：.那齐札分子动理论内能口根底点靈难点根底点知识点1分子动理论的根本观点和实验依据、阿伏加德罗常数1 物体是由大量分子组成的(1) 多数分子大小的数量级为10-10 m(2) 一般分子质量的数量级为10-2710-26 kg。(3) 阿伏加德罗常数 NA= 6.02 X 1023 mol-1。2 分子永不停息地做无规那么热运动(1) 扩散现象：由于物质分子的无规那么

3、运动而产生的物质迁移现象。温度越高，扩散得 越快。(2) 布朗运动：在显微镜下看到的悬浮在液体中的微粒的永不停息的无规那么运动。布朗运动反映了液体内部的分子的无规那么运动。微粒越小，运动越明显；温度越高，运动越剧烈。(3) 热运动定义：分子永不停息的无规那么运动。特点：温度越高，分子无规那么运动越激 _3分子间的相互作用力 分子间同时存在相互作用的引力和斥力。实际表现出的分子力是引力和斥力的合力。(2)分子间的相互作用力的特点：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，斥力比引力变化更快。知识点2温度是分子平均动能的标志、内能1 温度：一切到达热平衡的系统都具有

4、相同的温度。2 两种温标：摄氏温标和热力学温标。关系：T= t + 273.15 Ko3 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的动能的平均值，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 微观上一一决定于分子间距离和分子排列情况：取ris处为零势能处，分子势能B与分子间距离r的关系如下图，当 r = ro时分子势能最小。 宏观上决定于体积和状态。5.物体的内能(1)

5、 等于物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和，是状态量。(2) 对于给定的物体，其内能大小由物体的温度和体积决定。(3) 物体的内能与物体的位置上下、运动速度大小旦A有关 B.无关)。改变物体内能有两种方式：做功和热传递。知识点3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，将油酸分子看作球形，测出一定体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积，用d =善计算出油膜的厚度，其中 V为一滴油酸酒精膏粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩笔。3.实验步骤取1 mL1 cn3)的油酸溶于酒精中，制成 200 mL的油酸酒精溶液。(2) 往边长为3040 cm的浅盘中倒入约

6、2 cm深的水，然后将痱子粉(或细石膏粉)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1好为1 mL算出每滴油酸酒精溶液的体积*=-mLn(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) 据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V,据一滴油酸的体积 V和V薄膜的面积S,算出油酸薄膜的厚度 d= §

7、;,即为油酸分子的直径。比拟算出的分子直径，看其数量级(单位为m是否为1010,假设不是1010,需重做实验。重难点一、对分子动理论的理解及应用1. 分子模型物质有固态、液态和气态三种情况，不同物态下应将分子看成不同的模型。(1) 固体、液体分子一个一个紧密排列，可将分子看成球形或立方体形，如下图，分子间距等于小球的直径或立方体的棱长，所以du、*%球体模型)或d= 3V(立方体模型)。球形分子模型立方体形分子模型(2) 气体分子不是一个一个紧密排列的，它们之间的距离很大，所以气体分子的大小不等于分子所占有的平均空间。如下图，此时每个分子占有的空间视为棱长为d的立方体,/©©

8、;©丿<>d2与阿伏加德罗常数有关的宏观量和微观量的计算方法(1) 宏观物理量：物质的质量M,体积V,密度P,摩尔质量Mnol,摩尔体积Vnolo(2) 微观物理量：分子的质量no,分子体积Vo,分子直径d。可以算出一个分子的质量(或一个分子所占据的体积)。如下表。(3) 宏观量、微观量以及它们之间的关系量可求量摩尔体积Vmol分子体积(占有空间的体积)Vo =备(适用于固、液体)摩尔质量MLol分子质量m>-NA体积V和摩尔体积VmolV分子数目n-矿N(适用于固、液体)Vmol质量m和摩尔质量Mmol分子数目n-浮NAMmol討特别提醒由于固体和液体中分子间距离

9、较小，可以近似地认为分子是紧密地排列在一起的，那么只能表示每个气体分子平均就可以表示每个分子的体积。而气体分子间的距离很大，用占据的空间，而不是表示分子的体积，那么就可以表示气体分子间的平均距离了。3 扩散现象、布朗运动与分子热运动的比拟类别扩散现象布朗运动分子热运动活动主体分子固体微小颗粒分子区别分子的运动，发生在固体、 液体、气体等任何两种物 质之间微小颗粒的运动，是比分子大得多的 分子团的运动，较大的颗粒不做布朗 运动，但它本身的以及周围的分子仍 在做热运动指分子的运动，分子无论 大小都做热运动，热运动 不能通过光学显微镜直接 观察到观察裸眼可见光学显微镜电子显微镜或扫描隧道显 微镜共同

10、点都是永不停息的无规那么运动，都随温度的升高而变得更加剧烈联系布朗运动是由于微小颗粒受到周围分子做热运动的撞击力而引起的， 反映它是分子做无规那么运动的誼特别提醒(1) 扩散现象直接反映了分子的无规那么运动，并且可以发生在固体、液体、气体任何两 种物质之间。(2) 布朗运动不是分子的运动，是液体分子无规那么运动的反映。二、对内能的理解1 分子力与分子势能分子间的相互作用力 F与分子间 距的关系 图象续表名称工程分子间的相互作用力F分子势能&随 分 子 间 距 的 变 化 情 况r<r oF引和F斥都随距离的增大而减 小，随距离的减小而增大，F引F斥，F表现为斥力r增大，斥力做正功

11、，分子势 能减小；r减小，斥力做负功， 分子势能增加r>r oF引和F斥都随距离的增大而减 小，随距离的减小而增大，F引F斥，F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r = roF 引=F 斥，F= o分子势能最小，但不为零r>10r o(io 9 m)F引和F斥都已十分微弱，可以 认为分子间没有相互作用力分子势能为零机特别提醒(1)如果选两分子相距无穷远时分子势能为零，分子势能随分子间距离变化的关系中,当r = ro时分子势能最小，但不是零，为负值。(2)如果选r = ro时分子势能为零，分子势能随分子间距离变化的关系不会因势能零点的选取

12、不同而发生改变，Ep-r图线的形状也不会发生变化，但图线应做相对应的平移。2. 温度、内能、热量、功的比拟概念温度内能(热能)热量功含义表示物体的冷热程 度，是物体分子平 均动能大小的标 志，匕是大量分子 热运动的集体表 现，对个别分子来 说，温度没有意义物体内所有分子动 能和势能的总和， 它是由大量分子的 热运动和分子的相 对位置所决疋的能是热传递过程中内 能的改变量，热量 用来量度热传递过 程中内能转移的多 少做功过程是机械能 或其他形式的能和 内能之间的转化过 程关系温度和内能是状态量，热量和功那么是过程量。热传递的前提条件是存在温差，传递 的是热量而不是温度，头质上是内能的转移3.物体

13、的内能与机械能的比拟名称 比拟、内能机械能定义物体中所有分子热运动动能与分子势能的总和物体的动能、重力势能和弹性势能的统 称决定 因素与物体的温度、体积、物态和分子数有 关跟宏观运动状态、参考系和零势能点的 选取有关量值任何物体都有内能可以为零测量无法测量可测量本质微观分子的运动和相互作用的结果宏观物体的运动和相互作用的结果运动形式热运动机械运动联系在一定条件下可以相互转化，能的总量守恒誼特别提醒物体的内能在宏观上与温度、体积及物质的量有关；在微观上与分子的平均动能、分子 间距及分子个数有关。物体的内能永远不为零。三、实验：用单分子油膜估测分子的大小1 数据处理(1) 将画有油酸薄膜轮廓的玻璃

14、板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积。(2) 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,然后根据纯油酸的体V积V和薄膜的面积S,算出油酸薄膜的厚度 d= S，即为油酸分子的直径。 比拟算出的分子直 径，看其数量级是否为 1010 m假设不是10T0 m需重做实验。2 .考前须知(1) 油酸酒精溶液配制好后不要长时间放置，以免溶液的浓度改变， 会给实验带来误差。(2) 利用小格子数计算轮廓面积时，轮廓的不规那么性容易带来计算误差。为减小误差，数格子时缺乏半个格子的应舍去，多于半个格子的算一个。方格边长的单位越小，计算出的面积越精确。(3) 数量筒内溶液增加1 mL所需的滴数时，注意正确

15、的观察方法。(4) 为了防止油酸滴落时外溅，且又容易形成较理想的油膜边界，滴油酸溶液时针头离水面高度为1 cm较适宜。当针头靠近水面时 (油酸滴未滴下)，会发现针头下方的粉层已经 被排开，这是针头中的酒精挥发所致，不影响实验结果。(5) 画轮廓时要等待油酸薄膜扩散后又收缩稳定时才可进行。油酸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，二是酒精挥发后薄膜收缩。(6) 因为水和油酸都是无色透明的液体，所以要用痱子粉来显示油膜的边界。注意要从盘的中央加痱子粉。由于加痱子粉后水的外表张力系数变小，水将粉粒拉开，同时粉粒之间又存在着排斥作用，痱子粉会自动扩散至均匀。这样做，比将痱子粉撒在

16、水面上的实验效果好。(7) 当重做实验时，水从盘的一侧边缘倒出，在这侧边缘会残留油酸，为防止影响下次实验时油酸的扩散和油膜面积的测量，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦去，再用清水冲洗，这样可保持盘的清洁。(8) 本实验只要求估算分子的大小，实验结果的数量级符合要求即可。3. 误差分析产生原因减小方法偶然误差：(1) 油酸酒精溶液配制后长时间放置，溶液的浓度容易改 变，会给实验带来较大误差(2) 利用小格子数计算轮廓面积时，轮廓的不规那么性容易 带来计算误差(3) 测量量筒内溶液增加1 mL的滴数时，体积观测不准确会带来很大误差(4) 油膜形状的画线不准会带来误差 系统误差：将油酸分子看成球形是紧

17、密排列，忽略了分子间隙(1) 为减小浓度的变化，可将配 好的溶液封闭(2) 读数时，缺乏半个格子的舍 去，多于半个格子的算一个。方 格边长的单位越小，计算出的面 积越精确(3) 选用内径小的量筒，读数时 平视(4) 画图时图线轮廓边缘清晰誼特别提醒掌握该实验的原理是解决问题的关键，该实验中以油酸分子呈球型分布在水面上，且一个挨一个，从而可以由体积与面积相除求出油膜的厚度，从而求出分子直径。4J10小題快做：1 思维辨析(1) 布朗运动是液体分子的无规那么运动。()(2) 温度越高，布朗运动越剧烈。()(3) 分子间的引力和斥力都随分子间距的增大而增大。()(4) 33 C= 240 K。()(

18、5) 分子动能指的是由于分子定向移动具有的能。()(6) 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。()(7) 内能相同的物体，它们的分子平均动能一定相同。()答案 X (2) V (3) X V (5) X (6) V (7) X2. (多项选择)对于分子动理论和物体内能的理解，以下说法正确的选项是()A. 温度高的物体内能不一定大，但分子平均动能一定大B. 外界对物体做功，物体内能一定增加C. 温度越高，布朗运动越显著D. 当分子间的距离增大时，分子间作用力就一直减小E. 当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的减小而增大答案 ACE解析 温度高的物体分子平均动能一

19、定大，但是内能不一定大， 选项A正确；外界对物体做功，假设散热，物体内能不一定增加，选项B错误；温度越高，布朗运动越显著，选项C正确；当分子间的距离增大时， 分子间作用力可能先增大后减小，选项D错误；当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的减小而增大，选项E正确。3. 汞的摩尔质量M= 0.20 kg/mol ，密度 p = 1.36 x 10 4 kg/m m4x 10m。微观量的求解方法 分子的大小、分子体积、分子质量属微观量，直接测量它们的数值非常困难，可以 借助较易测量的宏观量结合摩尔体积、摩尔质量等来估算这些微观量。 建立适宜的物理模型，通常把固体、液体分子看作紧密接触的球

20、形或小立方体形。 气体分子所占据的空间看作立方体模型。，阿伏加德罗常数Nx= 6.0 x 1023mol-1,将体积 V0= 1.0 cm 3的汞变为 V= 3.4 x 103 cm3 的汞蒸气，那么 1.0 cm 3 的 汞蒸气所含的分子数为多少？答案 1.2 x 10 19解析 体积V)= 1.0 cm的汞的质量 m= pV0= 1.36 x 10 kg，物质的量n= m M= 6.8 x 10 mol,1.0 cm 3的汞蒸气所含的分子数为N= nNA/V= 1.2 x 1019。注命题法解题法考法综述本考点内容在高考中考查频度较高，单一命题考查分子力、分子势能与分子间距离的变化规律，交

21、汇命题考查分子动理论、内能，难度较低，因此复习本考点时仍以夯实根底为主，通过复习应掌握：3个概念一一分子动能、分子势能、物体内能3种方法固体、液体、气体分子微观量的估算方法2类图象 F-r、巳-r图象中相关物理量随 r的变化规律1个区别一一扩散现象、布朗运动及热运动命题法1微观量的估算问题典例1空调在制冷过程中，室内空气中的水蒸气接触蒸发器(铜管)液化成水，经排水管排走，空气中水分越来越少，人会感觉枯燥。某空调工作一段时间后，排出液化水的体33332积 V= 1.0 x 10 cm。水的密度 p = 1.0 x 10 kg/m 摩尔质量 M= 1.8 x 10 kg/mol，阿伏加德罗常数NA

22、= 6.0 x 10 23mol1。试求：(结果均保存一位有效数字)(1) 该液化水中含有水分子的总数N;(2) 一个水分子的直径 do答案(1)3 x 1025个(2)4 x 10 10 m解析(1)水的摩尔体积为M 1.8 x 10 2 35 3Vnol=一=rm/mol = 1.8 x 10 m /molp 1.0 x 10该液化水中含有水分子的总数为3 623“ VN 1.0 x 10 x 10 x 6.0 x 1025 人N=石=1.8x10-5 3x 10 (个)。建立水分子的球体模型，有VN = £ n d3,可得水分子直径：6x 1.8 x 10 3.14 x 6.0

23、 x 10 23!叙 I【解题法】10命题法2分子力、分子势能与分子间距离的关系典例2多项选择两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动，直至不再靠近。在此过程中，以下说法正确的选项是A. 分子力先增大，后一直减小B. 分子力先做正功，后做负功C. 分子动能先增大，后减小D. 分子势能先增大，后减小E. 分子势能和动能之和不变答案BCE解析两相距较远的分子间分子力随二者距离变化的关系如下图，r >ro时，表现为引力，r < ro时表现为斥力，从较远处直到不能再靠近的过程中，分子力大小先增大，再 减小，后增大，A错误；r > ro时，二者靠近，分子力做正功，分子动能增大，

24、势能减小；r<ro时，靠近过程中，分子力做负功，分子动能减小，势能增大，B、C正确，D错误；由于整个系统只有分子力做功，所以分子动能和势能的总和保持不变，E正确。I叙 I【解题法】判断分子势能变化的两种方法方法一：根据分子力做功判断：分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势 能增加。方法二：利用分子势能与分子间距离的关系图线判断。如下图。但要注意此图线和分子力与分子间距离的关系图线形状虽然相似但意义不同，不要混淆。命题法3与物体内能相关的问题 典例3以下说法中正确的选项是A. 假设把氢气和氧气看做理想气体，那么具有相同体积、相同质量和相同温度的氢气和氧 气具有相等的内能B. 定质

25、量0 C水的分子势能比 0 C冰的分子势能小C. 物体吸收热量后，内能一定增加D. 把物体缓慢举高时，物体的机械能增加，内能不变答案D解析内能的定义t决定因素t影响分子势能的因素t内能与机械能的区别。氢气和氧气温度相同，说明分子的平均动能相同；氢气和氧气质量相同，分子数不同，所以内能不同，选项A错误；一定质量0 C水放出热量凝固成 0 C的冰，所以一定质量 0 C水的分子 势能比0 C冰的分子势能大，选项B错误；物体吸收热量后，假设对外做功，内能不一定增加，选项C错误；缓慢举高物体，物体的重力势能增加，机械能增加，物体的体积、温度、 质量不变，内能不变，选项D正确。Li I【解题法】分析物体的

26、内能问题的技巧分析物体的内能问题应当明确以下四点：(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、分子数，还与物态有关系。(3) 通过做功或热传递可以改变物体的内能。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。命题法4用油膜法估测分子的大小典例4“用油膜法估测分子的大小的实验中，所用油酸酒精溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸 6 mL，用注射器测得1 mL上述溶液为75滴。把1滴该溶液滴入盛水的 浅盘里，待水面稳定后， 将玻璃板放在浅盘上，用彩笔在玻璃板上描出油膜的轮廓，再把玻 璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如下

27、图，坐标中正方形方格的边长为1 cm。那么(1)油酸薄膜的面积是 cm2。(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是mL。(取1位有效数字)(3) 按以上实验数据估测出油酸分子直径约为 叶(取1位有效数字)_ 6一 10答案(1)115 ±3(2)8 X 10一 (3)7 X 10 一解析(1)运用数格法，多于半个的算一个，小于半个的舍去，有效面积共有115格。2 2油膜的面积 S= 115X 1 cm = 115 cm。(2)1滴油酸酒精溶液的体积八 75 mL，6一61滴油酸酒精溶液含纯油酸体积V= 10V'= 8 X 10 mL。12V 8X10一10 油酸分子的直径

28、d= s= 115X 10 -4 m= 7X 10 一10 m。l4',|【解题法】求解“用油膜法估测分子大小实验的思路与技巧(1)油膜法估测分子大小的思路 理解油酸分子在水面上形成的薄膜厚度即分子直径。 明确溶质和溶剂的关系，正确求出纯油酸体积V。 准确“数出油膜的面积SoV 利用d= S求得分子直径。(2) 数油膜面积对应的格子数时，完整的算一个，不完整的大于等于半格的算一个，不 到半格的舍去。(3) 最容易出错的地方有两点：一是单位的换算，二是计算分子直径时一定要用纯油酸 的体积。月 »对点题必刷题1. (多项选择)关于扩散现象，以下说法正确的选项是()A. 温度越高，

29、扩散进行得越快B. 扩散现象是不同物质间的一种化学反响C. 扩散现象是由物质分子无规那么运动产生的D. 扩散现象在气体、液体和固体中都能发生E. 液体中的扩散现象是由液体的对流形成的答案 ACD解析 温度越高，分子的热运动越剧烈，扩散进行得越快，选项A、C正确；扩散现象是一种物理现象，不是化学反响，选项B错误；扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，选项D正确；液体中的扩散现象是由液体分子的无规那么运动而产生的，选项E错误。2. (多项选择)墨滴入水，扩而散之，徐徐混匀。关于该现象的分析正确的选项是()A. 混合均匀主要是由于碳粒受重力作用B. 混合均匀的过程中，水分子和碳粒都做无规那么运动C.

30、 使用碳粒更小的墨汁，混合均匀的过程进行得更迅速D. 墨汁的扩散运动是由于碳粒和水分子发生化学反响引起的答案 BC解析 墨汁与水混合均匀的过程，是水分子和碳粒做无规那么运动的过程，这种运动与重力无关，也不是化学反响引起的。微粒越小、温度越高，无规那么运动越剧烈，可见，B、 C正确， A、D 均错。3以下说法中正确的选项是 ( )A. 物体温度降低，其分子热运动的平均动能增大B. 物体温度升高，其分子热运动的平均动能增大C. 物体温度降低，其内能一定增大D. 物体温度不变，其内能一定不变答案 B解析 温度是物体分子平均动能的标志， 温度升高那么其分子平均动能增大， 反之， 那么其 分子平均动能减小，故A错误B正确；物体的内能是物体内所有分子动能和分子势能的总和， 宏观上取决于物体的温度、体积和质量，故C、D错误。4分子间同时存在着引力和斥力，当分子间距增加时，分子间的()A. 引力增加，斥力减