2026版创新设计高考总复习物理(人教基础版)教师用-第1讲　分子动理论　内能

第1讲分子动理论内能学习目标1.知道阿伏加德罗常数，会进行微观物理量的计算。2.理解扩散现象、布朗运动、热运动。3.知道分子力、分子势能与分子间距离的关系,理解物体的内能的概念。考点一物体是由大量分子组成的1.分子的大小(1)分子的直径:数量级为10-10m。(2)分子的质量:数量级为10-26kg。2.阿伏加德罗常数1mol的任何物质都含有相同的分子数,通常可取NA=6.02×1023mol-1。3.联系微观和宏观的四个重要关系微观量:分子体积V0、分子直径d、分子质量m0。宏观量:物体的体积V、摩尔体积Vmol、物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ。阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁。(1)一个分子的质量:m0=MN(2)一个分子的体积:V0=VmolNA(注:对气体,V0(3)物体所含的分子数:N=nNA,物体所含物质的量n=VVmol或n=(4)物体的体积和质量的关系Vmol=Mρ或V=m4.求解分子直径或棱长时的两种模型(1)球模型:V0=16πd3,得直径d=36V0(2)立方体模型:V0=d3,得棱长d=3V0(常用于求相邻气体分子间平均距离判断正误(1)只要知道气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数,就可以估算出气体分子的直径。(×)(2)已知铜的密度、摩尔质量以及阿伏加德罗常数,可以估算铜分子的直径。(√)(3)某种气体单个分子的质量除以单个分子的体积,等于气体的密度。(×)例1(多选)已知阿伏加德罗常数为NA(mol-1),某液体的摩尔质量为M(kg/mol),该液体的密度为ρ(kg/m3),则下列叙述中正确的是()A.1kg该液体所含的分子个数是NB.1个该液体分子的质量是ρNC.1个该液体分子占有的空间是MρNAD.该液体的摩尔体积是Mρ(m3答案ACD解析1kg该液体的物质的量为1M(mol),所含分子数目n=NA·1M=NAM,A正确;每个该液体分子的质量m0=MNA(kg),B错误;每个该液体分子所占空间V0=m0ρ=MρNA(m3),C正确例2很多轿车为了改善夜间行驶时的照明问题,在车灯的设计上选择了氙气灯,因为氙气灯灯光的亮度是普通灯灯光亮度的3倍,但是耗电量仅是普通灯的一半,氙气灯使用寿命则是普通灯的5倍,很多车主会选择安有氙气灯的汽车,若氙气充入灯头后的容积V=1.6L,氙气密度ρ=6.0kg/m3。已知氙气摩尔质量M=0.131kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6×1023mol-1(结果保留1位有效数字)。试估算:(1)灯头中氙气分子的总个数N;(2)灯头中氙气分子间的平均距离。答案(1)4×1022个(2)3×10-9m解析(1)设氙气的物质的量为n,则n=ρV氙气分子的总数N=nNA=ρVMNA≈4×1022个(2)每个氙气分子所占的空间为V0=V设氙气分子间平均距离为a,则有V0=a3,即a=3VN≈3×10-9考点二扩散现象、布朗运动与热运动1.分子热运动(1)扩散现象:相互接触物体的分子或原子彼此进入对方的现象。扩散现象并不是外界作用引起的,也不是化学反应的结果,而是由物质分子的无规则运动产生的物质迁移现象。(2)布朗运动:悬浮微粒的无规则运动,微粒越小,运动越明显;温度越高,运动越明显。(3)热运动:分子永不停息的无规则运动。温度是分子热运动剧烈程度的标志。2.扩散现象、布朗运动与热运动的比较现象扩散现象布朗运动热运动主体分子固体微粒分子区别分子的运动,发生在任何两种物质之间大量固体分子组成的微粒(比分子大得多)的运动分子的无规则运动,不能通过光学显微镜直接观察到共同点都是无规则运动;都随温度的升高而更加激烈联系扩散现象、布朗运动都间接地反映分子运动的无规则性判断正误(1)扩散现象只能在气体中进行。(×)(2)布朗运动是固体微粒中固体分子的运动。(×)(3)温度越高,分子热运动越剧烈。(√)例3(2025·福建南平模拟)福建南平茶文化久负盛名,“风过武夷茶香远”“最是茶香沁人心”。人们在泡大红袍茶时茶香四溢,下列说法正确的是()A.茶香四溢是扩散现象,说明分子间存在着相互作用力B.茶香四溢是扩散现象,泡茶的水温度越高,分子热运动越剧烈,茶香越浓C.茶香四溢是布朗运动现象,说明分子间存在着相互作用力D.茶香四溢是布朗运动现象,说明分子在永不停息地做无规则运动答案B解析茶香四溢是扩散现象,故C、D错误;茶香四溢是因为茶水的香味分子不停地做无规则的运动,扩散到空气中,故A错误;物体温度越高,分子的无规则运动越剧烈,所以茶水温度越高,分子的热运动越剧烈,茶香越浓,故B正确。例4以下关于热运动的说法正确的是()A.水流速度越大,水分子的热运动越剧烈B.水凝固成冰后,水分子的热运动停止C.水的温度越高,水分子的热运动越剧烈D.水的温度升高,每个水分子的运动速率都会增大答案C解析水流速度大,只是说明水流整体运动的动能大,是宏观运动的表现,而分子热运动是指物体内部的分子微观层面的运动,两者没有必然联系,即分子热运动与宏观运动无关,只与温度有关,故A错误;温度升高,分子热运动更剧烈,分子平均速率增大,但并不是每一个分子运动速率都会增大,故C正确,D错误;分子热运动是永不停息的,故B错误。考点三分子力、分子势能、平均动能和内能1.分子间的作用力:分子间有空隙,大量分子却能聚集在一起,这说明分子之间存在着相互作用力。(1)当用力拉伸物体时,物体内各部分之间要产生反抗拉伸的作用力,此时分子间的作用力表现为引力。(2)当用力压缩物体时,物体内各部分之间会产生反抗压缩的作用力,此时分子间的作用力表现为斥力。(3)研究表明,分子间的作用力F跟分子间距离r的关系如图所示。①当r<r0时,分子间的作用力F表现为斥力。②当r=r0时,分子间的作用力F为0,这个位置称为平衡位置。③当r>r0时,分子间的作用力F表现为引力。(4)分子是由原子组成的。原子内部有带正电的原子核和带负电的电子。分子间的作用力就是由这些带电粒子的相互作用引起的。2.温度与物体的内能温度与温标温度表示物体的冷热程度,一切达到热平衡的系统都具有相同的温度温标包括摄氏温标(t)和热力学温标(T),两者的关系是T=t+273.15K分子动能概念分子动能是分子热运动所具有的动能决定因素温度是分子热运动的平均动能的标志分子势能概念分子势能是由分子间的相对位置决定的能决定因素①微观上:决定于分子间距离和分子排列情况;②宏观上:决定于体积和状态物体的内能概念物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和,是状态量决定因素给定物体的内能跟物体的温度和体积都有关系,即由物体的内部状态决定;与物体位置的高低、运行速度的大小无关判断正误(1)分子动能指的是由于分子定向移动具有的能。(×)(2)当分子力表现为引力时,分子势能随分子间距离的减小而减小。(×)(3)内能相同的物体,它们的分子平均动能一定相同。(×)(4)分子势能随着分子间距离的增大,可能先减小后增大。(√)(5)温度、分子动能、分子势能和内能,只对大量分子才有意义。(×)例5(2023·海南卷,5)如图为两分子靠近过程中的示意图,r0为分子间平衡距离,下列关于分子力和分子势能的说法正确的是()A.分子间距离大于r0时,分子间表现为斥力B.分子从无限远靠近到距离r0处的过程中分子势能变大C.分子势能在r0处最小D.分子间距离在小于r0且减小时,分子势能在减小答案C解析分子间距离大于r0时,分子间表现为引力,A错误;分子从无限远靠近到距离r0处的过程中,分子力表现为引力,分子力做正功,分子势能变小,B错误;分子间距离从r0逐渐减小的过程,分子力表现为斥力,分子力做负功,分子势能变大,结合B项分析知,分子势能在r0处最小,C正确,D错误。总结提升分子力与分子势能的比较分子力F分子势能Ep图像随分子间距离的变化情况r<r0F随r增大而减小,表现为斥力r增大,F做正功,Ep减小r>r0r增大,F先增大后减小,表现为引力r增大,F做负功,Ep增大r=r0F引=F斥,F=0Ep最小,但不为零r>10r0引力和斥力都很微弱,F=0Ep=0例6(多选)关于物体的内能和机械能,下列说法正确的是()A.把物体缓慢举高,其机械能增大,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,容器的机械能一定增大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.物体的机械能可以为零,但是内能不可能为零答案ACD解析把物体缓慢举高,重力势能增大,动能不变,机械能增大,物体的温度和体积都没有变化,内能不变,故A正确;气体的内能由温度和体积决定,与物体的宏观速度大小无关,容器做加速运动时,容器中气体的内能不变,故B错误;电流通过电阻后电阻发热,内能的增加是通过电流“做功”的方式实现的,故C正确;物体的机械能可以为零,由于分子永不停息地做无规则运动,所以内能不可能为零,故D正确。例7(多选)如图所示,将甲分子固定于坐标原点O处,乙分子放置于r轴上距离O点很远的r4处,r1、r2、r3为r轴上的三个特殊的位置,甲、乙两分子间的分子力F和分子势能Ep随两分子间距离r的变化关系分别如图中两条曲线所示,设两分子间距离很远时,Ep=0。现把乙分子从r4处由静止释放,下列说法中正确的是()A.虚线1为Ep-r图线、实线2为F-r图线B.当分子间距离r<r2时,甲、乙两分子间只有分子斥力,且分子斥力随r减小而增大C.乙分子从r4到r2做加速度先增大后减小的加速运动,从r2到r1做加速度增大的减速运动D.乙分子从r4到r1的过程中,分子势能先增大后减小,在r1位置时分子势能最小答案AC解析因两分子间距在平衡距离r0时,分子力为零,此时分子势能最小,所以虚线1为Ep-r图线、实线2为F-r图线,选项A正确;当分子间距离r<r2时,甲、乙两分子间斥力和引力都存在,只是斥力大于引力,分子力表现为斥力,且分子斥力随r减小而增大,选项B错误;乙分子从r4到r2所受分子力表现为引力,且引力先增加后减小,则其做加速度先增大后减小的加速运动,从r2到r1,分子力表现为斥力且逐渐变大,可知其做加速度增大的减速运动,选项C正确;乙分子从r4到r1的过程中,分子力先做正功,后做负功,则分子势能先减小后增大,在r2位置时分子势能最小,选项D错误。限时作业(限时:35分钟)基础对点练对点练1物体是由大量分子组成的1.(多选)若以V表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积,ρ表示在标准状态下水蒸气的密度,M表示水的摩尔质量,M0表示一个水分子的质量,V0表示一个水分子的体积,NA表示阿伏加德罗常数,则下列关系式中正确的是()A.V=Mρ B.V0=C.M0=MNA D.ρ答案AC解析将水蒸气看作立方体模型,则V=Mρ,选项A正确;但由于水蒸气分子间距远大于分子直径,则V0≪VNA,选项B错误;1mol水蒸气的质量等于水分子的质量与阿伏加德罗常数NA的乘积,即M=NAM0,选项C正确;由于摩尔体积V远大于NAV0,则ρ=MV<MN2.(多选)若以μ表示水的摩尔质量,V表示在标准状况下水蒸气的摩尔体积,ρ表示在标准状况下水蒸气的密度,NA表示阿伏加德罗常数,m0、V0分别表示每个水分子的质量和体积,下列关系式中正确的有()A.NA=ρVm0 B.ρC.ρ<μNAV0 D.答案ACD解析由于μ=ρV,则NA=μm0=ρVm0,变形得m0=μNA,故A、D正确;由于水蒸气中水分子之间距离远大于分子直径,所以NAV0<V,则水蒸气的密度为ρ=μV<μN3.(2025·山东淄博模拟)某潜水员在岸上和海底吸入空气的密度分别为1.3kg/m3和2.1kg/m3,空气的摩尔质量为0.029kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol-1。若潜水员呼吸一次吸入2L空气,试估算潜水员在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空气的分子数约为()A.3×1021 B.3×1022C.3×1023 D.3×1024答案B解析设空气的摩尔质量为M,在海底和岸上的密度分别为ρ海和ρ岸,一次吸入空气的体积为V,在海底和在岸上分别吸入的空气分子个数为n海和n岸,则有n海=ρ海VNAM,n岸=ρ岸VNAM,多吸入的空气分子个数为Δn=n海-n岸,代入数据得Δn对点练2扩散现象、布朗运动与热运动4.(多选)关于扩散现象,下列说法正确的是()A.温度越高,扩散进行得越快B.液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的C.扩散现象是由物质分子无规则运动产生的D.扩散现象在气体、液体和固体中都能发生答案ACD解析扩散现象是分子无规则热运动的反映,C正确,B错误;温度越高,分子热运动越激烈,扩散越快,A正确;气体、液体、固体的分子都在不停地进行着热运动,扩散现象在气体、液体和固体中都能发生,D正确。5.(2025·山西太原高三期中)装满冷水的玻璃杯静置于桌面上,若将一滴墨水轻轻滴到水中,过一会墨水逐渐散开,直到整杯水都变黑。下列说法正确的是()A.这一现象是由于水分子的布朗运动产生B.这一现象主要是由于墨水受到重力产生C.这一现象主要是由于水的对流形成的D.将杯中的冷水换成热水,这一过程会进行的更迅速答案D解析题述现象是因为墨水中添加物的布朗运动而产生的,根本原因是分子的热运动,故A、B、C错误;温度越高,分子的热运动越剧烈,故将杯中的冷水换成热水,这一过程会进行的更迅速,故D正确。6.雾霾天气是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述,是特定气候条件与人类活动相互作用的结果。雾霾中,各种悬浮颗粒物形状不规则,但可视为密度相同、直径不同的球体,并用PM10、PM2.5分别表示球体直径小于或等于10μm、2.5μm的颗粒物(PM是颗粒物的英文缩写)。某科研机构对北京地区的检测结果表明,在静稳的雾霾天气中,近地面高度百米的范围内,PM10的浓度随高度的增加略有减小,大于PM10的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小,且两种浓度分布基本不随时间变化。据此材料,以下叙述正确的是()A.PM10表示直径小于或等于1.0×10-6m的悬浮颗粒物B.PM10受到的空气分子作用力的合力始终大于其所受到的重力C.PM10和大悬浮颗粒物都在做布朗运动D.PM2.5的浓度随高度的增加逐渐增大答案C解析PM10的直径小于或等于10×10-6m=1.0×10-5m,A错误;处于静稳态的颗粒受力平衡,B错误;布朗运动是悬浮颗粒物的无规则运动,C正确;题目中并没有明确PM2.5的浓度随高度的变化情况,D错误。对点练3分子力、分子势能、平均动能和内能7.关于物体的内能,下列说法正确的是()A.相同质量的两种物质,升高相同的温度,内能的增加量一定相同B.物体的内能改变时温度不一定改变C.内能与物体的温度有关,所以0℃的物体内能为零D.分子数和温度都相同的物体一定具有相同的内能答案B解析相同质量的同种物质,升高相同的温度,吸收的热量相同,相同质量的不同种物质,升高相同的温度,吸收的热量不同,故A错误;物体内能改变时温度不一定改变,比如0℃的冰熔化为0℃的水,内能增加,故B正确;分子在永不停息地做无规则运动,可知任何物体在任何状态下都有内能,故C错误;物体的内能与分子数、物体的温度和体积三个因素有关,分子数和温度都相同的物体不一定有相同的内能,故D错误。8.(2025·北京石景山模拟)分子间的作用力F与分子间距离r的关系如图所示,r0为分子间的平衡位置。下列说法正确的是()A.当r=r0时,分子间的作用力最小B.当r=r1时,分子间的作用力最小C.分子间的作用力总是随分子间距离增大而减小D.分子间的作用力总是随分子间距离增大而增大答案A解析r0为分子间的平衡位置,此位置分子斥力与引力等大反向,合力为0,即当r=r0时,分子间的作用力最小,A正确;当r=r1时,分子斥力小于引力,合力表现为引力,即分子间的作用力表现为引力,且为间距大于r0时的最大值,B错误;根据图像可知,当分子之间间距大于r0时,随分子间距离增大,分子间的作用力先增大后减小,C错误;根据图像可知,当分子间距小于r0和分子间距离大于r1时,随分子间距离增大,分子间的作用力减小,D错误。9.如图所示是两分子系统的分子势能Ep与两分子间距离r的关系图像,下列说法正确的是()A.当r=r1时,分子间的作用力为零B.当r>r1时,分子间的作用力表现为引力C.当r由r1变到r2的过程中,分子势能逐渐变大D.当r由r1变到r2的过程中,分子间的作用力做正功答案D解析由图像可知,分子间距离为r2时分子势能最小,此时分子间的距离为平衡距离。r=r1时两分子之间的距离小于平衡距离,可知r=r1时分子间的作用力表现为斥力,故A错误;r2是平衡距离,当r1<r<r2时,分子间的作用力表现为斥力,增大分子间距离,分子间作用力做正功,分子势能Ep减小,故B、C错误,D正确。综合提升练10.(多选)在显微镜下观察水中悬浮的细微粉笔末的运动,从A点开始,把粉笔末每隔30s的位置记录在坐标纸上,依次得到B、C、D、…、J点,把这些点连线形成如图所示的折线图,则关于该粉笔末的运动,下列说法正确的是()A.该折线图是粉笔末的运动轨迹B.粉笔末的无规则运动反映了水分子的无规则运动C.经过B点后10s,粉笔末应该在BC的中点处D.粉笔末由B到C的平均速度小于C到D的平均速度答案BD解析该折线图不是粉笔末的实际运动轨迹,粉笔末的运动是无规则的,A项错误;粉笔末受到水分子的碰撞,做无规则运动,所以粉笔末的无规则运动反映了水分子的无规则运动,B项正确;由于运动的无规则性,所以经过