2023届高考一轮复习版 分子动理论 内能 学案

第十三章热学(选修3—3)

第1讲分子动理论内能

必备知识,自主排查

一、分子动理论

I.物体是由大量分子组成的

(1)分子的大小

①分子的直径(视为球模型)：数量级为m：

②分子的质量：数量级为l(>26kg.

(2)阿伏加德罗常数

①1mol的任何物质都含有相同的粒子数.通常可取NA=[JPjmor1：

②阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁.

(3)热运动

①分子的永不停息的运动叫做热运动；

②特点：分子的无规则运动和温度有关，温度越高,分子玄动越激烈.

2.分子永不停息地做无规则运动

(1)扩散现象

①定义：物质能够彼此进入对方的现象；

②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,扩散现象越明显.

(2)布朗运动

①定义：悬浮在液体中的的永不停息的无规则运动；

②实质：布朗运动反映了的无规则运动；

③特点：

a.永不停息、运动.

b.颗粒越小，运动越.

c.温度越高，运动越.

(3)热运动：分子永不停息的叫作热运动.分子的无规则运动和温度有关，

温度越高，分子无规则运动.

3.分子间的相互作用力

(1)分子间同时存在相互作用的和.实际表现出的分子力是

和的合力.

(2)引力和斥力都随分子间距离的减小而：随分子间距离的增大而；

斥力比引力变化快.

(3)分子力/与分子间距离r的关系的数量级为

距离分子力FF-/•图象

r=roF引____F斥F=0

/</"0F引____FnF为斥力

r>roF引____F斥F为引力

z->10/-o产槽=产斥=0F=0ik

二、温度、内能

1.温度：两个系统处于时，它们必定具有某个共同的热学性质，把表征这一

“共同热学性质”的物理量叫作温度.一切达到热平衡状态的系统都具有相同的温度.温度

标志物体内部大量分子做无规则运动的

2.摄氏温标和热力学温标

单位规定关系

在标准大气压下，冰的熔

摄氏温标

℃点是______，水的______

⑺7=z+273.15K

是100℃

AT=A/

热力学温标

K零下________即为0K

⑺

3.分子的动能

(1)分子动能是分子所具有的动能.

(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

________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

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决定的能.

(2)分子势能的决定因素：

①微观上——决定于分子间距离和分子排列情况；取八一8处为零势能处，分子势能耳

与分子间距离，•的关系

如图所示，当厂时分子势能最小.

②宏观上——决定于和状态.

5.物体的内能

(1)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.对于给定的物体，

其内能大小由物体的决定.

(2)改变物体内能有两种方式：.,

生活情境

1.（1）秋风吹拂，树叶纷纷落下，属于分子的无规则运动.（）

（2）在箱了•里放儿块樟脑丸，过些日子一开箱就能闻到樟脑的气味，属于分子的无规则

运动.（）

（3）烟囱里冒出的黑烟在空中飘荡是布朗运动.（）

（4）室内扫地时，在阳光照射下看见灰尘飞扬是布朗运动.（）

（5）水流速度越大，水分子的热运动越剧烈.（）

（6）水凝结成冰后，水分子的热运动停止.（）

（7）水的温度越高，水分子的热运动越剧烈.（）

（8）水的温度升高，每一个水分子的运动速率都会增大.（）

教材拓展

2.［人教版选修3-3P1T2改编］（多选）以下关于布朗运动的说法错误的是（）

A.布朗运动就是分子的无规则运动

B.布朗运动证明，组成固体小颗粒的分子在做无规则运动

C.一锅水中撒一点胡椒粉，加热时发现水中的胡椒粉在翻滚，这说明温度越高布朗运

动越激烈

D.在显微镜下可以观察到煤油中小粒灰尘的布朗运动，这说明煤油分子在做无规则运

动

E.扩散现象和布朗运动都证明分子在做永不停息的无规则运动

3"鲁科版教材我编］（多选）如图，用温度计测量质量已知的甲、乙、丙三杯水的温度，

根据测量结果可以知道（）

||30七30T60t

100g200g200g

甲乙丙

A.甲杯中水的内能最少

B.甲、乙杯中水的内能一样多

C.丙杯中水分子的平均动能最大

D.甲杯中水分子的平均动能小于乙杯中水分子的平均动能

关健能力•分层突破

考点一微观量的估算问题

1.宏观量与微观量的关系

（1）微观量：分子体积外、分子直径4、分子质量，〃o.

（2）宏观量：物体的体枳，、摩尔体枳％、物体的质量加、摩尔质量M、物体的密度

（3）关系

①分子的质量：〃『萨=呼.

NANA

②分子的体积：匕=学=看.

NAPNA

③物体所含的分子数：N=J"WA=-^-NA或N=RNA=RNA.

VmpVmMM

2.两种模型

(1)球体分子模型直径为d=将

(2)立方体分子模型边长为4=匹.

跟进训练

1.(多选)已知铜的摩尔质量为Mkg/mol,铜的密度为pkg/n?,阿伏加德罗常数为NAmol

r.下列判断正确的是()

A.1kg铜所含的原子数为》

B.1nf铜所含的原子数为以

P

C.1个铜原子的质量为最kg

D.1个铜原子的体积为T-n?

PNA

E.1个铜原子的体积为竺

P

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颔气灯，因为抗

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，包气灯使用寿命

则是普通灯的5倍,很多车主会选择含有抗气灯的汽车，若颔气充入灯头后的容积r=1.6L,

氤气密度p=6.0kg/n?.已知值气摩尔质量M=0.131kg/moL阿伏加德罗常数NA=6X10”

morL试估算：(结果保留一位有效数字)

(1)灯头中颔气分子的总个数N；

(2)灯头中短气分子间的平均距离.

考点二布朗运动与分子热运动

1.扩散现象：相互接触的物体分子彼此进入对方的现象.

产生原因：分子永不停息地做无规则运动.

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

活动主体分子微小固体颗粒分子

分子的运动，发生在固比分子大得多的微粒的

分子的运动，不能通过光

区别体、液体、气体任何两种运动，只能在液体、气体

学显微镜直接观察到

物质之间中发生

①都是无规则运动：

共同点

②都随温度的升高而更加激烈

联系扩散现象、布朗运动都反映分子做无规则的热运动

跟进训练

3.（多选）关于扩散现象，不列说法正确的是（）

A.温度越高，扩散进行得越快

B.扩散现象是不同物质间的一种化学反应

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

E.液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的

4.[2022•山西五市联考]（多选）小张在显微镜下观察水中悬浮的细微粉笔末的运动.从力

点开始，他把粉笔末每隔20s的位置记录在坐标纸上，依次得到3、C、。、…、J点,把

这些点连线形成如图所示折线图，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8点后10s,粉笔末应该在8c的中点处

D.粉笔末由B到C的平均速度小于。到D的平均速度

E.若改变水的温度，再记录•张图，则仅从图上不能确定记录哪•张图时的温度高

5.[2022•广东茂名一模]新型冠状病毒主要依靠呼吸道飞沫传播，在空气中含病毒飞沫

微粒的运动取决于空气分子的不平衡碰撞，所以含病毒飞沫微粒所做的无规则运动属于

运动；空气分子间作用力”与分子间距离"的关系如图所示，〃一々时，尸一0.相距

较远的两个分子间距离减小到ro的过程中，分子势能（填“先减小后增

大”“先增大后减小”“一直增大”或“一直减小”）.

考点三分子动能、分了•势能和内能

1.改变内能的方式

=8能量转化I、

（改变而强的方式〕本不改变内能上

质同是等效的

士内能转移

2.分析物体内能问题的四点提醒

（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）内能的大小与温度、体积、分子数和物态等因素有关.

（3）通过做功或热传递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.

角度I分子力、分子势能与分子间距离的关系

例I.分子间作用力产与分子间距「的关系如图所示，，="时，/=0.分子间势能由〃

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

。点很远处向。点运动，在两分子间距减小到冷的过程中，势能（填“减小”''不

变”或“增大”）；在间距由於减小到门的过程中，势能（填“减小”“不变”或“增

大”）：在间距等于口处，势能（填“大于"''等于"或'‘小于"）零.

解题心得：....................................................................

角度2物体的内能

例2.（多选）下列说法中正确的是（）

A.物体自由下落时速度噌大，所以物体内能也增大

B.物体的机械能为零时内能也为零

C.物体的体积减小温度不变时，物体内能不一定减小

D.质量、温度、体积都相等的物体的内能不一定相等

E.温度和质量都相同的氢气和氧气内能不相等

解题心得：.....................................................................

跟进训练

6.（多选）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，下列说法正确的是（）

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，后臧小

E.分子势能和动能之和不变

7.（多选）1g100℃的水和1g100"C的水蒸气相比较，下列说法正确的是（）

A.分子的平均动能和分子的总动能都相同

B.分子的平均动能相同，分子的总动能不同

C.内能相同

D.1g100°C的水的内能小于1g100C的水蒸气的内能

E.1g100℃的水和1g100℃的水蒸气的机械能可能相等

考点四实验：用油膜法估测分子的大小

学会用油膜法估测分子大小的方法

将一定体积的油酸滴在水面上，形成可认为单分

子的油膜，测出其面积,则可求出油膜厚度，该厚

度可看作油酸分子的直径

实盛水浅盘、注射器（或胶头滴管）、试剂瓶、

验

器坐标纸、玻璃板、排子粉、油酸酒精溶液、

材

量筒、彩第

(1)在浅盘中盛人适量的水(约2cm深)，使水处

于稳定状态

(2)用注射器(或胶头滴管)取事先配好的油酸

酒精溶液，逐滴滴入量筒，记下量筒中滴入1mL

实验溶液所需加入溶液的滴数

步骤「(3)将那子粉均匀地撒在水面上

(4)用注射器(或胶头滴管)靠近水面将一滴油

酸酒精溶液滴在水面上

(5)待油酸膜的面积稳定后，把玻璃板放在浅盘

上，用笔描绘出油酸膜的形状

(1)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

(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燃后根据纯油酸的体积V和薄

3膜的面积S,算出油酸薄膜的厚度即为油

酸分子的直径.比较算出的分子直径，看其数量

级是否为10一1°m

・注意事项

I.干净：实验用具要擦洗干净.

2.适量：琲子粉和油酸的用量都不可太大，否则不易成功.

3.适宜：油酸酒精溶液的浓度以小于0.1%为宜.

4.水平、垂直：浅盘要水平放置,以便准确地画用薄膜的形状，画线时视线应与板面

垂直.

5.稳定：要待油膜形状稳定后再画轮廓.

6.数格数：数出正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个.

・误差分析

1.纯油酸体积的计算引起误差；

2.油膜形状的画线误差；

3.数格子法本身是一种估算的方法，自然会带来误差.

跟进训练

8.用油膜法估算分子大小的实验中，苜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泡中纯油酸的体积，可以

为得到油酸分子的直径，还需测量的物理量是.

9.[2022•枣庄模拟]（1）如图1所示的四个图反映“用油膜法估测分子的大小”实验中的

四个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是（用符号表示）.

d

（2）在该实验中，油酸酒精溶液的浓度为每1000mL溶液中有1mL油酸.用注射器测

得1mL上述溶液有100滴，把2滴该溶液滴入盛水的浅盘里，画出油膜的形状如图2所示，

坐标格的正方形大小为20mmX20mm.可以估算出油膜的面积是m2,2滴油酸溶

液中纯油酸的体积为m）由此估算出油酸分子的直径是m（所有结果均保

留两位有效数字）.

（3）某同学通过测量出的数据计算分子直径时，发现计算结果比实际值偏大，可能是由

于.

A.油酸未完全散开

B.油酸溶液浓度低于实际值

C.计算油膜面积时，将所有不足一格的方格算作一格

D.求每滴溶液体积时，ImL的溶液的滴数多记了10滴

温馨提示：请完成课时分层作业（三十七）

第十三章热学(选修3—3)

第1讲分子动理论内能

必备知识•自主排查

_、

1.⑵©6.02X1023

(3)①无规则

2.(1)①不同②越高(2冠小颗粒②液体分子③无规则明显激烈(3)无规则

运动越剧烈

3.⑴引力斥力引力斥力(2)增大减小(3)=<>

1.热平衡剧烈程度

2.0℃沸点273.15℃

3.(1)热运动(2)平均动能(3)总和

4.(1)相对位置(2)@体积

5.(1)温度和体枳(2)做功和热传递

生活情境

1.(1)X(2)7(3)X(4)X(5)X(6)X(7)V(8)X

教材拓展

2.答案：ABC

3.答案：AC

关键能力分层突破

1.解析：因为铜的摩尔质量为Mkg/mol,所以1kg铜所含的原子数为号，选项A正

确；桐的密度为〃kg/m)1m'铜的质量为2，1nP铜所含有的原子数为^NA,选项B错误；

1摩尔铜原子的质量为则1个铜原子的质量为段kg,选项C正确；可将铜原子看作球

体模型，1摩尔铜原子的体积为因此1个铜原子的体积为三m，，选项D正确，E错

PPNA

误.

答案：ACD

2.解析：⑴设氤气的物质的量为〃，则〃=詈

就气分子的总数：

60X16X10J

/V=^A=-'X6X1023七4X1022个

M0.131

(2)每个分子所占的空间为匕=：

设分子间平均距离为。，则有%="

33

mi/v_3I1.6X10-〜”1n-o

9

则〃=77=,im»»3X10m.

Ny4X1022

答案：（1）4X1022个（2）3X10-°m

3.解析：扩散现象是分子无规则热运动的反映，C正确、E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；在扩散现象中，分子本身结构没有发生变化，

不属于化学变化，B错误.

答案：ACD

4.解析：折线图是每隔20s记录的粉笔末的位置的连线图，并非粉笔末的运动轨迹，

A项错误；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；由于布朗运动的无

规则性，我们不能确定经过6点后10s时粉笔末的具体位置，C项错误；由•=%因为XBCV

XCD.tSC=tCD,所以D项正确；改变水的温度，显然能改变水分子热运动的剧烈程度，但

并不能改变布朗运动的无规则性，则仅从图上不能确定记录哪一张图时的温度高，E项正确.

答案：BDE

5.解析：含病毒飞沫微粒的运动是由空气分子的不平衡碰撞造成的，所以是布朗运动.两

个相距较远的分子间距离减小到米的过程中，分子间的作用力表现为引力，分子力一直做

正功，分子势能一直减小.

答案：布朗一直减小

例1解析：另一分了从距。点很远处向。点运动，在两分了一间距减小到，2的过程中，

分子间作用力表现为引力，故分子间作用力做正功，分子间势能减小；在两分子间距由72

减小到门的过程中，分子间作用力仍然表现为引力，故分子间作用力做正功，分子间势能

减小；在间距减小到等于心之前，分子间势能一直减小，由于规定两分子相距无穷远时分

子间势能为零，则在间距等于门处，分子间势能小于零.

答案：减小减小小于

例2解析：物体的机械能和内能是两个完全不同的概念，物体的动能由物体的宏观速

率决定，而物体内分子的动能由分子热运动的速率决定.分子动能不可能为零（温度不可能

达到绝对零度），而物体的动能可能为零，所以A、B不正确；物体体积减小时，分子间距

离减小，但分子势能可能增加，所以C正确；质量、温度、体积都相等的物体，如果是由

不同物质组成，分子数不一定相同，因此，物体内能不一定相等，选项D正确；温度和质

量都相同的氢气和氧气具有相同的分子平均动能，但由于分子教不相等，分子总动能不相等，

分子势能也不相等，故其内能不相等，选项E正确.

答案：CDE

6.解析：分子力产与分子间距离r的关系是：当Kro时产为斥力；当尸=广0时/=0;

当时”为引力.综上可知，当两分子由相距较远逐渐达到最近过程中分子力是先变大

再变小后又变大，A项错误.分子力为引力时做正功，分子势能减小，分子力为斥力时做负

功，分子势能增大，故B项正确，D项错误.因仅有分子力作用，故只有分子动能与分子

势能之间发生转化，即分子势能减小时分子动能增大，分子势能增大时分子动能减小，其总

和不变.C、E项均正确.

答案：BCE

7.解析