高考物理一轮复习第十二章热学第讲分子动理论内能学案新人教版

第十二章热学

◎课标解读

课程标准命题热点

1.了解分子动理论的基本观点及相关的实验证据。

2.通过实验，了解扩散现象。观察并能解释布朗运动。了解分

子运动速率的统计分布规律，知道分子运动速率分布图像的物理

意义。

3.了解固体的微观结构。知道晶体和非晶体的特点。能列举生

活中的晶体和非晶体。通过实例，了解液晶的主要性质及其在显

示技术中的应用。

4.了解材料科学的有关知识及应用，体会它们的发展对人类生

活和社会发展的影响。

5.观察液体的表面张力现象。了解表面张力产生的原因。知道

毛细现象。

(1)分子动理论、内能。

6.通过实验，了解气体实验定律，知道理想气体模型，能用分

(2)固体和液体的性质。

子动理论和统计观点解释气体压强和气体实验定律。

(3)气体实验定律及理想

7.知道热力学第一定律。通过有关史实，了解热力学第一定律

气体状态方程。

和能量守恒定律的发现过程，体会科学探索中的挫折和失败对科

(4)气体的图像问题。

学发现的意义。

(5)热力学定律。

8.理解能量守恒定律，能用能量守恒的观点解释自然现象。体

(6)气体实验定律与热力

会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一。

学定律的综合。

9.通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律。

10.了解自然界中存在多种形式的能量。知道不同形式的能量可

互相转化，在转化过程中能量总量保持不变，能量转化是有方向

性的。

11.知道利用能量是人类生存和社会发展的必要条件之一，人类

利用的能量来自可再生能源和不可再生能源。

12.知道合理使用能源的重要性，具有可持续发展观念，养成节

能的习惯。

13.收集资料，讨论能源的开发与利用所带来的环境污染问题，

认识环境污染的危害，思考科学・技术-社会-环境协调发展的

关系，具有环境保护的意识和行动。

第1讲分子动理论内能

知识梳理-双基自测

ZHISHISHULISHUANGJIZICE

知识点1分子动理论的基本观点

1.物体是由大量分子组成的

(D分子很小:

①直径数量级为10-,，>mo

②质量数量级为［Of〜ICT；kg<>

⑵分子数目特别大:

阿伏加德罗常数亳=602X10?：'mol^e

2.分子的热运动

(1)扩散现象：由于分子的无规则运动而产生的物质迁移现象。温度越直，扩散越快。

⑵布朗运动：在高倍显微镜下看到的悬浮在液体中的固体题拉的永不停息地无规则运

动。其特点是:

①永不停息,无规则运动。

②颗粒越小,运动越明显。

③温度越高,运动越激烈。

3.分子间的相互作用力

(1)分子间同时存在相互作用的引力型回。实际表现出的分子力是引力和用力的合力。

(2)如图所示

fnfit

6

Afn

b-f—£

A-*—OO-F

fnfn

说明:随2•的减小,r引、f斥都增大,r斥增加得快。

引力和斥力都随分子间距符的减小而增大；随分子间距离的增大而减小；斥力比引力变

化快。

⑶分子力?与分子间距离r的关系(n的数量级为1010m)o

距离分子力广片/图像

%

r=2o尸引三_尸斥F=0F1

2<2oF为斥力

r>HiFRF件F为引力

r>10z«F=0

知识点2温度是分子平均动能的标志内能

1.温度：两个系统处于超£衡时，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蛔的温度。温度标志

着物体内部大量分子做无规则运动的剧烈程度.

2.摄氏温标和热力学温标:

单位规定关系

摄氏温标在标准大气压下，冰的熔点是0C.

℃

水的沸点是100℃7=1+273.15K

热力学温标△7=△t

K零下273.15℃即为0K

(7)

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的动能的平均道，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型。

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：

①微观上一一决定于分子间的距离和分子排列情况:取？一8处为零势能处，分子势能

E与分子间距离，•的关系如图所示，当，=此时分子势能最小。

②宏观上一一决定于体积。

5.物体的内能；

(1)等于物体中所有分子的热运动动能和分土势能的总和，是状态量。对于给定的物体,

其内能大小由物体的温度和体枳决定。

(2)改变物体内能有两种方式：做功和热传递。

双基自测

一、堵点疏通

1.布朗运动是固体小颗粒中固体分子的运动。（X）

2.分子间同时存在引力与斥力，分子力是二者合力的表现。（J）

3.温度、分子动能、分子势能或内能只对大量分子才有意义。（V）

4.任何物体都有内能。（J）

5.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。（J）

二、对点激活

1.根据分子动理论,下列说法F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的无规则N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

［解析］由于气体分子的间距大于分子直径，故气体分子的体积小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的无规则运

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I）正确。

2.两个分子由距离很远（，＞10一羽）逐渐靠拢到很难再靠近的过程中，分子间作用力的大小

将（C）

A.先减小后增大

B.先增大后减小

C.先增大后减小再增大

D.先减小后J曾人再减小

［解析］根据分子间相互，’乍用力的特点，两个分子由距离很远逐渐靠拢到很难再靠近的

过程中，分子间作用力先增大后减小再增大，故C正确。

3.关于温度和内能，下列说法正确的是（A）

A.分子质量不同的物质如果温度相同，物体分子的平均动能也相同

B.物体的内能变化时，它的温度一定改变

C.同种物质，温度高的内能肯定比温度低的内能大

D.物体的内能等于物体的势能和动能的总和

［解析］温度是物体分子平均动能的标志，所以温度相同，则物体分子的平均动能相同,

A正确：内能是物体中所有分子的热运动的动能与分子势能的总和，宏观上与物质的量、物体

的温度及体积有关，所以物体的内能变化，温度不•定改变，B、C、D错误。

核心考点•重点突破

HEXINKAODIANZHONGDIANTlPO

考点一微观量的估算

1.两种分子模型

物质有固态、液态和气态三种状态，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，如图所示，分子

面/

间距等于小球的直径或立方体的校长，所以六、3/刀(球体模型)或公3币r-’(立方体模型)。

球体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。如图所示，此时每个分子占有的空间视为棱长为d的立方体，所

以d=折。

气体分子模型

2.宏观量与微观量的转换桥梁

作为宏观量的摩尔质量也八摩尔体积心、密度P与作为微观量的分子直径小分子质

量加、每个分子的体枳％都可通过阿伏加德罗常数联系起来。如下所小。

慧:二小明=欠二梵:

(1)一个分子的质量：小=器

(2)一个分子所占的体积：%=与(估算固体、液体分子的体积或气体分子平均占有的空

⑶1mol物质的体积：匕尸学

M

(4)质量为"的物体中所含的分子数：n=—^a

Dv

（5）体积为V的物体中所含的分子数：〃

»・例1（多选）已知阿伏加德罗常数为.M,某物质的摩尔质量为J/（kg/mol）,该物质

的密度为。（kg/nf'），则下列叙述中正确的是（BDE）

A.1kg该物质所含的分子个数是4M

B.1kg该物质所含的分子个数是弓

.1/

C.该物质1个分子的质量是告

八h

1/

D.该物质1个分子占有的空间是f

E.该物质的摩尔体积是巧

［解析］1kg该物质的物质的量为5所含分子数目为：〃=.，vx%与，故A错误，B正

确：每个分子的质量为：依=）=4，故C错误：每个分子所占体积为：%=乎=:',故D正

J/

确；该物质的摩尔体积为7■,故E正确。

（变式训练1）（多选）若以M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，”表示水的摩尔质量，川表示一个水分子的质量，%表示一个水分子的体积,

川表示阿伏加德罗常数，则下列关系式正确的是（ACE）

MV

A.V=­B.玲=不

P危

,1/.</

口族=示D.〃=标

［解析］0〃表示在标准状态下水蒸气的密度，J/表示水的摩尔质量，则在标准状态下

1/V

水蒸气的摩尔体积为勺1，选项A正确；不表示一个水分子平均占据的空间，不等于一个水

PAA

分子的体积，选项B错误：一个水分子的质量为：.依=（，选项C正确；也表示水分子的密

八'Ar（j

度，选项D错误：。，是水的摩尔质量，则阿伏加德罗常数可表示为川=〈，选项E正确。

考点二布朗运动与分子的热运动

布朗运动热运动

运动主体固体小颗粒分子

是比分子大得多的分子团体组成的固

体小颗粒的运动,较大的颗粒不做布朗分子不论大小都在做热运动，分子热运

区别

运动，但它本身的以及周围的分子仍在动不能通过光学显微镜直接观察到

做热运动

布朗运动是由于固体小颗粒受到周围分子做热运动的撞击力而引起的，它是分

联系

子做无规则热运动的反映

（1）都是永不停息的无规则的运动

相同点（2）都随温度的升高而变得更加剧烈

（3）都是肉眼不能直接看见的

特别提醒：区别布朗运动与热运动应注意以下两点：

（1）布朗运动并不是分了的热运动。

（2）布朗运动可通过高倍显微镜观察，分子热运动不能用显微镜直接观察。

»」例2（多选）雾蜘天气时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。雾姿中，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、M2.5分别表示直径小于或等于】0um、2.5um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的浓度陨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（ACE）

A.PM10表示直径小于或等于1.OXIO-5m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受到的重力

C.PM10和大悬浮颗粒物都在做布朗运动

【）.PM2.5浓度随高度的增加逐渐增大

E.PM10必然有内能

［解析］PM10表示直径小于或等于1.0X10-5m的悬浮颗粒物，A项正确;PM10悬浮在

空气中，受到的空气分子作用力的合力等于其所受到的重力，B项错误：由题意推断，D项错

误：PM10和大颗粒物的悬浮是由于空气分子的撞击，故它们都在做布朗运动，C项正确：所

有物体的内能都不为0,E项正确.

（变式训练2）（多选）以下关于热运动的说法正确的是（BCE）

A.水流速度越大，水分子的热运动越剧烈

B.水凝结成冰后，水分子的热运动不会停止

C.水的温度越高，水分子的热运动越剧烈

I).水的温度升高，每一个水分子的运动速率都会增大

E.气体分子的热运动不一定比液体分子剧烈

［解析］水流的速度是机械运动的速度，不同于水分子无规则热运动的速度，A错误；分

子永不停息地做无规则运动，R正确；温度是分子平均动能的标志，温度越高，分了•的热运动

越剧烈，故C正确：水的温度升高，水分子的平均动能增大，即水分子的平均运动速率增大,

但不是每一个水分子的运动速率都增大，【)错误：温度是分子热运动剧烈程度的反映，温度越

高，分子热运动越剧烈，与物沐运动的速度无关，由于气体和液体的温度高低不确定，所以

气体分子的热运动不一定比液体分子激烈,EF确°

考点三分子力、分子势能与物体的内能

1.分子力、分子势能与分子间距的关系

取8处为零势能处

(D当时，分子力为引力，当r增大时，分子力做负功，分子势能增加。

(2)当/八时，分子力为斥力，当r减小时•，分子力做负功，分子势能增加1。

(3)当「=八时，分子势能最小。

2.对内能概念的进•步说明

(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。

3.内能和热量的比较

内能热量

是状态量，状态确定系统的内能随之确定。一是过程量，它表示由于热传递而弓1

区别

个物体在不同的状态下有不同的内能起的内能变化过程中转移的能量

在只有热传递改变物体内能的情况下，物体内能的改变量在数值上等于物体吸收或

联系

放出的热量

»■例3(多选)如图中所不是分子间作用力与分子间距之间的关系，分子间作用力表

现为斥力时为正，一般地，分子间距大于10气时，分子间作用力就可以忽略；如图乙所示是

分子势能与分子间距之间的关系，a是图线上一点，是在a点的图线切线。下列说法中正

确的有(ADE)

A.分子势能选择了无穷远处或大于10人处为零势能参考点

B.图甲中阴影部分面积表示分子势能差值，与零势能点的先取有关

C.图乙中的的斜率大小表示分子间距离在该间距时的分子间作用力大小

D.图乙中的斜率大小表示分了•间距离在该间距时的分了•间作用力大小

E.理想气体分子间距一般大于10/«,所以总分子势能视为不变

［解析］综合题设及题图信息可知，分子势能选择了无穷远处或大于10气处为零势能参

考点，故A正确；图甲阴影部分面枳表示分子势能差值，势能差值与零势能点的选取无关，

所以B错误；分子势能与分子间距图像中，图线切线的斜率的大小表示分子间作用力大小，

所以C错误，D正确：理想气体分子间距一般大于10八，分子间作用力忽略不计，分子势能不

变，选取无穷远处为零势能点，则分子势能为零，所以总分子势能视为不变，目.分子势能为

零，所以E正确。

（变式训练3）（多选）关于物体的内能，下列叙述中正确的是（BDE）

A.温度高的物体比温度低的物体内能大

B.物体的内能不可能为零

C.内能相同的物体，它优的分子平均动能一定相同

D.内能不相同的物体，它们的分子平均动能可能相同

E.物体的内能与物体的分子数有关

［解析］温度高低反映分子平均动能的大小，但由于物体分子数目等其他影响内能的因

素可能不同，故无法反映内能的大小，选项A错误：由于分子都在做永不停息的无规则运动，

因此，任何物体的内能都不可能为零，选项B正确：内能相同的物体，它们的分了•平均动能

不一定相同，选项C错误：内能不同的两个物体，它们的温度可以相同，即它们的分子平均

动能可以相同，选项D正确：物体的内能与物体的分子数有关，故选项E正确。

考点四实验：用油腴法估测分子的大小

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,

测出一定体枳油酸溶液在水面上形成的油膜面枳，用公《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枳，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：盛水浅盘、滴管(或注射器)、试剂瓶、坐标纸、玻璃板、舜子粉(或细石

杼粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩笔。

3.实验步骤：

(D取1mL(lcm，)的油酸溶于酒精中，制成200mL的油酸酒精溶液。

(2)往边长为30〜40cm的浅盘中倒入约2cm深的水，然行将琲子粉(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〃滴配制好的油酸酒精溶液，使这些溶液的体积恰好

为1mL算出每滴油酸酒精溶液的体积%=；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匕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和薄

V

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10",若不是1(尸。，需重做实验。

4.误差分析：

(1)纯油酸体积的计算引起误差。

(2)油膜面枳的”•算造成误差。

①油膜形状的边界画线造成误差。

②数格了•的个数所造成的误差。

»■例4在做“用油膜法估测分子的大小”实验中，油酸酒精溶液的浓度为每10,mL

溶液中有纯油酸6mL,用注射瑞测得1mL上述溶液中有液滴50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，在玻璃板上描出油膜的轮廓，随后把玻璃

板放在坐标纸上，其形状如图所示，坐标纸中正方形小方格的边长为20mm,则：

(1)油膜的面积是多少？

(2)每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是多少？

(3)根据上述数据，估测出油酸分子的直径是多少？

［解析］(1)油膜轮廓包围的方格数约58个，则油膜的面积5=58X(20X10-3)W=

-22

2.32X10m.>

(2)每滴溶液中含纯油酸的体积

6

r=-X-j^imL=l.2X10'mL=l.2X10"m'o

(3)油酸分子的直径

Vi2X1()11

c/=T.=.m=5.2X10-10m

J乙9.JQ9Zv入1iun0

［答案］(1)2.32X10-2m!⑵1.2X10-。(3)5.2XKr,0m

____________________________

名师点拨油膜法估测分子直径的过程

(1)获得一滴油酸酒精溶液，并由配制浓度求出其中所含纯油酸的体积匕

(2)用数格子法(不足半个的舍去，多于半个的算一个，即“四舍五入”法)求出油膜面积

S。

V

(3)由公式kw计算结果。其中/和S的单位均采用国际单位制中的单位，即体积产的单

位是一,面积5.的单位是一。

2年高考•1年模拟

2NIANGAOKAO1NIANMONI

1.(2023•北京卷，15)卜列说法正确的是(A)