高考物理总复习第十二章热学第1讲分子动理论内能教案.docx
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高考物理总复习第十二章热学第1讲分子动理论内能教案
分子动理论内能
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考点内容
高考(全国卷)三年命题情况对照分析
2016
2017
2018
命题热点
分子动理论与统计观点
分子动理论的基本观点和实验依据
Ⅰ卷·T33
(1):
内能及热力学定律
T33
(2):
玻意耳定律、平衡条件
Ⅱ卷·T33
(1):
p-T图象、气体三定律、热力学第一定律
T33
(2):
玻意耳定律、变质量问题
Ⅲ卷·T33
(1):
内能、热力学第一定律
T33
(2):
玻意耳定律、变质量问题
Ⅰ卷·T33
(1):
分子动理论、气体分子速率分布曲线、温度
T33
(2):
玻意耳定律、查理定律
Ⅱ·T33
(1):
内能、热力学第一定律
T33
(2):
理想气体状态方程、平衡条件
Ⅲ卷·T33
(1):
p-V图象、热力学第一定律
T33
(2):
玻意耳定律、气体压强的计算
Ⅰ卷·T33
(1):
T-V图象、热力学第一定律、查理定律
T33
(2):
玻意耳定律、平衡条件
Ⅱ卷·T33
(1):
气体的内能
T33
(2):
查理定律、盖—吕萨克定律、气体做功
Ⅲ卷·T33
(1):
p-V图象、理想气体状态方程、热力学第一定律
T33
(2):
玻意耳定律、平衡条件
(1)分子动理论、内能
(2)固体和液体的性质
(3)气体实验定律及理想气体状态方程
(4)气体的图象问题
(5)热力学定律
(6)气体实验定律与热力学定律的综合
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、
液体
与气
体
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
热力学定律与能量守恒
热力学第一定律
能量守恒定律
热力学第二定律
实验一:
用油膜法估测分子的大小
实验二:
探究气体压强与体积的关系
第1讲 分子动理论 内能
知识排查
分子动理论的基本观点、阿伏加德罗常数
物体的内能 温度
小题速练
1.思考判断
(1)1g水含的水分子数与1g酒精含的酒精分子数相等。
( )
(2)若体积为V的氧气中含氧气分子个数为N,则每个氧气分子的体积近似为
。
( )
(3)布朗运动是花粉颗粒分子的运动。
( )
(4)分子间同时存在着引力和斥力,当分子间距离增大,引力和斥力同时减小,若引力大于斥力,则分子力体现为引力。
( )
(5)分子间存在分子势能,随着分子间距离增大分子势能增大。
( )
答案
(1)×
(2)× (3)× (4)√ (5)×
2.(多选)关于温度和内能的理解,下列说法正确的是( )
A.温度是分子平均动能的标志,物体温度高,则物体的分子平均动能大
B.系统的内能是由系统的状态决定的
C.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
D.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
解析 温度是分子平均动能的标志,选项A正确;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,选项B正确;做功和热传递都可以改变系统的内能,选项C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,选项D错误。
答案 AB
3.下列有关热现象和内能的说法中正确的是( )
A.把物体缓慢举高,其机械能增加,内能也增加
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
解析 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错误;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。
答案 C
微观量的估算
1.微观量与宏观量
(1)微观量:
分子体积V0、分子直径d、分子质量m0等。
(2)宏观量:
物体的体积V、摩尔体积Vm、物体的质量m、摩尔质量Mm、物体的密度ρ等。
2.分子的两种模型
(1)球体模型:
直径d=
(常用于固体和液体)。
(2)立方体模型:
边长d=
(常用于气体)。
3.几个重要关系
阿伏加德罗常数是联系微观量与宏观量的“桥梁”。
(1)一个分子的质量:
m0=
。
(2)一个分子的体积:
V0=
(注意:
对于气体,V0表示一个气体分子平均占有的空间)。
(3)1mol物质的体积:
Vmol=
。
(4)质量为M的物体中所含的分子数:
n=
NA。
(5)体积为V的物体中所含的分子数:
n=
NA。
1.(多选)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ρ,则该气体单位体积分子数为(阿伏加德罗常数为NA)( )
A.
B.
C.
D.
解析 1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1mol气体的分子数为NA=
,可得n=
,单位体积的质量等于单位体积乘以密度,质量除以摩尔质量等于摩尔数,则有n=
,选项D错误,A、B、C正确。
答案 ABC
2.已知地球大气层的厚度h远小于地球半径R,空气平均摩尔质量为M,阿伏加德罗常数为NA,地面大气压强为p0,重力加速度大小为g。
由此可估算得,地球大气层空气分子总数为________,空气分子之间的平均距离为________。
解析 设大气层中气体的质量为m,由大气压强的产生知,mg=p0S,即m=
分子数n=
=
=
,假设每个分子占据一个小立方体,各小立方体紧密排列,则小立方体边长即为空气分子平均间距,设为a,大气层中气体总体积为V,a=
,而V=4πR2h,所以a=
。
答案
扩散现象、布朗运动与分子热运动
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
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
1.(2017·北京理综)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.水凝结成冰后,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,每一个水分子的运动速率都会增大
解析 分子运动的快慢只与温度有关,与物体速度无关,温度越高,分子热运动越剧烈,选项A错误,C正确;水凝结成冰后,水分子的热运动仍存在,选项B错误;热运动是大量分子运动的统计规律,即温度是分子平均动能的标志,所以温度升高,分子的平均动能增大,并不代表每一个分子的动能都增大,选项D错误。
答案 C
2.(2016·北京理综)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
解析 PM10颗粒物的直径为10×10-6m=1.0×10-5m,选项A错误;PM10受到空气分子作用力的合力总是在不停地变化,并不一定始终大于重力,选项B错误;PM10和大量悬浮颗粒物受到空气分子不停地碰撞做无规则运动,即布朗运动,选项C正确;PM2.5浓度在百米的高度内基本是均匀分布的,选项D错误。
答案 C
分子力、分子势能和物体的内能
1.分子力及分子势能比较
分子力F
分子势能Ep
图象
随分子间距离的变化情况
rF随r增大而减小,表现为斥力
r增大,F做正功,Ep减小
r>r0
r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=r0
F引=F斥,F=0
Ep最小,但不为零
r>10r0
引力和斥力都很微弱,F=0
Ep=0
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)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。
(4)温度是分子热运动平均动能的标志,相同温度的任何物体,分子热运动的平均动能相同。
【例1】(2019·廊坊模拟)两分子间的分子势能Ep与分子间距离r的关系如图1中曲线所示。
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( )
图1
A.在r>r0阶段,F做正功,分子动能增加,势能增加
B.在rC.在r=r0时,分子势能最小,动能最大
D.分子动能和势能之和在整个过程中越来越大
解析 由Ep-r图可知,在r>r0阶段,当r减小时F做正功,分子势能减小,分子动能增加,选项A错误;在r答案 C
1.(2018·北京理综,2)关于分子动理论,下列说法正确的是( )
A.气体扩散的快慢与温度无关
B.布朗运动是液体分子的无规则运动
C.分子间同时存在着引力和斥力
D.分子间的引力总是随分子间距增大而增大
解析 在其他条件不变的情况下,温度越高,气体扩散得越快,故A错误;布朗运动是固体小颗粒的运动,不是液体分子的运动,故B错误;分子间同时存在着引力和斥力,故C正确;分子间的引力总是随着分子间距增大而减小,故D错误。
答案 C
2.(2018·信阳五校联考)关于分子间的作用力和分子势能,下列说法正确的是( )
A.当r>r0分子之间不存在斥力而只存在引力
B.分子间距离减小时,分子力一直做正功
C.分子间距离增大时,分子势能一直减小
D.分子间距离增大时,可能存在分子势能相等的两个位置
解析 分子之间的引力和斥力是同时存在的,选项A错误;若分子间距离小于平衡位置间距,分子力表现为斥力,则随分子间距离减小,分子力做负功,选项B错误;若分子间距离大于平衡位置间距,则随分子间距离增大,分子势能增大,选项C错误;若分子间距离从很小增大到很大的过程中,分子势能先减小后增大,可能存在分子势能相等的两个位置,选项D正确。
答案 D
3.(多选)下列关于温度及内能的说法中正确的是( )
A.温度是分子平均动能的标志,所以两个动能不同的分子相比,动能大的分子温度高
B.两个不同的物体,只要温度和体积相同,内能就相同
C.质量和温度相同的冰和水,内能不同
D.温度高的物体不一定比温度低的物体内能大
解析 温度是大量分子热运动的客观体现,单个分子不能比较温度高低,选项A错误;物质的内能由温度、体积、物质的量及物态共同决定,选项B错误,C正确;质量不确定,只知道温度的关系,不能确定内能的大小,选项D正确。
答案 CD
实验:
用油膜法估测分子的大小
1.基本原理与操作
装置及器材
操作要领
(1)干净:
实验用具要擦洗干净。
(2)适量:
痱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,以便准确地画出薄膜的形状,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。
2.数据处理与误差分析
(1)数据处理
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S。
方法是计算轮廓范围内正方形的个数,不足半个的舍去,多于半个的算一个,把正方形的个数乘以单个正方形的面积就是油膜的面积。
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,利用一滴溶液中纯油酸的体积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。
看分子直径数量级(单位为m)是否为10-10,若不是10-10需重做实验。
(2)误差分析
①纯油酸体积的计算引起误差。
②油膜面积的计算造成误差。
a.油膜形状的边界画线造成误差。
b.数格子的个数所造成的误差。
【例2】油酸酒精溶液的浓度为每1000mL油酸酒精溶液中有油酸0.6mL,现用滴管向量筒内滴加50滴上述溶液,量筒中的溶液体积增加了1mL,若把一滴这样的油酸酒精溶液滴入足够大盛水的浅盘中,由于酒精溶于水,油酸在水面展开,稳定后形成的油膜的形状如图2所示。
若每一小方格的边长为25mm,试问:
图2
(1)这种估测方法是将每个油酸分子视为________模型,让油酸尽可能地在水面上散开,则形成的油膜可视为________油膜,这层油膜的厚度可视为油酸分子的________。
图中油酸膜的面积为________m2;每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________m3;根据上述数据,估测出油酸分子的直径是________m。
(结果保留2位有效数字)
(2)某同学在实验过程中,在距水面约2cm的位置将一滴油酸酒精溶液滴入水面形成油膜,实验时观察到,油膜的面积先扩张后又收缩了一些,这是为什么呢?
请写出你分析的原因:
_______________________________________________
____________________________________________________________________。
解析
(1)油膜面积约占55小格,面积约为S=55×25×25×10-6m2≈3.4×
10-2m2,一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为V=
×
×10-6m3=1.2×10-11m3
油酸分子的直径约等于油膜的厚度
d=
=
m≈3.5×10-10m。
(2)主要有两个原因:
①水面受到落下的油酸酒精溶液的冲击,先陷下后又恢复水平;②油酸酒精溶液中的酒精挥发,使液面收缩。
答案
(1)球体 单分子 直径 3.4×10-2 1.2×10-11 2.7×10-10
(2)见解析
1.(2019·苏州模拟)
(1)如图3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)。
图3
(2)用“油膜法”来粗略估测分子的大小,是通过一些科学的近似处理,这些处理有:
___________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
解析
(1)用“油膜法估测分子的大小”实验步骤为:
配制油酸酒精溶液→测定一滴油酸酒精溶液的体积→准备浅水盘→形成油膜→描绘油膜边缘→测量油膜面积→计算分子直径。
很显然操作先后顺序排列应是dacb。
(2)在“用油膜法估测分子的大小”实验中,我们的实验依据是:
①油膜是呈单分子分布的;②把油酸分子看成球形;③分子之间没有空隙。
答案
(1)dacb
(2)把在水面上尽可能扩散开的油膜视为单分子油膜,把形成油膜的分子看作紧密排列的球形分子
2.测量分子大小的方法有很多,如油膜法、显微法。
(1)在“用油膜法估测分子大小”的实验中,用移液管量取0.25mL油酸,倒入标注250mL的容量瓶中,再加入酒精后得到250mL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1mL的刻度,再用滴管取配好的油酸溶液,向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下2滴溶液,在液面上形成油酸薄膜,待油膜稳定后,放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜,如图4甲所示。
坐标格的正方形大小为2cm×2cm。
由图可以估算出油膜的面积是________cm2,由此估算出油酸分子的直径是________m(保留1位有效数字)。
图4
(2)如图乙是用扫描隧道显微镜拍下的一个“量子围栏”的照片。
这个量子围栏是由48个铁原子在铜的表面排列成直径为1.43×10-8m的圆周而组成的。
由此可以估算出铁原子的直径约为________m(结果保留2位有效数字)。
解析
(1)数油膜所占的正方形格数,大于半格的算一格,小于半格的舍去,得到油膜的面积S=64×2cm×2cm=256cm2。
溶液浓度为
,每滴溶液体积为
mL,2滴溶液中所含油酸体积为V=2×10-5cm3。
油膜厚度即油酸分子的直径是d=
≈8×10-10m。
(2)直径为1.43×10-8m的圆周周长为l=πd≈4.5×10-8m,可以估算出铁原子的直径约为d′=
m≈9.4×10-10m。
答案
(1)256 8×10-10
(2)9.4×10-10
活页作业
(时间:
30分钟)
基础巩固练
1.(多选)(2019·威海质检)若以M表示水的摩尔质量,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,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,下面关系正确的有( )
A.NA=
B.ρ=
C.ρ<
D.m0=
解析 由于M=ρV,则NA=
=
,变形得m0=
,选项A、D正确;由于水蒸气分子之间空隙大,所以NAV0<
,选项B错误,C正确。
答案 ACD
2.(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.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
解析 根据分子动理论,温度越高,扩散进行得越快,故A正确;扩散现象是由物质分子无规则运动产生的,不是化学反应,故B错误,C正确;扩散现象在气体、液体和固体中都能发生,故D正确。
答案 ACD
3.下列说法中正确的是( )
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
解析 温度升高,分子热运动的平均动能增大;温度降低,分子热运动的平均动能减小,选项A错误,B正确;影响物体内能的因素有温度、体积、物质的量及物态,所以只根据温度变化情况无法判断内能的变化情况,选项C、D错误。
答案 B
4.对于分子动理论和物体内能的理解,下列说法正确的是( )
A.温度高的物体内能一定大,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
解析 温度高的物体分子平均动能一定大,但是内能不一定大,选项A错误;外界对物体做功,若物体同时向外散热,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。
答案 C
5.(多选)当两分子间距为r0时,它们之间的引力和斥力相等。
关于分子之间的相互作用,下列说法正确的是( )
A.当两个分子间的距离小于r0时,分子间只存在斥力
B.当两个分子间的距离大于r0时,分子间引力大于斥力
C.两个分子间的距离由无限远逐渐减小到r=r0的过程中,分子间相互作用力先增大后减小,表现为引力
D.两个分子间的距离等于r0时,分子势能最小
解析 当两个分子间的距离小于r0时,分子间斥力大于引力,选项A错误;当两个分子间的距离大于r0时,分子间斥力小于引力,选项B正确;两个分子间的距离由无限远逐渐减小到r=r0的过程中,分子间相互作用力先增大后减小,表现为引力,选项C正确;两个分子间的距离等于r0时,分子势能最小,选项D正确。
答案 BCD
6.(多选)(2019·广州模拟)有关分子的热运动和内能,下列说法正确的是( )
A.一定质量的气体,温度不变,分子的平均动能不变
B.物体的温度越高,分子热运动越剧烈
C.物体的内能是物体中所有分子热运动动能和分子势能的总和
D.布朗运动是由悬浮在液体中的微粒之间的相互碰撞引起的
解析 温度是分子平均动能的标志,则一定质量的气体,温度不变,分子的平均动能不变,选项A正确;物体的温度越高,分子热运动越剧烈,选项B正确;物体的内能是物体中所有分子热运动动能和分子势能的总和,选项C正确;布朗运动是液体分子对悬浮在液体中的微粒频繁碰撞引起的,选项D错误。
答案 ABC
7.(2018·温州调研)下列说法正确的是( )
A.显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动,这反映了液体分子运动的无规则性
B.分子间的相互作用力随着分子间距离的增大,一定先减小后增大
C.随着分子间距离的增大分子势能一定先减小后增大
D.当温度升高时,物体内每一个分子热运动的速率一定都增大
解析 布朗运动是固体颗粒在液体中的运动,反应液体分子的运动,故显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动,这反映了液体分子运动的无规则性,故选项A正确;分子间距离r答案 A
8.下列说法正确的是( )
A.已知某固体物质的摩尔质量、密度和阿伏加德罗常数,可以计算出分子大小
B.布朗运动表明组成微粒的分子在做无规则运动
C.已知某物质的摩尔质量和分子质量,不能计算出阿伏加德罗常数
D.物体运动的速率越大,其内部的分子热运动就越剧烈
解析 已知某固体物质的摩尔质量和密度,可以算出物质的摩尔体积,再除以阿伏加德罗常数就能计算出分子体积,进而计算出分子大小,选项A正确;布朗运动表明微粒周围液体的分子在做无规则运动,不能表明组成微粒的分子在做无规则运动,选项B错误;已知某物质的摩尔质量M和分子质量m,可以计算出阿伏加德罗常数NA=
,选项C错误;物体内部的分子热运动与温度有关,与物体运动的速率无关,选项D错误。
答案 A
9.在“用油膜法估测分子的大小”实验中,用amL的纯油酸配制成bmL的油酸酒精溶液,再用滴管取1mL油酸酒精溶液,让其自然滴出,共n滴。
现在让其中一滴落到盛水的浅盘内,待油膜充分展开后,测得油膜的面积为Scm2,则:
(1)估算