高考物理总复习 热学教参 新人教版选修33.docx

高考物理总复习 热学教参 新人教版选修33.docx

《高考物理总复习 热学教参 新人教版选修33.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理总复习 热学教参 新人教版选修33.docx（65页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

高考物理总复习热学教参新人教版选修33

热学

[2017高考备考导航]

考点

考纲要求

专家解读

分子动理论的基本观点和实验依据

Ⅰ

1.本部分考点内容的要求全是Ⅰ级，即理解物理概念和物理规律的确切含义，理解物理规律的适用条件，以及它们在简单情况下的应用，题型多为选择题和填空题，绝大多数选择题只要求定性分析，极少数填空题要求应用阿伏加德罗常数进行计算（或估算）。

2．高考热学命题的重点内容有：

（1）分子动理论要点，分子力、分子大小、质量、数目估算；

（2）内能的变化及改变内能的物理过程以及气体压强的决定因素；（3）理想气体状态方程和用图象表示气体状态的变化；（4）热现象实验与探索过程的方法。

3．近两年来热学考题中还涌现出了许多对热现象的自主学习和创新能力考查的新情景试题，多以科技前沿、社会热点及与生产生活联系的问题为背景来考查热学知识在实际中的应用。

说明：

（1）要求会正确使用的仪器有：

温度计；

（2）要求定性了解分子动理论与统计观点的内容。

阿伏加德罗常数

Ⅰ

气体分子运动速率的统计分布

Ⅰ

温度是分子平均动能的标志、内能

Ⅰ

固体的微观结构、晶体和非晶体

Ⅰ

液晶的微观结构

Ⅰ

液体的表面张力现象

Ⅰ

气体实验定律

Ⅰ

理想气体

Ⅰ

饱和蒸汽、未饱和蒸汽和饱和蒸汽压

Ⅰ

相对湿度

Ⅰ

热力学第一定律

Ⅰ

能量守恒定律

Ⅰ

热力学第二定律

Ⅰ

要知道中学物理中涉及到的国际单位制的基本单位和其他物理量的单位，包括摄氏度（℃）、标准大气压

Ⅰ

实验：

用油膜法估测分子的大小

第一节　分子动理论　内能

[主干回顾]

一、分子的动理论

二、内能

1．分子动能：

温度

2．分子势能：

决定因素

3．内能

[自我检测]

1．判断下列说法的正误。

（1）布朗运动不是分子的运动。

（√）

（2）分子间斥力随分子间距离的增大而增大。

（×）

（3）－33℃＝240K。

（√）

（4）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。

（√）

（5）内能相同的物体，它们的分子平均动能一定相同。

（×）

（6）分子间距为r0时，分子间无相互作用。

（×）

2．[导学号：

60810773]（多选）如图1－1所示是做布朗运动的小微粒运动路线记录的放大图，小微粒在A点开始计时，每隔30s记下小微粒所在的一个位置，得到B、C、D、E、F、G、H、I、J、K等点，则关于小微粒在75s末时的位置，以下叙述正确的是

图1－1

A．一定在CD连线的中点

B．一定不在CD连线的中点

C．可能在CD连线上，但不一定在CD连线中点

D．可能在CD连线以外的某点上

答案　CD

3．（2016·广州模拟）如图1－2所示，两个接触面平滑的铅柱压紧后悬挂起来，下面的铅柱不脱落，主要原因是

图1－2

A．铅分子做无规则热运动

B．铅柱受到大气压力作用

C．铅柱间存在万有引力作用

D．铅柱间存在分子引力作用

答案　D

4．气体内能是所有气体分子热运动动能和势能的总和，其大小与气体的状态有关，分子热运动的平均动能与分子势能分别取决于气体的

A．温度和体积　　　B．体积和压强C．温度和压强D．压强和温度

答案　A

考点一　微观量的估算

1．微观量：

分子体积V0、分子直径d、分子质量m0。

2．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。

3．关系

（1）分子的质量：

m0＝

＝

。

（2）分子的体积：

V0＝

＝

。

（3）物体所含的分子数：

N＝

·NA＝

·NA或N＝

·NA＝

·NA。

4．两种模型

（1）球体模型直径为d＝

。

（2）立方体模型边长为d＝

。

[特别提醒]　①固体和液体分子都可看成是紧密堆积在一起的。

分子的体积V0＝

，仅适用于固体和液体，对气体不适用。

②对于气体分子，d＝

的值并非气体分子的大小，而是两个相邻的气体分子之间的平均距离。

考向1　微观量与宏观量的关系

[例1]　[导学号：

60810774]（2015·海南单科）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]　可认为地球大气对地球表面的压力是由其重力引起的，即mg＝p0S＝p0×4πR2，故大气层的空气总质量m＝

，空气分子总数N＝

NA＝

。

由于h≪R，则大气层的总体积V＝4πR2h，每个分子所占空间设为一个棱长为a的正方体，则有Na3＝V，可得分子间的平均距离a＝

。

[答案]　

考向2　微观量的估算

[例2]　[导学号：

60810775]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，人会感觉干燥，某空调工作一段时间后，排出液化水的体积V＝1.0×103cm3。

已知水的密度ρ＝1.0×103kg/m3、摩尔质量M＝1.8×10－2kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023mol－1。

试求：

（结果均保留一位有效数字）

（1）该液化水中含有水分子的总数N；

（2）一个水分子的直径d。

[解析]　

（1）水的摩尔体积为

Vm＝

＝

m3/mol＝1.8×10－5m3/mol

水分子总数为

N＝

＝

个≈3×1025。

（2）建立水分子的球体模型，有

＝

πd3，可得水分子直径：

d＝

＝

m＝4×10－10m。

[答案]　

（1）3×1025个　

（2）4×10－10m

规律总结

微观量的求解方法

（1）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，其中阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁和纽带。

（2）建立合适的物理模型，通常把固体、液体分子模拟为球形或小立方体形。

气体分子所占据的空间则建立立方体模型。

考点二　布朗运动与分子热运动

布朗运动

热运动

活动主体

固体小颗粒

分子

区别

是固体小颗粒的运动，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。

是指分子的运动，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。

共同点

都是永不停息的无规则运动，都随温度的升高而变得更加激烈，都是肉眼所不能看见的。

联系

布朗运动是由于小颗粒受到周围分子做热运动的撞击力而引起的，它是分子做无规则运动的反映。

[特别提醒]　

（1）扩散现象直接反映了分子的无规则运动，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，是液体分子无规则运动的反映。

考向1　布朗运动的原因及影响因素

[例3]　[导学号：

60810776]（多选）（2015·山东理综）墨滴入水，扩而散之，徐徐混匀。

关于该现象的分析正确的是

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则运动

C．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应引起的

[解析]　墨汁与水混合均匀的过程，是水分子和碳粒做无规则运动的过程，这种运动与重力无关，也不是化学反应引起的。

微粒越小、温度越高，无规则运动越剧烈，可见B、C正确，A、D均错。

[答案]　BC

考向2　扩散现象的特点

[例4]　[导学号：

60810777]（多选）（2015·课标Ⅱ）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

E．液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的

[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

考点三　分子力、物体的内能

1．分子力、分子势能与分子间距的关系

　　　名称

项目　　　

分子间的相互作用力F

分子势能Ep

与分子间距的关系图象

随分

子间

距的

变化

情况

r＜r0

F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，分子势能减少。

r减小，斥力做负功，分子势能增加

r＞r0

F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＝r0

F引＝F斥，F＝0

分子势能最小

r＞10r0（10－9m）

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

通常规定分子势能为零

2.物体的内能与机械能的比较

　名称

比较　

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

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放出的热量

考向1　分子力、分子势能的图象

[例5]　[导学号：

60810778]（2013·福建理综）图中，能正确反映分子间作用力f和分子势能Ep随分子间距离r变化关系的图线是

[解析]　分子间引力和斥力的合力为分子力，分子力在r＝r0时为零，当r>r0时分子力表现为引力，当r

一般取无穷远为零势能点，分子从无穷远靠近到r0的过程分子力做正功，分子势能减小，到r0后再靠近分子力做负功，分子势能增加，故分子势能在r＝r0处最小。

综上可知，B正确。

[答案]　B

规律总结

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。

如图所示。

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。

考向2　内能和机械能的比较

[例6]　[导学号：

60810779]（2016·南通模拟）下列说法中正确的是

A．物体自由下落时速度增大，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，物体内能一定减小

D．气体体积增大时气体分子势能一定增大

[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，但分子势能不一定减小，所以C也不正确。

由于气体分子间距离一定大于r0，体积增大时分子间距离增大，分子力做负功，分子势能增大，所以D正确。

[答案]　D

考点四　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（如图1－3所示），将油酸分子看做球形，测出一定体积油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积，用d＝V/S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积，S为油膜面积。

这个厚度就近似等于油酸分子的直径。

图1－3

2．实验步骤

（1）往边长约为30cm～40cm的浅盘中倒入约2cm深的水，然后将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上。

（2）用滴管（或注射器）向量筒中滴入n滴油酸酒精溶液，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V0＝

mL。

（3）用滴管（或注射器）向水面上滴入一滴油酸酒精溶液，油酸就在水平面上慢慢散开，形成单分子油膜。

（4）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。

（5）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。

求面积时，以坐标纸上边长为1cm的正方形

为单位，数出轮廓内正方形的个数，不足半个的舍去，等于或多于半个的算一个。

（6）据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V，据一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V和薄膜的面积S，求出油酸薄膜的厚度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10－10，若不是10－10须重做实验。

考向　对实验原理的考查

[例7]　在做“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

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。

由此估算出油酸分子的直径大小是________cm。

[解析]　油酸酒精溶液的浓度为

，一滴油酸酒精溶液的体积为

mL，一滴油酸酒精溶液含纯油酸

mL，则油酸分子的直径大小为d＝

cm。

[答案]　

[随堂巩固]

1．[导学号：

60810780]（多选）（2013·新课标全国Ⅰ）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，后减小

E．分子势能和动能之和不变

解析　分子力F与分子间距r的关系是：

当r＜r0时F为斥力；当r＝r0时F＝0；当r＞r0时F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

2．[导学号：

60810781]（2014·北京理综）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　温度是物体分子平均动能的标志，温度升高则其分子平均动能增大，反之，则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。

答案　B

3．[导学号：

60810782]（2013·北京理综）下列说法正确的是

A．液体中悬浮微粒的无规则运动称为布朗运动

B．液体分子的无规则运动称为布朗运动

C．物体从外界吸收热量，其内能一定增加

D．物体对外界做功，其内能一定减少

解析　布朗运动是指悬浮在液体（或气体）中的微粒的无规则运动，而不是液体（或气体）分子的运动，故A选项正确、B选项错误；由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，若物体从外界吸收热量同时对外做功，其内能也可能不变或减少，C选项错误；物体对外做功同时从外界吸热，其内能也可能增加或不变，D选项错误。

答案　A

4．（多选）（2016·黑龙江模拟）分子力比重力、引力等要复杂得多，分子势能跟分子间的距离的关系也比较复杂。

图1－4所示为分子势能与分子间距离的关系图象，用r0表示分子引力与分子斥力平衡时的分子间距，设r→∞时，Ep＝0，则下列说法正确的是

图1－4

A．当r＝r0时，分子力为零，Ep＝0

B．当r＝r0时，分子力为零，Ep为最小

C．当r0

D．当r0

E．当r

解析　由Ep－r图象可知，r＝r0时，Ep最小，再结合F－r图象知此时分子力为0，则A项错误、B项正确；结合F－r图象可知，在r0

答案　BCE

[限时检测]

（限时45分钟，满分100分）

一、选择题（每小题7分，共70分）

1．只要知道下列哪一组物理量，就可以估算出气体分子间的平均距离

A．阿伏加德罗常数，该气体的摩尔质量和质量

B．阿伏加德罗常数，该气体的摩尔质量和密度

C．阿伏加德罗常数，该气体的摩尔质量和体积

D．该气体的密度、体积和摩尔质量

解析　将气体分子平均活动空间看成是立方体，则L3＝

＝

，选项B正确。

答案　B

2．[导学号：

60810783]如图1－5所示，两个接触面平滑的铅柱压紧后悬挂起来，下面的铅柱不脱落，主要原因是

图1－5

A．铅分子做无规则热运动B．铅柱受到大气压力作用

C．铅柱间存在万有引力作用D．铅柱间存在分子引力作用

解析　由于分子间存在引力，使两个铅柱结合在一起而不脱落，选项D正确。

答案　D

3．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，内能是相同的

D．一定质量的某种物质，即使温度不变，内能也可能发生变化

解析　温度是分子平均动能的标志，对个别分子没有意义，A项错误；物体的内能与质量、温度、体积有关，所以B项错误；质量和温度相同的冰和水，分子平均动能相同，但是分子势能不同，冰熔化为水要吸收热量，所以水的内能大，C项错误；一定质量的某种物质，即使温度不变，但是体积变化也会引起内能的变化，D项正确。

答案　D

4．（2016·台州模拟）若以μ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，下面关系错误的有

A．NA＝

　　　　B．ρ＝

C．ρ<

D．m0＝

解析　由于μ＝ρV，则NA＝

＝

，变形得m0＝

，故A、D正确；由于分子之间有空隙，所以NAV0

<

，故B错误，C正确，所以选B。

答案　B

5．[导学号：

60810784]如图1－6所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示，F>0为斥力，F<0为引力，a、b、c、d为x轴上四个特定的位置。

现把乙分子从a处静止释放，则

图1－6

A．乙分子从a到b做加速运动，由b到c做减速运动

B．乙分子由a到c做加速运动，到达c时速度最大

C．乙分子由a到b的过程中，两分子间的分子势能一直增加

D．乙分子由b到d的过程中，两分子间的分子势能一直增加

解析　乙分子由a运动到c的过程中，分子力F<0，表示分子力表现为引力，即乙分子在引力作用下做加速运动，该过程中分子力始终做正功，分子动能增大，分子势能减小；由c到d的过程中，F>0表示分子力表现为斥力，即乙分子在斥力作用下做减速运动，该过程中分子力始终做负功，分子动能减小，分子势能增大。

综上，只有B正确。

答案　B

6．钻石是首饰和高强度钻头、刻刀等工具中的主要材料，设钻石的密度为ρ（单位为kg/m3），摩尔质量为M（单位为g/mol），阿伏加德罗常数为NA。

已知1克拉＝0.2克，则

A．a克拉钻石所含有的分子数为

B．a克拉钻石所含有的分子数为

C．每个钻石分子直径的表达式为

（单位为m）

D．每个钻石分子直径的表达式为

（单位为m）

答案　C

7．做布朗运动实验，得到某个观测记录如图1－7所示。

图中记录的是

图1－7

A．分子无规则运动的情况

B．某个微粒做布朗运动的轨迹

C．某个微粒做布朗运动的速度－时间图线

D．按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线

解析　微粒在周围液体分子无规则碰撞作用下，做布朗运动，轨迹是无规则的，实际操作中不易描绘出微粒的实际轨迹；而按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线的无规则，也能充分反映微粒布朗运动的无规则，本实验记录描绘的正是某一粒子位置的连线，故选D。

答案　D

8．[导学号：

60810785]（多选）1g100℃的水与1g100℃的水蒸气相比较，下述说法中正确的是

A．分子的平均动能与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．分子的总动能相同，但分子的势能总和不同

D．内能相同

解析　温度相同则它们的分子平均动能相同；又因为1g水和1g水蒸气的分子数相同，因而它们的分子总动能相同，A正确、B错误；当100℃的水变成100℃的水蒸气时，要吸收热量，内能增加，由于分子的总动能相同，所以分子的势能总和变大，C正确、D错误。

答案　AC

9．[导学号：

60810786]（多选）我国已开展空气中PM2.5浓度的监测工作。

PM2.5是指空气中直径等于或小于2.5μm的悬浮颗粒物，其飘浮在空中做无规则运动，很难自然沉降到地面，吸入后对人体形成危害。

矿物燃料燃烧的排放物是形成PM2.5的主要原因。

下列关于PM2.5的说法中正确的是

A．PM2.5的尺寸与空气中氧分子的尺寸的数量级相当

B．PM2.5的运动轨迹只是由大量空气分子对PM2.5无规则碰撞的不平衡决定的

C．倡导低碳生活，减少煤和石油等燃料的使用，能有效减小PM2.5在空气中的浓度

D．PM2.5必然有内能

解析　PM2.5的尺寸比空气中氧分子的尺寸大得多，A错误；PM2.5的运动轨迹是由大量空气分子对PM2.5无规则碰撞的不平衡和气流的运动决定的，B错误。

倡导低碳生活，减少煤和石油等燃料的使用，能有效减小PM2.5在空气中的浓度，PM2.5必然有内能，C、D正确。

答案　CD

10．[导学号：

60810787]（多选）关于分子间作用力，下列说法中正确的是（r0为分子平衡位置之间的距离）

A．当分子间距离为r0时，它们之间既没有引力，也没有斥力

B．分子间的平衡距离r0可以近似看成分子直径的大小，其数量级为10－10m

C．两个分子间的距离由较大逐渐减小到r＝r0的过程中，分子力先增大后减小，分子力表现为引力

D．两个分子间的距离由极小逐渐增大到r＝r0的过程中，引力和斥力都同时减小，分子力表现为斥力

答案　BCD

二、非选择题（本题3小题，共40分）

11．[导学号：

60810788]（13分）

（1）在做“用油膜法估测分子大小”的实验时，已经准备的器材有：

油酸酒精溶液、滴管、浅盘和水、玻璃板、彩笔，要完成本实验，还欠缺的器材有________。

（2）在用油膜法估测分子大小的实验中，在哪些方面作了理想化的假设：

________；实验中滴在水面的是油酸酒精溶液而不是纯油酸，且只能滴一滴，这是因为________；在将油酸酒精溶液滴向水面前，要先在水面上均匀撒些痱子粉，这样做是为了________。

（3）如图1－8所示的四