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r2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
E.乙分子的运动范围为r4≥r≥r1
解析 由于分子间的距离等于平衡位置的距离时,分子势能最小,所以虚线为分子势能图线(Ep-r图线),实线为分子间作用力图线(F-r图线),选项A正确;由于分子是由带正电荷的原子核和带负电荷的电子组成,所以无论两个分子之间的距离多大,分子之间既存在斥力,又存在引力,选项B错误;乙分子从r4到r2所受的分子力(表现为引力)先增大后减小,根据牛顿第二定律,乙分子做加速度先增大后减小的加速运动,乙分子从r2到r1所受的分子力(表现为斥力)一直增大,根据牛顿第二定律,乙分子做加速度增大的减速运动,选项C正确;根据分子势能图线可知,乙分子从r4到r1的过程中,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;根据能量守恒,乙分子的运动范围为r4≥r≥r1,选项E正确。
答案 ACE
物体的内能
1.内能和热量的比较
内能
热量
区别
是状态量,状态确定系统的内能随之确定。
一个物体在不同的状态下有不同的内能
是过程量,它表示由于热传递而引起的内能变化过程中转移的能量
联系
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
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。
3.物体的内能与机械能的比较
内能
机械能
定义
物体中所有分子热运动的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
【例3】 (多选)[2018·全国卷Ⅱ,33
(1)]对于实际的气体,下列说法正确的是________。
A.气体的内能包括气体分子的重力势能
B.气体的内能包括气体分子之间相互作用的势能
C.气体的内能包括气体整体运动的动能
D.气体的体积变化时,其内能可能不变
E.气体的内能包括气体分子热运动的动能
解析 实际气体的内能包括气体分子间相互作用的势能和分子热运动的动能,所以B、E正确,A、C错误;对于一定质量的实际气体内能由温度和体积决定,当气体体积变化时影响的是气体的分子势能,内能可能不变,所以D正确。
答案 BDE
1.(多选)如图3所示,玻璃瓶A、B中装有质量相等、温度分别为60℃的热水和0℃的冷水,下列说法正确的是________。
图3
A.温度是分子平均动能的标志,所以A瓶中水分子的平均动能比B瓶中水分子的平均动能大
B.温度越高,布朗运动越显著,所以A瓶中水分子的布朗运动比B瓶中水分子的布朗运动更显著
C.因质量相等,故A瓶中水的内能与B瓶中水的内能一样大
D.A瓶中水的体积比B瓶中水的体积大
E.A瓶中水分子间的平均距离比B瓶中水分子间的平均距离大
解析 温度是分子平均动能的标志,A的温度高,故A的分子平均动能大,故A正确;布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的无规则运动,不是水分子的运动,两瓶中不存在布朗运动,故B错误;温度是分子的平均动能的标志,因质量相等,故A瓶中水的分子平均动能大,A瓶中水的内能比B瓶中水的内能大,故C错误;分子平均距离与温度有关,质量相等的60℃的热水和0℃的冷水相比,60℃的热水体积比较大,故D正确;质量相等的60℃的热水和0℃的冷水相比,60℃的热水体积比较大,所以A瓶中水分子间的平均距离比B瓶中水分子间的平均距离大,故E正确。
答案 ADE
2.(多选)[2016·全国卷Ⅲ,33
(1)]关于气体的内能,下列说法正确的是________。
A.质量和温度都相同的气体,内能一定相同
B.气体温度不变,整体运动速度越大,其内能越大
C.气体被压缩时,内能可能不变
D.一定量的某种理想气体的内能只与温度有关
E.一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中,内能一定增加
解析 温度相同的气体,其分子平均动能相同,仅质量相同,分子质量不同的气体,所含分子数不同,气体的动能也可能不同,所以内能不一定相同,A项错误;气体的内能与整体运动的机械能无关,B项错误;理想气体等温压缩过程中,其内能不变,C项正确;理想气体不考虑分子间相互作用力,分子势能为零,一定量的气体,分子数量一定,温度相同时分子平均动能相同,由于内能是所有分子热运动的动能与分子势能的总和,所以D项正确;由盖—吕萨克定律可知,一定量的理想气体,等压膨胀过程中,温度一定升高,则其内能一定增加,E项正确。
答案 CDE
实验:
用油膜法估测分子的大小
注意事项
(1)油酸在水面上形成油膜时先扩散后收缩,要在稳定后再画轮廓。
(2)在有机玻璃板上描绘油酸薄膜轮廓时动作要轻而迅速,视线要始终与玻璃板垂直。
误差分析
(1)油酸酒精溶液配制后长时间放置,溶液的浓度容易改变,会给实验带来较大误差。
(2)利用小格子数计算轮廓面积时,轮廓的不规则性容易带来计算误差。
(3)测量量筒内溶液增加1mL的滴数时,产生误差。
(4)油膜形状的画线误差。
【例4】 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。
坐标格的每个小正方形大小为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)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±4 8×10-10
(2)9.4×10-10
1.(多选)(2019·凉山市一诊)关于用“油膜法”估测分子大小的实验,下列说法正确的是________。
A.单分子油膜的厚度被认为是油酸分子的直径
B.测量结果表明,分子直径的数量级是10-10m
C.实验时先将一滴油酸酒精溶液滴入水面,再把痱子粉撒在水面上
D.处理数据时将一滴油酸酒精溶液的体积除以油膜面积就算得油酸分子的直径
E.实验时,先将1cm3的油酸滴入300cm3的纯酒精中,制成油酸酒精溶液,再取一滴该溶液滴在撒有痱子粉的水面上,测量所形成的油膜面积
解析 实验时先将痱子粉撒在水面上,再把一滴油酸酒精溶液滴入水面,选项C错误;处理数据时,先计算出一滴油酸酒精溶液中所含有的纯油酸体积,再将该体积除以油膜面积就算得油酸分子的直径,选项D错误。
答案 ABE
2.在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中,有下列实验步骤:
①往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水,待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上。
②用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上,待薄膜形状稳定。
③将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上,计算出油膜的面积,根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小。
④用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,记下量筒内每增加一定体积时的滴数,由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积。
⑤将玻璃板放在浅盘上,然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上。
完成下列填空:
(1)上述步骤中,正确的顺序是____________________。
(填写步骤前面的数字)
(2)将1cm3的油酸溶于酒精,制成300cm3的油酸酒精溶液,测得1cm3的油酸酒精溶液有50滴。
现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上,测得所形成的油膜的面积是0.13m2。
由此估算出油酸分子的直径为__________m。
(结果保留1位有效数字)
解析
(1)依据实验顺序,首先配置混合溶液,然后在浅盘中放水和痱子粉,将一滴溶液滴入浅盘中,将玻璃板放在浅盘上获取油膜形状,最后用已知边长的坐标纸上的油膜形状来计算油膜的总面积,故正确的操作顺序为④①②⑤③;
(2)一滴油酸酒精溶液的体积为V=
cm3=SD,其中S=0.13m2,故油酸分子直径
D=
=
m=5×10-10m。
答案
(1)④①②⑤③
(2)5×10-10
课时作业
(时间:
30分钟)
基础巩固练
1.(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
E.1g100℃水的内能小于1g100℃水蒸气的内能
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分子平均动能相同,但它