通用版高考物理一轮复习第13章热学第1节分子动理论内能Word文档下载推荐.docx

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Ⅱ

Ⅰ卷T33

（2）·

9分

Ⅱ卷T33·

15分

10分

Ⅱ卷T33

（2）·

甲卷T33

（2）·

10分乙卷T33

（2）·

10分丙卷T33

（2）·

理想气体

饱和蒸汽、未饱和蒸汽和饱和蒸汽压

相对湿度

热力学第一定律

Ⅰ卷T33·

甲卷T33

（1）·

乙卷T33

（1）·

能量守恒定律

热力学第二定律

中学物理中涉及的国际单位制的基本单位和其他单位．例如摄氏度、标准大气压

实验：

用油膜法估测分子的大小

说明：

（1）知道国际单位制中规定的单位符号．

（2）要求会正确使用温度计．

知识点1　分子动理论的基本内容

1．物体是由大量分子组成的

（1）分子很小：

①直径数量级为10－10_m.

②质量数量级为10－27～10－26_kg.

（2）分子数目特别大：

阿伏加德罗常数NA＝6.02×

1023mol－1.

2．分子热运动

（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．温度越高，扩散越快．

（2）布朗运动：

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，运动越剧烈；

④运动轨迹不确定，只能用位置连线确定微粒做无规则运动；

（3）热运动：

物体里的分子永不停息地做无规则运动，这种运动跟温度有关（选填“有关”或“无关”），通常称作热运动．

3．分子间的相互作用力

（1）引力和斥力同时存在，都随距离的增大而减小，斥力变化更快．

（2）分子力的特点

①r＝r0时（r0的数量级为10－10m），F引＝F斥，分子力F＝0；

②r<

r0时，F引<

F斥，分子力F表现为斥力；

③r>

r0时，F引>

F斥，分子力F表现为引力；

④r>

10r0时，F引、F斥迅速减为零，分子力F＝0.

（3）分子力随分子间距离的变化图象（如图1311）

图1311

知识点2　温度和物体的内能

1．温度

两个系统处于热平衡时，它们具有某个“共同的热学性质”，我们把表征这一“共同热学性质”的物理量定义为温度．一切达到热平衡的系统都具有相同的温度．

2．两种温标

摄氏温标和热力学温标．

关系：

T＝t＋273.15K.

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值，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和．

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：

微观上——决定于分子间距离和分子排列情况；

宏观上——决定于体积和状态．

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；

（2）对于给定的物体，其内能大小由物体的温度和体积决定；

（3）物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关．

知识点3　实验：

用油膜法估算分子的大小

1．实验目的

（1）估测油酸分子大小的数量级．

（2）体会通过测量宏观量估算微观量的方法．

2．实验原理

图1312

利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜（如图1312所示），将油酸分子看做球形，测出一定体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积，用d＝

计算出油膜的厚度，其中V为一滴油酸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．

3．实验器材

已稀释的油酸若干毫升、量筒1个、浅盘1只（30cm×

40cm）、纯净水、注射器（或滴管）1支、透明玻璃板一块、坐标纸、彩色水笔1支、痱子粉或石膏粉（带纱网或粉扑）．

4．实验步骤

（1）取1mL（1cm3）的油酸溶于酒精中，制成200mL的油酸酒精溶液．

（2）往边长约为30～40cm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．

（3）用滴管（或注射器）向量筒中滴入n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V0＝

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上，算出油酸薄膜的面积．

（7）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，根据纯油酸的体积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．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需重做实验．

微观量的估算

1.分子两种模型的大小估算

（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）

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．

2．宏观量与微观量的转换

（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Mmol、物体的密度ρ.

（3）转换桥梁：

（4）关系：

①分子的质量：

m0＝

.

②分子的体积：

V0＝

（估算固体、液体分子的体积或气体分子平均占有的空间）．

③1mol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：

[多维探究]

●考向1　气体微观量的估算

1．若以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，M表示水的摩尔质量，M0表示一个水分子的质量，V0表示一个水分子的体积，NA表示阿伏加德罗常数，则下列关系式正确的是（　　）

A．V＝

　　　B．V0＝

C．M0＝

D．ρ＝

E．NA＝

ACE　[因ρ表示在标准状态下水蒸气的密度，M表示水的摩尔质量，则在标准状态下水蒸气的摩尔体积为V＝

，选项A正确；

表示一个水分子运动占据的空间，不等于一个水分子的体积，选项B错误；

一个水分子的质量为：

M0＝

，选项C正确，

表示水的密度，选项D错误；

ρV是水的摩尔质量，则阿伏加德罗常数可表示为：

NA＝

.]

●考向2　液体、固体微观量的估算

2．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（　　）

【导学号：

92492412】

A．a克拉钻石物质的量为

B．a克拉钻石所含有的分子数为

C．a克拉钻石所含有的分子数为

D．每个钻石分子直径的表达式为

（单位为m）

E．每个钻石分子直径的表达式为

ACD　[a克拉钻石物质的量为n＝

，A对，所含分子数为n＝

，C对，钻石的摩尔体积为V＝

（单位为m3/mol），每个钻石分子体积为V0＝

＝

，设钻石分子直径为d，则V0＝

π

3，联立解得d＝

（单位为m），D对．]

布朗运动与分子热运动

两种运动的比较

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，分子不论大小都做热运动，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

[题组通关]

1．（2017·

保定期末）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在空气中的运动不属于分子热运动

C．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

D．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

E．PM2.5必然有内能

BDE　[PM2.5的尺寸比空气中氧分子的尺寸大得多，A错误；

PM2.5在空气中的运动不属于分子热运动，B正确；

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，C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，D、E正确．]

2．根据分子动理论，下列说法正确的是（　　）

A．水和酒精混合后的体积小于原来体积之和，说明分子间存在引力

B．在一定条件下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素

C．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

D．分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大

E．墨水中小炭粒在不停地做无规则运动，反映液体分子在做无规则运动

BDE　[水和酒精混合后的体积小于原来体积之和，说明分子间存在空隙，选项A错误；

根据扩散现象的应用知，选项B正确；

气体分子间的距离比较大，一个气体分子的体积远小于气体的摩尔体积与阿伏加德罗常数之比，选项C错误；

如果一开始分子间的距离小于r0，随着分子间距离的增大，分子的斥力做正功，分子势能减小，当分子间距大于r0后，分子引力做负功，分子势能增大，选项D正确；

由布朗运动的原理知，选项E正确．]

分子力、分子势能和物体的内能

1.分子力、分子势能图线的理解

分子力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图1313所示（取无穷远处分子势能Ep＝0）．

图1313

（1）当r>

r0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r<

r0时，分子力为斥力，当r减小时，分子力做负功，分子势能增加．

（3）当r＝r0时，分子势能最小．

2．分析物体的内能问题的技巧

（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）温度是分子平均功能的标志，相同温度的任何物体，分子的平均动能相同．

1．两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图1314中曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为r0.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1314

A．在r>

r0阶段，F做正功，分子动能增加，势能减小

B．在r<

r0阶段，F做负功，分子动能减小，势能也减小

C．在r＝r0时，分子势能最小，动能最大

D．在r＝r0时，分子势能为零

E．分子动能和势能之和在整个过程中不变

ACE　[由Epr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，故选项A正确．在r<

r0阶段，当r减小时F做负功，分子势能增加，分子动能减小，故选项B错误．在r＝r0时，分子势能最小，但不为零，动能最大，故选项C正确，D错误．在整个相互接近的过程中分子动能和势能之和保持不变，故选项E正确．]

2．（2017·

汕头模拟）如图1315所示是分子间引力或斥力大小随分子间距离变化的图象，由此可知（　　）

图1315

A．ab表示引力图线

B．cd表示引力图线

C．当分子间距离r等于两图线交点e的横坐标时，分子力一定为零

D．当分子间距离r等于两图线交点e的横坐标时，分子势能一定最小

E．当分子间距离r等于两图线交点e的横坐标时，分子势能一定为零

ACD　[在Fr图象中，随r增大，斥力变化快，所以ab为引力图线，A对，B错；

两图象相交点e为分子所受的引力和斥力大小相等，即分子受力平衡位置，分子力为0，分子势能最小，但不一定为0，故C、D对，E错．]

判断分子势能变化的方法

方法一：

利用分子力做功判断．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Ep与分子间距离r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的形状虽然相似，但意义不同，不要混淆．

[母题]　在“用油膜法估测分子的大小”实验中，现有按体积比为n∶m配制好的油酸酒精溶液置于容器中，还有一个盛有约2cm深水的浅盘，一支滴管，一个量筒．

请补充下述估测分子大小的实验步骤：

（1）__________________________________________

（需测量的物理量自己用字母表示）．

（2）用滴管将一滴油酸酒精溶液滴入浅盘，等油酸薄膜稳定后，将薄膜轮廓描绘在坐标纸上，如图1316所示．（已知坐标纸上每个小方格面积为S，求油膜面积时，半个以上方格面积记为S，不足半个舍去）则油膜面积为________．

图1316

（3）估算油酸分子直径的表达式为d＝________.

【解析】　

（1）用滴管向量筒内加注N滴油酸酒精溶液，读其体积V.

（2）利用补偿法，可查得面积为115S.

（3）1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为V′＝

×

，油膜面积S′＝115S，由d＝

，得d＝

【答案】　

（1）N滴油酸酒精溶液的体积V　

（2）115S（3）

[母题迁移]

（2017·

济南模拟）在“用油膜法估测分子的大小”的实验中：

（1）某同学的操作步骤如下：

①取一定量的无水酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液

②在量筒中滴入一滴该溶液，测出它的体积

③在蒸发皿内盛一定量的水，再滴入一滴该溶液，待其散开稳定

④在蒸发皿上覆盖玻璃板，描出油膜形状，用透明方格纸测量油膜面积

请指出错误或遗漏的步骤，并改正其错误：

________.

（2）实验中，用amL纯油酸配制成bmL的油酸酒精溶液．现已测得一滴该溶液cmL，将一滴该溶液滴入水中，油膜充分展开后面积为Scm2，估算油酸分子的直径大小为________cm.

92492413】

【解析】　

（1）②由于一滴油酸酒精溶液的体积太小，直接测量时，相对误差太大，应用微小量累积法减小测量误差；

③水面上不撒痱子粉时，滴入的油酸酒精溶液挥发后剩余的油酸不能形成一块完整的油膜，油膜间的缝隙会造成测量误差增大甚至实验失败．

（2）由油膜的体积等于一滴油酸酒精溶液内纯油酸的体积可得d＝

（cm）．

【答案】　

（1）②在量筒中滴入N滴该溶液，测出它的体积；

③在水面上先撒上痱子粉，再滴入一滴该溶液

（2）

“用油膜法估测分子大小”的三点注意

1．油酸酒精溶液的浓度以小于

为宜．

2．水面内撒痱子粉应均匀、不宜过厚．

3．油膜面积用“数格子”方法确定，不足半格的舍去，多于半格的记为一个．