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一、阿伏加德羅常數(shù)及相關(guān)估算問(wèn)題阿伏加德羅常數(shù)NA是聯(lián)系宏觀量和微觀量的橋梁,在已知宏觀物理量的基礎(chǔ)上,往往可借助NA計(jì)算出某些微觀物理量,有關(guān)計(jì)算主要有:1.已知物質(zhì)的摩爾質(zhì)量M,可以求得物質(zhì)分子的質(zhì)量m=eq\f(M,NA).2.已知物質(zhì)的摩爾體積V,可以求得物質(zhì)分子的體積V0=eq\f(V,NA)(此式只適用于固、液體的計(jì)算,對(duì)氣體來(lái)說(shuō)求得的是分子平均占有的空間體積).3.物質(zhì)分子個(gè)數(shù)的計(jì)算,一般先算出物質(zhì)的量n,則總個(gè)數(shù)為N=nNA.[復(fù)習(xí)過(guò)關(guān)]1.已知地球的半徑為×103km,水的摩爾質(zhì)量為×10-2kg/mol,阿伏加德羅常數(shù)為×1023mol-1.設(shè)想將1kg水均勻地分布在地球表面,則1cm2的地球表面上分布的水分子數(shù)目約為()A.7×103個(gè) B.7×106個(gè)C.7×1010個(gè) D.7×1012個(gè)答案B解析1kg水中的水分子總數(shù):n=eq\f(m,M)NA=eq\f(1,×10-2)××1023個(gè)≈×1025個(gè).地球表面積:S=4πR2=4×××106)2m2≈5×1018cm2,則1cm2的地球表面上分布的水分子數(shù):n′=eq\f(n,S)≈7×106個(gè),故選項(xiàng)B正確.2.空調(diào)在制冷過(guò)程中,室內(nèi)空氣中的水蒸氣接觸蒸發(fā)器(銅管)液化成水,經(jīng)排水管排走,空氣中水分越來(lái)越少,人會(huì)感覺(jué)干燥.某空調(diào)工作一段時(shí)間后,排出液化水的體積為V,水的密度為ρ,摩爾質(zhì)量為M,阿伏加德羅常數(shù)為NA,則液化水中水分子的總數(shù)N和水分子的直徑d分別為()A.N=eq\f(M,ρVNA),d=eq\r(3,\f(6M,πρNA))B.N=eq\f(ρVNA,M),d=eq\r(3,\f(πρNA,6M))C.N=eq\f(ρVNA,M),d=eq\r(3,\f(6M,πρNA))D.N=eq\f(M,ρVNA),d=eq\r(3,\f(πρNA,6M))答案C解析水的摩爾體積Vmol=eq\f(M,ρ)水分子數(shù)n=eq\f(V,Vmol)NA=eq\f(ρVNA,M)將水分子看成球形,由eq\f(Vmol,NA)=eq\f(1,6)πd3,解得水分子直徑為d=eq\r(3,\f(6M,πρNA)).故選C.3.(多選)一般物質(zhì)分子非常小,分子質(zhì)量也非常小,科學(xué)家采用摩爾為物質(zhì)的量的單位,實(shí)現(xiàn)了微觀物理量與宏觀物理量間的換算.1摩爾的任何物質(zhì)都含有相同的粒子數(shù),這個(gè)數(shù)量稱(chēng)為阿伏加德羅常數(shù)NA,通過(guò)下列條件可以得出阿伏加德羅常數(shù)的是()A.己知水分子的體枳和水的摩爾質(zhì)量B.己知水的摩爾質(zhì)量和水分子的質(zhì)量C.已知氧氣分子的質(zhì)量和氧氣的摩爾質(zhì)量D.己知氧氣分子的體積和氧氣的摩爾體積答案BC解析已知水分子體積和水的摩爾質(zhì)量,不能求出阿伏加德羅常數(shù),故A錯(cuò)誤;用水的摩爾質(zhì)量除以水分子的質(zhì)量可以求解阿伏加德羅常數(shù),故B正確;氧氣的摩爾質(zhì)量除以氧氣分子的質(zhì)量等于阿伏加德羅常數(shù),故C正確;氣體分子間隙較大,利用氧氣分子占據(jù)空間的體積和氧氣的摩爾體積,不可求出阿伏加德羅常數(shù).故D錯(cuò)誤;故選B、C.二、擴(kuò)散現(xiàn)象、布朗運(yùn)動(dòng)和分子熱運(yùn)動(dòng)1.分子熱運(yùn)動(dòng):分子永不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng).(1)宏觀表現(xiàn):布朗運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散現(xiàn)象.(2)特點(diǎn):①永不停息.②運(yùn)動(dòng)無(wú)規(guī)則.③溫度越高,分子的熱運(yùn)動(dòng)越激烈.2.?dāng)U散現(xiàn)象是分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的直接結(jié)果,是分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn).(1)擴(kuò)散現(xiàn)象發(fā)生時(shí),氣態(tài)物質(zhì)的擴(kuò)散現(xiàn)象最快、最顯著,液態(tài)次之,固態(tài)物質(zhì)的擴(kuò)散現(xiàn)象最慢,短時(shí)間內(nèi)非常不明顯.(2)在兩種物質(zhì)一定的前提下,擴(kuò)散現(xiàn)象發(fā)生的明顯程度與物質(zhì)的溫度有關(guān),溫度越高,擴(kuò)散現(xiàn)象越顯著.(3)擴(kuò)散現(xiàn)象發(fā)生的明顯程度還受到“已進(jìn)入對(duì)方”的分子濃度的限制,當(dāng)濃度低時(shí),擴(kuò)散現(xiàn)象較為顯著.3.布朗運(yùn)動(dòng)間接反映了液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng).(1)布朗運(yùn)動(dòng)不是液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),也不是固體顆粒分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),而是固體小顆粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng).(2)布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的原因不是外界因素造成的,如加熱、對(duì)流、重力等都不能形成布朗運(yùn)動(dòng),布朗運(yùn)動(dòng)是液體分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)撞擊固體小顆粒形成的.(3)布朗運(yùn)動(dòng)是永不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),實(shí)驗(yàn)中的折線(xiàn)是固體顆粒的位置連線(xiàn),不代表顆粒運(yùn)動(dòng)的軌跡.[復(fù)習(xí)過(guò)關(guān)]4.下列說(shuō)法正確的是()A.溫度升高時(shí),物體內(nèi)每個(gè)分子的熱運(yùn)動(dòng)速度都增大B.布朗運(yùn)動(dòng)是在顯微鏡中看到的液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)C.布朗運(yùn)動(dòng)雖不是分子運(yùn)動(dòng),但它證明了組成固體顆粒的分子在做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)D.?dāng)U散現(xiàn)象可以在液體、氣體中進(jìn)行,也可以在固體中發(fā)生答案D解析溫度升高時(shí),物體內(nèi)分子的熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能增大,故平均速度增大,不是每個(gè)分子的速度都增大,故A錯(cuò)誤;布朗運(yùn)動(dòng)是在顯微鏡中看到的固體顆粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),不是液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),而是液體分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的反映,故B錯(cuò)誤;布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮在液體中固體微粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),是由大量分子撞擊引起的,反應(yīng)了液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),故C錯(cuò)誤;擴(kuò)散現(xiàn)象可以在液體、氣體中進(jìn)行,也能在固體中發(fā)生,故D正確.5.(多選)下列四種現(xiàn)象中,屬于擴(kuò)散現(xiàn)象的有()A.雨后的天空中懸浮著很多的小水滴B.海綿吸水C.在一杯開(kāi)水中放幾粒鹽,整杯水很快就會(huì)變咸D.把一塊煤貼在白墻上,幾年后鏟下煤后發(fā)現(xiàn)墻中有煤答案CD解析擴(kuò)散現(xiàn)象是指兩種不同的分子互相滲透到對(duì)方中去的現(xiàn)象,它是分子運(yùn)動(dòng)引起的.天空中的小水滴不是分子,小水滴是由大量水分子組成的,這里小水滴懸浮于空氣中并非分子運(yùn)動(dòng)所為,故A項(xiàng)不對(duì).同樣海綿吸水也不是分子運(yùn)動(dòng)的結(jié)果,故B項(xiàng)也不對(duì).而整杯水變咸是鹽分子滲透到水分子之間所致,墻中有煤也是煤分子滲透的結(jié)果,故C、D項(xiàng)正確.6.下列關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)的敘述,正確的是()A.固體小顆粒做布朗運(yùn)動(dòng)是由于固體小顆粒內(nèi)部的分子運(yùn)動(dòng)引起的B.液體的溫度越低,懸浮小顆粒的運(yùn)動(dòng)越緩慢,當(dāng)液體的溫度降到零攝氏度時(shí),固體小顆粒的運(yùn)動(dòng)就會(huì)停止C.被凍結(jié)在冰塊中的小炭粒不能做布朗運(yùn)動(dòng)是因?yàn)楸械乃肿硬贿\(yùn)動(dòng)D.固體小顆粒做布朗運(yùn)動(dòng)是由于液體分子對(duì)小顆粒的碰撞引起的答案D解析固體小顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)是由于液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)引起的,故A錯(cuò)誤,D正確;溫度越低,小顆粒的運(yùn)動(dòng)由于液體分子的運(yùn)動(dòng)減慢而減慢,但即使降到零攝氏度,液體分子還是在運(yùn)動(dòng)的,布朗運(yùn)動(dòng)是不會(huì)停止的,故B項(xiàng)錯(cuò)誤;被凍結(jié)在冰塊中的小炭粒不能做布朗運(yùn)動(dòng)是因?yàn)槭芰ζ胶?,而不是由于水分子不運(yùn)動(dòng)(水分子不可能停止運(yùn)動(dòng),因?yàn)闊徇\(yùn)動(dòng)是永不停息的),故C項(xiàng)錯(cuò)誤.三、分子力曲線(xiàn)和分子勢(shì)能曲線(xiàn)的比較和應(yīng)用分子力隨分子間距離的變化圖象與分子勢(shì)能隨分子間距離的變化圖象非常相似,但卻有著本質(zhì)的區(qū)別.1.分子力的變化由分子力與分子間距的關(guān)系圖判斷,如圖1所示;圖12.判斷分子勢(shì)能的變化有兩種方法:①看分子力做功情況;②直接由分子勢(shì)能與分子間距離的關(guān)系圖線(xiàn)判斷,如圖2所示,但要注意r=r0是分子勢(shì)能最小的點(diǎn).圖2[復(fù)習(xí)過(guò)關(guān)]7.如圖3所示,甲分子固定在坐標(biāo)原點(diǎn)O,乙分子位于x軸上,甲分子對(duì)乙分子的作用力與兩分子間距離的關(guān)系如圖中曲線(xiàn)所示,F(xiàn)>0為斥力,F(xiàn)<0為引力,a、b、c、d為x軸上四個(gè)特定的位置,現(xiàn)把乙分子從a處由靜止釋放,若規(guī)定無(wú)限遠(yuǎn)處分子勢(shì)能為零,則()圖3A.乙分子在b處勢(shì)能最小,且勢(shì)能為負(fù)值B.乙分子在c處勢(shì)能最小,且勢(shì)能為負(fù)值C.乙分子在d處勢(shì)能一定為正值D.乙分子在d處勢(shì)能一定小于在a處勢(shì)能答案B解析(1)由于乙分子由靜止開(kāi)始,在ac間一直受到甲分子的引力而做加速運(yùn)動(dòng),引力做正功,分子勢(shì)能一直在減小,到達(dá)c點(diǎn)時(shí)所受分子力為零,加速度為零,速度最大,分子動(dòng)能最大,分子勢(shì)能最小為負(fù)值;(2)到達(dá)c點(diǎn)后乙分子繼續(xù)向甲分子靠近,由于分子力為斥力,故乙分子做減速運(yùn)動(dòng),直到速度減為零,設(shè)到達(dá)d點(diǎn)后返回,故乙分子運(yùn)動(dòng)范圍在ad之間;(3)在分子力表現(xiàn)為斥力的那一段cd上,隨分子間距的減小,乙分子克服斥力做功,分子力、分子勢(shì)能隨間距的減小一直增加.8.(多選)如圖4所示為兩分子系統(tǒng)的勢(shì)能Ep與兩分子間距離r的關(guān)系曲線(xiàn),下列說(shuō)法正確的是()圖4A.當(dāng)r>r1時(shí),分子間的作用力表現(xiàn)為引力B.當(dāng)r<r1時(shí),分子間的作用力表現(xiàn)為斥力C.當(dāng)r=r1時(shí),分子間的作用力為零D.在r由r1變到r2的過(guò)程中,分子間的作用力做負(fù)功E.當(dāng)r<r1時(shí),隨著r的減小,分子勢(shì)能增大,分子間相互作用的引力和斥力也增大答案BE解析從分子勢(shì)能圖象可知,當(dāng)0<r<r2時(shí),分子間表現(xiàn)為斥力,當(dāng)r>r2時(shí),表現(xiàn)為引力,故A錯(cuò)誤;當(dāng)r<r1時(shí),分子間的作用力表現(xiàn)為斥力,故B正確;由圖可知,當(dāng)r=r2時(shí)分子勢(shì)能最?。划?dāng)分子勢(shì)能最小時(shí),即r=r2時(shí)分子間的引力等于斥力,分子間作用力為零,而不是r=r1時(shí)作用力為零,故C錯(cuò)誤;在r由r1變到r2的過(guò)程中,分子間的作用力,即為斥力,做正功,故D錯(cuò)誤;當(dāng)r<r1時(shí),體現(xiàn)斥力,當(dāng)隨著r的減小,斥力做負(fù)功,則分子勢(shì)能增大,分子間相互作用的引力和斥力也增大,不過(guò)斥力增大較快,故E正確.9.(多選)如圖5所示,甲分子固定在坐標(biāo)原點(diǎn)O,乙分子位于x軸上,甲分子對(duì)乙分子的作用力與兩分子間距離的關(guān)系如圖5中曲線(xiàn)所示.F>0為斥力,F(xiàn)<0為引力.a(chǎn)、b、c、d為x軸上四個(gè)特定的位置.現(xiàn)把乙分子從a處由靜止釋放,則()圖5A.乙分子從a到b做加速運(yùn)動(dòng),由b到c做減速運(yùn)動(dòng)B.乙分子從a到c做加速運(yùn)動(dòng),到達(dá)c時(shí)速度最大C.乙分子由a到c的過(guò)程中,兩分子間的分子勢(shì)能先減少后增大D.乙分子由b到d的過(guò)程中,兩分子間的分子勢(shì)能先減少后增大答案BD解析從a到c,分子力一直為引力,分子力一直做正功,分子乙一直做加速運(yùn)動(dòng),故A錯(cuò)誤;乙分子由a到c,分子力為引力,分子力對(duì)乙做正功,乙做加速運(yùn)動(dòng),c到d分子力為斥力,分子乙做減速運(yùn)動(dòng),所以到達(dá)c點(diǎn)時(shí)速度最大.故B正確;乙分子由a到c的過(guò)程中,分子力一直做正功,故分子勢(shì)能一直減小,故C錯(cuò)誤;乙分子由b到d的過(guò)程中,分子力先做正功后做負(fù)功,分子勢(shì)能先減小后增大,故D正確.四、物體的內(nèi)能物體的內(nèi)能指物體中所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能與分子勢(shì)能的總和.1.內(nèi)能的決定因素(1)從宏觀上看:物體內(nèi)能的大小由物體的摩爾數(shù)、溫度和體積三個(gè)因素決定.(2)從微觀上看:物體內(nèi)能的大小由組成物體的分子總數(shù)、分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能和分子間的距離三個(gè)因素決定.2.內(nèi)能與機(jī)械能的區(qū)別內(nèi)能是由大量分子的熱運(yùn)動(dòng)和分子間的相對(duì)位置所決定的能;機(jī)械能是物體做機(jī)械運(yùn)動(dòng)和物體形變所決定的能.物體的機(jī)械能在一定的條件下可以等于零,但物體的內(nèi)能不可能等于零,這是因?yàn)榻M成物體的分子在永不停息地做著無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng),分子之間彼此有相互作用.在熱現(xiàn)象的研究中,一般不考慮物體的機(jī)械能.3.內(nèi)能與熱量的區(qū)別內(nèi)能是一個(gè)狀態(tài)量,一個(gè)物體在不同的狀態(tài)下有不同的內(nèi)能,而熱量是一個(gè)過(guò)程量,它表示由于熱傳遞而引起的內(nèi)能變化過(guò)程中轉(zhuǎn)移的能量,即內(nèi)能的改變量.如果沒(méi)有熱傳遞,就無(wú)所謂熱量,但此時(shí)物體仍有一定的內(nèi)能.例如,我們不能說(shuō)“某物體在某溫度時(shí)具有多少熱量”.[復(fù)習(xí)過(guò)關(guān)]10.下列說(shuō)法正確的是()A.溫度低的物體內(nèi)能一定小B.溫度低的物體分子運(yùn)動(dòng)的平均速率小C.溫度升高,分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能一定增大,但并非所有分子的速率都增大D.分子距離增大,分子勢(shì)能一定增大答案C解析溫度低的物體分子平均動(dòng)能小,但如果物質(zhì)的量大,則內(nèi)能也可能大,故A錯(cuò)誤;溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,溫度低的物體若分子的質(zhì)量小,平均速率不一定小,故B錯(cuò)誤;溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,是大量分子運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律.溫度升高,分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能一定增大,但并非所有分子的速率都增大.故C正確;當(dāng)r<r0時(shí),分子力為斥力,分子距離增大時(shí),分子勢(shì)能減小,D錯(cuò)誤.11.下列關(guān)于分子運(yùn)動(dòng)和熱現(xiàn)象的說(shuō)法正確的是()A.氣體如果失去了容器的約束就會(huì)散開(kāi),這是因?yàn)闅怏w分子之間存在勢(shì)能的緣故B.一定量100℃的水變成100℃的水蒸氣,其分子平均動(dòng)能增加C.一定量氣體的內(nèi)能等于其所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和D.如果氣體溫度升高,那么所有分子的速率都增加答案C解析氣體分子間的距離比較大,甚至可以忽略分子間的作用力,分子勢(shì)能也就不存在了,所以氣體在沒(méi)有容器的約束下散開(kāi)是分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果,所以A錯(cuò).100℃的水變成同溫度的水蒸氣,分子的平均動(dòng)能不變,所以B錯(cuò)誤.根據(jù)內(nèi)能的定義可知C正確.如果氣體的溫度升高,分子的平均動(dòng)能增大,熱運(yùn)動(dòng)的平均速率也增大,這是統(tǒng)計(jì)規(guī)律,但就每一個(gè)分子來(lái)講,速率不一
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