2023屆高三物理【新教材】一輪復(fù)習(xí) 14-1 分子動(dòng)理論　內(nèi)能

第十四章熱學(xué)【核心素養(yǎng)】物理觀念：1.明確分子動(dòng)理論的基本觀點(diǎn)，了解溫度和內(nèi)能、晶體和非晶體、液體表面張力、液晶等知識(shí)內(nèi)容；2.掌握理想氣體狀態(tài)方程及熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用；3.進(jìn)一步促進(jìn)相互作用觀念及能量觀念的形成．科學(xué)思維：1.構(gòu)建理想氣體模型；2.應(yīng)用理想氣體模型分析求解實(shí)際氣體問(wèn)題；3.運(yùn)用概率統(tǒng)計(jì)的方法研究熱現(xiàn)象；4.運(yùn)用能量守恒觀點(diǎn)解釋熱現(xiàn)象、求解問(wèn)題．科學(xué)探究：通過(guò)實(shí)驗(yàn)估測(cè)油酸分子的大小，學(xué)習(xí)測(cè)量微觀物理量的思想和方法．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過(guò)對(duì)本專題的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)可持續(xù)發(fā)展觀念，提升個(gè)人責(zé)任感．【命題探究】1.命題分析：通過(guò)對(duì)近幾年高考的分析，本專題中分子動(dòng)理論、熱力學(xué)定律及理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用仍然是高考命題的熱點(diǎn)，題型有選擇題、實(shí)驗(yàn)題以及計(jì)算題．2．趨勢(shì)分析：在復(fù)習(xí)過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)分子動(dòng)理論以及熱力學(xué)定律相關(guān)的選擇題或計(jì)算題的練習(xí)，加強(qiáng)對(duì)綜合考查氣體實(shí)驗(yàn)定律及熱力學(xué)定律的計(jì)算題的訓(xùn)練．【試題情境】生活實(shí)踐類：霧霾天氣、高壓鍋、氣壓計(jì)、濕度計(jì)、海浪發(fā)電機(jī)、蛟龍?zhí)柹詈Ｌ綔y(cè)器、噴霧器、火罐、拔罐等學(xué)習(xí)探索類：分子動(dòng)理論、固體和液體的性質(zhì)、氣體實(shí)驗(yàn)定律、熱力學(xué)定律、油膜法測(cè)分子直徑實(shí)驗(yàn)、探究等溫情況下一定氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系第1講分子動(dòng)理論內(nèi)能【必備知識(shí)·自主排查】一、分子動(dòng)理論1．物體是由大量分子組成的：(1)分子直徑大小的數(shù)量級(jí)為________m油膜法測(cè)分子直徑：d＝VS，V是油滴體積，S是單分子油膜的面積(2)一般分子質(zhì)量的數(shù)量級(jí)為________kg.(3)阿伏加德羅常數(shù)：1mol的任何物質(zhì)都含有__________的粒子數(shù)，這個(gè)數(shù)量用阿伏加德羅常數(shù)表示，即NA，NA＝________mol－1.2．分子永不停息地做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)：(1)擴(kuò)散現(xiàn)象：相互接觸的物體的分子或原子彼此進(jìn)入對(duì)方的現(xiàn)象．溫度越________，擴(kuò)散越快．(2)布朗運(yùn)動(dòng)：在顯微鏡下看到的懸浮在液體中的顆粒永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)．布朗運(yùn)動(dòng)反映了________的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)．顆粒越________，運(yùn)動(dòng)越明顯；溫度越________，運(yùn)動(dòng)越劇烈．(3)熱運(yùn)動(dòng)：________永不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)．3．分子間存在著相互作用力：(1)分子間同時(shí)存在________和________，實(shí)際表現(xiàn)的分子力是它們的________．(2)引力和斥力都隨著距離的增大而________，但斥力比引力變化得________．(3)分子間的作用力隨分子間距離變化的關(guān)系如圖所示．二、溫度和物體的內(nèi)能1．溫度：(1)溫度在宏觀上表示物體的冷熱程度，在微觀上表示分子的________．(2)溫度是決定一個(gè)系統(tǒng)與另一個(gè)系統(tǒng)是否達(dá)到熱平衡狀態(tài)的物理量，一切達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的________．2．兩種溫標(biāo)：(1)攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)的比較：兩種溫標(biāo)溫度的零點(diǎn)不同，同一溫度兩種溫標(biāo)表示的數(shù)值不同，但它們表示的溫度間隔是相同的，即每一度的大小相同，Δt＝ΔT.(2)關(guān)系：T＝________．3．分子的平均動(dòng)能：物體內(nèi)所有分子動(dòng)能的平均值叫分子的平均動(dòng)能．________是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度越高，分子做熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能越________．4．分子勢(shì)能：由分子間的相互作用和相對(duì)位置決定的勢(shì)能叫分子勢(shì)能．宏觀上，分子勢(shì)能的大小與物體的________有關(guān)．5．物體的內(nèi)能：物體中所有分子的熱運(yùn)動(dòng)的________與________的總和．物體的內(nèi)能跟物體的________和________都有關(guān)系．【生活情境】1.(1)秋風(fēng)吹拂，樹葉紛紛落下，屬于分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)．()(2)在箱子里放幾塊樟腦丸，過(guò)些日子一開箱就能聞到樟腦的氣味，屬于分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)．()(3)煙囪里冒出的黑煙在空中飄蕩是布朗運(yùn)動(dòng)．()(4)室內(nèi)掃地時(shí)，在陽(yáng)光照射下看見(jiàn)灰塵飛揚(yáng)是布朗運(yùn)動(dòng)．()(5)水流速度越大，水分子的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈.()【教材拓展】2.[人教版選擇性必修第三冊(cè)P3“演示”改編]如圖所示是用光學(xué)顯微鏡觀察一滴充分稀釋的碳素墨汁，調(diào)節(jié)好合適的放大倍數(shù)后，顯示屏上會(huì)跟蹤一個(gè)炭粒的運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)炭粒做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)．則()(1)炭粒無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)是炭粒分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的結(jié)果()(2)炭粒無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)是液體分子不平衡撞擊的結(jié)果()(3)炭粒體積越大，其無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象越明顯()(4)墨汁溫度越高，炭粒無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象越明顯()(5)這個(gè)裝置無(wú)法直接觀察到液體分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)()3．[人教版選擇性必修第三冊(cè)P17B組T1改編]已知鐵的摩爾質(zhì)量為5.6×10－2kg/mol，密度為7.9×103kg/m3，求每個(gè)鐵分子的質(zhì)量和鐵分子的體積．【關(guān)鍵能力·分層突破】考點(diǎn)一微觀量估算的兩種建模方式1．兩種分子的模型：(1)固體和液體可以看作球體模型：一個(gè)分子體積V0＝43πd23＝16π(2)氣體分子可以看作立方體模型：一個(gè)分子所占的平均空間V0＝d3，d為分子間的距離．2．阿伏加德羅常數(shù)的應(yīng)用阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀量(摩爾質(zhì)量Mmol、摩爾體積Vmol、密度ρ等)與微觀量(分子直徑d、分子質(zhì)量m0、分子體積V0等)的“橋梁”．如圖所示．(1)一個(gè)分子的質(zhì)量：m＝Mmol(2)一個(gè)分子所占的體積：V0＝VmolNA(【跟進(jìn)訓(xùn)練】1.(多選)某氣體的摩爾質(zhì)量為M，摩爾體積為V，密度為ρ，每個(gè)分子的質(zhì)量和體積分別為m和V0，則阿伏加德羅常數(shù)NA可表示為()A．NA＝VV0 B．NAC．NA＝Mm D．NA＝2．(多選)已知阿伏加德羅常數(shù)為NA(mol－1)，某物質(zhì)的摩爾質(zhì)量為M(kg/mol)，該物質(zhì)的密度為ρ(kg/m3)，則下列敘述中正確的是()A．1kg該物質(zhì)所含的分子個(gè)數(shù)是ρNAB．1kg該物質(zhì)所含的分子個(gè)數(shù)是1MNC．該物質(zhì)1個(gè)分子的質(zhì)量是ρD．該物質(zhì)1個(gè)分子占有的空間是M3．很多轎車為了改善夜間行駛時(shí)的照明問(wèn)題，在車燈的設(shè)計(jì)上選擇了氙氣燈，因?yàn)殡瘹鉄魺艄獾牧炼仁瞧胀魺艄饬炼鹊?倍，但是耗電量?jī)H是普通燈的一半，氙氣燈使用壽命則是普通燈的5倍，很多車主會(huì)選擇含有氙氣燈的汽車，若氙氣充入燈頭后的容積V＝1.6L，氙氣密度ρ＝6.0kg/m3.已知氙氣摩爾質(zhì)量M＝0.131kg/mol，阿伏加德羅常數(shù)NA＝6×1023mol－1.試估算：(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)(1)燈頭中氙氣分子的總個(gè)數(shù)N；(2)燈頭中氙氣分子間的平均距離．考點(diǎn)二分子熱運(yùn)動(dòng)1．布朗運(yùn)動(dòng)：(1)研究對(duì)象：懸浮在液體、氣體中的小顆粒．(2)特點(diǎn)：①永不停息地運(yùn)動(dòng)；②無(wú)規(guī)則地運(yùn)動(dòng)；③顆粒越小，現(xiàn)象越明顯；④溫度越高，運(yùn)動(dòng)越劇烈；⑤用肉眼無(wú)法直接看到，需要用顯微鏡進(jìn)行觀測(cè)．2．?dāng)U散現(xiàn)象、布朗運(yùn)動(dòng)、分子熱運(yùn)動(dòng)的比較：現(xiàn)象擴(kuò)散現(xiàn)象布朗運(yùn)動(dòng)熱運(yùn)動(dòng)活動(dòng)主體分子微小固體顆粒分子區(qū)別分子的運(yùn)動(dòng)發(fā)生在固體、液體、氣體任何兩種物質(zhì)之間比分子大得多的微粒的運(yùn)動(dòng)只能在液體、氣體中發(fā)生分子的運(yùn)動(dòng)，不能通過(guò)光學(xué)顯微鏡直接觀察到共同點(diǎn)①都是無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)；②都隨溫度的升高而更加激烈聯(lián)系擴(kuò)散現(xiàn)象、布朗運(yùn)動(dòng)都反映分子做無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)【跟進(jìn)訓(xùn)練】4.關(guān)于分子熱運(yùn)動(dòng)和布朗運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是()A．布朗運(yùn)動(dòng)是指在顯微鏡中看到的液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)B．布朗運(yùn)動(dòng)間接反映了分子在永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)C．懸浮顆粒越大，同一時(shí)刻與它碰撞的液體分子越多，布朗運(yùn)動(dòng)越顯著D．當(dāng)物體溫度達(dá)到0℃時(shí)，物體分子的熱運(yùn)動(dòng)就會(huì)停止5．以下關(guān)于熱運(yùn)動(dòng)的說(shuō)法正確的是()A．水流速度越大，水分子的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈B．水凝結(jié)成冰后，水分子的熱運(yùn)動(dòng)停止C．水的溫度越高，水分子的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈D．水的溫度升高，每一個(gè)水分子的運(yùn)動(dòng)速率都會(huì)增大6．[2022·海口模擬]關(guān)于擴(kuò)散現(xiàn)象和布朗運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是()A．?dāng)U散現(xiàn)象只能發(fā)生在液體或氣體中，不能發(fā)生在固體中B．布朗運(yùn)動(dòng)就是花粉分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)C．懸浮在一定溫度的液體中的固體小顆粒越大，布朗運(yùn)動(dòng)越明顯D．?dāng)U散現(xiàn)象和布朗運(yùn)動(dòng)都能證明分子在永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)考點(diǎn)三分子力、分子勢(shì)能及物體的內(nèi)能角度1分子力、分子勢(shì)能1.分子力和分子勢(shì)能隨分子間距變化的規(guī)律如下：項(xiàng)目分子力F分子勢(shì)能Ep隨分子間距變化圖像(r0＝10－10m)隨分子間距的變化情況r<r0F引和F斥都隨距離的增大而減小，隨距離的減小而增大，F(xiàn)引<F斥，F(xiàn)表現(xiàn)為斥力r增大，分子力做正功，分子勢(shì)能減小；r減小，分子力做負(fù)功，分子勢(shì)能增加r>r0F引和F斥都隨距離的增大而減小，隨距離的減小而增大，F(xiàn)引>F斥，F(xiàn)表現(xiàn)為引力r增大，分子力做負(fù)功，分子勢(shì)能增加；r減小，分子力做正功，分子勢(shì)能減小r＝r0F引＝F斥，F(xiàn)＝0分子勢(shì)能最小，但不為零r>10r0F引和F斥都已十分微弱，可以認(rèn)為F＝0分子勢(shì)能為零2.判斷分子勢(shì)能變化的兩種方法(1)根據(jù)分子力做功判斷．分子力做正功，分子勢(shì)能減??；分子力做負(fù)功，分子勢(shì)能增加；(2)利用分子勢(shì)能與分子間距離的關(guān)系圖線判斷．但要注意此圖線和分子力與分子間距離的關(guān)系圖線形狀雖然相似但意義不同，不要混淆．例1如圖所示，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)系如圖中曲線所示．F>0表示斥力，F(xiàn)<0表示引力，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，下列選項(xiàng)中的圖像分別表示乙分子的速度、加速度、勢(shì)能、動(dòng)能與兩分子間距離的關(guān)系，其中大致正確的是()角度2物體的內(nèi)能1.分析物體內(nèi)能問(wèn)題的四點(diǎn)提醒(1)內(nèi)能是對(duì)物體的大量分子而言的，不存在某個(gè)分子內(nèi)能的說(shuō)法．(2)內(nèi)能的大小與溫度、體積、分子數(shù)和物態(tài)等因素有關(guān)．(3)通過(guò)做功或熱傳遞可以改變物體的內(nèi)能．(4)溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，相同溫度的任何物體，分子的平均動(dòng)能相同．2．內(nèi)能和熱量的比較內(nèi)能熱量區(qū)別是狀態(tài)量，狀態(tài)確定，系統(tǒng)的內(nèi)能隨之確定．一個(gè)物體在不同的狀態(tài)下有不同的內(nèi)能是過(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)移的能量聯(lián)系在只有熱傳遞改變物體內(nèi)能的情況下，物體內(nèi)能的改變量在數(shù)值上等于物體吸收或放出的熱量例2[2022·陜西省寶雞市質(zhì)檢](多選)關(guān)于物體的內(nèi)能，下列說(shuō)法正確的是()A．相同質(zhì)量的兩種物質(zhì)，升高相同的溫度，內(nèi)能的增加量一定相同B．物體的內(nèi)能改變時(shí)溫度不一定改變C．內(nèi)能與物體的溫度有關(guān)，所以0℃的物體內(nèi)能為零D．分子數(shù)和溫度相同的物體不一定具有相同的內(nèi)能[解題心得]【跟進(jìn)訓(xùn)練】7.新型冠狀病毒在世界范圍內(nèi)的肆虐，給人們的生命財(cái)產(chǎn)造成了重大損失．為了殺死病毒，預(yù)防傳染，人們使用乙醇消毒液和免洗洗手液(如圖所示)，兩者的主要成分都是酒精，則下列說(shuō)法正確的是()A．在房間內(nèi)噴灑乙醇消毒液后，會(huì)聞到淡淡的酒味，這是由于酒精分子做布朗運(yùn)動(dòng)B．在房間內(nèi)噴灑乙醇消毒液后，會(huì)聞到淡淡的酒味，與分子運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)C．使用免洗洗手液洗手后，手部很快就干爽了，是液體蒸發(fā)的緣故D．使用免洗洗手液洗手后，洗手液中的酒精由液態(tài)變?yōu)橥瑴囟鹊臍怏w的過(guò)程中，內(nèi)能不變8．[2022·山東臨沂模擬](多選)分子間勢(shì)能由分子間距r決定．規(guī)定兩分子相距無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)分子間的勢(shì)能為零，兩分子間勢(shì)能與分子間距r的關(guān)系如圖所示．若一分子固定于原點(diǎn)O，另一分子從距O點(diǎn)很遠(yuǎn)處向O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)．下列說(shuō)法正確的是()A．在兩分子間距從很遠(yuǎn)處減小到r2的過(guò)程中，分子之間的作用力先增大后減小B．在兩分子間距從r2減小到r1的過(guò)程中，分子之間的作用力一直減小C．在兩分子間距從r1再減小到某一距離的過(guò)程中，分子之間的作用力一直增大D．在兩分子間距等于r2處，分子之間的作用力等于0第十四章熱學(xué)第1講分子動(dòng)理論內(nèi)能必備知識(shí)·自主排查一、1．(1)10－10(2)10－26(3)相同6.02×10232．(1)高(2)液體分子小高(3)分子3．(1)引力斥力合力(2)減小快二、1．(1)平均動(dòng)能(2)溫度2．(2)t＋273.15K3．溫度大4．體積5．動(dòng)能分子勢(shì)能溫度體積生活情境1．答案：(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×教材拓展2．答案：(1)×(2)√(3)×(4)√(5)√3．解析：每個(gè)鐵分子的質(zhì)量等于鐵的摩爾質(zhì)量除以阿伏加德羅常數(shù)，為0.93×10－25kg；鐵分子的體積等于每個(gè)分子的質(zhì)量除以密度為0.12×10－28m3.答案：0.93×10－25kg0.12×10－28m3關(guān)鍵能力·分層突破1．解析：因?yàn)镸＝ρV，所以NA＝Mm＝ρVm.由于氣體分子間隙很大，所以V≠NA·V0.ρ是氣體的密度，不是單個(gè)分子的密度．故A、D錯(cuò)誤，B、C答案：BC2．解析：1kg該物質(zhì)的物質(zhì)的量為1M，所含分子數(shù)目為：n＝NA·1M＝NAM，故A錯(cuò)誤；B正確；每個(gè)分子的質(zhì)量為m0＝1n＝MNA，故C錯(cuò)誤；每個(gè)分子所占體積為：V0＝m答案：BD3．解析：(1)設(shè)氙氣的物質(zhì)的量為n，則n＝ρV氙氣分子的總數(shù)：N＝ρVMNA＝6.0×1.6×10-30.131×6×10(2)每個(gè)分子所占的空間為：V0＝V設(shè)分子間平均距離為a，則有：V0＝a3則a＝3VN＝31.6×10-34×1022答案：(1)4×1022個(gè)(2)3×10－9m4．解析：布朗運(yùn)動(dòng)是指在顯微鏡中看到的懸浮小顆粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤；布朗運(yùn)動(dòng)間接反映了液體分子運(yùn)動(dòng)的無(wú)規(guī)則性，B正確；懸浮顆粒越大，液體分子對(duì)它的撞擊作用的不平衡性越小，布朗運(yùn)動(dòng)越不明顯，C錯(cuò)誤；熱運(yùn)動(dòng)在0℃時(shí)不會(huì)停止，D錯(cuò)誤．答案：B5．解析：本題考查分子動(dòng)理論．溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志，故溫度越高，分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈．分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度與機(jī)械運(yùn)動(dòng)速度大小無(wú)關(guān)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，C正確；水凝結(jié)成冰后，分子熱運(yùn)動(dòng)依然存在，B項(xiàng)錯(cuò)誤；溫度升高，分子運(yùn)動(dòng)的平均速率增大，但不是每個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)速率都會(huì)增大，D項(xiàng)錯(cuò)誤．答案：C6．解析：擴(kuò)散現(xiàn)象是指不同物質(zhì)彼此進(jìn)入對(duì)方的現(xiàn)象，可以發(fā)生在固體、液體、氣體任何兩種物質(zhì)之間，故A錯(cuò)誤．布朗運(yùn)動(dòng)是固體小顆粒受到的分子的撞擊不平衡產(chǎn)生的，是固體小顆粒的運(yùn)動(dòng)，不是花粉分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，故B錯(cuò)誤．布朗運(yùn)動(dòng)是固體小顆粒受到的分子的撞擊不平衡產(chǎn)生的，固體小顆粒越小，布朗運(yùn)動(dòng)越明顯，故C錯(cuò)誤．?dāng)U散現(xiàn)象直接反映了組成物質(zhì)的分子永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)；布朗運(yùn)動(dòng)間接證明了分子永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，故D正確．答案：D例1解析：本題考查分子間作用力做功與分子能量變化的關(guān)系．剛過(guò)C點(diǎn)時(shí)乙分子的運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)發(fā)生變化，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；加速度與合力的大小成正比，方向與合力相同，在C點(diǎn)，乙分子的加速度等于零，選項(xiàng)B正確；乙分子從A處由靜止釋放，分子力先是引力后是斥力，分子力先做正功，后做負(fù)功，則分子勢(shì)能先減小后增大，在C點(diǎn)，分子勢(shì)能最小，從C項(xiàng)圖中可知，在A點(diǎn)靜止釋放乙分子時(shí)，分子勢(shì)能為負(fù)，而初動(dòng)能為零，乙分子的總能量為負(fù)，在以后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中乙分子的總能量不可能為正，而動(dòng)能不