第一講分子動理論內(nèi)能（原卷版）

第一講分子動理論內(nèi)能知識梳理一、分子動理論1．物體是由大量分子組成的(1)分子的大小①分子直徑：數(shù)量級是10－10m；②分子質(zhì)量：數(shù)量級是10－26kg；③測量方法：油膜法。(2)阿伏加德羅常數(shù)1mol任何物質(zhì)所含有的粒子數(shù)，NA＝6.02×1023mol－1。2．分子熱運動(1)擴(kuò)散現(xiàn)象①定義：不同種物質(zhì)能夠彼此進(jìn)入對方的現(xiàn)象。②實質(zhì)：由物質(zhì)分子的無規(guī)則運動產(chǎn)生的。溫度越高，擴(kuò)散現(xiàn)象越明顯。(2)布朗運動①定義：懸浮在液體中的微粒的永不停息的無規(guī)則運動。②成因：液體分子無規(guī)則運動，對固體微粒撞擊作用不平衡造成的。③特點：永不停息，無規(guī)則；微粒越小，溫度越高，布朗運動越明顯。④結(jié)論：反映了液體分子運動的無規(guī)則性。(3)熱運動①定義：分子永不停息的無規(guī)則運動。②特點：溫度是分子熱運動劇烈程度的標(biāo)志。溫度越高，分子無規(guī)則運動越激烈。3．分子間的作用力(1)分子間作用力跟分子間距離的關(guān)系如圖所示。(2)分子間作用力的特點①r＝r0時(r0的數(shù)量級為10－10m)，分子間作用力F＝0，這個位置稱為平衡位置；②r<r0時，分子間作用力F表現(xiàn)為斥力；③r>r0時，分子間作用力F表現(xiàn)為引力。二、分子運動速率分布規(guī)律1．氣體分子運動的特點(1)氣體分子間距很大，分子間的作用力很弱，通常認(rèn)為，氣體分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，不受力而做勻速直線運動，氣體充滿它能達(dá)到的整個空間。(2)氣體分子的數(shù)密度仍然十分巨大，分子之間頻繁地碰撞，每個分子的速度大小和方向頻繁地改變。分子的運動雜亂無章，在某一時刻，向著各個方向運動的分子數(shù)目幾乎相等。2．分子運動速率分布圖像(1)分子做無規(guī)則運動，在任一溫度下，氣體分子的速率都呈“中間多、兩頭少”的分布。(2)溫度一定時，某種分子的速率分布是確定的；溫度升高時，速率小的分子數(shù)減少，速率大的分子數(shù)增多，分子的平均速率增大，但不是每個分子的速率都增大。3．氣體壓強(qiáng)的微觀解釋(1)氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生原因：由于氣體分子無規(guī)則的熱運動，大量的分子頻繁地碰撞器壁產(chǎn)生持續(xù)而穩(wěn)定的壓力。氣體的壓強(qiáng)在數(shù)值上等于器壁單位面積上受到的壓力。(2)氣體壓強(qiáng)的決定因素：氣體的壓強(qiáng)取決于氣體分子與器壁的碰撞對器壁的作用力的大小和單位時間內(nèi)與單位面積器壁碰撞的分子數(shù)。所以從微觀角度來看，氣體壓強(qiáng)的大小跟兩個因素有關(guān)：氣體分子的平均速率，氣體分子的數(shù)密度。三、分子動能和分子勢能物體的內(nèi)能1．分子動能(1)分子動能是分子熱運動所具有的動能。(2)分子熱運動的平均動能是所有分子熱運動的動能的平均值。物體的溫度是它的分子熱運動的平均動能的標(biāo)志。2．分子勢能(1)定義：由于分子間存在著相互作用力，且分子間的作用力所做的功與路徑無關(guān)，所以分子組成的系統(tǒng)具有分子勢能。(2)分子勢能的決定因素微觀上——決定于分子間距離；宏觀上——決定于物體的體積。3．物體的內(nèi)能(1)物體中所有分子的熱運動動能與分子勢能的總和，叫作物體的內(nèi)能，內(nèi)能是狀態(tài)量。(2)對于給定的物體，其內(nèi)能大小與物體的溫度和體積有關(guān)。(3)物體的內(nèi)能與物體的位置高低、運動速度大小無關(guān)。(4)決定內(nèi)能的因素①微觀上：分子動能、分子勢能、分子個數(shù)。②宏觀上：溫度、體積、物質(zhì)的量(摩爾數(shù))。(5)改變物體的內(nèi)能有兩種方式①做功：當(dāng)只有做功使物體的內(nèi)能發(fā)生改變時，外界對物體做了多少功，物體內(nèi)能就增加多少；物體對外界做了多少功，物體內(nèi)能就減少多少。②傳熱：當(dāng)只有傳熱使物體的內(nèi)能發(fā)生改變時，物體吸收了多少熱量，物體內(nèi)能就增加多少；物體放出了多少熱量，物體內(nèi)能就減少多少?？键c一、微觀量估算例1、(多選)鉆石是首飾、高強(qiáng)度鉆頭和刻刀等工具中的主要材料，設(shè)鉆石的密度為ρ(單位為kg/m3)，摩爾質(zhì)量為M(單位為g/mol)，阿伏加德羅常數(shù)為NA.已知1克拉＝0.2g，則下列選項正確的是()A．a(chǎn)克拉鉆石物質(zhì)的量為eq\f(0.2a,M)B．a(chǎn)克拉鉆石所含有的分子數(shù)為eq\f(0.2aNA,M)C．每個鉆石分子直徑的表達(dá)式為eq\r(3,\f(6M×10－3,NAρπ))(單位為m)D．a(chǎn)克拉鉆石的體積為eq\f(a,ρ)課堂隨練訓(xùn)練1、(多選)若以V表示在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下水蒸氣的摩爾體積，ρ表示在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下水蒸氣的密度，M表示水的摩爾質(zhì)量，M0表示一個水分子的質(zhì)量，V0表示一個水分子的體積，NA表示阿伏加德羅常數(shù)，則下列關(guān)系式中正確的是()A．NA＝eq\f(ρV,M0) B．V0＝eq\f(V,NA)C．M0＝eq\f(M,NA) D．ρ＝eq\f(M,NAV0)考點二、布朗運動與分子熱運動擴(kuò)散現(xiàn)象、布朗運動與熱運動的比較現(xiàn)象擴(kuò)散現(xiàn)象布朗運動熱運動活動主體分子微小固體顆粒分子區(qū)別分子的運動，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動分子的運動，不能通過光學(xué)顯微鏡直接觀察到共同點①都是無規(guī)則運動；②都隨溫度的升高而更加激烈聯(lián)系擴(kuò)散現(xiàn)象、布朗運動都反映分子做無規(guī)則的熱運動例1、研究發(fā)現(xiàn)，新冠病毒感染的肺炎傳播途徑之一是氣溶膠傳播．氣溶膠是指懸浮在氣體介質(zhì)中的固態(tài)或液態(tài)顆粒所組成的氣態(tài)分散系統(tǒng)，這些固態(tài)或液態(tài)顆粒在氣體介質(zhì)中做布朗運動．下列說法正確的是()A．布朗運動是氣體介質(zhì)分子的無規(guī)則的運動B．在布朗運動中，固態(tài)或液態(tài)顆粒越大，布朗運動越劇烈C．在布朗運動中，顆粒無規(guī)則運動的軌跡就是分子的無規(guī)則運動的軌跡D．在布朗運動中，環(huán)境溫度越高，布朗運動越劇烈例2、(2022·重慶選擇性考試適應(yīng)性測試)以下現(xiàn)象中，主要是由分子熱運動引起的是()A．菜籽油滴入水中后會漂浮在水面B．含有泥沙的渾水經(jīng)過一段時間后會變清C．密閉容器內(nèi)懸浮在水中的花粉顆粒移動D．荷葉上的水珠呈球形例3、(分子速率分布規(guī)律)(多選)圖甲為測量分子速率分布的裝置示意圖，圓筒繞其中心勻速轉(zhuǎn)動，側(cè)面開有狹縫N，內(nèi)側(cè)貼有記錄薄膜，M為正對狹縫的位置。從原子爐R中射出的銀原子蒸氣穿過屏上S縫后進(jìn)入狹縫N，在圓筒轉(zhuǎn)動半個周期的時間內(nèi)相繼到達(dá)并沉積在薄膜上。展開的薄膜如圖乙所示，NP、PQ間距相等，銀原子的重力不計，運動過程中的碰撞不計，則()A．到達(dá)M附近的銀原子速率較大B．到達(dá)Q附近的銀原子速率較大C．到達(dá)Q附近的銀原子速率為“中等”速率D．到達(dá)PQ區(qū)間的分子百分率大于位于NP區(qū)間的分子百分率課堂隨練訓(xùn)練1、(多選)關(guān)于擴(kuò)散現(xiàn)象，下列說法正確的是()A．溫度越高，擴(kuò)散進(jìn)行得越快B．?dāng)U散現(xiàn)象是不同物質(zhì)間的一種化學(xué)反應(yīng)C．?dāng)U散現(xiàn)象是由物質(zhì)分子無規(guī)則運動產(chǎn)生的D．?dāng)U散現(xiàn)象在氣體、液體和固體中都能發(fā)生訓(xùn)練2、(2021·北京豐臺區(qū)期末)關(guān)于布朗運動，下列說法正確的是()A．布朗運動是液體分子的無規(guī)則運動B．懸浮在液體中的顆粒越小、液體溫度越高，布朗運動越明顯C．懸浮顆粒越大，在某一瞬間撞擊它的分子數(shù)越多，布朗運動越明顯D．布朗運動的無規(guī)則性反映了顆粒內(nèi)部分子運動的無規(guī)則性訓(xùn)練3、蛟龍?zhí)柹顫撈髟趫?zhí)行某次實驗任務(wù)時，外部攜帶一裝有氧氣的汽缸，汽缸導(dǎo)熱良好，活塞與缸壁間無摩擦且與海水相通。已知海水溫度隨深度增加而降低，則深潛器下潛過程中，下列說法正確的是()A．每個氧氣分子的動能均減小B．氧氣分子的平均速率增大C．氧氣分子單位時間撞擊缸壁單位面積的次數(shù)增加D．氧氣分子每次對缸壁的平均撞擊力增大考點三、分子力和內(nèi)能1．分子力與分子勢能的比較名稱項目分子間的相互作用力F分子勢能Ep與分子間距的關(guān)系圖線隨分子間距的變化情況r<r0隨距離的減小而增大，F(xiàn)表現(xiàn)為斥力r增大，斥力做正功，分子勢能減少；r減小，斥力做負(fù)功，分子勢能增加r0<r<10r0隨距離的增大先增大后減小，F(xiàn)表現(xiàn)為引力r增大，引力做負(fù)功，分子勢能增加；r減小，引力做正功，分子勢能減少r＝r0F＝0分子勢能最小，但不為零r≥10r0(10－9m)可以認(rèn)為分子間沒有相互作用力分子勢能為零2．物體的內(nèi)能與機(jī)械能的比較名稱比較內(nèi)能機(jī)械能定義物體中所有分子熱運動動能與分子勢能的總和物體的動能、重力勢能和彈性勢能的統(tǒng)稱決定因素與物體的溫度、體積、物態(tài)和分子數(shù)有關(guān)跟物體的宏觀運動狀態(tài)、參考系和零勢能點的選取有關(guān)量值任何物體都有內(nèi)能可以為零測量無法測量可測量本質(zhì)微觀分子的運動和相互作用的結(jié)果宏觀物體的運動和相互作用的結(jié)果運動形式熱運動機(jī)械運動聯(lián)系在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化，能的總量守恒3．溫度、內(nèi)能、熱量、功的比較概念溫度內(nèi)能(熱能)熱量功含義表示物體的冷熱程度，是物體分子熱運動平均動能大小的標(biāo)志，它是大量分子熱運動的集體表現(xiàn)，對個別分子來說，溫度沒有意義物體內(nèi)所有分子的熱運動動能和分子勢能的總和，它是由大量分子的熱運動和分子的相對位置所決定的能是傳熱過程中內(nèi)能的改變量，用熱量來量度傳熱過程中內(nèi)能轉(zhuǎn)移的多少做功過程是機(jī)械能或其他形式的能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化過程聯(lián)系溫度和內(nèi)能是狀態(tài)量，熱量和功則是過程量。傳熱的前提條件是存在溫差，傳遞的是熱量而不是溫度，實質(zhì)上是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移例1、(多選)下列關(guān)于溫度及內(nèi)能的說法中正確的是()A．溫度是分子平均動能的標(biāo)志，所以兩個動能不同的分子相比，動能大的分子溫度高B．兩個不同的物體，只要溫度和體積相同，內(nèi)能就相同C．質(zhì)量和溫度相同的冰和水，內(nèi)能不同D．溫度高的物體不一定比溫度低的物體內(nèi)能大例2、(2020·北京卷，10)分子力F隨分子間距離r的變化如圖所示。將兩分子從相距r＝r2處釋放，僅考慮這兩個分子間的作用，下列說法正確的是()A．從r＝r2到r＝r0分子間引力、斥力都在減小B．從r＝r2到r＝r1分子力的大小先減小后增大C．從r＝r2到r＝r0分子勢能先減小后增大D．從r＝r2到r＝r1分子動能先增大后減小課堂隨練訓(xùn)練1、(2022·北京西城區(qū)統(tǒng)測)下列說法正確的是()A．液體分子的無規(guī)則運動稱為布朗運動B．兩分子間距離減小，分子間的引力和斥力都增大C．物體做加速運動，物體內(nèi)分子的動能一定增大D．物體對外做功，物體內(nèi)能一定減小訓(xùn)練2、(多選)甲分子固定在坐標(biāo)原點O，只在兩分子間的作用力作用下，乙分子沿x軸方向運動，兩分子間的分子勢能Ep與兩分子間距離x的變化關(guān)系如圖所示，設(shè)乙分子在移動過程中所具有的總能量為0，則下列說法正確的是()A．乙分子在P點時加速度為0B．乙分子在Q點時分子勢能最小C．乙分子在Q點時處于平衡狀態(tài)D．乙分子在P點時動能最大訓(xùn)練3、如圖所示，用F表示兩分子間的作用力，用Ep表示分子間的分子勢能，在兩個分子之間的距離為10r0變由r0的過程中，以下判斷正確的是()A．F不斷增大，Ep不斷減小B．F先增大后減小，Ep不斷減小C．F不斷增大，Ep先增大后減小D．F、Ep都是先增大后減小同步訓(xùn)練1、布朗運動是1826年英國植物學(xué)家布朗用顯微鏡觀察懸浮在水中的花粉時發(fā)現(xiàn)的。不只是花粉和小炭粒，對于液體中各種不同的懸浮微粒，例如膠體，都可以觀察到布朗運動。對于布朗運動，下列說法正確的是()A．布朗運動就是分子的運動B．布朗運動說明分子間只存在斥力C．溫度越高，布朗運動越明顯D．懸浮在液體中的微粒越大，同一瞬間，撞擊微粒的液體分子數(shù)越多，布朗運動越明顯2、乙醇噴霧消毒液和免洗洗手液的主要成分都是酒精．下列說法正確的是()A．酒精由液體變?yōu)橥瑴囟鹊臍怏w的過程中，分子間距不變B．在房間內(nèi)噴灑乙醇消毒液后，會聞到淡淡的酒味，這是酒精分子做布朗運動的結(jié)果C．在房間內(nèi)噴灑乙醇消毒液后，當(dāng)環(huán)境溫度升高時，每一個酒精分子運動速率都變快了D．使用免洗洗手液洗手后，手部很快就干爽了，是由于液體分子擴(kuò)散到了空氣中3、玻璃杯中裝入半杯熱水后擰緊瓶蓋，經(jīng)過一段時間后發(fā)現(xiàn)瓶蓋很難擰開。原因是()A．瓶內(nèi)氣體壓強(qiáng)變小B．瓶內(nèi)氣體分子熱運動的平均動能增加C．瓶內(nèi)氣體速率大的分子所占比例增大D．瓶內(nèi)氣體分子單位時間內(nèi)撞擊瓶蓋的次數(shù)增加4、(2022·遼寧省名校聯(lián)盟開學(xué)考)如圖所示的是分子間作用力和分子間距離的關(guān)系圖線，下面關(guān)于該圖線的說法正確的是()A．曲線a是分子間引力和分子間距離的關(guān)系曲線B．曲線b是分子間作用力的合力和分子間距離的關(guān)系曲線C．曲線c是分子間斥力和分子間距離的關(guān)系曲線D．當(dāng)分子間距離r＞r0時，曲線b對應(yīng)的力先減小，后增大5、(多選)(2022·新高考八省大聯(lián)考廣東區(qū)模擬)如圖所示，甲分子固定在坐標(biāo)原點O，乙分子沿x軸運動，兩分子間的分子勢能Ep與兩分子間距離x的關(guān)系如圖所示。圖中分子勢能的最小值為－E0，若兩分子所具有的總能量為零，則下列說法中正確的是()A．乙分子在P點(x＝x2)時，加速度最大B．乙分子在P點(x＝x2)時，動能為E0C．乙分子在Q點(x＝x1)時，處于平衡狀態(tài)D．乙分子的運動范圍為x≥x16、已知阿伏加德羅常數(shù)為NA(mol－1)，某氣體物質(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．該物質(zhì)1個分子的質(zhì)量是eq\f(ρ,NA)B．該物質(zhì)1個分子大小是eq\f(M,ρNA)C．1kg該物質(zhì)所含的分子個數(shù)是ρNAD．1kg該物質(zhì)所含的分子個數(shù)是eq\f(1,M)NA7、如圖所示，將甲分子固定于坐標(biāo)原點O處，乙分子放置于r軸上距離O點很遠(yuǎn)的r4處，r1、r2、r3為r軸上的三個特殊的位置，甲、乙兩分子間的作用力F和分子勢能Ep隨兩分子間距離r的變化關(guān)系分別如圖中兩條曲線所示，設(shè)兩分子間距離很遠(yuǎn)時，Ep＝0。現(xiàn)把乙分子從r4處由靜止釋放，下列說法中正確的是()A．實線為Ep-r圖線、虛線為F-r圖線B．當(dāng)分子間距離r<r2時，甲、乙兩分子間只有斥力，且斥力隨r減小而增大C．乙分子從r4到r2做加速度先增大后減小的加速運動，從r2到r1做加速度增大的減速運動D．乙分子從r4到r2的過程中，分子勢能先增大后減小，在r1位置時分子勢能最小8、1g100℃的水和1g100℃的水蒸氣相比較，下列說法正確的是()A．分子的平均動能和分子的總動能都相同B．分子的平均動能相同，分子的總動能不同C．內(nèi)能相同D．1g