2024高考物理一輪復習第十二章熱學第一節(jié)分子動理論內能學案新人教版

PAGE12-第一節(jié)分子動理論內能eq\a\vs4\al(一、分子動理論)1．物體是由大量分子組成的(1)分子大?。俜肿又睆降臄?shù)量級：10－10m．②油膜法測分子直徑：d＝eq\f(V,S)；V是油滴的體積，S是水面上形成單分子油膜的面積．(2)一般分子質量的數(shù)量級：10－26kg.(3)阿伏加德羅常數(shù)：1mol任何物質含有的分子數(shù)，NA＝6.02×1023mol－1．2．分子永不停息地做無規(guī)則熱運動(1)擴散現(xiàn)象：不同物質相互接觸時彼此進入對方的現(xiàn)象，溫度越高，擴散越快．(2)布朗運動：是指懸浮在液體或氣體中“小顆?！钡臒o規(guī)則運動，布朗運動間接反映了液體或氣體分子的無規(guī)則熱運動．①成因：液體分子無規(guī)則運動，對固體小顆粒碰撞不平衡造成的．②特點：永不停息、無規(guī)則運動；顆粒越小，運動越猛烈；溫度越高，運動越猛烈；運動軌跡不確定．3．分子間存在著引力和斥力(1)分子間同時存在相互作用的引力和斥力，分子力為它們的合力．(2)分子力的特點(r0的數(shù)量級為10－10m)．①F引、F斥隨r增大而減小，隨r減小而增大，但斥力比引力變更更快．分子間距r引、斥力關系分子力r＝r0F引＝F斥F＝0r<r0F引<F斥F表現(xiàn)為F斥r>r0F引>F斥F表現(xiàn)為F引r>10r0F引≈0、F斥≈0F≈0②分子力隨分子間距離變更的圖線如圖所示．③分子力的作用使分子聚集在一起，而分子的無規(guī)則運動使它們趨于分散，正是這兩個因素確定了物體的氣、液、固三種不同的狀態(tài)．1．依據分子動理論，下列說法正確的是()A．一個氣體分子的體積等于氣體的摩爾體積與阿伏加德羅常數(shù)之比B．顯微鏡下視察到的墨水中的小炭粒所做不停地無規(guī)則運動，就是分子的運動C．分子間的相互作用的引力和斥力肯定隨分子間的距離增大而增大D．分子勢能隨著分子間距離的增大，可能先減小后增大解析：由于氣體分子的間距大于分子直徑，故氣體分子的體積小于氣體的摩爾體積與阿伏加德羅常數(shù)之比，故A錯誤；顯微鏡下視察到的墨水中的小炭粒不停地無規(guī)則運動，是布朗運動，它是分子無規(guī)則運動的體現(xiàn)，但不是分子的運動，故B錯誤；分子間的相互作用力隨分子間距離增大而減小，但斥力減小得更快，故C錯誤；若分子間距是從小于平衡距離起先變更，則分子力先做正功再做負功，故分子勢能先減小后增大，故D正確．答案：Deq\a\vs4\al(二、物體的內能)1．分子的平均動能(1)概念：物體內全部分子動能的平均值．(2)大小的標記：溫度是分子平均動能大小的標記，溫度越高，分子的平均動能越大．2．分子勢能(1)概念：由分子間的相互作用和相對位置確定的能量．(2)分子勢能大小的相關因素．①微觀上：分子勢能的大小與分子間距有關．如圖所示，當r＝r0時，分子勢能最?。诤暧^上：與物體體積有關．大多數(shù)物體是體積越大，分子勢能越大，也有少數(shù)物體，比如“冰”，體積變大，分子勢能反而變?。?．物體的內能(1)定義：物體內全部分子熱運動的動能和分子勢能的總和叫作物體的內能．(2)確定內能的因素．①微觀上：分子動能、分子勢能、分子個數(shù)．②宏觀上：溫度(T)、體積(V)、物質的量(n)．(3)變更內能的兩種方式：做功和熱傳遞．(4)內能與機械能的區(qū)分．①物體內能是物體內大量分子所具有動能和勢能的總和，宏觀上取決于物質的量(n)、溫度(T)、體積(V)．②物體機械能是物體整體運動(或彈性形變)具有的動能和勢能的總和，取決于質量(m)、速度(v)、高度(h)、形變(Δx)．4．溫度和溫標(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平均動能．②溫度是確定一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)是否達到熱平衡狀態(tài)的物理量，一切達到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度．(2)兩種溫標．項目單位規(guī)定關系攝氏溫標(t)℃在1atm下，冰的熔點是0℃，水的沸點是100℃(1)T＝(t＋273)K(2)ΔT＝Δt說明：肯定零度是低溫的極限，只能無限接近，不能達到熱力學溫標(T)K－273.15℃即為0K，肯定零度是低溫的極限2．(多選)對內能的理解，下列說法正確的是()A．系統(tǒng)的內能是由系統(tǒng)的狀態(tài)確定的B．做功可以變更系統(tǒng)的內能，但是單純地對系統(tǒng)傳熱不能變更系統(tǒng)的內能C．不計分子之間的分子勢能，質量和溫度相同的氫氣和氧氣具有相同的內能D．1g100℃水的內能小于1g100℃水蒸氣的內能解析：系統(tǒng)的內能是一個只依靠于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量，所以是由系統(tǒng)的狀態(tài)確定的，A正確；做功和熱傳遞都可以變更系統(tǒng)的內能，B錯誤；質量和溫度相同的氫氣和氧氣的平均動能相同，但它們的物質的量不同，內能不同，C錯誤；在1g100℃的水變成100℃水蒸氣的過程中，分子間距離變大，要克服分子間的引力做功，分子勢能增大，所以1g100℃水的內能小于1g100℃水蒸氣的內能，D正確．答案：AD物質是由分子原子構成的，分子在永不停息地做無規(guī)則熱運動，其對應的能量是分子的動能和勢能，物體內全部分子動能和勢能的總和被稱之為該物體的內能．考點一微觀量的估算1.微觀量分子體積V0、分子直徑d、分子質量m0.2．宏觀量物體的體積V、摩爾體積Vmol、物體的質量m、摩爾質量M、物質的密度ρ.3．宏觀量與微觀量的轉換(1)一個分子的質量：m0＝eq\f(M,NA).(2)一個分子的體積：V0＝eq\f(Vmol,NA)＝eq\f(M,ρNA).對于氣體，分子間的距離比較大，V0表示氣體分子占據的空間．(3)物質含有的分子數(shù)：N＝eq\f(m,M)NA＝eq\f(V,Vmol)NA.4．兩種分子模型(1)固體和液體：固體、液體分子一個一個緊密排列，可將分子看成球形或立方體，如圖所示．分子間距等于小球的直徑或立方體的棱長，球體分子模型直徑d＝eq\r(3,\f(6V0,π))，立方體分子模型棱長d＝eq\r(3,V0).(2)氣體：氣體分子不是一個一個緊密排列的，它們之間的距離很大，所以利用d＝eq\r(3,V0)算出的不是分子直徑，而是氣體分子間的平均距離．eq\a\vs4\al(典例)(多選)鉆石是首飾和高強度鉆頭、刻刀等工具中的主要材料，設鉆石的密度為ρ(單位為kg/m3)，摩爾質量為M(單位為g/mol)，阿伏加德羅常數(shù)為NA.已知1克拉＝0.2克，則()A．a克拉鉆石所含有的分子數(shù)為eq\f(0.2aNA,M)B．a克拉鉆石所含有的分子數(shù)為eq\f(aNA,M)C．每個鉆石分子直徑的表達式為eq\r(3,\f(6M×10－3,NAρπ))(單位為m)D．每個鉆石分子直徑的表達式為eq\r(\f(6M,NAρπ))(單位為m)E．每個鉆石分子的質量為eq\f(M,NA)(單位為g)[思維點撥](1)求解分子大小常用哪兩種模型，本題應是球形還是小立方體型．(2)宏觀量與微觀量之間關系是什么．解析：a克拉鉆石物質的量(摩爾數(shù))為n＝eq\f(0.2a,M)，所含分子數(shù)為N＝nNA＝eq\f(0.2aNA,M)，選項A正確，B錯誤；鉆石的摩爾體積Vmol＝eq\f(M×10－3,ρ)(單位為m3/mol)，每個鉆石分子體積為V0＝eq\f(Vmol,NA)＝eq\f(M×10－3,NAρ)，設鉆石分子直徑為d，則V0＝eq\f(4,3)πeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2)))eq\s\up12(3)，聯(lián)立解得d＝eq\r(3,\f(6M×10－3,NAρπ))(單位為m)，選項C正確，D錯誤；依據阿伏加德羅常數(shù)的意義知，每個鉆石分子的質量m＝eq\f(M,NA)(單位為g)，選項E正確．答案：ACE微觀量的求解方法1．分子大小、分子體積、分子質量屬微觀量，干脆測量它們的數(shù)值特別困難，可以借助較易測量的宏觀量結合摩爾體積、摩爾質量等來估算這些微觀量，其中阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀量和微觀量的橋梁和紐帶．2．建立合適的物理模型，通常把固體、液體分子模擬為球體或立方體．氣體分子所占據的空間可模擬為立方體模型．考點二布朗運動與分子熱運動1.布朗運動(1)探討對象：懸浮在液體或氣體中的小顆粒；(2)運動特點：無規(guī)則、永不停息；(3)相關因素：顆粒大小、溫度；(4)物理意義：說明液體或氣體分子做永不停息的無規(guī)則的熱運動．2．擴散現(xiàn)象相互接觸的物體分子彼此進入對方的現(xiàn)象，稱為擴散現(xiàn)象．產生緣由：分子永不停息地做無規(guī)則運動．3．擴散現(xiàn)象、布朗運動與熱運動的比較現(xiàn)象擴散現(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)分分子的運動，發(fā)生在固體、液體、氣體任何兩種物質之間比分子大得多的微粒的運動，只能在液體、氣體中發(fā)生分子的運動，不能通過光學顯微鏡干脆視察到共同點①都是無規(guī)則運動；②都隨溫度的上升而更加激烈聯(lián)系擴散現(xiàn)象、布朗運動都反映分子做無規(guī)則的熱運動eq\a\vs4\al(典例)霧霾天氣是對大氣中各種懸浮顆粒物含量超標的籠統(tǒng)表述，是特定氣候條件與人類活動相互作用的結果．霧霾中，各種懸浮顆粒物形態(tài)不規(guī)則，但可視為密度相同、直徑不同的球體，并用PM10、PM2.5分別表示球體直徑小于或等于10μm、2.5μm的顆粒物(PM是顆粒物的英文縮寫)．某科研機構對北京地區(qū)的檢測結果表明，在靜穩(wěn)的霧霾天氣中，近地面高度百米的范圍內，PM10的濃度隨高度的增加略有減小，大于PM10的大懸浮顆粒物的濃度隨高度的增加明顯減小，且兩種濃度分布基本不隨時間變更．據此材料，以下敘述正確的是()A．PM10表示直徑小于或等于1.0×10－6m的懸浮顆粒物B．PM10受到的空氣分子作用力的合力始終大于其所受到的重力C．PM10和大懸浮顆粒物都在做布朗運動D．PM2.5的濃度隨高度的增加漸漸增大[思維點撥]對于信息題，不要過多留意題目的長度，肯定要細致閱讀題文，從題文中找出相應的信息．布朗運動是懸浮微粒的無規(guī)則運動，不是分子的無規(guī)則運動，形成的緣由是由于液體分子對懸浮微粒的無規(guī)則撞擊．布朗運動既不是顆粒分子的運動，也不是液體分子的運動，而是液體分子無規(guī)則運動的反映．解析：PM10表示直徑小于或等于1.0×10－5m的懸浮顆粒物，A錯誤；來自各個方向的空氣分子對PM10的撞擊不平衡，使PM10做布朗運動，是不規(guī)則的運動，故加速度大小和方向不斷變更，所以合力可以大于、小于或等于其重力的大小，故B錯誤，C正確；依據題干可推想，PM2.5的濃度應隨高度增加而減小，故D錯誤．答案：C擴散現(xiàn)象與布朗運動本質區(qū)分1．擴散現(xiàn)象干脆反映了分子的無規(guī)則運動，并且可以發(fā)生在固體、液體、氣體任何兩種物質之間．2．布朗運動不是分子的運動，我們也無法干脆視察分子的無規(guī)則運動，而是通過懸浮的固體小顆粒的無規(guī)則運動來反映液體分子的無規(guī)則運動．考點三分子力、分子勢能與分子間距離的關系分子力及分子勢能比較項目分子力F分子勢能Ep圖象隨分子間距離的變更狀況r<r0F隨r增大而減小，表現(xiàn)為斥力r增大，F(xiàn)做正功，Ep減小r>r0r增大，F(xiàn)先增大后減小，表現(xiàn)為引力r增大，F(xiàn)做負功，Ep增大r＝r0F引＝F斥，F(xiàn)＝0Ep最小，但不為零r>10r0引力和斥力都很微弱，F(xiàn)＝0Ep＝0eq\a\vs4\al(典例)(多選)兩分子間的斥力和引力的合力F與分子間距離r的關系如圖中曲線所示，曲線與r軸交點的橫坐標為r0.相距很遠的兩分子在分子力作用下，由靜止起先相互接近．若兩分子相距無窮遠時分子勢能為零，下列說法正確的是()A．在r>r0階段，F(xiàn)做正功，分子動能增加，勢能減小B．在r<r0階段，F(xiàn)做負功，分子動能減小，勢能也減小C．在r＝r0時，分子勢能最小，動能最大D．在r＝r0時，分子勢能為零E．分子動能和勢能之和在整個過程中不變[思維點撥](1)試分析分子做功與分子勢能變更的關系．(2)試分析r＝r0時分子力和分子勢能的特點．(3)只有分子力做功時的功能關系是什么．解析：由Ep-r圖象可知：在r>r0階段，當r減小時F做正功，分子勢能減小，分子動能增加，故A正確；在r<r0階段，當r減小時F做負功，分子勢能增加，分子動能減小，故B錯誤；在r＝r0時，分子勢能最小，但不為零，動能最大，故C正確，D錯誤；在整個相互接近的過程中，分子動能和勢能之和保持不變，故E正確．答案：ACE推斷分子勢能變更的兩種方法1．依據分子力做功推斷：分子力做正功，分子勢能減小；分子力做負功，分子勢能增加．2．利用分子勢能與分子間距離的關系圖線推斷，如圖所示．但要留意此圖線和分子力與分子間距離的關系圖線形態(tài)雖然相像但意義不同，不要混淆．考點四物體的內能1.內能與機械能的比較名稱比較內能機械能定義物體中全部分子熱運動的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)稱確定因素與物體的溫度、體積、物態(tài)和物質的量有關跟宏觀運動狀態(tài)、參考系和零勢能點的選取有關大小任何物體都有內能，恒不為零可以為零測量無法測量，其變更量可由做功和熱傳遞來量度可測量本質微觀分子的運動和相互作用的結果宏觀物體的運動和相互作用的結果運動形式熱運動機械運動聯(lián)系在肯定條件下可以相互轉化2.內能和熱量的比較項目內能熱量區(qū)分是狀態(tài)量，狀態(tài)確定則系統(tǒng)的內能隨之確定．一個物體在不同的狀態(tài)下有不同的內能是過程量，它表示由于熱傳遞而引起的內能變更過程中轉移的能量聯(lián)系在只有熱傳遞變更物體內能的狀況下，物體內能的變更量在數(shù)值上等于物體汲取或放出的熱量eq\a\vs4\al(典例)(多選)(2024·全國卷Ⅱ)對于實際的氣體，下列說法正確的是()A．氣體的內能包括氣體分子的重力勢能B．氣體的內能包括分子之間相互作用的勢能C．氣體的內能包括氣體整體運動的動能D．氣體的體積變更時，其內能可能不變E．氣體的內能包括氣體分子熱運動的動能[思維點撥]氣體分子間距離較大，確定氣體的內能的因素有哪些？解析：氣體的內能不考慮氣體自身重力的影響，故氣體的內能不包括氣體分子的重力勢能，選項A錯誤；實際氣體的內能包括氣體的分子動能和分子勢能兩部分，選項B、E正確；氣體整體運動的動能屬于機械能，不是氣體的內能，選項C錯誤；氣體體積變更時，分子勢能發(fā)生變更，氣體溫度也可能發(fā)生變更，即分子勢能和分子動能的和可能不變，選項D正確．答案：BDE分析物體的內能問題的技巧分析物體的內能問題應當明確以下幾點：1．內能是對物體的大量分子而言的，不存在某個分子內能的說法．2．確定內能大小的因素為溫度、體積、分子數(shù)，還與物態(tài)有關系．3．通過做功或熱傳遞可以變更物體的內能．4．溫度是分子平均動能的標記，相同溫度的任何物體，分子的平均動能均相同．1.(多選)(2024·河北衡水模擬)關于布朗運動，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．液體溫度越高，布朗運動越猛烈C．布朗運動是由于液體各部分溫度不同而起引的D．懸浮在液體中的固體小顆粒做布朗運動具有的能是機械能E．布朗運動是宏觀物體的運動，其運動規(guī)律遵循牛頓其次定律解析：布朗運動是懸浮微粒的無規(guī)則運動，A錯誤；布朗運動的猛烈程度與溫度有關，液體溫度越高，布朗運動越猛烈，B正確；布朗運動是由于來自各個方向的液體分子對固體小顆粒撞擊作用的不平衡引起的，C錯誤；懸浮在液體中的固體小顆粒做布朗運動具有的能是機械能，D正確；布朗運動是懸浮的固體小顆粒不停地做無規(guī)則的宏觀的機械運動，故其運動規(guī)律遵循牛頓其次定律，E正確．答案：BDE2．(多選)關于擴散現(xiàn)象，下列說法正確的是()A．溫度越高，擴散進行得越快B．擴散現(xiàn)象是不同物質間的一種化學反應C．擴散現(xiàn)象是由物質分子無規(guī)則運動產生的D．擴散現(xiàn)象在氣體、液體和固體中都能發(fā)生E．液體中的擴散現(xiàn)象是由于液體的對流形成的解析：擴散現(xiàn)象與溫度有關，溫度越高，擴散進行得越快，選項A正確；擴散現(xiàn)象是由于分子的無規(guī)則運動引起的，不是一種化學反應，選項B、E錯誤，選項C正確；擴散現(xiàn)象在氣體、液體和固體中都能發(fā)生，選項D正確．答案：ACD3.(多選)(2024·山東濟寧模擬)將一個分子P固定在O點，另一分子Q放在圖中的A點，兩分子之間的作用力與其間距的關系圖線如圖所示，虛線1表示分子間相互作用的斥力，虛線2表示分子間相互作用的引力，實線3表示分子間相互作用的合力．假如將分子Q從A點無初速度釋放，分子Q僅在分子力的作用下始終沿水平方向向左運動，則下列說法正確的是()A．分子Q由A點運動到C點的過程中，先加速再減速B．分子Q在C點的分子勢能最小C．分子Q在C點的加速度大小為零D．分子Q由A點釋放后運動到C點左側的過程中，加速度先增大后減小再增大E．該圖能表示固、液、氣三種狀態(tài)下分子力的變更規(guī)律解析：C點為斥力和引力相等的位置，C點的右側分子間作用力的合力表現(xiàn)為引力，C點的左側分子間作用力的合力表現(xiàn)為斥力，因此分子Q由A點運動到C點的過程中，分子Q始終做加速運動，分子的動能始終增大，分子勢能始終減小，當分子Q運動到C點左側時，分子Q做減速運動，分子動能減小，分子勢能增大，即分子Q在C點的分子勢能最小，A錯誤，B正確；C點為分子引力等于分子斥力的位置，即分子間作用力的合力為零，則分子Q在C點的加速度大小為零，C正確；分子Q由A點釋放后運動到C點左側的過程中，由題圖可知分子間作用力的合力先增大后減小再增大，則加速度先增大后減小再增大，D正確；氣體分子間距較大，分子間作用力很弱，不能用題圖表示氣體分子間作用力的變更規(guī)律，E錯誤．答案：BCD4．(多選)關于分子間相互作用力與分子間勢能，下列說法正確的是()A．在10r0距離范圍內，分子間總存在著相互作用的引力B．分子間作用力為零時，分子間的勢能肯定是零C．當分子間作用力表現(xiàn)為引力時，分子間的距離越大，分子勢能越小D．分子間距離越大，分子間的斥力越小E．兩個分子間的距離變大的過程中，分子間引力變更總是比斥力變更慢解析：在10r0距離范圍內，分子間總存在著相互作用的引力和斥力，選項A正確；分子間作用力為零時，分子間的勢能最小，但不是零，選項B錯誤；當分子間作用力表現(xiàn)為引力時，隨分子間的距離增大，克服分子力做功，故分子勢能增大，選項C錯誤；分子間距離越大，分子間的引力和斥力都是越小的，選項D正確；兩個分子間的距離變大的過程中，分子間引力變更總是比斥力變更慢，選項E正確．答案：ADE5．下列說法正確的是()A．液體中懸浮的小顆粒的無規(guī)則運動稱為布朗運動B．液體分子的無規(guī)則運動稱為布朗運動C．物體從外界汲取熱量，其內能肯定增加D．物體對外界做功，其內能肯定削減答案：A6．(多選)(2024·河南洛陽四校聯(lián)考)對于分子動理論和物體內能的理解，下列說法正確的是()A．溫度高的物體內能不肯定大，但分子平均動能肯定大B．外界對物體做功，物體內能肯定增加C．溫度相同的氫氣和氧氣的分子平均速率肯定不同D．0℃的冰熔化成0℃的水，內能不變E．當分子間作用力表現(xiàn)為斥力時，分子勢能隨分子間距離的減小而增大答案：ACE7．用放大600倍的顯微鏡視察布朗運動，估計放大后的小顆粒(碳)體積為0.1×10－9m3，碳的密度為2.25×103kg/m3，摩爾質量是1.2×10－2kg/mol，阿伏加德羅常數(shù)為6.02×1023