(江苏专用)2020版高考物理新增分大一轮复习第十二章热学第1讲分子动理论内能讲义(含解析).docx
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1、1分子动理论 内能考试内容范围及要求 高考统计 高考命题解读内容 要求 说明 2015 2016 2017 201864.分子动理论的基本观点 阿伏加德罗常数 T12A(3)65.布朗运动 T12A(2)66.分子热运动速率的统计分布规律 T12A(2) T12A(2)67.温度 内能 68.气体压强的微观解释 T12A(2)69.晶体和非晶体 晶体的微观结构 T12A(1)70.液晶 71.液体的表面张力 对浸润和不浸润现象、毛细现象的解释不作要求72.气体实 T12A(3) T12A(1)1.考查方式从近几年高考题来看,对于热学内容的考查,形式比较固定,一般第(1)问为选择题,第(2)问为
2、填空题,第(3)问为计算题,主要是对热学单一知识点从不同角度设计问题.2.命题趋势试题将坚持立足基本概念,贴近教材和教学实际,情境接近生活经历,关注社会问题,亲近自然,体现“从生活走向物理,从物理走向社会”的课程理念.试题关注学科素养,引导学以致用,引导高中教学注重培养学生应用2验定律73.理想气体 74.热力学第一定律 T12A(2) T12A(3) T12A(1) T12A(3)75.饱和汽 未饱和汽 饱和汽压 相对湿度 T12A(1) T12A(1)76.能源与可持续发展实验十一:用油膜法估测分子的大小知识解决实际问题的能力.第 1讲 分子动理论 内能一、分子动理论1.物体是由大量分子组
3、成的(1)分子的大小分子的直径(视为球模型):数量级为 1010 m;分子的质量:数量级为 1026 kg.(2)阿伏加德罗常数1mol 的任何物质都含有相同的粒子数.通常可取 NA6.0210 23mol1 ;阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁.自测 1 已知铜 的 摩 尔 质 量 为 M(kg/mol), 铜 的 密 度 为 (kg/m3), 阿 伏加德罗常数为NA(mol1 ),下列说法正确的是( )A.1个铜原子的质量为NAM3B.1个铜原子的质量为MNAC.1个铜原子所占的体积为MNAD.1个铜原子所占的体积为 MNA答案 B解析 1mol 铜的质量等于 NA个铜原子的
4、质量之和,所以一个铜原子的质量为 m ,A 错误,MNAB正确;1mol 铜的体积为 ,这是 NA个铜原子所占体积的总和,所以每个铜原子所占的体M积为 ,C、D 错误.M NA2.分子永不停息地做无规则运动(1)扩散现象定义:不同物质能够彼此进入对方的现象;实质:扩散现象并不是外界作用引起的,也不是化学反应的结果,而是由分子的无规则运动产生的物质迁移现象,温度越高,扩散现象越明显.(2)布朗运动定义:悬浮在液体或气体中的小颗粒的永不停息的无规则运动;实质:布朗运动反映了液体或气体分子的无规则运动;特点:颗粒越小,运动越明显;温度越高,运动越剧烈.(3)热运动分子永不停息的无规则运动叫做热运动;
5、特点:分子的无规则运动和温度有关,温度越高,分子运动越激烈.自测 2 如图 1是观察布朗运动时每隔 30s记录 1次的微粒位置连线图,开始时微粒在位置 1,以后的位置依次是 2、3、4、,由此图得到的下列结论中正确的是( )图 1A.此图反映了观察时间内微粒的运动轨迹B.此图只是间接地反映了液体分子的运动是无规则运动C.若在第 75s再观察一次,微粒应处于位置 3和位置 4连线的中点4D.微粒在从位置 7到位置 8的这 30s内运动得最快答案 B3.分子间同时存在引力和斥力(1)物质分子间存在空隙,分子间的引力和斥力是同时存在的,实际表现出的分子力是引力和斥力的合力;(2)分子力随分子间距离变
6、化的关系:分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小,随分子间距离的减小而增大,但斥力比引力变化得快;(3)分子力与分子间距离的关系图线由分子间的作用力与分子间距离关系图线(如图 2所示)可知:图 2当 r r0时, F 引 F 斥 ,分子力为零;当 r r0时, F 引 F 斥 ,分子力表现为引力;当 r r0时, F 引 F 斥 ,分子力表现为斥力;当分子间距离大于 10r0(约为 109 m)时,分子力很弱,可以忽略不计.二、温度和内能1.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 t273.15K.3.分子的动能(1)分子动能是分子热运动所
7、具有的动能;(2)分子热运动的平均动能是所有分子热运动动能的平均值,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5(1)概念理解:物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和,是状态量;(2)决定因素:对于给定的物体,其内能大小由物体的温度和体积决定,即由物体内部状态决定;(3)影响因素:物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关;(4)改变物体内能的两
8、种方式:做功和热传递.自测 3 (2017南通市第一次调研)在分子间作用力表现为引力的情况下,当分子间的距离增大时,分子间的引力(选填“增大” “减小”或“不变”),分子势能(选填“增大” “减小”或“不变”).答案 减小 增大三、实验:用油膜法估测分子的大小1.实验原理实验采用使油酸在水面上形成一层单分子油膜的方法估测分子的大小.当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时,油酸就在水面上散开,其中的酒精溶于水,并很快挥发,在水面上形成如图 3甲所示形状的一层纯油酸薄膜.如果算出一定体积的油酸在水面上形成的单分子油膜的面积,即可算出油酸分子的大小.用 V表示一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积,用
9、S表示单分子油膜的面积,用 d表示分子的直径,如图乙所示,则 d .VS图 32.实验器材盛水浅盘、注射器(或滴管)、容量瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉(或细石膏粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩笔.3.实验步骤(1)用稀酒精溶液及清水清洗浅盘,充分洗去油污、粉尘,以免给实验带来误差.(2)配制油酸酒精溶液,取纯油酸 1mL,注入 500mL的容量瓶中,然后向容量瓶内注入酒精,直到液面达到 500mL刻度线为止,摇动容量瓶,使油酸充分溶解在酒精中,这样就得到了500mL含 1mL纯油酸的油酸酒精溶液.(3)用注射器(或滴管)将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,并记下量筒内增加一定体积Vn时的滴数 n.(
10、4)根据 V0 算出每滴油酸酒精溶液的体积 V0.Vnn6(5)向浅盘里倒入约 2cm深的水,并将痱子粉或细石膏粉均匀地撒在水面上.(6)用注射器(或滴管)将一滴油酸酒精溶液滴在水面上.(7)待油酸薄膜的形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,并将油酸膜的形状用彩笔画在玻璃板上.(8)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 S(求面积时以坐标纸上边长为 1cm的正方形为单位计算轮廓内正方形的个数,不足半个的舍去,多于半个的算一个).(9)根据油酸酒精溶液的配制比例,算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积 V,并代入公式d 算出油酸薄膜的厚度 d.VS(10)重复以上实验步骤,多测几次油
11、酸薄膜的厚度,并求平均值,即为油酸分子的大小.命题点一 阿伏加德罗常数的应用1.求解分子直径时的两种模型(对于固体和液体)(1)把分子看成球形, d .36V0(2)把分子看成小立方体, d .3V0提醒 对于气体,利用 d 算出的不是分子直径,而是气体分子间的平均距离.3V02.宏观量与微观量的相互关系(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 M、物体的密度 .(3)相互关系一个分子的质量: m0 .MNA VmolNA一个分子的体积: V0 (注:对气体, V0为分子所占空间体积);VmolNA
12、M NA物体所含的分子数: N NA NA或 N NA NA.VVmol m Vmol mM VM例 1 (2018南 京 市 、 盐 城 市 一 模 )铁 的 密 度 7.8103 kg/m3、 摩 尔 质 量 M 5.6102 kg/mol,阿伏加德罗常数 NA6.010 23mol1 .可将铁原子视为球体,试估算:(结果均保留一位有效数字)(1)1克铁含有的分子数;(2)铁原子的直径大小.答案 见解析7解析 (1) N m 110 22个NAM(2) , V0 d3MVmol 16又 NAVmolV0d 310 10 m3 6M NA变式 1 (2018南京市学情调研)氙气灯在亮度、耗能
13、及寿命上都比传统灯有优越性.某轿车的灯泡的容积 V1.5mL,充入氙气的密度 5.9kg/m 3,摩尔质量 M0.131 kg/mol,阿伏加德罗常数 NA610 23mol1 .试估算灯泡中:(结果均保留一位有效数字)(1)氙气分子的总个数;(2)氙气分子间的平均距离.答案 见解析解析 (1)充入灯泡氙气的物质的量 n ,分子数 N nNA 410 19个 VM VNAM(2)每个分子所占的空间为 V0 ,则分子间平均距离 a 310 9 mVN 3VN命题点二 布朗运动与分子热运动1.布朗运动(1)研究对象:悬浮在液体或气体中的小颗粒;(2)运动特点:无规则、永不停息;(3)相关因素:颗粒
14、大小,温度;(4)物理意义:说明液体或气体分子做永不停息的无规则的热运动.2.扩散现象:相互接触的物体分子彼此进入对方的现象.产生原因:分子永不停息地做无规则运动.3.扩散现象、布朗运动与热运动的比较现象 扩散现象 布朗运动 热运动活动主体分子 微小固体颗粒 分子区别分 子 的 运 动 , 发 生在 固 体 、 液 体 、 气体 任 何 两 种 物 质 之 间比分子大得多的微粒的运动,只能在液体、气体中发生分子的运动,不能通过光学显微镜直接观察到共同点 都是无规则运动;都随温度的升高而更加激烈联系 扩散现象、布朗运动都反映分子做无规则的热运动8例 2 (2017江苏单科12A(2)图 4甲和乙
15、是某同学从资料中查到的两张记录水中炭粒运动位置连线的图片,记录炭粒位置的时间间隔均为 30s,两方格纸每格表示的长度相同.比较两张图片可知:若水温相同,(选填“甲”或“乙”)中炭粒的颗粒较大;若炭粒大小相同,(选填“甲”或“乙”)中水分子的热运动较剧烈.图 4答案 甲 乙解析 由题图可知,乙图中的炭粒运动剧烈,若水温相同,颗粒越小运动越剧烈,故甲中炭粒的颗粒较大;若炭粒大小相同,则水温越高,布朗运动越剧烈,故乙中水分子热运动较剧烈.命题点三 分子力与分子势能分子力、分子势能与分子间距离的关系分子力 F、分子势能 Ep与分子间距离 r的关系图线如图 5所示(取无穷远处分子势能 Ep0).图 5(
16、1)当 r r0时,分子力表现为引力,当 r增大时,分子力做负功,分子势能增加.(2)当 r r0时,分子力表现为斥力,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.例 3 (2018南京市、盐城市二模)两分子间的作用力 F与分子间距离 r的关系如图 6中曲线所示,曲线与 r轴交点的横坐标为 r0,甲分子固定在坐标原点 O,乙分子在分子力作用下从图中 a点由静止开始运动.在 r r0阶段,乙分子的动能(选填“增大” “减小”或“先增大后减小”),两分子的势能(选填“增大” “减小”或“先减小后增大”).图 69答案 增大 减小解析 由题图可知,在 r r0阶段,
17、分子间是引力作用,分子力对乙分子做正功,乙分子的动能增大,两分子间的分子势能减小.变式 2 (多选)图 7为两分子系统的势能 Ep与两分子间距离 r的关系曲线.下列说法正确的是( )图 7A.当 r大于 r1时,分子间的作用力表现为引力B.当 r小于 r1时,分子间的作用力表现为斥力C.当 r等于 r2时,分子间的作用力为零D.在 r由 r1变到 r2的过程中,分子间的作用力做负功答案 BC解析 结合题图可知,分子间距离由非常近到 r1时, Ep减少,分子力做正功,分子力表现为斥力;当分子间距离由 r1到 r2时, Ep减小,分子力做正功,故分子力表现为斥力,A、D错,B 对;分子间距离由 r
18、2继续增大时,分子势能增加,说明分子力做负功,即分子力表现为引力,故分子间距离为 r2时,分子间作用力为零,C 对.命题点四 分子平均动能与温度对于温度微观意义(即温度是物体分子热运动的平均动能的标志)的理解,要注意以下几个方面:(1)研究一个分子热运动的动能是没有意义的,因为它的动能在毫无规则地变化着,我们无法把握,也无需把握,因而一个分子的热运动代表不了温度.(2)温度代表着大量分子热运动的平均动能,但这并不意味着温度高每个分子热运动的动能都会大.关于气体的内能,通常情况下气体分子间的势能可以不计,即在通常情况下气体的内能与气体的体积无关.(3)特别要注意同一温度下,不同物质分子的平均动能
19、都相同,但由于不同物质的分子质量不尽相同,所以分子运动的平均速率不尽相同.例 4 (2018扬州市一模)给一定质量的 0的水加热,在水的温度由 0上升到 4的过程中,水的体积随着温度的升高反而减小,我们称之为“反常膨胀”.查阅资料知道:在水“反常膨胀”的过程中,体积减小是由于水分子之间的结构发生了变化,但所有水分子间的总势能是增大的.由此可知, “反常膨胀”时,水分子的平均动能(选填“增大” “减小”或“不变”),吸收的热量(选填“大于” “小于”或“等于”)所有水分子的总势能增加量.10答案 增大 大于解析 温度是分子平均动能的标志,温度升高,分子的平均动能增大;分子的平均动能增大,所有水分
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