2019年度高考物理一轮复习第十三章热学第1讲分子动理论内能学案.doc

1、【 精品教育资源文库 】 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成的 (1)分子的大小 分子的直径 (视为球模型 )：数量级为 10 10 m； 分子的质量：数量级为 10 26 kg. (2)阿伏加德罗常数 1 mol 的任何物质都含有相同的粒子数 .通常可取 NA 6.0210 23 mol 1； 阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁 . 2.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

2、散现象越明显 . (2)布朗运动 定义：悬浮在液体中的 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 分子的永不停息的 无规则 运动叫做热运动； 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 . 3.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、； (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的关系图线 (如图 1 所示 )可知： 【 精品教育资源文库 】 图 1 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 10 9 m)时，分子力很弱，可以忽略不计 . 自测 1 根据分子动理论，下列说法正确的是 ( ) A.一个气体分子的体积等于气体的 摩尔体积与阿伏加德罗常数之比 B.显微镜下观察到的墨水中的小炭粒所做的不停地无规则运动，就是分子的运动 C.分子间

4、的相互作用的引力和斥力一定随分子间的距离增大而增大 D.分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大 答案 D 解析 由于气体分子的间距大于分子直径，故气体分子的体积小于气体的摩尔体积与阿伏加德罗常数之比，故 A 错误；显微镜下观察到的墨水中的小炭粒不停地无规则运动，是布朗运动，它是分子无规则运动的体现，但不是分子的运动，故 B 错误；分子间的相互作用力随分子间距离增大而减小，但斥力减小得更快，故 C 错 误；若分子间距是从小于平衡距离开始变化，则分子力先做正功再做负功，故分子势能先减小后增大，故 D 正确 . 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

5、标 摄氏温标和热力学温标 .关系： T t 273.15 K. 3.分子的动能 (1)分子动能是 分子热运动 所具有的动能； (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 . 【 精品教育资源文库 】 (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 (1)概念理解：物体中所有分子热运动的 动能 和 分子势能

6、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)改变物体内能的两种方式： 做功 和 热传递 . 自测 2 (多选 )对内能的理解，下列说法正确的是 ( ) A.系统的内能是由系统的状态决 定的 B.做功可以改变系统的内能，但是单纯地对系统传热不能改变系统的内能 C.不计分子之间的分子势能，质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能 D.1 g 100 水的内能小于 1 g 100 水蒸气的内能 答案 AD 解析 系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理

7、量，所以是由系统的状态决定的， A正确；做功和热传递都可以改变系统的内能， B 错误；质量和温度相同的氢气和氧气的平均动能相同，但它们的物质的量不同，内能不同， C 错误；在 1 g 100 的水变成 100 水蒸气的过程中，分子间距离变大，要克服分子 间的引力做功，分子势能增大，所以 1 g 100 水的内能小于 1 g 100 水蒸气的内能， D 正确 . 命题点一 微观量估算的 “ 两种建模方法 ” 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， d3 6V0 . 【 精品教育资源文库 】 (2)把分子看成小立方体， d 3 V0. 提醒：对于气体，利用 d

8、 3 V0算出的不是分子直径，而是气体分子间的平均距离 . 2.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 V molNA. 一个分子的体积： V0 VmolNA MNA(注：对气体， V0为分子所占空间体积 )； 物体所含的分子数： N VVmol NA mVmol NA或 N mM NA VM NA. 例 1 科学家可以运用无规则运动的规律来研究生物蛋白分子 .资料显示，某种蛋白的摩尔质量为 66 kg

9、/mol，其分子可视为半径为 3 10 9 m 的球，已知阿伏加德罗常数为 6.010 23 mol 1.请估算该蛋白的密度 .(计算结果保留一位有效数字 ) 答案 110 3 kg/m3 解析 摩尔体积 V 43 r3NA 由密度 MV， 解得 3M4 r3NA代入数据得 110 3 kg/m3 变式 1 (2018 福建泉州模拟 )2015 年 2 月， 美国科学家创造出一种利用细菌将太阳能转化为液体燃料的 “ 人造树叶 ” 系统，使太阳能取代石油成为可能 .假设该 “ 人造树叶 ” 工作一段时间后，能将 10 6 g 的水分解为氢气和氧气 .已知水的密度 1.010 3 kg/m3，摩尔

10、质量 M 1.810 2 kg/mol，阿伏加德罗常数 NA 6.010 23 mol 1.试求： (结果均保留一位有效数字 ) (1)被分解的水中含有水分子的总数 N； (2)一个水分子的体积 V0. 答案 (1)310 16个 (2)310 29 m3 解析 (1)水分子数： N mNAM 10 610 36.010 231.810 2 个 31016个 . 【 精品教育资源文库 】 (2)水的摩尔体积： Vmol M ， 一个水分子的体积 V0 VmolNA MNA 310 29 m3. 变式 2 已知常温常压下 CO2气体的密度为 ， CO2的摩尔质量为 M，阿伏加德罗常数为 NA，

11、则在该状态下容器内体积为 V 的 CO2气体含有的分子数为 _.在 3 km 的深海中， CO2浓缩成近似固体的硬胶体，此时若将 CO2分子看做直径 为 d 的球，则该容器内 CO2气体全部变成硬胶体后体积约为 _. 答案 VN AM d3VNA6M 解析 体积为 V 的 CO2气体质量 m V ，则分子数 N mMNA VN AM . CO2浓缩成近似固体的硬胶体，分子个数不变，则该容器内 CO2气体全部变成硬胶体后体积约为： V N 16 d3 d3VNA6M 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；

12、(3)相关因素：颗粒大小、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 . 【 精品教育资源文库 】 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 例 2

13、图 2 甲和乙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 30 s，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 2 答案 甲 乙 解析 对比甲、乙两图特点可知，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剧烈 . 例 3 (2017 北京理综 13) 以下关于热运动的说法正确的是 ( ) A.水

14、流速度越大，水分子的热运动越剧烈 B.水凝结成冰后，水分子的热运动停止 C.水的温度越高，水分子的热运动越剧烈 D.水的温度升高，每一个水分子的运动速率都会增大 答案 C 解析 分子热运动的快慢只与温度有关，与物体速度无关，温度越高，分子热运动越剧烈，A 错误， C 正确；水凝结成冰后，水分子的热运动仍存在，故 B 错 误；热运动是大量分子运动的统计规律，即温度是分子平均动能的标志，所以温度升高，分子的平均速率增大，并不【 精品教育资源文库 】 代表每一个分子的速率都增大，故 D 错误 . 变式 3 (多选 )(2015 全国卷 33(1) 关于扩散现象，下列说法正确的是 ( ) A.温度越高，扩散进行得越快 B.扩散现象是不同物质间的一种化学反应 C.扩散现象是由物质分子无规则运动产生的 D.扩散现象在气体、液体和固体中都能发生 E.液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的 答案 A