2020年物理高考大一轮复习 第13章 热学 第35讲 分子动理论 内能课件

第十三章热学(选修3－3)高考总复习·物理考情分析考纲要求五年试题核心考点1.阿伏加德罗常数(Ⅰ)2．气体分子运动速率的统计分布(Ⅰ)3．液晶的微观结构(Ⅰ)4．液体的表面张力现象(Ⅰ)5．饱和汽、未饱和汽、饱和汽压(Ⅰ)6．能量守恒定律(Ⅰ)7．固体的微观结构、晶体和非晶体(Ⅰ)8．理想气体(Ⅰ)9．热力学第二定律(Ⅰ)2014·全国卷Ⅰ，332014·全国卷Ⅱ，332015·全国卷Ⅰ，332015·全国卷Ⅱ，332016·全国卷Ⅰ，332016·全国卷Ⅱ，332017·全国卷Ⅲ，332017·全国卷Ⅰ，332017·全国卷Ⅱ，332018·全国卷Ⅲ，332018·全国卷Ⅰ，332018·全国卷Ⅱ，33(1)布朗运动与分子热运动(2)对分子力和分子势能的理解(3)对固体和液体的考查(4)对气体实验定律及热力学图象的考查(5)对热力学定律的考查(6)气体实验定律与热力学定律的综合第35讲分子动理论内能高考总复习·物理板块一板块二板块三课时达标目录板块一︿︿[知识梳理]1．物体是由大量分子组成的(1)分子直径大小的数量级为______m.(2)一般分子质量的数量级为______kg.(3)阿伏加德罗常数NA：1mol的任何物质所含有的分子数，NA＝_____________mol－1.10－1010－266.02×10232．分子永不停息地做无规则运动(1)扩散现象：_______接触的物体的分子或原子彼此进入对方的现象．温度越____，扩散得越快．(2)布朗运动：悬浮在液体中的微粒的永不停息地做_______运动．布朗运动反映了__________的无规则运动，微粒______，温度______，布朗运动越显著．互相高无规则液体分子越小越高3．分子间的相互作用力(1)分子间同时存在着______和______，实际表现的分子力是它们的______，它们都随分子间距离的增大而______，当分子间距离变化相等时斥力比引力变化_____．引力斥力合力减小快(2)分子力随分子间距离的变化图象如图所示：当rr0时，分子力表现为______；当r＝r0时，分子力为____；当rr0时，分子力表现为________．斥力零引力4．分子的动能(1)分子动能是______________所具有的动能．(2)平均动能是所有分子热运动的动能的平均值，_____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_______．分子热运动温度总和5．分子的势能(1)定义：由于分子间存在着引力和斥力，所以分子具有由它们的_____________决定的能．(2)分子势能的决定因素微观上——决定于_____________；宏观上——决定于物体的________．相对位置分子间距离体积6．物体的内能(1)物体中所有分子的热运动_______与__________的总和，叫做物体的内能．(2)对于给定的物体，其内能大小与物体的______和_____有关．(3)改变物体的内能有两种方式：______和___________．动能分子势能温度体积做功热传递[基础小练]判断下列说法是否正确(1)布朗运动是液体分子的无规则运动.()(2)扩散现象说明分子永不停息地做无规则运动.()(3)温度越高，布朗运动越剧烈，原因是分子运动剧烈.()(4)分子间的引力和斥力都随分子间距的增大而增大.()×√√×(5)摄氏温度升高3℃与热力学温度升高3K是等价的.()(6)分子动能指的是由于分子定向移动具有的能.()(7)当分子力表现为引力时，分子势能随分子间距离的增大而增大.()(8)温度相同的不同物体，它们的分子平均动能一定相同.()√×√√板块二︿︿[考法精讲]考法一微观量的估计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＝36V0π.(2)把分子看成小立方体，d＝3V0.提醒：对于气体，利用d＝3V0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ρ.(3)相互关系①一个分子的质量：m0＝MNA＝ρVmolNA；②一个分子的体积：V0＝VmolNA＝MρNA；(对气体V0为分子所占空间体积)③物体所含的分子数：n＝VVmolNA＝mρVmolNA或n＝mMNA＝ρVMNA.【自主练1】已知铜的摩尔质量为M(kg/mol)，铜的密度为ρ(kg/m3)，阿伏加德罗常数为NA(mol－1)．下列判断错误的是()A．1kg铜所含的原子数为NAMB．1m3铜所含的原子数为MNAρC．1个铜原子的质量为MNA(kg)D．1个铜原子的体积为MρNA(m3)B解析1kg铜所含的原子数N＝1MNA＝NAM，选项A正确；同理，1m3铜所含的原子数N＝ρMNA＝ρNAM，选项B错误；1个铜原子的质量m0＝MNA(kg)，选项C正确；1个铜原子的体积V0＝m0ρ＝MρNA(m3)，选项D正确．【自主练2】(2018·运城期末)已知地球到月球的平均距离为384400km，金原子的直径为3.48×10－9m，金的摩尔质量为197g/mol.若将金原子一个接一个地紧挨排列起来，筑成从地球通往月球的“分子大道”(NA＝6.02×1023mol－1)．试问：(1)该“分子大道”需要多少个原子？(2)这些原子的总质量为多少？解析(1)N＝3844000003.48×10－9＝1.10×1017(个)．(2)总质量为M＝NNAM金＝3.6×10－8kg.答案(1)1.10×1017(2)3.6×10－8kg归纳总结(1)分子的大小、体积、质量属微观量，直接测量它们的数值非常困难，可以借助较易测量的宏观量结合摩尔体积、摩尔质量等来估算这些微观量，其中阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁和纽带．(2)建立合适的物理模型，通常把固体、液体分子模拟为球形或小立方体形．气体分子所占据的空间则建立立方体模型．考法二分子热运动与布朗运动布朗运动与分子热运动的比较布朗运动分子热运动共同点都是无规则运动，都随温度的升高而变得更加剧烈小颗粒的运动分子的运动不同点使用光学显微镜观察使用电子显微镜观察联系布朗运动是由于小颗粒受到周围分子热运动的撞击力而引起的，反映了分子做无规则运动【自主练3】(2019·保定期末)(多选)我国已开展空气中PM2.5浓度的监测工作．PM2.5是指空气中直径等于或小于2.5μm的悬浮颗粒物，其漂浮在空中做无规则运动，很难自然沉降到地面，吸入后对人体形成危害．矿物燃料燃烧的排放物是形成PM2.5的主要原因．下列关于PM2.5的说法正确的()A．PM2.5的尺寸与空气中氧分子的尺寸的数量级相当B．PM2.5在空气中的运动属于分子热运动C．PM2.5的运动轨迹是由大量空气分子对PM2.5无规则碰撞的不平衡和气流运动决定的D．倡导低碳生活，减少煤和石油等燃料的使用，能有效减小PM2.5在空气中的浓度E．PM2.5必然有内能答案CDE解析“PM2.5”是指直径小于或等于2.5μm的颗粒物，大于氧分子尺寸的数量级，选项A错误；PM2.5在空气中的运动是固体颗粒的运动，不是分子的运动，选项B错误；PM2.5的运动轨迹是由大量空气分子碰撞的不平衡和气流运动共同决定的，选项C正确；减少矿物燃料燃烧的排放，能有效减小PM2.5在空气中的浓度，选项D正确；PM2.5是大量分子组成的颗粒物，一定具有内能，选项E正确．【自主练4】(多选)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液体的对流形成的ACD解析温度越高，分子的热运动越剧烈，扩散进行得越快，选项A、C正确；扩散现象是一种物理现象，不是化学反应，选项B错误；扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，选项D正确；液体中的扩散现象是由液体分子的无规则运动产生的，选项E错误．考法三油膜法测分子直径【自主练5】(2019·北京平谷区高三一模)在做“用油膜法测分子的大小”实验时，利用油酸分子的特性，易在水面上形成______(选填“单层”或“多层”)分子油膜，在某次实验中，将含有纯油酸体积为V的一滴油酸酒精溶液滴到水面上，形成面积为S的油酸薄膜，则由此可估测出油酸分子的直径为________．解析酸溶液滴在水面上扩散后形成的油酸油膜最大面积时，形成单分子油膜，油膜的厚度等于分子直径，所以在做“用油膜法测分子的大小”实验时，利用油酸分子的特性，易在水面上形成单层分子油膜；根据浓度按比例算出纯油酸的体积，把油酸分子看成小立方体，且不考虑分子间的空隙，油膜的厚度近似等于油酸分子的直径，由此可估测出油酸分子的直径为d＝VS.答案单层VS【自主练6】在“用油膜法测量分子直径”的实验中，将浓度为η的一滴油酸溶液，轻轻滴入水盆中，稳定后形成了一层单分子油膜．测得一滴油酸溶液的体积为V0，形成的油膜面积为S，则油酸分子的直径约为________；如果把油酸分子看成是球形的(球的体积公式为V＝16πd3，d为球直径)，计算该滴油酸溶液所含油酸分子的个数约为________．解析一滴油酸溶液的体积V0，由浓度为η的一滴油酸溶液，可得一滴酒精油酸溶液中含油酸的体积V2＝ηV0，而一滴酒精油酸溶液在水面上形成的油酸薄膜轮廓面积S，所以油酸分子直径d＝V2S＝ηV0S，已知体积为V0的一滴油酸溶液滴在水面上散开形成的单分子油膜的面积为S，则分子的直径d＝ηV0S，所以分子的体积V＝43πd23(分子以球型分布)，则ηV0＝n16πηV0S3，得n＝6S3πη2V20.答案ηV0S6S3πη2V20考法四分子与分子势能分子力、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的关系图线如图所示(取无穷远处分子势能Ep＝0)．(1)当r＞r0时，分子力为引力，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【例题1】(2019·四川四市高三联考)(多选)两个在外力作用下相距较近的分子，撤去外力，两个分子仅在分子力作用下由静止开始运动，直至相距很远．在此过程中，下列说法正确的是()A．分子力先是斥力，后是引力B．分子力大小先增大，后减小C．分子动能先增大，后减小D．分子势能先增大，后减小E．分子势能和动能之和不变ACE解析两个在外力作用下相距较近的分子，释放后开始时分子力是斥力，随分子间距变大分子力减小，当两分子间距大于r0时分子力为引力，分子力随分子间距先变大，后减小，选项A正确，B错误；分子力先做正功，后做负功，则分子动能先增大后减小，分子势能先减小后增大，由于只有分子力做功，则分子势能和动能之和不变，选项C、E正确，D错误．归纳总结(1)分子势能在平衡位置有最小值，无论分子间距离如何变化，靠近平衡位置，分子势能减小，反之增大．(2)判断分子势能变化的两种方法方法一：利用分子力做功判断．分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增大.方法二：利用分子势能Ep与分子间距离r的关系图线判断，如图所示．要注意此图线和分子力与分子间距离的关系图线形状虽然相似，但意义不同，不要混淆．【跟踪训练1­1】(2019·海口模拟)(多选)两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图中曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为r0.相距很远的两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近．若两分子相距无穷远时分子势能为零，下列说法正确的是()A．在rr0阶段，F做正功，分子动能增加，势能减小B．在rr0阶段，F做负功，分子动能减小，势能也减小C．在r＝r0时，分子势能最小，动能最大D．在r＝r0时，分子势能为零E．分子动能和势能之和在整个过程中不变答案ACE解析由F­r图可知，在rr