人教版高考物理一轮复习第13章第1节分子动理论内能课件

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雾霾天气、高压锅、气压计、湿度计、海浪发电机、蛟龙号深海探测器、喷雾器、火罐、拔罐等
分子动理论、固体和液体的性质、气体实验定律、热力学定律、油膜法测分子直径实验、探究等温情况下一定气体压强与体积的关系
高考对本部分的考查方向比较广泛,每个知识点都有可能涉及。既有选择题,又有计算题。考查的具体内容主要包括以下几个方面:①分子动理论、固体和液体的性质;②热力学定律和气体状态变化的图像问题;③结合汽缸模型、U形管、直管、L形管模型以及生活生产中的器皿,考查气体实验定律和气体状态方程
一、分子动理论的基本观点和实验依据、阿伏加德罗常数①
①注:阿伏加德罗常数NA=6.02×1023ml-1是联系微观量和宏观量的桥梁。　　
二、分子运动速率分布规律1.气体分子运动的特点:气体分子间距较　　　,分子力可以忽略,因此可以认为气体分子间除碰撞外不受其他力的作用,故气体能充满　　　　　。 2.气体的压强(1)产生原因:由于大量分子无规则地运动而碰撞器壁,形成对器壁各处均匀、持续的作用力。(2)决定因素:决定于分子的　　　　　　和　　　　　　　　。 
三、内能1.分子的动能(1)分子动能是　　　　　　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　　　　。 
2.分子的势能(1)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,即分子势能。 (2)分子势能的影响因素微观上:分子势能的大小是由分子间的相对位置决定的;宏观上:分子势能与物体的　　　　有关。 3.物体的内能(1)物体的内能等于物体中所有分子的热运动的　　　与分子　　　　的总和。(2)对于给定的物体,其内能大小与　　　　和　　　有关。 (3)物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小　　　　。 
1.判断下列说法的正误。(1)布朗运动是液体分子的无规则运动。(　　)(2)温度越高,布朗运动越剧烈。(　　)(3)分子间的引力和斥力都随分子间距的增大而增大。(　　)(4)温度升高,所有分子运动的速率都变大。(　　)(5)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。(　　)
2.两个分子由距离很远(r>10-9m)逐渐靠拢到很难再靠近的过程中,分子间作用力的大小将(　　)A.先减小后增大B.先增大后减小C.先增大后减小再增大D.先减小后增大再减小
答案 C解析 根据分子间相互作用力的特点,两个分子由距离很远逐渐靠拢到很难再靠近的过程中,分子间作用力先增大后减小再增大,故C正确。
3.关于物体的内能和分子势能,下列说法中正确的是(　　)A.物体的速度增大,则分子的动能增加,内能也一定增加B.物体温度不变,内能可能变大C.物体的内能与温度有关,与物体的体积无关D.把物体举得越高,分子势能越大
答案 B解析 物体的速度、高度只与其机械能有关,与内能、分子势能无关,A、D错误;物体温度不变,分子平均动能不变,但分子势能可能变大,所以内能可能变大,B正确;物体的内能与其温度、体积都有关,C错误。
4.(新教材人教版选择性必修第三册P17B组T1改编)已知铁的摩尔质量为5.6×10-2 kg/ml,密度为7.9×103 kg/m3,求每个铁分子的质量和铁分子的体积。
答案0.93×10-25 kg　0.12×10-28 m3解析每个铁分子的质量等于铁的摩尔质量除以阿伏加德罗常数,为0.93×10-25kg;铁分子的体积等于每个分子的质量除以密度为0.12×10-28 m3。
物质有固态、液态和气态三种情况,不同物态下应将分子看成不同的模型。(1)固体、液体分子一个一个紧密排列,可将分子看成球形或立方体形,如图所示,分子间距等于小球的直径或立方体的棱长,
(2)气体分子不是一个一个紧密排列的,它们之间的距离很大,所以气体分子的大小不等于分子所占有的平均空间,如图所示,此时每个分子占有的空间视为棱长为d的立方体,所以 。提醒:对于气体,利用 得到的不是分子直径,而是气体分子间的平均距离。
2.微观量与宏观量间的关系微观量:分子体积V0、分子直径d、分子质量m0。宏观量:物体的体积V、摩尔体积Vm、物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ。
【典例1】 (2017江苏卷)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/ml,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6.0×1023 ml-1。请估算该蛋白的密度。(计算结果保留一位有效数字)
答案1×103 kg/m3或5×102 kg/m3
破题 根据分子求模型,先计算一个分子的体积,再计算摩尔体积,根据密度公式可计算结果(注意有效数字)。
易错警示 微观量估算的三点注意1.微观量的估算应利用阿伏加德罗常数的桥梁作用,依据分子数N与摩尔数n之间的关系N=n·NA,并结合密度公式进行分析计算。2.注意建立正方体分子模型或球体分子模型,通常把固体、液体分子模拟为球形或立方体形,气体分子所占据的空间可模拟为立方体模型。3.对液体、固体物质可忽略分子之间的间隙;对气体物质,分子之间的距离远大于分子的大小,气体的摩尔体积与阿伏加德罗常数的比值不等于气体分子的体积,仅表示一个气体分子平均占据的空间大小。
1.(2020广西名校模拟)已知铜的摩尔质量为6.4×10-2 kg/ml,密度为8.9×103 kg/m3,阿伏加德罗常数为6.0×1023 ml-1,则每个铜原子质量为　　　　　 kg,每个铜原子体积为　　　　　m3,铜原子的直径为　　　　　m。(前两空保留两位有效数字,最后一空保留一位有效数字) 
答案1.1×10-25　1.2×10-29　3×10-10
2.(多选)若以V表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积,ρ表示在标准状态下水蒸气的密度,M表示水的摩尔质量,M0表示一个水分子的质量,V0表示一个水分子的体积,NA表示阿伏加德罗常数,则下列关系式正确的是(　　)
1.扩散现象、布朗运动与热运动的比较
2.气体的分子动理论(1)气体分子间的作用力:气体分子之间的距离远大于分子直径,气体分子之间的作用力十分微弱,可以忽略不计,气体分子间除碰撞外无相互作用力。(2)气体分子的速率分布:表现出“中间多,两头少”的统计分布规律。(3)气体分子的运动方向:气体分子的运动时杂乱无章的,但向各个方向运动的机会均等。(4)气体分子的运动与温度的关系:温度一定时,某种气体分子的速率分布是确定的,速率的平均值也是确定的,温度升高,气体分子的平均速率增大,但不是每个分子的速率都增大。
3.雾霾天气是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述,是特定气候条件与人类活动相互作用的结果。雾霾中,各种悬浮颗粒物形状不规则,但可视为密度相同、直径不同的球体,并用PM10、PM2.5分别表示球体直径小于或等于10 μm、2.5 μm的颗粒物(PM是颗粒物的英文缩写)。某科研机构对北京地区的检测结果表明,在静稳的雾霾天气中,近地面高度百米的范围内,PM10的浓度随高度的增加略有减小,大于PM10的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小,且两种浓度分布基本不随时间变化。据此材料,以下叙述正确的是(　　)A.PM10表示直径小于或等于1.0×10-6 m的悬浮颗粒物B.PM10受到的空气分子作用力的合力始终大于其所受到的重力C.PM10和大悬浮颗粒物都在做布朗运动D.PM2.5的浓度随高度的增加逐渐增大
答案 C解析 PM10表示直径小于或等于1.0×10-5 m的悬浮颗粒物,A错误;来自各个方向的空气分子对PM10的撞击不平衡,使PM10做布朗运动,是不规则的运动,故加速度大小和方向不断变化,所以合力可以大于、小于或等于其重力的大小,故B错误,C正确。根据题干可推测,PM2.5的浓度应随高度增加而减小,故D错误。
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
答案ACD　解析扩散现象与温度有关,温度越高,扩散进行得越快,选项A正确。扩散现象是由分子的无规则运动引起的,不是化学反应或液体对流,选项B、E错误,C正确。扩散现象在气体、液体和固体中都能发生,选项D正确。
5.(2020山东三校联考)下面的表格是某地区1~6月份的气温与气压对照表:
根据上表数据可知,该地区从1月份到6月份(　　)A.空气分子无规则热运动剧烈程度呈减小的趋势B.6月的任何一个空气分子的无规则热运动的速率一定比它在1月时速率大C.单位时间对单位面积的地面撞击的空气分子数呈减少的趋势D.单位时间内地面上单位面积所受气体分子碰撞的总冲量呈增加的趋势
答案 C解析 温度是分子平均动能的标志,温度越高,分子的平均动能越大,分子无规则热运动越剧烈,从1月到6月,温度逐渐升高,空气分子无规则热运动剧烈程度呈增大的趋势,故A错误;6月温度最高,分子平均动能最大,但分子平均动能是对大量分子的一种统计规律,对于具体的某一个分子并不适用,所以不能说明6月的任何一个空气分子的无规则热运动的速率一定比它在1月时速率大,故B错误;
根据气体压强的微观意义,气体压强和单位时间单位面积对地面撞击次数、气体的分子平均动能有关;温度升高,即气体的分子平均动增大,而压强p减小,说明单位时间单位面积对地面撞击次数减小,所以单位时间对单位面积的地面撞击的空气分子数呈减少的趋势,故C正确;根据气体压强的微观意义,气体压强大小在数值上等于单位时间内地面上单位面积所受气体分子碰撞的总冲量大小,大气压强呈减小的趋势,单位时间内地面上单位面积所受气体分子碰撞的总冲量也呈减小的趋势,故D错误。
1.分子力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图线
2.物体的内能与机械能的比较
6.(多选)对于实际的气体,下列说法正确的是(　　)A.气体的内能包括气体分子的重力势能B.气体的内能包括气体分子之间相互作用的势能C.气体的内能包括气体整体运动的动能D.气体的体积变化时,其内能可能不变
答案 BD　解析 气体的内能是指所有气体分子热运动的动能和相互作用的势能之和,不包括分子的重力势能和气体整体运动的动能,选项A、C错误,B正确;气体体积变化时,其分子势能可能增加、可能减小,而分子的动能可能增加、可能减小,其内能可能不变,选项D正确。
7.(多选)(2020河南许昌模拟)两个相邻的分子之间同时存在着引力和斥力,它们随分子之间距离r的变化关系如图所示。图中虚线是分子斥力和分子引力曲线,实线是分子合力曲线。当分子间距为r=r0时,分子之间合力为零,则下列关于该两分子组成系统的分子势能Ep与两分子间距离r的关系曲线可能正确的是(　　)
答案BCE　解析由于r=r0时,分子之间的作用力为零,当r>r0时,分子间的作用力为引力,随着分子间距离的增大,分子力做负功,分子势能增加,当r8.(2020全国卷Ⅰ)分子间作用力F与分子间距r的关系如图所示,r=r1时,F=0。分子间势能由r决定,规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零。若一分子固定于原点O,另一分子从距O点很远处向O点运动,在两分子间距减小到r2的过程中,势能　　　　(选填“减小”“不变”或“增大”);在间距由r2减小到r1的过程中,势能　　　(选填“减小”“不变”或“增大”);在间距等于r1处,势能　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)零。 
答案 减小　减小　小于解析 根据分子力做功和分子势能变化的关系分析。两分子相距无穷远时分子间的势能为零,在两分子间距减小到r1的过程中,分子力是引力,分子力做正功,分子势能一直减小,在间距等于r1时,分子势能小于零。
注意事项 1.将所有的实验用具擦洗干净,不能混用。2.油酸酒精溶液的浓度以小于0.1%为宜。3.浅盘中的水离盘口面的距离应较小,并要水平放置,以便准确地画出薄膜的形状,画线时视线应与板面垂直。误差分析 1.纯油酸体积的计算引起误差;2.对油膜形状画线时带来误差;3.数格子法本身是一种估算的方法,从而会带来误差。
【典题2】 (2019全国Ⅲ卷)用油膜法估算分子大小的实验中,首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液,稀释的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积,可以　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 为得到油酸分子的直径,还需测量的物理量是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　。 
答案使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜　把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中,测出1 mL油酸酒精溶液的滴数,得到一滴溶液中纯油酸的体积　单分子层油膜的面积解析稀释后,油酸在浅盘的水面上更容易形成一块单分子层油膜。把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中,测出1 mL油酸酒精溶液的滴数n,得到一滴油酸酒精溶液的体积 ,之后根据浓度求出一滴溶液中纯油酸的体积。根据公式 可知,还需要测单分子层油膜的面积S。
油膜体积的测定——积聚法:由于一滴纯油酸中含有的分子数仍很大,形成的单层分子所占面积太大,不便于测量,故实验中先把油酸溶于酒精中稀释,测定其浓度,再测出1 mL油酸酒精溶液的滴数,取一滴用于实验,最后计算出一滴溶液中含有的纯油酸的体积作为油膜的体积。
【典题3】 (2020山东济南期中)在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时,油酸酒精溶液的浓度为每1 000 mL溶液中有纯油酸0.2 mL,用量筒和注射器测得1 mL上述溶液有80滴,用注射器把一滴该溶液滴入表面撒有痱子粉的浅盘里,待水面稳定后,画出油酸薄膜的轮廓如图所示,图中正方形小方格的边长为1 cm。(结果均保留两位有效数字)
(1)油酸薄膜的面积是　　　　　　 m2; (2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是　m3; (3)根据上述数据,估测出油酸分子的直径是　　　　m(结果保留两位有效数字); (4)某同学所得到的油酸分子直径的计算结果明显偏小,可能是由于　　　　。 A.油酸未完全散开B.油酸酒精溶液中含有大量酒精C.计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格D.在向量筒中滴入1 mL油酸酒精溶液时,滴数多数了10滴
答案(1)4.0×10-3　(2)2.5×10-12 (3)6.3×10-10　(4)D解析(1)由于每格边长为1 cm,则每一格就是1 cm2,估算油膜面积以超过半格以一格计算,小于半格就舍去的原则,估算出40格,则油酸薄膜面积为:S=40 cm2=4.0×10-3 m2;
(3)计算油酸分子直径的公式是 ,V是纯油酸的体积,S是油膜的面积。(4)油膜没有充分展开,则测量的面积S偏小,导致结果计算偏大,故A错误;计算时利用的是纯油酸的体积,酒精的作用是更易于油酸平铺成单层薄膜,自身溶于水或挥发掉,使测量结果更精确,故B错误;计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格,S将偏小,故得到的分子直径将偏大,故C错误;计算时把向量筒中滴入1 mL油脂酒精溶液时,滴数多数了10滴,浓度降低,则d偏小,故D正确。
油膜面积的测定:如图所示,将画有油酸薄膜轮廓的有机玻璃板取下放在坐标格纸上,以边长为1 cm的方格为单位,数出轮廓内正方形的格数(不足半格的舍去,超过半格的计为1格),计算出油膜的面积S。
9.(2020北京朝阳检测)在“油膜法估测分子直径”的实验中,我们通过宏观量的测量间接计算微观量。(1)本实验利用了油酸分子易在水面上形成　　　　　(选填“单层”或“多层”)分子油膜的特性。若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,则由此可估测油酸分子的直径为　　　　　。 
(2)某同学实验中先取一定量的无水酒精和油酸,制成一定浓度的油酸酒精溶液,测量并计算一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积后,接着又进行了下列操作:A.将一滴油酸酒精溶液滴到水面上,在水面上自由地扩展为形状稳定的油酸薄膜B.将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算油酸薄膜的面积C.将玻璃板盖到浅水盘上,用彩笔将油酸薄膜的轮廓画在玻璃板上D.向浅盘中倒入约2 cm深的水,将痱子粉均匀地撒在水面上以上操作的合理顺序是　　　　　(填字母代号)。 (3)若实验时痱子粉撒的太厚,则所测的分子直径会　　　　　(选填“偏大”或“偏小”)。 
答案(1)单层　 (2)DACB　(3)偏大解析(1)在“用油膜法估测分子的大小”实验中,我们的实验依据是:①油膜是呈单分子分布的;②把油酸分子看成球形;③分子之间没有空隙;由上可知,在水面上要形成单层分子油膜;一滴油酸的体积为V,油酸分子的直径为 。
(2)本实验首先要制备酒精油酸溶液,并明确一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积,同时通过量筒测出N滴油酸酒精溶液的体积;同时向浅盘中倒入约2 cm深的水,将痱子粉均匀地撒在水面上;然后将此溶液1滴在有痱子粉的浅盘里的水面上,等待形状稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔描绘出油酸膜的形状,将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,按不足半个舍去,多于半个的算一个,统计出油酸薄膜的面积。则用此溶液的体积除以其的面积,恰好就是油酸分子的直径。故正确的步骤为DACB。(3)实验过程中,若油膜没有完全散开,则油酸溶液在水面上形成的油膜面积偏小,由 可知,实验测量的油酸分子的直径偏大。
10.(2020山东青岛胶州期中)用油膜法估测分子的大小时有如下步骤:A.将玻璃板放在浅盘上,然后将油酸膜的形态用彩笔画在玻璃板上;B.将油酸和酒精按一定比例配制好;把酒精油酸溶液一滴一滴地滴入量筒中,当体积达到1 mL时记下滴入的滴数,算出每滴液滴的体积;把一滴酒精油酸溶液滴在水面上,直至薄膜形态稳定;C.向浅盘中倒入约2 cm深的水,向浅盘中的水面均匀地撤入石膏粉(或痱子粉);D.把玻璃板放在方格纸上,数出薄膜所占面积;E.计算出油膜的厚度 ;把以上各步骤按合理顺序排列如下:　　　　　。