人教版高考物理一轮总复习第15章第1讲分子动理论课时学案

这是一份人教版高考物理一轮总复习第15章第1讲分子动理论课时学案，共11页。学案主要包含了分子动理论，分子运动速率分布规律和内能等内容，欢迎下载使用。


第1讲 分子动理论
一、分子动理论
1．物体是由大量分子组成的
阿伏加德罗常数：1 ml的任何物质所含有的相同的粒子数。通常可取NA＝6.02×1023 ml－1。
2．分子在做永不停息的无规则运动
(1)扩散现象
①定义：不同种物质能够彼此进入对方的现象。
②实质：扩散现象是由分子的无规则运动产生的，温度越高，扩散现象越明显。
(2)布朗运动
①定义：悬浮在液体中的微粒的永不停息的无规则运动。
②实质：布朗运动反映了液体分子的无规则运动。
③特点：微粒越小，温度越高，运动越剧烈。
(3)热运动
①定义：分子的永不停息的无规则运动。
②特点：分子的无规则运动和温度有关，温度越高，分子热运动越剧烈。
3．分子之间存在着相互作用力
(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，实际表现出的分子间作用力是引力和斥力的合力。
(2)分子间作用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)分子间作用力与分子间距离的关系图线(如图所示)
由分子间的作用力与分子间距离的关系图线可知：
①当r＝r0时，F引＝F斥，分子间作用力为0；
②当r＞r0时，F引＞F斥，分子间作用力表现为引力；
③当r＜r0时，F引＜F斥，分子间作用力表现为斥力；
④当分子间距离大于10r0(约为10－9 m)时，分子间作用力很弱，可以忽略不计。
思考辨析
1．布朗运动是液体分子的无规则运动。(×)
2．分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而增大。(×)
3．已知1 ml气体在标准状况下的体积Vm＝22.4 L，单个气体分子的体积可否用V0＝ eq \f(Vm,NA) 计算？并说明理由。
提示：不能。因为气体分子间距离比较大，如果认为气体分子均匀分布的话，用V0＝ eq \f(Vm,NA) 算出的结果是每个气体分子所占的平均空间，而不是单个气体分子的体积。
二、分子运动速率分布规律和内能
1．分子运动速率分布规律
(1)分子运动速率呈现“中间多、两头少”的分布。
(2)温度升高时，速率分布曲线的峰值向速率大的方向移动。
2．分子动能
(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。
3．分子势能
(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
①微观上：取决于分子间距离和分子排列情况；
②宏观上：取决于体积和状态。
5．物体的内能
(1)定义：物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和。物体的内能是状态量。
(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；物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关。
思考辨析
1．分子动能是由于分子定向移动而具有的能量。(×)
2．当分子间作用力表现为引力时，分子势能随分子间距离的增大而增大。
(√)
3．内能相同的物体，它们的分子平均动能一定相同。(×)
4．0 ℃的冰熔化为0 ℃的水时，内能是否发生变化？
提示：0 ℃的冰熔化为0 ℃的水，温度不变，分子的平均动能不变，但由于冰的体积较大，变成水后分子势能发生变化，故内能发生变化。
考点1 微观量的估算问题(基础考点)
1．已知阿伏加德罗常数为NA，某液体的摩尔质量为M(单位为kg/ml)，该液体的密度为ρ(单位为kg/m3)，则下列叙述正确的是( )
A. 1 kg该液体所含的分子个数是 ρNA
B. 1 kg该液体所含的分子个数是 eq \f(NA,M)
C. 该液体1个分子的质量是 eq \f(ρ,NA)
D. 该液体1个分子的体积是 eq \f(ρM,NA)
B 解析：1 kg该液体的物质的量为 eq \f(1,M)，所含的分子数目为n＝NA· eq \f(1,M)＝ eq \f(NA,M)，故A错误，B正确；每个分子的质量为m0＝ eq \f(M,NA)，故C错误；每个分子的体积为V0＝ eq \f(m0,ρ)＝ eq \f(M,ρNA)，故D错误。
2．(多选)钻石是首饰和高强度钻头、刻刀等工具中的主要材料。设钻石的密度为ρ(单位为kg/m3)，摩尔质量为M(单位为g/ml)，阿伏加德罗常数为NA。已知1克拉＝0.2克，则( )
A. a克拉钻石所含有的分子数为 eq \f(0.2aNA,M)
B. a克拉钻石所含有的分子数为 eq \f(aNA,M)
C. 每个钻石分子直径的表达式为 eq \r(3,\f(6M×10－3,NAρπ))(单位为m)
D. 每个钻石分子直径的表达式为 eq \r(\f(6M,NAρπ))(单位为m)
AC 解析：a克拉钻石物质的量(摩尔数)为n＝ eq \f(0.2a,M)，所含分子数为N＝nNA＝ eq \f(0.2aNA,M)，选项A正确，B错误；钻石的摩尔体积为V＝ eq \f(M×10－3,ρ)(单位为m3/ml)，每个钻石分子的体积为V0＝ eq \f(V,NA)＝ eq \f(M×10－3,NAρ)，设钻石分子的直径为d，则 V0＝ eq \f(4,3)π eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(d,2))) eq \s\up12(3)，联立解得d＝ eq \r(3,\f(6M×10－3,NAρπ))(单位为m)，选项C正确。
3．某一体积为V的密封容器，充入密度为ρ、摩尔质量为M的理想气体，阿伏加德罗常数为NA，则该容器中气体分子的总个数N＝________。现将这部分气体压缩成液体，体积变为V0，此时分子中心间的平均距离d＝________。(将液体分子视为立方体模型)
解析：气体的质量m＝ρV，气体分子的总个数 N＝nNA＝ eq \f(m,M)NA＝ eq \f(ρV,M)NA；该部分气体压缩成液体，分子个数不变，设每个液体分子的体积为V1，则N＝ eq \f(V0,V1)，又V1＝d3，联立解得d＝ eq \r(3,\f(V0M,ρVNA))。
答案： eq \f(ρVNA,M) eq \r(3,\f(V0M,ρVNA))
1．宏观量、微观量以及它们之间的关系
2.两种分子模型
(1)固体和液体：固体、液体分子一个一个紧密排列，可将分子看成球体或立方体，如图所示。分子间距等于小球的直径或立方体的棱长，球体分子模型直径d＝ eq \r(3,\f(6V0,π))，立方体分子模型棱长d＝ eq \r(3,V0)。
(2)气体：气体分子不是一个一个紧密排列的，它们之间的距离很大，所以利用d＝ eq \r(3,V0) 算出的不是分子直径，而是气体分子间的平均距离。
考点2 分子动理论的基本内容(基础考点)
1．(多选)关于布朗运动，下列说法正确的是( )
A. 布朗运动是液体分子的无规则运动
B. 液体温度越高，布朗运动越剧烈
C. 布朗运动是液体各部分温度不同而引起的
D. 悬浮在液体中的固体微粒做布朗运动所具有的能是机械能
BD 解析：布朗运动是悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动，A错误；布朗运动的剧烈程度与温度有关，液体温度越高，布朗运动越剧烈，B正确；布朗运动是来自各个方向的液体分子对固体微粒撞击作用的不平衡引起的，C错误；悬浮在液体中的固体微粒做布朗运动所具有的能是机械能，D正确。
2．以下关于热运动的说法正确的是( )
A. 水流速度越大，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
C 解析：水流的速度是机械运动的速度，不同于水分子无规则热运动的速度，A项错误；分子永不停息地做无规则运动，B项错误；温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的热运动越剧烈，C项正确；水的温度升高，水分子的平均动能增大，即水分子的平均运动速率增大，但不是每一个水分子的运动速率都增大，D项错误。
3．(多选)将一个分子P固定在O点，另一个分子Q从图中的A点由静止释放，两分子之间的作用力与间距的关系图像如图所示，则下列说法正确的是( )
A. 分子Q由A点运动到C点的过程中，先加速再减速
B. 分子Q在C点时分子势能最大
C. 分子Q在C点时加速度大小为0
D. 分子Q由A点释放后运动到C点左侧的过程中，加速度大小先增大后减小再增大
CD 解析：分子Q由A点运动到C点的过程中，一直受引力作用，速度一直增大，动能增大，分子势能减小，在C点时的分子势能最小，选项A、B错误；分子Q在C点时受到的分子间作用力为0，故分子Q在C点时加速度大小为0，选项C正确；分子Q由A点释放后运动到C点左侧的过程中，分子间的作用力先增大后减小，然后到C点左侧时分子间作用力表现为斥力且逐渐变大，故加速度大小先增大后减小再增大，选项D正确。
扩散现象、布朗运动与热运动的比较
考点3 分子动能、分子势能和内能(基础考点)
1．(2020·北京高考)分子间作用力F随分子间距离r的变化如图所示。将两分子从相距r＝r2处释放，仅考虑这两个分子间的作用，下列说法正确的是( )
A. 从r＝r2到r＝r0分子间引力、斥力都在减小
B. 从r＝r2到r＝r1分子间作用力的大小先减小后增大
C. 从r＝r2到r＝r0分子势能先减小后增大
D. 从r＝r2到r＝r1分子动能先增大后减小
D 解析：从r＝r2到r＝r0分子间引力、斥力都在增加，但斥力增加得更快，故A错误；由题图可知，在r＝r0时分子间作用力为0，故从r＝r2到r＝r1分子间作用力的大小先增大后减小再增大，故B错误；分子势能在r＝r0时最小，故从r＝r2到r＝r0分子势能一直减小，故C错误；从r＝r2 到r＝r1分子势能先减小后增大，故分子动能先增大后减小，故D正确。
2．(多选)如图所示，用温度计测量质量已知的甲、乙、丙三杯水的温度，根据测量结果可知( )
A. 甲杯中水的内能最少
B. 甲、乙两杯中水的内能一样多
C. 丙杯中水分子的平均动能最大
D. 甲杯中水分子的平均动能小于乙杯中水分子的平均动能
AC 解析：甲杯中水的质量最小，温度和乙杯中的相同且小于丙杯中的，故甲杯中水的内能最小，A正确，B错误；丙杯中水的温度最高，水分子的平均动能最大，C正确；甲、乙两杯中水的温度相同，水分子的平均动能相同，D错误。
3．(多选)关于内能，下列说法正确的是( )
A. 若把氢气和氧气看成理想气体，则具有相同体积、相同质量和相同温度的氢气和氧气内能不相等
B. 相同质量的0 ℃水的分子势能比0 ℃冰的分子势能大
C. 物体吸收热量后，内能一定增加
D. 一定质量的100 ℃的水吸收热量后变成100 ℃的水蒸气，则吸收的热量大于增加的内能
ABD 解析：具有相同体积、相同质量和相同温度的氢气和氧气，分子的平均动能相等，但由于氢气分子的个数较多，则其内能较大，选项A正确；相同质量的0 ℃的水和0 ℃的冰的温度相同，分子的平均动能相同，由于 0 ℃的冰需要吸收热量才能熔化为0 ℃的水，根据能量守恒定律知，相同质量的0 ℃ 的水的分子势能比 0 ℃ 的冰的分子势能大，选项B正确；根据热力学第一定律，物体吸收热量，若同时对外做功，其内能不一定增加，选项C错误；一定质量的100 ℃的水吸收热量后变成100 ℃的水蒸气，由于体积增大，对外做功，根据热力学第一定律知，吸收的热量等于气体对外做的功和增加的内能，所以吸收的热量大于增加的内能，选项D正确。
1．分子间作用力及分子势能的比较
2.内能与机械能的比较
课标要求
考情分析
3.1.1 通过实验，估测油酸分子的大小。了解分子动理论的基本观点及相关的实验证据。
3.1.2 通过实验，了解扩散现象。观察并能解释布朗运动。了解分子运动速率分布的统计规律，知道分子运动速率分布图像的物理意义。
3.1.3 了解固体的微观结构。知道晶体和非晶体的特点。能列举生活中的晶体和非晶体。通过实例，了解液晶的主要性质及其在显示技术中的应用。
3.1.4 了解材料科学的有关知识及应用，体会它们的发展对人类生活和社会发展的影响。
3.1.5 观察液体的表面张力现象。了解表面张力产生的原因。知道毛细现象。
3.1.6 通过实验，了解气体实验定律。知道理想气体模型。能用分子动理论和统计观点解释气体压强和气体实验定律。
3.2.1 知道热力学第一定律。通过有关史实，了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过程，体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义。
3.2.2 理解能量守恒定律，能用能量守恒的观点解释自然现象。体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一。
3.2.3 通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律。
1.新高考例证
2020年山东高考卷第15题的问题情境是取材于我国传统文化的“中医拔罐”，通过对火罐和抽气罐内气体状态变化的对比研究，考查考生对气体实验定律的理解与应用，展示了中华优秀传统文化中蕴含的魅力。试题通过引入源于生活的问题和现象，鼓励考生理论联系实际，关心日常生活、生产活动中蕴含的物理原理，思考课堂所学内容的应用价值。
2.新高考预测
本模块知识点比较多， 而高考重点考查的内容包括分子动理论、 固体和液体的性质、 气体实验定律、 气体状态变化的图像及热力学第一定律等知识。未来的命题仍将坚持以往的考查方式、特点和规律， 在创设新情境和题给信息方面可能有所突破。
知识体系
已知量
可求量
摩尔体积Vml
分子体积V0＝ eq \f(Vml,NA)(适用于固体和液体)
分子占据体积V占＝ eq \f(Vml,NA)(适用于气体)
摩尔质量Mml
分子质量m0＝ eq \f(Mml,NA)
体积V和摩
尔体积Vml
分子数目n＝ eq \f(V,Vml)NA(适用于固体、液体和气体)
质量m和摩
尔质量Mml
分子数目n＝ eq \f(m,Mml)NA
现象
扩散现象
布朗运动
热运动
活动主体
分子
固体微粒
分子
区别
是分子的运动，发生在固体、液体、气体任何两种物质之间
是比分子大得多的固体微粒的运动，只能在液体、气体中发生
是分子的运动，不能通过光学显微镜直接观察到
共同点
(1)都是无规则运动；(2)都随温度的升高而变得更加剧烈
联系
扩散现象、布朗运动都反映了分子做无规则的热运动
项目
分子间作用力F
分子势能Ep
图像
随分子间距离的变化情况
rF随r增大而减小，表现为斥力
r增大时，F做正功，Ep减小
r>r0
r增大时，F先增大后减小，表现为引力
r增大时，F做负功，Ep增大
r＝r0
F引＝F斥，F＝0
Ep最小，但不为0
r>10r0
引力和斥力都很微弱，F＝0
Ep＝0
名称
项目
内能
机械能
定义
物体中所有分子热运动的动能与分子势能的总和
物体的动能、重力势能和弹性势能的统称
决定
因素
与物体的温度、体积、物态和物质的量有关
跟宏观运动状态、参考系和零势能点的选取有关
大小
任何物体都有内能，恒不为0
可以为0
测量
无法测量，其变化量可由做功和热传递来量度
可测量
本质
微观分子的运动和相互作用的结果
宏观物体的运动和相互作用的结果
运动形式
热运动
机械运动
联系
在一定条件下可以相互转化