高中物理高考 专题33 分子动理论（原卷版）

这是一份高中物理高考 专题33 分子动理论（原卷版），共12页。
【专题导航】
目录
TOC \ "1-3" \h \u \l "_Tc22719627" 热点题型一 微观量的估算 PAGEREF _Tc22719627 \h 1
\l "_Tc22719628" 热点题型二 布朗运动与分子热运动 PAGEREF _Tc22719628 \h 3
\l "_Tc22719629" 热点题型三 分子力、分子势能和物体的内能 PAGEREF _Tc22719629 \h 4
\l "_Tc22719630" 热点题型四 物体的内能 PAGEREF _Tc22719630 \h 5
\l "_Tc22719631" 热点题型五 实验：用油膜法估测分子的大小 PAGEREF _Tc22719631 \h 7
\l "_Tc22719632" 【题型演练】 PAGEREF _Tc22719632 \h 9
【题型归纳】
热点题型一 微观量的估算
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Vm、物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ.
3．宏观量、微观量以及它们之间的关系
4．分子的两种模型
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，所以d＝eq \r(3,\f(6V,π))(球体模型)或d＝eq \r(3,V)(立方体模型)．
(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d＝eq \r(3,V).
【例1】(2019·大连模拟)某气体的摩尔质量为Mml，摩尔体积为Vml，密度为ρ，每个分子的质量和体积分
别为m和V0，则阿伏加德罗常数NA表示错误的是( )
A．NA＝eq \f(Mml,m) B．NA＝eq \f(Vml,V0)
C．NA＝eq \f(ρVml,m) D．NA＝eq \f(Mml,ρV0)
E．NA＝eq \f(ρVml,Mml)
【变式1】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，则下列说法正确的是( )
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．每个钻石分子的质量为eq \f(M,NA)
E．每个钻石分子的体积为eq \f(M,NAρ)
【变式2】下列说法正确的是( )
A．1 g水中所含的分子数目和地球的总人口数差不多
B．布朗运动就是物质分子的无规则热运动
C．一定质量的理想气体压强增大，其分子的平均动能可能减小
D．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是气体分子的无规则的热运动造成的
E．0 ℃的铁和0 ℃的冰，它们的分子平均动能相等
热点题型二 布朗运动与分子热运动
两种运动的比较
【例2】(2019·邯郸市模拟)PM2.5是指空气中直径等于或小于2.5微米的悬浮颗粒物，飘浮在空中做无规则
运动，很难自然沉降到地面，吸入后危害人体健康，矿物燃料的燃烧是形成PM2.5的主要原因．下列关于
PM2.5的说法正确的是( )
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布朗运动
C．温度越低PM2.5活动越剧烈
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中小一些的颗粒的运动比大一些的颗粒更为剧烈
【变式1】下列说法正确的是( )
A．显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这反映了液体分子运动的无规则性
B．分子间的相互作用力随着分子间距离的增大，一定先减小后增大
C．分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大
D．在真空、高温条件下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素
E．当温度升高时，物体内每一个分子热运动的速率一定都增大
【变式2】(2019·福建莆田一中模拟)下列各种说法中正确的是( )
A．固体小颗粒越小，温度越高，布朗运动越显著
B．扩散现象能在气体中进行，不能在固体中进行
C．气体分子永不停息地做无规则运动，固体分子之间相对静止不动
D．如果一开始分子间距离大于r0，则随着分子间距离的增大，分子势能增大
E．内能相同的物体，可能温度不同
热点题型三 分子力、分子势能和物体的内能
1．分子力及分子势能比较
2.分析物体内能问题的四点提醒
(1)内能是对物体的大量分子而言的，不存在某个分子内能的说法．
(2)决定内能大小的因素为温度、体积、分子数，还与物态有关系．
(3)通过做功或热传递可以改变物体的内能．
(4)温度是分子平均动能的标志，相同温度的任何物体，分子的平均动能相同．
【例3】(2019·山东泰安模拟)甲分子固定在坐标原点O，只在两分子间的作用力作用下，乙分子沿x轴方向
运动，两分子间的分子势能Ep与两分子间距离x轴的变化关系如图所示，设乙分子在移动过程中所具有的
总能量为零，则下列说法正确的是( )
A．乙分子在P点时加速度为零
B．乙分子在Q点时分子势能最小
C．乙分子在Q点时处于平衡状态
D．乙分子在P点时动能最大
E．乙分子在P点时，分子间引力和斥力相等
【变式1】．下列四幅图中，能正确反映分子间作用力f和分子势能Ep随分子间距离r变化关系的图线是( )

【变式2】(2019·江西南昌模拟)关于分子间的作用力，下列说法正确的是( )
A．若分子间的距离增大，则分子间的引力和斥力均减小
B．若分子间的距离减小，则分子间的引力和斥力均增大
C．若分子间的距离减小，则分子间的引力和斥力的合力一定增大
D．若分子间的距离增大，则分子间的引力和斥力的合力一定减小
E．若分子间的距离从无穷远处开始减小，则引力和斥力的合力先增大后减小再增大
热点题型四 物体的内能
1．内能和热量的比较
2.物体的内能与机械能的比较
【例4 】．(2017·高考全国卷Ⅰ)氧气分子在0 ℃和100 ℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示．下列说法正确的是( )
A．图中两条曲线下面积相等
B．图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形
C．图中实线对应于氧气分子在100 ℃时的情形
D．图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目
E．与0 ℃时相比，100 ℃时氧气分子速率出现在0～400 m/s 区间内的分子数占总分子数的百分比较大
【变式1】(2019·安阳检测)下列五幅图分别对应五种说法，其中正确的是( )
A．分子并不是球形，但可以当做球形处理，这是一种估算方法
B．微粒的运动就是物质分子的无规则热运动，即布朗运动
C．当两个相邻的分子间距离为r0时，它们间相互作用的引力和斥力大小相等
D．实验中要尽可能保证每颗玻璃球与电子秤碰撞时的速率相等
E．0 ℃和100 ℃氧气分子速率都呈现“中间多、两头少”的分布特点
【变式2】．(2018·高考全国卷Ⅱ)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
E．气体的内能包括气体分子热运动的动能
【变式3】(2019·福建莆田一中模拟)下列各种说法中正确的是( )
A．固体小颗粒越小，温度越高，布朗运动越显著
B．扩散现象能在气体中进行，不能在固体中进行
C．气体分子永不停息地做无规则运动，固体分子之间相对静止不动
D．如果一开始分子间距离大于r0，则随着分子间距离的增大，分子势能增大
E．内能相同的物体，可能温度不同
热点题型五 实验：用油膜法估测分子的大小
1．实验原理：
利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜，将油酸分子看做球形，测出一定体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积，用d＝eq \f(V,S)计算出油膜的厚度，其中V为一滴油酸溶液中所含油酸的体积，S为油膜面积，这个厚度就近似等于油酸分子的直径．
2．实验步骤
(1)取1 mL(1 cm3)的油酸溶于酒精中，制成N mL的油酸酒精溶液，则油酸的纯度为eq \f(1,N).
(2)往边长为30～40 cm的浅盘中倒入约2 cm深的水，然后将痱子粉(或细石膏粉)均匀地撒在水面上．
(3)用滴管(或注射器)向量筒中滴入n滴配制好的油酸酒精溶液，使这些溶液的体积恰好为1 mL，算出每滴油酸酒精溶液的体积V0＝eq \f(1,n) mL.
(4)用滴管(或注射器)向水面中央滴入一滴配制好的油酸酒精溶液，油酸就在水面上慢慢散开，形成单分子油膜．
(5)待油酸薄膜形状稳定后，将一块较大的玻璃板盖在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上．
(6)将玻璃板取出放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S.
3．数据处理
(1)计算一滴溶液中油酸的体积：V＝eq \f(1,Nn)(mL)．
(2)计算油膜的面积：利用坐标纸求油膜面积时，以边长为1 cm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，大于半个的算一个．
(3)计算油酸的分子直径：d＝eq \f(V,S)(注意单位统一)．
4．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．
5．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.
【例5】“用油膜法估测分子的大小”实验的简要步骤如下：
A．将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓内的方格数(不足半个的舍去，多于半个的算一个)，再根据方格的边长求出油酸膜的面积S
B．将一滴油酸酒精溶液滴在水面上，待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上
C．用浅盘装入约2 cm深的水
D．用公式d＝eq \f(V,S)，求出薄膜厚度，即油酸分子直径的大小
E．根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V
(1)上述步骤中有步骤遗漏或步骤不完整的，请指出：
①________________________________________________________________ __________________________________________________________________.
②________________________________________________________________ __________________________________________________________________.
(2)上述实验步骤的合理顺序是________．
【变式1】在“用油膜法估测分子的大小”实验中
(1)(多选)该实验中的理想化假设是( )
A．将油膜看成单分子层油膜
B．不考虑各油酸分子间的间隙
C．不考虑各油酸分子间的相互作用力
D．将油酸分子看成球形
(2)实验中使用到油酸酒精溶液，其中酒精溶液的作用是( )
A．可使油酸和痱子粉之间形成清晰的边界轮廓
B．对油酸溶液起到稀释作用
C．有助于测量一滴油酸的体积
D．有助于油酸的颜色更透明便于识别
(3)某老师为本实验配制油酸酒精溶液，实验室配备的器材有：面积为0.22 m2的蒸发皿、滴管、量筒(50滴溶液滴入量筒体积约为1 mL)、纯油酸和无水酒精若干．已知分子直径数量级为10－10 m，则该老师配制的油酸酒精溶液浓度(油酸与油酸酒精溶液的体积比)至多为________‰(保留两位有效数字)．
【变式2】在“用油膜法估测分子的大小”实验中，所用油酸酒精溶液的浓度为每104 mL溶液中有纯油酸6 mL，用注射器测得1 mL上述溶液为75滴．把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔在玻璃板上描出油膜的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图所示，坐标中正方形方格的边长为1 cm.则
(1)油酸薄膜的面积是________cm2.
(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是______mL.(取一位有效数字)
(3)按以上实验数据估测出油酸分子直径约为______m．(取一位有效数字)
【题型演练】
1．(2019·山东聊城模拟)对于分子动理论和物体内能的理解，下列说法正确的是( )
A．温度高的物体内能不一定大，但分子平均动能一定大
B．外界对物体做功，物体内能一定增加
C．温度越高，布朗运动越明显
D．当分子间的距离增大时，分子间作用力就一直减小
E．当分子间作用力表现为斥力时分子势能随分子间距离的减小而增大
2．(2019·江西上饶六校联考)把生鸭蛋放在盐水中腌制一段时间，盐就会进入鸭蛋里变成咸鸭蛋．则下列说
法正确的是( )
A．如果让腌制鸭蛋的盐水温度升高，盐分子进入鸭蛋的速度就会加快
B．盐分子的运动属于布朗运动
C．在鸭蛋腌制过程中，有的盐分子进入鸭蛋内，也有盐分子从鸭蛋里面出来
D．盐水温度升高，每个盐分子运动的速率都会增大
E．食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性
3．关于热量、功和内能三个物理量，下列说法正确的是( )
A．热量、功和内能三者的物理意义相同，只是说法不同
B．热量、功都可以作为物体内能变化的量度
C．热量、功和内能的单位相同
D．功由过程决定，而热量和内能由物体的状态决定
E．物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加
4.两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，则选项图中关
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( )
5．当两分子间距为r0时，它们之间的引力和斥力相等．关于分子之间的相互作用，下列说法正确的是 ( )
A．当两个分子间的距离小于r0时，分子间只存在斥力
B．当两个分子间的距离大于r0时，分子间引力大于斥力
C．两个分子间的距离由无限远逐渐减小到r＝r0的过程中，分子间相互作用力先增大后减小，表现为引力
D．在使两个分子间的距离由很远(r>10－9 m)减小到很难再靠近的过程中，分子间的作用力先减小后增大，分子势能不断增大
E．两个分子间的距离等于r0时，分子势能最小
6．关于分子间相互作用力与分子间势能，下列说法正确的是( )
A．在10r0距离范围内，分子间总存在着相互作用的引力
B．分子间作用力为零时，分子间的势能一定是零
C．当分子间作用力表现为引力时，分子间的距离越大，分子势能越小
D．分子间距离越大，分子间的斥力越小
E．两个分子间的距离变大的过程中，分子间引力变化总是比斥力变化慢
7.(2019·云南昭通质检)下列说法中正确的是( )
A．温度高的物体比温度低的物体热量多
B．温度高的物体不一定比温度低的物体的内能多
C．温度高的物体比温度低的物体分子热运动的平均动能大
D．相互间达到热平衡的两物体的内能一定相等
E．分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大
8.(2019·河北保定模拟)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2.5 μm 的悬浮颗粒物，其飘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的说法中正确的是( )
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的运动轨迹只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，减小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
9.空调在制冷过程中，室内水蒸气接触蒸发器(铜管)液化成水，经排水管排走，空气中水分越来越少，人会
感觉干燥．某空调工作一段时间后，排出液化水的体积V＝1.0×103 cm3.已知水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3、摩
尔质量M＝1.8×10－2 kg/ml，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 ml－1.试求：(结果均保留一位有效数字)
(1)该液化水中含有水分子的总数N；
(2)一个水分子的直径d.
10.(2019·山东潍坊模拟)在“用油膜法估测油酸分子直径”的实验中，某同学按如下操作：
a．在量筒中滴入一滴已配制好的油酸酒精溶液，测出其体积；
b．在装有水、撒适量痱子粉的浅盘中滴入一滴已配制好的溶液，使薄膜形状稳定；
c．将玻璃板放在浅盘上，将油膜形状描绘在玻璃板上；
d．将玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸体积和面积计算出油酸分子的直径．
(1)其中有操作错误的步骤是________；
(2)已知油酸酒精溶液中油酸体积占比例为k，N滴油酸溶液体积为V，一滴油酸溶液形成油膜的面积为S，则油酸分子的直径为________．
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
布朗运动
热运动
活动主体
固体小颗粒
分子
区别
是固体小颗粒的运动，是比分子大得多的分子团的运动，较大的颗粒不做布朗运动，但它本身的以及周围的分子仍在做热运动
是指分子的运动，分子不论大小都做热运动，热运动不能通过光学显微镜直接观察到
共同点
都是永不停息的无规则运动，都随温度的升高而变得更加激烈，都是肉眼所不能看见的
联系
布朗运动是由于小颗粒受到周围分子做热运动的撞击力而引起的，它是分子做无规则运动的反映
分子力F
分子势能Ep
图象
随分子间距离
的变化情况
rr0
r增大，F先增大后减小，表现为引力
r增大，F做负功，Ep增大
r＝r0
F引＝F斥，F＝0
Ep最小，但不为零
r>10r0
引力和斥力都很微弱，F＝0
Ep＝0
内能
热量
区别
是状态量，状态确定系统的内能随之确定．一个物体在不同的状态下有不同的内能
是过程量，它表示由于热传递而引起的内能变化过程中转移的能量
联系
在只有热传递改变物体内能的情况下，物体内能的改变量在数值上等于物体吸收或放出的热量
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、物态和分子数有关
跟宏观运动状态、参考系和零势能点的选取有关
量值
任何物体都有内能
可以为零
测量
无法测量
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，能的总量守恒