新教材适用2024版高考物理一轮总复习第14章热学第1讲分子动理论内能课件
展开第1讲 分子动理论 内能
1.物体是由大量分子组成的(1)分子很小:①直径数量级为_______ m。②质量数量级为______________kg。(2)分子数目特别大:阿伏加德罗常数NA=______________ ml-1。
10-26~10-27
2.分子的热运动(1)扩散现象:由于分子的无规则运动而产生的物质迁移现象。温度越___,扩散越快。(2)布朗运动:在高倍显微镜下看到的悬浮在液体中的____________的永不停息地无规则运动。其特点是:①永不停息,_________运动。②颗粒越小, 运动越______。③温度越高,运动越______。
3.分子间的相互作用力(1)分子间同时存在相互作用的_______________。实际表现出的分子力是_______________的合力。(2)如图所示
说明:随r的减小,f引、f斥都增大,f斥增加得快。引力和斥力都随分子间距离的减小而______;随分子间距离的增大而______;斥力比引力变化快。
(3)分子力F与分子间距离r的关系(r0的数量级为10-10 m)。
1.温度:两个系统处于_________时,它们必定具有某个共同的热学性质,把表征这一“共同热学性质”的物理量叫作温度。一切达到热平衡状态的系统都具有______的温度。温度标志着物体内部大量分子做无规则运动的____________。
2.摄氏温标和热力学温标:
3.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______。
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____________决定的能。(2)分子势能的决定因素:①微观上——决定于__________________和分子排列情况;取r→∞处为零势能处,分子势能Ep与分子间距离r的关系如图所示,当r=r0时分子势能最小。
②宏观上——决定于______。5.物体的内能:(1)等于物体中所有分子的热运动______和____________的总和,是状态量。对于给定的物体,其内能大小由物体的______和______决定。(2)改变物体内能有两种方式:______和_________。
一、堵点疏通1.布朗运动是固体小颗粒中固体分子的运动。( )2.分子间同时存在引力与斥力,分子力是二者合力的表现。( )3.温度、分子动能、分子势能或内能只对大量分子才有意义。( )4.任何物体都有内能。( )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。( )
二、对点激活1.(2023·武汉高三课时练习)分子间同时存在着引力和斥力,当分子间的距离发生变化时,下列说法正确的是( )A.若分子引力增大,则分子斥力减小B.若分子引力减小,则分子斥力先增大再减小C.若分子引力增大,则分子斥力增大D.若分子引力减小,则分子斥力先减小再增大
[解析]随着分子间距离减小,分子引力和斥力均增大,即分子引力增大,则分子斥力一定增大,A错误,C正确;随着分子间距离增大,分子引力和斥力均减小,即分子引力减小,则分子斥力一定减小,BD错误。
2.(2023·陕西高三月考)从筷子上滴下一滴水,体积约为0.1 cm3,这一滴水中含有水分子的个数最接近以下哪一个值?(已知阿伏伽德罗常量NA=6×1023/ml,水的摩尔体积为Vml=18 cm3/ml)( )A.6×102个 B.3×1021个C.6×1019个 D.3×1017个
3.(多选)(2023·全国高三专题练习)如图,用温度计测量质量已知的甲、乙、丙三杯水的温度,根据测量结果可以知道( )A.甲杯中水的内能最少B.甲、乙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
[解析]根据定义,物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和,叫作物体的内能,所以,物体的内能与物质的量、温度、体积有关,甲、乙比较,温度相同,乙的物质量多,乙的内能大于甲的内能,乙与丙比较,物质的量相同,但丙的温度高,所以丙的内能大,三者比较,丙的内能最大,甲的内能最少,A正确,B错误;分子的平均动能与温度有关,丙的温度最高,丙的平均动能最大,C正确;甲、乙的温度相同,分子平均动能相同,D错误。
1.两种分子模型物质有固态、液态和气态三种状态,不同物态下应将分子看成不同的模型。
2.宏观量与微观量的转换桥梁作为宏观量的摩尔质量Mml、摩尔体积Vml、密度ρ与作为微观量的分子直径d、分子质量m、每个分子的体积V0都可通过阿伏加德罗常数联系起来。如下所示。
(多选)(2023·江西高三阶段检测)设某种液体的摩尔质量为μ,原子间的平均距离为d,已知阿伏加德罗常数为NA,下列说法正确的是( )
特别提醒:区别布朗运动与热运动应注意以下两点:(1)布朗运动并不是分子的热运动。(2)布朗运动可通过高倍显微镜观察,分子热运动不能用显微镜直接观察。
(2023·山西省翼城中学校高三阶段练习)某地某天的气温变化趋势如图甲所示,细颗粒物(PM2.5等)的污染程度为中度,出现了大范围的雾霾。在11:00和14:00的空气分子速率分布曲线如图乙所示,横坐标v表示分子速率,纵坐标表示单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比。下列说法正确的是( )
A.细颗粒物在大气中的移动是由于细颗粒物分子的热运动B.图乙中实线表示11:00时的空气分子速率分布曲线C.细颗粒物的无规则运动11:00时比14:00时更剧烈D.单位时间内空气分子对细颗粒物的平均撞击次数14:00时比12:00时多
[解析]细颗粒物在大气中的移动是由于空气分子的热运动与气流的作用,A错误;由图乙可知实线对应的速率大的分子占的比例越大,对应的气体分子温度较高,所以图乙中实线表示14:00时的空气分子速率分布曲线,B错误;温度越高,细颗粒物的无规则运动越剧烈,所以细颗粒物的无规则运动14:00时比11:00时更剧烈,C错误;14:00时的气温高于12:00时的气温,空气分子的平均动能较大,单位时间内空气分子对细颗粒物的平均撞击次数较多,D正确。
〔变式训练2〕 (多选)关于布朗运动和分子的热运动,下列说法中正确的是( )A.布朗运动就是分子的热运动B.布朗运动的激烈程度与悬浮微粒的大小有关,说明分子的运动与悬浮微粒的大小有关C.布朗运动虽不是分子运动,但它能反映分子的运动特征D.布朗运动的激烈程度与温度有关,这说明分子运动的激烈程度与温度有关
[解析]布朗运动是悬浮微粒的无规则运动,不是分子的运动,间接反映了液体分子永不停息地做无规则运动,A错误,C正确;悬浮微粒越小,布朗运动越显著,这是由于悬浮微粒周围的液体分子对悬浮微粒撞击的不平衡引起的,不能说明分子的运动与悬浮微粒的大小有关,B错误;温度越高,布朗运动越激烈,说明温度越高,分子运动越激烈,D正确。
1.分子力、分子势能与分子间距的关系取r→∞处为零势能处(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
(2023·江苏南京模拟预测)“天宫课堂”中,王亚平将分别挤有水球的两块板慢慢靠近,直到两个水球融合在一起,再把两板慢慢拉开,水在两块板间形成了一座“水桥”。如图甲所示,为我们展示了微重力环境下液体表面张力的特性。“水桥”表面与空气接触的薄层叫表面层,已知分子间作用力F和分子间距r的关系如图乙。下列说法正确的是( )
A.能总体反映该表面层里的水分子之间相互作用的是B位置B.“水桥”表面层中两水分子间的分子势能与其内部水相比偏小C.“水桥”表面层中水分子距离与其内部水分子相比偏小D.王亚平放开双手两板吸引到一起,该过程分子力做正功
[解析]在“水桥”内部,分子间的距离在r0左右,分子力约为零,而在“水桥”表面层,分子比较稀疏,分子间的距离大于r0,因此分子间的作用表现为相互吸引,从而使“水桥”表面绷紧,所以能总体反映该表面层里的水分子之间相互作用的是C位置,故AC错误;分子间距离从大于r0减小到r0左右的过程中,分子力表现为引力,做正功,则分子势能减小,所以“水桥”表面层中两水分子间的分子势能与其内部水相比偏大,故B错误;王亚平放开双手,“水桥”在表面张力作用下收缩,而“水桥”与玻璃板接触面的水分子对玻璃板有吸引力作用,在两玻璃板靠近过程中分子力做正功,故D正确。
〔变式训练3〕 (多选)下列说法正确的是( )A.0 ℃的水比0 ℃的冰的内能大B.温度高的物体不一定比温度低的物体的内能大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
[解析]温度相同,分子的平均动能相同,但水与冰的质量关系未知,势能关系不确定,不能比较两者的内能大小,A错误;内能与物体的温度、体积、质量等有关,温度高的物体不一定比温度低的物体的内能大,温度是分子平均动能的标志,温度高的物体比温度低的物体分子热运动的平均动能大,BC正确;相互间达到热平衡的两物体的温度一定相等,分子平均动能相等,内能不一定相等,D错误。
(4)用滴管(或注射器)向水面上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)将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,算出油酸薄膜的面积。
4.误差分析:(1)纯油酸体积的计算引起误差。(2)油膜面积的计算造成误差。①油膜形状的边界画线造成误差。②数格子的个数所造成的误差。
(2023·山东潍坊高三阶段检测)(1)在做“用油膜法估测油酸分子大小”的实验时,已经准备的器材有:油酸酒精溶液、滴管、浅盘和水、玻璃板(不带坐标方格)、爽身粉、彩笔,要完成本实验,还缺少的器材有__________________。(2)在“用油膜法估测油酸分子大小”的实验中,在哪些方面做了理想化的假设__________________________________________________________________________;在将油酸酒精溶液滴向水面前,要先在水面上均匀撒些爽身粉,这样做是为了__________________________________________。
将油膜看成单分子膜,将油酸分子看成球形,将油酸分子
使油膜边界清晰,便于描绘油膜
(3)下面4个图反映“用油膜法估测油酸分子大小”实验中的4个步骤,将它们按操作先后顺序排列应是_______ (用字母表示)。
(4)在做“用油膜法估测油酸分子大小”的实验中,已知实验室中使用的油酸酒精溶液的体积浓度为c,又用滴管测得每N滴这种油酸酒精溶液的总体积为V0,将一滴这种溶液滴在浅盘中的水面上,在玻璃板上描出油膜的边界线,再把玻璃板放在画有边长为a的正方形小格的纸上(如图所示),测得油膜占有的小正方形个数为X。
①每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积的表达式V=___。②油膜的面积表达式S=_______,从图中可数出小正方形的有效个数X=______。③用以上字母表示油酸分子的直径d=____。[解析](1)在本实验中,要用量筒和滴管测量一滴油酸酒精溶液的体积;用数格子的方法得出油膜面积,故需要坐标纸;(2)在“用油膜法估测油酸分子大小”的实验中,一般将油膜看成单分子膜,将油酸分子看成球形,将油酸分子看成是紧挨在一起的;在滴入溶液之前,要先在水面上均匀地撒上爽身粉,这样做的目的是使油膜边界清晰,便于描绘油膜形状;
油膜法估测分子直径的过程
1.(2021·重庆卷)以下现象中,主要是由分子热运动引起的是( )A.菜籽油滴入水中后会漂浮在水面B.含有泥沙的浑水经过一段时间会变清C.密闭容器内悬浮在水中的花粉颗粒移动D.荷叶上水珠成球形
[解析]菜籽油滴入水中漂浮在水面主要体现的是浮力作用,A错误;含有泥沙的浑水经过一段时间会变清是由于泥沙的平均密度大于水的密度,泥沙在重力的作用下向下沉,故上层水变清,B错误;密闭容器内悬浮在水中的花粉颗粒移动,是因为水分子热运动撞击花粉颗粒,造成了花粉颗粒受力不平衡,C正确;荷叶上的水珠成球形是表面张力的作用,是分子间作用力的结果,D错误。
2.(2021·江苏卷)在“油膜法估测分子大小”的实验中,将1 mL的纯油酸配制成5 000 mL的油酸酒精溶液,用注射器测得1 mL溶液为80滴,再滴入1滴这样的溶液到准备好的浅盘中,描出的油膜轮廓如图所示,数出油膜共占140个小方格,每格边长是0.5 cm,由此估算出油酸分子直径为( )A.7×10-8 m B.1×10-8 mC.7×10-10 m D.1×10-10 m
3.(2023·河北唐山高三阶段检测)如图所示,玻璃瓶A、B中装有质量相等、温度分别为60 ℃的热水和0 ℃的冷水,下列说法正确的是( )A.温度是分子平均动能的标志,所以A瓶中 水分子的平均动能比B瓶中水分子的平均动能大B.温度越高,布朗运动越显著,所以A瓶中水 分子的布朗运动比B瓶中水分子的布朗运动更显著C.因质量相等,故A瓶中水的内能与B瓶中水的内能一样大D.A瓶中水分子间的平均距离比B瓶中水分子间的平均距离小
[解析]温度是分子平均动能的标志,A瓶中水的温度高,A瓶中水分子的平均动能大,故A正确;布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的无规则运动,不是水分子的运动,两瓶中不存在布朗运动,故B错误;温度是分子的平均动能的标志,因两瓶中水的质量相等,且A瓶中水分子的平均动能大,故A瓶中水的内能比B瓶中水的内能大,故C错误;质量相等的60 ℃的热水和0 ℃的冷水相比,60 ℃的热水体积比较大,所以A瓶中水分子间的平均距离比B瓶中水分子间的平均距离大,故D错误。
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