16.1分子动理论（解析版）--2024高考一轮复习100考点100讲—高中物理

这是一份16.1分子动理论（解析版）--2024高考一轮复习100考点100讲—高中物理，共13页。试卷主要包含了1 讲 分子动理论和内能，15_K， 内能和机械能的比较，分析物体内能问题的四点提醒等内容，欢迎下载使用。
第16.1 讲 分子动理论和内能
【知识点精讲】
一、分子动理论的三条基本内容
1．物体是由大量分子组成的
(1)分子的大小
①分子的直径(视为球模型)：数量级为10－10 m；
②分子的质量：数量级为10－26 kg。
【温馨提示】.分子的简化模型
（1）固体和液体分子模型:对于固体和液体,可认为分子紧密排列,分子间没有空隙,则Vml=NAV0(V0为一个分子的体积,Vml为摩尔体积）。
①球形分子模型:如图a所示,则直径d=36V0π=36VmlπNA。
②立方体分子模型:认为每个分子占据一个相同的立方体空间,该立方体的边长即分子间的平均距离,边长d=3V0 ,如图b所示。
（2）气体分子模型:对于气体来说,由于气体分子间的距离远大于气体分子的直径,故通过立方体模型（不采更多课件 教案 视频 等优质滋源请 家 威杏 MXSJ663 用球形模型）,可以估算得到每个气体分子平均占有的空间,但无法得到每个气体分子的实际体积。设每个气体分子占据的空间可看成一个边长为d、体积为V的正方体。气体分子间距离l=d=3V=3VmlNA ,如图c所示。
(2)阿伏加德罗常数
1 ml的任何物质都含有相同的粒子数。通常可取NA＝6.02×1023 ml－1。
【特别提醒】阿伏加德罗常数NA是联系宏观量与微观量的“桥梁”。
.宏观量、微观量以及它们之间的关系
2．分子永不停息地做无规则的热运动
(1)实例证明：
①扩散现象
a．定义：不同物质能够彼此进入对方的现象；
b．实质：扩散现象并不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果，而是由分子的无规则运动产生的物质迁移现象，温度越高，扩散现象越明显。
【特别提醒】扩散现象在固、液、气三态中均可发生，它直接证明了分子在不停地做无规则运动；
②布朗运动
a．定义：悬浮在液体中的小颗粒的永不停息的无规则运动；
b．实质：悬浮小颗粒受到做无规则运动的液体分子的撞击；颗粒越 eq \a\vs4\al(小) ，温度越 eq \a\vs4\al(高) ，运动越剧烈。
【特别提醒】布朗运动不是分子的运动，而是液体或气体中的悬浮颗粒的运动，它间接证明了分子的无规则运动。
(2)热运动
①分子的永不停息的无规则运动叫做热运动；
②特点：分子的无规则运动和温度有关，温度越高，分子运动越激烈。
【温馨提示】．扩散现象、布朗运动与热运动的比较
3．分子间同时存在引力和斥力
(1)分子间的引力和斥力是同时存在的，实际表现出的分子力是引力和斥力的合力；
(2)分子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 eq \a\vs4\al(快) ；
(3)分子力与分子间距离的关系图线 (如图所示)。由关系图线可知：
①当r＝r0时，F引＝F斥，分子力为零；
【特别提醒】当r＝r0时，分子力为零，但是分子间的F引、F斥都不为零，是二者的合力为零。
②当r＞r0时，F引＞F斥，分子力表现为引力；
③当r＜r0时，F引＜F斥，分子力表现为斥力；
④当分子间距离大于10r0(约为10－9 m)时，分子力很弱，可以忽略不计。
二、温度和物体的内能
1．温度
两个系统处于热平衡时，它们具有某个“共同的热学性质”，我们把表征这一“共同热学性质”的物理量定义为温度。一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。
2．两种温标
摄氏温标和热力学温标。
关系：T＝t＋273.15_K。
3．分子的动能和平均动能
(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的动能的平均值，温度是分子热运动的平均动能的标志。
【特别提醒】只要温度相同，无论物质处于固、液、气哪种物态，物体分子的平均动能均相同。
(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。
4．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相对位置决定的能，即分子势能。
(2)分子势能的决定因素：微观上决定于分子间距离和分子排列情况；宏观上决定于体积和状态。
【特别提醒】分子力曲线和分子势能曲线的比较
【温馨提示】两分子间距为r0时分子力为零，分子势能最小，但分子势能不一定为零；分子势能具有相对性。
5．物体的内能
(1)等于物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和，是状态量。
(2)对于给定的物体，其内能大小由物体的温度和体积决定。
(3)物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关。
【特别提醒】物体的内能与机械能不同。
【方法归纳】
1. 内能和机械能的比较
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，对于单个分子的内能没有意义。
(2)决定内能大小的因素为：物质的量、温度、体积、以及物质状态。
(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。
【最新高考题精练】
1. （2023高考海南卷）下列关于分子力和分子势能的说法正确的是（ ）

A. 分子间距离大于r0时，分子间表现为斥力
B. 分子从无限远靠近到距离r0处过程中分子势能变大
C. 分子势能在r0处最小
D. 分子间距离小于r0且减小时，分子势能在减小
【参考答案】C
【名师解析】
分子间距离大于r0，分子间表现为引力，分子从无限远靠近到距离r0处过程中，引力做正功，分子势能减小，则在r0处分子势能最小；继续减小距离，分子间表现为斥力，分子力做负功，分子势能增大。C正确。
1．（5分）（2020高考全国理综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_____（填“减小“不变”或“增大”）；在间距由r2减小到r1的过程中，势能_____ （填“减小”“不变”或“增大”）；在间距等于r1处，势能_____（填“大于”“等于”或“小于”）零。
【参考答案】减小 减小 等于
【名师解析】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，分子势能减小；由于在r= r1时，F=0，为平衡位置，分子势能最小，所以在间距由r2减小到r1的过程中，势能减小；在间距等于r1处，势能等于零。
21（2021重庆高考）（4分）图1和图2中曲线I、II、III分别描述了某物理量随分子之间的距离变化的规律，r0为平衡位置。现有如下物理量：①分子势能，②分子间引力，③分子间斥力，④分子间引力和斥力的合力，则曲线I、II、III对应的物理量分别是 （在给出的4个选项中。只有一个符合要求的）
A. ①③②
B.②④③
C. ④①③
D. ①④③
【参考答案】D
【名师解析】根据分子处于平衡位置（即分子之间距离为r0）时分子势能最小可知，曲线I为分子势能随分子之间距离r变化的图像；根据分子处于平衡位置（即分子之间距离为r0）时分子力为零，可知曲线II为分子力随分子之间距离r变化的图像；根据分子之间斥力随分子之间距离的增大而减小，可知曲线III为分子斥力随分子之间距离r变化的图像；选项D正确。
【最新模拟题精练】
1．（2023南京六校联考）对于教材中以下配图的说明，正确的是
A．甲图为油膜法估算分子直径的实验图，实验中需将痱子粉撒的尽量厚一些
B．乙图为布朗运动产生原因示意图，说明微粒越大，液体分子沿各方向撞击它的数量越多，布朗运动越明显
C．丙图为模拟气体压强产生机理实验图，说明气体压强是由大量气体分子对器壁频繁碰撞产生的
D．丁图为热机工作时的能流分配图，说明热机的效率可能达到100%
【参考答案】C
【名师解析】甲图为油膜法估算分子直径的实验图，实验中需将痱子粉撒的尽量薄一些，选项A错误；乙图为布朗运动产生原因示意图，说明微粒越大，液体分子沿各方向撞击它的数量越多，布朗运动越不明显，选项B错误；丙图为模拟气体压强产生机理实验图，说明气体压强是由大量气体分子对器壁频繁碰撞产生的，选项C正确；丁图为热机工作时的能流分配图，高温热库的热量一部分做功，一部分排放到低温热库，说明热机的效率不可能达到100%，选项D错误。
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2. （2023重庆信息联考卷3）关于下列五幅图像说法正确的是（ ）
A. 对甲图，加热一锅水时发现水中的胡椒粉在翻滚，说明温度越高布朗运动越剧烈
B. 对乙图，半杯水与半杯酒精混合之后的总体积要小于整个杯子的容积，说明液体分子之间有间隙
C. 对丙图，自由膨胀和扩散现象都具有双向可逆性
D. 对丁图、扩散现象不能在固体之间发生
【参考答案】B
【名师解析】
布朗运动用肉眼观察不到的，对甲图，加热一锅水时发现水中的胡椒粉在翻滚，不是布朗运动，不能说明温度越高布朗运动越剧烈，选项A错误；
对乙图，半杯水与半杯酒精混合之后的总体积要小于整个杯子的容积，说明液体分子之间有间隙，选项B正确；
对丙图，自由膨胀和扩散现象都具有单向性，不具有双向可逆性，选项C错误；
对丁图、扩散现象也能在固体之间发生，选项D错误。
3. （2023河南洛阳等4市三模）比较45℃的热水和100℃的水蒸气，下列说法正确的是（ ）
A. 热水中的分子平均动能比水蒸气中的分子平均动能小
B. 热水的内能比相同质量的水蒸气的内能小
C. 热水中的分子速率都比水蒸气中的分子速率小
D. 水蒸气中的分子热运动比热水中的分子热运动剧烈
E. 热水的热量比水蒸气的热量少
【参考答案】ABD
【名师解析】
温度是分子平均动能的标志，温度越低，分子的平均动能越小，故A正确。
一定量物质的内能是其所有分子的热运动的动能和分子势能的总和。对于相同质量的上述水和水蒸气来说，水的温度比水蒸气低，所以水的分子总动能小于水蒸气分子的总动能，同时，水的分子平均距离小于水蒸气分子的平均距离，所以水的分子总势能和也小于水蒸气的分子总势能，所以水的内能比水蒸气的内能小，故B正确。
热水中分子的平均动能比水蒸气中分子的平均动能小，也就是热水中分子的平均速率比水蒸气中分子的平均速率小，但不表示水中每一个水分子的速率都比水蒸气中任何一个分子的速率小，故C错误。
分子热运动的速率越大，分子热运动越剧烈，水蒸气中的分子热运动平均速率比热水中的分子热运动平均速率大，所以水蒸气中的分子热运动更剧烈，故D正确。
热量多少与物质的量多少有关，故E错误。
4. （2023湖北部分高中联考）右图是用显微镜观察布朗运动时记录的图像，则关于布朗运动，下列说法正确的是（ ）
A. 液体分子的无规则运动是布朗运动
B. 温度越高，布朗运动越明显
C. 悬浮微粒的大小对布朗运动无影响
D. 右图为悬浮微粒在这一段时间内的运动轨迹
【参考答案】B
【名师解析】
液体中悬浮微粒的运动是布朗运动，间接反映液体分子的无规则运动，A错误；
温度越高，液体分子运动越激烈，布朗运动越明显，B正确；
悬浮微粒越小，液体分子对其撞击的不平衡性越明显，布朗运动越激烈，C错误；
题图的折线是每个一定时间悬浮微粒所在位置的连线图，不是悬浮微粒的运动轨迹，D错误。
5（5分）（2023江西红色十校第一次联考）下列说法正确的是______。（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分0分）
A．质量、温度、体积都相等的物体内能一定相等
B．彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点
C．装在绝热容器中质量一定的理想气体向真空自由膨胀的过程中，气体对外界做功且内能减少
D．空调机在制冷过程中，向室外放出的热量大于从室内吸收的热量
E．用表示分子势能，r表示分子间距离，可能随r的增大而增大，也可能随r的增大而减小
【参考答案】BDE
【名师解析】物体的内能与物质的量、温度、体积有关，质量、温度、体积都相等的物体其物质的量不一定相等，内能不一定相等，A项错误：液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似具有各向异性，彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点，项正确；一定质量的理想气体向真空自由膨胀的过程中，气体对外界做功为零，气体的内能不变，项错误：空调机在制冷的过程中，除了从室内吸收热量，消耗的电能也转化为热量，所以向室外放出的热量大于从室内吸收的热量，D项正确；如果一开始分子间的距离小于，随着分子间距离的增大，分子的斥力做正功，分子势能减小，当分子间距大于后，随着分子间距离增大，分子引力做负功，分子势能增大，随着分子间距离减小，分子引力做正功，分子势能减小，E项正确。
6. （2023陕西师大附中期初检测） 下列说法正确的是（ ）
A. 布朗运动和扩散现象都是由物质分子的无规则运动产生的，且剧烈程度都与温度有关
B. 彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向同性的特点
C. 一定质量的理想气体保持压强不变，温度升高，单位时间内气体分子对单位面积容器壁的碰撞次数一定减少
D. 温度相同、质量相等的氢气和氧气，若均可视为理想气体，则氢气的内能比氧气的内能大
E. 一切与热现象有关的自发过程总是向着分子热运动无序性减小的方向进行的
【参考答案】ACD
【名师解析】
布朗运动和扩散现象都是由物质分子的无规则运动产生的，且剧烈程度都与温度有关，温度越高越激烈，故A正确；
B．液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似具有各向异性，彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点，故B错误；
C．一定质量的理想气体保持压强不变，温度升高，分子的平均动能变大，则单位时间内气体分子对单位面积容器壁的碰撞次数一定减少，故C正确；
D．温度相同、质量相等的氢气和氧气，氢气的分子数目较多，若均可视为理想气体，则氢气的内能比氧气的内能大，故D正确；
E．一切与热现象有关的自发过程总是向着分子热运动无序性增加的方向进行的，故E错误。
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7. （2023四川成都蓉城名校联盟联考）王亚平在“太空课堂”中，演示了一精彩的实验——水球实验。王亚平往水膜内注入纯净水，让它变成一个“完美”的大水球。产生这种现象的主要原因是水球表面层分子比较___________（填“稀疏”或“密集"），表面层分子间的相互作用力表现为___________（填“引力”或“斥力”），正因为这个表面张力的作用，使得液体表面积尽可能地___________（填“缩至最小”或“扩至最大”），于是在失重环境下形成“完美”的大水球。
【参考答案】 ①. 稀疏 ②. 引力 ③. 缩至最小
【名师解析】
王亚平往水膜内注入纯净水，让它变成一个“完美”的大水球， 产生这种现象的主要原因是水球表面层分子比较稀疏。 表面层分子间的相互作用力表现为引力。 正因为这个表面张力的作用，使得液体表面积尽可能地缩至最小。
8.(5分)(2022山西太原模拟)分子势能Ep和分子间距离r的关系如图所示。体温计破裂后,落到地面上的水银滴总是呈球形,则在水银滴与空气的表面层中,汞分子间的相互作用力总体表现为 (选填“斥力”或“引力”),能总体上反映水银中汞分子Ep的是图中 (选填“A”“B”“C”或“D”)的位置。将水银灌装到玻璃管中,水银不浸润玻璃,那么能总体上反映水银附着层中汞分子Ep的是图中 (选填“A”“B”“C”或“D”)的位置。
【参考答案】(1)引力 D D
【名师解析】 (1)在水银滴与空气的表面层中,汞分子间距离大于平衡距离,分子间相互作用力总体表现为引力;当汞分子间的距离等于平衡距离时,分子势能最小,而题中汞分子间距离大于平衡距离,所以分子势能大于最小值,能总体上反映水银中汞分子Ep的是图中D的位置;水银灌装到玻璃管中,水银不浸润玻璃,水银附着层中汞分子间距大于平衡距离,所以能总体上反映水银附着层中汞分子Ep的是图中D的位置。
9. （2023四川内江一中入学考试） 下列说法正确的是（ ）
A. 太空中水滴成球形，是液体表面张力作用的结果
B. 布朗运动的剧烈程度与温度有关，所以布朗运动也叫分子热运动
C. 某理想气体的摩尔体积为V0，阿伏加德罗常数为NA，则该理想气体单个的分子体积为
D. 晶体在熔化过程中吸收热量，内能增加，但其分子平均动能保持不变
E. 一定质量理想气体克服外界压力膨胀，但不吸热也不放热，内能一定减少
【参考答案】ADE
【名师解析】
太空中水滴成球形，是液体表面张力作用的结果，选项A正确；
B．布朗运动的剧烈程度与温度有关，但是布朗运动是悬浮在液体表面的固体颗粒的无规则运动，所以布朗运动不是分子热运动，选项B错误；
C．某理想气体的摩尔体积为V0，阿伏加德罗常数为NA，则该理想气体单个的分子运动占据的空间的体积为，选项C错误；
D．晶体在熔化过程中吸收热量，内能增加，但由于温度不变，则其分子平均动能保持不变，选项D正确；
E．一定质量理想气体克服外界压力膨胀，但不吸热也不放热，根据热力学第一定律，内能一定减少，选项E正确。
10. （2022山东淄博二模）某潜水员在岸上和海底吸入空气的密度分别为1.3kg/m3和2.1kg/m3，空气的摩尔质量为0.029kg/ml，阿伏加德罗常数。若潜水员呼吸一次吸入2L空气，试估算潜水员在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空气的分子数约为（ ）
A. B. C. D.
【参考答案】B
【名师解析】
设空气的摩尔质量为M，在海底和岸上的密度分别为和，一次吸入空气的体积为V，在海底和在岸上分别吸入的空气分子个数为n海和n岸
则有，，多吸入的空气分子个数为
代入数据得，故选B。
11. （2022河南许昌一模）如图所示，一定质量的气体被封闭在容器内，a态是容器放在冰水混合物中气体达到的平衡状态；b态是容器从冰水混合物中移出后，在室温（27°C）中达到的平衡状态。.若忽略气体分子之间的势能，则
（1）b态的气体分子在单位时间内撞击单位面积器壁的个数比a态____ （选填“多”或“ 少”）；
（2）从a态到b态，容器中气体内能_____（选填“增加”或“减少”）。
【参考答案】 ①. 多 ②. 增加
【名师解析】
（1）[1]因为b态的温度较大，分子平均速率大于a态，可知b态的气体分子在单位时间内撞击单位面积器壁的个数比a态多；
（2）[2]从a态到b态，温度升高，则容器中气体内能增加。
12. （2022山西临汾模拟）甲分子固定在坐标原点为，乙分子位于轴上，如图。现使乙分子由静止开始只在分子力作用下从距甲处为平衡位置）开始运动到处的过程中，下列说法正确的有（ ）
A. 乙分子的加速度一直减小
B. 乙分子的动能一直增大
C. 甲分子对乙分子做正功
D. 系统的分子势能增大
E. 分子间的引力增大，斥力减小
【参考答案】ABC
【名师解析】
乙分子从距甲处（为平衡位置）开始运动到过程中，在到这段区域内，分子间表现为斥力，且斥力随距离的增大而减小，故乙分子的加速度一直减小，故正确；在到这段区域内，分子之间表现为斥力，斥力做正功，分子的动能一直增大，分子势能减小，故BC正确，D错误；
在到这段区域内，引力和斥力都减小，但斥力减小的快，引力减小的慢，故E错误。已知量
可求量
摩尔体积Vml
分子体积V0=VmlNA（适用于固体和液体）分子占据体积V占=VmlNA（适用于气体）
摩尔质量Mml
分子质量m0=MmlNA
体积V和摩尔体积Vml
分子数目n=VVmlNA（适用于固体、液体和气体）
质量m和摩尔质量Mml
分子数目n=mMmlNA
扩散现象
布朗运动
热运动
活动主体
分子
固体微小颗粒
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
是比分子大得多的颗粒的运动，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)都随温度的升高而更加激烈
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
分子力曲线
分子势能曲线
与分子间距的关系图像
坐标轴
纵坐标表示分子力，横坐标表示分子间距离
纵坐标表示分子势能，横坐标表示分子间距离
图像的意义
横轴上方的曲线表示斥力，为正值；下方的曲线表示引力，为负值。分子力为引力与斥力的合力
横轴上方的曲线表示分子势能，为正值；下方的曲线表示分子势能，为负值，且正值一定大于负值
随分子间距的变化情况
rF斥，F表现为引力
r增大，引力做负功，分子势能增加；r减小，引力做正功，分子势能减少
r=r0
F引=F斥，F=0
分子势能最小，但不为零
r>10r0
F引和F斥和都已十分微弱，可以认为分子间没有相互作用力
分子势能为零
能量
定义
决定因素
能量值
测量
转化
内能
物体内所有分子的动能和势能的总和
由物体内部分子微观运动状态决定
恒不为零
无法测量
在一
定条
件下
可相
互转
化
机
械
能
物体的动能及重力势能和弹性势能的总和
与物体宏观运动状态、参考系和零势能面的选取有关
可以为零
可以测量