新教材高考物理一轮复习第14章热学第1节分子动理论内能课件

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1.了解分子动理论的基本观点及相关的实验证据。通过实验,了解扩散现象。观察并能解释布朗运动。2.了解分子运动速率的统计分布规律,知道分子运动速率分布图像的物理意义。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。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。
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。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。7.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。8.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。通过自然界中宏观过程的方向性,了解热力学第二定律
本章是高考的重点与热点,考查形式多样,多以选择题、计算题为主,考查的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形管模型、直管模型、L形管模型以及生产生活中的器皿,考查气体实验定律和理想气体状态方程
一、分子动理论的基本观点和实验依据、阿伏加德罗常数
应用提升1.下列关于布朗运动的说法正确的是(　　)A.布朗运动就是分子的无规则运动B.布朗运动证明,组成固体小颗粒的分子在做无规则运动C.一锅水中撒一点胡椒粉,加热时发现水中的胡椒粉在翻滚,这说明温度越高布朗运动越激烈D.在显微镜下可以观察到煤油中小粒灰尘的布朗运动,这说明煤油分子在做无规则运动
答案 D解析 布朗运动是指悬浮于液体(或气体)中的固体小颗粒受液体(或气体)分子碰撞不平衡而表现出来的无规则运动,它是液体(或气体)分子无规则运动的表现,所以A、B、C均错误,D正确。
2.(多选)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
答案 AC解析 温度是分子平均动能的标志,所以选项C正确,D错误;物体的内能是指物体内所有分子动能和分子势能之和,所以B错误,A正确。
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:气体分子的　　　　　　和　　　　　　　　。 易错辨析 (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。(　　)
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　　　　。 
易错辨析 (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。(　　)
应用提升3.两个分子由距离很远(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。
4.(2022春河北张家口期末)如图所示,甲分子固定在坐标原点O,乙分子从位置x3处由静止释放后仅在分子间相互作用力下沿x轴运动,两分子间的分子势能Ep与两分子间距离x的变化关系如图中曲线所示,已知图中分子势能最小值为-E0,下列说法正确的是(　　)A.乙分子在位置x2时,加速度为0B.乙分子在位置x1时,其动能最大C.乙分子在位置x2时,动能等于E0D.甲、乙分子的最小距离等于x1
答案 A　解析 由题图可知当x=x2时分子势能最小,即为平衡位置,在平衡位置分子间作用力为零,其加速度为零,故A正确;在x=x1时分子势能为0,乙分子从位置x3处由静止释放,由于两分子所具有的总能量为负,即E总=Ep+Ek<0,在x1处Ek<0,因此乙分子无法到达x1处,即甲、乙分子的最小距离大于x1,故B、D错误;结合题中图像,由于两分子所具有的总能量为负,即E总=Ep+Ek<0,故乙分子在x2处Ek5.(多选)已知铜的摩尔质量为M(kg/ml),铜的密度为ρ(kg/m3),阿伏加德罗常数为NA(ml-1)。下列判断正确的是(　　)A.1 kg铜所含的原子数为NA
2.宏观量、微观量以及它们之间的关系的理解
【典例突破】典例.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
素养点拨 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)注意建立立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。
【对点演练】1.(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。则(　　)
2.(2023广东广州质检)已知地球大气层的厚度远小于地球半径R,空气平均摩尔质量M,阿伏加德罗常数NA,地面附近大气压强p0,重力加速度大小g。由此可以估算地球大气层空气分子总数为(　　)
3.(2022江苏宿迁期末)若以μ表示水的摩尔质量,V表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积,ρ为在标准状态下水蒸气的密度,NA为阿伏加德罗常数,m、V0分别表示每个水分子的质量和体积,下面四个关系式正确的是(　　)
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:气体分子的运动是杂乱无章的,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。
【对点演练】4.(2023江苏昆山中学模拟)把墨汁用水稀释后取出一滴放在高倍显微镜下观察,可以看到悬浮在液体中的小炭粒在不同时刻的位置,每隔一定时间把炭粒的位置记录下来,最后按时间先后顺序把这些点进行连线,得到如图所示的图像,对于这一现象,下列说法正确的是(　　)A.炭粒的无规则运动,说明碳分子运动也是无规则的B.越小的炭粒,受到撞击的分子越少,作用力越小,炭粒的不平衡性表现得越不明显C.观察炭粒运动时,可能有水分子扩散到载物片的玻璃中D.将水的温度降至零摄氏度,炭粒会停止运动
解析 题图中的折线是每隔一定的时间炭粒的位置的连线,是由于水分子撞击做无规则运动而形成的,说明水分子做无规则运动,不能说明碳分子运动也是无规则的,A错误。炭粒越小,在某一瞬间跟它相撞的水分子数越少,撞击作用的不平衡性表现得越明显,B错误。扩散可发生在液体和固体之间,故观察炭粒运动时,可能有水分子扩散到载物片的玻璃中,C正确。将水的温度降低至零摄氏度,炭粒的运动会变慢,但不会停止,D错误。
5.(2023湖北孝感期中)下列是关于布朗运动扩散现象的四幅图片,关于这些图片的说法错误的是(　　)A.图甲中连接小颗粒位置的折线不代表小颗粒的实际运动情况B.图乙中墨汁和水彼此进入对方,温度越高扩散越快,说明扩散快慢与温度有关C.图丙中液溴变成溴蒸气,说明扩散现象只能在同种物质的不同状态之间发生D.图丁说明扩散现象能在固体之间发生
解析 布朗运动实验中记录的小颗粒每经过一定时间的位置,则实验中记录的折线表示的是小颗粒各时刻位置的连线,并不是其运动轨迹,故A正确。题图乙中墨汁和水彼此进入对方,温度越高扩散越快,说明扩散快慢与温度有关,故B正确。不同物质之间,由于分子的热运动,总会存在着扩散现象,只是快慢不同(受温度、物体形态等因素影响),相互接触的两种物质,在气体、液体和固体中都能发生,故C错误。题图丁说明扩散现象能在固体之间发生,故D正确。
6.(2022山东枣庄期末)下图是氧气分子在0 ℃和100 ℃两种不同温度下的速率分布情景图像,则下列说法正确的是(　　)A.图线①是氧气分子在100 ℃时的速率分布情景图线B.两种温度下,氧气分子的速率分布都呈现“中间多,两头少”的分布规律C.随着温度的升高,每一个氧气分子的速率都增大D.100 ℃的氧气,速率大的分子比例较少,其分子的平均速率比0 ℃的小
答案 B　解析 由题图可知,②中速率大的分子占据的比例较大,则说明②对应的平均动能较大,故②对应的温度较高,所以①是氧气分子在0 ℃下的速率分布情景图线,故A错误;两种温度下,都是中等速率的分子数所占的比例大,呈现“中间多,两头少”的分布规律,故B正确;随着温度的升高,氧气分子的平均速率增大,但不是每一个分子的速率都增大,故C错误;随着温度的升高,速率大的氧气分子所占的比例增大,从而使氧气分子的平均速率增大,比0 ℃的要大,故D错误。
7.下面的表格是某地区1~6月份的气温与气压对照表:
根据表格数据可知,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空气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对单位面积地面撞击次数、气体的分子平均动能有关;温度升高,即气体的分子平均动能增大,而压强p减小,说明单位时间对单位面积地面撞击次数减小,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少的趋势,故D错误。
1.分子力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图像
2.物体的内能与机械能的比较
【对点演练】8.(2023辽宁名校联盟测试)右图是分子间作用力和分子间距离的关系图像,下列关于该图像的说法正确的是(　　)A.曲线a是分子间引力和分子间距离的关系曲线B.曲线b是分子间作用力的合力和分子间距离的关系曲线C.曲线c是分子间斥力和分子间距离的关系曲线D.当分子间距离r>r0时,曲线b对应的力先减小后增大
解析 在F-r图像中,随着分子间距离的增大,斥力比引力变化得快,所以a为斥力曲线,c为引力曲线,b为合力曲线,故A、C错误,B正确。当分子间距离r>r0时,曲线b对应的力即合力先增大后减小,故D错误。
9.(2023广东广州月考)在“天宫课堂”中,航天员将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”。“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的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)A.能总体反映该表面层的水分子之间相互作用的是图中的B位置B.“水桥”表面层水分子间的分子势能与其内部水分子相比偏小C.航天员把两板慢慢拉开,水在两块板间形成了一座“水桥”的过程水的分子力做负功D.航天员放开双手两板吸引到一起,该过程水分子间的作用力与分子间距离的关系与图中A到B过程相对应
解析 在“水桥”内部,分子间的距离在r0左右,分子力约为零,在“水桥”表面层,分子比较稀疏,分子间的距离大于r0,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A错误。“水桥”表面层中两水分子间的分子势能与其内部水分子相比偏大,因为分子间距离从r0左右增大到大于r0的过程中,分子力表现为引力,做负功,则分子势能减小,故B错误,C正确。航天员放开双手两板吸引到一起,分子间作用力为引力,该过程水分子间的作用力与分子间的距离的关系与题图的B到C过程相对应,故D错误。
10.(2023北京承德期末)两分子间的分子力与它们之间距离的关系图像如图甲所示,图中r0为分子力的零点,r1为分子力的极值点;两分子的势能与分子间距离的关系图像如图乙所示,规定两分子间距离为无限远时分子势能为0,r2为分子势能的零点,r3为分子势能的极值点,极小值为-Epmin。下列判断正确的是(　　)A.r0=r2B.r0=r3C.r1=r2D.r1=r3