高中物理重难点96讲专题86分子动理论、内能气体分子运动的特点气体压强的微观解释微观量的估算固体、液体(原卷版+解析)

这是一份高中物理重难点96讲专题86分子动理论、内能气体分子运动的特点气体压强的微观解释微观量的估算固体、液体(原卷版+解析)，共31页。
考点一 分子动理论、内能 气体分子运动的特点 气体压强的微观解释（1-8T）
考点二 微观量的估算（9-19T）
考点三 固体、液体（20-27T）
考点一 分子动理论、内能 气体分子运动的特点 气体压强的微观解释
1.分子动理论基本内容
1）物体是由大量分子组成的
2）分子永不停息地做无规则的热运动
3）分子间同时存在引力和斥力
2.扩散现象、布朗运动与热运动的比较
3.分子间的作用力、分子势能与分子间距离的关系
分子间的作用力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图所示(取无穷远处分子势能Ep＝0)．
(1)当r＞r0时，分子间的作用力表现为引力，当r增大时，分子间的作用力做负功，分子势能增大．
(2)当r＜r0时，分子间的作用力表现为斥力，当r减小时，分子间的作用力做负功，分子势能增大．
(3)当r＝r0时，分子势能最小.
4.判断分子势能变化的两种方法
(1)利用分子力做功判断：分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增加。
(2)利用分子势能Ep与分子间距离r的关系图线判断：如上图所示。
5．物体的内能：物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和．
(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)内能的大小与温度、体积、物质的量和物态等因素有关．对于给定的物体，其内能大小由物体的温度和体积决定，与物体的位置高低、运动速度大小无关。
(3)改变物体内能的两种方式：做功和热传递．
(4)温度是分子平均动能的标志，相同温度的任何物体，分子的平均动能都相同．
(5)内能由物体内部分子微观运动状态决定，与物体整体运动情况无关．任何物体都具有内能，恒不为零．
6．温度
(1)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.
7.气体分子运动特点如下图
(1)分子间的碰撞十分频繁,气体分子沿各个方向运动的机会(概率)相等。
(2)大量气体分子的速率分布呈现“中间多、两头少”(速率过大或过小的分子数目少)的规律。
(3)理想气体的内能仅由温度和分子总数决定,与气体的体积无关。
8.气体压强的微观解释
(1)产生原因：由于气体分子无规则的热运动，大量的分子频繁地碰撞器壁产生持续而稳定的压力．
(2)决定因素(一定质量的某种理想气体)
①宏观上：决定于气体的温度和体积．
②微观上：决定于分子的平均动能和分子的密集程度．
1．（2022·江苏省昆山中学模拟预测）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，碳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
2．（2022·山东·模拟预测）梅花香自苦寒来，在冬天我们只能够闻到距离较近的花香，而盛夏我们却能够闻到距离较远的花香。下列说法正确的是（ ）
A．这种“闻到花香”的物理现象是一种扩散现象
B．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无关
C．两个花粉分子间距离小于r0（两分子间的作用力为0时的距离）时，分子间只有斥力没有引力
D．在两个花粉分子间距离从小于r0（两分子间的作用力为0时的距离）增大到2r0的过程中，两个花粉分子的分子势能先增大后减小
3．（2021·北京怀柔·模拟预测）关于热学中的一些基本概念，下列说法正确的是（ ）
A．物体是由大量分子组成的，分子是不可再分的最小单元
B．宏观物体的温度是物体内大量分子的平均动能的标志
C．分子做永不停息的无规则热运动，布朗运动就是分子的热运动
D．分子间的斥力和引力总是同时存在的，且随着分子之间的距离增大而增大
4．（2023·浙江杭州·一模）下列说法正确的是（ ）
A．布朗运动就是液体分子的无规则热运动
B．气体与液体分子可以自由移动而固体分子不会发生运动
C．热力学温度升高1K和摄氏温度升高1℃对应的温度变化量相同
D．水蒸气凝结成小水珠过程中，水分子间的引力增大，斥力减小
5．（2022·河南洛阳·模拟预测）(多选)如图所示的甲、乙两幅图像分别表示两分子间的作用力、分子势能与两分子间距离的关系。假定两个分子的距离为无穷远时它们的分子势能为0，下列说法正确的是（ ）
A．分子间距r=r0表示平衡位置，此位置分子间的引力、斥力都等于0
B．当分子间距r=r0时，分子力、分子势能都达到最小值
C．当分子间距无限大时，分子势能最小
D．当分子间距r>r0，随着r的增大，F先增大后减小，EP增大
E．当分子间距rr0时，分子势能随分子间距离增大而增大，故D错误；
故选A。
3．（2021·北京怀柔·模拟预测）关于热学中的一些基本概念，下列说法正确的是（ ）
A．物体是由大量分子组成的，分子是不可再分的最小单元
B．宏观物体的温度是物体内大量分子的平均动能的标志
C．分子做永不停息的无规则热运动，布朗运动就是分子的热运动
D．分子间的斥力和引力总是同时存在的，且随着分子之间的距离增大而增大
【答案】B
【解析】A．物体是由大量分子组成的，分子可再分为原子，故A错误；
B．根据温度的微观意义可知，物体的温度是物体内大量分子的平均动能的标志，故B正确；
C．布朗运动反映的是液体分子的永不停息的无规则运动，并不是组成固体小颗粒的分子的无规则运动，故C错误；
D．分子间的斥力和引力总是同时存在的，且随着分子之间的距离增大而减小，故D错误。
故选B。
4．（2023·浙江杭州·一模）下列说法正确的是（ ）
A．布朗运动就是液体分子的无规则热运动
B．气体与液体分子可以自由移动而固体分子不会发生运动
C．热力学温度升高1K和摄氏温度升高1℃对应的温度变化量相同
D．水蒸气凝结成小水珠过程中，水分子间的引力增大，斥力减小
【答案】C
【解析】A．布朗运动是花粉颗粒的无规则运动，布朗运动反映了液体分子做无规则热运动，布朗运动并不是液体分子的无规则热运动，A错误；
B．一切物质的分子，包括固体物质的分子都在永不停息地做无规则的热运动，B错误；
C．根据 T=273K+t
可知 ΔT=Δt 即热力学温度升高1K和摄氏温度升高1℃对应的温度变化量相同，C正确；
D．水分子在气态下引力、斥力忽略不计，凝结成液态，分子间距减小，引力和斥力同时增大，D错误。
故选C。
5．（2022·河南洛阳·模拟预测）(多选)如图所示的甲、乙两幅图像分别表示两分子间的作用力、分子势能与两分子间距离的关系。假定两个分子的距离为无穷远时它们的分子势能为0，下列说法正确的是（ ）
A．分子间距r=r0表示平衡位置，此位置分子间的引力、斥力都等于0
B．当分子间距r=r0时，分子力、分子势能都达到最小值
C．当分子间距无限大时，分子势能最小
D．当分子间距r>r0，随着r的增大，F先增大后减小，EP增大
E．当分子间距rr0，随着r的增大，F先增大后减小，Ep一直增大，选项D正确；
E．当分子间距r0
气泡内能增大，故气泡吸热，故B错误；
C．气泡上升 P=P0+ρgh
深度h减小，汽包内其他压强减小，C错误；
D．根据气体压强定义及其微观意义，气泡内气体压强减小，气泡内分子单位时间内对气泡壁单位面积的撞击力减小，故D正确。
故选D。
【点睛】分析的过程注意温度、体积的变化情况，再结合热力学定律等进行解答。
7．（2023·全国·高三专题练习）(多选)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
【答案】ACE
【解析】A．图A是油膜法估测分子的大小，分子并不是球形，但可以当做球形处理，这是一种估算方法，故A正确；
B．微粒的运动是固体小颗粒的无规则运动，即布朗运动，故B错误；
C．当两个相邻的分子间距离为r0时，分子间作用力为0，它们间相互作用的引力和斥力大小相等方向相反，故C正确；
D．模拟气体压强实验中，气体分子速率不一定相等，因此实验中每颗玻璃球与电子秤碰撞时的速率不一定相等，故D错误；
E．0 ℃和100 ℃氧气分子速率都呈现“中间多、两头少”的分布特点，故E正确。
故选ACE。
8.(2021·河北)两个内壁光滑、完全相同的绝热汽缸A、B，汽缸内用轻质绝热活塞封闭完全相同的理想气体，如图1所示，现向活塞上表面缓慢倒入细沙，若A中细沙的质量大于B中细沙的质量，重新平衡后，汽缸A内气体的内能________(选填“大于”“小于”或“等于”)汽缸B内气体的内能，图2为重新平衡后A、B汽缸中气体分子速率分布图像，其中曲线________(填图像中曲线标号)表示汽缸B中气体分子的速率分布规律。
【答案】大于 ①
【解析】解析：对活塞分析有p＝eq \f(mg,S)，因为A中细沙的质量大于B中细沙的质量，故稳定后有pA>pB，可知在达到平衡过程中外界对气体做的功WA>WB；则根据ΔU＝W＋Q，因为汽缸和活塞都是绝热的，故有ΔUA>ΔUB，即重新平衡后A汽缸内的气体内能大于B汽缸内的气体内能。
由题图2可知曲线②中分子速率大的分子数占总分子数百分比较大，即曲线②的温度较高，由前面分析可知B汽缸温度较低，故曲线①表示汽缸B中气体分子的速率分布。
考点二 微观量的估算
1．求解分子大小的两种模型
(1)对固体和液体：常把分子看成球形，分子直径d＝ eq \r(3,\f(6V0,π))．
(2)对气体：常把分子看成小立方体，分子间的平均距离d＝eq \r(3,V0) (V0不是一个气体分子的体积，而是一个气体分子平均占有的空间体积，所以利用d＝eq \r(3,V0)计算出的是气体分子间的平均距离。)．
2．宏观量与微观量的相互关系
(1)微观量：分子体积V0、分子直径d、分子质量m0等。
(2)宏观量：物体的体积V、密度ρ、质量m、摩尔质量M、摩尔体积Vml、物质的量n等。
(3)相互关系(阿伏加德罗常数是联系宏观量与微观量的“桥梁”)
①一个分子的质量：m0＝eq \f(M,NA)＝eq \f(ρVml,NA)。
②一个分子的体积：V0＝eq \f(Vml,NA)＝eq \f(M,ρNA)(估算固体、液体分子的体积或气体分子所占空间体积)。
③物体所含物质的量：n＝＝eq \f(m,M)＝eq \f(V,Vml)。
= 4 \* GB3 \* MERGEFORMAT ④物体所含的分子数：N＝n·NA＝eq \f(m,M)·NA＝eq \f(V,Vml)·NA。
= 5 \* GB3 \* MERGEFORMAT ⑤单位质量物体中所含的分子数:nm=NAM。
= 6 \* GB3 \* MERGEFORMAT ⑥单位体积物体中所含的分子数:nv=NAVml
9．某气体的摩尔质量和摩尔体积分别为M和Vm，每个气体分子的质量和体积分别为m和V0，则阿伏加德罗常数NA可表示为（ ）
A．NA=B．NA=C．NA=D．NA=
【答案】D
【解析】AB．式子NA=中，应该为气体分子所占空间的平均体积，和题给条件不符，AB错误；
CD．由 可得，C错误，D正确。
故选D。
10．（2023·全国·高三专题练习）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 B．1m3铜所含的原子数为MNAρ
C．1个铜原子的体积为MρNA（m3） D．铜原子的直径为 33MπρNA（m）
【答案】C
【解析】A．1 kg铜所含的原子数为 N=1M⋅NA=NAM 故A错误；
B．1m3铜所含的原子数为 N=nNA=ρNAM 故B错误；
C．1个铜原子的体积为 V=MρNA 故C正确；
D．铜原子的体积为 V=43π⋅(d2)3 则直径为d=36MπρNA 故D错误。
故选C。
11．（2023·全国·高三专题练习）(多选)钻石是首饰、高强度钻头和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 g，则下列选项正确的是（ ）
A．a克拉钻石物质的量为0.2aM
B．a克拉钻石所含有的分子数为0.2aNAM
C．每个钻石分子直径的表达式为36M×103NAρπ (单位为m)
D．a克拉钻石的体积为aρ
【答案】ABC
【解析】A．a克拉钻石物质的量为 n=mM=0.2aM 故A正确；
B．a克拉钻石所含有的分子数为 N=nNA=mMNA=0.2aNAM 故B正确；
C．每个钻石分子直径设为d，则有 V0=43π(d2)3
又 V0=VNA=MρNA=MNAρ
解得 d=36M×103NAρπ 故C正确；
D．a克拉钻石的体积为 V实际=mρ=2a×10−3ρ 故D错误；
故选ABC。
12．由阿伏伽德罗常量和一个水分子的质量 m，一个水分子的体积 ，不能确定的物理量有（ ）
A．1摩尔水的质量B．2摩尔水蒸气的质量
C．3摩尔水的体积D．4摩尔水蒸气的体积
【答案】D
【解析】A．摩尔质量等于分子的质量乘以阿伏加德罗常数，即M=m•NA，故A不符合题意；
B．水蒸气的分子与水分子相同，所以1摩尔水蒸气的质量也是m•NA，2摩尔水蒸气的质量是2m•NA，故B不符合题意；
C．摩尔体积等于分子的体积乘以阿伏加德罗常数，所以3摩尔水的体积是3V0•NA，故C不符合题意；
D．水蒸气中，水分子之间的距离比较大，远大于水分子的体积，而且不同的压强下水蒸气的摩尔体积不同，所以根据题目提供的条件不能确定4摩尔水蒸气的体积，故D符合题意；
本题选择不能确定的物理量故选D。
13．(多选)空调在制冷过程中，室内空气中的水蒸气接触蒸发器（钢管）液化成水，经排水管排走，空气中水分越来越少，人会感到干燥，某空调工作一段时间后，排出液化水的体积为V，水的密度为ρ，摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，则液化水中分子的总数N和水分子的直径d分别为（ ）
A．N=ρVNAMB．N=MρVNAC．d=3πρNA6MD．d=36MπρNA
【答案】AD
【解析】AB．由题意可得，物质的量为 n=mM=ρVM
则液化水中分子的总数为 N=nNA=ρVNAM 故A正确，B错误；
CD．一个水分子的体积为 V0=VN
又因为 V0=16πd3
解得水分子的直径d为 d=36MπρNA 故C错误，D正确。
故选AD。
14．（2020·天津河西·二模）已知油酸的摩尔质量为M，密度为ρ，阿伏伽德罗常数为NA。若用m表示一个油酸分子的质量，用V0表示一个油酸分子的体积，则下列表达式中正确的是（ ）
A．m=NAMB．m=MNAC．V0=MNAρD．V0=ρNAM
【答案】B
【解析】AB．分子的质量等于摩尔质量除以阿伏伽德罗常数，则有 m=MNA A错误，B正确；
CD．由于油酸分子间隙小，所以分子的体积等于摩尔体积除以阿伏伽德罗常数，则有 V0=VmlNA=MρNA=MρNA
C、D错误。
故选B。
15．（2022·重庆·西南大学附中模拟预测）用油膜法估测油酸分子直径的实验中，一滴油酸酒精溶液中油酸的体积V，油膜面积为S，油酸的摩尔质量为M，阿伏伽德罗常数为NA，下列说法正确的是（ ）
A．一个油酸分子的质量NAMB．一个油酸分子的体积为VNA
C．油酸分子的直径为VSD．油酸的密度为MV
【答案】C
【解析】A．一个油酸分子的质量为 m0=MNA 故A错误；
B．设油酸的摩尔体积为Vml，则一个油酸分子的体积为 V0=VmlNA
由题可知 Vml≠V 故B错误；
C．根据单分子油膜法测油酸分子直径原理，可知油酸分子直径为 d=VS 故C正确；
D．油酸的密度为 ρ=MVml 故D错误。
故选C。
16．已知阿伏加德罗常数为NA，下列说法正确的是（ ）
A．若油酸的摩尔质量为M，一个油酸分子的质量m＝NAM
B．若油酸的摩尔质量为M，密度为ρ，一个油酸分子的直径d＝3ρNAM
C．若某种气体的摩尔质量为M，密度为ρ，该气体分子的直径d＝3MρNA
D．若某种气体的摩尔体积为V，单位体积内含有气体分子的个数n＝NAV
【答案】D
【解析】A．分子的质量等于摩尔质量除以阿伏加德罗常数，则有一个油酸分子的质量 m=MNA 故A错误；
由于油酸分子间隙小，所以分子的体积等于摩尔体积除以阿伏加德罗常数，
则有一个油酸分子的体积 V0=VmlNA=MρNA
将油酸分子看成立方体形，立方体的边长等于分子直径，则得 V0=d3
解得 d=3MρNA 故B错误；
C．由于气体分子间距很大，所以一个分子的体积 V