新高考物理一轮复习专题15.1　分子动理论　内能 精品讲义（含解析）

专题15.1　分子动理论　内能【讲】

【讲核心素养】

物理观念：分子动理论、布朗运动、内能、扩散现象。

1．知道分子动理论并能用分子动理论解释一些常见的现象

2．了解扩散现象并能解释布朗运动.

3．了解物体内能的决定因素.

科学思维：分子动理论“油膜法”。

1．掌握分子模型的构建与分子直径的估算方法，了解分子动理论的基本观点.

2．知道分子力随分子间距离变化的图象

【讲考点题型】

【知识点一】物体是由大量分子组成的

1． 宏观量与微观量之间的关系

2． 分子模型

【例1】（2022·福建三明·高三期末）如图所示，用水银血压计测量血压时，先向袖带内充气、然后缓慢放气。某次测量充入袖带内气体的压强为1.5，体积为V。已知阿伏加德罗常数为。

（1）若该状态下气体的摩尔体积为，求袖带内气体的分子数；

（2）若缓慢放弃过程中温度保持不变，袖带内气体体积变为0.8V，压强变回到，求袖带内剩余气体的质量与放气前总质量的比值。

【答案】  （1）；（2）

【解析】（1）气体物质的量

袖带内气体的分子数

（2）对原袖带内气体，发生等温变化，压强为时气体体积为，则

解得

袖带内剩余气体的质量与放气前总质量的比值：

【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维。

【变式训练1】（2022·全国·高三课时练习）标准状况下，中含有多少个空气分子？某运动员的肺活量（一次尽力吸气后再尽力呼出的气体总量）约，则一次呼吸进入人体的空气分子数约为多少个？

【答案】  2.69×1019个；1.076×1023个

【解析】标准状态下1摩尔体积为22.4L．所以1cm3的物质的量为

故1cm3中含有的空气分子数为

运动员一次深呼吸吸入空气约4000cm3，则一次呼吸吸入的空气分子数为

N′=4000N=4000×2.69×1019=1.076×1023个

【技巧总结】1．求解分子直径时的两种模型(固体和液体)

(1)把分子看成球形，d＝。

(2)把分子看成小立方体，d＝。

[注意]　对于气体，利用d＝算出的不是分子直径，而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Vmol、物质的量n等。

(3)相互关系

①一个分子的质量：m0＝＝。

②一个分子的体积：V0＝＝(估算固体、液体分子的体积或气体分子所占空间体积)。

③物体所含的分子数：N＝n·NA＝·NA＝·NA。

【知识点二】分子永不停息的做无规则运动

【例2】 （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

【答案】  C

【解析】A．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，说明水分子的无规则运动，不能说明碳分子运动也是无规则的，A错误；

B．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；

C．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；

D．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；

故选C。

【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念。

【变式训练2】 （多选）（2022·湖南·长沙一中模拟预测）下列说法正确的是（　　）

A．扩散现象不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果

B．分子动理论是在一定的实验基础上提出的

C．一定温度下的饱和汽压，随饱和汽的体积增大而减小

D．用手捏面包，面包体积会缩小，这是分子间有空隙的原因

E．当分子斥力与引力大小相等时，分子势能有极小值

【答案】  ABE

【解析】A．扩散现象是分子做无规则运动产生的，不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果，故A正确；

B．分子动理论的实验基础包括扩散现象和布朗运动，故B正确；

C．饱和汽压只与温度和物质种类有关，故C错误；

D．用手捏面包，面包体积会缩小，这是物体间有空隙的原因，故D错误；

E．当分子斥力与引力大小相等时，分子力为零，分子势能有极小值，故E正确。

故选ABE。

【规律方法】．扩散现象、布朗运动与热运动的比较

【知识点三】分子力与分子势能

5． 判断分势能的变化有两种方法

(1)看分子力的做功情况。

(2)直接由分子势能与分子间距离的关系图线判断，但要注意其和分子力与分子间距离的关系图线的区别。记住一个位置分子势能最小（不为零，且为负）——平衡位置；两个位置分子势能为零——无穷远处和小于r0处。分子力为零，分子势能不为零，最小且为负。

【例3】（2022·北京·高三专题练习）假定两个分子的距离为无穷远时它们的分子势能为0，两个分子间作用力的合力F、分子势能与分子间距离r的关系如图甲和乙所示，下列说法正确的是（　　）

A．在r由无限远到趋近于的过程中，F先做负功后做正功

B．在r由无限远到趋近于的过程中，F先做正功后做负功

C．在r由趋近于0的过程中，F做负功，先变小再变大

D．在r由趋近于0的过程中，F做负功，变大

【答案】  D

【解析】AB．在r由无限远到趋近于的过程中，分子力表现为引力，引力一直做正功，故AB错误；

CD．在r由趋近于0的过程中，分子力表现为斥力，斥力一直做负功，分子势能增大，故C错误D正确。

故选D。

【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维。

【变式训练3】（2022·山东临沂）用电脑软件模拟两个相同分子在仅受分子力作用下的运动。将两个质量均为m的A、B分子从x轴上的和处由静止释放，如图所示。其中B分子的速度v随位置x的变化关系如图所示。取无限远处势能为零，下列说法正确的是（　　）

A．A、B间距离为时分子力为零

B．A、B间距离为时分子力为零

C．A、B系统的分子势能最小值为

D．释放时A、B系统的分子势能为

【答案】  D

【解析】AB．由图可知，B分子在x0~x1过程中做加速运动，说明开始时两分子间作用力为斥力，在x1处速度最大，加速度为0，即两分子间的作用力为0，根据运动的对称性可知，此时A、B分子间的距离为2x1，故A、B错误；

D．由图可知，两分子运动到无穷远处的速度为v2，在无穷远处的总动能为

由题意可知，无穷远处的分子势能为0，由能量守恒可知，释放时A、B系统的分子势能为，故D正确；

C．由能量守恒可知，当两分子速度最大即动能最大时，分子势能最小，则最小分子势能为

Epmin=

故C错误。

故选D。

【规律方法】分子力及分子势能图象

【例4】（多选）（2022·河南·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”的物理现象是一种布朗运动

B．这种“闻到花香”的物理现象是一种扩散现象

C．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

D．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

E．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减小后增大

【答案】  BCE

【解析】AB．布朗运动是悬浮于液体或气体中的固体小颗粒的运动，扩散现象是物质分子的无规则运动，花香是一种扩散现象，A错误，B正确；

C．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，C正确；

D．两个花粉分子间距离小于r0时，分子之间既有斥力也有引力，斥力大于引力，表现为斥力，D错误；

E．在两个花粉分子间距离从小于r0增大到等于r0的过程中，分子之间表现为斥力，斥力做正功，分子势能减小；当分子之间的距离等于r0时，分子力等于零，分子势能最小，不等于零；当两个花粉分子心间的距离从r0增大到2r0时，分子之间表现为引力，引力做负功，分子势能增大，所以两个花粉分子间距离从小于r0增大到2r0的过程中，两个花粉分子的分子势能先减小后增大，E正确。

故选BCE。

【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维。

【变式训练4】（2022·北京朝阳·模拟预测）对于一个只有两个分子组成的系统，其分子势能与两分子间距离的变化关系如图所示。仅考虑两个分子之间的作用，下列说法正确的是（　　）

A．当时，分子间的作用力为零

B．当时，分子间的作用力表现为引力

C．从到的过程中，分子间的作用力逐渐减小

D．从到的过程中，分子系统的势能逐渐增大

【答案】  C

【解析】A．分子势能最小时，分子间的作用力为零，当时，分子间的作用力为零，故A错误；

B．当时，分子间距离小于，分子间的作用力表现为斥力，故B错误；

C．从到的过程中，分子间距离从小于平衡位置到平衡位置，分子间的作用力逐渐减小，故C正确；

D．从到的过程中，分子间作用力表现为斥力，分子力做正功，分子系统的势能逐渐减小，故D错误。

故选C。

【规律方法】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、物质的量以及物质状态。

(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。