2021高考物理一轮复习热学第1讲分子动理论内能用油膜法估测分子的大小教案

1、第1讲分子动理论内能用油膜法估测分子的大小分子动理论的基本观点和实验依据、阿伏加德罗常数1物体是由大量分子组成的：阿伏加德罗常数是联系宏观物理量与微观物理量的桥梁，1 mol的任何物质都含有相同的粒子数。通常取na6.021023_mol1。2分子永不停息地做无规则运动(1)扩散现象并不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果，而是由物质分子的无规则运动产生的。温度越高，扩散越快。(2)布朗运动布朗运动是固体颗粒的运动，反映了液体内部分子的无规则运动。微粒越小，布朗运动越明显；温度越高，布朗运动越剧烈。(3)热运动：分子永不停息的无规则运动叫作热运动。分子的无规则运动和温度有关，温度越高，分子无

2、规则运动越剧烈。3分子间的相互作用力(1)分子间同时存在相互作用的引力和斥力。实际表现出的分子力是引力和斥力的合力。(2)引力和斥力都随分子间距离的减小而增大；随分子间距离的增大而减小；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1010 m)。距离分子力ff r图象rr0f引f斥f0rr0f引r0f引f斥f表现为引力r10r0f引0f斥0f0温度、内能1温度：两个系统处于热平衡时，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相同的温度。温度标志物体内部大量分子做无规则运动的剧烈程度。2摄氏温标和热力学温标单

3、位规定关系摄氏温标(t)在标准大气压下，冰的熔点是0_，水的沸点是100 t(t273.15) ktt热力学温标(t)k零下273.15_即为0 k3.分子的动能(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。(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)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相对位置决定的能。(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；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rr0时分子势能最小。宏观上决定于

4、体积和状态。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。对于给定的物体，其内能大小由物体的温度和体积决定。(2)改变物体内能有两种方式：做功和热传递。1(2017北京高考13)以下关于热运动的说法正确的是()a水流速度越大，水分子的热运动越剧烈b水凝结成冰后，水分子的热运动停止c水的温度越高，水分子的热运动越剧烈d水的温度升高，每一个水分子的运动速率都会增大c水流的速度是机械运动的速度，不同于水分子无规则热运动的速度，a项错误；分子永不停息地做无规则运动，b项错误；温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的热运动越剧烈，c项正确；水的温度升高，水分子的平均动能增

5、大，即水分子的平均运动速率增大，但不是每一个水分子的运动速率都增大，d项错误。2(2020陕西省咸阳市质检)(多选)关于布朗运动，下列说法中正确的是()a布朗运动是分子的运动，牛顿运动定律不再适用b布朗运动是分子无规则运动的反映c悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动是布朗运动d布朗运动的激烈程度跟温度有关，所以布朗运动也叫做热运动e布朗运动的明显程度与颗粒的体积和质量大小有关bce布朗运动是悬浮颗粒的运动，这些颗粒不是微观粒子，牛顿运动定律仍适用，故a错误；悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动是布朗运动，固体小颗粒做布朗运动说明了分子不停地做无规则运动，故b、c正确；布朗运动反映的是分子的热运

6、动，其本身不是分子的热运动，故d错误；布朗运动的明显程度与颗粒的体积和质量大小有关，体积和质量越小，布朗运动越剧烈，故e正确。3如图所示，用f表示两分子间的作用力，用ep表示两分子系统所具有的分子势能，在两个分子之间的距离由10r0变为r0的过程中()af不断增大，ep不断减小bf先增大后减小，ep不断减小cf不断增大，ep先增大后减小df、ep都是先增大后减小b由题图可知分子间距离由10r0减小到r0的过程中，分子力表现为引力，且引力先增大后减小，而分子势能一直减小，因此b选项正确，a、c、d选项错误。4(2020辽宁大连模拟)(多选)某气体的摩尔质量为m，摩尔体积为vm，密度为，每个分子的

7、质量和体积分别为m和v0，则阿伏加德罗常数na不可表示为()ana bnacna dnaenabde5(多选)现在有质量是18 g的水、18 g的水蒸气和32 g的氧气，在它们的温度都是100 时，下列说法正确的是()a它们的分子数目相同，分子的平均动能相同b它们的分子数目相同，分子的平均动能不相同，氧气的分子平均动能大c它们的分子数目相同，它们的内能不相同，水蒸气的内能比水大d它们的分子数目不相同，分子的平均动能相同e它们的分子数目相同，分子的平均速率不同ace考点一微观量的估算1宏观量与微观量的关系(1)微观量：分子体积v0、分子直径d、分子质量m0。(2)宏观量：物体的体积v、摩尔体积v

8、m、物体的质量m、摩尔质量m、物体的密度。(3)关系分子的质量：m0。分子的体积：v0。物体所含的分子数：nnana或nnana。2两种模型(1)球体模型直径为d 。(2)立方体模型边长为d。(2017江苏卷)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/mol，其分子可视为半径为3109 m的球，已知阿伏加德罗常数为6.01023 mol1。请估算该蛋白的密度。(计算结果保留一位有效数字)解析：摩尔体积vr3na(或v(2r)3na)由密度，解得(或)代入数据得1103 kg/m3(或5102 kg/m3,51021103 kg/m3都算对)。答

9、案：1103 kg/m3或5102 kg/m31(多选)若以表示水蒸气的摩尔质量，v表示标准状态下水蒸气的摩尔体积，表示标准状态下水蒸气的密度，na表示阿伏加德罗常数，m0、v0分别表示每个水蒸气分子的质量、体积，下列关系中正确的有()ana bc dm0acd由于v，则na，得m0，故a、d选项正确；由于水蒸气分子之间有空隙，所以nav0v，水蒸气的密度为，故b选项错误，c选项正确。2(多选)已知铜的摩尔质量为m kg/mol，铜的密度为 kg/m3，阿伏加德罗常数为na mol1。下列判断正确的是()a1 kg铜所含的原子数为b1 m3铜所含的原子数为c1个铜原子的质量为kgd1个铜原子的

10、体积为m3e1个铜原子的体积为acd因为铜的摩尔质量为m kg/mol，所以1 kg铜所含的原子数为，选项a正确；铜的密度为 kg/m3,1 m3铜的质量为，1 m3铜所含有的原子数为na，选项b错误；1摩尔铜原子的质量为m，则1个铜原子的质量为kg，选项c正确；可将铜原子看作球体模型， 1摩尔铜原子的体积为v，因此1个铜原子的体积为m3，选项d正确，e错误。考点二布朗运动与分子热运动1布朗运动(1)研究对象：悬浮在液体或气体中的小颗粒；(2)运动特点：无规则、永不停息；(3)相关因素：颗粒大小、温度；(4)物理意义：说明液体或气体分子做永不停息的无规则的热运动。2扩散现象：相互接触的物体分子

11、彼此进入对方的现象。产生原因：分子永不停息地做无规则运动。3扩散现象、布朗运动与热运动的比较现象扩散现象布朗运动热运动活动主体分子微小固体颗粒分子区别分子的运动，发生在固体、液体、气体任何两种物质之间比分子大得多的微粒的运动，只能在液体、气体中发生分子的运动，不能通过光学显微镜直接观察到共同点都是无规则运动；都随温度的升高而更加激烈联系扩散现象、布朗运动都反映分子做无规则的热运动2017海南物理15(1)(多选)关于布朗运动，下列说法正确的是()a布朗运动是液体中悬浮微粒的无规则运动b液体温度越高，液体中悬浮微粒的布朗运动越剧烈c在液体中的悬浮颗粒只要大于某一尺寸，都会发生布朗运动d液体中悬浮

12、微粒的布朗运动是液体分子永不停息地做无规则运动e液体中悬浮微粒的布朗运动是液体分子对它的撞击作用不平衡所引起的abe布朗运动是液体中悬浮微粒的无规则运动，故a正确。液体温度越高，分子热运动越激烈，液体中悬浮微粒的布朗运动越剧烈，故b正确。悬浮颗粒越大，惯性越大，碰撞时受到冲力越平衡，所以大颗粒不做布朗运动，故c错误。布朗运动是悬浮在液体中颗粒的无规则运动。不是液体分子的无规则运动，故d错误。布朗运动是由液体分子从各个方向对悬浮颗粒撞击作用的不平衡引起的，故e正确。故选a、b、e。3(2020山西省五地市联考)(多选)小张在显微镜下观察水中悬浮的细微粉笔末的运动从a点开始，他把小颗粒每隔20 s

13、的位置记录在坐标纸上，依次得到b、c、d等这些点，把这些点连线形成如图所示折线图，则关于该粉笔末的运动，下列说法正确的是()a该折线图是粉笔末的运动轨迹b粉笔末的无规则运动反映了水分子的无规则运动c经过b点后10 s，粉笔末应该在bc的中点处d粉笔末由b到c的平均速度小于由c到d的平均速度e若改变水的温度，再记录一张图，则仅从图上不能确定记录哪一张图时的温度高bde该折线图不是粉笔末的实际运动轨迹，分子运动是无规则的，故a错误；粉笔末受到水分子的碰撞，做无规则运动，所以粉笔末的无规则运动反映了水分子的无规则运动，故b正确；由于运动的无规则性，所以经过b点后10 s，我们不知道粉笔末在哪个位置，

14、故c错误；任意两点之间的时间间隔是相等的，所以位移越大，则平均速度就越大，故粉笔末由b到c的平均速度小于由c到d的平均速度，故d正确；由于运动的无规则性，所以我们无法仅从图上就确定哪一张图的温度高，故e正确。42015课标卷33(1)(多选)关于扩散现象，下列说法正确的是()a温度越高，扩散进行得越快b扩散现象是不同物质间的一种化学反应c扩散现象是由物质分子无规则运动产生的d扩散现象在气体、液体和固体中都能发生e液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的acd扩散现象是分子无规则热运动的反映，c正确，e错误；温度越高，分子热运动越剧烈，扩散越快，a正确；气体、液体、固体的分子都在不停地进行着热运动

15、，扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，d正确；在扩散现象中，分子本身结构没有发生变化，不属于化学变化，b错误。考点三分子动能、分子势能和内能1分子力、分子势能与分子间距离的关系分子力f分子势能ep图象随分子间距离的变化情况rr0r增大，f先增大后减小，表现为引力r增大，f做负功，ep增大rr0f引f斥，f0ep最小r10r0引力和斥力都很微弱，f0ep02.改变内能的方式(多选)两分子间的斥力和引力的合力f与分子间距离r的关系如图中曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为r0。相距很远的两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近若两分子相距无穷远时分子势能为零，下列说法正确的是()a在rr0阶段，f

16、做正功，分子动能增加，分子势能减小b在rr0阶段，当r减小时f做正功，分子势能减小，分子动能增加，故a正确；在rr0阶段，当r减小时f做负功，分子势能增加，分子动能减小，故b错误；在rr0时，分子势能最小，但不为零，动能最大，故c正确，d错误；在整个相互接近的过程中，分子动能和分子势能之和保持不变，故e正确。2018全国卷33(1)(多选)对于实际的气体，下列说法正确的是()a气体的内能包括气体分子的重力势能b气体的内能包括气体分子之间相互作用的势能c气体的内能包括气体整体运动的动能d气体的体积变化时，其内能可能不变e气体的内能包括气体分子热运动的动能bde(1)a错：气体的内能不考虑气体自身

17、重力的影响，故气体的内能不包括气体分子的重力势能。b、e对：实际气体的内能包括气体的分子动能和分子势能两部分。c错：气体整体运动的动能属于机械能，不是气体的内能。d对：气体体积变化时，分子势能发生变化，气体温度也可能发生变化，即分子势能和分子动能的和可能不变。5.(2020许昌模拟)(多选)两个相邻的分子之间同时存在着引力和斥力，它们随分子之间距离r的变化关系如图所示。图中虚线是分子斥力和分子引力曲线，实线是分子合力曲线。当分子间距为rr0时，分子之间合力为零，则下列关于该两分子组成系统的分子势能ep与两分子间距离r的关系曲线，可能正确的是()bce由于rr0时，分子之间的作用力为零，当rr0

18、时，分子间的作用力为引力，随着分子间距离的增大，分子力做负功，分子势能增加，当rr0时，分子间的作用力为斥力，随着分子间距离的减小，分子力做负功，分子势能增加，故rr0时，分子势能最小。综上所述，选项b、c、e正确，选项a、d错误。62016全国卷33(1)(多选)关于气体的内能，下列说法正确的是()a质量和温度都相同的气体，内能一定相同b气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大c气体被压缩时，内能可能不变d一定量的某种理想气体的内能只与温度有关e一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加cde气体的内能由物质的量、温度和体积决定，质量和温度都相同的气体，内能可能不同，说法a错误。内

19、能与物体的运动速度无关，说法b错误。气体被压缩时，同时对外传热，根据热力学第一定律知内能可能不变，说法c正确。一定量的某种理想气体的内能只与温度有关，说法d正确。根据理想气体状态方程，一定量的某种理想气体在压强不变的情况下，体积变大，则温度一定升高，内能一定增加，说法e正确。考点四实验：用油膜法估测分子的大小 注意事项1将所有的实验用具擦洗干净，不能混用。2油酸酒精溶液的浓度以小于0.1%为宜。3浅盘中的水离盘口面的距离应较小，并要水平放置，以便准确地画出薄膜的形状，画线时视线应与板面垂直。 误差分析1纯油酸体积的计算引起误差；2油膜形状的画线误差；3数格子法本身是一种估算的方法，自然会带来误

20、差。2019全国卷33(1)用油膜法估算分子大小的实验中，首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是_。实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积，可以_。为得到油酸分子的直径，还需测量的物理量是_。解析：由于分子直径非常小，极少量油酸所形成的单分子层油膜面积也会很大，因此实验前需要将油酸稀释，使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜。可以用累积法测量多滴溶液的体积后计算得到一滴溶液的体积。油酸分子直径等于油酸的体积与单分子层油膜的面积之比，即d，故除测得油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积外，还需要测量单分子层油膜的面积。答案：使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中，测出1 ml油酸酒精溶液的滴数，得到一滴溶液中纯油酸的体积单分子层油膜的面积7在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：往边长约为40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水。待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上。用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定。将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小。用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸