2022届新教材高考物理一轮复习第十三章热学第1节分子动理论内能课件新人教版

1、第第1 1节分子动理论内能节分子动理论内能第十三章第十三章2022素养导读素养导读 备考定向备考定向【核心素养】 【试题情境】 生活实践类 学习探索类 雾霾天气、高压锅、气压计、湿度计、海浪发电机、蛟龙号深海探测器、喷雾器、火罐、拔罐等分子动理论、固体和液体的性质、气体实验定律、热力学定律、油膜法测分子直径实验、探究等温情况下一定气体压强与体积的关系【考向预测】 高考对本部分的考查方向比较广泛,每个知识点都有可能涉及。既有选择题,又有计算题。考查的具体内容主要包括以下几个方面:分子动理论、固体和液体的性质;热力学定律和气体状态变化的图像问题;结合汽缸模型、u形管、直管、l形管模型以及生活生产中

2、的器皿,考查气体实验定律和气体状态方程必备知识必备知识 预案自诊预案自诊【知识梳理】 一、分子动理论的基本观点和实验依据、阿伏加德罗常数 注:阿伏加德罗常数na=6.021023mol-1是联系微观量和宏观量的桥梁。 6.021023 小颗粒 0引力斥力二、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:决定于分子的和。 大整个空间平均速率分子的密集程度三、内能1.分子的动能(1)分子动能

3、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。 分子热运动温度总和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。 相对位置体积动能势能温度体积无关【考点自诊】 1.判断

4、下列说法的正误。(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。()(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。() 2.两个分子由距离很远(r10-9m)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。3.关于物体的内能和分子势能,下列说法

5、中正确的是()a.物体的速度增大,则分子的动能增加,内能也一定增加b.物体温度不变,内能可能变大c.物体的内能与温度有关,与物体的体积无关d.把物体举得越高,分子势能越大答案 b解析 物体的速度、高度只与其机械能有关,与内能、分子势能无关,a、d错误;物体温度不变,分子平均动能不变,但分子势能可能变大,所以内能可能变大,b正确;物体的内能与其温度、体积都有关,c错误。4.(新教材人教版选择性必修第三册p17b组t1改编)已知铁的摩尔质量为5.610-2 kg/mol,密度为7.9103 kg/m3,求每个铁分子的质量和铁分子的体积。答案0.9310-25 kg0.1210-28 m3解析每个铁

6、分子的质量等于铁的摩尔质量除以阿伏加德罗常数,为0.9310-25kg;铁分子的体积等于每个分子的质量除以密度为0.1210-28 m3。关键能力关键能力 学案突破学案突破考点一考点一微观量的估算微观量的估算(师生共研师生共研)1.两种分子模型 物质有固态、液态和气态三种情况,不同物态下应将分子看成不同的模型。(1)固体、液体分子一个一个紧密排列,可将分子看成球形或立方体形,如图所示,分子间距等于小球的直径或立方体的棱长,(2)气体分子不是一个一个紧密排列的,它们之间的距离很大,所以气体分子的大小不等于分子所占有的平均空间,如图所示,此时每个分子占有的空间视为棱长为d的立方体,所以 。提醒:对

7、于气体,利用 得到的不是分子直径,而是气体分子间的平均距离。2.微观量与宏观量间的关系微观量:分子体积v0、分子直径d、分子质量m0。宏观量:物体的体积v、摩尔体积vm、物体的质量m、摩尔质量m、物体的密度。【典例1】 (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310-9 m的球,已知阿伏加德罗常数为6.01023 mol-1。请估算该蛋白的密度。(计算结果保留一位有效数字)答案1103 kg/m3或5102 kg/m3 解题指导审题关键词句分析解读摩尔质量为66 kg/mol质量已知分子可视为半径为

8、310-9 m的球球模型已知阿伏加德罗常数为6.01023mol-1摩尔体积等于一个分子的体积乘na破题 根据分子求模型,先计算一个分子的体积,再计算摩尔体积,根据密度公式可计算结果(注意有效数字)。易错警示 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=nna,并结合密度公式进行分析计算。2.注意建立正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

9、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。1.(2020广西名校模拟)已知铜的摩尔质量为6.410-2 kg/mol,密度为8.9103 kg/m3,阿伏加德罗常数为6.01023 mol-1,则每个铜原子质量为 kg,每个铜原子体积为m3,铜原子的直径为m。(前两空保留两位有效数字,最后一空保留一位有效数字)答案1.110-251.210-29310-10 2.(2020湖北联考)在标准状态下,有体积为v的水和体积为v的可认为理想气体的水蒸气,已知水的密度为,阿伏加德罗常数为n,水的摩尔质量为m,在标准状态下水蒸气的摩尔体积为vm,则v体积水内有个水分子,v体积水蒸气内有个水分

10、子;水蒸气内相邻两个水分子之间的平均距离是水内相邻两个水分子之间的平均距离的倍。 考点二考点二布朗运动与分子热运动、分子速率布朗运动与分子热运动、分子速率分布分布(自主探究自主探究)1.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 分子固体微小颗粒分子区别是分子的运动,发生在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

11、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:气体分子的运动时杂乱无章的,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】 3.雾霾天气是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述,是特定气候条件与人类活动相互作用的结果。雾霾中,各种悬浮颗粒物形状不规则,但可视为密度相同、直径不同的球体,并用pm10、pm2.5分别表示球体直

12、径小于或等于10 m、2.5 m的颗粒物(pm是颗粒物的英文缩写)。某科研机构对北京地区的检测结果表明,在静稳的雾霾天气中,近地面高度百米的范围内,pm10的浓度随高度的增加略有减小,大于pm10的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小,且两种浓度分布基本不随时间变化。据此材料,以下叙述正确的是()a.pm10表示直径小于或等于1.010-6 m的悬浮颗粒物b.pm10受到的空气分子作用力的合力始终大于其所受到的重力c.pm10和大悬浮颗粒物都在做布朗运动d.pm2.5的浓度随高度的增加逐渐增大答案 c解析 pm10表示直径小于或等于1.010-5 m的悬浮颗粒物,a错误;来自各个方向的空气分

13、子对pm10的撞击不平衡,使pm10做布朗运动,是不规则的运动,故加速度大小和方向不断变化,所以合力可以大于、小于或等于其重力的大小,故b错误,c正确。根据题干可推测,pm2.5的浓度应随高度增加而减小,故d错误。4.(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.扩散现象是由分子无规则运动引起的d.扩散现象在气体、液体和固体中都能发生答案 acd解析扩散现象与温度有关,温度越高,扩散进行得越快,选项a正确。扩散现象是由于分子的无规则运动引起的,不是一种化学反应,选项b错误,c正确。扩散现象在气体、液体和固体中都能发生,选项d正确

14、。5.(2020山东三校联考)下面的表格是某地区16月份的气温与气压对照表: 月份123456平均气温/1.43.910.719.626.730.2平均大气压/105 pa1.0211.0191.0141.0081.0030.998 4根据上表数据可知,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气体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

15、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单位面积对地面撞击次数、气体的分子平均动能有关;温度升高,即气体的分子平均动增大,而压强p减小,说明单位时间单位面积对地面撞击次数减小,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

16、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小的趋势,故d错误。项目分子间的相互作用力f分子势能ep与分子间距的关系图像考点三考点三分子力、分子势能及物体的分子力、分子势能及物体的内能内能(自主探究自主探究)1.分子力f、分子势能ep与分子间距离r的关系图线 项目分子间的相互作用力f分子势能ep随分子间距的变化情况rr0f引和f斥都随距离的增大而减小,随距离的减小而增大,f引r0f引和f斥都随距离的增大而减小,随距离的减小而增大,f引f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=r0f引=f斥,f

17、=0分子势能最小,但不为零r10r0(10-9 m)f引和f斥都已十分微弱,可以认为分子间没有相互作用力分子势能为零2.物体的内能与机械能的比较 项目 内能机械能定义物体内所有分子的动能和势能的总和物体的动能及重力势能和弹性势能的总和决定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与物体宏观运动状态、参考系和零势能面选取有关,和物体内部分子运动情况无关量值 任何物体都具有内能,恒不为零 可以为零测量无法测量。其变化量可由做功和热传递来量度可以测量转化 在一定条件下可相互转化【对点演练】 6.(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

18、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,其内能可能不变答案 bd解析 气体的内能是指所有气体分子热运动的动能和相互作用的势能之和,不包括分子的重力势能和气体整体运动的动能,选项a、c错误,b正确;气体体积变化时,其分子势能可能增加、可能减小,而分子的动能可能增加、可能减小,其内能可能不变,选项d正确。7.(多选)(2020山西晋城质检)将一个分子p固定在o点,另一个分子q从图中的a点由静止释放,两分子之间的作用力与间距关系的图像如图所示,则下列说法正确的是()a.分子q由a运动到c的过程中,先加速再减速b.分子q在c点时分子势能最小c.分子q在c点时加速度大小为零d.分子q由a点释放后运动到c点左侧的过程中,加速度先增大后减小再增大答案 bcd解析 分子q由a运动到c的过程中,一直受引力作用,速度一直增加,动能增加,分子势能减小,在c点的分子势能最小,选项a错误,b正确;分子q在c点时受到的分子力为零,故q在c点时加速度大小为零,选项c正确;分子q由a点释放后运动到c点左侧的过程中,分子间的引力先增大后减小,然后到c点左侧时分子力为斥力逐渐变大,故加速度先增大后减小再增大,选项d正确。8.(2020全国卷)分子