2023届高三物理【新教材】一轮复习 14-1 分子动理论　内能

第十四章热学【核心素养】物理观念：1.明确分子动理论的基本观点，了解温度和内能、晶体和非晶体、液体表面张力、液晶等知识内容；2.掌握理想气体状态方程及热力学第一定律的应用；3.进一步促进相互作用观念及能量观念的形成．科学思维：1.构建理想气体模型；2.应用理想气体模型分析求解实际气体问题；3.运用概率统计的方法研究热现象；4.运用能量守恒观点解释热现象、求解问题．科学探究：通过实验估测油酸分子的大小，学习测量微观物理量的思想和方法．科学态度与责任：通过对本专题的学习，培养可持续发展观念，提升个人责任感．【命题探究】1.命题分析：通过对近几年高考的分析，本专题中分子动理论、热力学定律及理想气体状态方程的应用仍然是高考命题的热点，题型有选择题、实验题以及计算题．2．趋势分析：在复习过程中应加强对分子动理论以及热力学定律相关的选择题或计算题的练习，加强对综合考查气体实验定律及热力学定律的计算题的训练．【试题情境】生活实践类：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、拔罐等学习探索类：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第1讲分子动理论内能【必备知识·自主排查】一、分子动理论1．物体是由大量分子组成的：(1)分子直径大小的数量级为________m油膜法测分子直径：d＝VS，V是油滴体积，S是单分子油膜的面积(2)一般分子质量的数量级为________kg.(3)阿伏加德罗常数：1mol的任何物质都含有__________的粒子数，这个数量用阿伏加德罗常数表示，即NA，NA＝________mol－1.2．分子永不停息地做无规则热运动：(1)扩散现象：相互接触的物体的分子或原子彼此进入对方的现象．温度越________，扩散越快．(2)布朗运动：在显微镜下看到的悬浮在液体中的颗粒永不停息地做无规则运动．布朗运动反映了________的无规则运动．颗粒越________，运动越明显；温度越________，运动越剧烈．(3)热运动：________永不停息的无规则运动．3．分子间存在着相互作用力：(1)分子间同时存在________和________，实际表现的分子力是它们的________．(2)引力和斥力都随着距离的增大而________，但斥力比引力变化得________．(3)分子间的作用力随分子间距离变化的关系如图所示．二、温度和物体的内能1．温度：(1)温度在宏观上表示物体的冷热程度，在微观上表示分子的________．(2)温度是决定一个系统与另一个系统是否达到热平衡状态的物理量，一切达到热平衡的系统都具有相同的________．2．两种温标：(1)摄氏温标和热力学温标的比较：两种温标温度的零点不同，同一温度两种温标表示的数值不同，但它们表示的温度间隔是相同的，即每一度的大小相同，Δt＝ΔT.(2)关系：T＝________．3．分子的平均动能：物体内所有分子动能的平均值叫分子的平均动能．________是分子平均动能的标志，温度越高，分子做热运动的平均动能越________．4．分子势能：由分子间的相互作用和相对位置决定的势能叫分子势能．宏观上，分子势能的大小与物体的________有关．5．物体的内能：物体中所有分子的热运动的________与________的总和．物体的内能跟物体的________和________都有关系．【生活情境】1.(1)秋风吹拂，树叶纷纷落下，属于分子的无规则运动．()(2)在箱子里放几块樟脑丸，过些日子一开箱就能闻到樟脑的气味，属于分子的无规则运动．()(3)烟囱里冒出的黑烟在空中飘荡是布朗运动．()(4)室内扫地时，在阳光照射下看见灰尘飞扬是布朗运动．()(5)水流速度越大，水分子的热运动越剧烈.()【教材拓展】2.[人教版选择性必修第三册P3“演示”改编]如图所示是用光学显微镜观察一滴充分稀释的碳素墨汁，调节好合适的放大倍数后，显示屏上会跟踪一个炭粒的运动，发现炭粒做无规则运动．则()(1)炭粒无规则运动是炭粒分子无规则运动的结果()(2)炭粒无规则运动是液体分子不平衡撞击的结果()(3)炭粒体积越大，其无规则运动的现象越明显()(4)墨汁温度越高，炭粒无规则运动现象越明显()(5)这个装置无法直接观察到液体分子无规则运动()3．[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5.6×10－2kg/mol，密度为7.9×103kg/m3，求每个铁分子的质量和铁分子的体积．【关键能力·分层突破】考点一微观量估算的两种建模方式1．两种分子的模型：(1)固体和液体可以看作球体模型：一个分子体积V0＝43πd23＝16π(2)气体分子可以看作立方体模型：一个分子所占的平均空间V0＝d3，d为分子间的距离．2．阿伏加德罗常数的应用阿伏加德罗常数是联系宏观量(摩尔质量Mmol、摩尔体积Vmol、密度ρ等)与微观量(分子直径d、分子质量m0、分子体积V0等)的“桥梁”．如图所示．(1)一个分子的质量：m＝Mmol(2)一个分子所占的体积：V0＝VmolNA(【跟进训练】1.(多选)某气体的摩尔质量为M，摩尔体积为V，密度为ρ，每个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＝VV0 B．NAC．NA＝Mm D．NA＝2．(多选)已知阿伏加德罗常数为NA(mol－1)，某物质的摩尔质量为M(kg/mol)，该物质的密度为ρ(kg/m3)，则下列叙述中正确的是()A．1kg该物质所含的分子个数是ρNAB．1kg该物质所含的分子个数是1MNC．该物质1个分子的质量是ρD．该物质1个分子占有的空间是M3．很多轿车为了改善夜间行驶时的照明问题，在车灯的设计上选择了氙气灯，因为氙气灯灯光的亮度是普通灯灯光亮度的3倍，但是耗电量仅是普通灯的一半，氙气灯使用寿命则是普通灯的5倍，很多车主会选择含有氙气灯的汽车，若氙气充入灯头后的容积V＝1.6L，氙气密度ρ＝6.0kg/m3.已知氙气摩尔质量M＝0.131kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6×1023mol－1.试估算：(结果保留一位有效数字)(1)灯头中氙气分子的总个数N；(2)灯头中氙气分子间的平均距离．考点二分子热运动1．布朗运动：(1)研究对象：悬浮在液体、气体中的小颗粒．(2)特点：①永不停息地运动；②无规则地运动；③颗粒越小，现象越明显；④温度越高，运动越剧烈；⑤用肉眼无法直接看到，需要用显微镜进行观测．2．扩散现象、布朗运动、分子热运动的比较：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、布朗运动都反映分子做无规则的热运动【跟进训练】4.关于分子热运动和布朗运动，下列说法正确的是()A．布朗运动是指在显微镜中看到的液体分子的无规则运动B．布朗运动间接反映了分子在永不停息地做无规则运动C．悬浮颗粒越大，同一时刻与它碰撞的液体分子越多，布朗运动越显著D．当物体温度达到0℃时，物体分子的热运动就会停止5．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6．[2022·海口模拟]关于扩散现象和布朗运动，下列说法正确的是()A．扩散现象只能发生在液体或气体中，不能发生在固体中B．布朗运动就是花粉分子的无规则运动C．悬浮在一定温度的液体中的固体小颗粒越大，布朗运动越明显D．扩散现象和布朗运动都能证明分子在永不停息地做无规则运动考点三分子力、分子势能及物体的内能角度1分子力、分子势能1.分子力和分子势能随分子间距变化的规律如下：项目分子力F分子势能Ep随分子间距变化图像(r0＝10－10m)随分子间距的变化情况r<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表现为斥力r增大，分子力做正功，分子势能减小；r减小，分子力做负功，分子势能增加r>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，分子力做负功，分子势能增加；r减小，分子力做正功，分子势能减小r＝r0F引＝F斥，F＝0分子势能最小，但不为零r>10r0F引和F斥都已十分微弱，可以认为F＝0分子势能为零2.判断分子势能变化的两种方法(1)根据分子力做功判断．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)利用分子势能与分子间距离的关系图线判断．但要注意此图线和分子力与分子间距离的关系图线形状虽然相似但意义不同，不要混淆．例1如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示．F>0表示斥力，F<0表示引力，A、B、C、D为x轴上四个特定的位置，现把乙分子从A处由静止释放，下列选项中的图像分别表示乙分子的速度、加速度、势能、动能与两分子间距离的关系，其中大致正确的是()角度2物体的内能1.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)内能的大小与温度、体积、分子数和物态等因素有关．(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．2．内能和热量的比较内能热量区别是状态量，状态确定，系统的内能随之确定．一个物体在不同的状态下有不同的内能是过程量，它表示由于热传递而引起的内能变化过程中转移的能量联系在只有热传递改变物体内能的情况下，物体内能的改变量在数值上等于物体吸收或放出的热量例2[2022·陕西省宝鸡市质检](多选)关于物体的内能，下列说法正确的是()A．相同质量的两种物质，升高相同的温度，内能的增加量一定相同B．物体的内能改变时温度不一定改变C．内能与物体的温度有关，所以0℃的物体内能为零D．分子数和温度相同的物体不一定具有相同的内能[解题心得]【跟进训练】7.新型冠状病毒在世界范围内的肆虐，给人们的生命财产造成了重大损失．为了杀死病毒，预防传染，人们使用乙醇消毒液和免洗洗手液(如图所示)，两者的主要成分都是酒精，则下列说法正确的是()A．在房间内喷洒乙醇消毒液后，会闻到淡淡的酒味，这是由于酒精分子做布朗运动B．在房间内喷洒乙醇消毒液后，会闻到淡淡的酒味，与分子运动无关C．使用免洗洗手液洗手后，手部很快就干爽了，是液体蒸发的缘故D．使用免洗洗手液洗手后，洗手液中的酒精由液态变为同温度的气体的过程中，内能不变8．[2022·山东临沂模拟](多选)分子间势能由分子间距r决定．规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零，两分子间势能与分子间距r的关系如图所示．若一分子固定于原点O，另一分子从距O点很远处向O点运动．下列说法正确的是()A．在两分子间距从很远处减小到r2的过程中，分子之间的作用力先增大后减小B．在两分子间距从r2减小到r1的过程中，分子之间的作用力一直减小C．在两分子间距从r1再减小到某一距离的过程中，分子之间的作用力一直增大D．在两分子间距等于r2处，分子之间的作用力等于0第十四章热学第1讲分子动理论内能必备知识·自主排查一、1．(1)10－10(2)10－26(3)相同6.02×10232．(1)高(2)液体分子小高(3)分子3．(1)引力斥力合力(2)减小快二、1．(1)平均动能(2)温度2．(2)t＋273.15K3．温度大4．体积5．动能分子势能温度体积生活情境1．答案：(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×教材拓展2．答案：(1)×(2)√(3)×(4)√(5)√3．解析：每个铁分子的质量等于铁的摩尔质量除以阿伏加德罗常数，为0.93×10－25kg；铁分子的体积等于每个分子的质量除以密度为0.12×10－28m3.答案：0.93×10－25kg0.12×10－28m3关键能力·分层突破1．解析：因为M＝ρV，所以NA＝Mm＝ρVm.由于气体分子间隙很大，所以V≠NA·V0.ρ是气体的密度，不是单个分子的密度．故A、D错误，B、C答案：BC2．解析：1kg该物质的物质的量为1M，所含分子数目为：n＝NA·1M＝NAM，故A错误；B正确；每个分子的质量为m0＝1n＝MNA，故C错误；每个分子所占体积为：V0＝m答案：BD3．解析：(1)设氙气的物质的量为n，则n＝ρV氙气分子的总数：N＝ρVMNA＝6.0×1.6×10-30.131×6×10(2)每个分子所占的空间为：V0＝V设分子间平均距离为a，则有：V0＝a3则a＝3VN＝31.6×10-34×1022答案：(1)4×1022个(2)3×10－9m4．解析：布朗运动是指在显微镜中看到的悬浮小颗粒的无规则运动，A错误；布朗运动间接反映了液体分子运动的无规则性，B正确；悬浮颗粒越大，液体分子对它的撞击作用的不平衡性越小，布朗运动越不明显，C错误；热运动在0℃时不会停止，D错误．答案：B5．解析：本题考查分子动理论．温度是分子热运动平均动能的标志，故温度越高，分子热运动越剧烈．分子热运动的剧烈程度与机械运动速度大小无关，故选项A错误，C正确；水凝结成冰后，分子热运动依然存在，B项错误；温度升高，分子运动的平均速率增大，但不是每个分子的运动速率都会增大，D项错误．答案：C6．解析：扩散现象是指不同物质彼此进入对方的现象，可以发生在固体、液体、气体任何两种物质之间，故A错误．布朗运动是固体小颗粒受到的分子的撞击不平衡产生的，是固体小颗粒的运动，不是花粉分子的无规则运动，故B错误．布朗运动是固体小颗粒受到的分子的撞击不平衡产生的，固体小颗粒越小，布朗运动越明显，故C错误．扩散现象直接反映了组成物质的分子永不停息地做无规则运动；布朗运动间接证明了分子永不停息地做无规则运动，故D正确．答案：D例1解析：本题考查分子间作用力做功与分子能量变化的关系．刚过C点时乙分子的运动方向不会发生变化，选项A错误；加速度与合力的大小成正比，方向与合力相同，在C点，乙分子的加速度等于零，选项B正确；乙分子从A处由静止释放，分子力先是引力后是斥力，分子力先做正功，后做负功，则分子势能先减小后增大，在C点，分子势能最小，从C项图中可知，在A点静止释放乙分子时，分子势能为负，而初动能为零，乙分子的总能量为负，在以后的运动过程中乙分子的总能量不可能为正，而动能不