适用于新高考新教材广西专版2024届高考物理一轮总复习第14章热学第1节分子动理论内能课件

第1节分子动理论内能第十四章内容索引0102强基础增分策略增素能精准突破【课程标准】

1.了解分子动理论的基本观点及相关的实验证据。通过实验,了解扩散现象。观察并能解释布朗运动。2.了解分子运动速率的统计分布规律,知道分子运动速率分布图像的物理意义。3.了解固体的微观结构。知道晶体和非晶体的特点。能列举生活中的晶体和非晶体。通过实例,了解液晶的主要性质及其在显示技术中的应用。4.了解材料科学的有关知识及应用,体会它们的发展对人类生活和社会发展的影响。5.观察液体的表面张力现象。了解表面张力产生的原因。知道毛细现象。6.通过实验,了解气体实验定律,知道理想气体模型,能用分子动理论和统计观点解释气体压强和气体实验定律。7.知道热力学第一定律。通过有关史实,了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过程,体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义。8.理解能量守恒定律,能用能量守恒的观点解释自然现象。体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一。通过自然界中宏观过程的方向性,了解热力学第二定律【核心素养】

【试题情境】

【考向预测】

生活实践类高压锅、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:①分子动理论、固体和液体的性质;②热力学定律和气体状态变化的图像问题;③结合汽缸模型、U形管模型、直管模型、L形管模型以及生产生活中的器皿,考查气体实验定律和理想气体状态方程强基础增分策略一、分子动理论的基本观点和实验依据、阿伏加德罗常数

6.02×1023小颗粒0引力斥力应用提升1.下列关于布朗运动的说法正确的是(

)A.布朗运动就是分子的无规则运动B.布朗运动证明,组成固体小颗粒的分子在做无规则运动C.一锅水中撒一点胡椒粉,加热时发现水中的胡椒粉在翻滚,这说明温度越高布朗运动越激烈D.在显微镜下可以观察到煤油中小粒灰尘的布朗运动,这说明煤油分子在做无规则运动答案

D解析

布朗运动是指悬浮于液体(或气体)中的固体小颗粒受液体(或气体)分子碰撞不平衡而表现出来的无规则运动,它是液体(或气体)分子无规则运动的表现,所以A、B、C均错误,D正确。2.(多选)如图,用温度计测量质量已知的甲、乙、丙三杯水的温度,根据测量结果可以知道(

)A.甲杯中水的内能最少B.甲、乙杯中水的内能一样多C.丙杯中水分子的平均动能最大D.甲杯中水分子的平均动能小于乙杯中水分子的平均动能答案

AC解析

温度是分子平均动能的标志,所以选项C正确,D错误;物体的内能是指物体内所有分子动能和分子势能之和,所以B错误,A正确。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:气体分子的

和

。

易错辨析

(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。(

)大整个空间平均速率数密度×√×三、内能1.分子的动能(1)分子动能是

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易错辨析

(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。(

)×√应用提升3.两个分子由距离很远(r>10-9m)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。4.(2022春河北张家口期末)如图所示,甲分子固定在坐标原点O,乙分子从位置x3处由静止释放后仅在分子间相互作用力下沿x轴运动,两分子间的分子势能Ep与两分子间距离x的变化关系如图中曲线所示,已知图中分子势能最小值为-E0,下列说法正确的是(

)A.乙分子在位置x2时,加速度为0B.乙分子在位置x1时,其动能最大C.乙分子在位置x2时,动能等于E0D.甲、乙分子的最小距离等于x1答案

A

解析

由题图可知当x=x2时分子势能最小,即为平衡位置,在平衡位置分子间作用力为零,其加速度为零,故A正确;在x=x1时分子势能为0,乙分子从位置x3处由静止释放,由于两分子所具有的总能量为负,即E总=Ep+Ek<0,在x1处Ek<0,因此乙分子无法到达x1处,即甲、乙分子的最小距离大于x1,故B、D错误;结合图像和题意,由于两分子所具有的总能量为负,即E总=Ep+Ek<0,故乙分子在x2处Ek<E0,故C错误。5.(人教版教材选择性必修第三册P17习题改编)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。答案

9.3×10-26kg

1.2×10-29

m3增素能精准突破考点一微观量的估算[师生共研]1.分子模型

2.宏观量、微观量以及它们之间的关系的理解

【典例突破】典例.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66kg/mol,其分子可视为半径为3×10-9m的球,已知阿伏加德罗常数为6.0×1023mol-1。请估算该蛋白的密度。(计算结果保留一位有效数字)思维点拨

根据分子模型,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)。答案

1×103

kg/m3考题点睛

考点考向点睛分子大小微观量估算规律:用阿伏加德罗常数联系微观量与宏观量分析解决方法:用分子球体模型计算分子的体积,用

得结果模型:球体和立方体分子模型易错:注意固体、液体和气体分子间距及分子分布与体积的关系素养点拨

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=n·NA,并结合密度公式进行分析计算。(2)注意建立立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。【对点演练】1.(多选)钻石是首饰和高强度钻头、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/mol),阿伏加德罗常数为NA。已知1克拉=0.2克,则(

)答案

BD2.(2022广东东莞期末)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为V,油膜面积为S,油酸的摩尔质量为M,阿伏加德罗常数为NA,下列说法正确的是(

)答案

B

3.(2022江苏宿迁期末)若以μ表示水的摩尔质量,V表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积,ρ为在标准状态下水蒸气的密度,NA为阿伏加德罗常数,m、V0分别表示每个水分子的质量和体积,下面四个关系式正确的是(

)答案

B

考点二布朗运动与分子热运动、分子速率分布[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:气体分子的运动是杂乱无章的,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】4.下图为两分子的分子势能Ep随分子间距离r变化的图像,对此,以下说法正确的是(

)A.当r>r1时,分子间的引力大于斥力B.固体相邻分子间的距离约等于r1C.液体存在表面张力是因为表面层中相邻分子的平均间距大于r2D.将分子间距由r1增大到r2,分子间引力与斥力的合力会变大答案

C解析

分子间的距离为平衡距离时,分子势能最小,所以图像中r2为平衡距离,当r<r2时,分子斥力大于分子引力,当r>r1时,分子间的引力可能大于斥力,也可能小于斥力,A错误;固体相邻分子间的距离约等于平衡距离r2,B错误;液体存在表面张力是因为表面层中相邻分子间的引力大于斥力,所以平均间距大于r2,C正确;将分子间距由r1增大到r2,分子间引力与斥力的合力会变小,D错误。5.(2022北京海淀期末)下图为悬浮在液体中的3颗小炭粒每隔5s在坐标纸上标记位置的连线。下列说法正确的是(

)A.这些折线表示的是小炭粒的运动轨迹B.小炭粒沿折线上相邻标记位置的连线做匀速直线运动C.可以准确预测下一个5s后这3颗小炭粒的位置D.小炭粒的运动反映了液体分子的运动情况答案

D

解析

这些折线表示的是小炭粒的位置的连线,中间过程小炭粒仍然做的是无规则运动,并不是小炭粒的运动轨迹,故A、B错误;因为小炭粒做的是无规则运动,所以不能准确预测下一个5

s后这3颗小炭粒的具体位置,故C错误;由于液体分子对小炭粒的撞击,小炭粒处于非平衡状态,因此小炭粒的运动是无规则运动,反映了液体分子在不停地做无规则运动,故D正确。6.(2022山东枣庄期末)下图是氧气分子在0℃和100℃两种不同温度下的速率分布情景图像,则下列说法正确的是(

)A.图线①是氧气分子在100℃时的速率分布情景图线B.两种温度下,氧气分子的速率分布都呈现“中间多,两头少”的分布规律C.随着温度的升高,每一个氧气分子的速率都增大D.100℃的氧气,速率大的分子比例较少,其分子的平均速率比0℃的小答案

B

解析

由题图可知,②中速率大的分子占据的比例较大,则说明②对应的平均动能较大,故②对应的温度较高,所以①是氧气分子在0

℃下的速率分布情景图线,故A错误;两种温度下,都是中等速率的分子数所占的比例大,呈现“中间多,两头少”的分布规律,故B正确;随着温度的升高,氧气分子的平均速率增大,但不是每一个分子的速率都增大,故C错误;随着温度的升高,速率大的氧气分子所占的比例增大,从而使氧气分子的平均速率增大,比0

℃的要大,故D错误。7.下面的表格是某地区1~6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

Pa1.0211.0191.0141.0081.0030.9984根据表格数据可知,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空气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对单位面积地面撞击次数、气体的分子平均动能有关;温度升高,即气体的分子平均动能增大,而压强p减小,说明单位时间对单位面积地面撞击次数减小,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。考点三分子力、分子势能及物体的内能[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与分子间距的关系图像项

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,斥力做正功,分子势能减少r减小,斥力做负功,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,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=0分子势能最小,但不为零r>10r0(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】8.(2022陕西渭南月考)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为斥力,F<0为引力。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,选项中四个图分别表示乙分子的速度、加速度、分子动能、分子势能与两分子间距离的关系,其中大致正确的是(

)答案

B

解析

乙分子的运动方向始终不变,故A错误;加速度与力的大小成正比,方向与力相同,加速度等于零的是C、D点之间,故B正确;分子动能不可能为负值,故C错误;乙分子从A处由静止释放,因分子引力做正功,越过平衡位置C点,分子斥力做负功,因此分子势能先减小,到C点最小,后增大,但不能大于零,故D错误。9.(多选)将一个分子P固定