2021新高考物理选择性考试B方案一轮复习学案第12章第1讲分子动理论内能

第十二章热学考情分析高考对本部分知识的考查主要以选择题、实验题和计算题为主，其中计算题以气体实验定律的考查为主，虽然综合性不太强，但学生的得分率较低，应加以重视。重要考点1.分子动理论的基本观点和实验依据(Ⅰ)2．阿伏加德罗常数(Ⅰ)3．气体分子运动速率的统计分布(Ⅰ)4．温度、内能(Ⅰ)5．固体的微观结构、晶体和非晶体(Ⅰ)6．液晶的微观结构(Ⅰ)7．液体的表面张力现象(Ⅰ)8．气体实验定律(Ⅱ)9．理想气体(Ⅰ)10．热力学第一定律(Ⅰ)11．能量守恒定律(Ⅰ)12．热力学第二定律(Ⅰ)13．单位制：中学物理中涉及的国际单位制的基本单位和其他单位，例如摄氏度、标准大气压(Ⅰ)实验十三：用油膜法估测分子的大小说明：1.知道国际单位制中规定的单位符号。2．要求会正确使用温度计。考点解读1.本部分考点内容的要求基本上是Ⅰ级，即理解物理概念和物理规律的确切含义，理解物理规律的适用条件，以及它们在简单情况下的应用。2．高考热学命题的重点内容有：(1)分子动理论要点，分子力，分子大小、质量、数目估算；(2)内能的变化及改变内能的物理过程、气体压强的决定因素以及气体压强的计算；(3)气体实验定律、理想气体状态方程和用图象表示气体状态的变化；(4)热现象实验与探索过程的方法。3．近两年来热学考题中还涌现出了许多对热现象的自主学习和创新能力考查的新情景试题，多以科技前沿、社会热点及与生产生活联系的问题为背景来考查热学知识在实际中的应用。第1讲分子动理论内能主干梳理对点激活知识点分子动理论Ⅰ1．物体是由大量分子组成的(1)分子的大小①分子直径：数量级是eq\x(\s\up1(01))10－10m；②分子质量：数量级是10－26kg③测量方法：油膜法。(2)阿伏加德罗常数1mol任何物质所含有的粒子数，NA＝eq\x(\s\up1(02))6.02×1023mol－1。阿伏加德罗常数是联系宏观物理量与微观物理量的桥梁。2．分子做永不停息的无规则运动(1)扩散现象①定义：eq\x(\s\up1(03))不同物质能够彼此进入对方的现象。②实质：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eq\x(\s\up1(04))无规则运动产生的。温度越高，扩散现象越明显。(2)布朗运动①定义：悬浮在液体中的微粒的永不停息的eq\x(\s\up1(05))无规则运动。②成因：液体分子无规则运动，对固体微粒撞击作用不平衡造成的。③特点：永不停息，无规则；微粒eq\x(\s\up1(06))越小，温度eq\x(\s\up1(07))越高，布朗运动越明显。④结论：反映了eq\x(\s\up1(08))液体分子运动的无规则性。(3)热运动①定义：分子永不停息的eq\x(\s\up1(09))无规则运动。②特点：温度越高，分子无规则运动越激烈。3．分子间的相互作用力(1)引力和斥力同时存在，都随分子间距离的增大而eq\x(\s\up1(10))减小，随分子间距离的减小而eq\x(\s\up1(11))增大，eq\x(\s\up1(12))斥力比引力变化更快。(2)分子力随分子间距离的变化图象如图所示。(3)分子力的特点①r＝r0时(r0的数量级为10－10m)，F引＝F斥，分子力F②r<r0时，F引<F斥，分子力F表现为eq\x(\s\up1(13))斥力；③r>r0时，F引>F斥，分子力F表现为eq\x(\s\up1(14))引力；④r>10r0时，F引、F斥都已十分微弱，可认为分子力F＝eq\x(\s\up1(15))0。知识点温度、内能Ⅰ1．温度一切达到eq\x(\s\up1(01))热平衡的系统都具有相同的温度。2．两种温标摄氏温标和热力学温标。关系：T＝eq\x(\s\up1(02))t＋273.15K。3．分子动能(1)分子动能是eq\x(\s\up1(03))分子热运动所具有的动能；(2)平均动能是所有分子热运动的动能的平均值，eq\x(\s\up1(04))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eq\x(\s\up1(05))总和。4．分子势能(1)定义：由于分子间存在着引力和斥力，所以分子具有由它们的eq\x(\s\up1(06))相互位置决定的能。(2)分子势能的决定因素微观上——决定于eq\x(\s\up1(07))分子间距离；宏观上——决定于物体的eq\x(\s\up1(08))体积。5．物体的内能(1)物体中所有分子的热运动eq\x(\s\up1(09))动能与eq\x(\s\up1(10))分子势能的总和叫物体的内能，内能是状态量。(2)对于给定的物体，其内能大小与物体的eq\x(\s\up1(11))温度和eq\x(\s\up1(12))体积有关。(3)物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关。(4)决定内能的因素微观上：分子动能、分子势能、分子个数。宏观上：温度、体积、物质的量(摩尔数)。(5)改变物体的内能有两种方式①做功：当做功使物体的内能发生改变时，外界对物体做了多少功，物体内能就增加多少；物体对外界做了多少功，物体内能就减少多少。②热传递：当热传递使物体的内能发生改变时，物体吸收了多少热量，物体内能就增加多少；物体放出了多少热量，物体内能就减少多少。一堵点疏通1．只要知道气体的体积和阿伏加德罗常数，就可以算出分子的体积。()2．扩散现象和布朗运动的剧烈程度都与温度有关，所以扩散现象和布朗运动也叫做热运动。()3．相同质量和相同温度的氢气和氧气，氢气的内能大，氧气分子的平均动能大，氢气分子的平均速率大。()4．在阳光照射下的教室里，眼睛直接看到的空气中尘埃的运动属于布朗运动。()5．分子力随分子间距离的变化而变化，当r>r0时，随着距离的增大，分子间的引力和斥力都增大，但引力比斥力增大的快，故分子力表现为引力。()6．分子的动能与分子的势能的和叫做这个分子的内能。()7．分子力减小时，分子势能也一定减小。()8．物体的机械能减小时，内能不一定减小。()9．内能相同的物体，它们的分子平均动能一定相同。()答案1.×2.×3.×4.×5.×6.×7.×8.√9.×二对点激活1．(人教版选修3－3·P7·T2改编)(多选)以下关于布朗运动的说法错误的是()A．布朗运动证明，组成固体小颗粒的分子在做无规则运动B．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C．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D．扩散现象和布朗运动都证明分子在做永不停息的无规则运动答案AB解析布朗运动反映了液体分子的无规则运动，故A错误；胡椒粉的运动不是布朗运动，是水的对流引起的，故B错误，正确的只有C、D。2．对内能的理解，下列说法正确的是()A．物体的质量越大，物体的内能越大B．物体的温度越高，物体的内能越大C．同一个物体，内能的大小与物体的体积和温度有关D．物体的速度减小，物体的内能一定减小答案C解析物体的内能是物体内所有分子的分子动能和分子势能的总和，与物体的温度、体积、分子总数(即物质的量)均有关，故A、B错误，C正确；物体的内能与物体速度的变化无关，物体的速度减小，物体的内能可能增大，可能减小，可能不变，D错误。3.(人教版选修3－3·P9·T4)如图所示，把一块洗净的玻璃板吊在橡皮筋的下端，使玻璃板水平地接触水面。如果你想使玻璃板离开水面，向上拉橡皮筋的力必须大于玻璃板的重量。请解释为什么。答案因为玻璃板和水的分子间分子引力大于斥力。4．(人教版选修3－3·P4·T3)把铜分子看成球形，试估算铜分子的直径。已知铜的密度为8.9×103kg/m3，铜的摩尔质量为6.4×10答案2.84×10－10解析铜的摩尔体积V＝eq\f(M,ρ)，一个铜原子的体积V0＝eq\f(V,NA)V0＝eq\f(πd3,6)联立得d＝eq\r(3,\f(6M,ρπNA))＝2.84×10－10m。考点细研悟法培优考点1微观量的估算1.分子模型物质有固态、液态和气态三种状态，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，所以d＝eq\r(3,\f(6V,π))(球体模型)或d＝eq\r(3,V)(立方体模型)。(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，所以计算的一般是每个分子所占据的平均空间大小。如图所示，将每个分子占据的空间视为棱长为d的立方体，所以d＝eq\r(3,V)。2．微观量：分子体积V0、分子直径d、分子质量m。3．宏观量：物体体积V、摩尔体积Vmol、物体的质量M、摩尔质量Mmol、物体的密度ρ。4．微观量与宏观量的关系(1)分子的质量：m＝eq\f(Mmol,NA)＝eq\f(ρVmol,NA)。(2)分子的体积(或占据的空间)：V0＝eq\f(Vmol,NA)＝eq\f(Mmol,ρNA)对固体和液体，V0表示分子的体积；对气体，V0表示分子占据的空间。(3)物体所含的分子数：N＝eq\f(V,Vmol)·NA＝eq\f(M,ρVmol)·NA，或N＝eq\f(M,Mmol)·NA＝eq\f(ρV,Mmol)·NA。例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()A．a克拉钻石所含有的分子数为eq\f(0.2aNA,M)B．a克拉钻石所含有的分子数为eq\f(aNA,M)C．每个钻石分子直径的表达式为eq\r(3,\f(6M×10－3,NAρπ))(单位为m)D．每个钻石分子直径的表达式为eq\r(\f(6M,NAρπ))(单位为m)(1)a克拉钻石的物质的量如何求？提示：eq\f(0.2a,M)。(2)求解每个钻石分子直径表达式时，把钻石分子看成哪种模型？提示：球体模型。尝试解答选AC。a克拉钻石物质的量(摩尔数)为n＝eq\f(0.2a,M)，所含分子数为N＝nNA＝eq\f(0.2aNA,M)，A正确，B错误；钻石的摩尔体积V＝eq\f(M×10－3,ρ)(单位为m3/mol)，每个钻石分子体积为V0＝eq\f(V,NA)＝eq\f(M×10－3,NAρ)，设钻石分子直径为d，则V0＝eq\f(4,3)π·eq\f(d,2)3，联立解得d＝eq\r(3,\f(6M×10－3,NAρπ))(单位为m)，C正确，D错误。微观量的求解方法(1)分子的大小、分子体积、分子质量属微观量，直接测量它们的数值非常困难，可以借助较易测量的宏观量结合摩尔体积、摩尔质量等来估算这些微观量，其中阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁和纽带。(2)建立合适的物理模型，通常把固体、液体分子模拟为球形或立方体形，如上例中将钻石分子看成球形；对于气体分子所占据的空间则可建立为立方体模型。[变式1－1](多选)若以V表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积，ρ表示在标准状态下水蒸气的密度，M表示水的摩尔质量，M0表示一个水分子的质量；V0表示一个水分子的体积，NA表示阿伏加德罗常数，则下列关系式中正确的是()A．V0＝eq\f(V,NA) B.M0＝eq\f(M,NA)C．ρ＝eq\f(M,NAV0) D.NA＝eq\f(ρV,M0)答案BD解析由于水蒸气分子间距远大于分子直径，则V0≪eq\f(V,NA)，A错误；1mol水蒸气的质量等于水分子的质量与阿伏加德罗常数NA的乘积，B正确；由于摩尔体积V≫V0NA，则ρ＝eq\f(M,V)≪eq\f(M,NAV0)，C错误；水蒸气的摩尔质量ρV除以水蒸气分子的质量等于阿伏加德罗常数，D正确。[变式1－2](2019·江苏扬州期末)目前专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术。实验发现，在水深300m处，二氧化碳将变成凝胶状态，当水深超过2500m时，二氧化碳会浓缩成近似固体的硬胶体。设在某状态下二氧化碳气体的密度为ρ，摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，将二氧化碳分子看成直径为D的球球的体积公式为V球＝eq\f(1,6)πD3，则在该状态下体积为V的二氧化碳气体变成硬胶体后体积为多少？答案eq\f(πρVNAD3,6M)解析二氧化碳气体变成硬胶体后，可以看成是分子一个个紧密排列在一起的。体积为V的二氧化碳气体质量为m＝ρV；所含分子数为N＝eq\f(m,M)NA＝eq\f(ρV,M)NA；变成硬胶体后体积为V′＝N·eq\f(1,6)πD3＝eq\f(πρVNAD3,6M)。考点2扩散现象、布朗运动与分子热运动1.扩散现象：相互接触的物体分子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。2．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永不停息地做无规则的热运动。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例2(2019·北京丰台二模)关于布朗运动，下列说法中正确的是()A．布朗运动反映了花粉颗粒内部分子的无规则运动B．悬浮在水中的花粉颗粒越大，布朗运动就越明显C．温度升高，布朗运动和分子热运动都会变得剧烈D．布朗运动是由于液体各个部分的温度不同引起的(1)布朗运动是花粉颗粒内部分子的无规则运动吗？提示：不是。(2)布朗运动的产生原因是什么？提示：液体分子对花粉颗粒撞击的不平衡性。尝试解答选C。布朗运动是花粉颗粒的无规则运动，反映了液体分子的无规则运动，A错误；悬浮在水中的花粉颗粒越小，布朗运动就越明显，B错误；温度升高，布朗运动和分子热运动都会变得剧烈，C正确；布朗运动是由于液体分子对悬浮在液体中的花粉颗粒的不平衡的撞击引起的，D错误。几点易错提醒(1)布朗运动不是热运动。(2)布朗运动肉眼看不见。(3)固体颗粒不是固体分子，是由大量分子组成的。[变式2－1](2015·全国卷Ⅱ节选)(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．扩散现象在气体、液体和固体中都能发生D．液体中的扩散现象是由液体的对流形成的答案AC解析温度越高，分子的热运动越剧烈，扩散进行得越快，A正确；扩散现象是一种物理现象，不是化学反应，B错误；扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，C正确；液体中的扩散现象是由于液体分子的无规则运动而产生的，D错误。[变式2－2]做布朗运动实验，得到某个观测记录如图所示。图中记录的是()A．分子无规则运动的情况B．某个微粒做布朗运动的轨迹C．某个微粒做布朗运动的速度—时间图线D．按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线答案D解析布朗运动是小颗粒的无规则运动，图中表示的是每隔相等的时间间隔颗粒的位置连线图，不是运动轨迹，故从一个位置到另外的位置是怎样运动的，无从得知。考点3分子力、分子势能与内能1.分子力与分子势能的比较名称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线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r0<r<10r0F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(10－9mF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名称比较内能机械能定义物体中所有分子热运动动能与分子势能的总和物体的动能、重力势能和弹性势能的统称决定因素与物体的温度、体积、物态和分子数有关跟宏观运动状态、参考系和零势能点的选取有关量值任何物体都有内能可以为零测量无法测量可测量本质微观分子的运动和相互作用的结果宏观物体的运动和相互作用的结果运动形式热运动机械运动联系在一定条件下可以相互转化，能的总量守恒3．温度、内能、热量、功的比较概念温度内能(热能)热量功含义表示物体的冷热程度，是物体分子平均动能大小的标志，它是大量分子热运动的集体表现，对个别分子来说，温度没有意义物体内所有分子动能和势能的总和，它是由大量分子的热运动和分子的相互位置所决定的能是热传递过程中内能的改变量，热量是用来量度热传递过程中内能转移的多少做功过程是机械能或其他形式的能和内能之间的转化过程联系温度和内能是状态量，热量和功则是过程量。热传递的前提条件是存在温差，传递的是热量而不是温度，实质上是内能的转移例3(2019·陕西二模改编)(多选)如图所示是分子间作用力跟距离的关系。下列关于分子动理论有关说法正确的是()A．分子间距离为r0时，分子间既有斥力作用，也有引力作用B．分子间距离为r0时，分子间势能最小C．物体的分子势能总和与物体体积大小有关D．物质间的扩散作用主要是分子间斥力作用的结果(1)分子间距离为r0时，分子力表现为零，是指分子间引力和斥力都为零吗？提示：不是，是指分子间引力等于斥力，分子力表现为零。(2)分子势能的变化与分子力做功有什么关系？提示：分子力做正功，分子势能减小，分子力做负功，分子势能增大。尝试解答选ABC。分子间同时存在引力和斥力，分子间距离为r0时，分子间的斥力等于引力，故A正确；当r＞r0时分子力表现为引力，分子距离增大，分子力做负功，分子势能增大，当r＜r0时分子力表现为斥力，分子距离减小，分子力做负功，分子势能增大，故当r＝r0时分子势能最小，故B正确；对于一个质量确定的物体来说，其分子势能的大小跟物体的体积大小有关，故C正确；物质间的扩散作用主要是分子在不停地做无规则运动的结果，故D错误。判断分子势能变化的三种方法方法一：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。方法二：利用分子势能与分子间距离的关系图线判断。如图所示。方法三：与弹簧类比。弹簧处于原长时(r＝r0)弹性势能最小，在此基础上：r↑，Ep↑；r↓，Ep↑。[变式3－1](多选)甲分子固定在坐标原点O，只在两分子间的作用力作用下，乙分子沿x轴方向运动，两分子间的分子势能Ep与两分子间距离x的变化关系如图所示，设乙分子在移动过程中所具有的总能量为0，则下列说法正确的是()A．乙分子在Q点时分子势能最小B．乙分子在Q点时处于平衡状态C．乙分子在P点时动能最大D．乙分子在P点时，分子间引力和斥力相等答案CD解析由题图可知，乙分子在P点时分子势能最小，此时乙分子受力平衡，甲、乙两分子间引力和斥力相等，D正确；乙分子在Q点时分子势能为0，大于乙分子在P点时的分子势能，A错误；乙分子在Q点时与甲分子间的距离小于平衡距离，分子引力小于分子斥力，合力表现为斥力，所以乙分子在Q点时合力不为0，故不处于平衡状态，B错误；乙分子在P点时，其分子势能最小，由能量守恒可知此时乙分子动能最大，C正确。[变式3－2](2018·全国卷Ⅱ节选)(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．气体的内能包括气体分子热运动的动能答案BD解析气体的内能等于所有分子热运动的动能和分子之间势能的总和，故A、C错误，B、D正确。高考模拟随堂集训1．(2019·江苏高考)(多选)在没有外界影响的情况下，密闭容器内的理想气体静置足够长时间后，该气体()A．分子的无规则运动停息下来B．每个分子的速度大小均相等C．分子的平均动能保持不变D．分子的密集程度保持不变答案CD解析分子的无规则运动则为分子的热运动，由分子动理论可知，分子热运动不可能停止，故A错误；密闭容器内的理想气体，温度不变，所以分子平均动能不变，但并不是每个分子的动能都相等，故B错误，C正确；由于没有外界影响且容器密闭，所以分子的密集程度不变，故D正确。2．(2018·北京高考)关于分子动理论，下列说法正确的是()A．气体扩散的快慢与温度无关B．布朗运动是液体分子的无规则运动C．分子间同时存在着引力和斥力D．分子间的引力总是随分子间距增