人教版(新教材)高中物理选择性必修3第一章 分子动理论章末核心素养提升

人教版(新教材)高中物理选择性必修第三册PAGEPAGE1章末核心素养提升eq\a\vs4\al(分,子,动,理,论)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(物体是由大量分子组成的\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(分子的概念,阿伏加德罗常数\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(NA＝6.02×1023mol－1,NA＝\f(M,m0)＝\f(V,V0)))\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(其中NA＝\f(V,V0)只适用于固体和液体)))),分子的热运动\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(实验依据\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(扩散现象：直接证明了分子的热运动,布朗运动\b\lc\((\a\vs4\al\co1(意义：间接反映了分子的热运动,原因：液体或气体分子对悬浮微粒撞击作用不平衡,决定因素：温度越高、微粒越小，运动越剧烈)))),热运动\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(定义：分子永不停息的无规则运动,特点：永不停息，无规则；温度越高，运动越剧烈)))),分子间的作用力\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(分子间存在作用力的证据,规律\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(当r＜r0时，F为斥力,当r＝r0时，F＝0,当r＞r0时，F为引力,当r≥10r0时，F≈0)))),分子运动速率分布规律\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(随机性与统计规律,气体分子运动的特点,分子运动速率分布图像,气体压强的微观解释)),内能\b\lc\((\a\vs4\al\co1(分子动能：分子由于热运动而具有的能量，温度是分子平均动能的标志,分子势能\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(分子力做正功，分子势能减小,分子力做负功，分子势能增大,当r＝r0时，分子势能最小)),物体内能\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(定义：物体中所有分子的热运动动能和分子势能的总和,宏观上的影响因素：温度、体积、物质的量、物态,微观上的影响因素：分子热运动的平均动能、分子势能、分子个数)))),实验：用油膜法估测油酸分子的大小\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(原理：d＝\f(V,S),物理量的测量\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V,单分子油膜面积S)),结论：分子直径的数量级：10－10m))))

一、建立分子模型进行微观量的估算分子模型意义分子大小或分子间的平均距离图例球形模型固体和液体可看成是由一个个紧挨着的球形分子排列而成的，忽略分子间的空隙d＝eq\r(3,\f(6V0,π))(分子直径)立方体模型(气体)气体分子间的空隙很大，把气体分成若干个小立方体，气体分子位于每个小立方体的中心，每个小立方体是每个分子占有的活动空间，这时忽略气体分子的大小d＝eq\r(3,V0)(分子间平均距离)立方体模型(固体)固体可看做是由一个紧挨着一个的立方体分子排列而成的，忽略分子间空隙r＝eq\r(3,V0)(分子大小)〖例1〗已知潜水员在岸上和海底吸入空气的密度分别为1.3kg/m3和2.1kg/m3，空气的摩尔质量为0.029kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023mol－1。若潜水员呼吸一次吸入2L空气，试估算潜水员在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空气的分子数。(结果保留1位有效数字)〖答案〗3×1022个〖解析〗设空气的摩尔质量为M，在海底和岸上的密度分别为ρ海和ρ岸，一次吸入空气的体积为V，在海底吸入的分子数N海＝eq\f(ρ海V,M)NA，在岸上吸入的分子数N岸＝eq\f(ρ岸V,M)NA，则有ΔN＝N海－N岸＝eq\f(（ρ海－ρ岸）V,M)NA，代入数据得ΔN＝3×1022。〖针对训练〗晶须是由高纯度单晶生长而成的微纳米级的短纤维，是一种发展中的高强度材料，具有电、光、磁、介电、导电、超导电性质。它是一些非常细、非常完整的丝状(截面为圆形)晶体。现有一根铁晶，直径D＝1.60μm，用F＝0.0264N的力能将它拉断，将铁原子当作球形处理。(铁的密度ρ＝7.92g/cm3，铁的摩尔质量为55.58×10－3kg/mol，NA＝6.02×1023mol－1)(1)求铁晶中铁原子的直径；(2)请估算拉断过程中最大的铁原子力f。〖答案〗(1)2.82×10－10m(2)8.25×10－10N〖解析〗(1)因为铁的摩尔质量M＝55.58×10－3kg/mol所以铁原子的体积V0＝eq\f(M,ρNA)＝eq\f(55.58×10－3,7.92×103×6.02×1023)m3＝1.17×10－29m3铁原子直径d＝eq\r(3,\f(6V0,π))＝2.82×10－10m。(2)因原子力的作用范围在10－10m数量级，阻止拉断的原子力主要来自于断开截面上的所有原子对。当铁晶上的拉力分摊到一对铁原子上的力超过拉伸过程中的原子间最大原子力时，铁晶就被拉断。单个原子球的截面积S＝eq\f(πd2,4)＝6.24×10－20m2铁晶断面面积S′＝eq\f(πD2,4)＝2.01×10－12m2断面上排列的铁原子数N＝eq\f(S′,S)＝3.2×107所以拉断过程中最大铁原子力f＝eq\f(F,N)＝eq\f(0.0264,3.2×107)N＝8.25×10－10N。二、用类比思维理解分子力做功和分子势能如果取两个分子相距无限远时(此时分子间作用力可忽略不计)的分子势能为零，分子势能Ep与分子间距离r的关系可用如图所示的实线表示。(1)当r＝r0时分子处于平衡状态，此时分子间的引力、斥力同时存在，分子力F为零，分子势能Ep最小。(2)在r＜r0范围内，分子力表现为斥力，其大小随分子间距离r的减小而增大；随着r减小，斥力做负功，分子势能Ep随分子间距离r的减小而增大。(3)在r＞r0的范围内，分子力表现为引力，其大小F随着分子间距离r的增大先增大后减小；随着分子间距离r的增大，引力做负功，所以分子势能Ep一直增大。〖例2〗(多选)如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子沿x轴运动，两分子间的分子势能Ep与两分子间距离的变化关系如图中曲线所示。图中分子势能的最小值为－E0。若两分子所具有的总能量为0，则下列说法中正确的是()A.乙分子在P点(x＝x2)时，加速度最大B.乙分子在P点(x＝x2)时，其动能为E0C.乙分子在Q点(x＝x1)时，处于平衡状态D.乙分子的运动范围为x≥x1〖答案〗BD〖解析〗在两分子由无穷远处相互靠近的过程中，分子力先表现为引力，后表现为斥力，所以在整个过程中，分子力先做正功，后做负功。由分子力做功与分子势能的关系可知，分子势能先减小，后增大，结合图线可知：乙分子在