高中物理高考一輪復(fù)習(xí)一輪復(fù)習(xí) 第15章 分子動理論-2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí)講義

課標要求考情分析通過實驗，估測油酸分子的大小。了解分子動理論的基本觀點及相關(guān)的實驗證據(jù)。通過實驗，了解擴散現(xiàn)象。觀察并能解釋布朗運動。了解分子運動速率分布的統(tǒng)計規(guī)律，知道分子運動速率分布圖像的物理意義。了解固體的微觀結(jié)構(gòu)。知道晶體和非晶體的特點。能列舉生活中的晶體和非晶體。通過實例，了解液晶的主要性質(zhì)及其在顯示技術(shù)中的應(yīng)用。了解材料科學(xué)的有關(guān)知識及應(yīng)用，體會它們的發(fā)展對人類生活和社會發(fā)展的影響。觀察液體的表面張力現(xiàn)象。了解表面張力產(chǎn)生的原因。知道毛細現(xiàn)象。通過實驗，了解氣體實驗定律。知道理想氣體模型。能用分子動理論和統(tǒng)計觀點解釋氣體壓強和氣體實驗定律。知道熱力學(xué)第一定律。通過有關(guān)史實，了解熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)過程，體會科學(xué)探索中的挫折和失敗對科學(xué)發(fā)現(xiàn)的意義。理解能量守恒定律，能用能量守恒的觀點解釋自然現(xiàn)象。體會能量守恒定律是最基本、最普遍的自然規(guī)律之一。通過自然界中宏觀過程的方向性，了解熱力學(xué)第二定律。1.新高考例證2023年山東高考卷第15題的問題情境是取材于我國傳統(tǒng)文化的“中醫(yī)拔罐”，通過對火罐和抽氣罐內(nèi)氣體狀態(tài)變化的對比研究，考查考生對氣體實驗定律的理解與應(yīng)用，展示了中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化中蘊含的魅力。試題通過引入源于生活的問題和現(xiàn)象，鼓勵考生理論聯(lián)系實際，關(guān)心日常生活、生產(chǎn)活動中蘊含的物理原理，思考課堂所學(xué)內(nèi)容的應(yīng)用價值。2.新高考預(yù)測本模塊知識點比較多，而高考重點考查的內(nèi)容包括分子動理論、固體和液體的性質(zhì)、氣體實驗定律、氣體狀態(tài)變化的圖像及熱力學(xué)第一定律等知識。未來的命題仍將堅持以往的考查方式、特點和規(guī)律，在創(chuàng)設(shè)新情境和題給信息方面可能有所突破。知識體系第1講分子動理論一、分子動理論1．物體是由大量分子組成的阿伏加德羅常數(shù)：1mol的任何物質(zhì)所含有的相同的粒子數(shù)。通?？扇A＝×1023mol－1。2．分子在做永不停息的無規(guī)則運動(1)擴散現(xiàn)象①定義：不同種物質(zhì)能夠彼此進入對方的現(xiàn)象。②實質(zhì)：擴散現(xiàn)象是由分子的無規(guī)則運動產(chǎn)生的，溫度越高，擴散現(xiàn)象越明顯。(2)布朗運動①定義：懸浮在液體中的微粒的永不停息的無規(guī)則運動。②實質(zhì)：布朗運動反映了液體分子的無規(guī)則運動。③特點：微粒越小，溫度越高，運動越劇烈。(3)熱運動①定義：分子的永不停息的無規(guī)則運動。②特點：分子的無規(guī)則運動和溫度有關(guān)，溫度越高，分子熱運動越劇烈。3．分子之間存在著相互作用力(1)物質(zhì)分子間存在空隙，分子間的引力和斥力是同時存在的，實際表現(xiàn)出的分子間作用力是引力和斥力的合力。(2)分子間作用力隨分子間距離變化的關(guān)系：分子間的引力和斥力都隨分子間距離的增大而減小，隨分子間距離的減小而增大，但斥力比引力變化得快。(3)分子間作用力與分子間距離的關(guān)系圖線(如圖所示)由分子間的作用力與分子間距離的關(guān)系圖線可知：①當r＝r0時，F(xiàn)引＝F斥，分子間作用力為0；②當r＞r0時，F(xiàn)引＞F斥，分子間作用力表現(xiàn)為引力；③當r＜r0時，F(xiàn)引＜F斥，分子間作用力表現(xiàn)為斥力；④當分子間距離大于10r0(約為10－9m)時，分子間作用力很弱，可以忽略不計。思考辨析1．布朗運動是液體分子的無規(guī)則運動。 (×)2．分子間的引力和斥力都隨分子間距離的增大而增大。 (×)3．已知1mol氣體在標準狀況下的體積Vm＝L，單個氣體分子的體積可否用V0＝eq\f(Vm,NA)計算？并說明理由。提示：不能。因為氣體分子間距離比較大，如果認為氣體分子均勻分布的話，用V0＝eq\f(Vm,NA)算出的結(jié)果是每個氣體分子所占的平均空間，而不是單個氣體分子的體積。二、分子運動速率分布規(guī)律和內(nèi)能1．分子運動速率分布規(guī)律(1)分子運動速率呈現(xiàn)“中間多、兩頭少”的分布。(2)溫度升高時，速率分布曲線的峰值向速率大的方向移動。2．分子動能(1)分子動能是分子熱運動所具有的動能。(2)分子熱運動的平均動能是所有分子熱運動動能的平均值，溫度是分子熱運動的平均動能的標志。(3)分子熱運動的總動能是物體內(nèi)所有分子熱運動動能的總和。3．分子勢能(1)意義：由于分子間存在著引力和斥力，所以分子具有由它們的相對位置決定的能。(2)分子勢能的決定因素①微觀上：取決于分子間距離和分子排列情況；②宏觀上：取決于體積和狀態(tài)。5．物體的內(nèi)能(1)定義：物體中所有分子熱運動的動能和分子勢能的總和。物體的內(nèi)能是狀態(tài)量。(2)決定因素：對于給定的物體，其內(nèi)能大小由物體的溫度和體積決定，即由物體內(nèi)部狀態(tài)決定；物體的內(nèi)能與物體的位置高低、運動速度大小無關(guān)。思考辨析1．分子動能是由于分子定向移動而具有的能量。 (×)2．當分子間作用力表現(xiàn)為引力時，分子勢能隨分子間距離的增大而增大。 (√)3．內(nèi)能相同的物體，它們的分子平均動能一定相同。 (×)4．0℃的冰熔化為0℃的水時，內(nèi)能是否發(fā)生變化？提示：0℃的冰熔化為0℃的水，溫度不變，分子的平均動能不變，但由于冰的體積較大，變成水后分子勢能發(fā)生變化，故內(nèi)能發(fā)生變化?？键c1微觀量的估算問題(基礎(chǔ)考點)1．已知阿伏加德羅常數(shù)為NA，某液體的摩爾質(zhì)量為M(單位為kg/mol)，該液體的密度為ρ(單位為kg/m3)，則下列敘述正確的是()A.1kg該液體所含的分子個數(shù)是ρNAB.1kg該液體所含的分子個數(shù)是eq\f(NA,M)C.該液體1個分子的質(zhì)量是eq\f(ρ,NA)D.該液體1個分子的體積是eq\f(ρM,NA)B解析：1kg該液體的物質(zhì)的量為eq\f(1,M)，所含的分子數(shù)目為n＝NA·eq\f(1,M)＝eq\f(NA,M)，故A錯誤，B正確；每個分子的質(zhì)量為m0＝eq\f(M,NA)，故C錯誤；每個分子的體積為V0＝eq\f(m0,ρ)＝eq\f(M,ρNA)，故D錯誤。2．(多選)鉆石是首飾和高強度鉆頭、刻刀等工具中的主要材料。設(shè)鉆石的密度為ρ(單位為kg/m3)，摩爾質(zhì)量為M(單位為g/mol)，阿伏加德羅常數(shù)為NA。已知1克拉＝克，則()A.a克拉鉆石所含有的分子數(shù)為eq\f,M)B.a克拉鉆石所含有的分子數(shù)為eq\f(aNA,M)C.每個鉆石分子直徑的表達式為eq\r(3,\f(6M×10－3,NAρπ))(單位為m)D.每個鉆石分子直徑的表達式為eq\r(\f(6M,NAρπ))(單位為m)AC解析：a克拉鉆石物質(zhì)的量(摩爾數(shù))為n＝eq\f,M)，所含分子數(shù)為N＝nNA＝eq\f,M)，選項A正確，B錯誤；鉆石的摩爾體積為V＝eq\f(M×10－3,ρ)(單位為m3/mol)，每個鉆石分子的體積為V0＝eq\f(V,NA)＝eq\f(M×10－3,NAρ)，設(shè)鉆石分子的直徑為d，則V0＝eq\f(4,3)πeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2)))eq\s\up12(3)，聯(lián)立解得d＝eq\r(3,\f(6M×10－3,NAρπ))(單位為m)，選項C正確。3．某一體積為V的密封容器，充入密度為ρ、摩爾質(zhì)量為M的理想氣體，阿伏加德羅常數(shù)為NA，則該容器中氣體分子的總個數(shù)N＝________?，F(xiàn)將這部分氣體壓縮成液體，體積變?yōu)閂0，此時分子中心間的平均距離d＝________。(將液體分子視為立方體模型)解析：氣體的質(zhì)量m＝ρV，氣體分子的總個數(shù)N＝nNA＝eq\f(m,M)NA＝eq\f(ρV,M)NA；該部分氣體壓縮成液體，分子個數(shù)不變，設(shè)每個液體分子的體積為V1，則N＝eq\f(V0,V1)，又V1＝d3，聯(lián)立解得d＝eq\r(3,\f(V0M,ρVNA))。答案：eq\f(ρVNA,M)eq\r(3,\f(V0M,ρVNA))1．宏觀量、微觀量以及它們之間的關(guān)系已知量可求量摩爾體積Vmol分子體積V0＝eq\f(Vmol,NA)(適用于固體和液體)分子占據(jù)體積V占＝eq\f(Vmol,NA)(適用于氣體)摩爾質(zhì)量Mmol分子質(zhì)量m0＝eq\f(Mmol,NA)體積V和摩爾體積Vmol分子數(shù)目n＝eq\f(V,Vmol)NA(適用于固體、液體和氣體)質(zhì)量m和摩爾質(zhì)量Mmol分子數(shù)目n＝eq\f(m,Mmol)NA2.兩種分子模型(1)固體和液體：固體、液體分子一個一個緊密排列，可將分子看成球體或立方體，如圖所示。分子間距等于小球的直徑或立方體的棱長，球體分子模型直徑d＝eq\r(3,\f(6V0,π))，立方體分子模型棱長d＝eq\r(3,V0)。(2)氣體：氣體分子不是一個一個緊密排列的，它們之間的距離很大，所以利用d＝eq\r(3,V0)算出的不是分子直徑，而是氣體分子間的平均距離。考點2分子動理論的基本內(nèi)容(基礎(chǔ)考點)1．(多選)關(guān)于布朗運動，下列說法正確的是()A.布朗運動是液體分子的無規(guī)則運動B.液體溫度越高，布朗運動越劇烈C.布朗運動是液體各部分溫度不同而引起的D.懸浮在液體中的固體微粒做布朗運動所具有的能是機械能BD解析：布朗運動是懸浮在液體中的固體微粒的無規(guī)則運動，A錯誤；布朗運動的劇烈程度與溫度有關(guān)，液體溫度越高，布朗運動越劇烈，B正確；布朗運動是來自各個方向的液體分子對固體微粒撞擊作用的不平衡引起的，C錯誤；懸浮在液體中的固體微粒做布朗運動所具有的能是機械能，D正確。2．以下關(guān)于熱運動的說法正確的是()A.水流速度越大，水分子的熱運動越劇烈B.水凝結(jié)成冰后，水分子的熱運動停止C.水的溫度越高，水分子的熱運動越劇烈D.水的溫度升高，每一個水分子的運動速率都會增大C解析：水流的速度是機械運動的速度，不同于水分子無規(guī)則熱運動的速度，A項錯誤；分子永不停息地做無規(guī)則運動，B項錯誤；溫度是分子平均動能的標志，溫度越高，分子的熱運動越劇烈，C項正確；水的溫度升高，水分子的平均動能增大，即水分子的平均運動速率增大，但不是每一個水分子的運動速率都增大，D項錯誤。3．(多選)將一個分子P固定在O點，另一個分子Q從圖中的A點由靜止釋放，兩分子之間的作用力與間距的關(guān)系圖像如圖所示，則下列說法正確的是()A.分子Q由A點運動到C點的過程中，先加速再減速B.分子Q在C點時分子勢能最大C.分子Q在C點時加速度大小為0D.分子Q由A點釋放后運動到C點左側(cè)的過程中，加速度大小先增大后減小再增大CD解析：分子Q由A點運動到C點的過程中，一直受引力作用，速度一直增大，動能增大，分子勢能減小，在C點時的分子勢能最小，選項A、B錯誤；分子Q在C點時受到的分子間作用力為0，故分子Q在C點時加速度大小為0，選項C正確；分子Q由A點釋放后運動到C點左側(cè)的過程中，分子間的作用力先增大后減小，然后到C點左側(cè)時分子間作用力表現(xiàn)為斥力且逐漸變大，故加速度大小先增大后減小再增大，選項D正確。擴散現(xiàn)象、布朗運動與熱運動的比較現(xiàn)象擴散現(xiàn)象布朗運動熱運動活動主體分子固體微粒分子區(qū)別是分子的運動，發(fā)生在固體、液體、氣體任何兩種物質(zhì)之間是比分子大得多的固體微粒的運動，只能在液體、氣體中發(fā)生是分子的運動，不能通過光學(xué)顯微鏡直接觀察到共同點(1)都是無規(guī)則運動；(2)都隨溫度的升高而變得更加劇烈聯(lián)系擴散現(xiàn)象、布朗運動都反映了分子做無規(guī)則的熱運動考點3分子動能、分子勢能和內(nèi)能(基礎(chǔ)考點)1．(2023·北京高考)分子間作用力F隨分子間距離r的變化如圖所示。將兩分子從相距r＝r2處釋放，僅考慮這兩個分子間的作用，下列說法正確的是()A.從r＝r2到r＝r0分子間引力、斥力都在減小B.從r＝r2到r＝r1分子間作用力的大小先減小后增大C.從r＝r2到r＝r0分子勢能先減小后增大D.從r＝r2到r＝r1分子動能先增大后減小D解析：從r＝r2到r＝r0分子間引力、斥力都在增加，但斥力增加得更快，故A錯誤；由題圖可知，在r＝r0時分子間作用力為0，故從r＝r2到r＝r1分子間作用力的大小先增大后減小再增大，故B錯誤；分子勢能在r＝r0時最小，故從r＝r2到r＝r0分子勢能一直減小，故C錯誤；從r＝r2到r＝r1分子勢能先減小后增大，故分子動能先增大后減小，故D正確。2．(多選)如圖所示，用溫度計測量質(zhì)量已知的甲、乙、丙三杯水的溫度，根據(jù)測量結(jié)果可知()A.甲杯中水的內(nèi)能最少B.甲、乙兩杯中水的內(nèi)能一樣多C.丙杯中水分子的平均動能最大D.甲杯中水分子的平均動能小于乙杯中水分子的平均動能AC解析：甲杯中水的質(zhì)量最小，溫度和乙杯中的相同且小于丙杯中的，故甲杯中水的內(nèi)能最小，A正確，B錯誤；丙杯中水的溫度最高，水分子的平均動能最大，C正確；甲、乙兩杯中水的溫度相同，水分子的平均動能相同，D錯誤。3．(多選)關(guān)于內(nèi)能，下列說法正確的是()A.若把氫氣和氧氣看成理想氣體，則具有相同體積、相同質(zhì)量和相同溫度的氫氣和氧氣內(nèi)能不相等B.相同質(zhì)量的0℃水的分子勢能比0℃冰的分子勢能大C.物體吸收熱量后，內(nèi)能一定增加D.一定質(zhì)量的100℃的水吸收熱量后變成100℃的水蒸氣，則吸收的熱量大于增加的內(nèi)能ABD解析：具有相同體積、相同質(zhì)量和相同溫度的氫氣和氧氣，分子的平均動能相等，但由于氫氣分子的個數(shù)較多，則其內(nèi)能