2021新高考物理選擇性考試B方案一輪復習學案第12章第1講分子動理論內能

第十二章熱學考情分析高考對本部分知識的考查主要以選擇題、實驗題和計算題為主，其中計算題以氣體實驗定律的考查為主，雖然綜合性不太強，但學生的得分率較低，應加以重視。重要考點1.分子動理論的基本觀點和實驗依據(jù)(Ⅰ)2．阿伏加德羅常數(shù)(Ⅰ)3．氣體分子運動速率的統(tǒng)計分布(Ⅰ)4．溫度、內能(Ⅰ)5．固體的微觀結構、晶體和非晶體(Ⅰ)6．液晶的微觀結構(Ⅰ)7．液體的表面張力現(xiàn)象(Ⅰ)8．氣體實驗定律(Ⅱ)9．理想氣體(Ⅰ)10．熱力學第一定律(Ⅰ)11．能量守恒定律(Ⅰ)12．熱力學第二定律(Ⅰ)13．單位制：中學物理中涉及的國際單位制的基本單位和其他單位，例如攝氏度、標準大氣壓(Ⅰ)實驗十三：用油膜法估測分子的大小說明：1.知道國際單位制中規(guī)定的單位符號。2．要求會正確使用溫度計。考點解讀1.本部分考點內容的要求基本上是Ⅰ級，即理解物理概念和物理規(guī)律的確切含義，理解物理規(guī)律的適用條件，以及它們在簡單情況下的應用。2．高考熱學命題的重點內容有：(1)分子動理論要點，分子力，分子大小、質量、數(shù)目估算；(2)內能的變化及改變內能的物理過程、氣體壓強的決定因素以及氣體壓強的計算；(3)氣體實驗定律、理想氣體狀態(tài)方程和用圖象表示氣體狀態(tài)的變化；(4)熱現(xiàn)象實驗與探索過程的方法。3．近兩年來熱學考題中還涌現(xiàn)出了許多對熱現(xiàn)象的自主學習和創(chuàng)新能力考查的新情景試題，多以科技前沿、社會熱點及與生產生活聯(lián)系的問題為背景來考查熱學知識在實際中的應用。第1講分子動理論內能主干梳理對點激活知識點分子動理論Ⅰ1．物體是由大量分子組成的(1)分子的大?、俜肿又睆剑簲?shù)量級是eq\x(\s\up1(01))10－10m；②分子質量：數(shù)量級是10－26kg③測量方法：油膜法。(2)阿伏加德羅常數(shù)1mol任何物質所含有的粒子數(shù)，NA＝eq\x(\s\up1(02))6.02×1023mol－1。阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀物理量與微觀物理量的橋梁。2．分子做永不停息的無規(guī)則運動(1)擴散現(xiàn)象①定義：eq\x(\s\up1(03))不同物質能夠彼此進入對方的現(xiàn)象。②實質：不是外界作用引起的，也不是化學反應的結果，而是由物質分子的eq\x(\s\up1(04))無規(guī)則運動產生的。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eq\x(\s\up1(05))無規(guī)則運動。②成因：液體分子無規(guī)則運動，對固體微粒撞擊作用不平衡造成的。③特點：永不停息，無規(guī)則；微粒eq\x(\s\up1(06))越小，溫度eq\x(\s\up1(07))越高，布朗運動越明顯。④結論：反映了eq\x(\s\up1(08))液體分子運動的無規(guī)則性。(3)熱運動①定義：分子永不停息的eq\x(\s\up1(09))無規(guī)則運動。②特點：溫度越高，分子無規(guī)則運動越激烈。3．分子間的相互作用力(1)引力和斥力同時存在，都隨分子間距離的增大而eq\x(\s\up1(10))減小，隨分子間距離的減小而eq\x(\s\up1(11))增大，eq\x(\s\up1(12))斥力比引力變化更快。(2)分子力隨分子間距離的變化圖象如圖所示。(3)分子力的特點①r＝r0時(r0的數(shù)量級為10－10m)，F(xiàn)引＝F斥，分子力F②r<r0時，F(xiàn)引<F斥，分子力F表現(xiàn)為eq\x(\s\up1(13))斥力；③r>r0時，F(xiàn)引>F斥，分子力F表現(xiàn)為eq\x(\s\up1(14))引力；④r>10r0時，F(xiàn)引、F斥都已十分微弱，可認為分子力F＝eq\x(\s\up1(15))0。知識點溫度、內能Ⅰ1．溫度一切達到eq\x(\s\up1(01))熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度。2．兩種溫標攝氏溫標和熱力學溫標。關系：T＝eq\x(\s\up1(02))t＋273.15K。3．分子動能(1)分子動能是eq\x(\s\up1(03))分子熱運動所具有的動能；(2)平均動能是所有分子熱運動的動能的平均值，eq\x(\s\up1(04))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所有分子熱運動動能的eq\x(\s\up1(05))總和。4．分子勢能(1)定義：由于分子間存在著引力和斥力，所以分子具有由它們的eq\x(\s\up1(06))相互位置決定的能。(2)分子勢能的決定因素微觀上——決定于eq\x(\s\up1(07))分子間距離；宏觀上——決定于物體的eq\x(\s\up1(08))體積。5．物體的內能(1)物體中所有分子的熱運動eq\x(\s\up1(09))動能與eq\x(\s\up1(10))分子勢能的總和叫物體的內能，內能是狀態(tài)量。(2)對于給定的物體，其內能大小與物體的eq\x(\s\up1(11))溫度和eq\x(\s\up1(12))體積有關。(3)物體的內能與物體的位置高低、運動速度大小無關。(4)決定內能的因素微觀上：分子動能、分子勢能、分子個數(shù)。宏觀上：溫度、體積、物質的量(摩爾數(shù))。(5)改變物體的內能有兩種方式①做功：當做功使物體的內能發(fā)生改變時，外界對物體做了多少功，物體內能就增加多少；物體對外界做了多少功，物體內能就減少多少。②熱傳遞：當熱傳遞使物體的內能發(fā)生改變時，物體吸收了多少熱量，物體內能就增加多少；物體放出了多少熱量，物體內能就減少多少。一堵點疏通1．只要知道氣體的體積和阿伏加德羅常數(shù)，就可以算出分子的體積。()2．擴散現(xiàn)象和布朗運動的劇烈程度都與溫度有關，所以擴散現(xiàn)象和布朗運動也叫做熱運動。()3．相同質量和相同溫度的氫氣和氧氣，氫氣的內能大，氧氣分子的平均動能大，氫氣分子的平均速率大。()4．在陽光照射下的教室里，眼睛直接看到的空氣中塵埃的運動屬于布朗運動。()5．分子力隨分子間距離的變化而變化，當r>r0時，隨著距離的增大，分子間的引力和斥力都增大，但引力比斥力增大的快，故分子力表現(xiàn)為引力。()6．分子的動能與分子的勢能的和叫做這個分子的內能。()7．分子力減小時，分子勢能也一定減小。()8．物體的機械能減小時，內能不一定減小。()9．內能相同的物體，它們的分子平均動能一定相同。()答案1.×2.×3.×4.×5.×6.×7.×8.√9.×二對點激活1．(人教版選修3－3·P7·T2改編)(多選)以下關于布朗運動的說法錯誤的是()A．布朗運動證明，組成固體小顆粒的分子在做無規(guī)則運動B．一鍋水中撒一點胡椒粉，加熱時發(fā)現(xiàn)水中的胡椒粉在翻滾，這說明溫度越高布朗運動越激烈C．在顯微鏡下可以觀察到煤油中小?；覊m的布朗運動，這說明煤油分子在做無規(guī)則運動D．擴散現(xiàn)象和布朗運動都證明分子在做永不停息的無規(guī)則運動答案AB解析布朗運動反映了液體分子的無規(guī)則運動，故A錯誤；胡椒粉的運動不是布朗運動，是水的對流引起的，故B錯誤，正確的只有C、D。2．對內能的理解，下列說法正確的是()A．物體的質量越大，物體的內能越大B．物體的溫度越高，物體的內能越大C．同一個物體，內能的大小與物體的體積和溫度有關D．物體的速度減小，物體的內能一定減小答案C解析物體的內能是物體內所有分子的分子動能和分子勢能的總和，與物體的溫度、體積、分子總數(shù)(即物質的量)均有關，故A、B錯誤，C正確；物體的內能與物體速度的變化無關，物體的速度減小，物體的內能可能增大，可能減小，可能不變，D錯誤。3.(人教版選修3－3·P9·T4)如圖所示，把一塊洗凈的玻璃板吊在橡皮筋的下端，使玻璃板水平地接觸水面。如果你想使玻璃板離開水面，向上拉橡皮筋的力必須大于玻璃板的重量。請解釋為什么。答案因為玻璃板和水的分子間分子引力大于斥力。4．(人教版選修3－3·P4·T3)把銅分子看成球形，試估算銅分子的直徑。已知銅的密度為8.9×103kg/m3，銅的摩爾質量為6.4×10答案2.84×10－10解析銅的摩爾體積V＝eq\f(M,ρ)，一個銅原子的體積V0＝eq\f(V,NA)V0＝eq\f(πd3,6)聯(lián)立得d＝eq\r(3,\f(6M,ρπNA))＝2.84×10－10m?？键c細研悟法培優(yōu)考點1微觀量的估算1.分子模型物質有固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種狀態(tài)，不同物態(tài)下應將分子看成不同的模型。(1)固體、液體分子一個一個緊密排列，可將分子看成球形或立方體形，如圖所示。分子間距等于小球的直徑或立方體的棱長，所以d＝eq\r(3,\f(6V,π))(球體模型)或d＝eq\r(3,V)(立方體模型)。(2)氣體分子不是一個一個緊密排列的，它們之間的距離很大，所以計算的一般是每個分子所占據(jù)的平均空間大小。如圖所示，將每個分子占據(jù)的空間視為棱長為d的立方體，所以d＝eq\r(3,V)。2．微觀量：分子體積V0、分子直徑d、分子質量m。3．宏觀量：物體體積V、摩爾體積Vmol、物體的質量M、摩爾質量Mmol、物體的密度ρ。4．微觀量與宏觀量的關系(1)分子的質量：m＝eq\f(Mmol,NA)＝eq\f(ρVmol,NA)。(2)分子的體積(或占據(jù)的空間)：V0＝eq\f(Vmol,NA)＝eq\f(Mmol,ρNA)對固體和液體，V0表示分子的體積；對氣體，V0表示分子占據(jù)的空間。(3)物體所含的分子數(shù)：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(多選)鉆石是首飾和高強度鉆頭、刻刀等工具中的主要材料，設鉆石的密度為ρ(單位為kg/m3)，摩爾質量為M(單位為g/mol)，阿伏加德羅常數(shù)為NA。已知1克拉＝0.2克，則()A．a克拉鉆石所含有的分子數(shù)為eq\f(0.2aNA,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)(1)a克拉鉆石的物質的量如何求？提示：eq\f(0.2a,M)。(2)求解每個鉆石分子直徑表達式時，把鉆石分子看成哪種模型？提示：球體模型。嘗試解答選AC。a克拉鉆石物質的量(摩爾數(shù))為n＝eq\f(0.2a,M)，所含分子數(shù)為N＝nNA＝eq\f(0.2aNA,M)，A正確，B錯誤；鉆石的摩爾體積V＝eq\f(M×10－3,ρ)(單位為m3/mol)，每個鉆石分子體積為V0＝eq\f(V,NA)＝eq\f(M×10－3,NAρ)，設鉆石分子直徑為d，則V0＝eq\f(4,3)π·eq\f(d,2)3，聯(lián)立解得d＝eq\r(3,\f(6M×10－3,NAρπ))(單位為m)，C正確，D錯誤。微觀量的求解方法(1)分子的大小、分子體積、分子質量屬微觀量，直接測量它們的數(shù)值非常困難，可以借助較易測量的宏觀量結合摩爾體積、摩爾質量等來估算這些微觀量，其中阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀量和微觀量的橋梁和紐帶。(2)建立合適的物理模型，通常把固體、液體分子模擬為球形或立方體形，如上例中將鉆石分子看成球形；對于氣體分子所占據(jù)的空間則可建立為立方體模型。[變式1－1](多選)若以V表示在標準狀態(tài)下水蒸氣的摩爾體積，ρ表示在標準狀態(tài)下水蒸氣的密度，M表示水的摩爾質量，M0表示一個水分子的質量；V0表示一個水分子的體積，NA表示阿伏加德羅常數(shù)，則下列關系式中正確的是()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解析由于水蒸氣分子間距遠大于分子直徑，則V0?eq\f(V,NA)，A錯誤；1mol水蒸氣的質量等于水分子的質量與阿伏加德羅常數(shù)NA的乘積，B正確；由于摩爾體積V?V0NA，則ρ＝eq\f(M,V)?eq\f(M,NAV0)，C錯誤；水蒸氣的摩爾質量ρV除以水蒸氣分子的質量等于阿伏加德羅常數(shù)，D正確。[變式1－2](2019·江蘇揚州期末)目前專家們正在研究二氧化碳的深海處理技術。實驗發(fā)現(xiàn)，在水深300m處，二氧化碳將變成凝膠狀態(tài)，當水深超過2500m時，二氧化碳會濃縮成近似固體的硬膠體。設在某狀態(tài)下二氧化碳氣體的密度為ρ，摩爾質量為M，阿伏加德羅常數(shù)為NA，將二氧化碳分子看成直徑為D的球球的體積公式為V球＝eq\f(1,6)πD3，則在該狀態(tài)下體積為V的二氧化碳氣體變成硬膠體后體積為多少？答案eq\f(πρVNAD3,6M)解析二氧化碳氣體變成硬膠體后，可以看成是分子一個個緊密排列在一起的。體積為V的二氧化碳氣體質量為m＝ρV；所含分子數(shù)為N＝eq\f(m,M)NA＝eq\f(ρV,M)NA；變成硬膠體后體積為V′＝N·eq\f(1,6)πD3＝eq\f(πρVNAD3,6M)?？键c2擴散現(xiàn)象、布朗運動與分子熱運動1.擴散現(xiàn)象：相互接觸的物體分子彼此進入對方的現(xiàn)象。產生原因：分子永不停息地做無規(guī)則運動。2．布朗運動(1)研究對象：懸浮在液體或氣體中的小顆粒。(2)運動特點：無規(guī)則、永不停息。(3)相關因素：顆粒大小、溫度。(4)物理意義：說明液體或氣體分子永不停息地做無規(guī)則的熱運動。3．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微小固體顆粒分子區(qū)別分子的運動，發(fā)生在固體、液體、氣體任何兩種物質之間比分子大得多的微粒的運動，只能在液體、氣體中發(fā)生分子的運動，不能通過光學顯微鏡直接觀察到共同點①都是無規(guī)則運動；②都隨溫度的升高而更加激烈聯(lián)系擴散現(xiàn)象、布朗運動都反映分子做無規(guī)則的熱運動例2(2019·北京豐臺二模)關于布朗運動，下列說法中正確的是()A．布朗運動反映了花粉顆粒內部分子的無規(guī)則運動B．懸浮在水中的花粉顆粒越大，布朗運動就越明顯C．溫度升高，布朗運動和分子熱運動都會變得劇烈D．布朗運動是由于液體各個部分的溫度不同引起的(1)布朗運動是花粉顆粒內部分子的無規(guī)則運動嗎？提示：不是。(2)布朗運動的產生原因是什么？提示：液體分子對花粉顆粒撞擊的不平衡性。嘗試解答選C。布朗運動是花粉顆粒的無規(guī)則運動，反映了液體分子的無規(guī)則運動，A錯誤；懸浮在水中的花粉顆粒越小，布朗運動就越明顯，B錯誤；溫度升高，布朗運動和分子熱運動都會變得劇烈，C正確；布朗運動是由于液體分子對懸浮在液體中的花粉顆粒的不平衡的撞擊引起的，D錯誤。幾點易錯提醒(1)布朗運動不是熱運動。(2)布朗運動肉眼看不見。(3)固體顆粒不是固體分子，是由大量分子組成的。[變式2－1](2015·全國卷Ⅱ節(jié)選)(多選)關于擴散現(xiàn)象，下列說法正確的是()A．溫度越高，擴散進行得越快B．擴散現(xiàn)象是不同物質間的一種化學反應C．擴散現(xiàn)象在氣體、液體和固體中都能發(fā)生D．液體中的擴散現(xiàn)象是由液體的對流形成的答案AC解析溫度越高，分子的熱運動越劇烈，擴散進行得越快，A正確；擴散現(xiàn)象是一種物理現(xiàn)象，不是化學反應，B錯誤；擴散現(xiàn)象在氣體、液體和固體中都能發(fā)生，C正確；液體中的擴散現(xiàn)象是由于液體分子的無規(guī)則運動而產生的，D錯誤。[變式2－2]做布朗運動實驗，得到某個觀測記錄如圖所示。圖中記錄的是()A．分子無規(guī)則運動的情況B．某個微粒做布朗運動的軌跡C．某個微粒做布朗運動的速度—時間圖線D．按等時間間隔依次記錄的某個運動微粒位置的連線答案D解析布朗運動是小顆粒的無規(guī)則運動，圖中表示的是每隔相等的時間間隔顆粒的位置連線圖，不是運動軌跡，故從一個位置到另外的位置是怎樣運動的，無從得知?？键c3分子力、分子勢能與內能1.分子力與分子勢能的比較名稱項目分子間的相互作用力F分子勢能Ep與分子間距的關系圖線隨分子間距的變化情況r<r0F引和F斥都隨距離的增大而減小，隨距離的減小而增大，F(xiàn)引<F斥，F(xiàn)表現(xiàn)為斥力r增大，斥力做正功，分子勢能減少r減小，斥力做負功，分子勢能增加r0<r<10r0F引和F斥都隨距離的增大而減小，隨距離的減小而增大，F(xiàn)引>F斥，F(xiàn)表現(xiàn)為引力r增大，引力做負功，分子勢能增加r減小，引力做正功，分子勢能減少r＝r0F引＝F斥，F(xiàn)＝0分子勢能最小，但不為零r>10r0(10－9mF引和F斥都已十分微弱，可以認為分子間沒有相互作用力分子勢能為零2．物體的內能與機械能的比較名稱比較內能機械能定義物體中所有分子熱運動動能與分子勢能的總和物體的動能、重力勢能和彈性勢能的統(tǒng)稱決定因素與物體的溫度、體積、物態(tài)和分子數(shù)有關跟宏觀運動狀態(tài)、參考系和零勢能點的選取有關量值任何物體都有內能可以為零測量無法測量可測量本質微觀分子的運動和相互作用的結果宏觀物體的運動和相互作用的結果運動形式熱運動機械運動聯(lián)系在一定條件下可以相互轉化，能的總量守恒3．溫度、內能、熱量、功的比較概念溫度內能(熱能)熱量功含義表示物體的冷熱程度，是物體分子平均動能大小的標志，它是大量分子熱運動的集體表現(xiàn)，對個別分子來說，溫度沒有意義物體內所有分子動能和勢能的總和，它是由大量分子的熱運動和分子的相互位置所決定的能是熱傳遞過程中內能的改變量，熱量是用來量度熱傳遞過程中內能轉移的多少做功過程是機械能或其他形式的能和內能之間的轉化過程聯(lián)系溫度和內能是狀態(tài)量，熱量和功則是過程量。熱傳遞的前提條件是存在溫差，傳遞的是熱量而不是溫度，實質上是內能的轉移例3(2019·陜西二模改編)(多選)如圖所示是分子間作用力跟距離的關系。下列關于分子動理論有關說法正確的是()A．分子間距離為r0時，分子間既有斥力作用，也有引力作用B．分子間距離為r0時，分子間勢能最小C．物體的分子勢能總和與物體體積大小有關D．物質間的擴散作用主要是分子間斥力作用的結果(1)分子間距離為r0時，分子力表現(xiàn)為零，是指分子間引力和斥力都為零嗎？提示：不是，是指分子間引力等于斥力，分子力表現(xiàn)為零。(2)分子勢能的變化與分子力做功有什么關系？提示：分子力做正功，分子勢能減小，分子力做負功，分子勢能增大。嘗試解答選ABC。分子間同時存在引力和斥力，分子間距離為r0時，分子間的斥力等于引力，故A正確；當r＞r0時分子力表現(xiàn)為引力，分子距離增大，分子力做負功，分子勢能增大，當r＜r0時分子力表現(xiàn)為斥力，分子距離減小，分子力做負功，分子勢能增大，故當r＝r0時分子勢能最小，故B正確；對于一個質量確定的物體來說，其分子勢能的大小跟物體的體積大小有關，故C正確；物質間的擴散作用主要是分子在不停地做無規(guī)則運動的結果，故D錯誤。判斷分子勢能變化的三種方法方法一：根據(jù)分子力做功判斷。分子力做正功，分子勢能減?。环肿恿ψ鲐摴?，分子勢能增加。方法二：利用分子勢能與分子間距離的關系圖線判斷。如圖所示。方法三：與彈簧類比。彈簧處于原長時(r＝r0)彈性勢能最小，在此基礎上：r↑，Ep↑；r↓，Ep↑。[變式3－1](多選)甲分子固定在坐標原點O，只在兩分子間的作用力作用下，乙分子沿x軸方向運動，兩分子間的分子勢能Ep與兩分子間距離x的變化關系如圖所示，設乙分子在移動過程中所具有的總能量為0，則下列說法正確的是()A．乙分子在Q點時分子勢能最小B．乙分子在Q點時處于平衡狀態(tài)C．乙分子在P點時動能最大D．乙分子在P點時，分子間引力和斥力相等答案CD解析由題圖可知，乙分子在P點時分子勢能最小，此時乙分子受力平衡，甲、乙兩分子間引力和斥力相等，D正確；乙分子在Q點時分子勢能為0，大于乙分子在P點時的分子勢能，A錯誤；乙分子在Q點時與甲分子間的距離小于平衡距離，分子引力小于分子斥力，合力表現(xiàn)為斥力，所以乙分子在Q點時合力不為0，故不處于平衡狀態(tài)，B錯誤；乙分子在P點時，其分子勢能最小，由能量守恒可知此時乙分子動能最大，C正確。[變式3－2](2018·全國卷Ⅱ節(jié)選)(多選)對于實際的氣體，下列說法正確的是()A．氣體的內能包括氣體分子的重力勢能B．氣體的內能包括分子之間相互作用的勢能C．氣體的內能包括氣體整體運動的動能D．氣體的內能包括氣體分子熱運動的動能答案BD解析氣體的內能等于所有分子熱運動的動能和分子之間勢能的總和，故A、C錯誤，B、D正確。高考模擬隨堂集訓1．(2019·江蘇高考)(多選)在沒有外界影響的情況下，密閉容器內的理想氣體靜置足夠長時間后，該氣體()A．分子的無規(guī)則運動停息下來B．每個分子的速度大小均相等C．分子的平均動能保持不變D．分子的密集程度保持不變答案CD解析分子的無規(guī)則運動則為分子的熱運動，由分子動理論可知，分子熱運動不可能停止，故A錯誤；密閉容器內的理想氣體，溫度不變，所以分子平均動能不變，但并不是每個分子的動能都相等，故B錯誤，C正確；由于沒有外界影響且容器密閉，所以分子的密集程度不變，故D正確。2．(2018·北京高考)關于分子動理論，下列說法正確的是()A．氣體擴散的快慢與溫度無關B．布朗運動是液體分子的無規(guī)則運動C．分子間同時存在著引力和斥力D．分子間的引力總是隨分子間距增