高考物理沖刺：知識講解-分子動理論

物理總復習：分子動理論

編稿：李傳安審稿：

r普癡魂帶】

（物質(zhì)是由大量分子組成的

分子動理論j分子永不停息地做無規(guī)則運動

（分子間存在相互作用力

r+n幺匕份子動能

內(nèi)能1分子勢能

!與微觀的橋梁，進行

分子動理論

熱力學第一定律:AU=部+創(chuàng)-h一TMT

熱力學定律廿卜永動機不可制成

能量守恒

卮鬻著｝機械效率永遠小汨

熱力學第二定律，等概念。

［實嗡：用油膜法估測分子的大小

【考點梳理】

考點一、物質(zhì)是由大量分子組成的

1、分子體積

分子體積很小，它的直徑數(shù)量級是10一“骨。

油膜法測分子直徑：d=3，V是油滴體積，S是水面上形成的單分子油膜的

面積。

2、分子質(zhì)量

分子質(zhì)量很小，一般分子質(zhì)量的數(shù)量級是10-26必。

3、阿伏伽德羅常數(shù)

1摩爾的任何物質(zhì)含有的微粒數(shù)相同，這個數(shù)的測量值

NA=6.02X1023/6。/。

要點詮釋：

關(guān)于計算分子大小的兩種物理模型：

L對于固體和液體

對于固體和液體，分子間距離比較小，可以認為分子是一個個緊挨著的，設(shè)

分子體積為匕，則分子直徑：d=欄（球體模型），d=標（立方體模型X

2、對于氣體

對于氣體，分子間距離比較大，處理方法是建立立方體模型，從而可計算出

兩氣體分子之間的平均間距"=玳口對于氣體，分子間距離比較大，只能用立

方體模型。

考點二、分子在永不停息地做無規(guī)則運動

要點詮釋：

1、分子永不停息做無規(guī)則熱運動的實驗事實：擴散現(xiàn)象和布朗運動。

擴散現(xiàn)象說明分子在不停地運動著的同時，還說明了分子之間有空隙。水和

酒精混合后的體積小于原來總體積之和，就是分子之間有空隙的一個例證。

2、布朗運動

布朗運動是懸浮在液體（或氣體）中的固體微粒的無規(guī)則運動。布朗運動不

是分子本身的運動，但它間接地反映了液體（氣體）分子的無規(guī)則運動。

3、實驗中畫出的布朗運動路線的折線，不是微粒運動的真實軌跡。

因為圖中的每一段折線，是每隔30s時間觀察到的微粒位置的連線，就是

在這短短的30s內(nèi)，小顆粒的運動也是極不規(guī)則的。

4、布朗運動產(chǎn)生的原因

大量液體分子（或氣體）永不停息地做無規(guī)則運動時，對懸浮在其中的微粒

撞擊作用的不平衡性是產(chǎn)生布朗運動的原因。簡言之：液體（或氣體）分子永不

停息的無規(guī)則運動是產(chǎn)生布朗運動的原因。

5、影響布朗運動激烈程度的因素

固體微粒的大小和液體（或氣體）的溫度。固體微粒越小，液體分子對它各部

分碰撞的不均勻性越明顯；質(zhì)量越小，它的慣性越小，越容易改變運動狀態(tài)，所

以運動越激烈；液體（或氣體）的溫度越高，固體微粒周圍的液體分子運動越不規(guī)

則，對微粒碰撞的不平衡性越強，布朗運動越激烈。

6、能在液體（或氣體）中做布朗運動的微粒都是很小的，一般數(shù)量級在,

這種微粒肉眼是看不到的，必須借助于顯微鏡。

風天看到的灰砂塵土都是較大的顆粒，它們的運動不能稱為布朗運動，另外

它們的運動基本屬于在氣流作用下的定向移動，而布朗運動是無規(guī)則運動。

考點三、分子間的相互作用力

要點詮釋：

1、分子間的引力和斥力同時存在，實際表現(xiàn)出來的分子力是分子引力和斥力的

合力。

分子間的引力和斥力只與分子間距離(相對位置)有關(guān)，與分子的運動狀態(tài)無

關(guān)。

2、分子間的引力和斥力都隨分子間的距離r的增大而減小，隨分子間的距離r

的減小而增大，但斥力的變化比引力的變化快。

3、分"關(guān)系

如；吊力，F(xiàn)<0為引力，橫軸上方的虛線表示分子間斥力隨

r的變彳"?、、的虛線表示分子間引力隨r的變化圖線，實線為分子間

引力和d；子力)隨r的變化圖線。

(1)當r=石時，分子間引力和斥力相平衡，q=心，分子處于平衡位置，

其中“為分子直徑的數(shù)量級，約為10-'〃。

(2)當「<石時，/<4,對外表現(xiàn)的分子力F為斥力。

(3)當/?>“時，舄>外，對外表現(xiàn)的分子力F為引力。

(4)當>10"時，分子間相互作用力變得十分微弱，可認為分子力F為零

(如氣體分子間可認為作用力為零\

分子動理論的基本內(nèi)容：

①物體是由大量分子組成的

②分子永不停息地做無規(guī)則運動

③分子間存在著相互作用的引力和斥力

考點四、物體的內(nèi)能

要點詮釋：

1、溫度和溫標

（1）溫度宏觀上表示物體的冷熱程度。從分子運動論的觀點來看，溫度標

志著物體內(nèi)部分子無規(guī)則熱運動的激烈程度，溫度越高，物體內(nèi)部分子的熱運動

越激烈，分子的平均動能就越大。溫度的高低是物體分子平均動能大小的宏觀標

志。

（2）溫度的數(shù)值表示方法叫做溫標。常用溫標有兩種：攝氏溫標、熱力學

溫標。

①熱力學溫度的零度叫做絕對零度，它是低溫的極限，可以無限接近但不能

達到。

②熱力學溫度是國際單位制中七個物理量之一，因此它的單位屬基本單位。

③用熱力學溫標表示的溫度和用攝氏溫標表示的溫度，雖然起點不同，但

所表示溫度的間隔是相同的,4二%

④溫度是大量分子熱運動的集體行為，對個別分子來說溫度沒有意義。

2、分子動能、分子勢能、內(nèi)能的比較

見下表：

分子的動能分子勢能物體的內(nèi)能

定分子無規(guī)則運動（即熱由分子間相對位置決定的勢物體中所有分子熱運動的動能

義運動）的動能能和分子勢能的總和

決溫度是物體分子熱運動分子勢能（Ep）隨分子間距物體的內(nèi)能在宏觀上與質(zhì)量、

定的平均動能的標志離（r）變化溫度、體積有關(guān)

k溫度升高，分子熱運動物體內(nèi)所有分子勢能的總和當分子間作用力忽略不計時，

小的平均動能就增大跟物體的體積有關(guān)就不具有分子勢能。因此理想

的氣體就不具有分子勢能。一定

因質(zhì)量理想氣體的內(nèi)能只由溫度

素決定

備溫度、內(nèi)能等，只對大量分子才有意義，不能像研究機械運動那樣，取單個分子或

注幾個分子作為研究對象，應用以上物理量去描述它們，那樣做也是沒有意義的

3、分子勢能跟分子間距離r有關(guān)

零。分子勢能目

(2)在「＞%的條件下，分子力為引力，當兩分子逐漸靠近至與過程中，分子

力做正功，分子勢能減小。

在的條件下，分子力為斥力，當兩分子間距離增大至“過程中，分子力

也做正功，分子勢能也減小。

當兩分子間距離r=%時，分子勢能最小。

考點五、用油膜法估測分子的大小

1、實驗目的

(11了解本實驗的實驗原理及所需要的器材，了解實驗的注意事項；

(21會正確測出一滴酒精油酸溶液中油酸的體積及形成油膜的面積；

(31會計算分子的大小，正確處理實驗數(shù)據(jù)。

2、實驗器材

清水、酒精、油酸、量筒、淺盤(邊長約30~40cm\注射器(或滴管)

玻璃板(或有機玻璃板1彩筆、琲子粉(石膏粉\坐標紙、容量瓶(500mL)

3、實驗原理

實驗中如果算出一定體積的油酸在水面上形成的單分子油膜的面積為S,即

可算出油酸分子的大小，直徑d

4、實驗步驟

(11用稀酒精溶液及清水清洗淺盤，充分洗去油污、粉塵，以免給實驗帶

來誤差。

(2\配制酒精油酸溶液，取油酸1mL,注入500mL的容量瓶中，然后向

容量瓶內(nèi)注入酒精，直到液面達到500mL刻度線為止，搖動容量瓶,使油酸充

分在酒精中溶解，這樣得到了500mL含1mL純油酸的酒精油酸溶液。

(3)、用注射器或滴管將酒精油酸溶液一滴一滴地滴入量筒中，并記下量筒內(nèi)

增加一定體積9時的滴數(shù)N。

(41根據(jù)匕=號算出每滴酒精油酸溶液的體積匕。

N

(51向淺盤里倒入約2cm深的水，并將琲子粉或石膏粉均勻地撒在水面

(81將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上，算出油酸薄膜的面積S

(求面積時以坐標紙上邊長為1cm的正方形為單位，計算輪廓內(nèi)正方形的個數(shù),

不足半個的舍去，多于半個的算一個X

(9\根據(jù)酒精油酸溶液的配制比例，算出一滴溶液中純油酸的體積V,并

代入公式d］算出油酸薄膜的厚度。

(10X重復以上實驗步驟，多測幾次油酸薄膜的厚度，并求平均值，即為

油酸分子的直徑大小。

5、數(shù)據(jù)處理

根據(jù)上面記錄的數(shù)據(jù)，完成以下表格內(nèi)容

量筒內(nèi)增加1mL溶液時的滴

實驗次數(shù)輪廓內(nèi)的小格子數(shù)輪廓面積s

數(shù)

1

2

實驗次數(shù)一滴純油酸的體積V分子的大小(m)平均值

1

2

利用公式d=《計算油酸薄膜的厚度，并求平均值，即為油酸分子的直徑大

小。

6、誤差分析

本實驗誤差主要來自三個方面：

1.酒精油酸溶液配制時體積比不準確。

2.測定每一滴酒精溶液時的體積出現(xiàn)誤差。

3.計算油膜面積時采取數(shù)正方形個數(shù)的方法，不足半個的舍去，多于半個

的算一個，存在誤差。

【典型例題】

類型一、微觀量的計算

阿伏伽德羅常數(shù)是個十分巨大的數(shù)字，分子的體積和質(zhì)量都十分小,從而說

明物質(zhì)是由大量分子組成的。阿伏伽德羅常數(shù)是聯(lián)系微觀物理量和宏觀物理量的

橋梁。在此所指微觀物理量為：分子的體積匕、分子的直徑比

分子的質(zhì)量mo

宏觀物理量為：物質(zhì)的體積V、摩爾體積匕血、物質(zhì)的質(zhì)量M、摩爾質(zhì)量、

物質(zhì)的密度

(1)計算分子質(zhì)量：加="辿夕“匕而

N.N.

(2)計算分子的體積：匕=冬=&,

心明A

計算物質(zhì)所含的分子數(shù)：〃=MVM

(3)■NA=TJ-,NA---------NA

Vnu)l叫“

【高清課堂：分子動理論例2]

例1、只要知道下列哪一組物理量，就可以估算出氣體中分子間的平均距

離()

A.阿伏伽德羅常數(shù)、該氣體的摩爾質(zhì)量和質(zhì)量

B.阿伏伽德羅常數(shù)、該氣體的摩爾質(zhì)量和密度

C.阿伏伽德羅常數(shù)、該氣體的質(zhì)量和體積

D.該氣體的密度、體積和摩爾質(zhì)量

【答案】B

【解析】根據(jù)4=除=,A中，由已知條件求不出多少個分子占多少體

積，所以無法估算出、體中引子間的平均距離。B中，知道摩爾質(zhì)量和密度,從

而可以求出一摩爾氣體的體積，即阿伏加德羅常數(shù)個分子占的體積，從而可以估

算出氣體中分子間的平均距離。B可以。C中，由已知條件求不出多少體積的氣

體中有多少個分子，所以同樣無法估算出氣體中分子間的平均距離。D中，知道

體積和密度，從而可以求出質(zhì)量，又知道摩爾質(zhì)量，從而可以求出摩爾數(shù)，但阿

伏伽德羅常數(shù)未知，不可以估算出氣體中分子間的平均距離。D不可以。故選B。

【總結(jié)升華】估算分子間的平均距離可根據(jù)基本概念寫出出陣=,匹,

再根據(jù)所給條件，看是否滿足，若滿足就可以估算出d；若不滿足(或還差條件)

就不能估算出比

舉一反三

【變式】某液體的摩爾質(zhì)量為M,密度為p,阿伏伽德羅常數(shù)為NA,，則液體分

子的半徑為（）

AI3MR\3MNArI6M6MNA

A.31---------B.3/--------C.3-------D.3I

N4/rpNA\471PN7ipN客Tip

【答案】A

【解析】計算分子大小和分子間距時構(gòu)建"球模型"和"立方體模型"

單個液體分子體積：4=3兀R3,所以R二』Br

PS374中以

在做這類題中建立模型是關(guān)鍵，并注重宏觀與微觀的聯(lián)系。

類型二、布朗運動與擴散

例2、關(guān)于布朗運動，下列說法中正確的是（

A.圖中記錄的是分子無規(guī)則運動的情況

B.圖中記錄的是微粒做布朗運動的軌跡

C.實驗可以看到，微粒越大，布朗運動越明顯

D.實驗可以看到，溫度越高，布朗運動越激烈

【答案】D

【解析】圖中記錄的是懸浮在液體（或氣體）中的固體微粒的無規(guī)則運動的情況，

A錯。實驗中畫出的布朗運動路線的折線，不是微粒運動的真實軌跡，8錯。實

驗可以看到，微粒越大，布朗運動越不明顯，C錯。溫度越高，布朗運動越激烈,

D對。

【總結(jié)升華】要準確理解布朗運動的實質(zhì)。布朗運動是懸浮顆粒的無規(guī)則運動，

不是液體分子的運動，液體的溫度越高，懸浮顆粒越小，布朗運動越劇烈，布朗

運動是由于液體分子從各個方向?qū)腋×Ｗ幼矒糇饔貌黄胶庖鸬摹?/p>

舉一反三

【變式】下列關(guān)于布朗運動的說法，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，懸浮粒子越小，布朗運動越劇

C.布朗運動是由于液體各個部分的溫度不同而引起的

D.布朗運動是由液體分子從各個方向?qū)腋×Ｗ幼矒糇饔玫牟黄胶庖鸬?/p>

【答案】BD

【解析】布朗運動是懸浮顆粒的無規(guī)則運動，不是液體分子的運動，選項A錯;

液體的溫度越高，懸浮顆粒越小，布朗運動越劇烈，選項B正確；布朗運動是

由于液體分子從各個方向?qū)腋×Ｗ幼矒糇饔貌黄胶庖鸬模x項C錯，選項D

正確。

類型三、分子力的理解和應用

【高清課堂：分子動理論例3】

例3、清晨，草葉上的露珠是由空氣中的水汽凝結(jié)成水珠，這一物理過程中,

水分子間的（）

A、引力消失，斥力增大B、斥力消失，引力增大

C、引力、斥力都減小D、引力、斥力都增大

【答案】D

【解析】水汽凝結(jié)為水珠分子間距離減小，分子間引力和斥力都增大。

【總結(jié)升華】一是要理解水汽凝結(jié)為水珠意味著什么，是分子間距離減?。欢?/p>

記住、理解分子力F和距離r的關(guān)系圖像的意義。

舉一反三

【變式】分子間的相互作用力由引力與斥力共同產(chǎn)生，并隨著分子間距的變化而

變化，則（）A、分子間引力隨分子間距的增大而增大

B、分子間斥力隨分子間距的減小而增大

C、分子間相互作用力隨分子間距的增大而增大

D、分子間相互作用力隨分子間距的減小而增大

【答案】B

【解析】根據(jù)分子力和分子間距離關(guān)系圖象，如圖，選B。

聽

'F5I

類型四、分子力做功與分子勢能變化的關(guān)系

例4、兩分子間的斥力和引力的合力F與分子間距離r的關(guān)系如圖中曲線所

示，曲線與軸交點的橫坐標為相距很遠的兩分子在分子力作用下，由靜止

rr0o

開始11相距無窮遠時分子勢能為零，下列說法正確的是_______

（填上一門

A、在/?＞為階段，F(xiàn)做正功，分子動能增加，勢能減小

B、在「＜%階段，F(xiàn)做負功，分子動能減小，勢能也減小

C、在「=為時，分子勢能最小，動能最大

D、在「=%時，分子勢能為零

E、分子動能和勢能之和在整個過程中不變

【答案】ACE

【解析】（1"時分子力合力為引力，做正功，分子勢能減小動能增加門="

時分子勢能最小，動能最大，D錯AC對。對「＜為時分子力合力表現(xiàn)為引力，

做負功，分子勢能增加動能減小，B錯。分子動能和勢能之和在變化過程中保持

不變，E對。正確選項為ACE。

舉一反三

［可、:系統(tǒng)的勢能Ep與兩分子間距離r的關(guān)系曲線。下列說法

正隹k"7

A、當r大于n時，分子間的作用力表現(xiàn)為引力

B、當r小于n時，分子間的作用力表現(xiàn)為斥力

C、當r等于陛時，分子間的作用力為零

D、在r由n變到微的過程中，分子間的作用力做負功

【答案】BC

【解析】分子間距等于ro時分子勢能最小，即ro=r2,當r小于門時分子力表現(xiàn)

為斥力；當r大于n小于以時分子力表現(xiàn)為斥力；當r大于酸時分子力表現(xiàn)為

引力，A錯BC對。在r由n變到r2的過程中，分子斥力做正功分子勢能減小，

D建吳。

類型五、物體的內(nèi)能

一般說來物體內(nèi)能的決定因素可從兩個方面判定：微觀決定因素，?宏觀決定

因素。

(1)微觀決定因素：分子的勢能、分子的平均動能、分子的個數(shù)。

(2)宏觀決定因素：物體的體積、物體的溫度、物體所含物質(zhì)的多少,

即物質(zhì)的量。

例5、把一個物體豎直下拋，下列哪種情況是在下落的過程中發(fā)生的(不考慮

空氣阻力)()

A.物體的動能增加，分子的平均動能也增加

B.物體的重力勢能減少，分子勢能卻增加

C.物體的機械能保持不變

D.物體的內(nèi)能保持不變

【答案】CD

【解析】物體下落的過程，不考慮空氣阻力，只有系統(tǒng)內(nèi)的重力做功，機

械能不變，物體下落過程中，物體的溫度和體積也沒有發(fā)生變化，所以分子熱運

動的平均動能和分子勢能都保持不變，因此，選項A和B是錯誤的。

舉一反三

【變式】物體由大量分子組成，下列說法正確的是0

A、分子熱運動越劇烈，物體內(nèi)每個分子的動能越大

B、分子間引力總是隨著分子間距離減小而減小

C、物體的內(nèi)能跟物體的溫度和體積有關(guān)

D、只有外界對物體做功才能增加物體的內(nèi)能

【答案】C

【解析】分子熱運動符合統(tǒng)計規(guī)律"中間多、兩頭少"，分子熱運動越劇烈，物

體內(nèi)個別分子的動能可能更小，故A錯；當「九時，引力隨著