考物理-复习方案-第1讲分子动理论内能.pdf

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1、分子动理论 1物体是由大量分子组成的 (1)分子直径大小的数量级为10 10 m。 油膜法测分子直径：dV/S ，V 是一滴纯油酸的体积，S是单分子油膜的面积。 (2)一般分子质量的数量级为10 26 kg。 (3)阿伏加德罗常数：NA 6.0210 23 mol1，是联系微观世界和宏观世界的桥梁。 2分子永不停息地做无规则的热运动 (1)扩散现象：相互接触的物体的分子或原子彼此进入对方的现象。温度越高，扩散越 快。 (2)布朗运动：在显微镜下看到的悬浮在液体中的小颗粒的永不停息地无规则运动。布 朗运动反映了液体分子的无规则运动。颗粒越小，运动越明显；温度越高，运动越剧烈。 3分子间存在着相互

2、作用力 (1)引力和斥力同时存在，都随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而增大， 斥力比引力变化更快。 (2)分子力的特点： rr0时 (r0的数量级为10 10 m)，F 引F斥，分子力 F0； rr0时， F引F斥，分子力F 表现为斥力； rr0时， F引F斥，分子力F 表现为引力； r10r0时， F引、 F斥迅速减为零，分子力F 0。 (3)分子力随分子间距离的变化图象如图111 1 所示： 图 111 1 1求解分子直径时的两种模型 (1)把分子看做球形，d 3 6V0 ； (2)把分子看做小立方体，d 3 V0。 对于气体，按上述思路算出的不是分子直径，而是气体分子间的平均

3、距离。 2宏观量与微观量的相互关系 (1)微观量：分子体积V0、分子直径 d、分子质量m0。 (2)宏观量：物体的体积V、摩尔体积Vm，物体的质量 m、摩尔质量M、物体的密度 。 (3)相互关系： 一个分子的质量：m0 M NA Vm NA 。 一个分子的体积：V0 Vm NA M NA(注：对气体 V0为分子所占空间体积 )。 物体所含的分子数：n V Vm N A m V m N A 或 n m M NA V M NA。 单位质量中所含的分子数：n NA M 。 3布朗运动与分子热运动的比较 布朗运动热运动 活动主体固体微小颗粒分子 区别 是微小颗粒的运动， 是比分子大得多的 分子团的运动

4、， 较大的颗粒不做布朗运 动， 但它本身的以及周围的分子仍在做 热运动 是指分子的运动， 分子无论大小都做热 运动，热运动不能通过光学显微镜直接 观察到 共同点 都是永不停息地无规则运动，都随温度的升高而变得更加激烈，都是肉眼所不 能看见的 联系 布朗运动是由于小颗粒受到周围分子做热运动的撞击力而引起的，它是分子做 无规则运动的反映 1关于分子的热运动，以下叙述正确的是() A布朗运动就是分子的热运动 B布朗运动是分子的无规则运动，同种物质的分子的热运动激烈程度相同 C气体分子的热运动不一定比液体分子激烈 D物体运动的速率越大，其内部的分子热运动就越激烈 解析： 选 C布朗运动是指固体小颗粒的

5、运动，A 错误；温度越高，分子无规则运动越 激烈，与物质种类无关，B 错，C 对；物体的宏观运动 速度的大小与微观分子的热运动 无关， D 错。 温度、温标与内能 1温度与温标 (1)意义：宏观上表示物体的冷热程度(微观上标志物体中分子平均动能的大小)。 (2)两种温标： 摄氏温标t：单位，在一个标准大气压下，水的冰点作为0 ，沸点作为100 ， 在 0 100 之间等分100 份，每一份表示1 。 热力学温标T：单位 K，把 273.15_作为 0 K。 就每一度表示的冷热差别来说，两种温度是相同的，即 T t。只是零值的起点不 同，所以二者关系式为Tt273.15_K 绝对零度 (0 K)

6、 ：是低温极限，只能接近不能达到，所以热力学温度无负值。 2内能 (1)分子的动能： 分子动能是分子热运动所具有的动能； 分子热运动的平均动能是所有分子热运动的动能的平均值，温度是分子热运动的平均 动能的标志； 分子热运动的总动能是物体内所有分子热运动动能的总和。 (2)分子的势能： 意义：由于分子间存在着引力和斥力，所以分子具有由它们的相互位置决定的能。 分子势能的决定因素： 微观上 决定于分子间的距离和分子排列情况； 宏观上 决定于体积和状态。 (3)物体的内能： 定义：物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和，是状态量。 对于给定的物体，其内能大小由物体的温度和体积决定。 物体的内能与

7、物体的位置高低、运动速度大小无关。 1分子势能的变化与分子间距离的变化的关系 图 111 2 取 r处为零势能处。 (1)当 rr0时，分子力为引力，当 r 增大时，分子力做负功，分子势能增加。 (2)当 rr0时，分子力为斥力，当 r 减小时，分子力做负功，分子势能增加。 (3)当 rr0时，分子势能最小。 2对内能概念的进一步说明 (1)内能是对物体的大量分子而言的，不存在某个分子内能的说法。 (2)决定内能大小的因素为温度、体积、分子数，还与物态有关系。 (3)通过做功或热传递可以改变物体的内能。 3物体的内能和机械能的比较 名称 比较 内能机械能 定义 物体内所有分子热运动的动能与分子

8、 势能之和 物体的动能、重力势能和弹性势能 的统称 决定由物体内部状态决定 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 2图 1113 为两分子系统的势能Ep与两分子间距离 r 的关系曲线。下列说法正确 的是 () 图 111 3 A当 r 大于 r1时，分子间的作用力表现为引力 B当 r 小于 r1时，分子间的作用力表现为引力 C当 r 等于 r2时，分子间的作用力为零 D在 r 由 r1变到 r2的过程中，分子间的作用力做负功 解析： 选 C在 Epr 图上，当rr2时 E

9、p最小，说明r2r0，即分子力为零时的分子 间距为r 2 ，再利用Fr图象可知C正确。 微观量的估算 命题分析 本考点为高考热点，主要考查微观量与宏观量之间的关系，通常以选择题 或计算题呈现。 例 1教育部办公厅和卫生部办公厅日前联合发布了关于进一步加强学校控烟工作 的意见。 意见中要求，教师在学校的禁烟活动中应以身作则、带头戒烟，通过自身的戒 烟，教育、带动学生自觉抵制烟草的诱惑。试估算一个高约2.8 m，面积约10 m2的两人办 公室，若只有一人吸了一根烟。求： (1)估算被污染的空气分子间的平均距离； (2)另一不吸烟者呼吸一次大约吸入多少个被污染过的空气分子。(人正常呼吸一次吸入 气体

10、 300 cm3，一根烟大约吸10 次 ) 思维流程 第一步：抓信息关键点 关键点信息获取 (1)一个人一根烟吸10 次，一次吸入气体300 cm 3 被污染的空气分子数 (2)房间高约2.8 m，面积约10 m 2 房间容积，每个污染空气分子所占体积 第二步：找解题突破口 要求被污染的空气分子间的距离，需求每个污染分子所占的体积，可由房间容积除以被 污染的分子总数求出；进而求出不吸烟者一次吸入的污染空气分子数。 第三步：条理作答 解析 (1)吸烟者吸一根烟吸入空气的总体积为10300 cm 3 含有空气分子数：n 1030010 6 22.4 10 36.0210 23 个 8.110 22

11、 个 办公室单位体积空间内含被污染的空气分子数为 n1 8.110 22 102.8 个/m 3 2.9 1021 个/m 3 每个污染分子所占体积为V 1 2.910 21m 3 所以平均距离为L 3 V 710 8 m。 (2)被动吸烟者一次吸入被污染的空气分子数为 n22.910 21300106 个 8.710 17 个 答案 (1)710 8 m (2)8.710 17 个 1 固体和液体分子都可看成是紧密堆集在一起的。分子的体积V0f(Vm,NA)，仅适用 于固体和液体，对气体，V0表示每个气体分子平均占有的空间体积。 2 对于气体分子， d 3 V0的值并非气体分子的大小， 而是

12、两个相邻的气体分子之间的 平均距离。 3 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。 互动探究 本题中若空气的平均摩尔质量为29 g/mol，试估算房间内空气的质量，所含分子数是多 少？一个空气分子的平均质量为多少？(保留 2 位有效数字 ) 解析： 将房间内的空气近似认为标准状况下(即 0 、1 标准大气压 )的空气。 则房间内空气的质量为 m V VmM 2.810 22.410 32910 3 kg 36 kg 所含分子数n m M NA 3

13、6 2910 36.0210 23(个) 7.51026(个) 一个空气分子的平均质量m0 M NA 2910 3 6.0210 23kg 4.810 26 kg 答案： 36 kg7.510 26 个4.810 26 kg 布朗运动与分子热运动的比较 命题分析 本考点是高考热点，主要考查布朗运动的特点及与分子热运动的区别，以 选择题呈现 。 例 2下列关于布朗运动的说法，正确的是() A布朗运动是液体分子的无规则运动 B液体温度越高，悬浮粒子越小，布朗运动越剧烈 C布朗运动是由于液体各部分的温度不同而引起的 D布朗运动是由液体分子从各个方向对悬浮粒子撞击作用的不平衡引起的 解析 布朗运动是悬

14、浮在液体中的粒子的无规则运动，而不是液体分子的无规则运 动， A 项错误；液体温度越高，分子热运动越剧烈，液体分子对悬浮粒子撞击力越大，悬浮 粒子越小， 对其撞击的液体分子数越少，悬浮粒子受到液体分子撞击作用的平衡性越弱，因 而布朗运动越剧烈，B、 D 正确， C 项错误。 答案 BD 1 布朗运动不是分子的运动，是液体分子无规则运动的反映。 2 布朗运动是悬浮在液体中的小颗粒的运动，是由液体分子从各个方向对悬浮粒子撞 击作用不平衡引起的。 变式训练 1做布朗运动实验，得到某个观测记录如图。图1114 中记录的是 () 图 111 4 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

15、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 解析： 选 D微粒在周围液体分子无规则碰撞作用下，做布朗运动，轨迹是无规则的， 实际操作中不易描绘出微粒的实际轨迹；而按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连 线的无规则， 也能充分反映微粒布朗运动的无规则，本实验记录描绘的正是某一微粒位置的 连线，故选D。 分子力、分子势能与分子间距离的关系 命题分析 本考点为高考热点，主要考查分子力和分子势能与分子间距离变化的关 系，以选择题形式呈现。 例 3(2012 海南单科 )两分子间的斥力和引力的合力F 与分子间距离r 的关系如图 11 15 中曲线所示，曲线与r

16、轴交点的横坐标为r0，相距很远的两分子在分子力作用下， 由静止开始相互接近。若两分子相距无穷远时分子势能为零，下列说法正确的是_ 图 111 5 A在 r r0阶段， F 做正功，分子动能增加，势能减小 B在 r r0阶段， F 做负功，分子动能减小，势能也减小 C在 r r0时，分子势能最小，动能最大 D在 r r0时，分子势能为零 E分子动能和势能之和在整个过程中不变 解析 由 Epr 图可知：在 rr0阶段，当r 减小时 F 做正功， 分子势能减小，分子动能增加，故选项A 正确； 在 r r0阶段，当r 减小时 F 做负功，分子势能增加，分子动能减 小，故选项B 错误； 在 r r0时，

17、分子势能最小，动能最大，故选项C 正确； 在 r r0时，分子势能最小，但不为零，故选项D 错误； 在整个相互接近的过程中分子动能和势能之和保持不变，故选项E 正确。 答案 ACE 1 分子间的作用力的变化规律与分子间距离范围有关，当rr0时， r 越大，分子力越 小，当 r r0时，随 r 由 r0开始增大，分子力先增大后减小。 2 分子势能的变化规律与分子力做功的正负有关，一般应先分析分子间表现为引力还 是斥力，再判断分子力做功的正负，然后再得出分子势能的变化规律。 变式训练 2 如图 1116 所示，甲分子固定在坐标原点O， 乙分子在分子力作用下沿x 轴运动， 两分子间的分子势能Ep与两分子间距离的关系如图11 16 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零，则下列说法正确的是() 图 111 6 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E0 C乙分子在Q 点(xx1)时，处于平衡状态 D乙分子的运动范围为xx1 解析： 选 BD由图线可知xx2时，分子势能最小，所以此位置为分子的平衡位置，分子 力为零，加速度最小，则选项A、C 错误；根据总能量为零，即EpEk0，乙分子在P 点 动能最大，为E0，在 Q 点动能最小，为零，所以，乙分子的运动范围为xx1，则选项 B、 D 正确。