物理第十三章 熱學(xué) 第1節(jié) 分子動(dòng)理論 內(nèi)能 新人教版

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1、選考內(nèi)容第十三章熱學(xué)(選修3-3)-3-4-第1節(jié)分子動(dòng)理論內(nèi)能-6-一、分子動(dòng)理論的基本觀點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)、阿伏加德羅常數(shù) -7-二、溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志內(nèi)能1.溫度一切達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的 溫度。2.兩種溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)。關(guān)系:T=t+273.15K。3.分子的動(dòng)能(1)分子動(dòng)能是 分子熱運(yùn)動(dòng)所具有的動(dòng)能;(2)分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能是所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能的平均值, 溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的標(biāo)志;(3)分子熱運(yùn)動(dòng)的總動(dòng)能是物體內(nèi)所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的 總和。-8-4.分子的勢(shì)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(duì)位置決定的能。(2)分子勢(shì)能的決

2、定因素微觀上:決定于 分子間距離和分子排列情況;宏觀上:決定于 體積和狀態(tài)。5.物體的內(nèi)能(1)概念理解:物體中所有分子的熱運(yùn)動(dòng) 分子動(dòng)能與 分子勢(shì)能的總和,是狀態(tài)量;(2)決定因素:對(duì)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;(3)影響因素:物體的內(nèi)能與物體的位置高低、運(yùn)動(dòng)速度大小 無(wú)關(guān)。-9-(4)改變內(nèi)能的方式-10-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三微觀量的估算微觀量的估算1.兩種分子模型物質(zhì)有固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種情況,不同物態(tài)下應(yīng)將分子看成不同的模型。(1)固體、液體分子一個(gè)一個(gè)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(zhǎng)

3、,所以球體分子模型立方體分子模型氣體分子模型-11-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三(2)氣體分子不是一個(gè)一個(gè)緊密排列的,它們之間的距離很大,所以氣體分子的大小不等于分子所占有的平均空間,如圖所示,此時(shí)每個(gè)分子占有的空間視為棱長(zhǎng)為d的立方體,所以d=。提醒:對(duì)于氣體,利用d=得到的不是分子直徑,而是氣體分子間的平均距離。2.微觀量與宏觀量間的關(guān)系微觀量:分子體積V0、分子直徑d、分子質(zhì)量m0。宏觀量:物體的體積V、摩爾體積Vm、物體的質(zhì)量m、摩爾質(zhì)量M、物體的密度。-12-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三例1(2017江蘇卷)科學(xué)家可以運(yùn)用無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的規(guī)律來(lái)研究生物蛋白分子。資料顯示,某種蛋白的摩爾質(zhì)量為66

4、kg/mol,其分子可視為半徑為310-9m的球,已知阿伏加德羅常數(shù)為6.01023mol-1。請(qǐng)估算該蛋白的密度。(計(jì)算結(jié)果保留一位有效數(shù)字)答案:1103kg/m3或5102kg/m3代入數(shù)據(jù)得1103kg/m3(或5102kg/m3,51021103kg/m3都算對(duì))-13-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三微觀量的求解方法(1)分子的大小、分子體積、分子質(zhì)量屬微觀量,直接測(cè)量它們的數(shù)值非常困難,可以借助較易測(cè)量的宏觀量結(jié)合摩爾體積、摩爾質(zhì)量等來(lái)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。氣體分子所占據(jù)的空

5、間可模擬為立方體模型。-14-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三即學(xué)即練即學(xué)即練1.(多選)(2017遼寧大連模擬)某氣體的摩爾質(zhì)量為M,摩爾體積為Vm,密度為,每個(gè)分子的質(zhì)量和體積分別為m和V0,則阿伏加德羅常數(shù)NA不可表示為() 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-15-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三2.(多選)(2016上海卷)某氣體的摩爾質(zhì)量為M,分子質(zhì)量為m。若1mol該氣體的體積為Vm,密度為,則該氣體單位體積分子數(shù)為(阿伏加德羅常數(shù)為NA)() 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-16-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三3.(2017山東墾利期中)已知地球大氣層的厚度h遠(yuǎn)小于地球半徑r,空氣平均摩爾質(zhì)量為M,阿伏

6、加德羅常數(shù)為NA,地面大氣壓強(qiáng)為p0,重力加速度大小為g。由此可估算得,地球大氣層空氣分子總數(shù)為,空氣分子之間的平均距離為。 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-17-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三布朗運(yùn)動(dòng)與分子熱運(yùn)動(dòng)布朗運(yùn)動(dòng)與分子熱運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散現(xiàn)象、布朗運(yùn)動(dòng)與熱運(yùn)動(dòng)的比較-18-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三例2(2016北京卷)霧霾天氣是對(duì)大氣中各種懸浮顆粒物含量超標(biāo)的籠統(tǒng)表述,是特定氣候條件與人類(lèi)活動(dòng)相互作用的結(jié)果。霧霾中,各種懸浮顆粒物形狀不規(guī)則,但可視為密度相同、直徑不同的球體,并用PM10、PM2.5分別表示球體直徑小于或等于10m、2.5m的顆粒物(PM是顆粒物的英文縮寫(xiě))。某科研機(jī)構(gòu)對(duì)北京地區(qū)的檢

7、測(cè)結(jié)果表明,在靜穩(wěn)的霧霾天氣中,近地面高度百米的范圍內(nèi),PM10的濃度隨高度的增加略有減小,大于PM10的大懸浮顆粒物的濃度隨高度的增加明顯減小,且兩種濃度分布基本不隨時(shí)間變化。-19-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三據(jù)此材料,以下敘述正確的是()A.PM10表示直徑小于或等于1.010-6m的懸浮顆粒物B.PM10受到的空氣分子作用力的合力始終大于其所受到的重力C.PM10和大懸浮顆粒物都在做布朗運(yùn)動(dòng)D.PM2.5的濃度隨高度的增加逐漸增大 答案解析解析關(guān)閉PM10表示直徑小于或等于1.010-5m的懸浮顆粒物,A錯(cuò)誤;來(lái)自各個(gè)方向的空氣分子對(duì)PM10的撞擊不平衡,使PM10做布朗運(yùn)動(dòng),是不規(guī)則的運(yùn)

8、動(dòng),故加速度大小和方向不斷變化,所以合力可以大于、小于或等于其重力的大小,故B錯(cuò)誤,C正確。根據(jù)題干可推測(cè),PM2.5的濃度應(yīng)隨高度增加而減小,故D錯(cuò)誤。 答案解析關(guān)閉C-20-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三思維點(diǎn)撥對(duì)于信息題,不要過(guò)多注意題目的長(zhǎng)度,一定要仔細(xì)閱讀題文,從題文中找出相應(yīng)的信息,布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮微粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),不是分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),形成的原因是由于液體分子對(duì)懸浮微粒無(wú)規(guī)則撞擊引起的,布朗運(yùn)動(dòng)既不是顆粒分子的運(yùn)動(dòng),也不是液體分子的運(yùn)動(dòng),而是液體分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的反映。1.擴(kuò)散現(xiàn)象直接反映了分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),并且可以發(fā)生在固體、液體、氣體任何兩種物質(zhì)之間。2.布朗運(yùn)動(dòng)不是分子的運(yùn)動(dòng),是液體

9、分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的反映。-21-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三即學(xué)即練即學(xué)即練4.(多選)我國(guó)已開(kāi)展空氣中PM2.5濃度的監(jiān)測(cè)工作。PM2.5是指空氣中直徑等于或小于2.5m的懸浮顆粒物,其飄浮在空中做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),很難自然沉降到地面,吸入后對(duì)人體形成危害。礦物燃料燃燒的排放物是形成PM2.5的主要原因。下列關(guān)于PM2.5的說(shuō)法正確的是 ()A.PM2.5的大小比空氣中氧分子大得多B.PM2.5在空氣中的運(yùn)動(dòng)屬于分子熱運(yùn)動(dòng)C.PM2.5的運(yùn)動(dòng)軌跡只是由大量空氣分子對(duì)PM2.5無(wú)規(guī)則碰撞的不平衡決定的D.倡導(dǎo)低碳生活,減少煤和石油等燃料的使用,能有效減小PM2.5在空氣中的濃度E.PM2.5必然有內(nèi)能 答

10、案解析解析關(guān)閉PM2.5的尺寸比空氣中氧分子的尺寸大得多,選項(xiàng)A正確;PM2.5在空氣中的運(yùn)動(dòng)不屬于分子熱運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;PM2.5的運(yùn)動(dòng)軌跡是由大量空氣分子對(duì)PM2.5無(wú)規(guī)則碰撞的不平衡和氣流的運(yùn)動(dòng)決定的,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;倡導(dǎo)低碳生活,減少煤和石油等燃料的使用,能有效減小PM2.5在空氣中的濃度,PM2.5必然有內(nèi)能,選項(xiàng)D、選項(xiàng)E正確。 答案解析關(guān)閉ADE-22-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三5.(2017河南鄭州一中月考)下列關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)的說(shuō)法,正確的是()A.布朗運(yùn)動(dòng)是液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)B.觀察布朗運(yùn)動(dòng)會(huì)看到,懸浮的顆粒越小,溫度越高,布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈C.布朗運(yùn)動(dòng)是指懸浮在液體中的固體分子的無(wú)

11、規(guī)則運(yùn)動(dòng)D.布朗運(yùn)動(dòng)說(shuō)明了液體分子之間存在著相互作用力 答案解析解析關(guān)閉布朗運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)主體是固體小顆粒,而不是液體分子或者固體分子的運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)A、選項(xiàng)C錯(cuò)誤;懸浮的顆粒越小,溫度越高,布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈,選項(xiàng)B正確;布朗運(yùn)動(dòng)只是間接說(shuō)明了液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案解析關(guān)閉B-23-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三6.(2017江蘇卷)圖甲和圖乙是某同學(xué)從資料中查到的兩張記錄水中炭粒運(yùn)動(dòng)位置連線的圖片,記錄炭粒位置的時(shí)間間隔均為30s,兩方格紙每格表示的長(zhǎng)度相同。比較兩張圖片可知:若水溫相同,(選填“甲”或“乙”)中炭粒的顆粒較大;若炭粒大小相同,(選填“甲”或“乙”)中水分子的熱運(yùn)動(dòng)較劇烈。

12、 答案解析解析關(guān)閉影響布朗運(yùn)動(dòng)的因素有兩個(gè),分別是顆粒大小和溫度。溫度相同時(shí),顆粒越大,布朗運(yùn)動(dòng)越不明顯,相同時(shí)間內(nèi)位置變化越小。顆粒大小相同時(shí),溫度越高,布朗運(yùn)動(dòng)越明顯,相同時(shí)間內(nèi)位置變化越大。 答案解析關(guān)閉甲乙-24-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三分子力、分子勢(shì)能及物體的內(nèi)能分子力、分子勢(shì)能及物體的內(nèi)能1.分子力F、分子勢(shì)能Ep與分子間距離r的關(guān)系圖線-25-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三-26-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三2.物體的內(nèi)能與機(jī)械能的比較-27-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三例3(多選)(2016全國(guó)卷)關(guān)于氣體的內(nèi)能,下列說(shuō)法正確的是()A.質(zhì)量和溫度都相同的氣體,內(nèi)能一定相同B.氣體溫度不變,

13、整體運(yùn)動(dòng)速度越大,其內(nèi)能越大C.氣體被壓縮時(shí),內(nèi)能可能不變D.一定量的某種理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)E.一定量的某種理想氣體在等壓膨脹過(guò)程中,內(nèi)能一定增加 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-28-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三分析物體的內(nèi)能問(wèn)題應(yīng)當(dāng)明確四個(gè)要點(diǎn)1.內(nèi)能是對(duì)物體的大量分子而言的,不存在某個(gè)分子內(nèi)能的說(shuō)法。2.決定內(nèi)能大小的因素為溫度、體積、分子數(shù),還與物態(tài)有關(guān)系。3.通過(guò)做功或熱傳遞可以改變物體的內(nèi)能。4.溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,溫度相同的任何物體,分子的平均動(dòng)能相同。-29-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三即學(xué)即練即學(xué)即練7.(2017北京卷)以下關(guān)于熱運(yùn)動(dòng)的說(shuō)法正確的是()A.水流速度越大

14、,水分子的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈B.水凝結(jié)成冰后,水分子的熱運(yùn)動(dòng)停止C.水的溫度越高,水分子的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈D.水的溫度升高,每一個(gè)水分子的運(yùn)動(dòng)速率都會(huì)增大 答案解析解析關(guān)閉水分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度與溫度有關(guān),與水流速度無(wú)關(guān),故A項(xiàng)錯(cuò)。水分子的熱運(yùn)動(dòng)永不停息,故B項(xiàng)錯(cuò)。溫度越高,水分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈,故C項(xiàng)正確。水的溫度升高,水分子的平均運(yùn)動(dòng)速率增大,不是每一個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)速率都增大,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案解析關(guān)閉C-30-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三8.(多選)(2017山東煙臺(tái)一模)關(guān)于物體的內(nèi)能,下列說(shuō)法正確的是()A.物體的內(nèi)能是指物體內(nèi)所有分子的動(dòng)能和勢(shì)能的總和B.一定質(zhì)量的0的水凝結(jié)為0的冰時(shí),分子平均動(dòng)能

15、不變,分子勢(shì)能減少C.通電時(shí)電阻發(fā)熱,它的內(nèi)能增加是通過(guò)“熱傳遞”方式實(shí)現(xiàn)的D.溫度高的物體一定比溫度低的物體內(nèi)能大E.一定質(zhì)量的理想氣體吸收熱量,它的內(nèi)能可能不變 答案解析解析關(guān)閉物體的內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和,故A正確;一定質(zhì)量的0的水凝結(jié)為0的冰時(shí)要放出熱量,分子平均動(dòng)能不變,分子勢(shì)能減小,故B正確;通電時(shí)電阻發(fā)熱,它的內(nèi)能增加是通過(guò)電流做功的方式實(shí)現(xiàn)的,故C錯(cuò)誤;內(nèi)能不僅與物體的溫度有關(guān),還與物質(zhì)的多少有關(guān),故D錯(cuò)誤;一定質(zhì)量的理想氣體吸收熱量,如果同時(shí)對(duì)外做功,則它的內(nèi)能可能不變,故E正確。 答案解析關(guān)閉ABE-31-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二命題點(diǎn)三9.(多選)(2017全國(guó)

16、卷)氧氣分子在0和100溫度下單位速率間隔的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比隨氣體分子速率的變化分別如圖中兩條曲線所示。下列說(shuō)法正確的是()A.圖中兩條曲線下面積相等B.圖中虛線對(duì)應(yīng)于氧氣分子平均動(dòng)能較小的情形C.圖中實(shí)線對(duì)應(yīng)于氧氣分子在100時(shí)的情形D.圖中曲線給出了任意速率區(qū)間的氧氣分子數(shù)目E.與0時(shí)相比,100時(shí)氧氣分子速率出現(xiàn)在0400m/s區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比較大 答案解析解析關(guān)閉由歸一化知圖中兩條曲線下的面積相等均為1,A項(xiàng)正確。虛線對(duì)應(yīng)的氧氣分子速率較小的占的比例大,故平均動(dòng)能較小,B項(xiàng)正確。實(shí)線對(duì)應(yīng)的氧氣分子速率較大的占的比例大,故熱運(yùn)動(dòng)劇烈,為100的情形,C項(xiàng)正確。曲線只給出了各速率區(qū)間分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比,沒(méi)有給出分子數(shù)目,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。100時(shí)分子速率出現(xiàn)在0400m/s區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比較小,E項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案解析關(guān)閉ABC