2019年高考物理一輪復習 第十三章 熱學 第1講 分子動理論 內能課件.ppt

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第1講分子動理論內能 第十三章熱學 內容索引 基礎知識梳理 命題點一分子動理論和內能的基本概念 命題點二微觀量估算的兩種建模方法 命題點三布朗運動與分子熱運動 課時作業(yè) 命題點四分子動能 分子勢能和內能 基礎知識梳理 1 一 分子動理論1 物體是由大量分子組成的 1 分子的大小 分子的直徑 視為球模型 數(shù)量級為m 分子的質量 數(shù)量級為10 26kg 2 阿伏加德羅常數(shù) 1mol的任何物質都含有相同的粒子數(shù) 通?？扇A mol 1 阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀物理量和微觀物理量的橋梁 10 10 6 02 1023 2 分子永不停息地做無規(guī)則運動 1 擴散現(xiàn)象 定義 物質能夠彼此進入對方的現(xiàn)象 實質 擴散現(xiàn)象并不是外界作用引起的 也不是化學反應的結果 而是由分子的無規(guī)則運動產(chǎn)生的物質遷移現(xiàn)象 溫度 擴散現(xiàn)象越明顯 2 布朗運動 定義 懸浮在液體中的的永不停息地無規(guī)則運動 實質 布朗運動反映了的無規(guī)則運動 特點 顆粒越 運動越明顯 溫度越 運動越劇烈 不同 越高 小顆粒 液體分子 小 高 3 熱運動 分子永不停息地做運動叫做熱運動 特點 分子的無規(guī)則運動和溫度有關 溫度越高 分子運動越激烈 3 分子間同時存在引力和斥力 1 物質分子間存在空隙 分子間的引力和斥力是存在的 實際表現(xiàn)出的分子力是引力和斥力的 2 分子力隨分子間距離變化的關系 分子間的引力和斥力都隨分子間距離的增大而 隨分子間距離的減小而 但斥力比引力變化得 無規(guī)則 同時 合力 減小 增大 快 3 分子力與分子間距離的關系圖線由分子間的作用力與分子間距離關系圖線 如圖所示 可知 當r r0時 F引 F斥 分子力為 當r r0時 F引 F斥 分子力表現(xiàn)為 當r r0時 F引 F斥 分子力表現(xiàn)為 當分子間距離大于10r0 約為10 9m 時 分子力很弱 可以忽略不計 零 引力 斥力 當兩個分子之間的距離大于r0時 分子間只有引力 當小于r0時 分子間只有斥力 這種說法是否正確 不正確 分子間引力和斥力是同時存在的 答案 二 溫度和內能1 溫度一切達到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的 2 兩種溫標攝氏溫標和熱力學溫標 關系 T t 273 15K 3 分子的動能 1 分子動能是所具有的動能 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 是分子熱運動的平均動能的標志 溫度 分子熱運動 溫度 3 分子熱運動的總動能是物體內所有分子熱運動動能的 4 分子的勢能 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決定的能 2 分子勢能的決定因素 微觀上 決定于和分子排列情況 宏觀上 決定于和狀態(tài) 總和 相對位置 分子間距離 體積 5 物體的內能 1 概念理解 物體中所有分子熱運動的和的總和 是狀態(tài)量 2 決定因素 對于給定的物體 其內能大小由物體的和決定 即由物體內部狀態(tài)決定 3 影響因素 物體的內能與物體的位置高低 運動速度大小 4 改變物體內能的兩種方式 和 動能 分子勢能 溫度 體積 無關 做功 熱傳遞 分子力先增大后減小再增大 分子力先做正功 后做負功 分子勢能先減小后增大 當兩個分子從無窮遠逐漸靠近時 分子力大小如何變化 分子力做功情況如何 分子勢能如何變化 答案 1 人教版選修3 3P7第2題改編 以下關于布朗運動的說法正確的是A 布朗運動就是分子的無規(guī)則運動B 布朗運動證明 組成固體小顆粒的分子在做無規(guī)則運動C 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D 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 答案 2 關于溫度的概念 下列說法中正確的是A 溫度是分子平均動能的標志 物體溫度高 則物體的分子平均動能大B 物體溫度高 則物體每一個分子的動能都大C 某物體內能增大時 其溫度一定升高D 甲物體溫度比乙物體溫度高 則甲物體的分子平均速率比乙物體的大 答案 3 對內能的理解 下列說法正確的是A 系統(tǒng)的內能是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的B 做功可以改變系統(tǒng)的內能 但是單純地對系統(tǒng)傳熱不能改變系統(tǒng)的內能C 不計分子之間的分子勢能 質量和溫度相同的氫氣和氧氣具有相同的內能D 1g100 水的內能小于1g100 水蒸氣的內能 答案 解析 系統(tǒng)的內能是一個只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量 所以是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的 A正確 做功和熱傳遞都可以改變系統(tǒng)的內能 B錯誤 質量和溫度相同的氫氣和氧氣的平均動能相同 但它們的物質的量不同 內能不同 C錯誤 在1g100 的水變成100 水蒸氣的過程中 分子間距離變大 要克服分子間的引力做功 分子勢能增大 所以1g100 水的內能小于1g100 水蒸氣的內能 D正確 4 根據(jù)分子動理論 下列說法正確的是A 一個氣體分子的體積等于氣體的摩爾體積與阿伏加德羅常數(shù)之比B 顯微鏡下觀察到的墨水中的小炭粒所做的不停地無規(guī)則運動 就是分子的運動C 分子間的相互作用的引力和斥力一定隨分子間的距離增大而增大D 分子勢能隨著分子間距離的增大 可能先減小后增大 答案 解析 由于氣體分子的間距大于分子直徑 故氣體分子的體積小于氣體的摩爾體積與阿伏加德羅常數(shù)之比 故A錯誤 顯微鏡下觀察到的墨水中的小炭粒不停地做無規(guī)則運動 是布朗運動 它是分子無規(guī)則運動的體現(xiàn) 但不是分子的運動 故B錯誤 分子間的相互作用力隨分子間距離增大而減小 但斥力減小得更快 故C錯誤 若分子間距是從小于平衡距離開始變化 則分子力先做正功再做負功 故分子勢能先減小后增大 故D正確 5 人教版選修3 3P9第4題 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存在分子引力 2 命題點一分子動理論和內能的基本概念 下列說法正確的是A 只要知道水的摩爾質量和水分子的質量 就可以計算出阿伏加德羅常數(shù)B 懸浮微粒越大 在某一瞬間撞擊它的液體分子數(shù)就越多 布朗運動越明顯C 在使兩個分子間的距離由很遠 r 10 9m 減小到很難再靠近的過程中 分子間作用力先減小后增大 分子勢能不斷增大D 溫度升高 分子熱運動的平均動能一定增大 但并非所有分子的速率都增大E 物體內熱運動速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例與溫度有關 例1 答案 解析 受力越趨于平衡 1 下列說法正確的是A 布朗運動是液體分子的運動 它說明分子永不停息地做無規(guī)則運動B 擴散現(xiàn)象表明 分子在永不停息地運動C 當分子間距離增大時 分子間引力增大 分子間斥力減小D 當分子間距等于r0時 分子間的引力和斥力都為零 答案 固體小顆粒 減小 等大反向 合力為零 分析 2 關于分子力 下列說法中正確的是A 碎玻璃不能拼合在一起 說明分子間斥力起作用B 將兩塊鉛壓緊以后能連在一塊 說明分子間存在引力C 水和酒精混合后的體積小于原來體積之和 說明分子間存在引力D 固體很難被拉伸 也很難被壓縮 說明分子間既有引力又有斥力E 分子間的引力和斥力同時存在 都隨分子間距離的增大而減小 答案 分子間距太大 分子間有空隙 分析 3 命題點二微觀量估算的兩種建模方法 1 求解分子直徑時的兩種模型 對于固體和液體 1 把分子看成球形 d 2 把分子看成小立方體 d 提醒 對于氣體 利用d 算出的不是分子直徑 而是氣體分子間的平均距離 2 宏觀量與微觀量的相互關系 1 微觀量 分子體積V0 分子直徑d 分子質量m0 2 宏觀量 物體的體積V 摩爾體積Vmol 物體的質量m 摩爾質量M 物體的密度 3 相互關系 已知常溫常壓下CO2氣體的密度為 CO2的摩爾質量為M 阿伏加德羅常數(shù)為NA 則在該狀態(tài)下容器內體積為V的CO2氣體含有的分子數(shù)為 在3km的深海中 CO2濃縮成近似固體的硬膠體 此時若將CO2分子看做直徑為d的球 則該容器內CO2氣體全部變成硬膠體后體積約為 例2 答案 解析 分析 氣態(tài) 固態(tài) 體積為V的CO2氣體質量m V 則分子數(shù) CO2濃縮成近似固體的硬膠體 分子個數(shù)不變 則該容器內CO2氣體全部變成硬膠體后體積約為 V 3 2015 海南單科 15 1 已知地球大氣層的厚度h遠小于地球半徑R 空氣平均摩爾質量為M 阿伏加德羅常數(shù)為NA 地面大氣壓強為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 mg p0S p0 4 R2 故大氣層的空氣總質量m 空氣分子總數(shù)N NA 由于h R 則大氣層的總體積V 4 R2h 每個分子所占空間設為一個棱長為a的正方體 則有Na3 V 可得分子間的平均距離a 4 空調在制冷過程中 室內水蒸氣接觸蒸發(fā)器 銅管 液化成水 經(jīng)排水管排走 空氣中水分越來越少 人會感覺干燥 某空調工作一段時間后 排出液化水的體積V 1 0 103cm3 已知水的密度 1 0 103kg m3 摩爾質量M 1 8 10 2kg mol 阿伏加德羅常數(shù)NA 6 0 1023mol 1 試求 結果均保留一位有效數(shù)字 1 該液化水中含有水分子的總數(shù)N 答案 解析 3 1025個 2 一個水分子的直徑d 答案 解析 4 10 10m 4 命題點三布朗運動與分子熱運動 1 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做永不停息地無規(guī)則的熱運動 2 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(chǎn)生原因 分子永不停息地做無規(guī)則運動 3 擴散現(xiàn)象 布朗運動與熱運動的比較 關于布朗運動 下列說法中正確的是A 布朗運動就是熱運動B 布朗運動的激烈程度與懸浮顆粒的大小有關 說明分子的運動與懸浮顆粒的大小有關C 布朗運動雖不是分子運動 但它能反映分子的運動特征D 布朗運動的激烈程度與溫度有關 這說明分子運動的激烈程度與溫度有關 例3 答案 5 2015 課標 33 1 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)象是由物質分子無規(guī)則運動產(chǎn)生的D 擴散現(xiàn)象在氣體 液體和固體中都能發(fā)生E 液體中的擴散現(xiàn)象是由于液體的對流形成的 答案 6 下列哪些現(xiàn)象屬于熱運動A 把一塊平滑的鉛板疊放在平滑的鋁板上 經(jīng)相當長的一段時間再把它們分開 會看到與它們相接觸的面都變得灰蒙蒙的B 把胡椒粉末放入菜湯中 最后胡椒粉末會沉在湯碗底 但我們喝湯時嘗到了胡椒的味道C 含有泥沙的水經(jīng)一定時間會變澄清D 用砂輪打磨而使零件溫度升高 答案 解析 熱運動在微觀上是指分子的運動 如擴散現(xiàn)象 在宏觀上表現(xiàn)為溫度的變化 如 摩擦生熱 物體的熱傳遞等 而水變澄清的過程是泥沙在重力作用下的沉淀 不是熱運動 C錯誤 5 命題點四分子動能 分子勢能和內能 1 分子力 分子勢能與分子間距離的關系 分子力F 分子勢能Ep與分子間距離r的關系圖線如圖所示 取無窮遠處分子勢能Ep 0 1 當r r0時 分子力表現(xiàn)為引力 當r增大時 分子力做負功 分子勢能增加 2 當r r0時 分子力表現(xiàn)為斥力 當r減小時 分子力做負功 分子勢能增加 3 當r r0時 分子勢能最小 2 內能和機械能的區(qū)別 關于分子間相互作用力與分子間勢能 下列說法正確的是A 在10r0距離范圍內 分子間總存在著相互作用的引力B 分子間作用力為零時 分子間的勢能一定是零C 當分子間作用力表現(xiàn)為引力時 分子間的距離越大 分子勢能越小D 分子間距離越大 分子間的斥力越小E 兩個分子間的距離變大的過程中 分子間引力變化總是比斥力變化慢 例4 答案 以下說法正確的是A 溫度低的物體內能一定小B 溫度低的物體分子運動的平均速率小C 溫度升高 分子熱運動的平均動能一定增大 但并非所有分子的速率都增大D 外界對物體做功時 物體的內能不一定增加 例5 答案 解析 與物體的溫度 質量和體積都有關 分子平均動能 判斷分子動能變化的兩種方法1 利用分子力做功判斷僅受分子力作用時 分子力做正功 分子勢能減小 分子動能增加 分子力做負功 分子勢能增加 分子動能減小 2 利用分子勢能Ep與分子間距離r的關系圖線判斷如圖所示 僅受分子力作用時 分子動能和勢能之和不變 根據(jù)Ep變化可判知Ek變化 而Ep變化根據(jù)圖線判斷 但要注意此圖線和分子力與分子間距離的關系圖線形狀雖然相似 但意義不同 不要混淆 7 關于分子間的作用力 下列說法正確的是A 分子之間的斥力和引力同時存在B 分子之間的斥力和引力大小都隨分子間距離的增大而減小C 分子之間的距離減小時 分子力一定做正功D 分子之間的距離增大時 分子勢能一定減小E 分子之間的距離增大時 可能存在分子勢能相等的兩個點 答案 8 兩分子間的斥力和引力的合力F與分子間距離r的關系如圖中曲線所示 曲線與r軸交點的橫坐標為r0 相距很遠的兩分子在分子力作用下 由靜止開始相互接近 若兩分子相距無窮遠時分子勢能為零 下列說法正確的是A 在r r0階段 F做正功 分子動能增加 勢能減小B 在r r0階段 F做負功 分子動能減小 勢能也減小C 在r r0時 分子勢能最小 動能最大D 在r r0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 解析 r0 F F W 0Ep減小Ek增加 W 0Ep增加Ek減小 分子勢能最小 動能最大 課時作業(yè) 6 1 2015 山東 37 1 墨滴入水 擴而散之 徐徐混勻 關于該現(xiàn)象的分析正確的是A 混合均勻主要是由于碳粒受重力作用B 混合均勻的過程中 水分子和碳粒都做無規(guī)則運動C 使用碳粒更小的墨汁 混合均勻的過程進行得更迅速D 墨汁的擴散運動是由于碳粒和水分子發(fā)生化學反應引起的 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 根據(jù)分子動理論的知識可知 最后混合均勻是擴散現(xiàn)象 水分子做無規(guī)則運動 碳粒做布朗運動 由于布朗運動的劇烈程度與顆粒大小和溫度有關 所以使用碳粒更小的墨汁 布朗運動會更明顯 則混合均勻的過程進行得更迅速 故選B C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 2016 北京理綜 20 霧霾天氣是對大氣中各種懸浮顆粒物含量超標的籠統(tǒng)表述 是特定氣候條件與人類活動相互作用的結果 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10 m 2 5 m的顆粒物 PM是顆粒物的英文縮寫 某科研機構對北京地區(qū)的檢測結果表明 在靜穩(wěn)的霧霾天氣中 近地面高度百米的范圍內 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間變化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 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 0 10 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受到的重力C PM10和大懸浮顆粒物都在做布朗運動D PM2 5的濃度隨高度的增加逐漸增大 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 PM10顆粒物的直徑為10 10 6m 1 0 10 5m A項錯 PM10受到空氣分子作用力的合力總是在不停地變化 并不一定始終大于重力 B項錯 PM10和大懸浮顆粒物受到空氣分子不停地碰撞做無規(guī)則運動 符合布朗運動的條件 C項正確 根據(jù)材料不能判斷PM2 5濃度隨高度的增加而增大 D項錯 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3 關于分子動理論的規(guī)律 下列說法正確的是A 擴散現(xiàn)象說明物質分子在做永不停息的無規(guī)則運動B 壓縮氣體時氣體會表現(xiàn)出抗拒壓縮的力是由于氣體分子間存在斥力的緣故C 兩個分子距離減小時 分子間引力和斥力都在增大D 如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達到熱平衡 那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平衡 用來表征它們所具有的 共同熱學性質 的物理量是內能E 已知某種氣體的密度為 摩爾質量為M 阿伏加德羅常數(shù)為NA 則該氣體分子之間的平均距離可以表示為 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 4 下列關于溫度及內能的說法中正確的是A 溫度是分子平均動能的標志 所以兩個動能不同的分子相比 動能大的溫度高B 兩個不同的物體 只要溫度和體積相同 內能就相同C 質量和溫度相同的冰和水 內能是相同的D 一定質量的某種物質 即使溫度不變 內能也可能發(fā)生變化 答案 解析 溫度是大量分子熱運動的宏觀體現(xiàn) 單個分子不能比較溫度大小 A錯誤 物質的內能由溫度 體積 物質的量共同決定 故B C均錯誤 D正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 5 兩個相距較遠的分子僅在分子力作用下由靜止開始運動 直至不再靠近 在此過程中 下列說法正確的是A 分子力先增大 后一直減小B 分子力先做正功 后做負功C 分子動能先增大 后減小D 分子勢能先增大 后減小E 分子勢能和動能之和不變 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 由分子動理論的知識可知 當兩個相距較遠的分子相互靠近 直至不能再靠近的過程中 分子力先是表現(xiàn)為引力且先增大后減小 之后表現(xiàn)為分子斥力 一直增大 所以A選項錯誤 分子引力先做正功 然后分子斥力做負功 分子勢能先減小后增大 分子動能先增大后減小 所以B C正確 D錯誤 因為只有分子力做功 所以分子勢能和分子動能的總和保持不變 E選項正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 6 對于分子動理論和物體內能的理解 下列說法正確的是A 溫度高的物體內能不一定大 但分子平均動能一定大B 外界對物體做功 物體內能一定增加C 溫度越高 布朗運動越顯著D 當分子間的距離增大時 分子間作用力就一直減小E 當分子間作用力表現(xiàn)為斥力時 分子勢能隨分子間距離的減小而增大 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 溫度高的物體分子平均動能一定大 但是內能不一定大 選項A正確 外界對物體做功 若存在散熱 物體內能不一定增加 選項B錯誤 溫度越高 布朗運動越顯著 選項C正確 當分子間的距離增大時 分子間作用力可能先增大后減小 選項D錯誤 當分子間作用力表現(xiàn)為斥力時 分子勢能隨分子間距離的減小而增大 選項E正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 7 以下說法中正確的是A 物體運動的速度越大 其內能越大B 分子的熱運動是指物體內部分子的無規(guī)則運動C 微粒的布朗運動的無規(guī)則性 反映了液體內分子運動的無規(guī)則性D 若外界對物體做正功 同時物體從外界吸收熱量 則物體的內能必增加E 溫度低的物體 其內能一定比溫度高的物體小 答案 解析 內能與物體的速度無關 故A錯誤 溫度低的物體 分子平均動能小 內能不一定小 故E錯誤 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 8 下列四幅圖中 能正確反映分子間作用力F和分子勢能Ep隨分子間距離r變化關系的圖線是 答案 解析 分子間作用力F的特點是 rr0時F表現(xiàn)為引力 分子勢能Ep的特點是r r0時Ep最小 因此只有B項正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 9 石墨烯是目前發(fā)現(xiàn)的最薄 最堅硬 導電導熱性能最強的一種新型納米材料 已知1g石墨烯展開后面積可以達到2600m2 試計算每1m2的石墨烯所含碳原子的個數(shù) 阿伏加德羅常數(shù)NA 6 0 1023mol 1 碳的摩爾質量M 12g mol 計算結果保留兩位有效數(shù)字 答案 解析 1 9 1019個 由題意可知 已知1g石墨烯展開后面積可以達到2600m2 1m2石墨烯的質量 m g則1m2石墨烯所含碳原子個數(shù) N NA 6 1023 1 9 1019個 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 很多轎車為了改善夜間行駛時的照明問題 在車燈的設計上選擇了氙氣燈 因為氙氣燈燈光的亮度是普通燈燈光亮度的3倍 但是耗電量僅是普通燈的一半 氙氣燈使用壽命則是普通燈的5倍 很多車主會選擇含有氙氣燈的汽車 若氙氣充入燈頭后的容積V 1 6L 氙氣密度 6 0kg m3 氙氣摩爾質量M 0 131kg mol 阿伏加德羅常數(shù)NA 6 1023mol 1 試估算 結果保留一位有效數(shù)字 1 燈頭中氙氣分子的總個數(shù)N 答案 解析 4 1022個 設氙氣的物質的量為n 則n 氙氣分子的總個數(shù)N NA 4 1022個 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 燈頭中氙氣分子間的平均距離 答案 解析 3 10 9m 每個分子所占的空間為V0 設分子間平均距離為a 則有V0 a3 則a 3 10 9m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10