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1、第十三章 热学 第1讲 分子动理论 内能 大一轮复习讲义 NEIRONGSUOYIN 内容索引 过好双基关 研透命题点 课时作业 回扣基础知识 训练基础题目 细研考纲和真题 分析突破命题点 限时训练 练规范 练速度 过好双基关 一 分子动动理论论 1 物体是由大量分子组成的 1 分子的大小 分子的直径 视为球模型 数量级为 m 分子的质量 数量级为10 26 kg 2 阿伏加德罗常数 1 mol的任何物质都含有相同的粒子数 通常可取NA mol 1 阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁 10 10 6 02 1023 2 分子永不停息地做无规则运动 1 扩散现象 定义 物质能够彼此
2、进入对方的现象 实质 扩散现象并不是外界作用引起的 也不是化学反应的结果 而是由 分子的无规则运动产生的物质迁移现象 温度 扩散现象越明显 2 布朗运动 定义 悬浮在液体中的 的永不停息的无规则运动 实质 布朗运动反映了 的无规则运动 特点 颗粒越 运动越明显 温度越 运动越剧烈 不同 越高 小颗粒 液体分子 小高 3 热运动 分子的永不停息的 运动叫做热运动 特点 分子的无规则运动和温度有关 温度越高 分子运动越激烈 3 分子间同时存在引力和斥力 1 物质分子间存在空隙 分子间的引力和斥力是 存在的 实际表现出的 分子力是引力和斥力的 2 分子力随分子间距离变化的关系 分子间的引力和斥力都随
3、分子间距离的 增大而 随分子间距离的减小而 但斥力比引力变化得 无规则 同时 合力 减小增大快 3 分子力与分子间距离的关系图线 如图1所示 图1 由分子间的作用力与分子间距离的关系图线可知 当r r0时 F引 F斥 分子力为 当r r0时 F引 F斥 分子力表现为 当r r0时 F引 F斥 分子力表现为 当分子间距离大于10r0 约为10 9 m 时 分子力很弱 可 以忽略不计 零 引力 斥力 自测测1 根据分子动理论 下列说法正确的是 A 一个气体分子的体积等于气体的摩尔体积与阿伏加德罗常数之比 B 显微镜下观察到的墨水中的小炭粒所做的不停地无规则运动 就是分子的 运动 C 分子间的相互作
4、用的引力和斥力一定随分子间的距离增大而增大 D 分子势能随着分子间距离的增大 可能先减小后增大 解析 由于气体分子的间距大于分子直径 故气体分子的体积小于气体的摩 尔体积与阿伏加德罗常数之比 故A错误 显微镜下观察到的墨水中的小炭粒所做的不停地无规则运动 是布朗运动 它是分子无规则运动的体现 但不是分子的运动 故B错误 分子间的相互作用力随分子间距离增大而减小 但斥力减小得更快 故C错误 若分子间距是从小于平衡距离开始变化 则分子力先做正功再做负功 故分 子势能先减小后增大 故D正确 二 温度和内能 1 温度 一切达到热平衡的系统都具有相同的 2 两种温标 摄氏温标和热力学温标 关系 T t
5、273 15 K 3 分子的动能 1 分子动能是 所具有的动能 2 分子热运动的平均动能是所有分子热运动动能的平均值 是分子热运 动的平均动能的标志 3 分子热运动的总动能是物体内所有分子热运动动能的 温度 分子热运动 温度 总和 4 分子的势能 1 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 决定的能 2 分子势能的决定因素 微观上 决定于 和分子排列情况 宏观上 决定于 和状态 相对位置 分子间距离 体积 5 物体的内能 1 概念理解 物体中所有分子热运动的 和 的总和 是状态量 2 决定因素 对于给定的物体 其内能大小由物体的 和 决定 即由 物体内部状态决定 3 影响因素
6、物体的内能与物体的位置高低 运动速度大小 4 改变物体内能的两种方式 和 动能分子势能 温度体积 无关 做功热传递 自测测2 多选 对内能的理解 下列说法正确的是 A 系统的内能是由系统的状态决定的 B 做功可以改变系统的内能 但是单纯地对系统传热不能改变系统的内能 C 不计分子之间的分子势能 质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能 D 1 g 100 水的内能小于1 g 100 水蒸气的内能 解析 系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理量 所以是由系统的 状态决定的 A正确 做功和热传递都可以改变系统的内能 B错误 质量和温度相同的氢气和氧气的平均动能相同 但它们的物质的量不同 内 能
7、不同 C错误 在1 g 100 的水变成100 水蒸气的过程中 分子间距离变大 要克服分子 间的引力做功 分子势能增大 所以1 g 100 水的内能小于1 g 100 水蒸气 的内能 D正确 研透命题点 命题题点一 微观观量估算的 两种建模方法 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Vmol 物体的质量m 摩尔质量M 物体 的密度 3 相互关系 例1 2018 湖南省长沙市雅礼中学模拟二 空调在制冷过程中 室内空气中的 水蒸气接触蒸发器 铜管 液化成水 经排水管排走 空气中水分越来越少 人 会感觉干燥 某空调工作一段
8、时间后 排出液化水的体积V 1 0 103 cm3 已知水 的密度 1 0 103 kg m3 摩尔质量M 1 8 10 2 kg mol 阿伏加德罗常数NA 6 0 1023 mol 1 试求 结果均保留一位有效数字 1 该液化水中含有水分子的总数N 答案 3 1025个 水分子数 N nNA 2 一个水分子的直径d 答案 4 10 10 m 解析 建立水分子的球模型 联立解得d 4 10 10 m 变变式1 氙气灯在亮度 耗能及寿命上都比传统灯有优越性 某轿车的灯泡的容 积V 1 5 mL 充入氙气的密度 5 9 kg m3 摩尔质量M 0 131 kg mol 阿 伏加德罗常数NA 6
9、1023 mol 1 试估算灯泡中 结果均保留一位有效数字 1 氙气分子的总个数 答案 4 1019个 4 1019个 2 氙气分子间的平均距离 答案 3 10 9 m 设分子间平均距离为a 则有V0 a3 命题题点二 布朗运动动与分子热热运动动 1 布朗运动 1 研究对象 悬浮在液体或气体中的小颗粒 2 运动特点 无规则 永不停息 3 相关因素 颗粒大小 温度 4 物理意义 说明液体或气体分子做永不停息的无规则的热运动 2 扩散现象 相互接触的物体分子彼此进入对方的现象 产生原因 分子永不停息地做无规则运动 3 扩散现象 布朗运动与热运动的比较 现象扩散现象布朗运动热运动 活动 主体 分子微
10、小固体颗粒分子 区别 分子的运动 发生在 固体 液体 气体任 何两种物质之间 比分子大得多的微粒 的运动 只能在液体 气体中发生 分子的运动 不能通 过光学显微镜直接观 察到 共同点 都是无规则运动 都随温度的升高而更加激烈 联系扩散现象 布朗运动都反映分子做无规则的热运动 例2 多选 2018 河北省 名校联盟 质量监测一 下列选项正确的是 A 液体温度越高 悬浮颗粒越小 布朗运动越剧烈 B 布朗运动是指悬浮在液体中固体颗粒的分子的无规则运动 C 液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的 D 扩散现象是由物质分子无规则运动产生的 E 当分子间距增大时 分子间的引力和斥力都减小 解析 温度越高
11、分子运动越剧烈 悬浮在液体中的颗粒越小 撞击越容易 不平衡 则它的布朗运动就越显著 A正确 布朗运动是悬浮微粒的无规则运动 不是分子的无规则运动 B错误 扩散现象是由物质分子无规则运动产生的 液体中的扩散现象是由于液体分 子的无规则运动引起的 C错误 D正确 当分子间距增大时 分子间的引力和斥力都减小 E正确 变变式2 多选 下列说法正确的是 A 温度越高 扩散进行得越快 B 扩散现象是不同物质间的一种化学反应 C 布朗运动的激烈程度与温度有关 这说明分子运动的激烈程度与温度有关 D 扩散现象在气体 液体和固体中都能发生 E 布朗运动就是热运动 变变式3 多选 2018 福建省泉州市考前适应性
12、模拟 近期我国多个城市的PM2 5数 值突破警戒线 受影响最严重的是京津冀地区 雾霾笼罩 大气污染严重 PM2 5 是指空气中直径等于或小于2 5微米的悬浮颗粒物 其漂浮在空中做无规则运动 很难自然沉降到地面 吸入后对人体形成危害 矿物燃料燃烧的排放是形成 PM2 5的主要原因 下列关于PM2 5的说法中正确的是 A PM2 5的尺寸与空气中氧分子尺寸的数量级相当 B PM2 5在空气中的运动属于布朗运动 C 温度越低 PM2 5运动越剧烈 D 倡导低碳生活减少煤和石油等燃料的使用能有效减小PM2 5在空气中的浓度 E PM2 5中颗粒小一些的 其颗粒的运动比其他颗粒更为剧烈 解析 PM2 5
13、的直径等于或小于2 5微米 而空气中氧分子尺寸的数量级为10 10 m 故两者大小不相当 选项A错误 PM2 5在空气中的运动属于布朗运动 选项B正确 温度越高 PM2 5活动越剧烈 选项C错误 倡导低碳生活减少煤和石油等燃料的使用能有效减小PM2 5在空气中的浓度 选项D正确 PM2 5中颗粒小一些的 其颗粒的运动比其他颗粒更为剧烈 选项E正确 例3 多选 2017 全国卷 33 1 氧气分子在0 和100 温度下单位速率间隔 的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图2中两条曲线所示 下列说法正确的是 A 图中两条曲线下的面积相等 B 图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形
14、C 图中实线对应于氧气分子在100 时的情形 D 图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目 E 与0 时相比 100 时氧气分子速率出现在 0 400 m s 区间内的分子数占总分子数的百分比较大 图2 解析 根据图线的物理意义可知 曲线下的面积表示百分比的总和 所以图 中两条曲线下的面积相等 选项A正确 温度是分子平均动能的标志 且温度越高 速率大的分子所占比例较大 所 以图中实线对应于氧气分子平均动能较大的情形 虚线对应于氧气分子平均 动能较小的情形 选项B C正确 根据曲线不能求出任意区间的氧气分子数目 选项D错误 由图线可知100 时的氧气分子速率出现在0 400 m s区间内的分子数
15、占总分 子数的百分比比0 时的百分比小 选项E错误 变变式4 2017 北京理综 13 以下关于热运动的说法正确的是 A 水流速度越大 水分子的热运动越剧烈 B 水凝结成冰后 水分子的热运动停止 C 水的温度越高 水分子的热运动越剧烈 D 水的温度升高 每一个水分子的运动速率都会增大 解析 分子热运动的快慢只与温度有关 与物体速度无关 温度越高 分 子热运动越剧烈 A错误 C正确 水凝结成冰后 水分子的热运动仍存在 故B错误 热运动是大量分子运动的统计规律 即温度是分子平均动能的标志 所以 温度升高 分子的平均速率增大 并不代表每一个分子的速率都增大 故 D错误 命题题点三 分子动动能 分子势
16、势能和内能 1 分子力 分子势能与分子间距离的关系 分子力F 分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图3所示 取无穷远处分子势 能Ep 0 图3 1 当r r0时 分子力表现为引力 当r增大时 分子力做 负功 分子势能增加 2 当r r0时 分子力表现为斥力 当r减小时 分子力做 负功 分子势能增加 3 当r r0时 分子势能最小 2 内能和机械能的区别 能量定义决定量值测量转化 内 能 物体内所有分 子的动能和势 能的总和 由物体内部分子微 观运动状态决定 与物体整体运动情 况无关 任何物体 都具有内 能 恒不 为零 无法测量 其 变化量可由做 功和热传递来 量度 在一定 条件下 可相互 转化 机 械 能 物体的动能及 重力势能和弹 性势能的总和 与物体宏观运动状 态 参考系和零势 能面的选取有关 和物体内部分子运 动情况无关 可以 为零 可以测量 例4 多选 2018 山西省晋城市二模 将一个分子P固定在O点 另一个分子Q 从图中的A点由静止释放 两分子之间的作用力与间距关系的图像如图4所示 则下列说法正确的是 A 分子Q由A运动到C的过程中 先加速再减速 B 分子Q在C点时分子势
