13.1分子动理论　内能（解析版）-2023年高考物理一轮复习提升核心素养

这是一份13.1分子动理论　内能（解析版）-2023年高考物理一轮复习提升核心素养，共20页。试卷主要包含了1分子动理论　内能，02×1023 ml－1；，2 g，则下列选项正确的是，6×10－2,3等内容，欢迎下载使用。
第十三章 热学

自主命题卷
全国卷
考
情
分
析
2021·广东卷·T15(1)　气体实验定律　分子平均动能
2021·广东卷·T15(2)　气体实验定律
2021·湖南卷·T15(1)　内能　热力学第一定律
2021·湖南卷·T15(2)　气体实验定律
2021·河北卷·T15(1)　热力学第一定律　气体分子速率特点
2021·河北卷·T15(2)　气体实验定律
2020·山东卷·T15　理想气体状态方程　气体实验定律
2020·北京卷·T10　分子力与分子间距离的关系
2020·江苏卷·T13A(1)　固体
2020·江苏卷·T13A(3)　热力学第一定律
2021·全国甲卷·T33(1)　V－t图像
2021·全国甲卷·T33(2)　气体实验定律
2021·全国乙卷·T33(1)　p－V图像　热力学第一定律
2021·全国乙卷·T33(2)　气体实验定律
2020·全国卷Ⅰ·T33(1)　分子力与分子间距离的关系
2020·全国卷Ⅰ·T33(2)　气体实验定律
2020·全国卷Ⅱ·T33(1)　热力学定律
2020·全国卷Ⅱ·T33(2)　气体实验定律
2020·全国卷Ⅲ·T33(1)　气体实验定律　热力学第一定律
2020·全国卷Ⅲ·T33(2)　气体实验定律
2019·全国卷Ⅲ·T33(1)　实验：用油膜法估测油酸分子的大小
试题情境
生活实践类
雾霾天气、高压锅、气压计、蛟龙号深海探测器、喷雾器、拔罐、保温杯、输液瓶、测温电子天平等
学习探究类
分子动理论、固体和液体的性质、气体实验定律、热力学定律、用油膜法估测油酸分子的大小、探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关系

13.1分子动理论　内能

一、分子动理论
1．物体是由大量分子组成的
(1)分子的大小
①分子的直径(视为球模型)：数量级为10－10 m；
②分子的质量：数量级为10－26 kg.
(2)阿伏加德罗常数
①1 mol的任何物质都含有相同的粒子数．通常可取NA＝6.02×1023 mol－1；
②阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁．
2．分子永不停息地做无规则运动
(1)扩散现象
①定义：不同物质能够彼此进入对方的现象；
②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，温度越高，扩散现象越明显．
(2)布朗运动
①定义：悬浮在液体中的小颗粒的无规则运动；
②实质：布朗运动反映了液体分子的无规则运动；
③特点：颗粒越小，运动越明显；温度越高，运动越剧烈．
(3)热运动
①分子的永不停息的无规则运动叫做热运动；
②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同时存在的，实际表现出的分子力是引力和斥力的合力；
(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分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而增大，但斥力比引力变化得快；

图1
(3)分子力与分子间距离的关系图线(如图1所示)
由分子间的作用力与分子间距离的关系图线可知：
①当r＝r0时，F引＝F斥，分子力为零；
②当r＞r0时，F引＞F斥，分子力表现为引力；
③当r＜r0时，F引＜F斥，分子力表现为斥力；
④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．
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温度．
2．两种温标
摄氏温标和热力学温标．关系：T＝t＋273.15 K.
3．分子的动能
(1)分子动能是分子热运动所具有的动能；
(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，温度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相互位置决定的能．
(2)分子势能的决定因素
①微观上：决定于分子间距离和分子排列情况；
②宏观上：决定于体积和状态．
5．物体的内能
(1)概念理解：物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和，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温度和体积决定，即由物体内部状态决定；
(3)影响因素：物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关；
(4)改变物体内能的两种方式：做功和热传递．


微观量估算的两种“模型”
例题1.
(多选)钻石是首饰、高强度钻头和刻刀等工具中的主要材料，设钻石的密度为ρ(单位为kg/m3)，摩尔质量为M(单位为g/mol)，阿伏加德罗常数为NA.已知1克拉＝0.2 g，则下列选项正确的是(　　)
A．a克拉钻石物质的量为
B．a克拉钻石所含有的分子数为
C．每个钻石分子直径的表达式为(单位为m)
D．a克拉钻石的体积为
【答案】ABC
【解析】
a克拉钻石的质量为0.2a克，得物质的量为，所含分子数为×NA，故A、B正确；每个钻石分子的体积为，固体分子看作球体，V＝πR3＝π3＝πd3，联立解得分子直径d＝，故C正确；a克拉钻石的体积为，D错误．

(2022·河北衡水市月考)轿车中的安全气囊能有效保障驾乘人员的安全．轿车在发生一定强度的碰撞时，叠氮化钠(亦称“三氮化钠”，化学式NaN3)受撞击完全分解产生钠和氮气而充入气囊．若充入氮气后安全气囊的容积V＝56 L，气囊中氮气的密度ρ＝1.25 kg/m3，已知氮气的摩尔质量M＝28 g/mol，阿伏加德罗常数NA＝6×1023 mol－1，请估算：(结果保留一位有效数字)

(1)一个氮气分子的质量m；
(2)气囊中氮气分子的总个数N；
(3)气囊中氮气分子间的平均距离r.

【答案】　(1)5×10－26 kg　(2)2×1024　(3)3×10－9 m
【解析】
(1)一个氮气分子的质量m＝
解得m≈5×10－26 kg
(2)设气囊内氮气的物质的量为n，则有n＝
N＝nNA
解得N≈2×1024(个)
(3)气体分子间距较大，可以认为每个分子占据一个边长为r的立方体，
则有r3＝
解得r≈3×10－9 m.
如图是某教材封面的插图，它是通过扫描隧道显微镜拍下的照片：48个铁原子在铜的表面排列成圆圈，构成了“量子围栏”．为了估算铁原子直径，查到以下数据：铁的密度ρ＝7.8×103 kg/m3，摩尔质量M＝5.6×10－2 kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 mol－1.若将铁原子简化为球体模型，铁原子直径的表达式D＝________，铁原子直径约为________ m(结果保留一位有效数字)．

【答案】
　　3×10－10
【解析】
　每个铁原子的体积：V0＝，将铁原子看成球体，则V0＝πd3，联立解得d＝，代入数据：d＝ m≈3×10－10 m.

布朗运动与分子热运动
例题2.
研究发现，新冠病毒感染的肺炎传播途径之一是气溶胶传播．气溶胶是指悬浮在气体介质中的固态或液态颗粒所组成的气态分散系统，这些固态或液态颗粒在气体介质中做布朗运动．下列说法正确的是(　　)
A．布朗运动是气体介质分子的无规则的运动
B．在布朗运动中，固态或液态颗粒越大，布朗运动越剧烈
C．在布朗运动中，颗粒无规则运动的轨迹就是分子的无规则运动的轨迹
D．在布朗运动中，环境温度越高，布朗运动越剧烈
【答案】D
【解析】
布朗运动是固态或液态颗粒的无规则运动，不是气体介质分子的无规则的运动，可以间接反映气体分子的无规则运动；颗粒越小，气体分子对颗粒的撞击作用越不容易平衡，布朗运动越剧烈，故A、B错误；在布朗运动中，颗粒本身并不是分子，而是很多分子组成的，所以颗粒无规则运动的轨迹不是分子无规则运动的轨迹，故C错误；在布朗运动中，环境温度越高，固态或液态颗粒受到气体分子无规则热运动撞击的程度越剧烈，布朗运动越剧烈，故D正确．

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
【答案】　C
【解析】
　分子热运动与宏观运动无关，只与温度有关，故A错误；温度升高，分子热运动更剧烈，分子平均动能增大，并不是每一个分子运动速率都会增大，故C正确，D错误；水凝结成冰后，水分子的热运动不会停止，故B错误．

(多选)两张在高倍显微镜下观察悬浮在水中的花粉微粒的运动位置连线的图片如图所示，记录花粉微粒位置的时间间隔均为30 S，两方格纸每格表示的长度相同。下列说法正确的是(　　)

A．图片记录的连线就是水分子无规则运动的运动轨迹
B．图片中连线无规则是由花粉分子无规则运动引起的
C．如果水温相同，图乙中的花粉微粒比较小
D．如果颗粒相同，图乙中的水温比较高

【答案】CD
【解析】花粉微粒在水中做布朗运动，题图是悬浮在水中的花粉微粒的运动位置连线的图片，而并非水分子无规则运动的轨迹，故A错误；布朗运动是小颗粒受到不同方向的液体分子无规则运动产生的撞击力不平衡引起的，图片中连线的无规则是由水分子无规则运动引起的，故B错误；颗粒越小，温度越高，布朗运动越剧烈，对比甲、乙两个图，在相同时间间隔内，乙图中花粉微粒做无规则运动更加剧烈，如果水温相同，题图乙中的花粉微粒比较小，如果颗粒相同，题图乙中的水温比较高，故C、D正确。

分子力和内能
例题3.
(多选)下列关于温度及内能的说法中正确的是(　　)
A．温度是分子平均动能的标志，所以两个动能不同的分子相比，动能大的分子温度高
B．两个不同的物体，只要温度和体积相同，内能就相同
C．质量和温度相同的冰和水，内能不同
D．温度高的物体不一定比温度低的物体内能大
【答案】　CD
【解析】
温度是大量分子热运动的宏观体现，单个分子不能比较温度高低，选项A错误；物体的内能由温度、体积、物质的量及物态共同决定，选项B错误，C正确；质量不确定，只知道温度的关系，不能确定内能的大小，选项D正确．

(2020·全国卷Ⅰ·33(1))分子间作用力F与分子间距r的关系如图所示，r＝ r1时，F＝0.分子间势能由r决定，规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零．若一分子固定于原点O，另一分子从距O点很远处向O点运动，在两分子间距减小到r2的过程中，势能________(填“减小”“不变”或“增大”)；在间距由r2减小到r1的过程中，势能________(填“减小”“不变”或“增大”)；在间距等于r1处，势能________(填“大于”“等于”或“小于”)零．


【答案】减小　减小　小于

【解析】
　分子势能与分子间距离变化的关系图像如图所示，两分子间距减小到r2的过程中及由r2减小到r1的过程中，分子间作用力做正功，分子势能减小；在间距等于r1处，分子势能最小，小于零．


(多选)分子力F与分子间距离r的关系如图所示，曲线与横轴交点的坐标为r0，两个相距较远(r1)的分子仅在分子力作用下由静止开始运动，直至不能再靠近．在此过程中，下列说法正确的是(　　)

A．r＝r0时，分子动能最大
B．r＝r0时，分子势能最大
C．r>r0阶段，F做正功，分子动能增大，分子势能减小
D．rrB
故
mA