专题111分子动理论（原卷版+解析版）-2023届高考物理一轮复习知识点精讲与最新高考题模拟题同步训练

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第十九章  热学

专题111  分子动理论

第一部分  知识点精讲

一、分子动理论的三条基本内容

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。

【温馨提示】.分子的简化模型

（1）固体和液体分子模型:对于固体和液体,可认为分子紧密排列,分子间没有空隙,则为一个分子的体积,为摩尔体积）。

①球形分子模型:如图所示,则直径。

②立方体分子模型:认为每个分子占据一个相同的立方体空间,该立方体的边长即分子间的平均距离,边长 ,如图所示。

（2）气体分子模型:对于气体来说,由于气体分子间的距离远大于气体分子的直径,故通过立方体模型（不采用球形模型）,可以估算得到每个气体分子平均占有的空间,但无法得到每个气体分子的实际体积。设每个气体分子占据的空间可看成一个边长为、体积为的正方体。气体分子间距离 ,如图所示。

(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＝6.02×1023 mol－1。

【特别提醒】阿伏加德罗常数NA是联系宏观量与微观量的“桥梁”。

.宏观量、微观量以及它们之间的关系

2．分子永不停息地做无规则的热运动

(1)实例证明：

①扩散现象

a．定义：不同物质能够彼此进入对方的现象；

b．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。

【特别提醒】扩散现象在固、液、气三态中均可发生，它直接证明了分子在不停地做无规则运动；

②布朗运动

a．定义：悬浮在液体中的小颗粒的永不停息的无规则运动；

b．实质：悬浮小颗粒受到做无规则运动的液体分子的撞击；颗粒越，温度越，运动越剧烈。

【特别提醒】布朗运动不是分子的运动，而是液体或气体中的悬浮颗粒的运动，它间接证明了分子的无规则运动。

(2)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。

【温馨提示】．扩散现象、布朗运动与热运动的比较

3．分子间同时存在引力和斥力

(1)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；

(3)分子力与分子间距离的关系图线 (如图所示)。由关系图线可知：

①当r＝r0时，F引＝F斥，分子力为零；

【特别提醒】当r＝r0时，分子力为零，但是分子间的F引、F斥都不为零，是二者的合力为零。

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、温度和物体的内能

1．温度

两个系统处于热平衡时，它们具有某个“共同的热学性质”，我们把表征这一“共同热学性质”的物理量定义为温度。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．分子的动能和平均动能

(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的动能的平均值，温度是分子热运动的平均动能的标志。

【特别提醒】只要温度相同，无论物质处于固、液、气哪种物态，物体分子的平均动能均相同。

(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)由于分子间存在着引力和斥力，所以分子具有由它们的相对位置决定的能，即分子势能。

(2)分子势能的决定因素：微观上决定于分子间距离和分子排列情况；宏观上决定于体积和状态。

【特别提醒】分子力曲线和分子势能曲线的比较

【温馨提示】两分子间距为r0时分子力为零，分子势能最小，但分子势能不一定为零；分子势能具有相对性。

5．物体的内能

(1)等于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。

(2)对于给定的物体，其内能大小由物体的温度和体积决定。

(3)物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关。

【特别提醒】物体的内能与机械能不同。

内能和机械能的比较

【温馨提示】分析物体内能问题的四点提醒

(1)内能是对物体的大量分子而言的，对于单个分子的内能没有意义。

(2)决定内能大小的因素为：物质的量、温度、体积、以及物质状态。

(3)通过做功或热传递可以改变物体的内能。

(4)温度是分子平均动能的标志，相同温度的任何物体，分子的平均动能相同。

3．气体的分子动理论

(1)气体分子间的作用力：气体分子之间的距离远大于分子直径，气体分子之间的作用力十分微弱，可以忽略不计，气体分子间除碰撞外无相互作用力。

(2)气体分子的速率分布：表现出“中间多，两头少”的统计分布规律。

(3)气体分子的运动方向：气体分子的运动是杂乱无章的，但向各个方向运动的机会均等。

(4)气体分子的运动与温度的关系：温度一定时，某种气体分子的速率分布是确定的，速率的平均值也是确定的，温度升高，气体分子的平均速率增大，但不是每个分子的速率都增大。

第二部分 最新高考题精选

1. （2022高考上海）将一个乒乓球浸没在水中，当水温升高时，球内气体（  ）

A、分子热运动平均动能变小，压强变小

B、分子热运动平均动能变小，压强变大

C、分子热运动平均动能增大，压强变小

D、分子热运动平均动能增大，压强变大

2.（2021重庆高考）（4分）图1和图2中曲线I、II、III分别描述了某物理量随分子之间的距离变化的规律，r0为平衡位置。现有如下物理量：①分子势能，②分子间引力，③分子间斥力，④分子间引力和斥力的合力，则曲线I、II、III对应的物理量分别是      （在给出的4个选项中。只有一个符合要求的）

A. ①③②

B.②④③

C. ④①③

D. ①④③

3.（2020北京，10，3分）分子力随分子间距离的变化如图所示。将两分子从相距处释放，仅考虑这两个分子间的作用，下列说法正确的是(      )

A.从到分子间引力、斥力都在减小

B.从到分子力的大小先减小后增大

C.从到分子势能先减小后增大

D.从到分子动能先增大后减小

4.（2020课标Ⅰ，33（1），5分）分子间作用力与分子间距的关系如图所示，时，。分子间势能由决定，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，另一分子从距点很远处向点运动，在两分子间距减小到的过程中，势能    （填“减小”“不变”或“增大”）；在间距由减小到的过程中，势能      （填“减小”“不变”或“增大”）；在间距等于处，势能       （填“大于”“等于”或“小于”）零。

5．（2019高考北京理综卷15）下列说法正确的是

A．温度标志着物体内大量分子热运动的剧烈程度

B．内能是物体中所有分子热运动所具有的动能的总和

C．气体压强仅与气体分子的平均动能有关

D．气体膨胀对外做功且温度降低，分子的平均动能可能不变

第三部分 最新模拟题精选

1. （2022山东淄博二模）某潜水员在岸上和海底吸入空气的密度分别为1.3kg/m3和2.1kg/m3，空气的摩尔质量为0.029kg/mol，阿伏加德罗常数。若潜水员呼吸一次吸入2L空气，试估算潜水员在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空气的分子数约为（　　）

A.  B.  

C.  D.

2. （2022山西临汾模拟）甲分子固定在坐标原点为，乙分子位于轴上，如图。现使乙分子由静止开始只在分子力作用下从距甲处为平衡位置）开始运动到处的过程中，下列说法正确的有（　　）

A. 乙分子的加速度一直减小

B. 乙分子的动能一直增大

C. 甲分子对乙分子做正功

D. 系统的分子势能增大

E. 分子间的引力增大，斥力减小

3．（5分）（2020高考模拟示范卷2）如图是教材3-5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=7.8×103kg/m3，摩尔质量M=5.6 xl0-2 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）。（本小题共5分，其中第一小空3分，第二小空2分）

4. （2022河北衡水中学一模） 下列说法中正确的是（　　）

A. 两分子靠近的过程中，分子力做正功

B. 室内空气越干燥，相对湿度越大

C. 热量不能从高温热源传递到低温热源

D. 布朗运动是固体小颗粒在液体或气体中的运动，属于机械运动

5. （2022河南南阳一中质检）我国古代历法中的“二十四节气”反映了古人的智慧，有人还将其写成了一首节气歌：春雨惊春清谷天，夏满芒夏暑相连，秋处露秋寒霜降，冬雪雪冬小大寒。下列与节气有关的物理现象，解释正确的是（　　）

A. 夏天气温比春天高，忽略分子间作用力，则一定质量的大气的内能在夏天比春天大

B. 秋天夜晚温度降低，大气的饱和汽压减小，水蒸气容易在草上形成露水

C. 冬天里，一定质量的冰融化为同温度水的过程中，分子势能增加

D. 夏天气温比春天高，则夏天大气中分子的热运动速率全部比春天大

E. 夏天感觉比冬天闷热是因为夏天同温度下的大气的绝对湿度比冬天的大

6. （2022湖北武汉4月调研）关于内能，下列说法正确的是（　　）

A. 一定质量的某种理想气体的内能只与温度有关

B. 质量和温度都相同的理想气体，内能一定相同

C. 内能不同的物体，分子热运动的平均动能可能相同

D. 物体内所有分子热运动动能的总和就是物体的内能

7. （2022湖南长沙明德中学模拟）下列说法正确的是______。

A. 布朗运动是指液体或气体中悬浮微粒的无规则运动

B. 气体的温度升高，每个气体分子运动的速率都增加

C. 荷叶上的小水滴呈球形，这是表面张力使液面收缩的结果

D. 质量和温度都相同的理想气体，内能可能不同

E. 空调机压缩机制冷时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以这一过程不遵守热力学第二定律

8. （2022江苏南京宁海中学4月模拟）下列说法中不正确的是（　　）

A. 显微镜下观察到墨水中的小碳粒在不停的做无规则运动，这反映了液体分子运动的无规则性

B. 分子间的相互作用力随着分子间距离的增大而减小

C. 分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大

D. 在真空、高温条件下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其它元素

9. （2022江西南昌三模）以下说法正确的是（    ）

A. 一定质量的气体，在吸收热量的同时体积增大，内能有可能不变

B. 内能相等的两个物体相互接触，也可能发生热传递

C. 仅知道阿伏加德罗常数和氮气的摩尔体积，能算出氮气分子的体积

D. 当分子间的作用力表现为斥力时，分子间的距离越小，分子势能越大

E. 在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零

10. (2022天津河北区二模)分子力随分子间距离的变化如图所示。将两分子从相距处释放，仅考虑这两个分子间的作用，下列说法正确的是（　　）

A. 从到分子力的大小一直在减小

B. 从到分子力大小先减小后增大

C. 从到分子势能先减小后增大

D. 从到分子动能先增大后减小

11. （2022北京海淀二模）对于一个只有两个分子组成的系统，其分子势能与两分子间距离的变化关系如图所示。仅考虑两个分子之间的作用，下列说法正确的是（　　）

A. 当时，分子间的作用力为零

B. 当时，分子间的作用力表现为引力

C. 从到的过程中，分子间的作用力逐渐减小

D. 从到的过程中，分子系统的势能逐渐增大

12. (2022天津南开二模)自热米饭因其便于加热和携带越来越受到“驴友”的欢迎。自热米饭盒内有一个发热包，遇水发生化学反应而产生大量热能，不需要明火，温度可超过100℃，盖上盒盖便能在10~15分钟内迅速加热食品。自热米饭的盖子上有一个透气孔，如果透气孔堵塞，容易造成小型爆炸。下列说法正确的是（　　）

A. 自热米饭盒爆炸，是盒内气体温度升高，气体分子间斥力急剧增大的结果

B. 在自热米饭盒爆炸的瞬间，盒内气体内能增加

C. 在自热米饭盒爆炸的瞬间，盒内气体温度降低

D. 自热米饭盒爆炸前，盒内气体温度升高，标志着每一个气体分子速率都增大了

13. (2022上海七宝中学模拟)关于物体的内能，下列说法正确的是（　　）

A. 一定质量的的冰融化为的水时，分子势能减小

B. 热量可以从低温物体传向高温物体，能够说明宏观过程的方向性

C. 通电时电阻发热，它的内能增加是通过热传递方式实现的

D. 物体内热运动速率大的分子数占总分子数比例与温度有关

14. (2022天津河西区二模)关于温度和内能的说法，正确的是（　　）

A. 分子质量不同的物质如果温度相同，物体分子的平均动能也相同

B. 物体的内能变化时，它的温度一定改变

C. 同种物质，温度高时的内能肯定比温度低时的内能大

D. 物体的内能等于物体的势能和动能的总和

15. （2022湖北新高考协作体高二质检）严冬时节，梅花凌寒盛开，淡淡的花香沁人心脾。我们能够闻到花香，这与分子的热运动有关，关于热学中的分子，下列说法中正确的是（　　）

A. 布朗运动就是液体分子的无规则运动

B. 扩散现象是由物质分子的无规则运动产生的，扩散能在气体和液体中进行，也能在固体中进行

C. 两个分子间距离小于r0时，分子间只有斥力没有引力

D. 两个分子间的距离增大时，分子间的分子势能一定减小

16. (2022重庆涪陵高中冲刺)下列说法中正确的是（    ）

A. 气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力

B. 0℃的冰和0℃的铁，它们的分子平均动能不相同

C. 花粉颗粒在液体中的布朗运动，是由花粉颗粒内部分子无规则运动引起的

D. 一定质量的理想气体，在温度不变的条件下，外界对其做功，内能增加

（2021重庆高考）（4分）图1和图2中曲线I、II、III分别描述了某物理量随分子之间的距离变化的规律，r0为平衡位置。现有如下物理量：①分子势能，②分子间引力，③分子间斥力，④分子间引力和斥力的合力，则曲线I、II、III对应的物理量分别是      （在给出的4个选项中。只有一个符合要求的）

A. ①③②

B.②④③

C. ④①③

D. ①④③

3．（2021新高考北京卷）比较45C的热水和100C的水蒸汽，下列说法正确的是

A．热水分子的平均动能比水蒸汽的大

B．热水的内能比相同质量的水蒸汽的小

C．热水分子的速率都比水蒸汽的小

D．热水分子的热运动比水蒸汽的剧烈