高考物理一轮复习讲练测(全国通用)14.1分子动理论及内能(讲)(原卷版+解析)

这是一份高考物理一轮复习讲练测(全国通用)14.1分子动理论及内能(讲)(原卷版+解析)，共17页。


【网络构建】
专题14.1分子动理论及内能
【网络构建】
考点一 微观量的估算
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Vm、物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ.
3．宏观量、微观量以及它们之间的关系
4．分子的两种模型
物质有固态、液态和气态三种情况，不同物态下应将分子看成不同的模型．
(1)固体、液体分子一个一个紧密排列，可将分子看成球形或立方体形，如图所示，分子间距等于小球的直径或立方体的棱长，所以d＝eq \r(3,\f(6V,π))(球体模型)或d＝eq \r(3,V)(立方体模型)．
(2)气体分子不是一个一个紧密排列的，它们之间的距离很大，所以气体分子的大小不等于分子所占有的平均空间．如图所示，此时每个分子占有的空间视为棱长为d的立方体，所以d＝eq \r(3,V).
考点二 布朗运动与分子热运动
两种运动的比较
考点三 分子力、分子势能和物体的内能
1．分子力及分子势能比较
2.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，不存在某个分子内能的说法．
(2)决定内能大小的因素为温度、体积、分子数，还与物态有关系．
(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．
考点四 物体的内能
1．内能和热量的比较
2.物体的内能与机械能的比较
高频考点一 微观量的估算
例1、钻石是首饰和高强度钻头、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/ml)，阿伏加德罗常数为NA.已知1克拉＝0.2克，则下列说法正确的是( )
A．a克拉钻石所含有的分子数为eq \f(0.2aNA,M)
B．a克拉钻石所含有的分子数为eq \f(aNA,M)
C．每个钻石分子直径的表达式为 eq \r(3,\f(6M×10－3,NAρπ))(单位为m)
D．每个钻石分子的质量为eq \f(M,NA)
E．每个钻石分子的体积为eq \f(M,NAρ)
【变式训练】某一体积为V的密封容器，充入密度为ρ、摩尔质量为M的理想气体，阿伏加德罗常数为NA.则该容器中气体分子的总个数N＝________.现将这部分气体压缩成液体，体积变为V0，此时分子中心间的平均距离d＝________.(将液体分子视为立方体模型)
高频考点二 布朗运动与分子热运动
例2、关于布朗运动，下列说法中正确的是( )
A．布朗运动是分子的运动，牛顿运动定律不再适用
B．布朗运动是分子无规则运动的反映
C．悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动是布朗运动
D．布朗运动的激烈程度跟温度有关，所以布朗运动也叫做热运动
E．布朗运动的明显程度与颗粒的体积和质量大小有关
【变式训练】“墨滴入水，扩而散之，徐徐混匀”．关于该现象的分析正确的是( )
A．混合均匀主要是由于碳粒受重力作用
B．混合均匀的过程中，水分子和碳粒都做无规则运动
C．使用碳粒更小的墨汁，混合均匀的过程进行得更迅速
D．墨汁的扩散运动是由于碳粒和水分子发生化学反应而引起的
高频考点三 分子力、分子势能和物体的内能
例3、如图所示是分子间作用力跟距离的关系．下列有关说法正确的是( )
A．分子间距离为r0时，分子间既有斥力作用，也有引力作用
B．分子间距离为r0时，分子势能最小
C．分子间距离为r0时，分子势能为零
D．物体间的扩散作用主要是分子间斥力作用的结果
E．某物体中的分子势能总和与该物体体积大小有关
【变式训练】一般情况下，分子间同时存在分子引力和分子斥力．若在外力作用下两分子的间距达到不能再靠近时，固定甲分子不动，乙分子可自由移动，则去掉外力后，当乙分子运动到很远时，速度为v，则在乙分子的运动过程中(乙分子的质量为m)( )
A．乙分子的动能变化量为eq \f(1,2)mv2
B．分子力对乙分子做的功为eq \f(1,2)mv2
C．分子引力比分子斥力多做的功为eq \f(1,2)mv2
D．分子斥力比分子引力多做的功为eq \f(1,2)mv2
E．乙分子克服分子力做的功为eq \f(1,2)mv2
高频考点四 物体的内能
例4、关于热量、功和内能三个物理量，下列说法正确的是( )
A．热量、功和内能三者的物理意义相同，只是说法不同
B．热量、功都可以作为物体内能变化的量度
C．热量、功和内能的单位相同
D．功由过程决定，而热量和内能由物体的状态决定
E．物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加
【变式训练】下列五幅图分别对应五种说法，其中正确的是( )
A．分子并不是球形，但可以当做球形处理，这是一种估算方法
B．微粒的运动就是物质分子的无规则热运动，即布朗运动
C．当两个相邻的分子间距离为r0时，它们间相互作用的引力和斥力大小相等
D．实验中要尽可能保证每颗玻璃球与电子秤碰撞时的速率相等
E．0 ℃和100 ℃氧气分子速率都呈现“中间多、两头少”的分布特点
近5年考情分析
考点要求
等级要求
考题统计
2022
2021
2020
2019
2018
分子动理论及内能
Ⅰ
2022·江苏卷·T6
2022·上海卷·T4
2021·北京卷·T4
2021·天津卷·T6
2020·江苏卷·T15
2019·北京卷·T15
2018·北京卷·T14
固体 气体和液体
Ⅱ
2022·重庆卷·T15
2022·海南卷·T16
2022·江苏卷·T7
2022·上海卷·T9
2022·辽宁卷·T6
2021·海南卷·T12
2021·山东卷·T4
2020·海南卷·T16）
2019·全国 = 2 \* ROMAN \* MERGEFORMAT II卷·T33
2018·海南卷·T15
热力学定律
Ⅱ
2022·重庆卷·T15
2022·北京卷·T3
2022·山东卷·T5
2022·全国乙卷·T33
2022·全国甲卷·T33
2021·山东卷·T2
2020·山东卷·T6
2020·天津卷·T5
2019·全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷·T33
2019·海南卷·T15
2018·江苏卷·T18
实验十四：油膜法估算分子的直径
2019·全国 = 3 \* ROMAN \* MERGEFORMAT III卷·T33
核心素养
物理观念：1.明确分子动理论的基本观点，了解温度和内能、晶体和非晶体、液体表面张力、液晶等知识内容；2.掌握理想气体状态方程及热力学第一定律的应用；3.进一步促进相互作用观念及能量观念的形成．
科学思维：1.构建理想气体模型；2.应用理想气体模型分析求解实际气体问题；3.运用概率统计的方法研究热现象；4.运用能量守恒观点解释热现象、求解问题．
科学探究：通过实验估测油酸分子的大小，学习测量微观物理量的思想和方法．
科学态度与责任：通过对本专题的学习，培养可持续发展观念，提升个人责任感．
命题规律
命题分析：通过对近几年高考的分析，本专题中分子动理论、热力学定律及理想气体状态方程的应用仍然是高考命题的热点，题型有选择题、实验题以及计算题．
趋势分析：在复习过程中应加强对分子动理论以及热力学定律相关的选择题或计算题的练习，加强对综合考查气体实验定律及热力学定律的计算题的训练．
备考策略
对于热学部分，重难点比较集中，气体的性质是本部分的常考点。应用理想气体实验定律解决实际问题是今后的命题方向。
常见题型有：①布朗运动与分子热运动；②对分子力和分子势能的理解；③对固体和液体的考查；④对气体实验定律及热力学图像的考查；⑤对热力学定律的考查；⑥气体实验定律与热力学定律的综合。
已知量
可求量
摩尔体积Vml
分子体积V0＝eq \f(Vml,NA)(适用于固体和液体)
分子占据体积V占＝eq \f(Vml,NA)(适用于气体)
摩尔质量Mml
分子质量m0＝eq \f(Mml,NA)
体积V和摩尔体积Vml
分子数目n＝eq \f(V,Vml)NA(适用于固体、液体和气体)
质量m和摩尔质量Mml
分子数目n＝eq \f(m,Mml)NA
布朗运动
热运动
活动主体
固体小颗粒
分子
区别
是固体小颗粒的运动，是比分子大得多的分子团的运动，较大的颗粒不做布朗运动，但它本身的以及周围的分子仍在做热运动
是指分子的运动，分子不论大小都做热运动，热运动不能通过光学显微镜直接观察到
共同点
都是永不停息的无规则运动，都随温度的升高而变得更加激烈，都是肉眼所不能看见的
联系
布朗运动是由于小颗粒受到周围分子做热运动的撞击力而引起的，它是分子做无规则运动的反映
分子力F
分子势能Ep
图象
随分子间距离
的变化情况
rF随r增大而减小，表现为斥力
r增大，F做正功，Ep减小
r>r0
r增大，F先增大后减小，表现为引力
r增大，F做负功，Ep增大
r＝r0
F引＝F斥，F＝0
Ep最小，但不为零
r>10r0
引力和斥力都很微弱，F＝0
Ep＝0
内能
热量
区别
是状态量，状态确定系统的内能随之确定．一个物体在不同的状态下有不同的内能
是过程量，它表示由于热传递而引起的内能变化过程中转移的能量
联系
在只有热传递改变物体内能的情况下，物体内能的改变量在数值上等于物体吸收或放出的热量
内能
机械能
定义
物体中所有分子热运动的动能与分子势能的总和
物体的动能、重力势能和弹性势能的统称
决定因素
与物体的温度、体积、物态和分子数有关
跟宏观运动状态、参考系和零势能点的选取有关
量值
任何物体都有内能
可以为零
测量
无法测量
可测量
本质
微观分子的运动和相互作用的结果
宏观物体的运动和相互作用的结果
运动形式
热运动
机械运动
联系
在一定条件下可以相互转化，能的总量守恒
第十四章 热学
【网络构建】
专题14.1分子动理论及内能
【网络构建】
考点一 微观量的估算
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Vm、物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ.
3．宏观量、微观量以及它们之间的关系
4．分子的两种模型
物质有固态、液态和气态三种情况，不同物态下应将分子看成不同的模型．
(1)固体、液体分子一个一个紧密排列，可将分子看成球形或立方体形，如图所示，分子间距等于小球的直径或立方体的棱长，所以d＝eq \r(3,\f(6V,π))(球体模型)或d＝eq \r(3,V)(立方体模型)．
(2)气体分子不是一个一个紧密排列的，它们之间的距离很大，所以气体分子的大小不等于分子所占有的平均空间．如图所示，此时每个分子占有的空间视为棱长为d的立方体，所以d＝eq \r(3,V).
考点二 布朗运动与分子热运动
两种运动的比较
考点三 分子力、分子势能和物体的内能
1．分子力及分子势能比较
2.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，不存在某个分子内能的说法．
(2)决定内能大小的因素为温度、体积、分子数，还与物态有关系．
(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．
考点四 物体的内能
1．内能和热量的比较
2.物体的内能与机械能的比较
高频考点一 微观量的估算
例1、钻石是首饰和高强度钻头、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/ml)，阿伏加德罗常数为NA.已知1克拉＝0.2克，则下列说法正确的是( )
A．a克拉钻石所含有的分子数为eq \f(0.2aNA,M)
B．a克拉钻石所含有的分子数为eq \f(aNA,M)
C．每个钻石分子直径的表达式为 eq \r(3,\f(6M×10－3,NAρπ))(单位为m)
D．每个钻石分子的质量为eq \f(M,NA)
E．每个钻石分子的体积为eq \f(M,NAρ)
答案: ACD
解析： a克拉钻石物质的量为n＝eq \f(0.2a,M)，所含分子数为N＝nNA＝eq \f(0.2aNA,M)，选项A正确，B错误；钻石的摩尔体积V＝eq \f(M×10－3,ρ)(单位为m3/ml)，每个钻石分子体积为V0＝eq \f(V,NA)＝eq \f(M×10－3,NAρ)，设钻石分子直径为d，则V0＝eq \f(4,3)π(eq \f(d,2))3，联立解得d＝ eq \r(3,\f(6M×10－3,NAρπ))(单位为m)，选项C正确，E错误；根据阿伏加德罗常数的意义知，每个钻石分子的质量m＝eq \f(M,NA)，选项D正确．
【变式训练】某一体积为V的密封容器，充入密度为ρ、摩尔质量为M的理想气体，阿伏加德罗常数为NA.则该容器中气体分子的总个数N＝________.现将这部分气体压缩成液体，体积变为V0，此时分子中心间的平均距离d＝________.(将液体分子视为立方体模型)
答案: eq \f(ρVNA,M) eq \r(3,\f(V0M,ρVNA))
解析： 气体的质量：m＝ρV
气体分子的总个数：N＝nNA＝eq \f(m,M)NA＝eq \f(ρV,M)NA
该部分气体压缩成液体，分子个数不变
设每个液体分子的体积为V1，则N＝eq \f(V0,V1)
又V1＝d3
联立解得：d＝ eq \r(3,\f(V0M,ρVNA)).
高频考点二 布朗运动与分子热运动
例2、关于布朗运动，下列说法中正确的是( )
A．布朗运动是分子的运动，牛顿运动定律不再适用
B．布朗运动是分子无规则运动的反映
C．悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动是布朗运动
D．布朗运动的激烈程度跟温度有关，所以布朗运动也叫做热运动
E．布朗运动的明显程度与颗粒的体积和质量大小有关
答案: BCE
解析： 布朗运动是悬浮颗粒的运动，这些颗粒不是微观粒子，牛顿运动定律仍适用，故A错误；悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动是布朗运动，是分子不停地做无规则运动的反映，其本身不是分子的热运动，故B、C正确，D错误；布朗运动的明显程度与颗粒的体积和质量大小有关，体积和质量越小，布朗运动越剧烈，故E正确．
【变式训练】“墨滴入水，扩而散之，徐徐混匀”．关于该现象的分析正确的是( )
A．混合均匀主要是由于碳粒受重力作用
B．混合均匀的过程中，水分子和碳粒都做无规则运动
C．使用碳粒更小的墨汁，混合均匀的过程进行得更迅速
D．墨汁的扩散运动是由于碳粒和水分子发生化学反应而引起的
答案: BC
解析： 根据分子动理论的知识可知，最后混合均匀是扩散现象，水分子做无规则运动，碳粒做布朗运动，由于布朗运动的剧烈程度与颗粒大小和温度有关，颗粒越小，运动越明显，所以使用碳粒更小的墨汁，布朗运动会更明显，则混合均匀的过程进行得更迅速，故选B、C.
高频考点三 分子力、分子势能和物体的内能
例3、如图所示是分子间作用力跟距离的关系．下列有关说法正确的是( )
A．分子间距离为r0时，分子间既有斥力作用，也有引力作用
B．分子间距离为r0时，分子势能最小
C．分子间距离为r0时，分子势能为零
D．物体间的扩散作用主要是分子间斥力作用的结果
E．某物体中的分子势能总和与该物体体积大小有关
答案:ABE
解析：分子间同时存在引力和斥力，设分子平衡距离为r0，分子间距离为r，当r>r0时分子力表现为引力，r越大，分子势能越大；当r【变式训练】一般情况下，分子间同时存在分子引力和分子斥力．若在外力作用下两分子的间距达到不能再靠近时，固定甲分子不动，乙分子可自由移动，则去掉外力后，当乙分子运动到很远时，速度为v，则在乙分子的运动过程中(乙分子的质量为m)( )
A．乙分子的动能变化量为eq \f(1,2)mv2
B．分子力对乙分子做的功为eq \f(1,2)mv2
C．分子引力比分子斥力多做的功为eq \f(1,2)mv2
D．分子斥力比分子引力多做的功为eq \f(1,2)mv2
E．乙分子克服分子力做的功为eq \f(1,2)mv2
答案:ABD.
解析：：当甲、乙两分子间距离最小时，两者都处于静止状态，当乙分子运动到分子力的作用范围之外时，乙分子不再受力，此时速度为v，故在此过程中乙分子的动能变化量为eq \f(1,2)mv2，A正确；在此过程中，分子斥力始终做正功，分子引力始终做负功，即W合＝W斥－W引，由动能定理得W斥－W引＝eq \f(1,2)mv2，故分子斥力比分子引力多做的功为eq \f(1,2)mv2，B、D正确．
高频考点四 物体的内能
例4、关于热量、功和内能三个物理量，下列说法正确的是( )
A．热量、功和内能三者的物理意义相同，只是说法不同
B．热量、功都可以作为物体内能变化的量度
C．热量、功和内能的单位相同
D．功由过程决定，而热量和内能由物体的状态决定
E．物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加
答案:BCE.
解析：：热量、功和内能是三个不同的物理量，它们的物理意义不同，故A错误；功与热量都是能量转化的量度，都可以作为物体内能变化的量度，故B正确；热量、功和内能的单位相同，都是焦耳，故C正确；功和热量由过程决定，内能由物体的状态决定，故D错误；由热力学第一定律可知，物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加，故E正确．
【变式训练】下列五幅图分别对应五种说法，其中正确的是( )
A．分子并不是球形，但可以当做球形处理，这是一种估算方法
B．微粒的运动就是物质分子的无规则热运动，即布朗运动
C．当两个相邻的分子间距离为r0时，它们间相互作用的引力和斥力大小相等
D．实验中要尽可能保证每颗玻璃球与电子秤碰撞时的速率相等
E．0 ℃和100 ℃氧气分子速率都呈现“中间多、两头少”的分布特点
答案:ACE.
解析：：A图是油膜法估测分子的大小，图中分子并不是球形，但可以当做球形处理，这是一种估算方法，选项A正确；B图中显示的是布朗运动，是悬浮微粒的无规则运动，不是物质分子的无规则热运动，故选项B错误；C图中，当两个相邻的分子间距离为r0时，分子力为零，此时它们间相互作用的引力和斥力大小相等，故选项C正确；D图中，分子的速率不是完全相等的，所以也不要求每颗玻璃球与电子秤碰撞时的速率相等，故选项D错误；E图是麦克斯韦速率分布规律的图解，0 ℃和100 ℃氧气分子速率都呈现“中间多、两头少”的分布特点，故选项E正确．
近5年考情分析
考点要求
等级要求
考题统计
2022
2021
2020
2019
2018
分子动理论及内能
Ⅰ
2022·江苏卷·T6
2022·上海卷·T4
2021·北京卷·T4
2021·天津卷·T6
2020·江苏卷·T15
2019·北京卷·T15
2018·北京卷·T14
固体 气体和液体
Ⅱ
2022·重庆卷·T15
2022·海南卷·T16
2022·江苏卷·T7
2022·上海卷·T9
2022·辽宁卷·T6
2021·海南卷·T12
2021·山东卷·T4
2020·海南卷·T16）
2019·全国 = 2 \* ROMAN \* MERGEFORMAT II卷·T33
2018·海南卷·T15
热力学定律
Ⅱ
2022·重庆卷·T15
2022·北京卷·T3
2022·山东卷·T5
2022·全国乙卷·T33
2022·全国甲卷·T33
2021·山东卷·T2
2020·山东卷·T6
2020·天津卷·T5
2019·全国 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷·T33
2019·海南卷·T15
2018·江苏卷·T18
实验十四：油膜法估算分子的直径
2019·全国 = 3 \* ROMAN \* MERGEFORMAT III卷·T33
核心素养
物理观念：1.明确分子动理论的基本观点，了解温度和内能、晶体和非晶体、液体表面张力、液晶等知识内容；2.掌握理想气体状态方程及热力学第一定律的应用；3.进一步促进相互作用观念及能量观念的形成．
科学思维：1.构建理想气体模型；2.应用理想气体模型分析求解实际气体问题；3.运用概率统计的方法研究热现象；4.运用能量守恒观点解释热现象、求解问题．
科学探究：通过实验估测油酸分子的大小，学习测量微观物理量的思想和方法．
科学态度与责任：通过对本专题的学习，培养可持续发展观念，提升个人责任感．
命题规律
命题分析：通过对近几年高考的分析，本专题中分子动理论、热力学定律及理想气体状态方程的应用仍然是高考命题的热点，题型有选择题、实验题以及计算题．
趋势分析：在复习过程中应加强对分子动理论以及热力学定律相关的选择题或计算题的练习，加强对综合考查气体实验定律及热力学定律的计算题的训练．
备考策略
对于热学部分，重难点比较集中，气体的性质是本部分的常考点。应用理想气体实验定律解决实际问题是今后的命题方向。
常见题型有：①布朗运动与分子热运动；②对分子力和分子势能的理解；③对固体和液体的考查；④对气体实验定律及热力学图像的考查；⑤对热力学定律的考查；⑥气体实验定律与热力学定律的综合。
已知量
可求量
摩尔体积Vml
分子体积V0＝eq \f(Vml,NA)(适用于固体和液体)
分子占据体积V占＝eq \f(Vml,NA)(适用于气体)
摩尔质量Mml
分子质量m0＝eq \f(Mml,NA)
体积V和摩尔体积Vml
分子数目n＝eq \f(V,Vml)NA(适用于固体、液体和气体)
质量m和摩尔质量Mml
分子数目n＝eq \f(m,Mml)NA
布朗运动
热运动
活动主体
固体小颗粒
分子
区别
是固体小颗粒的运动，是比分子大得多的分子团的运动，较大的颗粒不做布朗运动，但它本身的以及周围的分子仍在做热运动
是指分子的运动，分子不论大小都做热运动，热运动不能通过光学显微镜直接观察到
共同点
都是永不停息的无规则运动，都随温度的升高而变得更加激烈，都是肉眼所不能看见的
联系
布朗运动是由于小颗粒受到周围分子做热运动的撞击力而引起的，它是分子做无规则运动的反映
分子力F
分子势能Ep
图象
随分子间距离
的变化情况
rF随r增大而减小，表现为斥力
r增大，F做正功，Ep减小
r>r0
r增大，F先增大后减小，表现为引力
r增大，F做负功，Ep增大
r＝r0
F引＝F斥，F＝0
Ep最小，但不为零
r>10r0
引力和斥力都很微弱，F＝0
Ep＝0
内能
热量
区别
是状态量，状态确定系统的内能随之确定．一个物体在不同的状态下有不同的内能
是过程量，它表示由于热传递而引起的内能变化过程中转移的能量
联系
在只有热传递改变物体内能的情况下，物体内能的改变量在数值上等于物体吸收或放出的热量
内能
机械能
定义
物体中所有分子热运动的动能与分子势能的总和
物体的动能、重力势能和弹性势能的统称
决定因素
与物体的温度、体积、物态和分子数有关
跟宏观运动状态、参考系和零势能点的选取有关
量值
任何物体都有内能
可以为零
测量
无法测量
可测量
本质
微观分子的运动和相互作用的结果
宏观物体的运动和相互作用的结果
运动形式
热运动
机械运动
联系
在一定条件下可以相互转化，能的总量守恒