高考物理一轮复习讲义专题15.1　分子动理论　内能（2份打包，原卷版+解析版）

这是一份高考物理一轮复习讲义专题15.1　分子动理论　内能（2份打包，原卷版+解析版），文件包含高考物理一轮复习讲义专题151分子动理论内能原卷版doc、高考物理一轮复习讲义专题151分子动理论内能解析版doc等2份试卷配套教学资源，其中试卷共18页， 欢迎下载使用。

物理观念：分子动理论、布朗运动、内能、扩散现象。
1．知道分子动理论并能用分子动理论解释一些常见的现象
2．了解扩散现象并能解释布朗运动.
3．了解物体内能的决定因素.
科学思维：分子动理论“油膜法”。
1．掌握分子模型的构建与分子直径的估算方法，了解分子动理论的基本观点.
2．知道分子力随分子间距离变化的图象
【讲考点题型】
【知识点一】物体是由大量分子组成的
1． 宏观量与微观量之间的关系
2． 分子模型
【例1】（2022·福建三明·高三期末）如图所示，用水银血压计测量血压时，先向袖带内充气、然后缓慢放气。某次测量充入袖带内气体的压强为1.5 SKIPIF 1 < 0 ，体积为V。已知阿伏加德罗常数为 SKIPIF 1 < 0 。
（1）若该状态下气体的摩尔体积为 SKIPIF 1 < 0 ，求袖带内气体的分子数；
（2）若缓慢放弃过程中温度保持不变，袖带内气体体积变为0.8V，压强变回到 SKIPIF 1 < 0 ，求袖带内剩余气体的质量与放气前总质量的比值。
【答案】 （1） SKIPIF 1 < 0 ；（2） SKIPIF 1 < 0
【解析】（1）气体物质的量
SKIPIF 1 < 0
袖带内气体的分子数
SKIPIF 1 < 0
（2）对原袖带内气体，发生等温变化，压强为 SKIPIF 1 < 0 时气体体积为 SKIPIF 1 < 0 ，则
SKIPIF 1 < 0
解得
SKIPIF 1 < 0
袖带内剩余气体的质量与放气前总质量的比值：
SKIPIF 1 < 0
【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维。
【变式训练1】（2022·全国·高三课时练习）标准状况下， SKIPIF 1 < 0 中含有多少个空气分子？某运动员的肺活量（一次尽力吸气后再尽力呼出的气体总量）约 SKIPIF 1 < 0 ，则一次呼吸进入人体的空气分子数约为多少个？
【答案】 2.69×1019个；1.076×1023个
【解析】标准状态下1摩尔体积为22.4L．所以1cm3的物质的量为
SKIPIF 1 < 0
故1cm3中含有的空气分子数为
SKIPIF 1 < 0
运动员一次深呼吸吸入空气约4000cm3，则一次呼吸吸入的空气分子数为
N′=4000N=4000×2.69×1019=1.076×1023个
【技巧总结】1．求解分子直径时的两种模型(固体和液体)
(1)把分子看成球形，d＝eq \r(3,\f(6V0,π))。
(2)把分子看成小立方体，d＝eq \r(3,V0)。
[注意] 对于气体，利用d＝eq \r(3,V0)算出的不是分子直径，而是气体分子间的平均距离。
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等。
(2)宏观量：物体的体积V、密度ρ、质量m、摩尔质量M、摩尔体积Vml、物质的量n等。
(3)相互关系
①一个分子的质量：m0＝eq \f(M,NA)＝eq \f(ρVml,NA)。
②一个分子的体积：V0＝eq \f(Vml,NA)＝eq \f(M,ρNA)(估算固体、液体分子的体积或气体分子所占空间体积)。
③物体所含的分子数：N＝n·NA＝eq \f(m,M)·NA＝eq \f(V,Vml)·NA。
【知识点二】分子永不停息的做无规则运动
【例2】 （2022·江苏省昆山中学模拟预测）把墨汁用水稀释后取出一滴放在高倍显微镜下观察，可以看到悬浮在液体中的小炭粒在不同时刻的位置，每隔一定时间把炭粒的位置记录下来，最后按时间先后顺序把这些点进行连线，得到如图所示的图像，对于这一现象，下列说法正确的是（ ）
A．炭粒的无规则运动，说明碳分子运动也是无规则的
B．越小的炭粒，受到撞击的分子越少，作用力越小，碳粒的不平衡性表现得越不明显
C．观察炭粒运动时，可能有水分子扩散到载物片的玻璃中
D．将水的温度降至零摄氏度，炭粒会停止运动
【答案】 C
【解析】A．图中的折线是每隔一定的时间炭粒的位置的连线，是由于水分子撞击做无规则运动而形成的，说明水分子的无规则运动，不能说明碳分子运动也是无规则的，A错误；
B．炭粒越小，在某一瞬间跟它相撞的水分子数越少，撞击作用的不平衡性表现得越明显，B错误；
C．扩散可发生在液体和固体之间，故观察炭粒运动时，可能有水分子扩散到载物片的玻璃中，C正确；
D．将水的温度降低至零摄氏度，炭粒的运动会变慢，但不会停止，D错误；
故选C。
【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念。
【变式训练2】 （多选）（2022·湖南·长沙一中模拟预测）下列说法正确的是（ ）
A．扩散现象不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果
B．分子动理论是在一定的实验基础上提出的
C．一定温度下的饱和汽压，随饱和汽的体积增大而减小
D．用手捏面包，面包体积会缩小，这是分子间有空隙的原因
E．当分子斥力与引力大小相等时，分子势能有极小值
【答案】 ABE
【解析】A．扩散现象是分子做无规则运动产生的，不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果，故A正确；
B．分子动理论的实验基础包括扩散现象和布朗运动，故B正确；
C．饱和汽压只与温度和物质种类有关，故C错误；
D．用手捏面包，面包体积会缩小，这是物体间有空隙的原因，故D错误；
E．当分子斥力与引力大小相等时，分子力为零，分子势能有极小值，故E正确。
故选ABE。
【规律方法】．扩散现象、布朗运动与热运动的比较
【知识点三】分子力与分子势能
5． 判断分势能的变化有两种方法
(1)看分子力的做功情况。
(2)直接由分子势能与分子间距离的关系图线判断，但要注意其和分子力与分子间距离的关系图线的区别。记住一个位置分子势能最小（不为零，且为负）——平衡位置；两个位置分子势能为零——无穷远处和小于r0处。分子力为零，分子势能不为零，最小且为负。
【例3】（2022·北京·高三专题练习）假定两个分子的距离为无穷远时它们的分子势能为0，两个分子间作用力的合力F、分子势能 SKIPIF 1 < 0 与分子间距离r的关系如图甲和乙所示，下列说法正确的是（ ）
A．在r由无限远到趋近于 SKIPIF 1 < 0 的过程中，F先做负功后做正功
B．在r由无限远到趋近于 SKIPIF 1 < 0 的过程中，F先做正功后做负功
C．在r由 SKIPIF 1 < 0 趋近于0的过程中，F做负功， SKIPIF 1 < 0 先变小再变大
D．在r由 SKIPIF 1 < 0 趋近于0的过程中，F做负功， SKIPIF 1 < 0 变大
【答案】 D
【解析】AB．在r由无限远到趋近于 SKIPIF 1 < 0 的过程中，分子力表现为引力，引力一直做正功，故AB错误；
CD．在r由 SKIPIF 1 < 0 趋近于0的过程中，分子力表现为斥力，斥力一直做负功，分子势能增大，故C错误D正确。
故选D。
【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维。
【变式训练3】（2022·山东临沂）用电脑软件模拟两个相同分子在仅受分子力作用下的运动。将两个质量均为m的A、B分子从x轴上的 SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 处由静止释放，如图所示。其中B分子的速度v随位置x的变化关系如图所示。取无限远处势能为零，下列说法正确的是（ ）
A．A、B间距离为 SKIPIF 1 < 0 时分子力为零
B．A、B间距离为 SKIPIF 1 < 0 时分子力为零
C．A、B系统的分子势能最小值为 SKIPIF 1 < 0
D．释放时A、B系统的分子势能为 SKIPIF 1 < 0
【答案】 D
【解析】AB．由图可知，B分子在x0~x1过程中做加速运动，说明开始时两分子间作用力为斥力，在x1处速度最大，加速度为0，即两分子间的作用力为0，根据运动的对称性可知，此时A、B分子间的距离为2x1，故A、B错误；
D．由图可知，两分子运动到无穷远处的速度为v2，在无穷远处的总动能为
SKIPIF 1 < 0
由题意可知，无穷远处的分子势能为0，由能量守恒可知，释放时A、B系统的分子势能为 SKIPIF 1 < 0 ，故D正确；
C．由能量守恒可知，当两分子速度最大即动能最大时，分子势能最小，则最小分子势能为
Epmin= SKIPIF 1 < 0
故C错误。
故选D。
【规律方法】分子力及分子势能图象
【例4】（多选）（2022·河南·模拟预测）梅花香自苦寒来，在冬天我们只能够闻到距离较近的花香，而盛夏我们却能够闻到距离较远的花香。下列说法正确的是（ ）
A．这种“闻到花香”的物理现象是一种布朗运动
B．这种“闻到花香”的物理现象是一种扩散现象
C．布朗运动和扩散现象都是由物质分子的无规则运动产生的，且剧烈程度都与温度有关
D．两个花粉分子间距离小于r0（两分子间的作用力为0时的距离）时，分子间只有斥力没有引力
E．在两个花粉分子间距离从小于r0（两分子间的作用力为0时的距离）增大到2r0的过程中，两个花粉分子的分子势能先减小后增大
【答案】 BCE
【解析】AB．布朗运动是悬浮于液体或气体中的固体小颗粒的运动，扩散现象是物质分子的无规则运动，花香是一种扩散现象，A错误，B正确；
C．布朗运动和扩散现象都是由物质分子的无规则运动产生的，且剧烈程度都与温度有关，温度越高越激烈，C正确；
D．两个花粉分子间距离小于r0时，分子之间既有斥力也有引力，斥力大于引力，表现为斥力，D错误；
E．在两个花粉分子间距离从小于r0增大到等于r0的过程中，分子之间表现为斥力，斥力做正功，分子势能减小；当分子之间的距离等于r0时，分子力等于零，分子势能最小，不等于零；当两个花粉分子心间的距离从r0增大到2r0时，分子之间表现为引力，引力做负功，分子势能增大，所以两个花粉分子间距离从小于r0增大到2r0的过程中，两个花粉分子的分子势能先减小后增大，E正确。
故选BCE。
【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维。
【变式训练4】（2022·北京朝阳·模拟预测）对于一个只有两个分子组成的系统，其分子势能 SKIPIF 1 < 0 与两分子间距离 SKIPIF 1 < 0 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 SKIPIF 1 < 0 时，分子间的作用力为零
B．当 SKIPIF 1 < 0 时，分子间的作用力表现为引力
C．从 SKIPIF 1 < 0 到 SKIPIF 1 < 0 的过程中，分子间的作用力逐渐减小
D．从 SKIPIF 1 < 0 到 SKIPIF 1 < 0 的过程中，分子系统的势能逐渐增大
【答案】 C
【解析】A．分子势能最小时，分子间的作用力为零，当 SKIPIF 1 < 0 时，分子间的作用力为零，故A错误；
B．当 SKIPIF 1 < 0 时，分子间距离小于 SKIPIF 1 < 0 ，分子间的作用力表现为斥力，故B错误；
C．从 SKIPIF 1 < 0 到 SKIPIF 1 < 0 的过程中，分子间距离从小于平衡位置到平衡位置，分子间的作用力逐渐减小，故C正确；
D．从 SKIPIF 1 < 0 到 SKIPIF 1 < 0 的过程中，分子间作用力表现为斥力，分子力做正功，分子系统的势能逐渐减小，故D错误。
故选C。
【规律方法】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、物质的量以及物质状态。
(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。
宏观量
桥梁
微观量
摩尔质量Mml
阿伏加德罗常数
NA＝6.02×1023 ml－1
分子的质量：m0＝eq \f(Mml,NA)＝eq \f(ρVml,NA)
摩尔体积Vml
分子的体积：V0＝eq \f(Vml,NA)＝eq \f(Mml,ρNA)(固体、液体)
对气体，V0为分子所占空间
物质的量n＝eq \f(m,Mml)＝eq \f(V,Vml)
分子数：N＝n·NA
固体、液体
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
分子直径d＝ eq \r(3,\f(6V,π))(球体模型)或d＝eq \r(3,V)(立方体模型)
气体
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V0＝eq \f(Vml,NA)＝eq \f(Mml,ρNA)不是气体分子的体积，而是分子所占有的平均空间。
SKIPIF 1 < 0
分子间距d＝eq \r(3,V)
扩散现象
布朗运动
实验图
定义
不同物质能够彼此进入对方的现象叫做扩散。
悬浮在液体中的小颗粒的永不停息地无规则运动叫做布朗运动。
条件
分子不停的做无规则运动及分子间有空隙。
颗粒足够小，肉眼看不见，使用光学显微镜观察
现象
温度越高，扩散现象越明显。
永不停息，无规则；颗粒越小，温度越高，布朗运动越明显。（注意：实验中描绘的是颗粒每隔30s的位置连线，不是运动轨迹。）
原因
分子不停的做无规则运动及分子间有空隙。扩散现象并不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果，而是由物质分子的无规则运动产生的。
布朗运动的无规则性是液体(气体)分子运动无规则性的反映；温度越高，分子运动越剧烈；颗粒越小，撞击的分子数目越少，分子运动越不平衡，布朗运动越明显。
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，而是由物质分子的无规则运动产生的。
布朗运动是由成千上万个分子组成的“分子集团”即固体颗粒的运动，间接反映液体(气体)分子的运动。
现象
扩散现象
布朗运动
热运动
活动主体
分子
固体微小颗粒
分子
区别
是分子的运动，发生在固体、液体、气体任何两种物质之间
是比分子大得多的颗粒的运动，只能在液体、气体中发生
是分子的运动，不能通过光学显微镜直接观察到
共同点
(1)都是无规则运动；
(2)都随温度的升高而更加激烈
联系
扩散现象、布朗运动都反映了分子做无规则的热运动
名称
项目
分子间的相互作用力F
分子势能E p
与分子间距的关系图像
随分子间距的变化情况
rF引和F斥都随距离的增大而减小，随距离的减小而增大，F引r增大，斥力做正功，分子势能减少
r减小，斥力做负功，分子势能增加
r>r0
F引和F斥都随距离的增大而减小，随距离的减小而增大，F引>F斥，F表现为引力
r增大，引力做负功，分子势能增加
r减小，引力做正功，分子势能减少
r＝r0
F引＝F斥，F＝0
分子势能最小，但不为零
r>10r0
(10－9 m)
F引和F斥都已十分微弱，可以认为分子间没有相互作用力
分子势能为零
面积与斜率
面积：分子力做的功
斜率：分子力
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