第十五章 第1讲　分子动理论　内能　固体和液体练习含答案-高考物理一轮专题

这是一份第十五章 第1讲　分子动理论　内能　固体和液体练习含答案-高考物理一轮专题，共22页。
1.通过实验,估测油酸分子的大小。了解分子动理论的基本观点及相关的实验证据。
2.通过实验,了解扩散现象。观察并能解释布朗运动。了解分子运动速率分布的统计规律,知道分子运动速率分布图像的物理意义。
3.了解固体的微观结构。知道晶体和非晶体的特点。能列举生活中的晶体和非晶体。通过实例,了解液晶的主要性质及其在显示技术中的应用。
4.了解材料科学的有关知识及应用,体会它们的发展对人类生活和社会发展的影响。
5.观察液体的表面张力现象。了解表面张力产生的原因。知道毛细现象。
6.通过实验,了解气体实验定律。知道理想气体模型。能用分子动理论和统计观点解释气体压强和气体实验定律。
7.知道热力学第一定律。通过有关史实,了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过程,体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义。
8.理解能量守恒定律,能用能量守恒的观点解释自然现象。知道能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一。
9.通过自然界中宏观过程的方向性,了解热力学第二定律。
【考情分析】
第1讲 分子动理论 内能 固体和液体

1.(2025·山西太原阶段练习)关于下列各图,其中说法正确的是( )
[A] 图甲中,实验现象说明薄板材料是非晶体
[B] 图乙中,当分子间距离为r0时,分子力为零,分子势能最小
[C] 图丙中,T1对应曲线为同一气体温度较高时的速率分布图
[D] 图丁中,微粒越大单位时间内受到液体分子撞击次数越多,布朗运动越明显
【答案】 B
2.(2025·河南南阳测试)(多选)下列关于气体、液体和固体性质的说法,正确的是( )
[A] 因为空气分子在永不停息地做无规则运动,故教室不需要经常开窗通风
[B] 在天宫空间站内,虽然处于失重环境,航天员仍能够用毛笔写字
[C] 浸润液体在毛细管中会上升,通常情况下,毛细管(足够长)越细,液体最大上升高度越高
[D] 大块塑料粉碎成形状相同的颗粒,每个颗粒即为一个单晶体
【答案】 BC
【答案】 10-10 6.02×1023 对方 物质分子 无规则 液体
无规则 永不停息 剧烈 撞击 连续 稳定 变化 热平衡
热学性质 t+273.15 K
 3.(2025·安徽芜湖模拟)下列说法正确的是( )
[A] 草叶上的露珠是由空气中的水蒸气凝结成的水珠,这一物理过程中水分子间的引力增大、斥力减小
[B] 某气体的摩尔质量为M、密度为ρ,用NA表示阿伏加德罗常数,每个气体分子的质量m0=MNA,每个气体分子的体积 V0=MρNA
[C] 大量气体分子的速率有大有小,但是按“中间多,两头少”的规律分布
[D] 单晶体和多晶体在不同方向上的导热性、机械强度等物理性质都不一样
【答案】 C
4.(2024·云南昆明模拟)食盐是生活中不可缺少的调味品,如图是食盐中氯离子和钠离子的分布示意图。则( )
[A] 氯离子和钠离子是静止不动的
[B] 离子的规则排列特点说明食盐是晶体
[C] 盐粒受潮粘在一起形成的盐块是非晶体
[D] 食盐加热熔化过程中分子平均动能增加
【答案】 B

【答案】 热运动 平均值 路径 系统 分子间距离 体积 动能
分子势能 温度 体积 做功 传热 天然的 熔点 各向异性 一定规则 不同 振动 确定 几何形状

 5.(2024·河北沧州期中)下列三幅图,能说明液体存在表面张力的是( )
[A] (1)和(2) [B] (1)和(3)
[C] (2)和(3) [D] (1)、(2)和(3)
【答案】 B
【答案】 张紧 相切 分界线 小于 大于 上升 下降 向上
物质状态 光学
考点一 分子动理论
1.两种分子的模型
(1)球体模型:把分子看成球形,分子的直径d=36V0π。适用于固体和液体分子大小的计算。
(2)立方体模型:把分子看成小立方体,其边长d=3V0。适用于固体、液体分子大小的计算和气体分子所占空间的计算。
2.阿伏加德罗常数的应用
(1)意义:阿伏加德罗常数NA是联系宏观量(物体的体积V、质量m、密度ρ、物质的量n,摩尔质量Mml、摩尔体积Vml等)与微观量(分子直径d、分子质量m0、分子体积V0等)的“桥梁”。
(2)几个常用关系。
3.扩散现象、布朗运动与热运动的比较
[例1] 【微观量的估算】 (2024·重庆渝中阶段练习)已知阿伏加德罗常数为NA,水的摩尔质量为M(kg/ml),密度为ρ(kg/m3)。下列叙述正确的是( )
[A] 1瓶矿泉水(约300 mL)所含的水分子个数约为300·ρM·NA
[B] m kg水所含的分子个数是mρNA
[C] 1个水分子的质量是ρNA
[D] 1个水分子的体积大约是MρNA
【答案】 D
【解析】 1瓶矿泉水质量M0=3ρ×10-4 kg,所含的水分子个数约为N=M0M·NA=3ρ×10-4M·NA,故A错误;m kg水所含的分子个数N′=mMNA,故B错误;1个水分子的质量m0=1NAM,1个水分子的体积V0=m0ρ=MρNA,故C错误,D正确。
[例2] 【布朗运动】 (2025·安徽合肥模拟)(多选)图甲和图乙是关于布朗运动的两幅图,下列叙述正确的是( )
[A] 图甲中的折线是记录微粒布朗运动的轨迹
[B] 图甲中的折线是按等间隔时间依次记录的运动微粒位置的连线
[C] 图乙说明布朗运动是由微粒在液体中受到液体分子撞击引起的
[D] 图乙说明液体分子沿各方向撞击微粒,微粒应该处于静止
【答案】 BC
【解析】 题图甲中的折线是按等间隔时间依次记录的运动微粒位置的连线。故A错误,B正确;题图乙说明布朗运动是由微粒在液体中受到液体分子撞击不平衡引起的,且微粒越小,其运动状态越容易改变,布朗运动越明显,故C正确,D错误。
对扩散现象和布朗运动的几点注意
(1)布朗运动可通过显微镜观察,分子热运动不能用显微镜直接观察。
(2)扩散现象直接反映了分子的无规则运动,并且可以发生在固体、液体、气体任何两种物质之间。
(3)布朗运动不是分子的运动,是分子无规则运动的反映。
考点二 分子力和物体内能
1.分子间的作用力及分子势能的比较
2.物体的内能与机械能的比较
[例3] 【分子力与分子的动能、势能】 (2025·甘肃张掖模拟)(多选)如图甲、乙所示,分别表示两分子间的作用力、分子势能与两分子间距离的关系。分子a固定在坐标原点O处,分子b从r=r4处以某一速度向分子a运动(运动过程中仅考虑分子间作用力),假定两个分子的距离为无穷远时它们的分子势能为0,则( )
[A] 图甲中分子间距从r2到r3,分子间的引力增大,斥力减小
[B] 分子b运动至r3和r1位置时动能可能相等
[C] 图乙中r5一定大于图甲中r2
[D] 若图甲中阴影面积S1=S2,则两分子间最小距离小于r1
【答案】 BD
【解析】 题图甲中分子间距从r2到r3,分子间的引力、斥力均减小,分子力表现为引力且增大,故A错误;分子b从r3到r2和从r2到r1两过程,若图像与横轴所围面积相等,则分子力做功为0,动能变化量为0,则分子b在r3和r1两位置时动能可能相等,故B正确;题图甲中r2处分子力合力为0,分子b在此处分子势能最小,应对应题图乙中r6处,即题图乙中r5一定小于题图甲中r2,故C错误;若题图甲中阴影面积S1=S2,则分子b从r4到r1过程分子力做功为0,分子b在r4处速度不为0,则分子b在r1处速度不为0,将继续运动,靠近分子a,故D正确。
[例4] 【物体的内能】 (2024·贵州铜仁模拟)关于物体的内能,下列说法正确的是( )
[A] 不同的物体,若温度相等,则内能也相等
[B] 物体速度增大,则分子动能增大,内能也增大
[C] 体积相同的同种气体,它们的内能一定相等
[D] 物体的内能与物体的质量、温度和体积都有关系
【答案】 D
【解析】 物体的内能是指组成物体的所有分子动能与分子势能的总和,分子平均动能取决于物体的温度,分子势能大小与分子间距离有关,从宏观角度来看就是与物体的体积有关,而对于一种物质来说,质量决定着分子数目的多少,故D正确;温度相同,只是分子的平均动能相同,不能说明内能也相等,故A错误;分子动能取决于分子的热运动,与物体的宏观运动速度无关,故B错误;体积相同的同种气体,既不知温度关系也不知密度关系,也就不能确定内能关系,故C错误。
考点三 分子运动速率分布规律 气体压强的微观解释
1.气体分子运动的速率分布图像
当气体分子间距离大约是分子直径的10倍时,分子间作用力十分微弱,可忽略不计;分子沿各个方向运动的机会均等;分子速率的分布规律按“中间多、两头少”的统计规律分布,且这个分布状态与温度有关,温度升高时,分子速率大的分子比例增多,平均速率会增大,如图为氧气0 ℃和100 ℃两种情况下的速率分布图像。
2.气体压强的微观解释
(1)产生原因:由于气体分子无规则的热运动,大量的分子频繁地碰撞器壁产生持续均匀的压力。
(2)决定因素。
①宏观上决定于气体的温度和体积。
②微观上决定于分子的平均动能和分子的数密度。
[例5] 【气体分子运动的速率分布】 (2024·云南曲靖期末)如图所示为封闭罐内气体在不同温度下的分子速率分布曲线,f(v)为在速率v附近单位速率间隔内气体分子数与分子总数的比,曲线Ⅰ和Ⅱ对应的温度分别为TⅠ和TⅡ,曲线Ⅰ和Ⅱ与坐标轴围成的总面积分别为S1、S2,则下列说法正确的是( )
[A] TⅠTⅡ
[C] S1S2
【答案】 A
【解析】 气体的温度越高,速率较大的分子所占的比例越大,所以Ⅰ的温度低,Ⅱ的温度高,即TⅠr0时,分子力为引力,随着分子间的距离减小,分子力可能先增大后减小,也可能一直减小,而分子力做正功,分子势能一定减小,故A、B错误;内能是物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和,其大小与物体的温度、质量、体积有关,所以温度越高,内能不一定越大,故C错误;温度越高,物体分子热运动的平均动能一定越大,故D正确。
4.(4分)(2024·甘肃天水模拟)如图所示,甲分子固定在坐标原点O,乙分子从x3处仅在分子间相互作用力下沿着x轴运动,两分子间的分子势能Ep与两分子间距离的变化关系如图中曲线所示,图中分子势能最小值为-E0,若两分子所具有的总能量为0,则下列说法正确的是( )
[A] 乙分子在x2时,加速度最大
[B] 甲、乙分子的最小距离一定等于x1
[C] 乙分子在x1时,其动能最大
[D] 乙分子在x2时,动能大于E0
【答案】 B
【解析】 乙分子在x2时,分子势能最小,分子力为零,故加速度为零,加速度最小,故A错误;当乙分子运动到x1时,其分子势能为零,由能量守恒可知分子动能也为零,则两分子的距离最小,而后向分子间距变大的方向运动,因此甲、乙分子的最小距离一定等于x1,故B正确;乙分子从x3处由静止释放后仅在分子间相互作用力下沿着x轴运动,两分子所具有的总能量不变,由题图可知乙分子在x2时,分子势能最小,则其动能最大,动能等于E0,故C、D错误。
对点3.分子运动速率分布规律 气体压强的微观解释
5.(6分)(2024·贵州二模)(多选)炎热的夏天,一小朋友与父母坐缆车从梵净山山脚到山顶游玩,到达山顶后发现手上拉着的气球变大了。与山脚相比,山顶的温度较低,若气球内的气体看作理想气体,下列说法正确的是( )
[A] 内能不变
[B] 压强减小
[C] 速率大的分子数目减少
[D] 分子热运动的平均动能增大
【答案】 BC
【解析】 对于一定量的理想气体而言,温度降低,分子势能不变,由于山顶温度较低,气球内部气体温度降低,分子动能减小,则内能减小,分子平均动能减小,故A、D错误;由于气球体积变大,单位体积内的分子数减少,而分子的平均速率也减小,因此在单位时间内与气球壁单位面积上碰撞的分子数减少,且分子的撞击作用减弱,即气球内气体的压强减小,故B正确;温度降低,气体速率大的分子数目减少,故C正确。
对点4.对固体和液体性质的理解
6.(6分)(2024·贵州模拟)(多选)麦克斯韦分子速率分布律是分子动理论的重要结论之一,它是研究气体分子碰撞、大量分子热运动服从统计规律等问题的重要理论依据,正确理解它对学习热学非常有用。速率分布曲线表明速率很小和很大的分子数占总分子数的百分率都较小,而具有中等速率的分子数占总分子数的百分率较大,当v=vp时,f(v)取极大值,vp称为最概然速率,其物理意义是,如果把整个速率范围分成许多相等的小区间,则分布在vp所在小区间的分子数占总分子数的百分比最大。下列说法正确的是( )
[A] 因这是概率分布,所以麦克斯韦速率分布曲线与v轴围成的面积为1
[B] 在有限速率区间v1~v2内,曲线下的阴影面积的物理意义是速率分布在v1~v2的分子数占总分子数的百分比,或一个分子的速率在v1~v2内的概率
[C] 任何温度下气体分子速率分布图像都一样
[D] 温度降低时,每个气体分子速率都减小
【答案】 AB
【解析】 由于f(v)与v关系曲线按概率分布,则曲线与v轴围成的面积为1,故A正确;在有限速率区间v1~v2内,曲线下的阴影面积的物理意义是速率分布在v1~v2的分子数占总分子数的百分比,或一个分子的速率在v1~v2内的概率,故B正确;不同温度下气体分子速率分布图像不同,温度升高,峰值向速率较大的方向移动,故C错误;温度降低时,分子的平均动能减小,分子的平均速率减小,但并不是每个气体分子的速率都减小,故D错误。
7.(4分)(2024·广西河池期末)中国科学技术大学团队利用纳米纤维与合成云母纳米片研制出一种能适应极端环境的纤维素基纳米纸材料。如图所示为某合成云母的微观结构示意图,在该单层云母片涂上薄薄的石蜡并加热时,融化的石蜡呈现椭圆状,则该合成云母( )
[A] 没有规则的外形
[B] 有固定的熔点
[C] 各原子都保持静止不动
[D] 是多晶体
【答案】 B
【解析】 由题图可知,该合成云母中所含分子在三维空间中呈规则、周期性排列,则具有一定的几何外形,可知该合成云母是单晶体,则具有固定的熔点,故A、D错误,B正确;组成物质的原子(分子或离子)并不是静止不动的,它们在不停地振动,故C错误。
8.(4分)(2025·湖南常德开学考试)公园里的荷花竞相绽放,荷叶上有很多露珠,下列说法正确的是( )
[A] 露珠呈球形是因为露珠受到重力
[B] 在露珠表面层,水分子间的作用力表现为引力
[C] 在露珠表面层,水分子间的作用力为0
[D] 在露珠表面层,水分子间的作用力表现为斥力
【答案】 B
【解析】 露珠呈球形是因为液体的表面张力,故A错误;在露珠表面层,水分子相对于露珠内部分布比较稀疏,水分子间的作用力表现为引力,故B正确,C、D错误。
9.(4分)(2025·安徽宿州模拟)水能浸润玻璃,将两端开口的玻璃细管插入盛有水的开口玻璃容器中,细管内外液面稳定后,能看到的现象是( )
[A]
[B]
[C]
[D]
【答案】 B
【解析】 当某种液体浸润某种固体时,在该固体制成的细管内,靠近细管壁的部分,液面的表面张力形成向上的拉力,则液体在该固体形成的细管内会上升,并在管内形成向下凹的液面,由于水浸润玻璃,可知水在玻璃细管中的水柱高于水面,故B正确。
10.(6分)(2025·云南昭通检测)(多选)图甲是一定质量的气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线;图乙是显微镜下悬浮在液体中的花粉微粒每30 s的位置连线;图丙是分子力与分子间距离关系曲线;图丁是固体熔化过程曲线,则( )
[A] 由图甲可知,气体在①状态下的温度高于②状态下的温度
[B] 由图乙可知,花粉微粒的无规则运动反映了花粉微粒分子的无规则运动
[C] 由图丙可知,随分子间距离增大,分子力可能先减小到0,然后再增大,也可能一直减小
[D] 由图丁可知,固体A可能表现各向同性,固体B可能表现各向异性
【答案】 AC
【解析】 由于一定质量的气体随着温度的升高,速率分布曲线向速率大的方向偏移,可知题图甲中气体在①状态下的温度高于②状态下的温度,故A正确;题图乙中花粉微粒的无规则运动反映了液体分子的无规则运动,故B错误;题图丙为分子力F与分子间距r的关系图像,可知若开始rr1,则随着分子间距离增大,分子力一直减小,故C正确;由题图丁中图像熔化曲线可知,固体A有固定的熔点,即为晶体,若是单晶体,则表现为各向异性,若是多晶体,则表现为各向同性;固体B没有固定的熔点,即为非晶体,表现为各向同性,故D错误。
11.(12分)试估算一个高约2.8 m、面积约10 m2的两人办公室,若只有一人吸了一根烟,在标准状况下,空气的摩尔体积为Vml=22.4× 10-3 m3/ml,可认为吸入气体的体积等于呼出气体的体积,阿伏加德罗常数为NA=6.02×1023 ml-1,已知人正常呼吸一次吸入气体的体积约为V′=300 cm3,一根烟大约吸10次(结果均保留2位有效数字)。
(1)估算被污染的空气分子间的平均距离;
(2)另一不吸烟者呼吸一次大约吸入多少个被污染过的空气分子?
【答案】 (1)7.0×10-8 m (2)8.8×1017个
【解析】 (1)吸烟者一根烟吸入的总气体体积为
V=10×300 cm3=3 000 cm3,
其空气分子数为
n=VVmlNA
=3 000×10-622.4×10-3×6.02×1023
≈8.1×1022个,
办公室单位体积内含有的被污染空气分子数为
N=8.1×102210×2.8≈2.9×1021个,
每个污染空气分子所占的空间体积为
V0=1N=12.9×1021 m3≈3.4×10-22 m3;
分子间的平均距离L=3V0≈7.0×10-8 m。
(2)不吸烟者一次呼吸吸入的被污染过的空气分子个数为
N′=V'V0=300×10-63.4×10-22≈8.8×1017个。分子动理论
2023·北京卷·T1、2023·江苏卷·T3、2023·海南卷·T5
气体、固体和液体
2024·全国甲卷·T33、2023·浙江6月选考卷·T14
气体实验定律与理想
气体状态方程的应用
2024·江苏卷·T13、2024·安徽卷·T13、2024·湖南卷·T13、
2024·江西卷·T13、2024·全国甲卷·T33、2024·山东卷·T16、
2024·广西卷·T14、2024·广东卷·T13、2024·甘肃卷·T13、2024·海南卷·T7
气体实验定律与热力学
定律的综合应用
2024·浙江1月选考卷·T17、2024·黑吉辽卷·T13、
2024·新课标卷·T21、2024·河北卷·T9、2024·海南卷·T11、2024·山东卷·T6、2024·北京卷·T3、2024·重庆卷·T3、
2024·湖北卷·T13、2024·贵州卷·T13、
2024·浙江6月选考卷·T17
实验:用油膜法估测
油酸分子的大小
2024·上海卷·T1、2019·全国Ⅲ卷·T33
实验:探究气体等
温变化的规律
2024·上海卷·T2、2023·山东卷·T13
情境导思
自2013年首次太空开讲以来,中国航天员已开展了多次精彩绝伦的太空授课。“天宫课堂”上曾经做过两个有趣实验:一个是微重力环境下水球实验,如图甲所示;另一个是微重力环境下液体显著的“毛细现象”演示,把三根粗细不同的细塑料管,同时放入装满水的容器,如图乙所示。
试分析:
(1)图甲中水球几乎呈完美的球状,是因为什么?
(2)图乙中水和塑料管是浸润还是不浸润?
(3)图丙中的哪个点处最能反映水球表面层中水分子势能?
(4)图乙中“毛细现象”演示中,水在三个塑料管内均不断上升吗?是否会有不同的高度?
已知量
可求量
摩尔体积
Vml
分子体积V0=VmlNA
(适用于固体和液体)
分子占据体积V占=VmlNA
(适用于气体)
摩尔质量
Mml
分子质量m0=MmlNA
体积V和摩尔
体积Vml
分子数目N=VVmlNA
(适用于固体、液体和气体)
质量m和摩
尔质量Mml
分子数目N=mMmlNA
现象
扩散现象
布朗运动
热运动
活动主体
分子
悬浮微粒
分子
区别
发生在两种物质之间
悬浮微粒的运动
组成物体分子的运动
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、布朗运动都反映分子做无规则的热运动
项目
分子力F
分子势能Ep
与r的
关系
图像
随
距
离
的
变
化
情
况
rr0
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>
10r0
引力和斥力都很微弱,F=0
Ep=0
项目
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、参考系和零势能位置的选取有关
量值
任何物体都有内能
可以为零
测量
无法测量
可以测量
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
比较
项目
晶体
非晶体
单晶体
多晶体
外形
有规则的
几何形状
无确定的
几何形状
无确定的
几何外形
熔点
确定
确定
不确定
物理性质
各向异性
各向同性
各向同性
典型物质
石英、云母、
明矾、食盐
各种金属
玻璃、橡胶、蜂蜡、松香、沥青
转化
晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化