第15章　第78讲　分子动理论　内能　固体和液体 课件---2027高考一轮总复习物理

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第78讲　分子动理论　内能　固体和液体
提能训练　练案[78]
1．分子的大小(1)分子的直径：数量级为_______m；(2)分子的质量：数量级为10－26 kg。2．阿伏加德罗常数：1 ml的任何物质都含有相同的分子数，通常可取NA＝___________ml－1。
4．宏观量与微观量及其相互关系(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Vml、物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ。(3)相互关系
③物体所含的分子数：N＝nNA
注意：阿伏加德罗常数NA是联系微观量与宏观量的桥梁。
　(多选)中国某大学制备出了一种超轻气凝胶，这种固态材料在弹性和吸油能力方面令人惊喜，被称为“全碳气凝胶”。设该气凝胶的密度为ρ(单位为kg/m3)，摩尔质量为M(单位为kg/ml)，阿伏加德罗常量为NA，则下列说法正确的是(　　)
跟 踪 训 练(多选)已知阿伏加德罗常量为NA，氧气的摩尔质量为M，室温下氧气的密度为ρ(均为国际单位)，则(　　)
1．扩散现象(1)定义：______种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，而是由物质分子的无规则运动产生的物质迁移现象，温度______，扩散得越快。
2．布朗运动(1)定义：悬浮在液体(或气体)中的___________的永不停息地无规则运动。(2)特点①永不停息，________运动。②颗粒越小，运动越______。③温度越高，运动越______。(3)布朗运动与分子运动的关系：布朗运动反映了___________的无规则运动；分子的无规则运动是布朗运动产生的原因。
3．热运动(1)分子永不停息的_________运动叫热运动；(2)特点：分子的无规则运动和温度有关，温度越高，分子运动越剧烈。
易 错 辨 析1．扩散现象和布朗运动都是分子热运动。(　 　)2．布朗运动是固体小颗粒中固体分子的运动。(　 　)3．温度越高，颗粒越小，布朗运动越显著。(　 　)
自 主 验 收1．(扩散现象)如图所示，二氧化氮气体的密度大于空气的密度，当抽掉玻璃板一段时间后，两个瓶子内颜色逐渐变得均匀。针对上述现象，下列说法正确的是(　　)A．此现象能说明分子间存在相互作用的引力B．此现象与“扫地时灰尘飞扬”的成因相同C．颜色变得相同后，瓶中气体分子停止运动D．颜色变得相同后，上方瓶中气体密度比空气大[答案]　D
[解析]　此现象属于扩散现象，是分子无规则运动的结果，不能说明分子间存在相互作用的引力，故A错误；扫地时灰尘飞扬，该现象属于机械运动，不是扩散现象，所以成因不同，故B错误；分子运动永不停息，故C错误；二氧化氮气体的密度大于空气的密度，颜色变得相同后，上方瓶中因有二氧化氮气体，所以密度比空气大，故D正确。故选D。
2．(布朗运动)将墨汁稀释后，小炭粒的运动即为布朗运动。现取出一滴稀释后的墨汁，放在显微镜下观察，如图所示，以下对观察结果的描述正确的是(　　)A．在显微镜下，看到水分子在不停地撞击炭粒B．小炭粒的无规则运动即是分子的热运动C．大一点的炭粒，看得更清晰，实验现象更明显D．可以升高温度，使实验现象更明显[答案]　D
[解析]　在显微镜下不能看到水分子，能看到悬浮的小炭粒，故A错误；小炭粒在不停地做无规则运动，这是布朗运动，不是分子的热运动，故B错误；炭粒越小，同一时刻撞击炭粒的水分子越少，受力越不平衡，炭粒运动越明显，故C错误；温度越高，布朗运动越剧烈，实验现象越明显，故D正确。
3．(对分子热运动的理解)关于分子热运动的叙述正确的是(　　)A．分子的热运动就是布朗运动B．热运动是分子的无规则运动，同种物质的分子的热运动激烈程度相同C．气体分子的热运动不一定比液体分子激烈D．物体运动的速度越大，其内部分子的热运动就越激烈[答案]　C
[解析]　布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，而组成小颗粒的分子有成千上万个，悬浮颗粒的运动是大量分子集体的运动，并不是颗粒分子的无规则运动，A错误；温度是分子热运动激烈程度的标志，同种物质若温度不同，其分子热运动的激烈程度也不同，B错误；温度是分子热运动激烈程度的反映，温度越高，分子热运动越激烈，由于气体和液体的温度高低不确定，所以气体分子的热运动不一定比液体分子激烈，C正确；分子做无规则运动的速度与物体的温度有关，与物体的机械运动的速度无关，D错误。
1．物质分子间存在空隙。2．分子间作用力跟分子间距离的关系如图所示。
3．分子间作用力的特点(1)r＝r0时(r0的数量级为10－10 m)，分子间作用力F＝0，这个位置称为___________。(2)r＜r0时，分子间作用力F表现为______。(3)r＞r0时，分子间作用力F表现为______。
[解析]　乙分子从a到b，再到c的过程，分子之间均表现为引力，显然乙分子始终做加速运动，且到达c点时速度最大，故A错误；B正确；乙分子从a到b的过程，分子的引力一直做正功，故C正确；乙分子由b到c过程，分子力仍然做正功，故D错误。故选BC。
1．温度(1)一切达到热平衡的系统都具有相同的______。(2)两种温标：摄氏温标和热力学温标。摄氏温度t与热力学温度T的关系：T＝t＋273.15 K。2．分子的动能(1)分子动能是____________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，____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_____。注意：相同温度的任何物体，分子的平均动能都相同。
3．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___________决定的能。(2)分子势能的决定因素①微观上——决定于_______________和分子排列情况。②宏观上——决定于_____。
(3)分子力、分子势能与分子间距的关系取r→∞处为零势能处①当r>r0时，分子力为引力，当r增大时，分子力做负功，分子势能增加。②当rT2B．在两个不同温度下，某一速率区间的分子数占总分子数的比可能相同C．将T1、T2温度下的氧气混合后，对应的分子速率分布图像与横轴围成的面积为曲线1和曲线2下方的面积之和D．将T1、T2温度下的氧气混合后，对应的分子速率分布图像的“波峰”将在2曲线“波峰”的右侧
[答案]　B[解析]　温度越高，分子热运动越激烈，速率大的分子所占的比例大，由图可知曲线2速率大的分子所占的比例比曲线1速率大的分子所占的比例大，故温度T2高于温度T1，故A错误；由题图两图线交点可知，在两个不同温度下，某一速率区间的分子数占总分子数的比可能相同，故B正确；气体分子速率分布规律曲线与横轴围成的面积均为1，即曲线1、曲线2以及将T1、T2温度下的氧气混合后对应的曲线与横轴围成的面积都为1，故C错误；将T1、T2温度下的氧气混合后，混合气体的温度介于T1和T2之间，曲线波峰应介于曲线1和曲线2之间，故D错误。故选B。
7．(气体压强的微观解释)在一定温度下，当气体的体积增大时，气体的压强减小，这是因为(　　)A．气体分子的密度变大，分子间的作用力减小B．气体分子的密度变大，分子对器壁的吸引力变小C．每个气体分子对器壁的平均撞击力变小D．单位时间内对器壁单位面积上碰撞的次数减小[答案]　D
[解析]　在一定温度下，当气体的体积增大时，气体分子数的密度变小，分子间的作用力减小，故A错误；一定量气体，在一定温度下，分子的平均动能不变，分子撞击器壁的平均作用力不变；气体的体积增大时，单位体积内的分子数减小，单位时间内对器壁的碰撞次数减少，单位时间内器壁单位面积上受到的压力变小，气体产生的压强减小，故D正确，B、C错误。故选D。
一、固体1．分类：固体一般分为______和________两类。晶体又分为________和________。
2．晶体与非晶体的比较
3．晶体的微观结构(1)晶体的微观结构特点：组成晶体的物质微粒有规则地、周期性地在空间排列。(2)用晶体的微观结构特点解释晶体的特点
4．对晶体和非晶体的理解(1)凡是具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非晶体。(2)凡是具有各向异性的物体必定是晶体，且是单晶体。(3)单晶体具有各向异性，但不是在各种物理性质上都表现出各向异性。(4)晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。
二、液体、液晶1．液体的微观结构特点(1)分子间的距离很小；在液体内部分子间的距离在10－10 m左右。(2)液体分子间的相互作用力很大，但比固体分子间的作用力要小。(3)分子的热运动特点表现为振动与移动相结合。
3．浸润和不浸润　毛细现象(1)浸润和不浸润：一种液体会______某种固体并______在固体的表面上，这种现象叫作______；一种液体不会润湿某种固体，也就不会附着在这种固体的表面上，这种现象叫作________。(2)毛细现象①毛细现象：浸润液体在细管中______的现象，以及不浸润液体在细管中______的现象，称为毛细现象。②毛细管内外液面的高度差与毛细管的内径有关，毛细管的内径越小，高度差______。
(3)浸润和不浸润的产生原因①附着层：当液体与______接触时，接触的位置形成一个液体薄层，叫作附着层。②不浸润产生原因：固体分子对附着层内分子的引力小于液体分子对附着层内分子的引力，附着层的液体分子比液体内部的分子稀疏，也就是说，附着层内液体分子间的距离大于分子力平衡的距离r0，附着层内分子间的作用表现为引力，附着层有收缩的趋势，就像液体表面张力的作用一样。③浸润产生原因：固体分子对附着层内分子的引力大于液体分子对附着层内分子的引力，附着层内分子间的距离小于液体内部分子间的距离，附着层内分子之间的作用表现为斥力，附着层有扩展的趋势。
4．液晶的物理性质(1)液晶的物理性质①具有液体的________。②具有晶体的______________。(2)液晶的微观结构从某个方向上看，其分子排列比较整齐，但从另一方向看，分子的排列是杂乱无章的。
易 错 辨 析1．大块晶体粉碎成形状相同的颗粒，每个颗粒即一个单晶体。(　 　)2．单晶体有天然规则的几何形状，是因为单晶体的物质微粒是规则排列的。(　 　)3．有无确定的熔点是区分晶体和非晶体比较准确的方法。(　 　)4．船浮于水面上不是由于液体的表面张力。(　 　)
自 主 验 收8．(固体的性质)在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上蜡，用烧热的针接触其上一点，蜡熔化的范围如图甲、乙、丙所示，甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图丁所示。下列说法正确的是(　　)A．甲具有各向异性 B．乙有固定熔点C．丙为单晶体 D．甲为非晶体
[答案]　C[解析]　图甲中熔化范围为一个圆，表明甲具有各向同性，由于甲有固定熔点，表明甲是多晶体，故A、D错误；图乙中熔化范围为一个圆，表明乙具有各向同性，由于乙没有固定熔点，表明乙为非晶体，故B错误；图丙中熔化范围为一个椭圆，表明丙具有各向异性，可知，丙为单晶体，故C正确。故选C。
9．(表面张力产生的原因)2021年12月9日中国空间站首次太空授课活动中，航天员王亚平做了一个“水球开花”实验。她将用纸做的小花轻轻放在水球表面，纸花迅速绽放。下列说法正确的是(　　)A．纸花绽放过程中水面对小花做正功B．水球表面上水分子间的作用力表现为斥力C．表面层水分子间的平均距离比内部分子间的平均距离小D．水分子间存在相互作用的引力和斥力，当分子间距增大时，引力变化的快
[答案]　A[解析]　在水球表面分子力表现为引力，纸花绽放的过程中，分子力与移动方向相同，可知水面对小花做正功，故A正确；液体表面层由于蒸发等原因导致分子数较少，则表面层水分子间的平均距离比内部分子间的平均距离大，故水球表面上水分子间的作用力表现为引力，故B、C错误；水分子间存在相互作用的引力和斥力，分子间距增大时，斥力变化的快，故D错误。
10．(浸润和不浸润)将两端开口的玻璃管竖直插在水中，现象如图所示，则(　　)A．水不浸润玻璃B．换成直径更小的玻璃管，管内外液面的高度差将变大C．水分子与玻璃分子间的相互作用比水分子之间的相互作用弱D．产生这种现象，是由于大气压力作用使液柱上升[答案]　B
[解析]　毛细作用是液体表面对固体表面的吸引力，当毛细管插入浸润液体中，管内液面上升，高于管外，可知水浸润玻璃，故A错误；换成直径更小的玻璃管，毛细作用更明显，管内外液面的高度差将变大，故B正确；水能浸润玻璃，是因为水分子之间的相互作用弱于玻璃与水分子之间的相互作用，故C错误；水可以浸润玻璃现象与液体的表面张力有关，故D错误。故选B。
基础巩固练1．(2026·辽宁省实验中学期中)石墨烯中碳原子呈单层六边形结构。南京大学的科学家将多层石墨烯叠加，得到了一种结构规则的新材料，其中层与层间距约为六边形边长的两倍。则(　　)A．新材料属于非晶体B．新材料没有固定的熔点C．低温下新材料中碳原子停止运动D．层间相邻碳原子间作用力表现为引力[答案]　D
[解析]　新材料由多层石墨烯叠加而成，可知结构规则的新材料为晶体，晶体具有固定的熔点，故A、B错误；由分子动理论可知，分子做永不停息的无规则运动，故C错误；层与层间距约为六边形边长的两倍，远大于分子间平衡距离，由分子力的特点可知，层间相邻碳原子间作用力表现为引力，故D正确。
2．比较45 ℃的热水和100 ℃的水蒸气，下列说法正确的是(　　)A．热水分子的平均动能比水蒸气的大B．热水的内能比相同质量的水蒸气的小C．热水分子的速率都比水蒸气的小D．热水分子的热运动比水蒸气的剧烈[答案]　B
[解析]　温度是分子热运动平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能越大，故热水分子的平均动能比水蒸气的小，A错误；相同质量45 ℃的热水与100 ℃的水蒸气相比，分子总动能小，而相邻两分子间的势能也小(在热水中分子间距约为r0，在水蒸气中分子间距远大于r0)，则分子总势能也较小，故热水的内能比相同质量的水蒸气的小，B正确；温度越高，分子热运动的平均速率越大，则45 ℃的热水中分子的平均速率比100 ℃的水蒸气中分子的平均速率小，由于分子运动是无规则的，故并不是每个分子的速率都小，C错误；温度越高，分子热运动越剧烈，D错误。
3．(2026·广东广州市检测)关于液体和固体的一些现象，下列说法正确的是(　　)A．图甲中水黾停在水面上是因为浮力作用B．图乙中石英晶体像玻璃一样，没有固定的熔点C．图丙中水银在玻璃上形成“圆珠状”的液滴说明水银不浸润玻璃D．图丁中组成晶体的微粒对称排列，形成很规则的几何空间点阵，因此表现为各向同性
[答案]　C[解析]　题图甲中水黾停在水面上是因为水的表面张力作用，A错误；题图乙中石英晶体有固定的熔点，而玻璃是非晶体，没有固定的熔点，B错误；题图丙中水银在玻璃上形成“圆珠状”的液滴说明水银不浸润玻璃，C正确；题图丁中组成晶体的微粒对称排列，形成很规则的几何空间点阵，因此表现为各向异性，D错误。
4．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，受到分子的撞击越少，作用力越小，炭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]　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，可以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；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；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；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。
5．如图所示，将两根材质不同、粗细也不同的细管插入水中。一根细管中水面明显高于水槽水面，形成凹液面；另一根细管中水面略低于水槽水面，形成凸液面。则(　　) A．两根细管中的液面不同是因为粗细差异导致的B．细管越细毛细现象越明显C．水浸润粗管D．出现凹液面是因为水的表面张力，与毛细现象和浸润、不浸润无关[答案]　B
[解析]　两根细管液面不同是因为浸润和不浸润以及表面张力导致的，不是粗细差异导致的，故A错误；细管越细，毛细现象(液面上升或下降)越明显，故B正确；形成凹液面的管是水浸润的，凸液面的管是水不浸润的，故水不浸润粗管，故C错误；凹液面与毛细现象、浸润有关，是表面张力等共同作用，故D错误。故选B。
6．(多选)若以V表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积，ρ表示在标准状态下水蒸气的密度，M表示水的摩尔质量，M0表示—个水分子的质量，V0表示一个水分子的体积，NA表示阿伏加德罗常数，则下列关系式中正确的是(　　)
7．(2026·江苏泰州市检测)通电雾化玻璃能满足玻璃的通透性和保护隐私的双重要求，被广泛应用于各领域。如图所示，通电雾化玻璃是将液体高分子晶膜固化在两片玻璃之间，未通电时，看起来像一块毛玻璃不透明；通电后，看起来像一块普通玻璃透明。可以判断一通电雾化玻璃中的液晶(　　)A．是液态的晶体B．具有光学性质的各向同性C．不通电时，入射光在液晶层发生了全反射，导致光线无法通过D．通电时，垂直玻璃入射的入射光在通过液晶层后按原有方向传播
[答案]　D[解析]　液晶是介于晶体和液体之间的中间状态，既具有液体流动性又具有晶体光学性质的各向异性，故A、B错误；不通电时，即在自然条件下，液晶层中的液晶分子无规则排列，入射光在液晶层发生了漫反射，穿过玻璃的光线少，所以像毛玻璃不透明。通电时，液晶分子迅速从无规则排列变为有规则排列，垂直玻璃入射的入射光在通过液晶层后按原方向传播，故C错误，D正确。
8．(2025·江苏卷·8题)一定质量的理想气体，体积保持不变。在甲、乙两个状态下，该气体分子速率分布图像如图所示。与状态甲相比，该气体在状态乙时(　　)A．分子的数密度较大B．分子间平均距离较小C．分子的平均动能较大D．单位时间内分子碰撞单位面积器壁的次数较少[答案]　C
[解析]　根据题意，一定质量的理想气体，甲乙两个状态下气体的体积相同，所以分子密度相同、分子的平均距离相同，故A、B错误；根据题图可知，乙状态下气体速率大的分子占比较多，则乙状态下气体温度较高，则平均动能大，故C正确；乙状态下气体平均速度大，密度相等，则单位时间内撞击容器壁次数较多，故D错误。故选C。
9．导热性良好的玻璃瓶内封闭一定质量的气体，从10 ℃的湖底缓慢移动至温度为14 ℃的湖面的过程中，下列说法正确的是(　　)A．所有气体分子速率均增大B．气体分子对玻璃瓶壁碰撞的平均撞击力增大C．单位时间内与单位面积玻璃瓶壁碰撞的分子数不变D．气体分子间的作用力增大[答案]　B
[解析]　从10 ℃的湖底缓慢移动至温度为14 ℃的湖面的过程中，所有气体分子的平均动能增大，气体分子的平均速率增大，并不是所有气体分子速率均增大，故A错误；环境温度缓慢升高，气体分子的平均动能增大，气体分子对玻璃瓶壁碰撞的平均撞击力增大，故B正确；由于分子数密度不变，气体分子的平均速率增大，单位时间内与单位面积玻璃瓶壁碰撞的分子数增多，故C错误；由于分子数密度不变，气体分子间的距离不变，分子间作用力不变，故D错误。故选B。
10．分子间势能由分子间距r决定。规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零，两分子间势能与分子间距r的关系如图所示。若一分子固定于原点O，另一分子从距O点无限远向O点运动。下列说法正确的是(　　) A．在两分子间距从无限远减小到r2的过程中，分子之间的作用力先增大后减小B．在两分子间距从无限远减小到r1的过程中，分子之间的作用力表现为引力C．在两分子间距等于r1处，分子之间的作用力等于0D．对于标准状况下的单分子理想气体，绝大部分分子的间距约为r2
[答案]　A[解析]　由题图可知，r2处分子势能最小，则r2处的分子间距为平衡距离r0，此处分子之间作用力等于0，所以在两分子间距从无限远减小到r2的过程中，分子之间的作用力表现为引力，先增大后减小，A正确，C错误；由于r1＜r0，所以在两分子间距从无限远减小到r1的过程中，分子间作用力先表现为引力再表现为斥力，B错误；对于标准状况下的单分子理想气体，绝大部分分子的间距约为10r2，D错误。
能力提升练11．(2026·吉林通榆一中月考)如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示。F＞0表示斥力，F＜0表示引力，A、B、C、D为x轴上四个特定的位置，现把乙分子从A处由静止释放，下列选项中的图像分别表示乙分子的速度、加速度、势能、动能与两分子间距离的关系，其中大致正确的是(　　)
[解析]　刚过C点时乙分子的运动方向不会发生变化，且分子在AC间应一直加速，故A错误；加速度与力的大小成正比，方向与力相同，在C点，乙分子的加速度等于0，故B正确；乙分子从A处由静止释放，分子力先是引力后是斥力，分子力先做正功，后做负功，则分子势能先减小后增大，在C点，分子势能最小，从选项C中可知，在A点静止释放乙分子时，分子势能为负，动能为0，乙分子的总能量为负，在以后的运动过程中乙分子的总能量不可能为正，而动能不可能小于0，则分子势能不可能大于0，所以选项C中不可能出现横轴上方那一部分，故C错误；分子动能不可能为负值，故D错误。
12．已知地球大气层的厚度h远小于地球半径R，空气平均摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，地面大气压强是由大气的重力产生的，大小为p0，重力加速度大小为g。由以上数据可估算(　　)
13．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－x0和x0处由静止释放，如图甲所示。其中B分子的速度v随位置x的变化关系如图乙所示。取无穷远处势能为零，下列说法正确的是(　　)A．A、B间距离为x1时分子力为零B．A、B间距离为2(x1－x0)时分子力为零