高考物理一轮复习第十三章热学第1课时分子动理论内能固体液体学案新人教版

第十三章  热学

　 　[定标——核心素养]　　　　　　　　　　　　　　　　　

[定位——主干知识]

1.分子动理论的基本观点和实验依据　2.阿伏加德罗常数

3．气体分子运动速率的统计分布  4.温度、内能

5．固体的微观结构、晶体和非晶体  6.液晶的微观结构

7．液体的表面张力现象  8.气体实验定律

9．理想气体  10.饱和蒸汽、未饱和蒸汽、饱和蒸汽压

11．相对湿度　 12.热力学第一定律　 13.能量守恒定律　 14.热力学第二定律

15．中学物理中涉及的国际单位制的基本单位和其他单位，例如摄氏度、标准大气压

16．实验：探究气体压强与体积的关系　17.实验：用油膜法估测油酸分子的大小

第1课时　分子动理论　内能　固体　液体

　　　　　　　　　　　　　　　　　必备知识(一)　微观量的估算

1．[固体分子的估算]

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/mol)，阿伏加德罗常数为NA。已知1克拉＝0.2克，则(　　)

A．a克拉钻石所含有的分子数为

B．a克拉钻石所含有的分子数为

C．每个钻石分子直径的表达式为 (单位为m)

D．每个钻石分子直径的表达式为 (单位为m)

解析：选A　a克拉钻石物质的量(摩尔数)为n＝，所含分子数为N＝nNA＝，选项A正确，B错误；钻石的摩尔体积V＝(单位为m3/mol)，每个钻石分子体积为V0＝＝，设钻石分子直径为d，则V0＝π3，联立解得d＝ (单位为m)，选项C、D错误。

2．[液体分子的估算]

(多选)已知阿伏加德罗常数为NA(mol－1)，某液体的摩尔质量为M(kg/mol)，该液体的密度为ρ(kg/m3)，则下列叙述中正确的是(　　)

A．1 kg该液体所含的分子个数是ρNA

B．1 kg该液体所含的分子个数是NA

C．该液体1个分子的质量是

D．该液体1个分子占有的空间是

解析：选BD　1 kg该液体的物质的量为，所含分子数目为：n＝NA·＝，故A错误，B正确；每个分子的质量为：m0＝＝，故C错误；每个分子所占体积为：V0＝＝，故D正确。

3．[气体分子的估算]

(多选)某气体的摩尔质量为M，分子质量为m。若1摩尔该气体的体积为Vm，密度为ρ，则该气体单位体积分子数为(阿伏加德罗常数为NA)(　　)

A.　　　　　　　　　 B.

C.   D.

解析：选ABC　1摩尔该气体的体积为Vm，则单位体积分子数为n＝，气体的摩尔质量为M，分子质量为m，则1 mol气体的分子数为NA＝，可得n＝，气体的密度为ρ，则1摩尔该气体的体积Vm＝，则有n＝，故D错误，A、B、C正确。

[系统归纳]

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＝ 。

(2)把分子看成小立方体，d＝。

[注意]　对于气体，利用d＝计算出的d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Vmol、物质的量n等。

(3)相互关系

①一个分子的质量：m0＝＝。

②一个分子的体积：V0＝＝

[注意]　对于气体，V0不是一个分子的体积，而是一个气体分子平均占有的空间体积。

③物体所含的分子数：N＝n·NA＝·NA＝·NA。

[注意]　阿伏加德罗常数是联系宏观量(摩尔质量Mmol、摩尔体积Vmol、密度ρ等)与微观量(分子直径d、分子质量m、分子体积V0等)的“桥梁”。如图所示。

　　　　　　　　　　　　　　　必备知识(二)　布朗运动与分子热运动

1．[扩散现象的理解]

(多选)关于扩散现象，下列说法正确的是(　　)

A．温度越高，扩散进行得越快

B．扩散现象是不同物质间的一种化学反应

C．扩散现象是由物质分子无规则运动产生的

D．扩散现象在气体、液体和固体中都能发生

解析：选ACD　扩散现象与温度有关，温度越高，扩散进行得越快，选项A正确。扩散现象是由于分子的无规则运动引起的，不是一种化学反应，选项B错误，C正确。扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，选项D正确。

2．[布朗运动的理解]

(多选)关于布朗运动，下列说法正确的是(　　)

A．布朗运动是液体中悬浮微粒的无规则运动

B．液体温度越高，液体中悬浮微粒的布朗运动越剧烈

C．在液体中的悬浮颗粒只要大于某一尺寸，都会发生布朗运动

D．液体中悬浮微粒的布朗运动是液体分子永不停息地做无规则运动

解析：选AB　布朗运动是液体中悬浮微粒的无规则运动，所以A正确；液体温度越高，分子热运动越剧烈，液体中悬浮微粒的布朗运动越剧烈，所以B正确；悬浮颗粒越大，惯性越大，碰撞时受到冲力越平衡，所以大颗粒不做布朗运动或布朗运动不明显，故C错误；布朗运动是悬浮在液体中微粒的无规则运动，不是液体分子的无规则运动，故D错误。

3．[分子热运动的理解]

以下关于热运动的说法正确的是(　　)

A．水流速度越大，水分子的热运动越剧烈

B．水凝结成冰后，水分子的热运动停止

C．水的温度越高，水分子的热运动越剧烈

D．水的温度升高，每一个水分子的运动速率都会增大

解析：选C　水流的速度是机械运动的速度，不同于水分子无规则热运动的速度，A项错误；分子永不停息地做无规则运动，B项错误；温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的热运动越剧烈，故C项正确；水的温度升高，水分子的平均动能增大，即水分子的平均运动速率增大，但不是每一个水分子的运动速率都增大，D项错误。

[系统归纳]

扩散现象、布朗运动与热运动的比较

必备知识(三)　分子力、分子势能与物体的内能　

1．[对分子力的理解]

(多选)关于分子间的作用力，下列说法正确的是(　　)

A．分子之间的斥力和引力同时存在

B．分子之间的引力随分子间距离的增大而增大，斥力则减小，所以在大于平衡距离时，分子力表现为引力

C．分子之间的距离减小时，分子力一直做正功

D．分子之间的距离增大时，分子势能可能增加

2．[分子力与分子势能的综合问题]

(2020·全国卷Ⅰ)分子间作用力F与分子间距r的关系如图所示，r＝r1时，F＝0。分子间势能由r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O，另一分子从距O点很远处向O点运动，在两分子间距减小到r2的过程中，势能________(填“减小”“不变”或“增大”)；在间距由r2减小到r1的过程中，势能________(填“减小”“不变”或“增大”)；在间距等于r1处，势能________(填“大于”“等于”或“小于”)零。

[系统归纳]

　　分子力及分子势能的比较

3.[对物体内能的理解]

(2018·全国卷Ⅱ)(多选)对于实际的气体，下列说法正确的是(　　)

A．气体的内能包括气体分子的重力势能

B．气体的内能包括气体分子之间相互作用的势能

C．气体的内能包括气体整体运动的动能

D．气体的体积变化时，其内能可能不变

E．气体的内能包括气体分子热运动的动能

　　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物质的量、温度、体积。

(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，分子的平均动能均相同。　

4．[内能与机械能的关系]

下列有关热现象和内能的说法中正确的是(　　)

A．把物体缓慢举高，其机械能增加，内能增加

B．盛有气体的容器做加速运动时，容器中气体的内能必定会随之增大

C．电流通过电阻后电阻发热，它的内能增加是通过“做功”方式实现的

D．分子间引力和斥力相等时，分子势能最大

　　内能和机械能的对比

[精解详析]

1．选AD　分子间既存在引力，也存在斥力，引力和斥力都随分子间距离的减小而增大，随分子间距离的增大而减小，只是斥力变化的快，所以当分子间距离大于r0时分子力表现为引力，小于r0时表现为斥力，故A正确、B错误；当分子力表现为引力，相互靠近时分子力做正功，当分子力表现为斥力，相互靠近时分子力做负功，故C错误；当分子力表现为引力，分子之间的距离增大时分子力做负功，分子势能增加，故D正确。

2．解析：若一分子固定于原点O，另一分子从距O点很远处向O点运动，在两分子间距减小到r2的过程中，分子力做正功，势能减小；在间距由r2减小到r1的过程中，分子力仍做正功，势能减小；在间距为r1处，势能小于零。

答案：减小　减小　小于

3．选BDE　气体分子的重力势能和气体整体运动的动能都属于机械能，不是气体的内能，故A、C错误；实际气体的内能包括气体的分子动能和分子势能两部分，故B、E正确；气体体积变化时，分子势能发生变化，气体温度也可能发生变化，则分子势能与分子动能之和可能不变，故D正确。

4．选C　把物体缓慢举高，外力做功，其机械能增加，由于温度不变，物体内能不变，选项A错误；物体的内能与物体做什么性质的运动没有直接关系，选项B错误；电流通过电阻后电阻发热，是通过电流“做功”的方式改变电阻内能的，选项C正确；根据分子间作用力的特点，当分子间距离等于r0时，引力和斥力相等，不管分子间距离从r0增大还是减小，分子间作用力都做负功，分子势能都增大，故分子间距离等于r0时分子势能最小，选项D错误。

　　　　　　必备知识(四)　固体和液体　　　　　　　　　　　　

1．[晶体与非晶体的理解]

(多选)下列说法正确的是(　　)

A．将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是非晶体

B．固体可以分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上有不同的光学性质

C．由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体

D．在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体

2．[液晶的特点]

(2021·武汉模拟)(多选)关于液晶，下列说法中正确的是(　　)

A．液晶不是液体和晶体的混合物

B．液晶的光学性质与某些晶体相似，具有各向异性

C．电子手表中的液晶在外加电压的影响下，能够发光

D．笔记本电脑的彩色显示器，是因为在液晶中掺入了少量多色性染料，液晶中电场强度不同时，它对不同色光的吸收强度不一样，所以显示出各种颜色

[系统归纳]

　　晶体与非晶体的对比

(1)要判断一种物质是晶体还是非晶体，关键是看有无确定的熔点，有确定熔点的是晶体，无确定熔点的是非晶体。

(2)几何外形是指自然生成的形状，若形状规则，是单晶体；若形状不规则，有两种可能，即为多晶体或非晶体，凭此一项不能最终确定物质是否为晶体。

(3)从导电、导热等物理性质来看，物理性质各向异性的是单晶体，各向同性的可能是多晶体，也可能是非晶体。

3.[液体性质的理解]

(多选)下列说法正确的是(　　)

A．把一枚针轻放在水面上，它会浮在水面上。这是由于水表面存在表面张力的缘故

B．在处于失重状态的宇宙飞船中，一大滴水银会成球状，是因为液体内分子间有相互吸引力

C．将玻璃管道裂口放在火上烧，它的尖端就变圆，是因为熔化的玻璃在表面张力的作用下，表面要收缩到最小的缘故

D．漂浮在热菜汤表面上的油滴，从上面观察是圆形的，是因为油滴液体呈各向同性的缘故

　　液体表面张力的理解

[精解详析]

1．选BCD　将一晶体敲碎后，得到的小颗粒仍是晶体，故选项A错误。单晶体具有各向异性，有些单晶体沿不同方向上的光学性质不同，故选项B正确。例如金刚石和石墨由同种元素构成，但由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体，故选项C正确。晶体与非晶体在一定条件下可以相互转化，如天然水晶是晶体，熔融过的水晶(即石英玻璃)是非晶体，也有些非晶体在一定条件下可转化为晶体，故选项D正确。

2．选ABD　液晶并不是指液体和晶体的混合物，是一种特殊的物质，液晶像液体一样具有流动性，液晶的光学性质与某些晶体相似，具有各向异性，故A、B正确；当液晶通电时导通，排列变得有秩序，使光线容易通过，不通电时排列混乱，阻止光线通过，所以液晶的光学性质随外加电压的变化而变化，液晶并不发光，故C错误；笔记本电脑的彩色显示器，是因为在液晶中掺入了少量多色性染料，液晶中电场强度不同时，它对不同色光的吸收强度不一样，所以显示出各种颜色，D正确。

3．选AC　水的表面张力托起针，A正确；B、D两项也是表面张力原因，故B、D均错误，C项正确。