高考物理总复习13.1分子动理论、内能课件PPT

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第十三章　热学(选修3-3)
第1节　分子动理论　内能
一、分子动理论的基本观点和实验依据、阿伏加德罗常数
二、温度是分子平均动能的标志　内能1.温度一切达到热平衡的系统都具有相同的 温度　。 2.两种温标摄氏温标和热力学温标。关系:T=t+273.15 K。3.分子的动能(1)分子动能是 分子热运动　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, 温度　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 总和。
4.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 相对位置　决定的能。 (2)分子势能的决定因素①微观上:决定于 分子间距离　和分子排列情况; ②宏观上:决定于 体积　和状态。 5.物体的内能(1)概念理解:物体中所有分子的热运动 分子动能　与 分子势能　的总和,是状态量; (2)决定因素:对于给定的物体,其内能大小由物体的 温度　和 体积　决定,即由物体内部状态决定; (3)影响因素:物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小 无关　。
(4)改变内能的方式
微观量的估算1.两种分子模型物质有固态、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
球体分子模型 立方体分子模型 气体分子模型
(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= 。提醒:对于气体,利用d= 得到的不是分子直径,而是气体分子间的平均距离。
2.微观量与宏观量间的关系微观量:分子体积V0、分子直径d、分子质量m0。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。
例1(2017·江苏卷)科学家可以运用无规则运动的规律来研究生物蛋白分子。资料显示,某种蛋白的摩尔质量为66 kg/ml,其分子可视为半径为3×10-9 m的球,已知阿伏加德罗常数为6.0×1023 ml-1。请估算该蛋白的密度。(计算结果保留一位有效数字)
答案:1×103 kg/m3或5×102 kg/m3
代入数据得ρ≈1×103 kg/m3(或ρ≈5×102 kg/m3,5×102~1×103 kg/m3都算对)
微观量的求解方法(1)分子的大小、分子体积、分子质量属微观量,直接测量它们的数值非常困难,可以借助较易测量的宏观量结合摩尔体积、摩尔质量等来估算这些微观量,其中阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁和纽带。(2)建立合适的物理模型,通常把固体、液体分子模拟为球形或立方体形。气体分子所占据的空间可模拟为立方体模型。
即学即练1.(多选)(2017·辽宁大连模拟)某气体的摩尔质量为M,摩尔体积为Vm,密度为ρ,每个分子的质量和体积分别为m和V0,则阿伏加德罗常数NA不可表示为(　　)
2.(多选)(2016·上海卷)某气体的摩尔质量为M,分子质量为m。若1 ml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)(　　)
3.(2017·山东垦利期中)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,地面大气压强为p0,重力加速度大小为g。由此可估算得,地球大气层空气分子总数为　　　　　,空气分子之间的平均距离为　　　　　。
布朗运动与分子热运动扩散现象、布朗运动与热运动的比较
例2(2016·北京卷)雾霾天气是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述,是特定气候条件与人类活动相互作用的结果。雾霾中,各种悬浮颗粒物形状不规则,但可视为密度相同、直径不同的球体,并用PM10、PM2.5分别表示球体直径小于或等于10 μm、2.5 μm的颗粒物(PM是颗粒物的英文缩写)。某科研机构对北京地区的检测结果表明,在静稳的雾霾天气中,近地面高度百米的范围内,PM10的浓度随高度的增加略有减小,大于PM10的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小,且两种浓度分布基本不随时间变化。
据此材料,以下叙述正确的是(　　)A.PM10表示直径小于或等于1.0×10-6 m的悬浮颗粒物B.PM10受到的空气分子作用力的合力始终大于其所受到的重力C.PM10和大悬浮颗粒物都在做布朗运动D.PM2.5的浓度随高度的增加逐渐增大
思维点拨对于信息题,不要过多注意题目的长度,一定要仔细阅读题文,从题文中找出相应的信息,布朗运动是悬浮微粒的无规则运动,不是分子的无规则运动,形成的原因是由于液体分子对悬浮微粒无规则撞击引起的,布朗运动既不是颗粒分子的运动,也不是液体分子的运动,而是液体分子无规则运动的反映。
1.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。2.布朗运动不是分子的运动,是液体分子无规则运动的反映。
即学即练4.(多选)我国已开展空气中PM2.5浓度的监测工作。PM2.5是指空气中直径等于或小于2.5 μm的悬浮颗粒物,其飘浮在空中做无规则运动,很难自然沉降到地面,吸入后对人体形成危害。矿物燃料燃烧的排放物是形成PM2.5的主要原因。下列关于PM2.5的说法正确的是 (　　)A.PM2.5的大小比空气中氧分子大得多B.PM2.5在空气中的运动属于分子热运动C.PM2.5的运动轨迹只是由大量空气分子对PM2.5无规则碰撞的不平衡决定的D.倡导低碳生活,减少煤和石油等燃料的使用,能有效减小PM2.5在空气中的浓度E.PM2.5必然有内能
5.(2017·河南郑州一中月考)下列关于布朗运动的说法,正确的是(　　)A.布朗运动是液体分子的无规则运动B.观察布朗运动会看到,悬浮的颗粒越小,温度越高,布朗运动越剧烈C.布朗运动是指悬浮在液体中的固体分子的无规则运动D.布朗运动说明了液体分子之间存在着相互作用力
6.(2017·江苏卷)图甲和图乙是某同学从资料中查到的两张记录水中炭粒运动位置连线的图片,记录炭粒位置的时间间隔均为30 s,两方格纸每格表示的长度相同。比较两张图片可知:若水温相同,　　　　(选填“甲”或“乙”)中炭粒的颗粒较大;若炭粒大小相同,　　　　(选填“甲”或“乙”)中水分子的热运动较剧烈。 
分子力、分子势能及物体的内能1.分子力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图线
2.物体的内能与机械能的比较
例3(多选)(2016·全国卷Ⅲ)关于气体的内能,下列说法正确的是(　　)A.质量和温度都相同的气体,内能一定相同B.气体温度不变,整体运动速度越大,其内能越大C.气体被压缩时,内能可能不变D.一定量的某种理想气体的内能只与温度有关E.一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中,内能一定增加
分析物体的内能问题应当明确四个要点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,温度相同的任何物体,分子的平均动能相同。
即学即练7.(2017·北京卷)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
8.(多选)(2017·山东烟台一模)关于物体的内能,下列说法正确的是(　　)A.物体的内能是指物体内所有分子的动能和势能的总和B.一定质量的0 ℃的水凝结为0 ℃的冰时,分子平均动能不变,分子势能减少C.通电时电阻发热,它的内能增加是通过“热传递”方式实现的D.温度高的物体一定比温度低的物体内能大E.一定质量的理想气体吸收热量,它的内能可能不变
9.(多选)(2017·全国卷Ⅰ)氧气分子在0 ℃和100 ℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示。下列说法正确的是(　　)A.图中两条曲线下面积相等B.图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形C.图中实线对应于氧气分子在100 ℃时的情形D.图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目E.与0 ℃时相比,100 ℃时氧气分子速率出现在0~400 m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大