2022-2023年高考物理一轮复习 第13章第1讲分子动理论内能课件

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1.物体是由大量分子组成的(1)分子的大小①分子的直径(视为球模型)：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①1 ml的任何物质都含有相同的粒子数.通常可取NA＝ ml－1；②阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁.
2.分子永不停息地做无规则运动(1)扩散现象①定义： 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，而是由分子的无规则运动产生的物质迁移现象，温度 ，扩散现象越明显.(2)布朗运动①定义：悬浮在液体或气体中的 的无规则运动；②实质：布朗运动反映了 的无规则运动；③特点：颗粒越 ，运动越明显；温度越 ，运动越剧烈.
(3)热运动①分子的永不停息的 运动叫做热运动；②特点：分子的无规则运动和温度有关，温度越高，分子运动越激烈.
3.分子间同时存在引力和斥力(1)物质分子间存在空隙，分子间的引力和斥力是 存在的，实际表现出的分子力是引力和斥力的 ；(2)分子力随分子间距离变化的关系：分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而 ，随分子间距离的减小而 ，但斥力比引力变化得 ；(3)分子力与分子间距离的关系图线(如图1所示)由分子间的作用力与分子间距离的关系图线可知：①当r＝r0时，F引＝F斥，分子力为 ；②当r＞r0时，F引＞F斥，分子力表现为 ；③当r＜r0时，F引＜F斥，分子力表现为 ；④当分子间距离大于10r0(约为10－9 m)时，分子力很弱，可以忽略不计.
自测1　 (多选)关于分子力和分子势能，下列说法正确的是A.当分子力表现为引力时，分子之间只存在引力B.当分子间距离为r0时，分子之间引力和斥力均为零C.分子之间的斥力随分子间距离的减小而增大D.当分子间距离为r0时，分子势能最小
解析　分子力表现为引力时，分子之间的引力大于斥力，并非分子之间只存在引力，选项A错误；当分子间距离为r0时，分子之间引力和斥力相等，分子力为零，选项B错误；分子之间的斥力随分子间距离的减小而增大，选项C正确；当分子间距离为r0时，分子势能最小，选项D正确.
1.温度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.关系：T＝t＋273.15 K.3.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 .
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 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 和状态.
5.物体的内能(1)概念理解：物体中所有分子热运动的 和 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 和 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 ；(4)改变物体内能的两种方式： 和 .
自测2　 (多选)关于分子动理论和物体的内能，下列说法正确的是A.某种物体的温度为0 ℃，说明该物体中分子的平均动能为零B.物体的温度升高时，分子的平均动能一定增大，但内能不一定增大C.当分子间的距离增大时，分子间的引力和斥力都增大，但引力增大得更快， 所以分子力表现为引力D.两个铅块相互挤压后能紧连在一起，说明分子间有引力
解析　某种物体的温度是0 ℃，不是物体中分子的平均动能为零，故A错误；温度是分子平均动能的标志，故物体的温度升高时，分子的平均动能一定增大，内能的多少还与分子势能及物质的多少有关，所以内能不一定增大，故B正确；当分子间的距离增大时，分子间的引力和斥力均减小，斥力减小得快，故C错误；两个铅块相互挤压后能紧连在一起，说明分子间有引力，故D正确.
微观量估算的“两种建模方法”
1.求解分子直径时的两种模型(对于固体和液体)
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.(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
例1　 如图1是某教材封面的插图，它是通过扫描隧道显微镜拍下的照片：48个铁原子在铜的表面排列成圆圈，构成了“量子围栏”.为了估算铁原子直径，查到以下数据：铁的密度ρ＝7.8×103 kg/m3，摩尔质量M＝5.6×10－2 kg/ml，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 ml－1.若将铁原子简化为球体模型，铁原子直径的表达式D＝________，铁原子直径约为________ m(结果保留一位有效数字).
变式1　某一体积为V的密封容器，充入密度为ρ、摩尔质量为M的理想气体，阿伏加德罗常数为NA.则该容器中气体分子的总个数N＝________.现将这部分气体压缩成液体，体积变为V0，此时分子中心间的平均距离d＝________.(将液体分子视为立方体模型)
解析　气体的质量：m＝ρV
该部分气体压缩成液体，分子个数不变
拓展点　实验：用油膜法估测油酸分子的大小
1.实验原理实验采用使油酸在水面上形成一层单分子油膜的方法估测分子的大小.当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸就在水面上散开，其中的酒精溶于水，并很快挥发，在水面上形成如图2甲所示形状的一层纯油酸薄膜.如果算出一定体积的油酸在水面上形成的单分子油膜的面积，即可算出油酸分子的大小.用V表示一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积，用S表示单分子油膜的面积，用d表示分子的直径，如图乙所示，则d＝ .
2.实验器材盛水浅盘、注射器(或滴管)、容量瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉(或细石膏粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩笔.3.实验步骤(1)用稀酒精溶液及清水清洗浅盘，充分洗去油污、粉尘，以免给实验带来误差.(2)配制油酸酒精溶液，取纯油酸1 mL，注入500 mL的容量瓶中，然后向容量瓶内注入酒精，直到液面达到500 mL刻度线为止，摇动容量瓶，使油酸充分溶解在酒精中，这样就得到了500 mL含1 mL纯油酸的油酸酒精溶液.(3)用注射器(或滴管)将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并记下量筒内增加一定体积Vn时的滴数n.
(5)向浅盘里倒入约2 cm深的水，并将痱子粉或细石膏粉均匀地撒在水面上.(6)用注射器(或滴管)将一滴油酸酒精溶液滴在水面上.(7)待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，并将油酸膜的形状用彩笔画在玻璃板上.(8)将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S(求面积时以坐标纸上边长为1 cm的正方形为单位计算轮廓内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个).
(10)重复以上实验步骤，多测几次油酸薄膜的厚度，并求平均值，即为油酸分子直径的大小.
4.注意事项(1)注射器针头高出水面的高度应在1 cm之内，当针头靠水面很近(油酸未滴下之前)时，会发现针头下方的粉层已被排开，这是针头中酒精挥发所致，不影响实验效果.(2)待测油酸薄膜扩散后又会收缩，要在油酸薄膜的形状稳定后再画轮廓.扩散后又收缩有两个原因：①水面受油酸液滴冲击凹陷后又恢复；②酒精挥发后液面收缩.(3)当重做实验时，将水从浅盘的一侧边缘倒出，在这侧边缘会残留油酸，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦去，再用清水冲洗，这样做可保持浅盘的清洁.(4)本实验只要求估测分子的大小，实验结果的数量级符合要求即可.
例2　用油膜法估算分子大小的实验中，首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是_______________________________________________.实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积，可以________________________________________________________________________________________________.为得到油酸分子的直径，还需测量的物理量是___________________.
使油酸在浅盘的水面上容易
把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中，测出1 mL油酸酒精溶液的滴数，得到一滴溶液中纯油酸的体积
解析　实验前将油酸稀释，目的是使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜.可以用累积法测量多滴溶液的体积后计算得到一滴溶液中纯油酸的体积.油酸分子直径等于一滴溶液中纯油酸的体积与形成的单分子层油膜的面积之比，即d＝ ，故除测得一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积外，还需要测量单分子层油膜的面积.
变式2　在做“用油膜法估测分子的大小”实验时，先配制好浓度(单位体积溶液中含有纯油酸的体积)为η的油酸酒精溶液，并得到1滴油酸酒精溶液的体积为V，用注射器在撒有均匀痱子粉的水面上滴1滴油酸酒精溶液，在水面上形成油酸薄膜，待薄膜形状稳定后测量出它的面积为S.关于本实验，下列说法正确的是A.水面形成的油酸薄膜的体积为VB.撒痱子粉是为了便于确定油酸薄膜的轮廓
解析　1滴油酸酒精溶液的体积为V，则1滴溶液中纯油酸的体积为ηV，故水面上形成的油酸薄膜的体积为ηV，故A错误；撒痱子粉是为了便于确定油酸薄膜的轮廓，便于测量油膜的面积，故B正确；
变式3　在“用油膜法估测分子的大小”实验中，(1)(多选)该实验中的理想化假设是A.将油膜看成单分子层油膜B.不考虑各油酸分子间的间隙C.不考虑各油酸分子间的相互作用力D.将油酸分子看成球形
(2)实验中使用到油酸酒精溶液，其中酒精溶液的作用是A.可使油酸和痱子粉之间形成清晰的边界轮廓B.对油酸溶液起到稀释作用C.有助于测量一滴油酸的体积D.有助于油酸的颜色更透明便于识别
(3)某老师为本实验配制油酸酒精溶液，实验室配备的器材有：面积为0.22 m2的蒸发皿、滴管、量筒(50滴溶液滴入量筒体积约为1毫升)、纯油酸和无水酒精若干.已知分子直径数量级为10－10 m，则该老师配制的油酸酒精溶液浓度(油酸与油酸酒精溶液的体积比)至多为______‰(保留两位有效数字).
变式4　在“用油膜法估测分子的大小”的实验时，用注射器将一滴油酸酒精溶液滴入盛水的浅盘里，把玻璃板放在浅盘上并描画出油酸膜的轮廓，如图3.图中正方形小方格的边长为1 cm，该油酸膜的面积是________________________________ m2，若一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是7×10－6 mL，则油酸分子的直径是_________ m(计算结果保留1位有效数字).
1.16×10－2(1.14×10－2～1.18×10－2)
1.布朗运动(1)研究对象：悬浮在液体或气体中的小颗粒；(2)运动特点：无规则、永不停息；(3)相关因素：颗粒大小、温度；(4)物理意义：说明液体或气体分子做永不停息的无规则的热运动.2.扩散现象：相互接触的物体分子彼此进入对方的现象.产生原因：分子永不停息地做无规则运动.
3.扩散现象、布朗运动与热运动的比较
例3　(多选)下列选项正确的是A.液体温度越高，悬浮颗粒越小，布朗运动越剧烈B.布朗运动是指悬浮在液体或气体中固体颗粒的分子的无规则运动C.液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的D.扩散现象是由物质分子无规则运动产生的
解析　温度越高，分子热运动越剧烈，悬浮在液体中的颗粒越小，撞击越容易不平衡，则布朗运动就越显著，A正确；布朗运动是悬浮颗粒的无规则运动，不是分子的无规则运动，B错误；扩散现象是由物质分子无规则运动产生的，C错误，D正确.
变式5　(多选)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.布朗运动的激烈程度与温度有关，这说明分子运动的激烈程度与温度有关D.扩散现象在气体、液体和固体中都能发生
变式6　(多选)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4中两条曲线所示.下列说法正确的是A.图中两条曲线下的面积相等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
解析　根据图线的物理意义可知，曲线下的面积表示百分比的总和，所以图中两条曲线下的面积相等，选项A正确；温度是分子平均动能的标志，且温度越高，速率大的分子所占比例越大，所以图中实线对应于氧气分子平均动能较大的情形，虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形，选项B、C正确；根据曲线不能求出任意区间的氧气分子数目，选项D错误.
变式7　(多选)在没有外界影响的情况下，密闭容器内的理想气体静置足够长的时间后，该气体A.分子的无规则运动停息下来B.每个分子的速度大小均相等C.分子的平均动能保持不变D.分子的密集程度保持不变
解析　在没有外界影响的情况下，分子的无规则运动永不停息，分子的速率分布呈中间多两头少，不可能每个分子的速度大小均相等，选项A、B错误；根据温度是分子平均动能的标志可知，只要温度不变，分子的平均动能就保持不变，又由于体积不变，所以分子的密集程度保持不变，选项C、D正确.
1.分子力、分子势能与分子间距离的关系分子力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图5所示(取无穷远处分子势能Ep＝0).
(1)当r＞r0时，分子力表现为引力，当r增大时，分子力做负功，分子势能增加.(2)当r＜r0时，分子力表现为斥力，当r减小时，分子力做负功，分子势能增加.(3)当r＝r0时，分子势能最小.
2.内能和机械能的区别
例4　(多选)分子力F与分子间距离r的关系如图6所示，曲线与横轴交点的坐标为r0，两个相距较远(r1)的分子仅在分子力作用下由静止开始运动，直至不能再靠近.在此过程中，下列说法正确的是
A.r＝r0时，分子动能最大B.r＝r0时，分子势能最大C.r>r0阶段，F做正功，分子动能增加，分子势能减小D.r