2020高考物理第一轮复习 专题 分子动理论、气体学案 鲁科版
分子动理论、气体
【本讲教育信息】
一. 教学内容：
分子动理论、气体
本章的知识点：
（一）分子动理论
1、分子动理论的基本观点
（1）物体是由大量分子组成
①单分子油膜法测量分子直径
用单分子油膜法粗测油分子直径的步骤。
测出一滴油的体积V；将油滴滴在水面上形成单分子油膜；测出油膜的面积S；算出油膜的厚度，即为油分子的直径d＝。
②阿伏加德罗常数
阿伏加德罗常数的测量值NA＝6.02×1023mol-1。阿伏加德罗常数是联系微观物理量和宏观物理量的桥梁。此处所指微观物理量为：分子体积υ、分子的直径d、分子的质量m。宏观物理量为：物体的体积V、摩尔体积Vm、物质的质量M、摩尔质量Mm、物质的密度ρ。
计算分子的质量：
计算（固体、液体）分子的体积（或气体分子所占的空间）：
计算物质所含的分子数：
③分子大小的计算
对于固体和液体，分子的直径d＝
对于气体，分子间的平均距离d＝
（2）分子永不停息地做无规则运动——布朗运动
分子永不停息作无规则热运动的实验事实：扩散现象和布朗运动。扩散现象在说明分子都在不停地运动着的同时，还说明了分子之间有空隙。布朗运动是指悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，它间接地反映了液体分子的无规则运动。液体分子永不停息的无规则运动是产生布朗运动的原因。影响布朗运动激烈程度的因素：小颗粒的大小和液体的温度。能做明显的布朗运动的小颗粒都是很小的，一般数量级在10-6m，这种小颗粒肉眼是看不见的，必须借助于显微镜。
（3）分子间存在着相互作用力
分子间的引力和斥力同时存在，实际表现出来的分子力是它们的合力。
分子间的引力和斥力都随分子间的距离r的增大而减小，随分子间的距离r的减小而增大，但斥力的变化比引力快。
当r＝r0时，F引＝F斥，对外表现的分子力为0。其中r0为分子直径的数量级，约为10-10m。
当r
r0时，F引>F斥，对外表现的分子力F为引力。
当r>10r0时，可认为分子力F为0。
2、气体分子运动与压强
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①麦克斯韦速率分布规律：中间多，两头少
②气体压强的微观解释：容器中的气体分子在高速无规则运动时，容器壁受到分子的撞击更加剧烈。每个分子撞击容器壁产生的力是短暂的、不连续的，但容器壁受到大量分子频繁的撞击，就会受到一个稳定的压力，从而产生压强。气体分子的运动是无规则的，气体分子向各个方向运动的概率相同，对每个容器壁的撞击效果也相同，因此气体内部压强处处相等。气体温度升高时，高速率的气体分子数增多，整体上分子运动更加剧烈，分子使容器壁受到的撞击更加频繁，导致气体的压强增大。
3、温度与内能
①、分子的平均动能：温度是分子平均动能的标志。物体的温度越高，分子热运动越激烈，分子的平均动能就越大。
②、分子的势能：从宏观上看：分子的势能跟物体的体积有关。从微观上看：分子势能跟分子间的距离有关。
③、物体的内能：从宏观上看：物体内能的大小由物体的摩尔数、温度和体积三个因素决定。
从微观上看：物体内能的大小由组成物体的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定。
内能只与（给定）物体的温度和体积有关，与物体的运动速度以及相对位置无关。
（二）气体：
1、气体实验定律及其微观解释
①玻意耳定律（pv＝c）
气体的质量和温度一定，即分子总数和分子平均速率一定。气体的体积减小k倍，为原来体积的1/k，气体分子的密度就增大为原来的k倍，气体分子在单位时间内对单位面积器壁碰撞的次数就增大k倍，气体压强也就增大k倍。气体体积增大时，情况恰好相反。可见，气体压强与体积成反比。
②查理定律（p/t＝c）
气体的质量和体积一定，即分子总数和单位体积气体分子个数，即密度一定，温度升高，由压强的微观解释可知压强增大
③盖·吕萨克定律（v/t＝c）气体的质量、压强一定，为使气体压强保持不变，则体积增大，当v↑→n↓→n/δt·δs↓→p↓趋势，当体积增大到一定程度时，这两种倾向相互抵消，压强保持不变，使压强保持不变，则体积应减小。v↓→n↑→n/δt·δs↑→p↑趋势，当体积减小一定程度时，这两种倾向相互抵消，压强保持不变
2、饱和汽与湿度
（1）饱和汽
确切地理解“动态平衡”是掌握饱和汽的关键．密闭容器中同时存在着蒸发和液化两种过程．蒸发的快慢受液体温度的制约，液化的快慢受液面上汽的密度的制约．当每单位时间内从液体里逸出的分子数等于回到液体里的分子数、液面上方的汽的密度不再改变时，汽和液体之间就达到了“动态平衡”．设单位时间内从液体逸出的分子数平均为n；单位时间内返回液体的分子数平均为n′．当n′＝n时，汽液两相平衡，容器内液面位置不变；当n′＜n时，液体继续蒸发，液面下降，汽密度增大，此时汽是未饱和状态；当n′＞n时，汽体液化，液增加．从“动”的角度去认识一个现象。
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体会（i）对某种物质的饱和汽来说，对应一定的温度，它有一定的密度，也就是有一定的压强．（ii）在同一温度时，某物质的饱和汽的密度大于未饱和汽的密度．在密闭容器内，通常饱和汽是汽液共存的，而未饱和汽只以汽态单独存在．（iii）对于某种物质来说，它的饱和汽压是随着温度的升高因双重原因而增大（温度升高时，饱和汽密度增大，分子平均速率也增大，压强由于这双重原因而增大）．（iv）饱和汽压跟体积无关（因为它有液体作后备）．（v）不同种类的液体，其饱和汽压也有所不同，像乙醚，分子间内聚力小，容易蒸发，达到动态平衡时液面上的饱和汽密度较大，饱和汽压较大．
（2）湿度
①空气的干湿程度可用空气里含有水汽的密度来表示，让一定量的空气通过一段贮有吸收水汽的物质（如氯化钙）的管子，让该物质吸收水汽，由其前后质量差可知空气中含有的水汽密度．②、直接测定空气中的水汽密度比较麻烦，改用水汽的压强来表示干湿程度．由此引入绝对湿度．③、需要了解空气中的水汽离饱和状态的远近，引入相对湿度．④、直接测定空气中水汽的压强也是比较困难的，引入露点．⑤、介绍毛发湿度计和干湿泡湿度计．
【典型例题】
（一）物体是由大量分子组成的
例题1. 将1cm3的油酸溶于酒精，制成200cm3的油酸酒精溶液。已知1cm3有50滴，现取1滴油酸酒精溶液滴到水面上，随着酒精溶于水，油酸在水面上形成一单分子层，已测出这一薄层的面积为0.2m2，由此可测出油酸分子的直径为 。
解析：设1cm3溶液的滴数为N，则1滴油酸酒精溶液的体积为υ＝cm3。
由于取用的油酸酒精溶液的浓度为＝0.5%，故1滴溶液中油酸的体积为v0＝υ×0.5%＝×0.5%×10-6m3。
已知油酸薄层的面积为S＝0.2m2，所以油酸分子的直径为
d＝＝＝×0.5%×10-6＝×0.5%×10-6m＝5×10-10m
例题2. 已知水的密度ρ＝1.0×103kg /m3，水的摩尔质量M＝1.8×10-2kg /mol。
求：（1）1g水中含有多少水分子？
（2）水分子的质量是多少？
（3）估算水分子的直径。（保留两位有效数字）
解析：（1）N＝NA＝×6.02×1023＝3.3×1022个
（2）m’＝＝kg＝3.0×10-26kg
（3）∵υ＝＝πd3
∴d＝＝m＝3.9×10-10m
（二）分子永不停息地做无规则运动——布朗运动
例题3. 下面两种关于布朗运动的说法都是错误的，分析它们各错在哪里。
（1）大风天常常看到风沙弥漫、尘土飞扬，这就是布朗运动；
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（2）布朗运动是由于液体分子对固体小颗粒的撞击引起的，固体小颗粒的体积越大，液体分子对它的撞击越多，布朗运动就越显著。
解析：（1）能在液体或气体中布朗运动的微粒都是很小的，一般数量级在10-6m，这种微粒肉眼是看不到的，必须借助于显微镜。风天看到的尘土都是较大的颗粒，它们的运动不能称为布朗运动，它们的运动基本属于在气流的作用下的定向移动，而布朗运动是无规则运动。
（2）布朗运动的确是由于液体（或气体）分子对固体小颗粒的碰撞引起的，但只有在固体小颗粒很小时，各个方向的液体分子对它的碰撞不平衡才引起它做布朗运动。
（三）分子间存在着相互作用力
例题4. 两个分子从相距较远（分子力可忽略）开始靠近，直到不能再靠近的过程中（BCD）
A. 分子力先做负功后做正功
B. 分子力先做正功后做负功
C. 分子间的引力和斥力都增大
D. 两分子从r0处再靠近，斥力比引力增加得快
解析：分子力先是引力后是斥力，所以分子力先做正功或做负功。r减小时，分子间的引力和斥力都增大，但斥力比引力增大得快。
（四）气体的等温变化
例题5. 下列过程可能发生的是（ ）
A、气体的温度变化，但压强、体积保持不变
B、气体的温度、压强保持不变，而体积发生变化
C、气体的温度保持不变，而压强、体积发生变化
D、气体的温度、压强、体积都发生变化
答案：C、D
例题6. 一定质量的气体发生等温变化时，若体积增大为原来的n倍，则压强变为原来的__________倍。
A、2n B、n C、1/n D、2/n
答案：C
例题7. 在温度均匀的水池中，有一空气泡从池底缓缓地向上浮起，在其上浮的过程中，泡内气体（可看成理想气体）（ ）
A、内能减少，放出热量
B、内能增加，吸收热量
C、对外做功，同时吸热，内能不变
D、对外做的功等于吸收的热量
答案：C、D
例题8. 如图1所示，一定质量的气体由状态A变到状态B再变到状态C的过程，A、C两点在同一条双曲线上，则此变化过程中（ ）
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A、从A到B的过程温度升高
B、从B到C的过程温度升高
C、从A到C的过程温度先降低再升高
D、A、C两点的温度相等
答案：A、D
（五）气体的等容变化
例题9、下面图中描述一定质量的气体做等容变化的过程的图线是（ ）
答案：C、D
例题10. 一个密闭的钢管内装有空气，在温度为20℃时，压强为1atm，若温度上升到80℃，管内空气的压强为（ ）
A、4atm B、1atm/4 C、1.2atm D、5atm/6
答案：C
6、等压变化
例题11. 一定质量的理想气体在等压变化中体积增大了1/2，若气体原来温度为27℃，则温度的变化是（ ）
A、升高450K B、升高了150℃ C、升高了40.5℃ D、升高了450℃
答案：B
例题12. 如图2所示，是一定质量的气体从状态A经B到状态C的V—T图象，由图象可知（ ）
A、PA＞PB B、PC＜PB C、PA＞PC D、PC＞PB
答案：D
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