- 2021-05-22 发布 |
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文档介绍
【物理】2019届一轮复习人教版 分子动理论 内能 学案
第章 热学 [全国卷三年考点考情] 说明:(1)知道国际单位制中规定的单位符号. (2)要求会正确使用温度计. 第一节 分子动理论 内能 (对应学生用书第225页) [教材知识速填] 知识点1 分子动理论的基本内容 1.物体是由大量分子组成的 (1)分子很小:①直径数量级为10-10 m. ②质量数量级为10-27~10-26 kg. (2)分子数目特别大:阿伏加德罗常数NA=6.02×1023 mol-1. 2.分子热运动 (1)扩散现象:由于分子的无规则运动而产生的物质迁移现象.温度越高,扩散越快. (2)布朗运动:①永不停息、无规则运动; ②颗粒越小,运动越明显; ③温度越高,运动越剧烈; ④运动轨迹不确定,只能用位置连线确定微粒做无规则运动. (3)热运动:物体里的分子永不停息地做无规则运动,这种运动跟温度有关(选填“有关”或“无关”),通常称作热运动. 3.分子间的相互作用力 (1)分子间同时存在相互作用的引力和斥力.实际表现出的分子力是引力和斥力的合力. (2)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;斥力比引力变化快. (3)分子力F与分子间距离r的关系(r0的数量级为10-10m). 距离 分子力F Fr图象 r=r0 F引=F斥 F=0 r<r0 F引<F斥 F为斥力 r>r0 F引>F斥 F为引力 r>10r0 F引=F斥=0 F=0 易错判断 (1)布朗运动是液体分子的无规则运动.(×) (2)温度越高,布朗运动越剧烈.(√) (3)分子间的引力和斥力都随分子间距的增大而增大.(×) 知识点2 温度和物体的内能 1.温度 两个系统处于热平衡时,它们具有某个“共同的热学性质”,我们把表征这一“共同热学性质”的物理量定义为温度.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.分子的动能和平均动能 (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:微观上——决定于分子间距离和分子排列情况;宏观上——决定于体积和状态. 5.物体的内能 (1)等于物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和,是状态量; (2)对于给定的物体,其内能大小由物体的温度和体积决定; (3)物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关. 易错判断 (1)-33 ℃=240 K.(√) (2)分子动能指的是由于分子定向移动具有的能.(×) (3)当分子力表现为引力时,分子势能随分子间距离的增大而增大.(√) 知识点3 实验:用油膜法估算分子的大小 1.实验原理 利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜(如图1311所示),将油酸分子看作球形,测出一定体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积,用d=计算出油膜的厚度,其中V为一滴油酸溶液中纯油酸的体积,S为油膜面积.这个厚度就近似等于油酸分子的直径. 图1311 2.实验器材 已稀释的油酸若干毫升、量筒1个、浅盘1只(30 cm×40 cm)、纯净水、注射器(或滴管)1支、透明玻璃板一块、坐标纸、彩色水笔1支、痱子粉或石膏粉(带纱网或粉扑). 3.实验步骤 (1)取1 mL(1 cm3)的油酸溶于酒精中,制成200 mL的油酸酒精溶液. (2)往边长约为30~40 cm的浅盘中倒入约2 cm深的水,然后将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上. (3)用滴管(或注射器)向量筒中滴入n滴配制好的油酸酒精溶液,使这些溶液的体积恰好为1 mL,算出每滴油酸酒精溶液的体积V0=mL. (4)用滴管(或注射器)向水面上滴入一滴配制好的油酸酒精溶液,油酸就在水面上慢慢散开,形成单分子油膜. (5)待油酸薄膜形状稳定后,将一块较大的玻璃板盖在浅盘上,用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上. (6)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. (7)根据油酸酒精溶液的浓度,算出一滴溶液中纯油酸的体积V,根据纯油酸的体积V和薄膜的面积S,算出油酸薄膜的厚度d=,即为油酸分子的直径.比较算出的分子直径,看其数量级(单位为m)是否为10-10,若不是10-10需重做实验. 易错判断 (1)油酸酒精溶液配制后,要尽快使用.(√) (2)用油膜法测分子直径的方法,把酒精撒在水面上只要实验方法得当就可以测出酒精分子的直径.(×) (3)公式d=中的“V”是纯油酸的体积.(√) (对应学生用书第227页) 微观量的估算 1.分子的两种模型: 图1312 (1)球体模型直径d=.(常用于固体和液体) (2)立方体模型边长d=.(常用于气体) 对于气体分子,d=的值并非气体分子的大小,而是两个相邻的气体分子之间的平均距离. 2.宏观量与微观量的转换 (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Vmol、物体的质量m、摩尔质量Mmol、物体的密度ρ. (3)转换桥梁: (4)关系: ①分子的质量:m0=. ②分子的体积:V0=(估算固体、液体分子的体积或气体分子平均占有的空间). ③1 mol物质的体积:Vmol=. ④质量为M的物体中所含的分子数:n=NA. ⑤体积为V的物体中所含的分子数:n=NA. [多维探究] 考向1 气体微观量的估算 1.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表示一个水分子的质量,V0表示一个水分子的体积,NA表示阿伏加德罗常数,则下列关系式正确的是( ) A.V= B.V0= C.M0= D.ρ= E.NA= ACE [因ρ表示在标准状态下水蒸气的密度,M表示水的摩尔质量,则在标准状态下水蒸气的摩尔体积为V=,选项A正确;表示一个水分子运动占据的空间,不等于一个水分子的体积,选项B错误;一个水分子的质量为:M0=,选项C正确;表示水的密度,选项D错误;ρV是水的摩尔质量,则阿伏加德罗常数可表示为:NA=,选项E正确.] 2.(2018·大连模拟)某气体的摩尔质量为Mmol,摩尔体积为Vmol,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( ) A.NA= B.NA= C.NA= D.NA= E.NA= BDE [由摩尔质量的意义知,阿伏加德罗常数NA=,A正确,E错误;又因Mmol=ρVmol,故C正确;因为气体分子间隙较大,B、D错误;本题选不可表示的,故选B、D、E.] [反思总结] (1)微观量的估算应利用阿伏加德罗常数的桥梁作用,依据分子数N与摩尔数n之间的关系N=n·NA,并结合密度公式进行分析计算. (2)注意建立正方体分子模型或球体分子模型. (3)对液体、固体物质可忽略分子之间的间隙;对气体物质,分子之间的距离远大于分子的大小,气体的摩尔体积与阿伏加德罗常数的比值不等于气体分子的体积,仅表示一个气体分子平均占据的空间大小. 考向2 液体、固体微观量的估算 3.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克拉钻石物质的量为 B.a克拉钻石所含有的分子数为 C.a克拉钻石所含有的分子数为 D.每个钻石分子直径的表达式为(单位为m) E.每个钻石分子直径的表达式为(单位为m) ACD [a克拉钻石物质的量为n=,A对,所含分子数为n=,C对,钻石的摩尔体积为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),D对.] 布朗运动与分子热运动 两种运动的比较 布朗运动 热运动 活动主体 固体小颗粒 分子 区别 是固体小颗粒的运动,是比分子大得多的分子团的运动,较大的颗粒不做布朗运动,但它本身的以及周围的分子仍在做热运动 是指分子的运动,分子不论大小都做热运动,热运动不能通过光学显微镜直接观察到 共同点 都是永不停息的无规则运动,都随温度的升高而变得更加激烈,都是肉眼所不能看见的 联系 布朗运动是由于小颗粒受到周围分子做热运动的撞击力而引起的,它是分子做无规则运动的反映 [题组通关] 1.(2018·郑州模拟)下列关于布朗运动和扩散现象的说法中错误的是( ) A.布朗运动就是液体分子的扩散现象 B.布朗运动和扩散现象都是分子的无规则运动 C.布朗运动和扩散现象都是温度越高越明显 D.布朗运动和扩散现象都能在固体、液体和气体中发生 E.布朗运动和扩散现象都能说明物质分子的运动是无规则的 ABD [布朗运动是悬浮微粒的无规则运动,不是液体分子的扩散,故A错误;扩散现象是分子的无规则运动,而布朗运动只是分子无规则运动的一种反映,故B错误;布朗运动和扩散现象都与温度有关,温度越高越明显,故C正确;布朗运动只能在气体和液体中发生,不能在固体中发生,故D错误;布朗运动和扩散现象都能说明物质分子的运动是无规则的,E正确.] 2.(2018·保定期末)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的说法中正确的是( ) A.PM2.5的尺寸与空气中氧分子的尺寸的数量级相当 B.PM2.5在空气中的运动不属于分子热运动 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 BDE [PM2.5的尺寸比空气中氧分子的尺寸大得多,A错误;PM2.5在空气中的运动不属于分子热运动,B正确;PM2.5的运动轨迹是由大量空气分子对PM2.5无规则碰撞的不平衡和气流的运动决定的,C错误;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,PM2.5必然有内能,D、E正确.] 根据分子动理论,下列说法正确的是( ) A.水和酒精混合后的体积小于原来体积之和,说明分子间存在引力 B.在一定条件下,可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素 C.一个气体分子的体积等于气体的摩尔体积与阿伏加德罗常数之比 D.分子势能随着分子间距离的增大,可能先减小后增大 E.墨水中小炭粒在不停地做无规则运动,反映液体分子在做无规则运动 BDE [水和酒精混合后的体积小于原来体积之和,说明分子间存在空隙,选项A错误;根据扩散现象的应用知,选项B正确;气体分子间的距离比较大,一个气体分子的体积远小于气体的摩尔体积与阿伏加德罗常数之比,选项C错误;如果一开始分子间的距离小于r0,随着分子间距离的增大,分子的斥力做正功,分子势能减小,当分子间距大于r0后,分子引力做负功,分子势能增大,选项D正确;由布朗运动的原理知,选项E正确.] 分子力、分子势能和物体的内能 1.分子力、分子势能与分子间距离r的关系 图1313 (1)当r>r0时,分子力为引力,若r增大,分子力做负功,分子势能增加. (2)当r<r0时,分子力为斥力,若r减小,分子力做负功,分子势能增加. (3)当r=r0时,分子势能最小. 2.物体的内能与机械能的比较 内能 机械能 定义 物体中所有分子热运动动能与分子势能的总和 物体的动能、重力势能和弹性势能的统称 决定因素 与物体的温度、体积、物态和分子数有关 跟宏观运动状态、参考系和零势能点的选取有关 量值 任何物体都有内能 可以为零 测量 无法测量 可测量 本质 微观分子的运动和相互作用的结果 宏观物体的运动和相互作用的结果 运动形式 热运动 机械运动 联系 在一定条件下可以相互转化,能的总量守恒 3. 分析物体内能问题的技巧 (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,相同温度的任何物体,分子的平均动能相同. [题组通关] 3.以下说法中正确的是( ) A.物体运动的速度越大,其内能越大 B.分子的热运动是指物体内部分子的无规则运动 C.微粒的布朗运动的无规则性,反映了液体内分子运动的无规则性 D.若外界对物体做正功,同时物体从外界吸收热量,则物体的内能必增加 E.温度低的物体,其内能一定比温度高的物体小 BCD [内能与物体的速度无关,故A错误;温度低的物体,分子平均动能小,内能不一定小,故E错误.] 4.(2018·济宁模拟)将一个分子P固定在O点,另一分子Q放在图中的A点,两分子之间的作用力与其间距的关系图线如图1314所示,虚线1表示分子间相互作用的斥力,虚线2表示分子间相互作用的引力,实线3表示分子间相互作用的合力.如果将分子Q从A点无初速度释放,分子Q仅在分子力的作用下始终沿水平方向向左运动.则下列说法正确的是( ) 图1314 A.分子Q由A点运动到C点的过程中,先加速再减速 B.分子Q在C点的分子势能最小 C.分子Q在C点的加速度大小为零 D.分子Q由A点释放后运动到C点左侧的过程中,加速度先增大后减小再增大 E.该图能表示固、液、气三种状态下分子力的变化规律 BCD [C点为斥力和引力相等的位置,C点的右侧分子间作用力的合力表现为引力,C点的左侧分子间作用力的合力表现为斥力,因此分子Q 由A点运动到C点的过程中,分子Q一直做加速运动,分子的动能一直增大,分子势能一直减小,当分子Q运动到C点左侧时,分子Q做减速运动,分子动能减小,分子势能增大,即分子Q在C点的分子势能最小,A错误,B正确;C点为分子引力等于分子斥力的位置,即分子间作用力的合力为零,则分子Q在C点的加速度大小为零,C正确;分子Q由A点释放后运动到C点左侧的过程中,由题图可知分子间作用力的合力先增大后减小再增大,则由牛顿第二定律可知加速度先增大后减小再增大,D正确;气体分子间距较大,分子间作用力很弱,不能用此图表示气体分子间作用力的变化规律,E错误.] (2017·汕头模拟)如图所示是分子间引力或斥力大小随分子间距离变化的图象,由此可知( ) A.ab表示引力图线 B.cd表示引力图线 C.当分子间距离r等于两图线交点e的横坐标时,分子力一定为零 D.当分子间距离r等于两图线交点e的横坐标时,分子势能一定最小 E.当分子间距离r等于两图线交点e的横坐标时,分子势能一定为零 ACD [在Fr图象中,随r增大,斥力变化快,所以ab为引力图线,A对,B错;两图象相交点e为分子所受的引力和斥力大小相等,即分子受力平衡位置,分子力为0,分子势能最小,但不一定为0,故C、D对,E错.] [反思总结] 判断分子势能变化的方法 (1)利用分子力做功判断.分子力做正功,分子势能减小;分子力做负功,分子势能增加. (2)利用分子势能Ep与分子间距离r的关系图线判断.但要注意此图线和分子力与分子间距离的关系图线的形状虽然相似,但意义不同,不要混淆. 实验:用油膜法估测分子的大小 [母题] 在“用油膜法估测分子的大小”实验中,现有按体积比为n∶m配制好的油酸酒精溶液置于容器中, 还有一个盛有约2 cm深水的浅盘,一支滴管,一个量筒. 请补充下述估测分子大小的实验步骤: (1)__________________________________________ (需测量的物理量自己用字母表示). (2)用滴管将一滴油酸酒精溶液滴入浅盘,等油酸薄膜稳定后,将薄膜轮廓描绘在坐标纸上,如图1315所示.(已知坐标纸上每个小方格面积为S,求油膜面积时,半个以上方格面积记为S,不足半个舍去)则油膜面积为________. 图1315 (3)估算油酸分子直径的表达式为d=________. [解析](1)用滴管向量筒内加注N滴油酸酒精溶液,读其体积V. (2)利用补偿法,可查得面积为115S. (3)1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为V′=×,油膜面积S′=115S,由d=,得d=. [答案](1)用滴管向量筒内加注N滴油酸酒精溶液,读其体积V (2)115S (3)(N滴油酸溶液的体积V) [母题迁移] (2018·石家庄模拟)在“用油膜法估测分子大小”的实验中,已知油酸的摩尔质量M=0.3 kg·mol-1,密度ρ=0.9×103 kg·m-3,则油酸的分子直径约为________m.将2 cm3的油酸溶于酒精,制成400 cm3的油酸酒精溶液,已知2 cm3溶液有100滴,则1滴油酸酒精溶液滴到水面上,随着酒精溶于水,油酸在水面上形成的最大面积约为________m2.(取NA=6×1023mol-1,结果保留一位有效数字) [解析] 油酸的摩尔体积Vmol=,一个油酸分子的体积V=,已知V=π3,油酸的分子直径D=,代入数值解得D≈1×10-9m,1滴油酸酒精溶液中含有的油酸体积V1=× cm3=1×10-10m3,最大面积S=,解得S=0.1 m2. [答案] 1×10-9 0.1 [反思总结] “用油膜法估测分子大小”的三点注意 (1)油酸酒精溶液的浓度以小于为宜. (2)水面内撒痱子粉应均匀、不宜过厚. (3)油膜面积用“数格子”方法确定,不足半格的舍去,多于半格的记为一个.查看更多