高考物理总复习 第46讲 分子动理论物体的内能讲义

第46讲分子动理论物体的内能考查内容考纲要求考查年份考查详情能力要求分子动理论的基本观点阿伏加德罗常数Ⅰ14年T12A(3)—计算，考查应用阿伏加德罗常数求气体在某状态时气体的分子数应用数学处理物理问题17年T12A(3)—计算，考查应用阿伏加德罗常数求某物质分子密度应用数学处理物理问题布朗运动,Ⅰ,17年,T12A(2)－填空，考查影响布朗运动的因素,理解温度内能,Ⅰ,14年,T12A(1)—选择，考查内能与温度、体积的关系．T12A(2)填空，考查分子平均动能与温度的关系,分析综合15年,T12A(2)—填空，考查内能的决定因素,分析综合弱项清单,有关阿伏加德罗常数的计算，公式记不住，计算错误，有效数字表达不清．知识整合一、分子动理论的基本观点1．物体是由大量分子组成的(1)分子直径很小，如油酸分子直径的数量级是______m.(2)阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数是联系宏观量与微观量的桥梁.1 mol的任何物质都含有相同的粒子数，这个数值通常取N A＝________mol－1.2．分子的热运动一切物质的分子都在做永不停息地无规则运动，两个实例：(1)扩散现象相互接触的物体彼此________对方的现象，称扩散现象．温度越高，扩散越________．(2)布朗运动①悬浮在液体或气体中的微粒的无规则运动，叫做________，肉眼难以观察，需要借助高倍显微镜．②布朗运动的成因：当微粒足够小时，由于液体或气体分子________________，不断地撞击微粒，来自各个方向的分子对微粒撞击的不平衡性引起了微粒的无规则运动．③布朗运动的意义：微粒的布朗运动并不是分子的运动，但却是分子无规则运动的反映．④布朗运动剧烈程度的影响因素：微粒越小，布朗运动越________；温度越高，布朗运动越________．(3)热运动扩散现象、布朗运动都与温度有关，说明分子的无规则运动与温度有关，温度越高，分子的无规则运动越________．所以，我们把分子永不停息地无规则运动叫作热运动．3．分子间的作用力(1)分子间同时存在相互作用的________和________，实际表现出的分子力是引力和斥力的________．(2)特点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________，但斥力比引力变化的________．二、温度(T或t)1．两种意义：宏观上表示物体的____________；微观上标志物体内分子热运动的______________．它是物体分子____________的标志．2．两种温标摄氏温标t：单位℃.在1个标准大气压下，水的冰点作为________，沸点作为________．热力学温标T：单位K.把________作为0 K．绝对零度(0 K)是________的极限，只能接近不能达到．两种温标的关系：T＝t＋273.15(K)．三、内能1．分子平均动能(1)定义：所有分子的________的平均值．(2)________是分子平均动能的标志．________越高，分子平均动能越大． 2．分子势能定义：由分子间的相互作用和________决定的能量叫做分子势能． 3．物体的内能(1)定义：物体内所有分子的____________的总和叫物体的内能．(2)决定因素：物体的内能取决于物体的____________和____________．方法技巧考点1 利用阿伏加德罗常数建立微观量和宏观量的关联阿伏加德罗常数把摩尔质量、摩尔体积这些宏观物理量与分子质量、分子体积等微观量联系起来．例如：一物体的质量为m ，体积为V ，密度为ρ.摩尔质量为M ，摩尔体积为V mol ，摩尔数为n ，阿伏加德罗常数为N A .分子的体积为V 0，直径为d.1．分子质量的估算方法分子质量m 0＝M N A ＝ρV AN A.2．分子体积(分子所占空间)的估算方法 分子体积：V 0＝V mol N A ＝MρN A(适用于固体、液体)对于气体：V 0＝V mol N A ＝MρN A 为每个气体分子所占有的空间．3．分子直径的估算方法处理问题时，对固体和液体通常以球形分子模型为主．球体模型：分子直径d ＝36V 0π＝36V molπN A立方体模型：分子直径d ＝3V 0＝3V molN A对于气体，分子间距离比较大，处理方法是建立立方体模型处理．则可算出气体两分子之间的平均距离d ＝3V 0＝3V molN A.4．物质所含的分子数N ＝n·N A ＝m M N A ＝VV molN A .【典型例题1】 (17年徐连宿三模)成年人在正常状态下1分钟呼吸18次，每次吸入的空气约为500 mL ，空气中氧气的含量约为21%，氧气的密度约为1.4 kg /m 3、摩尔质量为3.2×10－2kg /mol ，阿伏加德罗常数N A 取6.0×1023 mol －1.求一个成年人在一昼夜的时间内：(结果均保留一位有效数字)(1)吸入氧气的质量． (2)吸入氧气的分子数． 1.(17年江苏高考)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 /mol ，其分子可视为半径为3×10－9m 的球，已知阿伏伽德罗常数为 6.0×1023 mol －1.请估算该蛋白的密度．(计算结果保留一位有效数字)【学习建议】 本题主要考查阿伏加德罗常数，摩尔质量、摩尔体积等物理量间的关系，记得公式，用心计算，注意有效数字的要求即可．考点2 布朗运动1．产生条件：悬浮在液体或气体中足够小的微粒(微粒不是分子) 2．影响快慢因素：微粒的大小和温度的高低．3．微观解释：布朗运动的成因是液体分子对微粒的无规则碰撞引起的．4．折线图样：通过显微镜观察微粒的运动，每隔一段时间把微粒的位置记录下来，然后用直线把这些位置按时间顺序依次连线，就形成了折线图样．折线不是微粒的运动轨迹，运动微粒位置连线的无规则性，反映了微粒做布朗运动的无规则性．【典型例题2】 关于布朗运动，以下说法正确的是( )A ．布朗运动反映了悬浮小颗粒内部分子在不停地做无规则的热运动，因此布朗运动就是分子运动B ．温度越高，扩散现象和布朗运动都越剧烈C．灰尘在阳光照射下飞舞就是布朗运动D．布朗运动的折线图样说明了微粒运动轨迹的杂乱无章考点3 分子间的作用力分子间的引力与斥力、分子力均与分子间的距离有关，分子间作用力与分子间距关系如图所示．分子距离r在0～r0间，分子力F表现为斥力；在r>r0，分子力F表现为引力，且分子力先增大后减小；当r达到10r0时，分子力减为零．考点4 分子力做功和分子势能之间的关系1．分子力、分子势能与分子间距离的关系，如图所示．(1)当分子间的距离r＞r0时，分子力体现为引力，若增大分子间的距离，分子力做负功，因此分子势能随分子间距离增大而增大．(2)当分子间的距离r＜r0时，分子力体现为斥力，若减小分子间的距离，分子力做负功，分子势能随分子间的距离减小而增大．(3)当分子间的距离r＝r0时，分子势能最最小．考点5 温度微观意义的理解对于温度的微观意义即温度是物体分子热运动的平均动能的标志的理解，要注意以下几个方面：(1)一个分子的热运动是没有意义的，因为它的动能在毫无规则地变化着，我们无法把握，因而一个分子的热运动也代表不了温度．(2)温度高并不意味着每个分子热运动的动能都会大．关于气体的内能，通常情况下气体分子间的势能可以不计，即在通常情况下，气体内能与气体的体积无关．(3)同一温度下，不同物质的分子的平均动能都相同，但由于不同物质的分子质量不尽相同，所以分子运动的平均速率不尽相同．【典型例题3】(多选)如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示．F>0表示斥力，F<0表示引力，A、B、C、D为x轴上四个特定的位置，现把乙分子从A处静止释放，则下列各图分别表示乙分子的速度、加速度、势能、动能与两分子间距离的关系，其中大致正确的是( )AB CD当堂检测 1.(多选)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( )第1题图A．ab表示斥力图线，cd表示引力图线B．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2．(多选)下列说法正确的是( )A．温度相等的物体内部分子的平均动能相等B．体积相等的物体内部分子的势能相等C．质量、温度、体积都相等的物体的内能不一定相等D．温度和质量都相同的氢气和氧气内能不相等3．下列四幅图，能正确反映分子间作用力f和分子势能E p随分子间距离r变化关系的图象是( )ABCD4．(17年江苏高考)(甲)和(乙)图中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．甲乙第4题图5．已知氮气的摩尔质量为M，在某状态下氮气的密度为ρ，阿伏加德罗常数为N A，在该状态下体积为V1的氮气分子数为________，该氮气变为液体后的体积为V2，则一个氮气分子的体积约为________．第六章 分子动理论第46讲 分子动理论物体的内能知识整合基础自测一、1.(1)10－10 (2)6.02×10232．(1)进入 快 (2)①布朗运动 ②不停地做无规则运动 ④剧烈(明显) 剧烈(明显) (3)剧烈3. (1)引力 斥力 合力 (2)减小 增大 快 二、1.冷热程度 剧烈程度 平均动能 2．0 ℃ 100 ℃ －273.15 ℃ 低温 三、1. (1)动能总和 (2)温度 温度 2．相对位置3．(1)动能和势能 (2)温度 体积 方法技巧·典型例题1·4 kg 7×1025个或8×1025个 【解析】 (1)一昼夜吸入氧气的气体体积为V ＝T t n 0V 0η，由m ＝ρV 得m ＝4 kg ；(2)N ＝m MN A ，解得N ＝7×1025个或8×1025个．·变式训练1·1×103kg/m 3 【解析】 摩尔体积V ＝43πr 3N A (或V ＝()2r 3N A )由密度ρ＝M V ，解得ρ＝3M 4πr 3N A (或ρ＝M 8r 3N A)代入数据得ρ＝1×103kg/m 3.(或ρ＝5×102kg/m 3，5×102～1×103都算对)·典型例题2·B 【解析】 布朗运动不是分子运动而是悬浮在液体或气体固体小颗粒的运动且要在高倍速显微镜下才能观察到，布朗运动反映了液体分子或气体分子的无规则运动，温度越高分子热运动越剧烈．·典型例题3·BC 【解析】 乙分子从A 处释放后先是分子引力做正功，分子势能减小，乙分子的动能增加；至B 点处，乙分子所受分子引力最大，则此处乙分子加速度最大；B 点至C 点过程，分子引力继续做正功，分子动能继续增加，分子势能继续减小；至C 点分子动能最大，分子势能最小；C 点至D 点过程，分子斥力做负功，分子动能减小，分子势能又增加．当堂检测1．CD 【解析】 在F ­r 图象中，随r 增加，斥力变化快，所以cd 为斥力图线，ab 为引力图线；两图象相交点e 为分子所受的引力和斥力大小相等，即分子间相互作用的受力平衡位置，分子力为0，分子势能最小，但不一定为0，故C 、D 对．2．ACD 【解析】 温度是平均动能的标志，温度相同则平均动能相同，但相同质量的不同物质物质的量不同，故内能也不尽相同；体积相等的物体内部分子势能不一定相等．3．B 【解析】 分子力与分子间距离r ，分子势能与分子间距离r 的关系图象很类似，特别注意的是当r ＝r 0时，分子力为零，分子势能最小，同时注意分子力为矢量，分子势能为标量．4．甲 乙 【解析】 影响布朗运动快慢的因素有两个，悬浮颗粒的大小和温度，炭粒越小，温度越高布朗运动越明显，从图中可以看出，乙图反映的布朗运动明显，因此温度相同时 ，甲图中的炭粒大；炭粒大小相同时，乙图中水的温度高．5.ρV 1M N A V 2M ρV 1N A 【解析】 质量m ＝ρV 1，物质的量n ＝mM，分子个数N ＝nN A 可得N ＝ρV 1M N A ；分子体积v 0＝V 2N 可得V 0＝V 2MρV 1N A.。