2019届高考物理总复习第十三章热学第一节分子动理论内能(实验用油膜法估测分子的大小)测试题

第一节分子动理论内能（实验：用油膜法估测分子的大小）[学生用书P241]【基础梳理】一、分子动理论1．物体是由大量分子组成的(1)分子的大小①分子直径：数量级是10－10 m；②分子质量：数量级是10－26 kg；③测量方法：油膜法．(2)阿伏加德罗常数：1 mol任何物质所含有的粒子数，N A＝×1023 mol－1.2．分子热运动：一切物质的分子都在永不停息地做无规则运动． (1)扩散现象：相互接触的不同物质彼此进入对方的现象．温度越高，扩散越快，可在固体、液体、气体中进行．(2)布朗运动：悬浮在液体(或气体)中的微粒的无规则运动，微粒越小，温度越高，布朗运动越显著．3．分子力：分子间同时存在引力和斥力，且都随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而增大，但总是斥力变化得较快．二、温度1．意义：宏观上表示物体的冷热程度(微观上表示物体中分子平均动能的大小)．2．两种温标(1)摄氏温标和热力学温标的关系T ＝t ＋．(2)绝对零度(0 K)：是低温极限，只能接近不能达到，所以热力学温度无负值．三、内能1．分子动能(1)意义：分子动能是分子热运动所具有的动能；(2)分子平均动能：所有分子动能的平均值．温度是分子平均动能的标志．2．分子势能：由分子间相对位置决定的能，在宏观上分子势能与物体体积有关，在微观上与分子间的距离有关．3．物体的内能(1)内能：物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和．(2)决定因素：温度、体积和物质的量．【自我诊断】判一判(1)1 g 水含的水分子数与1 g 酒精含的酒精分子数相等．( )(2)若体积为V 的氧气中含氧气分子个数为N ，则每个氧气分子的体积近似为V N.( )(3)布朗运动是花粉颗粒分子的运动．( )(4)分子间同时存在着引力和斥力，当分子间距离增大，引力和斥力同时减小，若引力大于斥力，则分子力体现为引力．( )(5)分子间存在分子势能，随着分子间距离增大分子势能增大．( )(6)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．( )提示：(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)×想一想当两个分子从无穷远逐渐靠近时，分子力大小如何变化，分子力做功情况如何？分子势能如何变化？提示：分子力先增大后减小再增大；分子力先做正功，后做负功；分子势能先减小后增大．对分子动理论的考查[学生用书P241]【知识提炼】1．宏观量与微观量的关系(1)微观量：分子体积V 0、分子直径d 、分子质量m 0.(2)宏观量：物体的体积V 、摩尔体积V m 、物体的质量m 、摩尔质量M 、物体的密度ρ.(3)关系①分子的质量：m 0＝M N A ＝ρV m N A . ②分子的体积：V 0＝V m N A ＝M ρN A. ③物体所含的分子数：N ＝VV m ·N A ＝m ρV m ·N A 或N ＝m M ·N A ＝ρV M ·N A . (4)两种模型①球体模型直径为d ＝ 36V 0π. ②立方体模型边长为d ＝3V 0.2．分子力、分子势能与分子间距离的关系(1)分子力曲线与分子势能曲线：分子力F 、分子势能E p 与分子间距离r 的关系图线如图所示(取无穷远处分子势能E p ＝0)：(2)分子力、分子势能与分子间距离的关系①当r >r 0时，分子力为引力，当r 增大时，分子力做负功，分子势能增加．②当r <r 0时，分子力为斥力，当r 减小时，分子力做负功，分子势能增加．③当r ＝r 0时，分子势能最小．【典题例析】(2015·高考全国卷Ⅱ)关于扩散现象，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．扩散现象是由物质分子无规则运动产生的D．扩散现象在气体、液体和固体中都能发生E．液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的[审题指导] 扩散现象是分子热运动的直接证据，是分子无规则运动的直接表现，且与温度有关．[解析] 扩散现象是分子无规则热运动的反映，C正确、E错误；温度越高，分子热运动越激烈，扩散越快，A正确；气体、液体、固体的分子都在不停地进行着热运动，扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，D正确；在扩散现象中，分子本身结构没有发生变化，不属于化学变化，B错误．[答案] ACD1．分子热运动的特点布朗运动分子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，分子无论大小都做热运动，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剧烈，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(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．2．判断分子势能变化的两种方法(1)根据分子力做功判断．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)利用分子势能与分子间距离的关系图线判断．但要注意此图线和分子力与分子间距离的关系图线形状虽然相似但意义不同，不要混淆．【迁移题组】迁移1 微观量的估读1．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N A ，地面大气压强为p 0，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____________．解析：可认为地球大气对地球表面的压力是由其重力引起的，即mg ＝p 0S ＝p 0×4πR 2，故大气层的空气总质量m ＝4πp 0R 2g ，空气分子总数N ＝m M N A ＝4πp 0N A R 2Mg .由于h ≪R ，则大气层的总体积V ＝4πR 2h ，每个分子所占空间设为一个棱长为a 的正方体，则有Na 3＝V ，可得分子间的平均距离a ＝ 3Mgh p 0N A. 答案：4πp 0N A R 2Mg 3Mgh p 0N A迁移2 布朗运动与分子热运动2．(2017·高考北京卷)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解析：选C.温度是分子热运动平均动能的标志，故温度越高，分子热运动越剧烈．分子热运动的剧烈程度与机械运动速度大小无关，故选项A 错误、C 正确；水凝结成冰后，分子热运动依然存在，B 项错误；温度升高，分子运动的平均速率增大，但不是每个分子的运动速率都会增大，D 项错误．迁移3 分子力、分子势能与分子间距离的关系3．如图为两分子系统的势能E p 与两分子间距离r 的关系曲线．下列说法正确的是( )A．当r大于r1时，分子间的作用力表现为引力B．当r小于r1时，分子间的作用力表现为斥力C．当r等于r1时，分子间势能E p最小D．当r由r1变到r2的过程中，分子间的作用力做正功E．当r等于r2时，分子间势能E p最小解析：选BDE.由题图知：r＝r2时分子势能最小，E对，C错；平衡距离为r2，r＜r2时分子力表现为斥力，A错，B对；r由r 1变到r2的过程中，分子势能逐渐减小，分子力做正功，D对．物体的内能[学生用书P243]【知识提炼】1．内能和热量的比较内能热量区别是状态量，状态确定系统的内能随之确定．一个物体在不同的状态下有不同的内能是过程量，它表示由于热传递而引起的内能变化过程中转移的能量联系在只有热传递改变物体内能的情况下，物体内能的改变量在数值上等于物体吸收或放出的热量内能机械能定义物体中所有分子热运动的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1．(2017·高考全国卷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解析：选ABC.根据气体分子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曲线的意义可知，题图中两条曲线下面积相等，选项A正确；题图中虚线占百分比较大的分子速率较小，所以对应于氧气分子平均动能较小的情形，选项B正确；题图中实线占百分比较大的分子速率较大，分子平均动能较大，根据温度是分子平均动能的标志，可知实线对应于氧气分子在100 ℃时的情形，选项C正确；根据分子速率分布图可知，题图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目占总分子数的百分比，不能得出任意速率区间的氧气分子数目，选项D错误；由分子速率分布图可知，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小，选项E错误．2．(2016·高考全国卷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，内能一定增加解析：选CDE.温度相同的气体分子平均动能相同，仅质量相同，分子质量不同的气体，所含分子数不同，气体的动能也不同，所以内能不一定相同，A项错误；气体的内能与整体运动的机械能无关，B项错误；理想气体等温压缩过程中，其内能不变，C项正确；理想气体不考虑分子间相互作用力，分子势能为零，一定量的气体，分子数量一定，温度相同时分子平均动能相同，由于内能是所有分子热运动的动能与分子势能的总和，所以D项正确；由盖－吕萨克定律可知，一定量的理想气体在等压膨胀过程中，温度一定升高，则其内能一定增加，E项正确．实验：用油膜法估测分子的大小[学生用书P243]【知识提炼】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，将油酸分子看做球形，测出一定体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积，用d ＝V S 计算出油膜的厚度，其中V 为一滴油酸溶液中所含油酸的体积，S 为油膜面积，这个厚度就近似等于油酸分子的直径．2．实验步骤(1)取1 mL(1 cm 3)的油酸溶于酒精中，制成N mL 的油酸酒精溶液，则油酸的纯度为1N. (2)往边长为30～40 cm 的浅盘中倒入约2 cm 深的水，然后将痱子粉(或细石膏粉)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V 0＝1nmL. (4)用滴管(或注射器)向水面中央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)将玻璃板取出放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S .3．数据处理(1)计算一滴溶液中油酸的体积：V ＝1Nn(mL)． (2)计算油膜的面积：利用坐标纸求油膜面积时，以边长为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，大于半个的算一个．(3)计算油酸的分子直径：d ＝V S(注意单位统一)．【跟进题组】1．在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，所用油酸酒精溶液的浓度为每104 mL 溶液中有纯油酸6 mL ，用注射器测得1 mL 上述溶液为75滴．把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔在玻璃板上描出油膜的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，其形状和尺寸如图所示，坐标中正方形方格的边长为1 cm.则(1)油酸薄膜的面积是________cm2.(2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是______mL.(取一位有效数字)(3)按以上实验数据估测出油酸分子直径约为______m．(取一位有效数字)解析：(1)根据数方格数的原则“多于半个的算一个，不足半个的舍去”可查出共有115个方格，故油膜的面积：S＝115×1 cm2＝115 cm2.(2)一滴油酸酒精溶液的体积：V′＝175mL，一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积：V＝6104V′＝8×10－6 mL.(3)油酸分子的直径：d＝VS＝8×10－12115×10－4m≈7×10－10 m.答案：(1)115±3(2)8×10－6(3)7×10－102．(1)在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时，已经准备的器材有：油酸酒精溶液、滴管、浅盘和水、玻璃板、彩笔，要完成本实验，还缺少的器材有________________________________________________________________________.(2)如图所示的四个图反映“用油膜法估测分子的大小”实验中的四个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是________(用字母符号表示)．解析：(1)为算出一滴油酸酒精溶液的体积需用到量筒；为界定油酸膜的边界要用到痱子粉或细石膏粉；为准确知道油酸膜的面积，要用到坐标纸．(2)实验时应先确定一滴油酸酒精溶液的体积，然后取一滴油酸酒精溶液滴在水面上形成单分子油膜后，将玻璃板放在浅盘上描下油酸膜的形状，最后将画有油酸膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上计算油酸膜的面积，故操作的先后顺序是dacb.答案：(1)量筒、痱子粉或细石膏粉、坐标纸(2)dacb[学生用书P244]1．(2016·高考北京卷)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、分别表示球体直径小于或等于10 μm、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×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．的浓度随高度的增加逐渐增大解析：选表示直径小于或等于×10－5 m的悬浮颗粒物，A项错误；PM10悬浮在空气中，受到的空气分子作用力的合力等于其所受到的重力，B项错误；由题意推断，D项错误；PM10和大颗粒物的悬浮是由于空气分子的撞击，故它们都在做布朗运动，C项正确．2．下列四幅图中，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变化关系的图线是( )解析：选B.当r＜r0时，分子力表现为斥力，随分子间距离r增大，分子势能E p减小．当r＞r0时，分子力表现为引力，随分子间距离r增大，分子势能E p增大．当r＝r0时，分子力为零，此时分子势能最小，故选项B正确．3．两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动，直至不再靠近．在此过程中，下列说法正确的是( )A．分子力先增大，后一直减小B．分子力先做正功，后做负功C．分子动能先增大，后减小D．分子势能先增大，后减小E．分子势能和动能之和不变解析：选BCE.分子力F与分子间距r的关系是：当r<r0时F为斥力；当r＝r0时，F＝0；当r>r0时F为引力．综上可知，当两分子由相距较远逐渐达到最近过程中分子力是先变大再变小又变大，A项错误；分子力为引力时做正功，分子势能减小，分子力为斥力时做负功，分子势能增大，故B项正确、D项错误；因仅有分子力作用，故只有分子动能与分子势能之间发生转化，即分子势能减小时分子动能增大，分子势能增大时分子动能减小，其总和不变，C、E项均正确．4．(2015·高考江苏卷)在装有食品的包装袋中充入氮气，可以起到保质作用．某厂家为检测包装袋的密封性，在包装袋中充满一定量的氮气，然后密封进行加压测试．测试时，对包装袋缓慢地施加压力．将袋内的氮气视为理想气体，则加压测试过程中，包装袋内壁单位面积上所受气体分子撞击的作用力________(选填“增大”“减小”或“不变”)，包装袋内氮气的内能________(选填“增大”“减小”或“不变”)．解析：对氮气加压后，气体内部的压强增大，由F＝pS知，单位面积上所受气体分子撞击的作用力增大．由于加压过程是缓慢的，氮气的温度保持不变，所以氮气的内能不变．答案：增大不变[学生用书P359(单独成册)](建议用时：60分钟)一、选择题1．下列说法正确的是( )A．1 g水中所含的分子数目和地球的总人口数差不多B．布朗运动就是物质分子的无规则热运动C．一定质量的理想气体压强增大，其分子的平均动能可能减小D．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是气体分子的无规则的热运动造成的E．0 ℃的铁和0 ℃的冰，它们的分子平均动能相等解析：选CDE.水的摩尔质量是18 g/mol，1 g水中含有的分子数为：n＝118××1023≈×1022个，地球的总人数约为70亿，选项A错误；布朗运动是悬浮在液体(气体)中的固体颗粒受到液体(气体)分子撞击作用的不平衡造成的，不是物体分子的无规则热运动，选项B 错误；温度是分子的平均动能的标志，气体的压强增大，温度可能减小，选项C正确；气体分子间距大于10r0，分子间无作用力，打开容器，气体散开是气体分子的无规则运动造成的，选项D正确；铁和冰的温度相同，分子平均动能必然相等，选项E正确．2．(2018·东北三校联考)下列说法正确的是( )A．只要知道水的摩尔质量和水分子的质量，就可以计算出阿伏加德罗常数B．悬浮微粒越大，在某一瞬间撞击它的液体分子数就越多，布朗运动越明显C．温度升高，分子热运动的平均动能一定增大，但并非所有分子的速率都增大D．一定质量的理想气体经等温压缩后，其压强一定增大解析：选ACD.悬浮微粒越大，在某一瞬间撞击它的液体分子数越多，受力越趋于平衡，布朗运动越不明显，B错误．3.用显微镜观察水中的花粉，追踪某一个花粉颗粒，每隔10 s记下它的位置，得到了a、b、c、d、e、f、g等点，再用直线依次连接这些点，如图所示．则下列说法中正确的是( )A．花粉颗粒的运动就是热运动B．这些点连接的折线就是这一花粉颗粒运动的轨迹C．在这六段时间内花粉颗粒运动的平均速度大小不等D．从花粉颗粒处于a点开始计时，经过36 s，花粉颗粒可能不在de连线上E．花粉颗粒在第三个10 s内的平均速率可能比第四个10 s内的平均速率大解析：选CDE.热运动是分子的运动，而不是固体颗粒的运动，故A项错误；既然无规则，微粒在每个10秒内也是做无规则运动，并不是沿连线运动，故B错误；在这6段时间内的位移大小并不相同，故平均速度大小不等，故C正确；由运动的无规则性知，D正确；由题图知第三个10秒内的平均速度小于第四个10秒内的平均速度，但这两段时间的平均速率大小关系不能确定，E正确．4．(高考上海卷)分子间同时存在着引力和斥力，当分子间距增加时，分子间的( ) A．引力增加，斥力减小B．引力增加，斥力增加C．引力减小，斥力减小D．引力减小，斥力增加解析：选C.分子间同时存在着引力和斥力，当分子间距离增加时，分子间的引力和斥力同时减小．5．(2018·河北保定模拟)我国已开展空气中浓度的监测工作．是指空气中直径等于或小于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的主要原因．下列关于的说法中正确的是( ) A．的尺寸与空气中氧分子的尺寸的数量级相当B．在空气中的运动属于分子热运动C．的运动轨迹只是由大量空气分子对无规则碰撞的不平衡和气流运动决定的D．倡导低碳生活，减小煤和石油等燃料的使用，能有效减小在空气中的浓度E．必然有内能解析：选的尺寸比空气中氧分子的尺寸大得多，A错误；在空气中的运动不属于分子热运动，B错误；的运动轨迹是由大量空气分子对无规则碰撞的不平衡和气流的运动决定的，C正确；倡导低碳生活，减少煤和石油等燃料的使用，能有效减小在空气中的浓度，必然有内能，D、E正确．6.两个相邻的分子之间同时存在着引力和斥力，它们随分子之间距离r的变化关系如图所示．图中虚线是分子斥力和分子引力曲线，实线是分子合力曲线．当分子间距为r＝r0时，分子之间合力为零，则下列关于该两分子组成系统的分子势能E p与两分子间距离r的关系曲线，可能正确的是( )解析：选BCE.由于r＝r0时，分子之间的作用力为零，当r＞r0时，分子间的作用力为引力，随着分子间距离的增大，分子力做负功，分子势能增加，当r＜r0时，分子间的作用力为斥力，随着分子间距离的减小，分子力做负功，分子势能增加，故r＝r0时，分子势能最小．综上所述，选项B、C、E正确，选项A、D错误．7．(2018·云南昭通质检)下列说法中正确的是( )A．温度高的物体比温度低的物体热量多B．温度高的物体不一定比温度低的物体的内能多C．温度高的物体比温度低的物体分子热运动的平均动能大D．相互间达到热平衡的两物体的内能一定相等E．分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大解析：选BCE.热量是在热传递过程中传递的能量，不是状态量，选项A错误；物体的内能与物体的温度、体积等有关，温度高的物体不一定比温度低的物体的内能多，温度是分子平均动能的标志，温度高的物体比温度低的物体分子热运动的平均动能大，选项B、C正确；相互间达到热平衡的两物体的温度一定相等，内能不一定相等，选项D错误；由分子势能与分子间距的关系可知，分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大，选项E 正确．8．下列说法正确的是( )A．内能不同的物体，温度可能相同B．温度低的物体内能一定小C．同温度、同质量的氢气和氧气，氢气的分子动能大D．物体机械能增大时，其内能一定增大解析：选AC.物体的内能大小是由温度、体积、分子数共同决定的，内能不同，物体的温度可能相同，故A正确；温度低的物体，分子平均动能小，但分子数可能很多，故B错误；同温度、同质量的氢气与氧气分子平均动能相等，但氢气分子数多，故总分子动能氢气的大，故C正确；机械能增大，若物体的温度、体积不变，内能则不变，故D错误．9．(2018·安阳检测)下列五幅图分别对应五种说法，其中正确的是( )A．分子并不是球形，但可以当做球形处理，这是一种估算方法B．微粒的运动就是物质分子的无规则热运动，即布朗运动C．当两个相邻的分子间距离为r0时，它们间相互作用的引力和斥力大小相等D．实验中要尽可能保证每颗玻璃球与电子秤碰撞时的速率相等E．0 ℃和100 ℃氧气分子速率都呈现“中间多、两头少”的分布特点解析：选图是油膜法估测分子的大小，图中分子并不是球形，但可以当做球形处理，这。