高中物理高考一輪復(fù)習(xí)一輪復(fù)習(xí) 第15章 分子動(dòng)理論-2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí)講義

課標(biāo)要求考情分析通過實(shí)驗(yàn)，估測(cè)油酸分子的大小。了解分子動(dòng)理論的基本觀點(diǎn)及相關(guān)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。通過實(shí)驗(yàn)，了解擴(kuò)散現(xiàn)象。觀察并能解釋布朗運(yùn)動(dòng)。了解分子運(yùn)動(dòng)速率分布的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，知道分子運(yùn)動(dòng)速率分布圖像的物理意義。了解固體的微觀結(jié)構(gòu)。知道晶體和非晶體的特點(diǎn)。能列舉生活中的晶體和非晶體。通過實(shí)例，了解液晶的主要性質(zhì)及其在顯示技術(shù)中的應(yīng)用。了解材料科學(xué)的有關(guān)知識(shí)及應(yīng)用，體會(huì)它們的發(fā)展對(duì)人類生活和社會(huì)發(fā)展的影響。觀察液體的表面張力現(xiàn)象。了解表面張力產(chǎn)生的原因。知道毛細(xì)現(xiàn)象。通過實(shí)驗(yàn)，了解氣體實(shí)驗(yàn)定律。知道理想氣體模型。能用分子動(dòng)理論和統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)解釋氣體壓強(qiáng)和氣體實(shí)驗(yàn)定律。知道熱力學(xué)第一定律。通過有關(guān)史實(shí)，了解熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)過程，體會(huì)科學(xué)探索中的挫折和失敗對(duì)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的意義。理解能量守恒定律，能用能量守恒的觀點(diǎn)解釋自然現(xiàn)象。體會(huì)能量守恒定律是最基本、最普遍的自然規(guī)律之一。通過自然界中宏觀過程的方向性，了解熱力學(xué)第二定律。1.新高考例證2023年山東高考卷第15題的問題情境是取材于我國(guó)傳統(tǒng)文化的“中醫(yī)拔罐”，通過對(duì)火罐和抽氣罐內(nèi)氣體狀態(tài)變化的對(duì)比研究，考查考生對(duì)氣體實(shí)驗(yàn)定律的理解與應(yīng)用，展示了中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化中蘊(yùn)含的魅力。試題通過引入源于生活的問題和現(xiàn)象，鼓勵(lì)考生理論聯(lián)系實(shí)際，關(guān)心日常生活、生產(chǎn)活動(dòng)中蘊(yùn)含的物理原理，思考課堂所學(xué)內(nèi)容的應(yīng)用價(jià)值。2.新高考預(yù)測(cè)本模塊知識(shí)點(diǎn)比較多，而高考重點(diǎn)考查的內(nèi)容包括分子動(dòng)理論、固體和液體的性質(zhì)、氣體實(shí)驗(yàn)定律、氣體狀態(tài)變化的圖像及熱力學(xué)第一定律等知識(shí)。未來(lái)的命題仍將堅(jiān)持以往的考查方式、特點(diǎn)和規(guī)律，在創(chuàng)設(shè)新情境和題給信息方面可能有所突破。知識(shí)體系第1講分子動(dòng)理論一、分子動(dòng)理論1．物體是由大量分子組成的阿伏加德羅常數(shù)：1mol的任何物質(zhì)所含有的相同的粒子數(shù)。通?？扇A＝×1023mol－1。2．分子在做永不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)(1)擴(kuò)散現(xiàn)象①定義：不同種物質(zhì)能夠彼此進(jìn)入對(duì)方的現(xiàn)象。②實(shí)質(zhì)：擴(kuò)散現(xiàn)象是由分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，溫度越高，擴(kuò)散現(xiàn)象越明顯。(2)布朗運(yùn)動(dòng)①定義：懸浮在液體中的微粒的永不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。②實(shí)質(zhì)：布朗運(yùn)動(dòng)反映了液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。③特點(diǎn)：微粒越小，溫度越高，運(yùn)動(dòng)越劇烈。(3)熱運(yùn)動(dòng)①定義：分子的永不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。②特點(diǎn)：分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)和溫度有關(guān)，溫度越高，分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈。3．分子之間存在著相互作用力(1)物質(zhì)分子間存在空隙，分子間的引力和斥力是同時(shí)存在的，實(shí)際表現(xiàn)出的分子間作用力是引力和斥力的合力。(2)分子間作用力隨分子間距離變化的關(guān)系：分子間的引力和斥力都隨分子間距離的增大而減小，隨分子間距離的減小而增大，但斥力比引力變化得快。(3)分子間作用力與分子間距離的關(guān)系圖線(如圖所示)由分子間的作用力與分子間距離的關(guān)系圖線可知：①當(dāng)r＝r0時(shí)，F(xiàn)引＝F斥，分子間作用力為0；②當(dāng)r＞r0時(shí)，F(xiàn)引＞F斥，分子間作用力表現(xiàn)為引力；③當(dāng)r＜r0時(shí)，F(xiàn)引＜F斥，分子間作用力表現(xiàn)為斥力；④當(dāng)分子間距離大于10r0(約為10－9m)時(shí)，分子間作用力很弱，可以忽略不計(jì)。思考辨析1．布朗運(yùn)動(dòng)是液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。 (×)2．分子間的引力和斥力都隨分子間距離的增大而增大。 (×)3．已知1mol氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積Vm＝L，單個(gè)氣體分子的體積可否用V0＝eq\f(Vm,NA)計(jì)算？并說明理由。提示：不能。因?yàn)闅怏w分子間距離比較大，如果認(rèn)為氣體分子均勻分布的話，用V0＝eq\f(Vm,NA)算出的結(jié)果是每個(gè)氣體分子所占的平均空間，而不是單個(gè)氣體分子的體積。二、分子運(yùn)動(dòng)速率分布規(guī)律和內(nèi)能1．分子運(yùn)動(dòng)速率分布規(guī)律(1)分子運(yùn)動(dòng)速率呈現(xiàn)“中間多、兩頭少”的分布。(2)溫度升高時(shí)，速率分布曲線的峰值向速率大的方向移動(dòng)。2．分子動(dòng)能(1)分子動(dòng)能是分子熱運(yùn)動(dòng)所具有的動(dòng)能。(2)分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能是所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的平均值，溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的標(biāo)志。(3)分子熱運(yùn)動(dòng)的總動(dòng)能是物體內(nèi)所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的總和。3．分子勢(shì)能(1)意義：由于分子間存在著引力和斥力，所以分子具有由它們的相對(duì)位置決定的能。(2)分子勢(shì)能的決定因素①微觀上：取決于分子間距離和分子排列情況；②宏觀上：取決于體積和狀態(tài)。5．物體的內(nèi)能(1)定義：物體中所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和。物體的內(nèi)能是狀態(tài)量。(2)決定因素：對(duì)于給定的物體，其內(nèi)能大小由物體的溫度和體積決定，即由物體內(nèi)部狀態(tài)決定；物體的內(nèi)能與物體的位置高低、運(yùn)動(dòng)速度大小無(wú)關(guān)。思考辨析1．分子動(dòng)能是由于分子定向移動(dòng)而具有的能量。 (×)2．當(dāng)分子間作用力表現(xiàn)為引力時(shí)，分子勢(shì)能隨分子間距離的增大而增大。 (√)3．內(nèi)能相同的物體，它們的分子平均動(dòng)能一定相同。 (×)4．0℃的冰熔化為0℃的水時(shí)，內(nèi)能是否發(fā)生變化？提示：0℃的冰熔化為0℃的水，溫度不變，分子的平均動(dòng)能不變，但由于冰的體積較大，變成水后分子勢(shì)能發(fā)生變化，故內(nèi)能發(fā)生變化?？键c(diǎn)1微觀量的估算問題(基礎(chǔ)考點(diǎn))1．已知阿伏加德羅常數(shù)為NA，某液體的摩爾質(zhì)量為M(單位為kg/mol)，該液體的密度為ρ(單位為kg/m3)，則下列敘述正確的是()A.1kg該液體所含的分子個(gè)數(shù)是ρNAB.1kg該液體所含的分子個(gè)數(shù)是eq\f(NA,M)C.該液體1個(gè)分子的質(zhì)量是eq\f(ρ,NA)D.該液體1個(gè)分子的體積是eq\f(ρM,NA)B解析：1kg該液體的物質(zhì)的量為eq\f(1,M)，所含的分子數(shù)目為n＝NA·eq\f(1,M)＝eq\f(NA,M)，故A錯(cuò)誤，B正確；每個(gè)分子的質(zhì)量為m0＝eq\f(M,NA)，故C錯(cuò)誤；每個(gè)分子的體積為V0＝eq\f(m0,ρ)＝eq\f(M,ρNA)，故D錯(cuò)誤。2．(多選)鉆石是首飾和高強(qiáng)度鉆頭、刻刀等工具中的主要材料。設(shè)鉆石的密度為ρ(單位為kg/m3)，摩爾質(zhì)量為M(單位為g/mol)，阿伏加德羅常數(shù)為NA。已知1克拉＝克，則()A.a克拉鉆石所含有的分子數(shù)為eq\f,M)B.a克拉鉆石所含有的分子數(shù)為eq\f(aNA,M)C.每個(gè)鉆石分子直徑的表達(dá)式為eq\r(3,\f(6M×10－3,NAρπ))(單位為m)D.每個(gè)鉆石分子直徑的表達(dá)式為eq\r(\f(6M,NAρπ))(單位為m)AC解析：a克拉鉆石物質(zhì)的量(摩爾數(shù))為n＝eq\f,M)，所含分子數(shù)為N＝nNA＝eq\f,M)，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；鉆石的摩爾體積為V＝eq\f(M×10－3,ρ)(單位為m3/mol)，每個(gè)鉆石分子的體積為V0＝eq\f(V,NA)＝eq\f(M×10－3,NAρ)，設(shè)鉆石分子的直徑為d，則V0＝eq\f(4,3)πeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2)))eq\s\up12(3)，聯(lián)立解得d＝eq\r(3,\f(6M×10－3,NAρπ))(單位為m)，選項(xiàng)C正確。3．某一體積為V的密封容器，充入密度為ρ、摩爾質(zhì)量為M的理想氣體，阿伏加德羅常數(shù)為NA，則該容器中氣體分子的總個(gè)數(shù)N＝________。現(xiàn)將這部分氣體壓縮成液體，體積變?yōu)閂0，此時(shí)分子中心間的平均距離d＝________。(將液體分子視為立方體模型)解析：氣體的質(zhì)量m＝ρV，氣體分子的總個(gè)數(shù)N＝nNA＝eq\f(m,M)NA＝eq\f(ρV,M)NA；該部分氣體壓縮成液體，分子個(gè)數(shù)不變，設(shè)每個(gè)液體分子的體積為V1，則N＝eq\f(V0,V1)，又V1＝d3，聯(lián)立解得d＝eq\r(3,\f(V0M,ρVNA))。答案：eq\f(ρVNA,M)eq\r(3,\f(V0M,ρVNA))1．宏觀量、微觀量以及它們之間的關(guān)系已知量可求量摩爾體積Vmol分子體積V0＝eq\f(Vmol,NA)(適用于固體和液體)分子占據(jù)體積V占＝eq\f(Vmol,NA)(適用于氣體)摩爾質(zhì)量Mmol分子質(zhì)量m0＝eq\f(Mmol,NA)體積V和摩爾體積Vmol分子數(shù)目n＝eq\f(V,Vmol)NA(適用于固體、液體和氣體)質(zhì)量m和摩爾質(zhì)量Mmol分子數(shù)目n＝eq\f(m,Mmol)NA2.兩種分子模型(1)固體和液體：固體、液體分子一個(gè)一個(gè)緊密排列，可將分子看成球體或立方體，如圖所示。分子間距等于小球的直徑或立方體的棱長(zhǎng)，球體分子模型直徑d＝eq\r(3,\f(6V0,π))，立方體分子模型棱長(zhǎng)d＝eq\r(3,V0)。(2)氣體：氣體分子不是一個(gè)一個(gè)緊密排列的，它們之間的距離很大，所以利用d＝eq\r(3,V0)算出的不是分子直徑，而是氣體分子間的平均距離?？键c(diǎn)2分子動(dòng)理論的基本內(nèi)容(基礎(chǔ)考點(diǎn))1．(多選)關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)，下列說法正確的是()A.布朗運(yùn)動(dòng)是液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)B.液體溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈C.布朗運(yùn)動(dòng)是液體各部分溫度不同而引起的D.懸浮在液體中的固體微粒做布朗運(yùn)動(dòng)所具有的能是機(jī)械能BD解析：布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮在液體中的固體微粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤；布朗運(yùn)動(dòng)的劇烈程度與溫度有關(guān)，液體溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈，B正確；布朗運(yùn)動(dòng)是來(lái)自各個(gè)方向的液體分子對(duì)固體微粒撞擊作用的不平衡引起的，C錯(cuò)誤；懸浮在液體中的固體微粒做布朗運(yùn)動(dòng)所具有的能是機(jī)械能，D正確。2．以下關(guān)于熱運(yùn)動(dòng)的說法正確的是()A.水流速度越大，水分子的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈B.水凝結(jié)成冰后，水分子的熱運(yùn)動(dòng)停止C.水的溫度越高，水分子的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈D.水的溫度升高，每一個(gè)水分子的運(yùn)動(dòng)速率都會(huì)增大C解析：水流的速度是機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度，不同于水分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速度，A項(xiàng)錯(cuò)誤；分子永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度越高，分子的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈，C項(xiàng)正確；水的溫度升高，水分子的平均動(dòng)能增大，即水分子的平均運(yùn)動(dòng)速率增大，但不是每一個(gè)水分子的運(yùn)動(dòng)速率都增大，D項(xiàng)錯(cuò)誤。3．(多選)將一個(gè)分子P固定在O點(diǎn)，另一個(gè)分子Q從圖中的A點(diǎn)由靜止釋放，兩分子之間的作用力與間距的關(guān)系圖像如圖所示，則下列說法正確的是()A.分子Q由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過程中，先加速再減速B.分子Q在C點(diǎn)時(shí)分子勢(shì)能最大C.分子Q在C點(diǎn)時(shí)加速度大小為0D.分子Q由A點(diǎn)釋放后運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)左側(cè)的過程中，加速度大小先增大后減小再增大CD解析：分子Q由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過程中，一直受引力作用，速度一直增大，動(dòng)能增大，分子勢(shì)能減小，在C點(diǎn)時(shí)的分子勢(shì)能最小，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；分子Q在C點(diǎn)時(shí)受到的分子間作用力為0，故分子Q在C點(diǎn)時(shí)加速度大小為0，選項(xiàng)C正確；分子Q由A點(diǎn)釋放后運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)左側(cè)的過程中，分子間的作用力先增大后減小，然后到C點(diǎn)左側(cè)時(shí)分子間作用力表現(xiàn)為斥力且逐漸變大，故加速度大小先增大后減小再增大，選項(xiàng)D正確。擴(kuò)散現(xiàn)象、布朗運(yùn)動(dòng)與熱運(yùn)動(dòng)的比較現(xiàn)象擴(kuò)散現(xiàn)象布朗運(yùn)動(dòng)熱運(yùn)動(dòng)活動(dòng)主體分子固體微粒分子區(qū)別是分子的運(yùn)動(dòng)，發(fā)生在固體、液體、氣體任何兩種物質(zhì)之間是比分子大得多的固體微粒的運(yùn)動(dòng)，只能在液體、氣體中發(fā)生是分子的運(yùn)動(dòng)，不能通過光學(xué)顯微鏡直接觀察到共同點(diǎn)(1)都是無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)；(2)都隨溫度的升高而變得更加劇烈聯(lián)系擴(kuò)散現(xiàn)象、布朗運(yùn)動(dòng)都反映了分子做無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)考點(diǎn)3分子動(dòng)能、分子勢(shì)能和內(nèi)能(基礎(chǔ)考點(diǎn))1．(2023·北京高考)分子間作用力F隨分子間距離r的變化如圖所示。將兩分子從相距r＝r2處釋放，僅考慮這兩個(gè)分子間的作用，下列說法正確的是()A.從r＝r2到r＝r0分子間引力、斥力都在減小B.從r＝r2到r＝r1分子間作用力的大小先減小后增大C.從r＝r2到r＝r0分子勢(shì)能先減小后增大D.從r＝r2到r＝r1分子動(dòng)能先增大后減小D解析：從r＝r2到r＝r0分子間引力、斥力都在增加，但斥力增加得更快，故A錯(cuò)誤；由題圖可知，在r＝r0時(shí)分子間作用力為0，故從r＝r2到r＝r1分子間作用力的大小先增大后減小再增大，故B錯(cuò)誤；分子勢(shì)能在r＝r0時(shí)最小，故從r＝r2到r＝r0分子勢(shì)能一直減小，故C錯(cuò)誤；從r＝r2到r＝r1分子勢(shì)能先減小后增大，故分子動(dòng)能先增大后減小，故D正確。2．(多選)如圖所示，用溫度計(jì)測(cè)量質(zhì)量已知的甲、乙、丙三杯水的溫度，根據(jù)測(cè)量結(jié)果可知()A.甲杯中水的內(nèi)能最少B.甲、乙兩杯中水的內(nèi)能一樣多C.丙杯中水分子的平均動(dòng)能最大D.甲杯中水分子的平均動(dòng)能小于乙杯中水分子的平均動(dòng)能AC解析：甲杯中水的質(zhì)量最小，溫度和乙杯中的相同且小于丙杯中的，故甲杯中水的內(nèi)能最小，A正確，B錯(cuò)誤；丙杯中水的溫度最高，水分子的平均動(dòng)能最大，C正確；甲、乙兩杯中水的溫度相同，水分子的平均動(dòng)能相同，D錯(cuò)誤。3．(多選)關(guān)于內(nèi)能，下列說法正確的是()A.若把氫氣和氧氣看成理想氣體，則具有相同體積、相同質(zhì)量和相同溫度的氫氣和氧氣內(nèi)能不相等B.相同質(zhì)量的0℃水的分子勢(shì)能比0℃冰的分子勢(shì)能大C.物體吸收熱量后，內(nèi)能一定增加D.一定質(zhì)量的100℃的水吸收熱量后變成100℃的水蒸氣，則吸收的熱量大于增加的內(nèi)能ABD解析：具有相同體積、相同質(zhì)量和相同溫度的氫氣和氧氣，分子的平均動(dòng)能相等，但由于氫氣分子的個(gè)數(shù)較多，則其內(nèi)能