江蘇專用2025版高考物理一輪復(fù)習(xí)第12章熱學(xué)第1節(jié)分子動理論內(nèi)能學(xué)案

PAGE10-第1節(jié)分子動理論內(nèi)能[高考備考指南]考點內(nèi)容高考(江蘇卷)四年命題狀況比照分析20242024202420242021年1月24日適應(yīng)性考試命題分析分子動理論的基本內(nèi)容T12：熱力學(xué)第肯定律、布朗運動、分子大小的計算T12：飽和汽壓、濕度、分子速率分布、熱力學(xué)第肯定律T12：分子動理論、表面張力、分子勢能與距離的關(guān)系、熱力學(xué)第肯定律T12：非晶體、飽和氣壓、氣體等溫變更圖象T6：油膜法測分子直徑T9：熱力學(xué)第肯定律高考對本章的考查形式有選擇題、填空題和計算題。命題熱點有分子動理論、氣體試驗定律、熱力學(xué)第肯定律。分子運動速率分布規(guī)律分子動能和分子勢能溫度和溫標氣體的等溫變更氣體的等壓變更和等容變更固體和液體功、熱和內(nèi)能的變更熱力學(xué)第肯定律能量守恒定律熱力學(xué)其次定律試驗十六用油膜法估測油酸分子的大小試驗十七探究等溫狀況下肯定質(zhì)量氣體壓強與體積的關(guān)系核心素養(yǎng)物理觀念：分子動理論、內(nèi)能、分子力、晶體、液晶、熱力學(xué)定律、志向氣體、氣體試驗定律?？茖W(xué)思維：油膜法、放大法、圖象法、限制變量法、臨界法?？茖W(xué)探究：測量分子直徑、驗證玻意爾定律。科學(xué)看法與責(zé)任：布朗運動、擴散、表面張力、浸潤、固體的熔點、液晶的應(yīng)用、熱機的應(yīng)用、永動機的特點。第1節(jié)分子動理論內(nèi)能一、分子動理論1．物體是由大量分子組成的(1)分子的大?、俜肿拥闹睆?視為球模型)：數(shù)量級為10－10m；②分子的質(zhì)量：數(shù)量級為10－26kg。(2)阿伏加德羅常數(shù)①1mol的任何物質(zhì)都含有相同的粒子數(shù)。通常取NA＝6.02×1023mol－1；②阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀物理量和微觀物理量的橋梁。2．分子永不停息地做無規(guī)則運動(1)擴散現(xiàn)象①定義：不同物質(zhì)能夠彼此進入對方的現(xiàn)象；②實質(zhì)：擴散現(xiàn)象并不是外界作用引起的，也不是化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，而是由分子的無規(guī)則運動產(chǎn)生的物質(zhì)遷移現(xiàn)象，溫度越高，擴散現(xiàn)象越明顯。(2)布朗運動①定義：懸浮在液體中的小顆粒的永不停息地?zé)o規(guī)則運動；②實質(zhì)：布朗運動反映了液體分子的無規(guī)則運動；③特點：顆粒越小，運動越明顯；溫度越高，運動越猛烈。(3)熱運動①分子永不停息地做無規(guī)則運動叫作熱運動；②特點：分子的無規(guī)則運動和溫度有關(guān)，溫度越高，分子運動越猛烈。3．分子間同時存在引力和斥力(1)物質(zhì)分子間存在空隙，分子間的引力和斥力是同時存在的，實際表現(xiàn)出的分子力是引力和斥力的合力。(2)分子力隨分子間距離變更的關(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，但斥力比引力變更得快。(3)分子力與分子間距離的關(guān)系圖線由分子間的作用力與分子間距離關(guān)系圖線(如圖所示)可知：①當r＝r0時，F(xiàn)引＝F斥，分子力為零；②當r＞r0時，F(xiàn)引＞F斥，分子力表現(xiàn)為引力；③當r＜r0時，F(xiàn)引＜F斥，分子力表現(xiàn)為斥力；④當分子間距離大于10r0(約為10－9m)時，分子力很弱，可以忽視不計。二、溫度和內(nèi)能1．溫度一切達到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度。2．兩種溫標攝氏溫標和熱力學(xué)溫標。關(guān)系：T＝t＋273.15K。3．分子的動能(1)分子動能是分子熱運動所具有的動能。(2)分子熱運動的平均動能是全部分子熱運動動能的平均值，溫度是分子熱運動的平均動能的標記。(3)分子熱運動的總動能是物體內(nèi)全部分子熱運動動能的總和。4．分子的勢能(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位置確定的能。(2)分子勢能的確定因素①微觀上：確定于分子間距離和分子排列狀況；②宏觀上：確定于體積和狀態(tài)。5．物體的內(nèi)能(1)概念理解：物體中全部分子熱運動的動能和分子勢能的總和，是狀態(tài)量。(2)確定因素：對于給定的物體，其內(nèi)能大小由物體的溫度和體積確定，即由物體內(nèi)部狀態(tài)確定。(3)影響因素：物體的內(nèi)能與物體的位置凹凸、運動速度大小無關(guān)。(4)變更物體內(nèi)能的兩種方式：做功和熱傳遞。1．思索辨析(正確的畫“√”，錯誤的畫“×”)(1)布朗運動是液體分子的無規(guī)則運動。 (×)(2)分子間的引力和斥力都隨分子間距的增大而增大。 (×)(3)－33℃≈240K。 (√)(4)當分子力表現(xiàn)為引力時，分子勢能隨分子間距離的增大而增大。 (√)(5)懸浮微粒做布朗運動，是液體分子的無規(guī)則運動撞擊造成的。 (√)(6)氣體的溫度越高，每個氣體分子的動能越大。 (×)(7)公式d＝eq\f(V,S)中的“V”是純油酸的體積。 (√)2．(教科版選修3－3P39T2改編)對內(nèi)能的理解，下列說法正確的是()A．系統(tǒng)的內(nèi)能是由系統(tǒng)的狀態(tài)確定的B．溫度高的系統(tǒng)比溫度低的系統(tǒng)的內(nèi)能大C．不計分子之間的分子勢能，質(zhì)量和溫度相同的氫氣和氧氣具有相同的內(nèi)能D．做功可以變更系統(tǒng)的內(nèi)能，但是單純地對系統(tǒng)傳熱不能變更系統(tǒng)的內(nèi)能A[系統(tǒng)的內(nèi)能是一個只依靠于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量，所以是由系統(tǒng)的狀態(tài)確定的，A正確；系統(tǒng)的內(nèi)能與溫度、體積、物質(zhì)的多少等因素都有關(guān)系，B錯誤；質(zhì)量和溫度相同的氫氣和氧氣的平均動能相同，但它們的物質(zhì)的量不同，內(nèi)能不同，C錯誤；做功和熱傳遞都可以變更系統(tǒng)的內(nèi)能，D錯誤。]3．用顯微鏡視察水中的花粉，追蹤某一個花粉顆粒，每隔10s登記它的位置，得到了a、b、c、d、e、f、g等點，再用直線依次連接這些點，如圖所示，則下列說法中正確的是()A．連接這些點的折線就是這一花粉顆粒運動的徑跡B．花粉顆粒的運動是花粉分子無規(guī)則運動的反映C．在這六段時間內(nèi)花粉顆粒運動的平均速度大小相等D．從a點計時，經(jīng)36s，花粉顆?？赡懿辉赿e連線上D[依據(jù)題意，每隔10s把視察到的花粉顆粒的位置記錄下來，然后用直線把這些位置依次連接成折線，故此圖象是每隔10s花粉顆粒的位置，而不是花粉顆粒的運動軌跡，故A錯誤；由圖線的雜亂無章說明花粉顆粒做無規(guī)則運動，故B錯誤；在這六段時間內(nèi)花粉顆粒運動的平均速度大小不肯定相等，故C錯誤；從a點起先計時，經(jīng)36s，花粉顆粒可能在隨意一點，可能不在d、e連線上，也可能在d、e連線上，故D正確。]4．依據(jù)分子動理論，下列說法正確的是()A．一個氣體分子的體積等于氣體的摩爾體積與阿伏加德羅常數(shù)之比B．顯微鏡下視察到的墨水中的小炭粒所做的不停地?zé)o規(guī)則運動，就是分子的運動C．分子間的相互作用力肯定隨分子間距離的增大而減小D．分子勢能隨著分子間距離的增大，可能先減小后增大D[由于氣體分子的間距大于分子直徑，故氣體分子的體積小于氣體的摩爾體積與阿伏加德羅常數(shù)之比，故A錯誤；顯微鏡下視察到的墨水中的小炭粒所做的不停地?zé)o規(guī)則運動，是布朗運動，它是分子無規(guī)則運動的體現(xiàn)，但不是分子的運動，故B錯誤；若分子間距離從平衡位置起先增大，則引力與斥力的合力先增大后減小，故C錯誤；若分子間距是從小于平衡距離起先變更，則分子力先做正功再做負功，故分子勢能先減小后增大，故D正確。]微觀量估算的“兩種建模方法”eq\o([依題組訓(xùn)練])1．某氣體的摩爾質(zhì)量為M，分子質(zhì)量為m。若1摩爾該氣體的體積為Vm，密度為ρ，則該氣體單位體積分子數(shù)不正確的是(阿伏加德羅常數(shù)為NA)()A．eq\f(NA,Vm)B．eq\f(M,mVm)C．eq\f(ρNA,M)D．eq\f(ρNA,m)D[1摩爾該氣體的體積為Vm，則單位體積分子數(shù)為n＝eq\f(NA,Vm)，氣體的摩爾質(zhì)量為M，分子質(zhì)量為m，則1mol氣體的分子數(shù)為NA＝eq\f(M,m)，可得n＝eq\f(M,mVm)，氣體的密度為ρ，則1摩爾該氣體的體積Vm＝eq\f(M,ρ)，則有n＝eq\f(ρNA,M)，故D錯誤，A、B、C正確。]2．浙江高校高分子系超群教授的課題組制備出了一種超輕氣凝膠——它刷新了目前世界上最輕材料的紀錄，彈性和吸油實力令人驚喜。這種被稱為“全碳氣凝膠”的固態(tài)材料密度僅是空氣密度的eq\f(1,6)。設(shè)氣凝膠的密度為ρ(單位為kg/m3)，摩爾質(zhì)量為M(單位為kg/mol)，阿伏加德羅常數(shù)為NA，則下列說法不正確的是()A．a(chǎn)千克氣凝膠所含分子數(shù)為n＝eq\f(a,M)NAB．氣凝膠的摩爾體積為Vmol＝eq\f(M,ρ)C．每個氣凝膠分子的體積為V0＝eq\f(M,NAρ)D．每個氣凝膠分子的直徑為d＝eq\r(3,\f(NAρ,M))D[a千克氣凝膠的摩爾數(shù)eq\f(a,M)，所含分子數(shù)為n＝eq\f(a,M)NA，選項A正確；氣凝膠的摩爾體積為Vmol＝eq\f(M,ρ)，選項B正確；每個氣凝膠分子的體積為V0＝eq\f(Vmol,NA)＝eq\f(M,NAρ)，選項C正確；依據(jù)V0＝eq\f(1,6)πd3則每個氣凝膠分子的直徑為d＝eq\r(3,\f(6M,πNAρ))，選項D錯誤。]3．(2024·江蘇高考)科學(xué)家可以運用無規(guī)則運動的規(guī)律來探討生物蛋白分子。資料顯示，某種蛋白的摩爾質(zhì)量為66kg/mol，其分子可視為半徑為3×10－9m的球，已知阿伏加德羅常數(shù)為6.0×1023mol－1。請估算該蛋白的密度。(計算結(jié)果保留一位有效數(shù)字)[解析]摩爾體積V＝eq\f(4,3)πr3NA[或V＝(2r)3NA]由密度ρ＝eq\f(M,V)，解得ρ＝eq\f(3M,4πr3NA)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(或ρ＝\f(M,8r3NA)))代入數(shù)據(jù)得ρ≈1×103kg/m3(或ρ＝5×102kg/m3)。[答案]1×103kg/m3或5×102kg/m34．空調(diào)在制冷過程中，室內(nèi)空氣中的水蒸氣接觸蒸發(fā)器(銅管)液化成水，經(jīng)排水管排走，空氣中水分越來越少，人會感覺干燥。某空調(diào)工作一段時間后，排出液化水的體積V＝1.0×103cm3。已知水的密度ρ＝1.0×103kg/m3、摩爾質(zhì)量M＝1.8×10－2kg/mol，阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.0×1023mol－1。試求：(結(jié)果均保留一位有效數(shù)字)(1)該液化水中含有水分子的總數(shù)N；(2)一個水分子的直徑d。[解析](1)水的摩爾體積為Vmol＝eq\f(M,ρ)＝eq\f(1.8×10－2,1.0×103)m3/mol＝1.8×10－5m3/mol，水分子數(shù)：N＝eq\f(VNA,Vmol)＝eq\f(1.0×103×10－6×6.0×1023,1.8×10－5)個≈3×1025個。(2)建立水分子的球體模型有eq\f(Vmol,NA)＝eq\f(1,6)πd3，可得水分子直徑：d＝eq\r(3,\f(6Vmol,πNA))＝eq\r(3,\f(6×1.8×10－5,3.14×6.0×1023))m≈4×10－10m。[答案](1)3×1025個(2)4×10－10m1．求解分子直徑時的兩種模型(固體和液體)(1)把分子看成球形，d＝eq\r(3,\f(6V0,π))。(2)把分子看成小立方體，d＝eq\r(3,V0)。[留意]對于氣體，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。2．宏觀量與微觀量的相互關(guān)系(1)微觀量：分子體積V0、分子直徑d、分子質(zhì)量m0等。(2)宏觀量：物體的體積V、密度ρ、質(zhì)量m、摩爾質(zhì)量M、摩爾體積Vmol、物質(zhì)的量n等。(3)相互關(guān)系①一個分子的質(zhì)量：m0＝eq\f(M,NA)＝eq\f(ρVmol,NA)。②一個分子的體積：V0＝eq\f(Vmol,NA)＝eq\f(M,ρNA)(估算固體、液體分子的體積或氣體分子所占空間體積)。③物體所含的分子數(shù)：N＝n·NA＝eq\f(m,M)·NA＝eq\f(V,Vmol)·NA。擴散現(xiàn)象、布朗運動與分子熱運動eq\o([依題組訓(xùn)練])1．關(guān)于擴散現(xiàn)象，下列說法不正確的是()A．溫度越高，擴散進行得越快B．擴散現(xiàn)象是不同物質(zhì)間的一種化學(xué)反應(yīng)C．擴散現(xiàn)象是由物質(zhì)分子無規(guī)則運動產(chǎn)生的D．擴散現(xiàn)象在氣體、液體和固體中都能發(fā)生B[擴散現(xiàn)象與溫度有關(guān)，溫度越高，擴散進行得越快，選項A正確；擴散現(xiàn)象是由于分子的無規(guī)則運動引起的，不是一種化學(xué)反應(yīng)，選項B錯誤，選項C正確；擴散現(xiàn)象在氣體、液體和固體中都能發(fā)生，選項D正確。]2．關(guān)于布朗運動，下列說法正確的是()A．布朗運動是液體中懸浮微粒分子的無規(guī)則運動B．液體溫度越高，液體中懸浮微粒的布朗運動越猛烈C．在液體中的懸浮顆粒只要大于某一尺寸，都會發(fā)生布朗運動D．液體中懸浮微粒的布朗運動是液體分子永不停息地做無規(guī)則運動B[布朗運動是液體中懸浮微粒的無規(guī)則運動，故A錯誤；液體溫度越高，分子熱運動越激烈，液體中懸浮微粒的布朗運動越猛烈，故B正確；懸浮顆粒越大，慣性越大，碰撞時受到?jīng)_力越平衡，所以大顆粒不做布朗運動，故C錯誤；布朗運動是懸浮在液體中顆粒的無規(guī)則運動。不是液體分子的無規(guī)則運動，故D錯誤。故選B。]3．(2024·北京高考)以下關(guān)于熱運動的說法正確的是()A．水流速度越大，水分子的熱運動越猛烈B．水凝聚成冰后，水分子的熱運動停止C．水的溫度越高，水分子的熱運動越猛烈D．水的溫度上升，每一個水分子的運動速率都會增大C[分子熱運動的快慢只與溫度有關(guān)，與物體速度無關(guān)，溫度越高，分子熱運動越猛烈，A錯誤，C正確；水凝聚成冰后，水分子的熱運動仍存在，故B錯誤；熱運動是大量分子運動的統(tǒng)計規(guī)律，即溫度是分子平均動能的標記，所以溫度上升，分子的平均速率增大，并不代表每一個分子的速率都增大，故D錯誤。]4．PM2.5是指空氣中直徑小于2.5微米的懸浮顆粒物，其飄浮在空中做無規(guī)則運動，很難自然沉降到地面。下列說法中不正確的是()A．氣溫越高，PM2.5運動越猛烈B．PM2.5在空氣中的運動屬于布朗運動C．PM2.5在空氣中的運動就是分子的熱運動D．提倡低碳生活有利于減小PM2.5在空氣中的濃度C[由于PM2.5顆粒很小，PM2.5在空氣中的運動是由于四周大量空氣分子對PM2.5碰撞的不平衡使其在空中做無規(guī)則運動，是布朗運動，只是空氣分子熱運動的反映，B正確，C錯誤；溫度越高，分子運動越猛烈，PM2.5運動也越猛烈，A正確；因為礦物燃料燃燒的廢氣排放是形成PM2.5的主要緣由，所以提倡低碳生活、削減化石燃料的運用能有效減小PM2.5在空氣中的濃度，D正確。]擴散現(xiàn)象、布朗運動與熱運動的比較擴散現(xiàn)象布朗運動熱運動活動主體分子固體微小顆粒分子區(qū)分是分子的運動，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顆粒的運動，只能在液體、氣體中發(fā)生是分子的運動，不能通過光學(xué)顯微鏡干脆視察到共同點(1)都是無規(guī)則運動(2)都隨溫度的上升而更加激烈聯(lián)系擴散現(xiàn)象、布朗運動都反映了分子做無規(guī)則的熱運動分子力、分子勢能、平均動能和內(nèi)能eq\o([依題組訓(xùn)練])1．(2024·北京高考)關(guān)于分子動理論，下列說法正確的是()A．氣體擴散的快慢與溫度無關(guān)B．布朗運動是液體分子的無規(guī)則運動C．分子間同時存在著引力和斥力D．分子間的引力總是隨分子間距增大而增大C[在其他條件不變的狀況下，溫度越高，氣體擴散得越快，故A錯誤；布朗運動是固體小顆粒的運動，從側(cè)面反映了液體分子的無規(guī)則運動，故B錯誤；分子間同時存在著引力和斥力，故C正確；分子間的引力總是隨著分子間距的增大而減小，故D錯誤。]2．關(guān)于氣體的內(nèi)能，下列說法正確的是()A．質(zhì)量和溫度都相同的氣體，內(nèi)能肯定相同B．氣體溫度不變，整體運動速度越大，其內(nèi)能越大C．氣體被壓縮時，內(nèi)能增大D．肯定量的某種志向氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)D[氣體的內(nèi)能由物質(zhì)的量、溫度和體積確定，質(zhì)量和溫度都相同的氣體，內(nèi)能可能不同，說法A錯誤；內(nèi)能與物體的運動速度無關(guān)，說法B錯誤；氣體被壓縮時，同時對外傳熱，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律知內(nèi)能可能不變，說法C錯誤；肯定量的某種志向氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，說法D正確。]3．(2024·湖南邵陽二模)熱學(xué)現(xiàn)象在生活中無處不在，下列與此有關(guān)的分析正確的是()A．固體很難被壓縮是因為分子之間有引力B．物體汲取熱量，其內(nèi)能肯定增加C．溫度高的物體，其內(nèi)能肯定大D．氣體在對外做功的過程中，其內(nèi)能可能增加D[