第1讲　分子动理论　内能.docx

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1、J 第十五章一执学工八j第O讲分子动理论内能教材阅读指导(对应人教版新教材选择性必修第三册页码及相关问题)IDP34阅读“分子热运动”这一局部内容，思考以下问题。(1)哪些现象说明了分子做热运动？提示：扩散现象和布朗运动。(2)图1.1 - 4是微粒的运动轨迹吗？提示：不是，是每隔一定时间的微粒位置连线。(3)布朗运动是分子的无规那么运动吗？它和热运动有什么关系？提示：不是，布朗运动是悬浮在液体(或气体)中的微粒的无规那么运动，间接 反映了分子在做永不停息的无规那么热运动。l P5图1-7,根据图说明分子力/随分子间距离变化的特点。提示：当r二)时，分子力为0,当少八)时，分子力为引力，且当分

2、子间距 离较大时，分子力趋近于0,当云川时，分子力为斥力，且随分子间距离减小而 急剧增大。IBP6阅读“分子动理论”这一局部内容，单个分子的运动是否遵循一定的规律？提示:单个分子的运动情况具有偶然性，大量分子的运动情况表现出规律性。IBP9练习与应用T3。提示：(1)1.72X1071 nA(2)数油膜轮廓范围内正方形的个数，缺乏半个的舍去，多于半个的算一个。1 .（气体微观量的计算）某气体的摩尔质量为M,摩尔体积为V,密度为“每个分子的质量和体积分别为根和Vo。那么阿伏加德罗常数Na可表示为或 O答案解析 摩尔质量M除以每个分子的质量根为Na,即刈=7。气体摩尔体 IIIM dV积为V,密度

3、为“那么摩尔质量为=匕所以刈=7 =皆。气体摩尔体积除以9 1 L ，心阿伏加德罗常数等于一个气体分子平均占据的空间体积，不等于气体分子体积，V所以Naw正。2 .（液体微观量的计算）某一体积为V的密封容器，充入密度为小摩尔质量 为M的理想气体，阿伏加德罗常数为Na,那么该容器中气体分子的总个数N=o现将这局部气体压缩成液体，体积变为Vo,此时分子间的平均距离d=O （将液体分子视为立方体模型）VoMpVNx解析气体的质量为帆气体分子的总个数为N=Na = Va=Va； 每个液体分子占据空间的体积为= 瑞所以此时分子间的平均距离d= 如=考点2分子热运动、气体压强的理解考点2分子热运动、气体压

4、强的理解深化理解科学思维梳理1 .分子热运动（1）扩散现象：不同物质能够彼此进入对方的现象。产生原因：分子永不停 息地做无规那么运动。（2）布朗运动研究对象：悬浮在液体或气体中的小颗粒。运动特点：无规那么、永不停息。相关因素：颗粒大小、温度。物理意义：说明液体或气体分子永不停息地做无规那么的热运动。扩散现象、布朗运动与热运动的比拟(4)大量气体分子热运动的规律现象扩散现象布朗运动热运动活动主体分子微小固体颗粒分子区别分子的运动，发生在 固体、液体、气体任 何两种物质之间比分子大得多的微粒 的运动，只能在液体、 气体中发生分子的运动，不能通 过光学显微镜直接观 察到共同点都是无规那么运动；都随温

5、度的升高而更加激烈联系扩散现象、布朗运动都反映分子做无规那么的热运动大量气体分子热运动遵循统计规律：运动方向：沿各个方向运动的气体分子数目几乎相等；运动速率：速率分布图像呈现“中间多、两头少”的特征，当温度升高时, 中间多”的这一“高峰”向速率大的方向移动，分子的平均速率增大，分子的热运动更剧烈。注：分子平均动能与分子平均速率的区别：对同一种分子，分子的平均动能而分子的平均速率为石，可知石kWj小32；但万k与三成正相关关系。2 .气体压强的决定因素(1)宏观上：对于一定质量的理想气体，决定于气体的温度和体积。(2)微观上：决定于气体分子的平均速率和气体分子的数密度。例2 (2021 .山东省

6、教科所高三下二模改编)蛟龙号深潜器在执行某次实验任 务时，外部携带一装有氧气的汽缸，汽缸导热良好，活塞与缸壁间无摩擦且与海 水相通。海水温度随深度增加而降低，那么深潜器下潜过程中，以下说法正确的选项是（）A.每个氧气分子的动能均减小B.氧气分子的平均速率增大C.氧气分子单位时间撞击缸壁单位面积的次数增加D.氧气分子每次对缸壁的平均撞击力增大答案C解析海水温度随深度增加而降低，汽缸导热良好，那么深潜器下滑过程中， 汽缸内装有的氧气温度降低，氧气分子的平均动能减小，但不是每个氧气分子的 动能均减小，故A错误；氧气温度降低，那么氧气分子平均动能减小，那么平均速 率减小，由动量定理知，氧气分子每次对缸

7、壁的平均撞击力下减小，故B、D 错误；根据液体压强公式=侬力，可知随着深潜器下潜深度增加，海水压强增 大，由于活塞与缸壁间无摩擦且与海水相通，那么氧气压强增大，根据气体压强 的微观表达式=疗以及了减小可知，氧气分子单位时间撞击缸壁单位面积的 次数N增加，故C正确。关键能力升华气体压强的分析技巧（1）明确气体压强产生的原因气体对容器的压强是大量做无规那么热运动 的气体分子不断撞击器壁的结果。器壁单位面积上受到的压力，就是气体的压强。 设单位时间内气体对单位面积器壁的撞击次数为N,单个气体分子撞击器壁一次 的平均撞击力为了，那么气体压强 二下。（2）明确气体压强的决定因素气体分子的数密度n与平均速

8、率3。只有 知道了这两个因素的变化情况，才能确定压强的变化，任何其中一个因素的变化 都不能决定压强的变化。注意：N和是两个不同的物理量。对点跟进训练1 .（布朗运动、扩散与热运动）（多项选择）关于布朗运动、扩散现象，以下说法中正确的选项是（）A.布朗运动是固体微粒的运动，反映了液体或气体分子的无规那么运动B.布朗运动和扩散现象都需要在重力作用下才能进行C.布朗运动和扩散现象在没有重力作用下也能进行D.扩散现象直接证明了 “物质分子在永不停息地做无规那么运动”，而布朗 运动间接证明了这一观点答案ACD解析扩散现象是物质分子的无规那么运动，而布朗运动是悬浮在液体或气体 中的微粒的运动，液体或气体分

9、子对微粒撞击作用的不平衡导致微粒的无规那么运 动，由此可见扩散现象和布朗运动不需要附加条件；扩散现象直接证明了 “物质 分子在永不停息地做无规那么运动”，而布朗运动间接证明了 “物质分子在永不停 息地做无规那么运动。故A、C、D正确，B错误。2 .（分子速率分布规律）（多项选择）图甲为测量分子速率分布的装置示意图，圆筒 绕其中心匀速转动，侧面开有狭缝N,内侧贴有记录薄膜，M为正对狭缝的位置。 从原子炉R中射出的银原子蒸气穿过屏上S缝后进入狭缝N,在圆筒转动半个周 期的时间内相继到达并沉积在薄膜上。展开的薄膜如图乙所示，NP、尸。间距相 等，银原子的重力不计，运动过程中的碰撞不计，贝!（）A.到

10、达M附近的银原子速率较大8 .到达。附近的银原子速率较大C.到达。附近的银原子速率为“中等”速率D.到达区间的分子百分率大于位于NP区间的分子百分率答案ACD解析 从原子炉R中射出的银原子穿过S缝后向右做匀速直线运动，同时 圆筒匀速转动，银原子进入狭缝N后，在圆筒转动半个周期的过程中，银原子 相继到达圆筒最右端并打到记录薄膜上，打在薄膜上M点附近的银原子先到达 最右端，所用时间最短，所以速率较大，同理到达Q附近的银原子速率为“中等”速率，故A、C正确，B错误；由图乙可知，位于PQ区间的分子百分率大 于位于NP区间的分子百分率，故D正确。考点3 分子力、分子势能与内能拓展延伸科学思维梳理1.分子

11、力与分子势能的比拟名称工程分子间的相互作用力F分子势能稣与分子间距的关系图 线U随分子间距的变化情况f0随距离的减小而增大，户表现 为斥力增大，斥力做正功，分子 势能减少；厂减小，斥力做负功，分子 势能增加ror0为斥力，尸0为引力。A、8、C、。为x轴上四个特定的位置，现把乙 分子从A处由静止释放，选项中四个图分别表示乙分子的速度、加速度、动能、 势能与两分子间距离的关系，其中大致正确的选项是（）答案D解析 乙分子从A点由静止释放运动到。点的过程，速度一直在增大，故 A错误；由牛顿第二定律可知，乙分子的加速度与乙分子所受甲分子的分子力的 大小成正比，方向与该分子力的方向相同，加速度等于0的位

12、置是。点，故B 错误；在A点处，乙分子的分子动能应为零，且分子动能不可能为负值，故C 错误；乙分子从A处由静止释放，从A点到。点的过程分子力做正功，从。点 向。点方向运动到最左的过程中，分子力做负功，那么乙分子的分子势能先减小, 到C点最小，从C点向最左点又增大到与在A点时相同，故D正确。7. 关于内能，以下说法正确的选项是（）A.物体的内能大小与它整体的机械运动无关8. 到达热平衡的两个系统内能一定相等C,质量和温度相同的氢气和氧气内能一定相等D. 100 水的内能可能大于100 水蒸气的内能答案AD解析 物体的内能大小与它整体的机械运动无关，A正确；到达热平衡的两 个系统温度一定相等，内能

13、不一定相等，B错误；温度相同的氢气和氧气分子的 平均动能相同，质量相同的氢气和氧气分子数不同，那么质量和温度相同的氢气和 氧气的内能一定不相等，C错误；物体的内能与物体的温度、体积以及物质的量 等因素都有关，那么100 水的内能可能大于100 水蒸气的内能，D正确。8.地球大气层的厚度/远小于地球半径R,空气的平均摩尔质量为”, 阿伏加德罗常数为Na,地面处大气压强为p。,重力加速度大小为go由此可估 算得（）A.地球大气层空气分子总数为.需MB.地球大气层空气分子总数为2兀髭WaC.空气分子之间的平均距离为D.空气分子之间的平均距离为答案AD解析 大气压强由大气层空气的重力产生，即mg =

14、poS = podTrK,那么地球大 气层空气分子总数为N =却吗A正确，B错误；大气层中空气的体积为丫=4兀肥儿那么空气分子之间的平均距离为1=朝=C错误，D 正确。9. （2021湖北省八市高三下3月联考）某同学记录2021年3月10日教室内温度如下：时刻6: 009: 0012: 0015: 0018: 00温度12 15 18 23 17 教室内气压可认为不变，那么当天15: 00与9: 00相比，以下说法正确的选项是（）A.教室内所有空气分子动能均增加B.教室内空气密度减少C.教室内单位体积内的分子个数一定增加D.单位时间碰撞墙壁单位面积的气体分子数一定减少答案BD解析 温度是分子平

15、均动能的标志，温度升高那么分子的平均动能增大，但不 是所有空气分子的动能均增加，故A错误；与9点相比，15点时气体温度升高, 那么空气分子平均动能增大，而空气压强不变，那么空气分子数密度减小，那么空气密 度减小，故B正确，C错误；空气分子的平均动能增大，那么平均速率增大，单个 空气分子每次撞击墙壁的平均作用力增大，又因为教室内气压不变，那么单位时 间内碰撞墙壁单位面积的气体分子数一定减少，故D正确。10 .在相同的外界环境中，两个相同的集气瓶中分别密闭着质量相同的氢气 和氧气，如下图。假设在相同温度、压强下气体的摩尔体积都相同，那么以下说法 正确的选项是（）A.氢气分子的数密度较大B.氧气分子

16、的数密度较大C.氢气的压强较大D.两气体的压强相等答案ACm解析 气体分子数N = Va,由于氢气的摩尔质量较小，那么氢气的气体分子 数较多，分子数密度较大，故A正确，B错误；由题意可知，假设在相同温度、 压强下，氢气体积大于氧气体积，假设保持温度不变，将氢气体积压缩到与氧气相 同，那么其分子数密度将变大，压强也将变大，即集气瓶中氨气压强较大，故C 正确，D错误。二、非选择题（此题共2小题）11 .水的摩尔质量为M=18g/mol,水的密度为p=L0Xl（）3kg/m3,阿伏加 德罗常数Na = 6.0X 1023 mor1,那么一个水分子的质量为 kg, 一瓶500 mL的纯洁水所含水分子的

17、个数为 o答案 3X 10-261.67X 1025解析 一个水分子的质量等于水的摩尔质量除以阿伏加德罗常数，即：m = MnV访,代入数据得:2 = 3X10 - 26kg0500 mL纯洁水所含水分子数目为:N = %XNa,1.0X 103X500X 10-6”代入数据得：N =X6.0X 10231.67X 1025oo 1U 12. （2021山东省高三下学期开学摸底）在标准状况下，体积为V的水蒸气可 视为理想气体，水蒸气的密度为P，阿伏加德罗常数为Na,水的摩尔质量 为M,水分子的直径为do（1）计算体积为V的水蒸气含有的分子数；（2）估算体积为V的水蒸气完全变成液态水时，液态水的

18、体积（将液态水分子 看成球形，忽略液态水分子间的间隙）。小上 八、小、欢/NA答案务Na Q）上而一解析体积为丫的水蒸气的质量为m=，匕体积为丫的水蒸气含有的分子数为N = Va;%Va。将水分子看成球形，水分子的直径为44（八up V足N人6M 那么一个水分子的体积为丫。二 ，/，那么液态水的体积为V=分子直径：数量级是国Sm;分子质量：数量级是10-26kg;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，心=丽6.02义物23 mol-。阿伏加德罗常 数是联系宏观物理量与微观物理量的桥梁。2 .分子热运动(1)扩散现象定义：画丕同种物质能够彼此进入对方的现象。实质

19、：不是外界作用引起的，也不是化学反响的结果，而是由物质分子的 同无规那么运动产生的。温度越高，扩散现象越明显。(2)布朗运动定义：悬浮在液体中的微粒的永不停息的国无规那么运动。成因：液体分子无规那么运动，对固体微粒撞击作用不平衡造成的。特点：永不停息，无规那么；微粒画越小，温度回越高，布朗运动越明 显。结论：反映了函 液体分子运动的无规贝I性。(3)热运动定义：分子永不停息的画无规那么运动。特点：温度是分子热运动剧烈程度的标志。温度越高，分子无规那么运动越 激烈。3 .分子间的作用力(1)分子间作用力跟分子间距离的关系如下图。(2)分子间作用力的特点厂=加时(小的数量级为IO-10 m),分子

20、间作用力/=0,这个位置称为回壬 衡位置;区八)时，分子间作用力尸表现为回星力；-八)时，分子间作用力尸表现为画引力。物理观念2分子运动速率分布规律4 .气体分子运动的特点气体分子间距而I很大,分子间的作用力很弱，通常认为，气体分子除了 相互碰撞或者跟器壁碰撞外，不受力而做匀速直线运动，气体充满它能到达的整 个空间。(2)气体分子的数密度仍然十分巨大，分子之间频繁地碰撞，每个分子的速 度大小和方向频繁地改变。分子的运动杂乱无章，在某一时刻，向着各个方向运 动的分子数目几乎0相等。5 .分子运动速率分布图像(1)分子做无规那么运动，在任一温度下，气体分子的速率都呈“网中间多、 两头少”的分布。(

21、2)温度一定时，某种分子的速率分布是叵确定的；温度升高时，速率小的 分子数画减少，速率大的分子数函增多,分子的平均速率增大，但不是每个 分子的速率都增大。6 .气体压强的微观解释(1)气体压强的产生原因：由于气体分子无规那么的画热运动，大量的分子频 繁地碰撞器壁产生持续而稳定的压力。气体的压强在数值上等于器壁单位面积上 受到的压力。(2)气体压强的决定因素：气体的压强取决于气体分子与器壁的碰撞对器壁 的作用力的大小和单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数。所以从微观角度来 看，气体压强的大小跟两个因素有关：气体分子的函平均速率,气体分子的国 数密度。物理观念3分子动能和分子势能物体的内能7 .分

22、子动能(1)分子动能是而|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应平均值。物体的 国温度是它的分子热运动的平均动能的标志。8 .分子势能(1)定义：由于分子间存在着相互作用力，且分子间的作用力所做的功与路 径无关，所以分子组成的系统具有分子势能。(2)分子势能的决定因素微观上决定于同分子间距离;宏观上决定于物体的砥体积。9 .物体的内能(1)物体中所有分子的热运动画动能与阿分子势能的总和,叫作物体的内 能，内能是状态量。(2)对于给定的物体，其内能大小与物体的画温度和画体积有关。(3)物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关。(4)决定内能的因素微观上：

23、分子动能、分子势能、分子个数。宏观上：温度、体积、物质的量(摩尔数)。(5)改变物体的内能有两种方式做功：当只有做功使物体的内能发生改变时，外界对物体做了多少功，物 体内能就增加多少；物体对外界做了多少功，物体内能就减少多少。传热：当只有传热使物体的内能发生改变时，物体吸收了多少热量，物体 内能就增加多少；物体放出了多少热量，物体内能就减少多少。/必备知识夯实-堵点疏通1 .只要知道气体的体积和阿伏加德罗常数，就可以算出分子的体积。（）2 .扩散现象和布朗运动的剧烈程度都与温度有关，所以扩散现象和布朗运 动也叫作热运动。（）3 .相同质量和相同温度的氢气和氧气，氢气的内能大，氧气分子的平均动

24、能大，氨气分子的平均速率大。（）4 .在阳光照射下的教室里，眼睛直接看到的空气中尘埃的运动属于布朗运 动。（）5 .分子间作用力随分子间距离的变化而变化，当厂川时，随着距离的增大, 分子间作用力表现为引力且增大。（）6 .气体的压强是由气体的自身重力产生的。（）7 .分子动能与分子势能的总和叫作这个分子的内能。（）8 .分子间作用力减小时，分子势能也一定减小。（）9 .物体的机械能减小时，内能不一定减小。（）10 .内能相同的物体，它们的分子平均动能一定相同。（）答案 l.X 2.X 3.X 4.X 5.X 6.X 7.X 8.X 9. V 10.X二对点激活1 .（人教版选择性必修第三册.P

25、6-T3改编X多项选择）以下关于布朗运动的说法错 误的是（）A.布朗运动证明，组成固体小颗粒的分子在做无规那么运动B. 一锅水中撒一点儿胡椒粉，加热时发现水中的胡椒粉在翻滚，这说明温 度越高布朗运动越激烈C.在显微镜下可以观察到煤油中小粒灰尘的布朗运动，这说明煤油分子在 做无规那么运动D.扩散现象和布朗运动都证明分子在做永不停息的无规那么运动答案AB解析 布朗运动反映了液体分子在做无规那么运动，它是固体颗粒的运动，不 属于分子运动，故A错误；水中胡椒粉的运动不是布朗运动，布朗运动用肉眼 不能直接观察到，故B错误；根据分子动理论可知C、D正确。此题选说法错误 的，应选A、Bo2 .（多项选择）对

26、内能的理解，以下说法正确的选项是（）A.物体的质量越大，内能越大B .物体的温度越高，内能越大C.同一个物体，内能的大小与物体的体积和温度有关D.对物体做功，物体的内能可能减小答案CD解析 物体的内能是物体内所有分子的热运动动能和分子势能的总和，与物 体的温度、体积、分子总数（或物质的量）均有关，故A、B错误，C正确；做功 和传热都能改变物体的内能，对物体做功，假设物体同时对外放热，那么物体的内能 可能减小，D正确。3 .如下图，把一块洗净的玻璃板吊在橡皮筋的下端，使玻璃板水平地接 触水面。如果你想使玻璃板离开水面，向上拉橡皮筋的力必须大于玻璃板的重量。 请解释为什么。答案因为玻璃板和水的分子

27、间的分子引力大于斥力。4 .（人教版选择性必修第三册RT）把铜块中的铜分子看成球形，且它们紧 密排列，试估算铜分子的直径。铜的密度为8.9X103 kg/m3,铜的摩尔质量为 6.4X 10-2 kg/molo答案 2.84X10TmM解析铜的摩尔体积丫二万V一个铜原子的体积Vo = -又为二联立得d二A黑-2.84X1。一、。核心素界|开展与提升I考点1考点1微观量的估算解题技巧科学思维梳理1 .分子模型物质有固态、液态和气态三种状态，不同物态下应将分子看成不同的模型。固体、液体分子一个一个紧密排列，可将分子看成球形或立方体形，如 图所示。分子间距等于小球的直径或立方体的棱长，所以d=（球体

28、模型）或心而（立方体模型）。球形分子模型立方体形分子模型（2）气体分子不是一个一个紧密排列的，它们之间的距离很大，所以计算的 一般是每个分子所占据的平均空间大小。如下图，将每个分子占据的空间视为棱长为d的立方体，所以d二赤。2 .微观量：分子体积Vo、分子直径A分子质量相。3 .宏观量：物体体积V、摩尔体积Vmol、物体的质量M、摩尔质量Mmol、 物体的密度。4 .微观量与宏观量的关系(1)分子的质量：加二端1二喂1(2)分子的体积(或占据的空间)：%=猊=黑对固体和液体，表示分子的体积；对气体，%表示分子占据的空间。 v MM oV(3)物体所含的分子数：N二标.g=涵产，或Nf.Na七N

29、a。例1 (多项选择)铜的摩尔质量为M,铜的密度为“阿伏加德罗常数为Na。 以下判断正确的选项是()A. 1kg铜所含的原子数为NaB. 1 n?铜所含的原子数为管MC. 1个铜原子的体积为再3 / 6MD.铜原子的直径为7前答案CD1 VQ1 Vq解析1kg铜的物质的量为7声，所含原子数为诗Na,故A错误；In?铜的质量为1 a?，那么1 n?铜所含的原子数为故B错误；1个铜原子M71d3 M3 I 6M的体积为源，故C正确；设铜原子的直径为d,贝U有7-二函，那么d = l而心 故D正确。关键能力升华 微观量的求解方法 (1)分子的大小、分子体积、分子质量属微观量，直接测量它们的数值非常 困难，可以借助较易测量的宏观量结合摩尔体积、摩尔质量等来估算这些微观量, 其中阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁和纽带。(2)建立合适的物理模型，通常把固体、液体分子模拟为球形或立方体形， 如例1中将铜原子看成球形；对于气体分子所占据的空间那么可建立立方体模型。对点跟进训练