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1、高中物理选修 分子动理论本讲稿第一页，共十五页 本部分内容在考纲中都属于本部分内容在考纲中都属于级要求，且在高考中占级要求，且在高考中占8%，一般以选择，一般以选择题形式出现，主要从以下几方面考查：题形式出现，主要从以下几方面考查：1.考查阿伏加德罗常数及分子大小、分子质量、分子数目等微观考查阿伏加德罗常数及分子大小、分子质量、分子数目等微观量的估算。量的估算。2.考查分子的平均动能、热运动和布朗运动。考查分子的平均动能、热运动和布朗运动。3.考查晶体和非晶体的特点及液体表面张力产生的原因。考查晶体和非晶体的特点及液体表面张力产生的原因。4.气体实验定律的定量计算及图象的考查。气体实验定律的定
2、量计算及图象的考查。5.热力学第一定律与理想气体状态方程定性分析的综合考查。热力学第一定律与理想气体状态方程定性分析的综合考查。6.考查热力学第二定律和能量守恒定律的综合运算。考查热力学第二定律和能量守恒定律的综合运算。7.考查油膜法测分子直径大小的原理、操作步骤和数据的处考查油膜法测分子直径大小的原理、操作步骤和数据的处理。理。本讲稿第二页，共十五页 本专题概念、规律繁多，但要求较低，考纲对给定的知识点全部本专题概念、规律繁多，但要求较低，考纲对给定的知识点全部是是级要求。因此，在复习时应注意以下几个方面：级要求。因此，在复习时应注意以下几个方面：(1)加强对基本概念和基本规律的理解。强化概
3、念和规律的记忆，加强对基本概念和基本规律的理解。强化概念和规律的记忆，明确以分子动理论、热力学定律和能量守恒定律为核心的热力学规律；明确以分子动理论、热力学定律和能量守恒定律为核心的热力学规律；(2)理解以温度、内能和压强为主体的热学概念。要能从微观理解以温度、内能和压强为主体的热学概念。要能从微观角度，从分子动理论的观点来认识热现象和气体压强的产生；能利角度，从分子动理论的观点来认识热现象和气体压强的产生；能利用阿伏加德罗常数来联系宏观和微观在数量上的关系；用阿伏加德罗常数来联系宏观和微观在数量上的关系；(3)能熟练运用热力学第一、第二定律和能量转化与守恒定律能熟练运用热力学第一、第二定律和
4、能量转化与守恒定律分析及讨论物体内能的变化。分析及讨论物体内能的变化。本讲稿第三页，共十五页 正确建立物理模型是解决问题的关键，对液体和固体，微观模型是分子紧密排列，分正确建立物理模型是解决问题的关键，对液体和固体，微观模型是分子紧密排列，分子可以看成球体，其体积子可以看成球体，其体积V0=d3(d为球体直径为球体直径)。对气体分子来说，由于分子不是紧密排列，上述微观模型对气体不适用，但我们可以对气体分子来说，由于分子不是紧密排列，上述微观模型对气体不适用，但我们可以通过立方体模型求分子间距，将气体体积分成通过立方体模型求分子间距，将气体体积分成N个小立方体，其边长即为分子间距，即个小立方体，
5、其边长即为分子间距，即d=(V为气体体积为气体体积)。1.已知固体和液体的摩尔体积已知固体和液体的摩尔体积Vmol和一个分子的体积和一个分子的体积V0,则则NA=Vmol/V0;知知NA和和Vmol亦可亦可估算分子的大小。估算分子的大小。2.已知物体的摩尔质量已知物体的摩尔质量M和一个分子的质量和一个分子的质量m0，求，求NA，则，则NA=M/m0；知；知NA和和M亦可估亦可估算分子的质量。算分子的质量。3.已知物体的体积已知物体的体积V和摩尔体积和摩尔体积Vmol，求物体的分子数，求物体的分子数n，则，则n=NAV/Vmol。4.已知物体的质量已知物体的质量m和摩尔质量和摩尔质量M，求物体的
6、分子数，则，求物体的分子数，则n=(m/M)NA。要点一要点一 分子的大小、质量与物体的体积、质量的关系分子的大小、质量与物体的体积、质量的关系学案1 分子动理论本讲稿第四页，共十五页(双向选择双向选择)铜的摩尔质量为铜的摩尔质量为M，密度为，密度为，若用，若用NA表示阿表示阿伏加德罗常数，则下列说法正确的是（伏加德罗常数，则下列说法正确的是（）A.1个铜原子的质量为个铜原子的质量为/NAB.1个铜原子占有的体积为个铜原子占有的体积为M/NAC.1 m3铜所含原子的数目为铜所含原子的数目为(NA)/MD.1 kg铜所含原子的数目为铜所含原子的数目为NA/MC D体验应用体验应用本讲稿第五页，共
7、十五页 1.布朗运动与扩散现象的关系布朗运动与扩散现象的关系 (1)布朗运动与扩散现象是不同的两个现象，但也有相同之处。首先，它们都反映了分子布朗运动与扩散现象是不同的两个现象，但也有相同之处。首先，它们都反映了分子永不停息地做无规则运动；其次，它们都随着温度的升高而表现得愈加明显；永不停息地做无规则运动；其次，它们都随着温度的升高而表现得愈加明显；(2)扩散是两种不同物质接触时，没有受到外界的影响而彼此能够进入对方的现象，气体、扩散是两种不同物质接触时，没有受到外界的影响而彼此能够进入对方的现象，气体、液体、固体都有扩散现象，扩散的快慢除了和温度有关外，还和物体的密度差、溶液的浓度液体、固体
8、都有扩散现象，扩散的快慢除了和温度有关外，还和物体的密度差、溶液的浓度有关，密度差有关，密度差(浓度差浓度差)越大，扩散进行得越快；布朗运动是悬浮在液体中的微粒所做的无规越大，扩散进行得越快；布朗运动是悬浮在液体中的微粒所做的无规则运动，其运动的激烈程度与微粒的大小和液体的温度有关，这是两者的不同之处。则运动，其运动的激烈程度与微粒的大小和液体的温度有关，这是两者的不同之处。2.布朗运动与分子运动的关系布朗运动与分子运动的关系 (1)布朗运动的研究对象是固体小颗粒；分子运动的研究对象是分子。布朗微粒中也含有大量布朗运动的研究对象是固体小颗粒；分子运动的研究对象是分子。布朗微粒中也含有大量的分子
9、，这些分子也在做永不停息的无规则运动；的分子，这些分子也在做永不停息的无规则运动；(2)布朗运动的产生原因是由于液体分子无规则运动的撞击，布朗运动的无规则性反映了液体布朗运动的产生原因是由于液体分子无规则运动的撞击，布朗运动的无规则性反映了液体分子运动的无规则性；布朗运动与温度有关，表明液体分子的运动与温度有关，温度越高运动越分子运动的无规则性；布朗运动与温度有关，表明液体分子的运动与温度有关，温度越高运动越激烈；激烈；(3)布朗运动的特点是永不停息、无规则，颗粒越小现象越明显，温度越高运动越激烈；在任何温度布朗运动的特点是永不停息、无规则，颗粒越小现象越明显，温度越高运动越激烈；在任何温度下
10、都可以产生布朗运动，但温度越高布朗运动越明显；下都可以产生布朗运动，但温度越高布朗运动越明显；(4)布朗运动不仅能在液体中发生，也能够在气体中发生。布朗运动不仅能在液体中发生，也能够在气体中发生。要点二要点二 微观分子热运动与其宏观表现的关系微观分子热运动与其宏观表现的关系本讲稿第六页，共十五页要点三要点三 物体的内能和机械能的比较物体的内能和机械能的比较名师支招：名师支招：(1)物体的体积越大，分子势能不一定就越大，如物体的体积越大，分子势能不一定就越大，如0 的水结成的水结成0 的冰后体积变大，但分的冰后体积变大，但分子势能却减小了。子势能却减小了。(2)理想气体分子间相互作用力为零，故分
11、子势能忽略不计，一定质量的理想气理想气体分子间相互作用力为零，故分子势能忽略不计，一定质量的理想气体内能只与温度有关。体内能只与温度有关。(3)内能是对物体的大量分子而言的，不存在某个分子的内能的说法。内能是对物体的大量分子而言的，不存在某个分子的内能的说法。类别类别比较比较内能内能机械能机械能定义定义物体内所有分子的热运动动能物体内所有分子的热运动动能和分子势能之和和分子势能之和物体的动能、重力势能和物体的动能、重力势能和弹性势能的统称弹性势能的统称决定决定由物体内部状态决定由物体内部状态决定跟宏观运动状态、参考系跟宏观运动状态、参考系和零势能点的选取有关和零势能点的选取有关量值量值任何物体
12、都有内能任何物体都有内能可以为零可以为零测量测量不易测量不易测量容易测量容易测量本质本质分子的运动和相互作用的结果分子的运动和相互作用的结果宏观物体的运动和相互作宏观物体的运动和相互作用的结果用的结果本讲稿第七页，共十五页【例【例1】已知汞的摩尔质量为】已知汞的摩尔质量为M=200.510-3 kg/mol，密度为，密度为=13.6103 kg/m3，阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数NA=6.01023 mol-1。求：。求：(1)一个汞原子的质量一个汞原子的质量(用相应的字母表示即可用相应的字母表示即可)；(2)一个汞原子的体积一个汞原子的体积(结果保留一位有效数字结果保留一位有效数字)；(3)
13、体积为体积为1cm3的汞中汞原子的个数的汞中汞原子的个数(结果保留一位有效数字结果保留一位有效数字)。热点一热点一 宏观量与微观量的关系宏观量与微观量的关系【答案答案】(1)M/NA (2)210-29 m3 (3)41022个个 【解析解析】(1)一个汞原子的质量为一个汞原子的质量为m0=M/NA (2)一个汞原子的体积为一个汞原子的体积为 V0=Vmol/NA=M/(NA)=(200.510-3)/(13.61036.01023)m3210-29 m3。(3)1cm3的汞中含汞原子个数的汞中含汞原子个数 n=(VNA)/M=(1.36103110-66.01023)/200.510-3个个
14、41022个。个。本讲稿第八页，共十五页 1(单项选择单项选择)假如全世界假如全世界60亿人同时数亿人同时数1g水的分子个数，每人每水的分子个数，每人每小时可以数小时可以数5000个，不间断地数，则完成任务所需时间最接近个，不间断地数，则完成任务所需时间最接近(阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数NA取取61023 mol-1)()A.10年年 B.1千年千年 C.10万年万年 D.1千万年千万年C本讲稿第九页，共十五页【例【例2】(单项选择单项选择)分子动理论较好地解释了物质的宏观热学性质分子动理论较好地解释了物质的宏观热学性质,据此可据此可 判断下列说法中错误的是判断下列说法中错误的是()A.显微
15、镜下观察到墨水中的小炭粒在不停的做无规则运动显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停的做无规则运动,这反映了液这反映了液 体分子运动的无规则性体分子运动的无规则性 B.分子间的相互作用力随着分子间距离的增大分子间的相互作用力随着分子间距离的增大,一定先减小后增大一定先减小后增大 C.分子势能随着分子间距离的增大分子势能随着分子间距离的增大,可能先减小后增大可能先减小后增大 D.在真空、高温条件下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素在真空、高温条件下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素热点二热点二 分子动理论分子动理论B 【解析解析】墨水中小炭粒的无规则运动，是由于液体分子无规则运动时对】
16、墨水中小炭粒的无规则运动，是由于液体分子无规则运动时对小炭粒在各个方向上的撞击不平衡造成的，小炭粒在各个方向上的撞击不平衡造成的，A选项正确；由于变化前分子间选项正确；由于变化前分子间距离的大小以及距离变化的范围都不确定，所以当分子间距离增大时，分距离的大小以及距离变化的范围都不确定，所以当分子间距离增大时，分子力可能先减小后增大，也可能一直减小，还可能一直增大，子力可能先减小后增大，也可能一直减小，还可能一直增大，B选项错误；选项错误；当分子间距离变化时分子力可能做正功，也可能做负功，故分子势能可能当分子间距离变化时分子力可能做正功，也可能做负功，故分子势能可能减小，也可能增大，减小，也可能
17、增大，C选项正确；温度越高，分子热运动越剧烈，可以在高选项正确；温度越高，分子热运动越剧烈，可以在高温下利用分子扩散向半导体内掺入其他元素，温下利用分子扩散向半导体内掺入其他元素，D选项正确。选项正确。本讲稿第十页，共十五页(单项选择单项选择)有关分子的热运动和内能，下列说法不正确的是有关分子的热运动和内能，下列说法不正确的是()A.一定质量的气体，温度不变，分子的平均动能不变一定质量的气体，温度不变，分子的平均动能不变B.物体的温度越高，分子热运动越剧烈物体的温度越高，分子热运动越剧烈C.物体的内能是物体中所有分子的热运动动能和分子物体的内能是物体中所有分子的热运动动能和分子 势能的总和势能
18、的总和D.布朗运动是由悬浮在液体中的微粒之间的相互碰撞布朗运动是由悬浮在液体中的微粒之间的相互碰撞 引起的引起的 2D本讲稿第十一页，共十五页【例【例3】(单项选择单项选择)分子甲和分子乙距离较远，设甲分子固定不动，乙分分子甲和分子乙距离较远，设甲分子固定不动，乙分 子逐渐向甲向分子靠近，直到不能再近的这一过程中子逐渐向甲向分子靠近，直到不能再近的这一过程中()A.分子力总是对乙分子做正功分子力总是对乙分子做正功 B.乙分子总是克服分子力做功乙分子总是克服分子力做功 C.先是乙分子克服分子力做功，然后分子力对乙分子做正功先是乙分子克服分子力做功，然后分子力对乙分子做正功 D.先是分子力对乙分子
19、做正功，然后乙分子克服分子力做功先是分子力对乙分子做正功，然后乙分子克服分子力做功热点三热点三 分子力分子力D 【解析解析】由于分子间距大于由于分子间距大于r0时，分子力表现为引力，因此分子乙从远处时，分子力表现为引力，因此分子乙从远处移到距分子甲移到距分子甲r0处的过程中，如图处的过程中，如图13-1-3所示，分子力做正功；由于分子间距所示，分子力做正功；由于分子间距离小于离小于r0时分子力表现为斥力，因此分子乙从距分子甲时分子力表现为斥力，因此分子乙从距分子甲r0处继续移近甲时要克处继续移近甲时要克服分子力做功。服分子力做功。图图13-1-3本讲稿第十二页，共十五页(双项选择双项选择)下列
20、说法正确的是下列说法正确的是()A.水很难被压缩，这是分子间存在斥力的宏观表现水很难被压缩，这是分子间存在斥力的宏观表现B.气体总是很容易充满容器，这是分子间存在斥力气体总是很容易充满容器，这是分子间存在斥力 的宏观表现的宏观表现C.两个相同的半球壳吻合接触，中间抽成真空两个相同的半球壳吻合接触，中间抽成真空(马德马德 堡半球堡半球)，用力很难拉开，这是分子间存在吸引力，用力很难拉开，这是分子间存在吸引力 的宏观表现的宏观表现D.用力拉铁棒的两端，铁棒没有断，这是分子间存用力拉铁棒的两端，铁棒没有断，这是分子间存 在吸引力的宏观表现在吸引力的宏观表现 3A D 本讲稿第十三页，共十五页【例【例
21、4】(双项选择双项选择)如图如图13-1-4所示为物体分子间所示为物体分子间 相互作用力与分子间距离之间的关系。下列相互作用力与分子间距离之间的关系。下列 判断中正确的是判断中正确的是()A.当当rr0时，时，r越小，则分子势能越小，则分子势能Ep越大越大 C.当当r=r0时，分子势能时，分子势能Ep最小最小 D.当当r时，分子势能时，分子势能Ep最小最小热点四热点四 分子势能及内能分子势能及内能图图13-1-4A C 【解析解析】当当rr0时，分子力表现为引力，时，分子力表现为引力，r 减小时分子力做正功，分子势能减小时分子力做正功，分子势能减小；当减小；当r=r0时，分子力减小为零，分子势
22、能也减小到最小；当时，分子力减小为零，分子势能也减小到最小；当rr0且在且在r时，引力做负功，分子势能将逐渐增大到零，故本题应选时，引力做负功，分子势能将逐渐增大到零，故本题应选A、C。本讲稿第十四页，共十五页(双项选择双项选择)关于物体的内能，下列说法正确的是关于物体的内能，下列说法正确的是()A.相同质量的两种物质，升高相同温度，内能的增量一定相同相同质量的两种物质，升高相同温度，内能的增量一定相同B.一定质量的一定质量的0 水结成水结成0 冰，内能一定减小冰，内能一定减小C.一定质量气体的体积增大，但既不吸热也不放热，内能一定一定质量气体的体积增大，但既不吸热也不放热，内能一定 减小减小D.相同质量的两个同种物质，运动物体的内能一定大于静止物相同质量的两个同种物质，运动物体的内能一定大于静止物 体的内能体的内能 4B C本讲稿第十五页，共十五页