高考物理复习第1节 分子动理论内能.docx

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高考物理复习第1节分子动理论内能

第十二章

热学[选修3－3]

[全国卷考情分析]

未曾独立命题的考点

命题概率较小的考点

近几年高考考查频率较高的考点

阿伏加德罗常数（Ⅰ）

气体分子运动速率的统计分布（Ⅰ）

液晶的微观结构（Ⅰ）

液体的表面张力现象（Ⅰ）

饱和蒸气、未饱和蒸气、饱和蒸气压（Ⅰ）

能量守恒定律（Ⅰ）

中学物理中涉及的国际单位制的基本单位和其他单位，例如摄氏度、标准大气压（Ⅰ）

温度、内能（Ⅰ）

'16甲卷T33

（1）（5分），

'16丙卷T33

（1）（5分）

分子动理论的基本观点和实验依据（Ⅰ）

'15Ⅱ卷T33

（1）（5分），

'13Ⅰ卷T33

（1）（6分），

'13Ⅱ卷T33

（1）（5分）

固体的微观结构、晶体和非晶体（Ⅰ）

'15Ⅰ卷T33

（1）（5分），

'14Ⅱ卷T33

（1）（5分）

气体实验定律（Ⅱ）

'16甲卷T33

（2）（10分），

'16乙卷T33

（2）（10分），

'15Ⅰ卷T33

（2）（10分），

'15Ⅱ卷T33

（2）（10分），

'14Ⅰ卷T33

（2）（9分），

'14Ⅱ卷T33

（2）（10分），

'13Ⅰ卷T33

（2）（9分），

'13Ⅱ卷T33

（2）（10分）

理想气体（Ⅰ）

'16甲卷T33

（1）（5分），

'16丙卷T33

（1）（5分）

相对湿度（Ⅰ）

'14Ⅱ卷T33

（1）（5分）

温度、内能（Ⅰ）

'16甲卷T33

（1）（5分），

'16丙卷T33

（1）（5分）

热力学第二定律（Ⅰ）

'16乙卷T33

（1）（5分）

实验十三：

用油膜法估测分子的大小

热力学第一定律（Ⅰ）

'16甲卷T33

（1）（5分），

'16乙卷T33

（1）（5分），

'14Ⅰ卷T33

（1）（6分）

常考角度

（1）布朗运动与分子热运动

（2）对分子力和分子势能的理解

（3）对气体实验定律及热力学图像的考查　

（4）对固体和液体的考查

（5）对热力学定律的考查

（6）气体实验定律与热力学定律的综合

第1节

分子动理论__内能

（1）布朗运动是液体分子的无规则运动。

（×）

（2）温度越高，布朗运动越剧烈。

（√）

（3）分子间的引力和斥力都随分子间距的增大而增大。

（×）

（4）－33°C＝240K。

（√）

（5）分子动能指的是由于分子定向移动具有的能。

（×）

（6）当分子力表现为引力时，分子势能随分子间距离的增大而增大。

（√）

（7）内能相同的物体，它们的分子平均动能一定相同。

（×）

突破点

（一）　微观量的估算

1．两种分子模型

物质有固态、液态和气态三种情况，不同物态下应将分子看成不同的模型。

（1）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＝

（球体模型）或d＝

（立方体模型）。

（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，所以气体分子的大小不等于分子所占有的平均空间。

如图所示，此时每个分子占有的空间视为棱长为d的立方体，所以d＝

。

2．宏观量与微观量的转换桥梁

作为宏观量的摩尔质量Mmol、摩尔体积Vmol、密度ρ与作为微观量的分子直径d、分子质量m、每个分子的体积V0都可通过阿伏加德罗常数联系起来。

如下所示。

（1）一个分子的质量：

m＝

。

（2）一个分子所占的体积：

V0＝

（估算固体、液体分子的体积或气体分子平均占有的空间）。

（3）1mol物质的体积：

Vmol＝

。

（4）质量为M的物体中所含的分子数：

n＝

NA。

（5）体积为V的物体中所含的分子数：

n＝

NA。

[多角练通]

1．（2017·温州模拟）铜摩尔质量为M，密度为ρ，阿伏加德罗常数为NA。

1个铜原子所占的体积是（　　）

A.

　　　　　　　　　B.

C.

D.

解析：

选A　铜的摩尔体积Vmol＝

，则一个铜原子所占的体积为V0＝

＝

，A正确。

2．（多选）（2016·上海高考）某气体的摩尔质量为M，分子质量为m。

若1摩尔该气体的体积为Vm，密度为ρ，则该气体单位体积分子数为（阿伏加德罗常数为NA）（　　）

A.

B.

C.

D.

解析：

选ABC　1摩尔该气体的体积为Vm，则单位体积分子数为n＝

，气体的摩尔质量为M，分子质量为m，则1mol气体的分子数为NA＝

，可得n＝

，单位体积的质量等于单位体积乘以密度，质量除以摩尔质量等于摩尔数，则有n＝

，故D错误，A、B、C正确。

3．（2017·连云港模拟）科学家已创造出一种利用细菌将太阳能转化为液体燃料的“人造树叶”系统，使太阳能取代石油成为可能。

假设该“人造树叶”工作一段时间后，能将10－6g的水分解为氢气和氧气。

已知水的密度ρ＝1.0×103kg/m3，摩尔质量M＝1.8×10－2kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023mol－1。

试求：

（结果均保留一位有效数字）

（1）被分解的水中含有水分子的总数N；

（2）一个水分子的体积V。

解析：

（1）水分子数

N＝

＝

个≈3×1016个。

（2）水的摩尔体积Vmol＝

水分子体积V0＝

＝

＝3×10－29m3。

答案：

（1）3×1016个　

（2）3×10－29m3

突破点

（二）　扩散现象、布朗运动与分子热运动

扩散现象、布朗运动与分子热运动的比较

扩散现象

布朗运动

分子热运动

活动主体

分子

固体微小颗粒

分子

区别

分子的运动，发生在固体、液体、气体等任何两种物质之间

微小颗粒的运动，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，但它本身及周围的分子仍在做热运动

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

观察

裸眼可见

光学显微镜

电子显微镜或扫描隧道显微镜

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激烈

联系

布朗运动是由于微小颗粒受到周围分子做热运动的撞击力不平衡而引起的，它是分子做无规则运动的反映

[多角练通]

1．（2017·北京通州区摸底）关于布朗运动，下列说法中正确的是（　　）

A．液体温度越高，布朗运动越剧烈

B．液体温度越低，布朗运动越剧烈

C．微粒的布朗运动是有规则的

D．液体中悬浮微粒越大，布朗运动越显著

解析：

选A　布朗运动的实质是液体分子不停地无规则的撞击悬浮微粒，悬浮微粒越小，温度越高，液体分子撞击作用的不平衡性越明显，布朗运动越明显，故A正确，B、D错误；液体分子热运动的无规则导致布朗运动的无规则，故C错误。

2．（多选）（2017·衡水检测）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

解析：

选ACD　温度越高，分子热运动越激烈，所以扩散进行得越快，故A正确；扩散现象是分子热运动引起的，没有产生新的物质，是物理现象，故B错误；扩散现象是由物质分子无规则热运动产生的，可以在固体、液体、气体中产生，扩散速度与温度和物质的种类有关，故C、D正确；液体中的扩散现象是由于液体分子的热运动产生的，故E错误，故选A、C、D。

3．（2016·北京高考）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，并且PM10、PM2.5分别表示球体直径小于或等于10μm、2.5μm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1.0×10－6m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受到的重力

C．PM10和大悬浮颗粒物都在做布朗运动

D．PM2.5的浓度随高度的增加逐渐增大

解析：

选C　PM10直径小于或等于10μm，即1.0×10－5m，选项A错误；PM10悬浮在空中，表明空气分子作用力的合力与其重力平衡，选项B错误；PM10和大悬浮颗粒物的大小符合做布朗运动的条件，选项C正确；据题中材料不能判断PM2.5浓度随高度的增加而增大，选项D错误。

突破点（三）　分子力、分子势能与分子间距离的关系

分子力F、分子势能Ep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Ep＝0）。

（1）当r＞r0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＜r0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＝r0时，分子势能最小。

[典例]　（2017·济南三模）如图所示，甲分子固定于坐标原点O，乙分子从无穷远a点处由静止释放，在分子力的作用下靠近甲。

图中b点合外力表现为引力，且为数值最大处，d点是分子靠得最近处。

则下列说法正确的是（　　）

A．乙分子在a点势能最小

B．乙分子在b点动能最大

C．乙分子在c点动能最大

D．乙分子在d点加速度为零

[解析]　乙分子由a运动到c，分子力表现为引力，分子力做正功，动能增大，分子势能减小，所以乙分子在c点分子势能最小，在c点动能最大，故A、B错误，C正确；由题图可知，乙分子在d点时受到的分子力最大，所以乙分子在d点的加速度最大，故D错误。

[答案]　C

[方法规律]

（1）分子势能在平衡位置有最小值，无论分子间距离如何变化，靠近平衡位置，分子势能减小，反之增大。

（2）判断分子势能变化的两种方法

①看分子力的做功情况。

②直接由分子势能与分子间距离的关系图线判断，但要注意其和分子力与分子间距离的关系图线的区别。

[集训冲关]

1．（2017·北京石景山区一模）分子间同时存在着引力和斥力，当分子间距减小时，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B　分子间同时存在着引力和斥力，当分子间距减小时，分子间的引力增加，斥力增加。

引力增加的慢，斥力增加的快。

所以B选项正确。

2．（多选）（2017·抚顺模拟）关于分子间的作用力，下列说法正确的是（　　）

A．分子之间的斥力和引力同时存在

B．分子之间的斥力和引力大小都随分子间距离的增大而减小

C．分子之间的距离减小时，分子力一直做正功

D．分子之间的距离增大时，分子势能一直减小

E．分子之间的距离变化时，可能存在分子势能相等的两个点

解析：

选ABE　分子间既存在引力，也存在斥力，只是当分子间距离大于平衡距离时表现为引力，小于平衡距离时表现为斥力，故A正确；分子间的引力和斥力都随分子间距离的减小而增加，故B正确；分子间距大于r0时，分子力为引力，相互靠近时，分子力做正功，分子间距小于r0时，分子力为斥力，相互靠近时，分子力做负功，故C错误；两分子之间的距离大于r0时，分子力为引力，当分子之间的距离增加时，分子力做负功，分子势能增加，故D错误；当两分子之间的距离等于r0时，分子势能最小，从该位置起增加或减小分子距离，分子力都做负功，分子势能增加，分子之间的距离变化时，可能存在分子势能相等的两个点，故E正确。

3．（多选）（2017·海口模拟）两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图中曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为r0。

相距很远的两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近。

若两分子相距无穷远时分子势能为零，下列说法正确的是（　　）

A．在r>r0阶段，F做正功，分子动能增加，势能减小

B．在r

C．在r＝r0时，分子势能最小，动能最大

D．在r＝r0时，分子势能为零

E．分子动能和势能之和在整个过程中不变

解析：

选ACE　由Epr图可知：

在r>r0阶段，当r减小时F做正功，分子势能减小，分子动能增加，故A正确；在r

突破点（四）　物体的内能

1．物体的内能与机械能的比较

内　能

机　械　能

定义

物体中所有分子热运动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

2.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

[典例]　（多选）关于物体的内能，下列叙述中正确的是（　　）

A．温度高的物体比温度低的物体内能大

B．物体的内能不可能为零

C．内能相同的物体，它们的分子平均动能一定相同

D．内能不相同的物体，它们的分子平均动能可能相同

E．物体的内能与物体的温度、体积、物态和分子数有关

[思路点拨]解答本题时应注意以下三点：

（1）分子是永不停息地做无规则运动的。

（2）温度是分子平均动能的唯一决定因素。

（3）物体的内能与物体的温度、体积、物态和物质的量均有关。

[解析]　温度高低反映分子平均动能的大小，但由于物体不同，分子数目不同，所处状态不同，无法反映内能的大小，选项A错误；由于分子都在做无规则运动，因此，任何物体内能不可能为零，选项B正确；内能相同的物体，它们的分子平均动能不一定相同，选项C错误；内能不同的两个物体，它们的温度可以相同，即它们的分子平均动能可以相同，选项D正确；物体的内能与物体的温度、体积、物态和分子数有关，故选项E正确。

[答案]　BDE

[方法规律]

分析物体的内能问题的四点提醒

（1）内能是对物体的大量分子而言的，不存在某个分子内能的说法。

（2）决定内能大小的因素为温度、体积、分子数，还与物态有关系。

（3）通过做功或热传递可以改变物体的内能。

（4）温度是分子平均动能的标志，相同温度的任何物体，分子的平均动能相同。

[集训冲关]

1．若某种实际气体分子的作用力表现为引力，则一定质量的该气体内能的大小与气体体积和温度的关系是（　　）

A．如果保持其体积不变，温度升高，内能增大

B．如果保持其体积不变，温度升高，内能减少

C．如果保持其温度不变，体积增大，内能不变

D．如果保持其温度不变，体积增大，内能减少

解析：

选A　若保持气体的体积不变，则分子势能不变，温度升高，分子的平均动能变大，故气体的内能增大，A正确，B错误；若保持气体的温度不变，气体分子的平均动能不变，体积增大，分子间的引力做负功，分子势能增大，故气体的内能增大，C、D均错误。

2．（2014·北京高考）下列说法中正确的是（　　）

A．物体温度降低，其分子热运动的平均动能增大

B．物体温度升高，其分子热运动的平均动能增大

C．物体温度降低，其内能一定增大

D．物体温度不变，其内能一定不变

解析：

选B　根据温度是分子平均动能的标志知，温度升高，分子热运动的平均动能增大；温度降低，分子热运动的平均动能减小，选项A错误，B正确；影响物体内能的因素有温度、体积、物质的量及物态，所以只根据温度变化情况无法判断内能的变化情况，选项C、D错误。

对点训练：

微观量的估算

1．（多选）若以M表示水的摩尔质量，V表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积，ρ表示在标准状态下水蒸气的密度，NA表示阿伏加德罗常数，m0、V0分别表示每个水分子的质量和体积，下面关系正确的有（　　）

A．NA＝

　　　　　　　　B．ρ＝

C．ρ<

D．m0＝

解析：

选ACD　由于M＝ρV，则NA＝

＝

，变形得m0＝

，故A、D正确；由于水蒸气分子之间空隙大，所以NAV0

<

，故B错误，C正确。

2．（多选）（2017·大连模拟）某气体的摩尔质量为Mmol，摩尔体积为Vmol，密度为ρ，每个分子的质量和体积分别为m和V0，则阿伏加德罗常数NA不可表示为（　　）

A．NA＝

　　　　　　B．NA＝

C．NA＝

D．NA＝

解析：

选CD　阿伏加德罗常数NA＝

＝

＝

，其中V为每个气体分子所占有的体积，而V0是气体分子的体积，故C错误；D中ρV0不是气体分子的质量，因而也是错误的。

3．（2017·郑州模拟）很多轿车为了改善夜间行驶时的照明问题，在车灯的设计上选择了氙气灯，因为氙气灯灯光的亮度是普通灯灯光亮度的3倍，但是耗电量仅是普通灯的一半，氙气灯使用寿命则是普通灯的5倍，很多车主会选择含有氙气灯的汽车，若氙气充入灯头后的容积V＝1.6L，氙气密度ρ＝6.0kg/m3。

已知氙气摩尔质量M＝0.131kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6×1023mol－1。

试估算：

（结果保留一位有效数字）

（1）灯头中氙气分子的总个数N；

（2）灯头中氙气分子间的平均距离。

解析：

（1）设氙气的物质的量为n，则n＝

，

氙气分子的总数N＝

NA≈4×1022个。

（2）每个氙气分子所占的空间为V0＝

设氙气分子间平均距离为a，

则有V0＝a3，

即a＝

≈3×10－9m。

答案：

（1）4×1022个　

（2）3×10－9m

对点训练：

扩散现象、布朗运动与分子热运动

4．（多选）（2015·山东高考）墨滴入水，扩而散之，徐徐混匀。

关于该现象的分析正确的是（　　）

A．混合均匀主要是由于碳粒受重力作用

B．混合均匀的过程中，水分子和碳粒都做无规则运动

C．使用碳粒更小的墨汁，混合均匀的过程进行得更迅速

D．墨汁的扩散运动是由于碳粒和水分子发生化学反应引起的

解析：

选BC　墨滴入水，最后混合均匀，是扩散现象，碳粒做布朗运动，水分子做无规则的热运动；碳粒越小，布朗运动越明显，混合均匀的过程进行得越迅速，选项B、C正确。

5．（多选）（2017·随州调考）下列说法正确的是（　　）

A．显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这反映了液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，一定先减小后增大

C．分子势能随着分子间距离的增大，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

E．当温度升高时，物体内每一个分子热运动的速率一定都增大

解析：

选ACD　布朗运动是固体颗粒在液体中的运动，反应液体分子的运动，故显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这反映了液体分子运动的无规则性，故选项A正确；分子间距离r

6．（多选）（2017·邯郸一中一模）近期我国多个城市的PM2.5数值突破警戒线，受影响最严重的是京津冀地区，雾霾笼罩，大气污染严重。

PM2.5是指空气中直径等于或小于2.5微米的悬浮颗粒物，飘浮在空中做无规则运动，很难自然沉降到地面，吸入后危害人体健康，矿物燃料的燃烧是形成PM2.5的主要原因。

下列关于PM2.5的说法中正确的是（　　）

A．PM2.5的尺寸与空气中氧分子的尺寸的数量级相当

B．PM2.5在空气中的运动属于布朗运动

C．温度越低PM2.5活动越剧烈

D．倡导低碳生活，减少煤和石油等燃料的使用能有效减小PM2.5在空气中的浓度

E．PM2.5中小一些的颗粒的运动比大一些的颗粒更为剧烈

解析：

选BDE　“PM2.5”是指直径小于等于2.5微米的颗粒物，其尺寸远大于空气中氧分子的尺寸的数量级，故A错误；PM2.5在空气中的运动是固体颗粒的运动，属于布朗运动，故B正确；大量空气分子对PM2.5无规则碰撞，温度越高，空气分子对颗粒的撞击越剧烈，则PM2.5的运动越激烈，故C错误；导致PM2.5增多的主要原因是矿物燃料的燃烧，故应该提倡低碳生活，并可有效减小PM2.5在空气中的浓度，故D正确；PM2.5中小一些的颗粒，空气分子对其撞击更不均衡，故运动比大一些的颗粒更为剧烈，故E正确。

对点训练：

分子力、分子势能与分子间距离的关系

7.

（2017·石家庄质检）如图所示，用细线将一块玻璃板水平地悬挂在弹簧测力计下端，并使玻璃板贴在水面上，然后缓慢提起弹簧测力计，在玻璃板脱离水面的一瞬间，弹簧测力计读数会突然增大，主要原因是（　　）

A．水分子做无规则热运动

B．玻璃板受到大气压力作用

C．水与玻璃间存在万有引力作用

D．水与玻璃间存在分子引力作用

解析：

选D　弹簧测力计读数会突然增大的主要原因是：

水与玻璃间存在分子引力作用，选项D正确。

8．（2017·焦作二模）甲和乙两个分子，设甲固定不动，乙从无穷远处（此时分子间的分子力可忽略，取分子势能为0）逐渐向甲靠近直到不能再靠近的过程中（　　）

A．分子间的引力和斥力都在减小

B．分子间作用力的合力一直增大

C．分子间的力先做负功后做正功

D．分子势能先减小后增大

解析：

选D　分子间的引力和斥力都随分子之间距离的减小而增大，故A错误；开始时由于两分子之间的距离大于r0，分子力表现为引力，并且随距离的减小，先增大后减小；当分子间距小于r0时，分子力为斥力，随分子距离的减小而增大，故B错误；开始时由于两分子之间的距离大于r0，因此分子力为引力，当相互靠近时分子力做正功，分子势能减少；当分子间距小于r0时，分子力为斥力，相互靠近时，分子力做负功，分子势能增加，故C错误，D正确。

9．（2017·福州质检）根据分子动理论，分子间同时存在着相互作用的引力和斥力，并具有分子势能。

当分子间距离减小时，下列说法正确的是（　　）

A．分子间引力一定增大　　B．分子间斥力一定减小

C．分子势能一定增大D．引力和斥力的合力一定增大

解析：

选A　分子之间的引力和斥力都随分子间距离的减小而增大，故A正确，B错误；当r>r0时，分子间表现为引力，分子间距离减小时，分子力做正功，分子势能减小，C错误；当r>r0时，随着分子间距离的减小，分子力先增大，再减小，当r

10.（多选）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，则选项图中关于该两分子组成系统的分子势能Ep与两分子间距离r的关系曲线，可能正确的是（　　）

解析：

选BCE　当分子间距r>r0时，分子间表现为引力，当分子间距r