届高考物理一轮复习讲义第十四章 第1讲 分子动理论 内能 Word版含答案Word格式.docx
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②成因:
液体分子无规则运动,对固体微粒撞击作用不平衡造成的。
③特点:
永不停息,无规则;
微粒越小,温度越高,布朗运动越显著。
④结论:
反映了液体分子的无规则运动。
(3)热运动
分子永不停息的无规则运动。
②特点:
温度越高,分子无规则运动越激烈。
3.分子间的相互作用力
(1)引力和斥力同时存在,都随分子间距离的增大而减小,随分子间距离的减小而增大,斥力比引力变化更快。
(2)分子力随分子间距离的变化图象如图所示。
(3)分子力的特点
①r=r0时(r0的数量级为10-10m),F引=F斥,分子力F=0;
②r<
r0时,F引<
F斥,分子力F表现为斥力;
③r>
r0时,F引>
F斥,分子力F表现为引力;
④r>
10r0时,F引、F斥迅速减为零,分子力F=0。
【知识点2】 温度是分子平均动能的标志、内能 Ⅰ
1.温度
一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。
2.两种温标
摄氏温标和热力学温标。
关系:
T=t+273.15K。
3.分子的动能
(1)分子动能是分子热运动所具有的动能;
(2)平均动能是所有分子热运动的动能的平均值,温度是分子热运动的平均动能的标志;
(3)分子热运动的总动能是物体内所有分子热运动动能的总和。
4.分子的势能
(1)定义:
由于分子间存在着引力和斥力,所以分子具有由它们的相对位置决定的能。
(2)分子势能的决定因素
微观上——决定于分子间距离;
宏观上——决定于物体的体积。
5.物体的内能
(1)物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和叫物体的内能,内能是状态量。
(2)对于给定的物体,其内能大小与物体的温度和体积有关。
(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:
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。
热传递:
当热传递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。
【知识点3】 实验:
用油膜法估测分子的大小
实验目的
1.了解本实验的实验原理及所需要的器材,了解实验的注意事项;
2.会正确测出一滴油酸酒精溶液中油酸的体积及形成油膜的面积;
3.会计算分子的大小,正确处理实验数据。
实验原理
如图所示,测出一滴油酸酒精溶液在水面上形成的单分子油膜面积,将油酸分子看作球形,用d=
计算出油膜的厚度,其中V为一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积,S为油膜面积,这个厚度d就是油酸分子的直径。
实验器材
清水、酒精、油酸、量筒、浅盘(边长约30~40cm)、注射器(或滴管)、玻璃板(或有机玻璃板)、彩笔、痱子粉(石膏粉)、坐标纸、容量瓶(500mL)。
实验步骤
1.用稀酒精溶液及清水清洗浅盘,充分洗去油污、粉尘,以免给实验带来误差。
2.配制油酸酒精溶液,取油酸1mL,注入500mL的容量瓶中,然后向容量瓶内注入酒精,直到液面达到500mL刻线为止,摇动容量瓶,使油酸充分在酒精中溶解,这样就得到了500mL含1mL纯油酸的油酸酒精溶液。
3.用注射器或滴管将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中,并记下量筒内增加一定体积VN时的滴数N。
4.根据V0=
算出每滴油酸酒精溶液的体积V0。
5.向浅盘里倒入约2cm深的水,并将痱子粉或石膏粉均匀地撒在水面上。
6.用注射器或滴管在水面上滴一滴油酸酒精溶液。
7.待油酸薄膜的形状稳定后,将玻璃板(或有机玻璃板)放在浅盘上,并用彩笔在玻璃板上描画出油酸薄膜的形状。
8.将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上,算出油酸薄膜的面积S(求面积时以坐标纸上边长为1cm的正方形为单位,计算轮廓内正方形的个数,不足半个的舍去,多于半个的算一个)。
9.根据油酸酒精溶液的配制比例,算出一滴溶液中纯油酸的体积V,并代入公式d=
算出油酸薄膜的厚度d。
10.重复以上实验步骤,多测几次油酸薄膜的厚度,求平均值,即为油酸分子的直径大小。
注意事项
1.油酸酒精溶液配制后不要长时间放置,以免改变浓度,产生误差;
2.注射器针头高出水面的高度应在1cm之内,当针头靠水面很近(油酸酒精溶液未滴下之前)时,会发现针头下方的粉层已被排开,这是由于针头中酒精挥发所致,不影响实验效果;
3.实验之前要训练好滴法;
4.待测油酸面扩散后又收缩,要在稳定后再画轮廓,扩散后又收缩有两个原因:
一是水面受油酸液滴冲击凹陷后又恢复,二是酒精挥发后液面收缩;
5.当重做实验时,水从浅盘的一侧边缘倒出,在这侧边缘会残留油酸,可用少量酒精清洗,并用脱脂棉擦去,再用清水冲洗,这样可保持浅盘的清洁;
6.从浅盘的中央加痱子粉,使粉自动扩散至均匀,这是由于以下两种因素所致:
第一,加粉后水的表面张力系数变小,水将粉粒拉开;
第二,粉粒之间的排斥。
这样做比粉撒在水面上的实验效果好;
7.本实验只要求估算分子大小,实验结果数量级符合要求即可;
8.实验中所用的油酸及酒精都应取较纯药品,否则会影响结果。
另外,实验中所有的容器必须洁净,不能有油污;
9.计算时注意单位和数量级,以及有效数字要求,细心求解、计算。
板块二 考点细研·
悟法培优
考点1微观量的估算[解题技巧]
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。
(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每个分子所占据的平均空间。
如图所示,此时每个分子占据的空间视为棱长为d的立方体,所以d=
。
2.微观量:
分子体积V0、分子直径d、分子质量m。
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ρ。
4.关系
(1)分子的质量:
m=
=
(2)分子的体积:
V0=
对气体,V0表示分子占据的空间。
(3)物体所含的分子数:
n=
·
NA=
NA,
或n=
NA。
例1 用放大600倍的显微镜观察布朗运动,估计放大后的小颗粒(碳)体积为0.1×
10-9m3,碳的密度为2.25×
103kg/m3,摩尔质量是1.2×
10-2kg/mol,阿伏加德罗常数为6.02×
1023mol-1,则:
(1)该小碳粒含分子数约为多少个?
(取一位有效数字)
(2)假设小碳粒中的分子是紧挨在一起的,试估算碳分子的直径。
(1)求解分子大小时,常用哪两种模型?
提示:
球形和立方体形。
(2)如何求小碳粒的实际体积?
V实际=
尝试解答
(1)5×
1010个__
(2)2.6×
10-10_m。
(1)设小颗粒棱长为a,放大600倍后,则其体积为
V=(600a)3=0.1×
10-9m3。
实际体积为V′=a3=
m3
质量为m=ρV′=1.0×
10-15kg
含分子数为
×
6.02×
1023=5×
1010(个)。
(2)将碳分子看成球体模型,则有
π
3=
得d=
=
m=2.6×
10-10m。
总结升华
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小立方体形,如上例中将碳分子看成球形;
气体分子所占据的空间则可建立立方体模型。
[2017·
大连模拟](多选)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=
答案 CD
解析 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A、B正确,C错误;
D中ρV0不是气体分子的质量,因而也是错误的。
考点2分子力、分子势能与分子间距离的关系[拓展延伸]
分子力与分子势能
例2 [2017·
广西柳州模拟]分子势能与分子力随分子间距离r变化的关系如图甲所示。
现将甲分子固定在坐标原点O,乙分子只受两分子间的作用力沿x轴正方向运动,两分子间的分子势能Ep与两分子间距离x的变化关系如图乙所示。
设在移动过程中两分子所具有的总能量为0,则( )
A.乙分子在P点时加速度最大
B.乙分子在Q点时分子势能最小
C.乙分子在Q点时处于平衡状态
D.乙分子在P点时分子动能最大
(1)分子的引力和斥力随分子间距变化的规律?
分子的引力和斥力都随分子间距的增大而减小,但分子斥力减小得快。
(2)甲图中,最低点对应的距离多大?
甲图中,分子力图象的最低点对应的位置是r>
r0的某一值。
分子势能图象的最低点对应的位置是r=r0。
尝试解答 选D。
根据题意,乙分子的分子动能和两分子间的分子势能之和为零,所以当分子势能最小时,乙分子的分子动能最大,当分子势能为零时,乙分子的分子动能也为零。
观察题图乙可知,乙分子在P点时分子势能最小,则乙分子在P点时的分子动能最大,此处分子力为零,加速度为零,选项A错误,D正确。
乙分子在Q点时分子势能为零,但不是最小,此处,分子力不为零,加速度不为零,选项B、C错误。
判断分子势能变化的三种方法
方法一:
根据分子力做功判断。
分子力做正功,分子势能减小;
分子力做负功,分子势能增加。
方法二:
利用分子势能与分子间距离的关系图线判断。
如图所示。
方法三:
与弹簧类比。
弹簧处于原长时(r=r0)弹性势能最小,在此基础上:
r↑,Ep↑;
r↓,Ep↑。
(多选)关于分子间的相互作用力,以下说法中正确的是( )
A.当分子间的距离r=r0时,分子力为零,说明此时分子间既不存在引力,也不存在斥力
B.分子力随分子间距离的变化而变化,当r>
r0时,随着距离的增大,分子间的引力和斥力都增大,但引力比斥力增大得快,故分子力表现为引力
C.当分子间的距离r<
r0时,随着距离的减小,分子间的引力和斥力都增大,但斥力比引力增大得快,故分子力表现为斥力
D.当分子间的距离r>
10-9m时,分子间的作用力可以忽略不计
解析 当分子间距离r=r0时,分子间引力和斥力大小相等,分子力为零,并不是不存在斥力和引力,A选项错误。
当r>
r0时,随着分子间距离的增大,分子间的引力和斥力都减小,但斥力比引力减小得快,故分子