专题分子动理论《分子热运动》精.docx

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专题分子动理论《分子热运动》精

第二模块热学篇（高中物理）

九、分子热运动能量守恒气体

内容

要求

说明

年份

试题

涉及内容

2010

2009

2008

全国理综I·19

全国理综II·14

北京理综·15

天津理综·14

四川理综·14

江苏物理·12

重庆理综·16

宁夏理综·31

上海物理·1B

上海物理·13

气体压强

气体的状态参量

阿伏加德罗常数

热学综合

热力学定律

气体、热力学定律

气体、热力学定律

单分子油膜法

气体压强

物质是由大量分子组成的、分子的热运动、布朗运动、分子间的相互作用力、分子热运动的动能、温度是物体的热运动平均动能的标志、物体分子间的相互作用势能、物体的内能

Ⅰ

1、去掉说明。

2、由原来的八、九两个板块合为一个。

3、“热力学第一定律”、“热力学第二定律”、“永动机不可能”、“气体分子运动的特点”、“气体压强的微观意义”是增加的。

4、原“理想气体、状态方程、三种变化、气态图象”等删掉。

5、原“能量的开发和利用”改为“能源的开发和利用、能源的利用与环境保护”。

2007

全国理综I·16

全国理综Ⅱ·14

北京理综·16

四川理综·14

上海物理·11

上海物理·20

天津理综·20

广东物理·9

广东物理·10

江苏物理·1

江苏物理·10

重庆理综·21

海南理综·六

气体密度、冲量、内能

做功、气体的内能

控制变量法

做功、气体的内能

气体压强

气体状态变化

内能、能量守恒

气体状态方程

内能、功能区别

分子动理论

内能、热传递

内能

热学综合

做功和热传递是改变物体内能的两种方式、热量、能量守恒定律

2006

全国卷I·18

全国卷II·21

江苏物理·1

广东物理·4、8

重庆理综·16

北京理综·15

四川理综·19

天津理综·14

压强的微观解释、分子力做功

气体状态变化的微观意义

阿伏加德罗常数的应用

热力学定律

热力学第一定律

热力学定律

分子热运动及压强的微观意义

内能、热力学第二定律

热力学第一定律、热力学第二定律、永动机不可能、绝对零度不可达到

Ⅰ

2005

全国理综I·21

北京理综·14

天津理综·14

江苏物理·4

江苏物理·17

气体状态变化与内能的微观解释

热力学定律

气体压强的微观解释

阿伏加德罗常数

分子与分子势能

能源的开发和利用、能源的利用与环境保护

Ⅰ

2004

广东、广西卷·2

江苏卷·5

全国卷

全国卷Ⅱ·16

天津卷·15

全国卷III·18

全国卷I·16

分子力的理解

热运动、气体压强微观解释

热力学定律

热力学定律

分子势能的变化

微观量的计算

气体的状态和状态参量、热力学温度、气体分子运动的特点、气体压强的微观意义

Ⅰ

2003

江苏卷

实验：

用油膜法估测分子的大小

目前未涉及

高考对本章的命题热点多集中在分子动理论【物质由大量分子组成、分子在不停地做无规则运动（布朗运动）、分子间有相互作用力（分子动能和势能）】、估算分子大小和数目（分子个数、体积、质量等的计算）、单分子油膜法、内能、改变内能的两种方式、温度、能量的转化和守恒等，题型多为选择题，命题特点多为本章内容的单独命题，由于去掉了理想气体的等温、等容、等压变化，气体图象问题等，少数题目可能与力学、电学等简单组合。

由于受卷面长度的控制，如果要考，热学也可能只有一个题（6分）。

结合2003年考纲修改后的情况，在复习中应重点把握以下几方面：

①注重从实验和模型来建立物理图景

②注重运用科学的估算和模型化的思维方略

③新能源的开发和利用是近年命题的热点，值得特别关注。

④注重联系生活实际，运用微观的方法分析生活中的实际问题。

⑤关于气体压强、体积、温度间的关系是Ⅰ级要求，有可能计算气体的压强。

●考点聚焦●

内容

要求

物质是由大量分子组成的，分子的热运动、布朗运动.分子间的相互作用力

Ⅰ

分子热运动的动能，温度是物体的热运动平均动能的标志，物体分子间的相互作用势能，物体的内能

Ⅰ

做功和热传递是改变物体内能的两种方式，热量、能量守恒定律

Ⅰ

热力学第一定律

Ⅰ

热力学第二定律

Ⅰ

永动机不可能

Ⅰ

绝对零度不可达到

Ⅰ

能源的开发和利用，能源的利用与环境保护

Ⅰ

气体的状态和状态参量，热力学温度，气体分子运动的特点，气体压强的微观意义

Ⅰ

●网络知识结构●

●基础知识落实●

1．分子运动论基本内容是：

（1）物质是由分子组成的；

（2）组成物质的分子在不停地做无规则的运动；

（3）分子间存在相互作用力。

2，阿伏伽德罗常数NA=6.0×1023mol－-1，分子直径的数量级d=1.0×10-10m。

3．布朗运动本身不是分子运动，却反映了液体内分子运动的无规则性。

4．分子之间既有引力又有斥力。

当分子间的距离等于平衡距离时，引力等于斥力 ；当分子间距离小于平衡距离时，斥力起主要作用；当分子间距离大于平衡距离时，引力起主要作用。

引力和斥力都随距离增大而减小，斥力减小的更快。

当分子间距离大于分子直径的10倍时，分子间的作用力可以忽略不计。

５．油膜法测分子直径:

d=V/S。

知识点一、分子动理论的内容：

1、物质是由大量分子组成的；

2、分子永不停息地做无规则运动；

3、分子间存在相互的作用力；

知识点二、物质是由大量分子组成的：

1、分子概念：

（1）分子概念：

是构成物质并保持化学性质的最小微粒。

（2）它可由单个原子组成，也可能由多个原子组成。

（3）在热学中由于原子（构成金属的微粒）、离子（组成化合物的微粒）、或分子（组成有机物的微粒）做热运动时遵从相同的规律，所以统称为分子。

2、分子体积：

（1）分子模型：

分子的大小计算有两种模型：

①一是球形模型，对于固体和液体，可以认为它们的分子是一个个紧挨着的球，可用

直接估算出分子体积；

②二是立方体模型，对于气体，由于分子间空隙很大，可用

估算出的是一个分子所占据的体积（活动的空间）．正方体的边长即为分子间的平均距离。

作为分子直径数量级的估算，利用两种模型均可，但我们一般取第一种模型．

（2）单分子的油膜法：

①分子直径的估测——单分子油膜法：

单分子油膜法粗测分子直径的原理，类似于取一定量的小米，测出它的体积V，然后把它平摊在桌面上，上下不重叠，一粒紧挨一粒，量出这些米粒占据桌面的面积S，从而计算出米粒的直径

．

这只是一个物理模型，事实上，分子的形状非常复杂，并不真是个小球，而且分子间存在空隙。

所以仅是一种粗略的测定．

②用单分子油膜法测得分子直径的数量级为10-10m。

物理学中测定分子大小的方法有许多种，用不同的方法测出的分子大小并不完全相同，但数量级是一样的，均为10-10m。

③注意：

除一些有机物质的大分子外，一般分子的直径数量级为10-10m，以后无特别说明，我们就以10-10m作为分子直径的数量级．

3、分子质量：

分子质量很小，一般分子质量数量级为：

10-27～10-26kg。

4、阿伏加德罗常数：

（1）阿伏加德罗常数NA：

1摩尔（mol）任何物质所含的微粒数叫做阿伏加德罗常数。

NA=6.02×1023mol-1．

（2）阿伏加德罗常数是联系微观世界和宏观世界的桥梁．

①已知物质的摩尔质量MA，可求出分子质量

．（VA为摩尔体积ρ为物质的密度）分子质量数量级为10-27～10-26kg。

②已知物质的量（摩尔数）n，可求出物体所含分子数N，N=n×NA．

③已知物质的摩尔体积VA，可求出分子的体积V0,V0=VA/NA．分子体积的数量级为10-30m．

④在利用上述关系式进行计算时，有些数据的数字太大（如阿伏加德罗常数），有些数据的数字又太小（如分子的直径和质量等），为了书写方便，习惯上用科学计数法写作10的乘方，如3.0×10-10m、6.02×1023mol-1等，我们称10的乘方（10-10、1023等）为“数量级”．对于分子的大小和质量，只要粗略地了解它的数量级就可以了．

【释例1】只要知道下列哪组物理量，就可估算气体中分子间的平均距离？

〖B〗

A．阿伏加德罗常数，该气体的摩尔质量和质量

B．阿伏加德罗常数，该气体的摩尔质量和密度

C．阿伏加德罗常数，该气体的质量和体积

D．该气体的密度，体积和摩尔质量

【解析】

【点评】

【变式】把冰分子看成球体，不计冰分子间空隙，则由冰的密度ρ=9×102kg/m3可估算冰分子直径的数量级是〖B〗

A．10-8mB．10-10m

C．10-12mD．10-14m

【解析】

【点评】

知识点三、分子的热运动：

1、理论基础：

各种物质的分子都永不停息地做无规则运动。

2、扩散现象：

（1）扩散：

不同物质相互接触时彼此进入对方的现象叫做扩散；

（2）扩散是物质分子的彼此迁移和物质分子运动的结果；

（3）扩散的结果是使物质分布趋于均匀，分子的运动就是要打破一切不均衡性；

（4）从浓度处向浓度小处扩散；

（5）扩散快慢的决定因素：

①扩散现象随温度的升高而日趋明显；

②扩散快慢与物质本身结构性质有关：

分子结构紧密、相互作用力大，扩散就慢；

（6）扩散现象在气体、液体、固体中都能发生；

（7）扩散现象直接说明了组成物体的分子总是不停地做无规则运动；

（8）扩散现象说明分子间由间隙；

（9）扩散现象具有不可逆性；

（10）扩散现象的应用：

在真空、高温条件下在半导体材料中掺入一些其他元素来制造各种元件等；

【释例1】扩散现象说明了〖C〗

A．气体没有固定的形状和体积

B．分子间相互排斥

C．分子在不停地运动着

D．不同分子间可相互转换

【解析】

【点评】

【释例2】装有无色空气的广口瓶倒扣在装有红棕色二氧化氮气体的广口瓶上，中间用玻璃板隔开。

抽去玻璃板，过一段时间后，发现上下两瓶气体的颜色变得均匀一致。

设环境温度不变，抽去玻璃板后两个广口瓶接触严密不漏气。

有关这个实验现象的下列说法中不正确的是（B）

A.该实验可以证明分子在做永不停息的无规则运动

B.该过程瓶内气体的分子平均动能不变

C.该过程外界对瓶内气体不做功，瓶内气体对外界也不做功

D.该实验证明扩散现象是有方向性的

【解析】

【点评】

【释例3】观察图中的四组图片，能说明分子间有空隙的图是（）

【解析】

【点评】

【释例4】图中展示了两个物理实验，写出它们所反映的物理原理或规律．

甲图：

；

乙图：

。

【解析】

【点评】

3、布朗运动：

（1）布朗运动：

悬浮在液体（或气体）中的固体微粒永不停息的无规则运动叫做布朗运动．

它首先是由英国植物学家布朗在1827年用显微镜观察悬浮在水中的花粉微粒时发现的．

（2）布朗运动产生的原因：

大量液体分子永不停息地做无规则运动时，对悬浮在其中的微粒撞击作用的不平衡性是产生布朗运动的原因．简言之：

液体分子永不停息的无规则运动是产生布朗运动的原因．

（3）影响布朗运动激烈程度的因素：

固体微粒的大小和液体的温度．

固体微粒越小，液体分子对它各部分碰撞的不均匀性越明显；质量越小，它的惯性越小，越容易改变运动状态，所以运动越激烈；

液体的温度越高，固体微粒周围的流体分子运动越不规则，对微粒碰撞的不均匀性越强，布朗运动越激烈．

（4）布朗运动本身不是分子的无规则运动，但它反映了液体分子永不停息地做无规则运动．

【注意】

（1）任何固体微粒悬浮在液体内，在任何温度下都会做布朗运动．

（2）悬浮在气体中的微粒（足够小，一般数量级在10-6m）也存在布朗运动，它是由大量气体分子撞击微粒的不平衡性所造成的，反映了气体分子永不停息地做无规则运动．

（3）布朗运动中固体微粒的运动极不规则．实验得出的每隔一定时间微粒所处位置的连线，不是固体微粒的运动轨迹．

布朗运动和扩散现象的区别：

（1）产生的条件：

①布朗运动：

固体微粒（足够小）悬浮在液体中，也可在气体中；

②扩散现象：

两物质相互接触，在固、液、气中都可发生

（2）影响快慢的因素：

①布朗运动：

温度的高低和微粒的大小；

②扩散现象：

温度的高低；

（3）现象的本质：

①布朗运动：

固体微粒的运动，是液体分子无规则运动的反映；

②扩散现象：

是分子的运动；

（4）共同点和不同点：

①共同点：

它们都证实了分子在永不停息地做无规则运动；

②不同点：

布朗运动永不停止，扩散现象会停止；

【释例1】布朗运动是说明分子运动的重要实验事实，则布朗运动是指〖C〗

A．液体分子的运动

B．悬浮在液体中的固体分子的运动

C．固体颗粒的运动

D．液体分子与固体分子的共同运动

【解析】

【点评】

【释例2】有关布朗运动的说法中，正确的是（ADE）

A.布朗运动反映了大量分子的无规律运动

B.布朗通过显微镜观察到了分子的运动

C.液体的温度越低，布朗运动越显著

D.液体的温度越高，布朗运动越显著

E.悬浮微粒越小，布朗运动越显著

F.悬浮微粒越大，布朗运动越显著

【解析】

【点评】

【例题3】下面两种关于布朗运动的说法都是错误的，试分析它们各错在哪里.

（1）大风天常常看到风沙弥漫、尘土飞扬，有时在室内也能看到漂浮在空气中尘埃的运动，这些都是布朗运动?

（2）布朗运动是由于液体分子对固体小颗粒的撞击引起的，固体小颗粒的体积越大，液体分子对它的撞击越多，布朗运动就越显著?

【解析】

（1）能在液体或气体中做布朗运动的微粒都是很小的，一般数量级在10-6m，这种微粒是肉眼看不到的，必须借助于显微镜，风天看到的灰沙尘土都是较大的颗粒；另外，它们的运动基本上属于在气流作用下的定向移动，而布朗运动是受气体分子撞击引起的无规则运动.所以，它们的运动不能称为布朗运动.

（2）布朗运动的确是由于液体（或气体）分子对固体微粒的碰撞引起的，但只有在固体微粒很小，各个方向的液体分子对它的碰撞不均匀才引起它做布朗运动.因此正确的说法是：

固体微粒体积越小，布朗运动就越显著，如果固体微粒过大，液体分子对它的碰撞在各个方向上接近均匀的，微粒就不会做布朗运动了.

【点评】对基本知识要认真理解牢固掌握，这也是高考的基本要求.生活中应多观察、多思考，灵活应用所学知识，抓住物理现象的本质联系，分析实际问题，这样既能巩固所学知识，也培养了分析能力.

【释例4】（2009北京理综·13）做布朗运动实验，得到某个观测记录如图。

图中记录的是（D）

A．分子无规则运动的情况

B．某个微粒做布朗运动的轨迹

C．某个微粒做布朗运动的速度——时间图线

D．按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线

【解析】布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，而非分子的运动，故A项错误；

既然无规则所以微粒没有固定的运动轨迹，故B项错误；

对于某个微粒而言在不同时刻的速度大小和方向均是不确定的，所以无法确定其在某一个时刻的速度，故也就无法描绘其速度-时间图线，故C项错误；

故只有D项正确。

【点评】

4、热运动：

①扩散现象和布朗运动都随温度的升高而越明显，表明分子的无规则运动跟温度有关．

②热运动：

分子的无规则运动叫做热运动．温度越高，分子的热运动越激烈．

【释例1】分子的热运动是指（C）

A、扩散现象B、热胀冷缩现象

C、分子永不停息地作无规则运动D、布朗运动

【解析】

【点评】

知识点四、分子间的相互作用力：

1、分子间存在相互作用力：

组成物体的分子间虽有空隙，但大量分子却能聚集在一起形成固体或液体，固体和液体很难被压缩；拉伸物体需要力，种种事实表明分子间存在相互作用力．

压缩气体也需要力，不说明分子间存在斥力作用，压缩气体时需要的力是用来反抗大量气体分子频繁撞击容器壁（活塞）时对容器壁（活塞）产生的压力．

2、分子间的引力和斥力同时存在，实际表现出来的分子力是分子引力和斥力的合力（分子力）

3、分子间的引力和斥力只与分子间距离（相对位置）有关，与分子的运动状态无关．

4、分子间的引力和斥力都随分子间的距离r的增大而减小，且斥力总比引力随r的增大衰减得快．

5、分子力与距离的关系示意图：

如下图所示，F＞0为斥力，F＜0为引力，横轴上方的虚线表示分子间斥力随r的变化图线，横轴下方的虚线表示分子间引力随r的变化图线，实线为分子间引力和斥力的合力F（分子力）随r的变化图线．

①当r=r0时，分子间引力和斥力相平衡，F引=F斥，分子处于平衡位置，其中r0为分子直径的数量级，约为10-10m．

②当r

③当r>r0时，F引>F斥，对外表现的分子力F为引力．

④当r>10r0时，分子间相互作用力变得十分微弱，可认为分子力F为零（如气体分子间可认为作用力为零）

7、引起分子间相互作用力的原因：

分子间相互作用力是由原子内带正电的原子核和带负电的电子间相互作用而引起的．

【释例1】下列说法中正确的有〖AB〗

A．固体很难被拉伸，这是因为拉伸时固体分子间的分子力表现为引力

B．液体很难被压缩，这是因为压缩时液体分子间的分子力表现为斥力

C．气体被压缩时有时需要用较大的力，这是因为气体被压缩时其分子间的分子力表现为斥力

D．固体和液体很难被压缩，这是因为固体和液体的分子间没有空隙

【解析】

【点评】

【释例2】下列现象可说明分子间有引力的是〖CD〗

A．正、负电荷相互吸引

B．磁体吸引附近的小铁钉

C．用粉笔写字在黑板上留下字迹

D．用电焊把两块铁焊在一起

【解析】

【点评】

【例题3】（2010四川理综·14）下列现象中不能说明分子间存在分子力的是（D）

A．两铅块能被压合在一起B．钢绳不易被拉断

C．水不容易被压缩D．空气容易被压缩

【解析】空气容易压缩是因为分子间距大，而水不容易压缩是因为分子间距小轻微压缩都使分子力表现为斥力。

ABC说明存在分子力。

【点评】

⊙方法指导⊙

⊙解题示范⊙

一、物质由大量分子组成：

【例题1】将1cm3的油酸溶于酒精，制成200cm3的油酸酒精溶液．已知1cm3溶液有50滴，现取1滴油酸酒精溶液滴到水面上，随着酒精溶于水，油酸在水面上形成一单分子薄层，已测出这一薄层的面积为0.2m2，由此可估测油酸分子的直径为_____________m．

【解析】设1cm3溶液的滴数为N（50），则1滴油酸酒精溶液的体积为

。

由于取用的油酸酒精溶液的浓度为

，故1滴溶液中油酸的体积为：

。

已知油酸薄层的面积为S＝0.2m2，所以油酸分子的直径为：

【例题2】已知空气的摩尔质量是MA=29×10-3kg/mol，则空气中气体分子的平均质量多大？

成年人做一次深呼吸，约吸入450cm3的空气，则做一次深呼吸所吸入的空气质量是多少？

所吸入的气体分子数量是多少？

（按标准状况估算）

【解析】空气分子的平均质量为：

成年人做一次深呼吸所吸入的空气质量为：

所吸入的分子数为：

（个）．

【例题3】已知金刚石的密度ρ=3500kg/m3．现有一块体积V=5.7×10-8m3的金刚石，它含有多少个碳原子？

假如金刚石中碳原子是紧密地堆在一起的，试估算碳原子的直径．

【解析】金刚石的质量：

碳的摩尔数：

金刚石所含碳原子数为：

个=1.0×1022个．

一个碳原子的体积为：

。

把金刚石中的碳原子看成球体，则由公式

可得碳原子直径约为：

。

【例题4】1cm3的水中和标准状态下1cm3的水蒸气中各有多少个水分子？

在上述两种状态下，相邻两个水分子之间的距离各是多少？

【解析】1cm3水中水的分子个数为：

个．

设相邻两水分子间距离为d，视水分子为球形，则：

，

．

1cm3的水蒸气分子间的距离为d′，视水蒸气分子所占据的空间为正方体，则

。

估算分子间距时，既可以把分子占据的空间看做是立方体，也可以看做是球体，对于气体分子，一般视为立方体．

【小结】物体是由大量分子组成的，分子直径的数量级为10-10m，阿伏加德罗常数是联系微观世界和宏观世界的桥梁．

【例题5】已知碳的摩尔质量为12g，阿伏加德罗常数为6.02×1023mol-1，求每个碳原子的质量．

【解析】每个碳原子的质量为：

【例题6】从下列哪一组数据可以算出阿伏加德罗常数〖C〗

A．氧气的摩尔质量和氧分子的体积

B．氧分子的质量和氧分子的体积

C．氧分子的质量和氧气的摩尔质量

D．氧气的密度和氧气的摩尔质量

选题目的：

理解推导阿伏加德罗常数所需的物理量．

【解析】要算出阿伏伽德罗常数，首先要知道1mol物质的质量M或体积V，设分子质量为m，分子体积V，则阿伏伽德常数．

，对固体和液体还有：

在A、D选项中不知氧分子质量，不能算出阿伏伽德罗常数，故不能选A、D项；在B项中不知氧气摩尔质量，不能算出阿伏伽德罗常数，故不能选B项．值得注意的是在A、B选项中如果知道氧气的摩尔体积也不能算出阿伏伽德罗常数，因为气体分子间距离很大，不能忽略．正确选项C。

【例题7】若以μ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为在标准状态下水蒸气的密度，NA为阿伏加德罗常数，M、v0表示每个水分子的质量和体积，下面是四个关系式：

（1）NA=vρ/m

（2）ρ=μ/（NAv0）（3）m=μ/NA（4）v0=v/NA其中（）

A．

（1）和

（2）都是正确的B.

（1）和（3）都是正确的

C.（3）和（4）都是正确的D.

（1）和（4）都是正确的

【解析】由于NA=μ/m=vρ/m。

而v是一摩尔水蒸气的体积,并非一摩尔水的体积。

所以，一摩尔水蒸气的体积v大于NAv0。

因此答案B是正确的。

【点评】本题要求考生掌握阿伏加德罗常数与物质内部微观物理量之间的关系。

【例题8】（2004全国理综·16）若以μ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为在标准状态下水蒸气的密度，NA为阿伏加德罗常数，m、△分别表示每个水分子的质量和体积，下面是四个关系式：

①

②

③

④

其中〖B〗

A．①和②都是正确的；B．①和③都是正确的；

C．②和④都是正确的；D．①和④都是正确的。

【解析】

【点评】对气体而言，分子体积和每个分子占据的体积概念不同。

【例题9】（2005江苏物理·4）某气体的摩尔质量为M，摩尔体积为V，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可表示为（BC）

A、

　　B、

　　　C、

　　　　D、

【解析】据题给条件和阿伏加德罗常数定义：

。

即B、C正确；

而气体分子之间距离太大，气体分子的体积与分子所占据的空间体积相差太大，所以A错.

同理ρ为气体的密度，ρV0并不等于分子的质量