高考物理总复习第十二章热学第1讲分子动理论内能教案.docx
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高考物理总复习第十二章热学第1讲分子动理论内能教案
分子动理论内能
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考点内容
高考（全国卷）三年命题情况对照分析
2016
2017
2018
命题热点
分子动理论与统计观点
分子动理论的基本观点和实验依据
Ⅰ卷·T33
（1）：
内能及热力学定律
T33
（2）：
玻意耳定律、平衡条件
Ⅱ卷·T33
（1）：
p－T图象、气体三定律、热力学第一定律
T33
（2）：
玻意耳定律、变质量问题
Ⅲ卷·T33
（1）：
内能、热力学第一定律
T33
（2）：
玻意耳定律、变质量问题
Ⅰ卷·T33
（1）：
分子动理论、气体分子速率分布曲线、温度
T33
（2）：
玻意耳定律、查理定律
Ⅱ·T33
（1）：
内能、热力学第一定律
T33
（2）：
理想气体状态方程、平衡条件
Ⅲ卷·T33
（1）：
p－V图象、热力学第一定律
T33
（2）：
玻意耳定律、气体压强的计算
Ⅰ卷·T33
（1）：
T－V图象、热力学第一定律、查理定律
T33
（2）：
玻意耳定律、平衡条件
Ⅱ卷·T33
（1）：
气体的内能
T33
（2）：
查理定律、盖—吕萨克定律、气体做功
Ⅲ卷·T33
（1）：
p－V图象、理想气体状态方程、热力学第一定律
T33
（2）：
玻意耳定律、平衡条件
（1）分子动理论、内能
（2）固体和液体的性质
（3）气体实验定律及理想气体状态方程
（4）气体的图象问题
（5）热力学定律
（6）气体实验定律与热力学定律的综合
阿伏加德罗常数
气体分子运动速率的统计分布
温度、内能
固体、
液体
与气
体
固体的微观结构、晶体和非晶体
液晶的微观结构
液体的表面张力现象
气体实验定律
理想气体
热力学定律与能量守恒
热力学第一定律
能量守恒定律
热力学第二定律
实验一：
用油膜法估测分子的大小
实验二：
探究气体压强与体积的关系
第1讲 分子动理论 内能
知识排查
分子动理论的基本观点、阿伏加德罗常数
物体的内能 温度
小题速练
1.思考判断
（1）1g水含的水分子数与1g酒精含的酒精分子数相等。
（ ）
（2）若体积为V的氧气中含氧气分子个数为N，则每个氧气分子的体积近似为
。
（ ）
（3）布朗运动是花粉颗粒分子的运动。
（ ）
（4）分子间同时存在着引力和斥力，当分子间距离增大，引力和斥力同时减小，若引力大于斥力，则分子力体现为引力。
（ ）
（5）分子间存在分子势能，随着分子间距离增大分子势能增大。
（ ）
答案
（1）×
（2）× （3）× （4）√ （5）×
2.（多选）关于温度和内能的理解，下列说法正确的是（ ）
A.温度是分子平均动能的标志，物体温度高，则物体的分子平均动能大
B.系统的内能是由系统的状态决定的
C.做功可以改变系统的内能，但是单纯地对系统传热不能改变系统的内能
D.不计分子之间的分子势能，质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能
解析 温度是分子平均动能的标志，选项A正确；系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理量，所以是由系统的状态决定的，选项B正确；做功和热传递都可以改变系统的内能，选项C错误；质量和温度相同的氢气和氧气的平均动能相同，但它们的物质的量不同，内能不同，选项D错误。
答案 AB
3.下列有关热现象和内能的说法中正确的是（ ）
A.把物体缓慢举高，其机械能增加，内能也增加
B.盛有气体的容器做加速运动时，容器中气体的内能必定会随之增大
C.电流通过电阻后电阻发热，它的内能增加是通过“做功”方式实现的
D.分子间引力和斥力相等时，分子势能最大
解析 把物体缓慢举高，外力做功，其机械能增加，由于温度不变，物体内能不变，选项A错误；物体的内能与物体做什么性质的运动没有直接关系，选项B错误；电流通过电阻后电阻发热，是通过电流“做功”的方式改变电阻内能的，选项C正确；根据分子间作用力的特点，当分子间距离等于r0时，引力和斥力相等，不管分子间距离从r0增大还是减小，分子间作用力都做负功，分子势能都增大，故分子间距离等于r0时分子势能最小，选项D错误。
答案 C
微观量的估算
1.微观量与宏观量
（1）微观量：
分子体积V0、分子直径d、分子质量m0等。
（2）宏观量：
物体的体积V、摩尔体积Vm、物体的质量m、摩尔质量Mm、物体的密度ρ等。
2.分子的两种模型
（1）球体模型：
直径d＝
（常用于固体和液体）。
（2）立方体模型：
边长d＝
（常用于气体）。
3.几个重要关系
阿伏加德罗常数是联系微观量与宏观量的“桥梁”。
（1）一个分子的质量：
m0＝
。
（2）一个分子的体积：
V0＝
（注意：
对于气体，V0表示一个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。
1.（多选）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 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＝
，选项D错误，A、B、C正确。
答案 ABC
2.已知地球大气层的厚度h远小于地球半径R，空气平均摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，地面大气压强为p0，重力加速度大小为g。
由此可估算得，地球大气层空气分子总数为________，空气分子之间的平均距离为________。
解析 设大气层中气体的质量为m，由大气压强的产生知，mg＝p0S，即m＝
分子数n＝
＝
＝
，假设每个分子占据一个小立方体，各小立方体紧密排列，则小立方体边长即为空气分子平均间距，设为a，大气层中气体总体积为V，a＝
，而V＝4πR2h，所以a＝
。
答案
扩散现象、布朗运动与分子热运动
扩散现象、布朗运动与热运动的比较
现象
扩散现象
布朗运动
热运动
活动主体
分子
固体微小颗粒
分子
区别
是分子的运动，发生在固体、液体、气体任何两种物质之间
是比分子大得多的颗粒的运动，只能在液体、气体中发生
是分子的运动，不能通过光学显微镜直接观察到
共同点
（1）都是无规则运动；
（2）都随温度的升高而更加激烈
联系
扩散现象、布朗运动都反映了分子做无规则的热运动
1.（2017·北京理综）以下关于热运动的说法正确的是（ ）
A.水流速度越大，水分子的热运动越剧烈
B.水凝结成冰后，水分子的热运动停止
C.水的温度越高，水分子的热运动越剧烈
D.水的温度升高，每一个水分子的运动速率都会增大
解析 分子运动的快慢只与温度有关，与物体速度无关，温度越高，分子热运动越剧烈，选项A错误，C正确；水凝结成冰后，水分子的热运动仍存在，选项B错误；热运动是大量分子运动的统计规律，即温度是分子平均动能的标志，所以温度升高，分子的平均动能增大，并不代表每一个分子的动能都增大，选项D错误。
答案 C
2.（2016·北京理综）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，并用PM10、PM2.5分别表示直径小于或等于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所受到的重力
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 PM10颗粒物的直径为10×10－6m＝1.0×10－5m，选项A错误；PM10受到空气分子作用力的合力总是在不停地变化，并不一定始终大于重力，选项B错误；PM10和大量悬浮颗粒物受到空气分子不停地碰撞做无规则运动，即布朗运动，选项C正确；PM2.5浓度在百米的高度内基本是均匀分布的，选项D错误。
答案 C
分子力、分子势能和物体的内能
1.分子力及分子势能比较
分子力F
分子势能Ep
图象
随分子间距离的变化情况
rF随r增大而减小，表现为斥力
r增大，F做正功，Ep减小
r>r0
r增大，F先增大后减小，表现为引力
r增大，F做负功，Ep增大
r＝r0
F引＝F斥，F＝0
Ep最小，但不为零
r>10r0
引力和斥力都很微弱，F＝0
Ep＝0
2.分析物体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）温度是分子热运动平均动能的标志，相同温度的任何物体，分子热运动的平均动能相同。
【例1】（2019·廊坊模拟）两分子间的分子势能Ep与分子间距离r的关系如图1中曲线所示。
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（ ）
图1
A.在r>r0阶段，F做正功，分子动能增加，势能增加
B.在rC.在r＝r0时，分子势能最小，动能最大
D.分子动能和势能之和在整个过程中越来越大
解析 由Ep－r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，选项A错误；在r答案 C
1.（2018·北京理综，2）关于分子动理论，下列说法正确的是（ ）
A.气体扩散的快慢与温度无关
B.布朗运动是液体分子的无规则运动
C.分子间同时存在着引力和斥力
D.分子间的引力总是随分子间距增大而增大
解析 在其他条件不变的情况下，温度越高，气体扩散得越快，故A错误；布朗运动是固体小颗粒的运动，不是液体分子的运动，故B错误；分子间同时存在着引力和斥力，故C正确；分子间的引力总是随着分子间距增大而减小，故D错误。
答案 C
2.（2018·信阳五校联考）关于分子间的作用力和分子势能，下列说法正确的是（ ）
A.当r>r0分子之间不存在斥力而只存在引力
B.分子间距离减小时，分子力一直做正功
C.分子间距离增大时，分子势能一直减小
D.分子间距离增大时，可能存在分子势能相等的两个位置
解析 分子之间的引力和斥力是同时存在的，选项A错误；若分子间距离小于平衡位置间距，分子力表现为斥力，则随分子间距离减小，分子力做负功，选项B错误；若分子间距离大于平衡位置间距，则随分子间距离增大，分子势能增大，选项C错误；若分子间距离从很小增大到很大的过程中，分子势能先减小后增大，可能存在分子势能相等的两个位置，选项D正确。
答案 D
3.（多选）下列关于温度及内能的说法中正确的是（ ）
A.温度是分子平均动能的标志，所以两个动能不同的分子相比，动能大的分子温度高
B.两个不同的物体，只要温度和体积相同，内能就相同
C.质量和温度相同的冰和水，内能不同
D.温度高的物体不一定比温度低的物体内能大
解析 温度是大量分子热运动的客观体现，单个分子不能比较温度高低，选项A错误；物质的内能由温度、体积、物质的量及物态共同决定，选项B错误，C正确；质量不确定，只知道温度的关系，不能确定内能的大小，选项D正确。
答案 CD
实验：
用油膜法估测分子的大小
1.基本原理与操作
装置及器材
操作要领
（1）干净：
实验用具要擦洗干净。
（2）适量：
痱子粉和油酸的用量都不可太大，否则不易成功。
（3）适宜：
油酸酒精溶液的浓度以小于0.1%为宜。
（4）水平、垂直：
浅盘要水平放置，以便准确地画出薄膜的形状，画线时视线应与板面垂直。
（5）稳定：
要待油膜形状稳定后再画轮廓。
（6）数格数：
数出正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个。
2.数据处理与误差分析
（1）数据处理
①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。
方法是计算轮廓范围内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个，把正方形的个数乘以单个正方形的面积就是油膜的面积。
②根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V，利用一滴溶液中纯油酸的体积V和薄膜的面积S，算出油酸薄膜的厚度d＝
，即为油酸分子的直径。
看分子直径数量级（单位为m）是否为10－10，若不是10－10需重做实验。
（2）误差分析
①纯油酸体积的计算引起误差。
②油膜面积的计算造成误差。
a.油膜形状的边界画线造成误差。
b.数格子的个数所造成的误差。
【例2】油酸酒精溶液的浓度为每1000mL油酸酒精溶液中有油酸0.6mL，现用滴管向量筒内滴加50滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加了1mL，若把一滴这样的油酸酒精溶液滴入足够大盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成的油膜的形状如图2所示。
若每一小方格的边长为25mm，试问：
图2
（1）这种估测方法是将每个油酸分子视为________模型，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为________油膜，这层油膜的厚度可视为油酸分子的________。
图中油酸膜的面积为________m2；每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________m3；根据上述数据，估测出油酸分子的直径是________m。
（结果保留2位有效数字）
（2）某同学在实验过程中，在距水面约2cm的位置将一滴油酸酒精溶液滴入水面形成油膜，实验时观察到，油膜的面积先扩张后又收缩了一些，这是为什么呢？
请写出你分析的原因：
_______________________________________________
____________________________________________________________________。
解析
（1）油膜面积约占55小格，面积约为S＝55×25×25×10－6m2≈3.4×
10－2m2，一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为V＝
×
×10－6m3＝1.2×10－11m3
油酸分子的直径约等于油膜的厚度
d＝
＝
m≈3.5×10－10m。
（2）主要有两个原因：
①水面受到落下的油酸酒精溶液的冲击，先陷下后又恢复水平；②油酸酒精溶液中的酒精挥发，使液面收缩。
答案
（1）球体 单分子 直径 3.4×10－2 1.2×10－11 2.7×10－10
（2）见解析
1.（2019·苏州模拟）
（1）如图3所示的四个图反映“用油膜法估测分子的大小”实验中的四个步骤，将它们按操作先后顺序排列应是________（用符号表示）。
图3
（2）用“油膜法”来粗略估测分子的大小，是通过一些科学的近似处理，这些处理有：
___________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
解析
（1）用“油膜法估测分子的大小”实验步骤为：
配制油酸酒精溶液→测定一滴油酸酒精溶液的体积→准备浅水盘→形成油膜→描绘油膜边缘→测量油膜面积→计算分子直径。
很显然操作先后顺序排列应是dacb。
（2）在“用油膜法估测分子的大小”实验中，我们的实验依据是：
①油膜是呈单分子分布的；②把油酸分子看成球形；③分子之间没有空隙。
答案
（1）dacb
（2）把在水面上尽可能扩散开的油膜视为单分子油膜，把形成油膜的分子看作紧密排列的球形分子
2.测量分子大小的方法有很多，如油膜法、显微法。
（1）在“用油膜法估测分子大小”的实验中，用移液管量取0.25mL油酸，倒入标注250mL的容量瓶中，再加入酒精后得到250mL的溶液。
然后用滴管吸取这种溶液，向小量筒中滴入100滴溶液，溶液的液面达到量筒中1mL的刻度，再用滴管取配好的油酸溶液，向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下2滴溶液，在液面上形成油酸薄膜，待油膜稳定后，放在带有正方形坐标格的玻璃板下观察油膜，如图4甲所示。
坐标格的正方形大小为2cm×2cm。
由图可以估算出油膜的面积是________cm2，由此估算出油酸分子的直径是________m（保留1位有效数字）。
图4
（2）如图乙是用扫描隧道显微镜拍下的一个“量子围栏”的照片。
这个量子围栏是由48个铁原子在铜的表面排列成直径为1.43×10－8m的圆周而组成的。
由此可以估算出铁原子的直径约为________m（结果保留2位有效数字）。
解析
（1）数油膜所占的正方形格数，大于半格的算一格，小于半格的舍去，得到油膜的面积S＝64×2cm×2cm＝256cm2。
溶液浓度为
，每滴溶液体积为
mL，2滴溶液中所含油酸体积为V＝2×10－5cm3。
油膜厚度即油酸分子的直径是d＝
≈8×10－10m。
（2）直径为1.43×10－8m的圆周周长为l＝πd≈4.5×10－8m，可以估算出铁原子的直径约为d′＝
m≈9.4×10－10m。
答案
（1）256 8×10－10
（2）9.4×10－10
活页作业
（时间：
30分钟）
基础巩固练
1.（多选）（2019·威海质检）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 由于M＝ρV，则NA＝
＝
，变形得m0＝
，选项A、D正确；由于水蒸气分子之间空隙大，所以NAV0<
，选项B错误，C正确。
答案 ACD
2.（多选）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
解析 根据分子动理论，温度越高，扩散进行得越快，故A正确；扩散现象是由物质分子无规则运动产生的，不是化学反应，故B错误，C正确；扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，故D正确。
答案 ACD
3.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 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。
答案 B
4.对于分子动理论和物体内能的理解，下列说法正确的是（ ）
A.温度高的物体内能一定大，分子平均动能一定大
B.外界对物体做功，物体内能一定增加
C.温度越高，布朗运动越显著
D.当分子间的距离增大时，分子间作用力就一直减小
解析 温度高的物体分子平均动能一定大，但是内能不一定大，选项A错误；外界对物体做功，若物体同时向外散热，物体内能不一定增加，选项B错误；温度越高，布朗运动越显著，选项C正确；当分子间的距离增大时，分子间作用力可能先增大后减小，选项D错误。
答案 C
5.（多选）当两分子间距为r0时，它们之间的引力和斥力相等。
关于分子之间的相互作用，下列说法正确的是（ ）
A.当两个分子间的距离小于r0时，分子间只存在斥力
B.当两个分子间的距离大于r0时，分子间引力大于斥力
C.两个分子间的距离由无限远逐渐减小到r＝r0的过程中，分子间相互作用力先增大后减小，表现为引力
D.两个分子间的距离等于r0时，分子势能最小
解析 当两个分子间的距离小于r0时，分子间斥力大于引力，选项A错误；当两个分子间的距离大于r0时，分子间斥力小于引力，选项B正确；两个分子间的距离由无限远逐渐减小到r＝r0的过程中，分子间相互作用力先增大后减小，表现为引力，选项C正确；两个分子间的距离等于r0时，分子势能最小，选项D正确。
答案 BCD
6.（多选）（2019·广州模拟）有关分子的热运动和内能，下列说法正确的是（ ）
A.一定质量的气体，温度不变，分子的平均动能不变
B.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热运动动能和分子势能的总和
D.布朗运动是由悬浮在液体中的微粒之间的相互碰撞引起的
解析 温度是分子平均动能的标志，则一定质量的气体，温度不变，分子的平均动能不变，选项A正确；物体的温度越高，分子热运动越剧烈，选项B正确；物体的内能是物体中所有分子热运动动能和分子势能的总和，选项C正确；布朗运动是液体分子对悬浮在液体中的微粒频繁碰撞引起的，选项D错误。
答案 ABC
7.（2018·温州调研）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.随着分子间距离的增大分子势能一定先减小后增大
D.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 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答案 A
8.下列说法正确的是（ ）
A.已知某固体物质的摩尔质量、密度和阿伏加德罗常数，可以计算出分子大小
B.布朗运动表明组成微粒的分子在做无规则运动
C.已知某物质的摩尔质量和分子质量，不能计算出阿伏加德罗常数
D.物体运动的速率越大，其内部的分子热运动就越剧烈
解析 已知某固体物质的摩尔质量和密度，可以算出物质的摩尔体积，再除以阿伏加德罗常数就能计算出分子体积，进而计算出分子大小，选项A正确；布朗运动表明微粒周围液体的分子在做无规则运动，不能表明组成微粒的分子在做无规则运动，选项B错误；已知某物质的摩尔质量M和分子质量m，可以计算出阿伏加德罗常数NA＝
，选项C错误；物体内部的分子热运动与温度有关，与物体运动的速率无关，选项D错误。
答案 A
9.在“用油膜法估测分子的大小”实验中，用amL的纯油酸配制成bmL的油酸酒精溶液，再用滴管取1mL油酸酒精溶液，让其自然滴出，共n滴。
现在让其中一滴落到盛水的浅盘内，待油膜充分展开后，测得油膜的面积为Scm2，则：
（1）估算
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