高考物理专题精准突破分子动理论 内能解析版.docx

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高考物理专题精准突破分子动理论内能解析版

2020年高考物理专题精准突破

专题分子动理论　内能

【专题诠释】

一、分子动理论

1．物体是由大量分子组成的

（1）分子的大小

①分子的直径（视为球模型）：

数量级为10－10m；

②分子的质量：

数量级为10－26kg.

（2）阿伏加德罗常数

①1mol的任何物质都含有相同的粒子数．通常取NA＝6.02×1023mol－1；

②阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁．

2．分子永不停息地做无规则运动

（1）扩散现象

①定义：

不同物质能够彼此进入对方的现象；

②实质：

扩散现象并不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果，而是由分子的无规则运动产生的物质迁移现象，温度越高，扩散现象越明显．

（2）布朗运动

①定义：

悬浮在液体中的小颗粒的永不停息地无规则运动；

②实质：

布朗运动反映了液体分子的无规则运动；

③特点：

颗粒越小，运动越明显；温度越高，运动越剧烈．

（3）热运动

①分子永不停息地做无规则运动叫作热运动；

②特点：

分子的无规则运动和温度有关，温度越高，分子运动越剧烈．

3.分子间同时存在引力和斥力

（1）物质分子间存在空隙，分子间的引力和斥力是同时存在的，实际表现出的分子力是引力和斥力的合力；

（2）分子力随分子间距离变化的关系：

分子间的引力和斥力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，但斥力比引力变化得快；

（3）分子力与分子间距离的关系图线

由分子间的作用力与分子间距离关系图线（如图所示）可知：

①当r＝r0时，F引＝F斥，分子力为零；

②当r＞r0时，F引＞F斥，分子力表现为引力；

③当r＜r0时，F引＜F斥，分子力表现为斥力；

④当分子间距离大于10r0（约为10－9m）时，分子力很弱，可以忽略不计．

二、温度和内能

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）分子热运动的平均动能是所有分子热运动动能的平均值，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）意义：

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

①微观上：

决定于分子间距离和分子排列情况；

②宏观上：

决定于体积和状态．

5．物体的内能

（1）概念理解：

物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和，是状态量；

（2）决定因素：

对于给定的物体，其内能大小由物体的温度和体积决定，即由物体内部状态决定；

（3）影响因素：

物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关；

（4）改变物体内能的两种方式：

做功和热传递．

三、实验：

用油膜法估测分子的大小

1．实验原理：

利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜，将油酸分子看做球形，测出一定体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积，用d＝

计算出油膜的厚度，其中V为一滴油酸溶液中所含油酸的体积，S为油膜面积，这个厚度就近似等于油酸分子的直径．

2．实验步骤

（1）取1mL（1cm3）的油酸溶于酒精中，制成NmL的油酸酒精溶液，则油酸的纯度为

.

（2）往边长为30～40cm的浅盘中倒入约2cm深的水，然后将痱子粉（或细石膏粉）均匀地撒在水面上．

（3）用滴管（或注射器）向量筒中滴入n滴配制好的油酸酒精溶液，使这些溶液的体积恰好为1mL，算出每滴油酸酒精溶液的体积V0＝

mL.

（4）用滴管（或注射器）向水面中央滴入一滴配制好的油酸酒精溶液，油酸就在水面上慢慢散开，形成单分子油膜．

（5）待油酸薄膜形状稳定后，将一块较大的玻璃板盖在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上．

（6）将玻璃板取出放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S.

3．数据处理

（1）计算一滴溶液中油酸的体积：

V＝

（mL）．

（2）计算油膜的面积：

利用坐标纸求油膜面积时，以边长为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，大于半个的算一个．

（3）计算油酸的分子直径：

d＝

（注意单位统一）．

【高考领航】

【2019·新课标全国Ⅲ卷】用油膜法估算分子大小的实验中，首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是_______________________________________________________________。

实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积，可以________________________________________________________________________________。

为得到油酸分子的直径，还需测量的物理量是___________________________________。

【答案】使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中，测出1mL油酸酒精溶液的滴数，得到一滴溶液中纯油酸的体积油膜稳定后得表面积S。

【解析】油膜法测量分子大小需要形成单分子油膜，故而需要减少油酸浓度；一滴油酸的体积非常微小不易准确测量，故而使用累积法，测出N滴油酸溶液的体积V，用V与N的比值计算一滴油酸的体积；由于形成单分子油膜，油膜的厚度h可以认为是分子直径，故而还需要测量出油膜的面积S，以计算厚度

。

【2019·江苏卷】在没有外界影响的情况下，密闭容器内的理想气体静置足够长时间后，该气体（）

A．分子的无规则运动停息下来B．每个分子的速度大小均相等

C．分子的平均动能保持不变D．分子的密集程度保持不变

【答案】CD

【解析】分子的无规则运动则为分子的热运动，由分子动理论可知，分子热运动不可能停止，故A错误；密闭容器内的理想气体，温度不变，所以分子平均动能不变，但并不是每个分子的动能都相等，故B错误，C正确；由于没有外界影响且容器密闭，所以分子的密集程度不变，故D正确。

【2018·高考全国卷Ⅱ】对于实际的气体，下列说法正确的是（　　）

A．气体的内能包括气体分子的重力势能

B．气体的内能包括气体分子之间相互作用的势能

C．气体的内能包括气体整体运动的动能

D．气体的体积变化时，其内能可能不变

E．气体的内能包括气体分子热运动的动能

【答案】BDE

【解析】：

.实际气体的内能包括气体分子间相互作用的势能和分子热运动的动能，当气体体积变化时影响的是气体的分子势能，内能可能不变，所以B、D、E正确，A、C错误．

【最新考向解码】

例1.（2019·深圳高三第一次调研考试）关于分子动理论，下列说法正确的有（　　）

A．扩散现象是物质分子永不停息地做无规则运动的证明

B．布朗运动不是分子的运动，但间接地反映了液体分子运动的无规则性

C．压缩气体时，体积越小，压强越大，说明气体分子间存在着斥力

D．从微观角度来看，气体的压强与气体分子的平均动能和分子的密集程度有关

E．当分子间作用力表现为引力时，分子势能随距离的增大而减小

【答案】　ABD

【解析】　扩散现象是物质分子永不停息地做无规则运动的证明，A正确；布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒的运动，不是分子的运动，但间接地反映了液体分子运动的无规则性，B正确；压缩气体时，体积越小压强越大，这是因为体积越小时气体分子数密度越大，单位时间内气体分子对器壁的碰撞次数越多，从而压强越大，这与气体分子间的斥力无关，C错误；从微观角度来看，气体的压强与气体分子的平均动能和分子的密集程度有关，气体分子的平均动能越大，气体分子对器壁的碰撞力越大；分子数密度越大，单位时间内气体分子对器壁的碰撞次数越多，从而气体的压强越大，D正确；当分子间作用力表现为引力时，分子间距离变大，则分子力做负功，分子势能增加，即分子势能随距离的增大而增大，E错误。

例2.（2019·江苏通州、海门、启东高三上学期期末三县联考）某一体积为V的密闭容器，充入密度为ρ、摩尔质量为M的理想气体，阿伏加德罗常数NA已知，则该容器中气体分子的总个数N＝________。

现将这部分气体压缩成液体，体积变为V0，此时分子间的平均距离d＝________。

（将液体分子视为立方体模型）

【答案】　

【解析】　气体的质量为：

m＝ρV，气体分子的总个数：

N＝nNA＝

NA＝

；将这部分气体压缩成液体，分子的总个数不变，设每个液体分子的体积为V1，则有NV1＝V0，解得：

V1＝

，所以此时分子间的平均距离d＝

。

例3.（2019·上海嘉定高三上学期期末）在做“用油膜法估测分子直径的大小”的实验中，实验简要步骤如下：

A．将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓内的方格数，再根据方格的边长求出油膜的面积S；

B．将一滴油酸酒精溶液滴在水面，待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上；

C．用浅盘装入约2cm深的水，然后将痱子粉均匀地撒在水面上；

D．取一定体积的油酸和确定体积的酒精混合均匀配制成一定浓度的油酸酒精溶液；

E．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；

F．用注射器将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，记下量筒内增加一定体积时的滴数；

G．由

得到油酸分子的直径d。

（1）实验步骤的合理顺序是______________。

（填写字母编号）

（2）在本实验中“将油膜分子看成紧密排列的球形，在水面形成单分子油膜”，体现的物理思想方法是________。

（3）若所用油酸酒精溶液的浓度约为每104mL溶液中有纯油酸6mL。

用注射器测得1mL上述溶液为75滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，描出的油酸的轮廓形状和尺寸如图所示，坐标中正方形方格的边长为1cm，由此可估测油酸分子的直径是________m。

（保留一位有效数字）

【答案】　

（1）DFECBAG　

（2）建模法　（3）6×10－10

【解析】　

（1）本实验中必须测出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V，故必先求出一滴油酸酒精溶液的体积，因此实验过程中应该求出1mL油酸酒精溶液的滴数；油酸薄膜的边缘在水中不易观察和画出，因此需要在浅盘中倒入水后，将痱子粉或石膏粉均匀撒在水面上。

根据实验的原理安排实验步骤，合理的顺序是DFECBAG。

（2）此实验把分子看成球体，是建立理想模型的方法。

（3）由题图可知，油膜所占方格数约为129个（128～130均正确），则油膜的面积：

S＝129×1cm2＝129cm2；每滴酒精油酸溶液中含有纯油酸的体积：

V＝

×

＝8×10－6mL；油酸分子的直径：

d＝

＝

≈6×10－8cm＝6×10－10m。

例4（2019·山东泰安模拟）甲分子固定在坐标原点O，只在两分子间的作用力作用下，乙分子沿x轴方向运动，两分子间的分子势能Ep与两分子间距离x轴的变化关系如图所示，设乙分子在移动过程中所具有的总能量为0，则下列说法正确的是（　　）

A．乙分子在P点时加速度为0

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点时动能最大

E．乙分子在P点时，分子间引力和斥力相等

【答案】：

ADE

【解析】：

由题图可知，乙分子在P点时分子势能最小，此时乙分子受力平衡，甲、乙两分子间引力和斥力相等，乙分子所受合力为0，加速度为0，选项A、E正确；乙分子在P点时分子势能最小，选项B错误；乙分子在Q点时与甲分子间的距离小于平衡距离，分子引力小于分子斥力，合力表现为斥力，所以乙分子在Q点合力不为0，故不处于平衡状态，选项C错误；乙分子在P点时，其分子势能最小，由能量守恒可知此时乙分子动能最大，选项D正确．

【方法技巧】

判断分子势能变化的两种方法

（1）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．

（2）利用分子势能与分子间距离的关系图线判断．但要注意此图线和分子力与分子间距离的关系图线形状虽然相似但意义不同，不要混淆．　

【微专题精练】

1．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

【答案】：

ACD

【解析】：

布朗运动是固体微粒在液体中的运动，反映液体分子的运动，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；分子间的相互作用力随着分子间距离由很小逐渐增大，r

2．（2019·河北保定模拟）我国已开展空气中PM2.5浓度的监测工作．PM2.5是指空气中直径等于或小于2.5μm的悬浮颗粒物，其飘浮在空中做无规则运动，很难自然沉降到地面，吸入后对人体形成危害．矿物燃料燃烧的排放物是形成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在空气中的运动不属于分子热运动

C．PM2.5的运动轨迹只是由大量空气分子对PM2.5无规则碰撞的不平衡决定的

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必然有内能

【答案】：

BDE

【解析】：

PM2.5的尺寸比空气中氧分子的尺寸大得多，A错误；PM2.5在空气中的运动不属于分子热运动，B正确；PM2.5的运动轨迹是由大量空气分子对PM2.5无规则碰撞的不平衡和气流的运动决定的，C错误；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，PM2.5必然有内能，D、E正确．

3.（2019·山东济宁模拟）将一个分子P固定在O点，另一分子Q放在图中的A点，两分子之间的作用力与其间距的关系图线如图所示，虚线1表示分子间相互作用的斥力，虚线2表示分子间相互作用的引力，实线3表示分子间相互作用的合力．如果将分子Q从A点无初速度释放，分子Q仅在分子力的作用下始终沿水平方向向左运动．则下列说法正确的是（　　）

A．分子Q由A点运动到C点的过程中，先加速再减速

B．分子Q在C点的分子势能最小

C．分子Q在C点的加速度大小为零

D．分子Q由A点释放后运动到C点左侧的过程中，加速度先增大后减小再增大

E．该图能表示固、液、气三种状态下分子力的变化规律

【答案】：

BCD

【解析】：

C点为斥力和引力相等的位置，C点的右侧分子间作用力的合力表现为引力，C点的左侧分子间作用力的合力表现为斥力，因此分子Q由A点运动到C点的过程中，分子Q一直做加速运动，分子的动能一直增大，分子势能一直减小，当分子Q运动到C点左侧时，分子Q做减速运动，分子动能减小，分子势能增大，即分子Q在C点的分子势能最小，A错误，B正确；C点为分子引力等于分子斥力的位置，即分子间作用力的合力为零，则分子Q在C点的加速度大小为零，C正确；分子Q由A点释放后运动到C点左侧的过程中，由题图可知分子间作用力的合力先增大后减小再增大，则由牛顿第二定律可知加速度先增大后减小再增大，D正确；气体分子间距较大，分子间作用力很弱，不能用此图表示气体分子间作用力的变化规律，E错误．

4.（2019·河北保定模拟）我国已开展空气中PM2.5浓度的监测工作．PM2.5是指空气中直径等于或小于2.5μm的悬浮颗粒物，其飘浮在空中做无规则运动，很难自然沉降到地面，吸入后对人体形成危害．矿物燃料燃烧的排放物是形成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分子热运动

C．PM2.5的运动轨迹只是由大量空气分子对PM2.5无规则碰撞的不平衡和气流运动决定的

D．倡导低碳生活，减小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必然有内能

【答案】CDE

【解析】：

.PM2.5的尺寸比空气中氧分子的尺寸大得多，A错误；PM2.5在空气中的运动不属于分子热运动，B错误；PM2.5的运动轨迹是由大量空气分子对PM2.5无规则碰撞的不平衡和气流的运动决定的，C正确；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，PM2.5必然有内能，D、E正确．

5.（2019·宁夏石嘴山三中一模）下列说法中正确的是（　　）

A．“油膜法估测分子大小”的实验中，估算油酸分子直径用的是油酸酒精溶液的体积除以油膜的面积

B．非晶体呈各向同性，晶体也有可能呈各向同性

C．雨后叶子表面上的小水珠接近球形主要是液体表面张力作用的结果

D．不浸润现象说明固体分子对液体分子的吸引力大于液体分子之间的吸引力

E．物体温度升高时，速率小的分子数目减少，速率大的分子数目增多

【答案】　BCE

【解析】　“油膜法估测分子大小”的实验中，估算油酸分子直径用的是油酸的体积除以油膜的面积，A错误；非晶体呈各向同性，多晶体也呈各向同性，而单晶体表现为各向异性，B正确；雨后叶子表面上的小水珠接近球形主要是液体表面张力作用的结果，C正确；不浸润现象说明固体分子对液体分子的吸引力小于液体分子之间的吸引力，D错误；温度从微观角度看表示了大量分子无规则运动的剧烈程度，物体温度升高时，速率小的分子数目减少，速率大的分子数目增多，E正确。

6.（2019·辽宁抚顺模拟）下列说法中正确的是（　　）

A.已知水的摩尔质量和水分子的质量，可以计算出阿伏加德罗常数

B．悬浮在液体中的固体微粒越小，在某一瞬间撞击它的液体分子数就越多，布朗运动越明显

C．当两个分子的间距从很远处逐渐减小到很难再靠近的过程中，分子间的作用力先减小后增大，分子势能不断增大

D．温度升高，分子热运动的平均动能一定增大，但并非所有分子的速率都增大

E．一定质量的理想气体，经过等温压缩后，其压强一定增大

【答案】：

ADE

【解析】：

水的摩尔质量与一个水分子质量的比值等于阿伏加德罗常数，故A正确；布朗运动是悬浮在液体中的微粒受到液体分子的各个方向的撞击而产生的不规则的运动，微粒越大，在某一瞬间撞击它的液体分子数越多，各个方向的撞击越趋向均衡，布朗运动越不明显，故B错误；两个分子间的距离由很远逐渐减小到很难再靠近的过程中，分子间的作用力先增大后减小，然后再增大，而分子势能先减小后增大，故C错误；温度升高，分子热运动的平均动能一定增大，但并非所有分子的速率都增大，故D正确；一定质量的理想气体等温压缩后，分子热运动的平均动能不变，而分子数密度增加，故其压强一定增大，故E正确．

7．（2019·福建莆田一中模拟）下列各种说法中正确的是（　　）

A．固体小颗粒越小，温度越高，布朗运动越显著

B．扩散现象能在气体中进行，不能在固体中进行

C．气体分子永不停息地做无规则运动，固体分子之间相对静止不动

D．如果一开始分子间距离大于r0，则随着分子间距离的增大，分子势能增大

E．内能相同的物体，可能温度不同

【答案】：

ADE

【解析】：

固体小颗粒越小，表面积越小，同一时刻撞击颗粒的液体分子数越少，冲力越不平衡，温度越高，液体分子运动越激烈，冲击力越大，布朗运动越激烈，故A正确；一切物质的分子都在永不停息的做无规则运动，扩散现象就是分子运动的结果，所以固体、液体和气体之间都能发生扩散现象，故B、C错误；分子间距离大于r0，分子间表现为引力，则随着分子间距离的增大，分子力做负功，分子势能增大，故D正确；决定内能大小的宏观因素包括：

物体的质量、温度和体积，所以内能相同的物体，可能温度不同，故E正确．

8.（2019·山东聊城模拟）对于分子动理论和物体内能的理解，下列说法正确的是（　　）

A．温度高的物体内能不一定大，但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，布朗运动越明显

D．当分子间的距离增大时，分子间作用力就一直减小

E．当分子间作用力表现为斥力时分子势能随分子间距离的减小而增大

【答案】：

ACE

【解析】：

温度高的物体内能不一定大，内能还与质量、体积有关，但分子平均动能一定大，因为温度是分子平均动能的标志，故A正确；改变内能的方式有做功和热传递，若外界对物体做功的同时物体放热，内能不一定增大，故B错误；布朗运动是由液体分子碰撞的不平衡性造成的，液体温度越高，液体分子热运动越激烈，布朗运动越显著，故C正确；当分子间的距离从平衡位置增大时，分子间作用力先增大后减小，故D错误；当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的减小而增大，故E正确．

9．（2019·江西上饶六校联考）把生鸭蛋放在盐水中腌制一段时间，盐就会进入鸭蛋里变成咸鸭蛋．则下列说法正确的是（　　）

A．如果让腌制鸭蛋的盐水温度升高，盐分子进入鸭蛋的速度就会加快

B．盐分子的运动属于布朗运动

C．在鸭蛋腌制过程中，有的盐分子进入鸭蛋内，也有盐分子从鸭蛋里面出来

D．盐水温度升高，每个盐分子运动的速率都会增大

E．食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性

【答案】：

ACE

【解析】：

如果让腌制鸭蛋的盐水温度升高，分子运动更剧烈，则盐进入鸭蛋的速度就会加快，故A正确；布朗运动本身不是分子的运动，故B错误；在腌制鸭蛋的盐水中，有盐分子进入鸭蛋，分子运动是无规则的，同样会有盐分子从鸭蛋里面出来，故C正确；盐水温度升高，分子的平均动能增大，但不是每个盐分子运动的速率都会增大，个别分子的速率也可能减小，故D错误；食盐晶体中的钠、氯离子按一定规律分布，具有空间上的周期性，故E正确．

10.（2019·山东潍坊模拟）在“用油膜法估测油酸分子直径”的实验中，某同学按如下操作：

a．在量筒中滴入一滴已配制好的油酸酒精溶液，测出其体积；

b．在装有水、撒适量痱子粉的浅盘中滴入一滴已配制好的溶液，使薄膜形状稳定；

c．将玻璃板放在浅盘上，将油膜形状描绘在玻璃板上；

d．将玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸体积和面积计算出油酸分子的直径．

（1）其中有操作错误的步骤是________；

（2）已知油酸酒精溶液中油酸体积占比例为k，N滴油酸溶液体积为V，一滴油酸溶液形成油膜的面积为S，则油酸分子的直径为________．

【答案】：

（1）a　

（2）

【解析】：

（1）要测出一滴油酸酒精溶液的体积，即在量筒中滴入N滴油酸酒精溶液，测出其体积为V，则一滴该溶液的体积为V1＝

，故有操作错误的步骤是a；

（2）一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V0＝

，一滴油酸酒精溶液形成的油膜面积为S，那么油酸分子直径为d＝

.