第十一章 第1节分子动理论.docx

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第十一章第1节分子动理论

第一节分子动理论

一、考情分析

考试大纲

考纲解读

1.分子动理论的基本观点和实验依据

2.阿伏加德罗常数

3.温度是分子平均动能的标志

1．分子动理论的基本观点和实验依据、阿伏伽德罗常数和实验用油膜法估测分子的大小考查的几率会很大，既可能单独出现，也可能相互结合联合命题.

2．有关物质微观量的计算和简答题文字叙述是高考的热点问题，这部分内容较为简单，但是计算容易出错，在学习中既要注意抓好基本知识又要强调非智力因素在解决问题时的作用.

二、考点知识梳理

热学是物理学的一个组成部分，它研究的是热现象的规律。

描述热现象的一个基本概念是温度。

凡是跟温度有关的现象都叫做热现象。

分子动理论是从物质微观结构的观点来研究热现象的理论。

它的基本内容是：

物体是由大量分子组成的；分子永不停息地做无规则运动；分子间存在着相互作用力。

1．物体是由___________组成的

这里的分子是指构成物质的单元，可以是原子、离子，也可以是分子。

在热运动中它们遵从相同的规律，所以统称为分子。

（1）这里建立了一个理想化模型：

把分子看作是小球，所以求出的数据只在数量级上是有意义的。

一般认为分子直径大小的数量级为________m。

（2）固体、液体被理想化地认为各分子是一个挨一个紧密排列的，每个分子的体积就是每个分子平均占有的空间。

分子体积=物体体积÷分子个数。

（3）气体分子仍视为小球，但分子间距离较大，不能看作一个挨一个紧密排列，所以气体分子的体积远小于每个分子平均占有的空间。

每个气体分子平均占有的空间看作以相邻分子间距离为边长的正立方体。

（4）阿伏加德罗常数____________________，是联系微观世界和宏观世界的桥梁。

它把物质的摩尔质量、摩尔体积这些宏观物理量和分子质量、分子体积这些微观物理量联系起来了。

具体表现在：

（1）固体、液体分子微观量的估算

①分子数N=nNA=

NA=

NA.

②分子质量的估算方法：

每个分子的质量为m1=

.

③分子体积（分子所占空间）的估算方法：

每个分子的体积（分子所占空间）V1=

.其中ρ为固体、液体的密度.

④分子直径的估算方法：

把固体、液体分子看成球形，则分子直径d=

；把固体、液体分子看成立方体，则d=

.

（2）气体分子微观量的估算方法

①摩尔数n=

，V为气体在标况下的体积.

②分子间距的估算方法：

设想气体分子均匀分布，每个分子占据一定的体积.假设为立方体,分子位于每个立方体的中心，每个小立方体的边长就是分子间距；假设气体分子占有的体积为球体，分子位于球体的球心，则分子间距离等于每个球体的直径.

注意：

同质量的同一气体，在不同状态下的体积有很大差别，不像液体、固体体积差别不大，所以求气体分子间的距离应说明实际状态．

（5）分子间存在间隙：

①分子永不停息地做无规则运动，说明分子间有间隙。

②气体容易被压缩，说明分子间有间隙。

③水和酒精混合后的体积小于两者原来的体积之和，说明分子间有间隙。

④用两万个标准大气压的压强压缩钢筒中的油，发现油可以透过筒壁逸出，说明分子间有间隙。

2．分子的热运动

物体里的分子永不停息地做___________，这种运动跟_____有关，所以通常把分子的这种运动叫做___________。

（1）__________和__________都可以很好地证明分子的热运动。

（2）布朗运动是指______________________的无规则运动。

关于布朗运动，要注意以下几点：

①形成条件是：

只要微粒足够_____。

②温度越高，布朗运动越_______。

③观察到的是___________（不是液体，不是固体分子）的无规则运动，反映的是__________运动的无规则性。

④实验中描绘出的是某固体微粒每隔30秒的位置的连线，不是该微粒的运动轨迹。

（3）为什么微粒越小，布朗运动越明显？

可以这样分析：

在任何一个选定的方向上，同一时刻撞击固体微粒的液体分子个数与微粒的横截面积成正比，即与微粒的线度r的平方成正比，从而对微粒的撞击力的合力F与微粒的线度r的平方成正比；而固体微粒的质量m与微粒的体积成正比，即与微粒的线度r的立方成正比，因此其加速度A=F/m∝r–1，即加速度与微粒线度r成反比。

所以微粒越小，运动状态的改变越快，布朗运动越明显。

对布朗运动产生过程的分析有如下特点应加以注意。

（1）在排除了外界影响后，从流体内部找原因。

（2）提出了“液体分子”这个物理模型，并认为分子总处于永不停息的无规则运动中。

同时，要把液体分子视做弹性小球，在跟固体微粒碰撞的过程中动能守恒。

（3）认为大量分子碰撞固体微粒时，某一瞬间，固体微粒各方向所受液体分子的冲力，对于体积小的固体微粒表现出明显的不平衡性。

正是这种不平衡性，产生了布朗运动。

在这里，提出科学假说，建立物理模型，通过宏观实验，进行分析推理以得出微观结构及其运动特点的方法，对于得出正确结论是重要的。

同时，大量分子对固体微粒碰撞的冲力的____________性，冲力合力的方向的不确定性，还体现出新的规律性。

这种反映大量分子永不停息的无规则运动的整体规律，称之为______________。

3．分子间的相互作用力

（1）分子力有如下几个特点：

①_____________________；

②____________________；

③____________________。

（2）引导同学们动手画F-r图象。

先从横坐标r=r0开始（r0是处于平衡状态时相邻分子间的距离），分别画斥力（设为正）和引力（设为负）；然后向右移，对应的斥力比引力减小得快；向左移，对应的斥力比引力增大得快，画出斥力、引力随r而变的图线，最后再画出合力（即分子间作用力）随r而变的图线。

（3）分子间作用力（指引力和斥力的合力）随分子间距离而变的规律是：

①r

②r=r0时分子力为______；

③r>r0时表现为____________；

④r>10r0以后，分子力变得十分微弱，可以忽略不计。

记住这些规律对理解分子势能有很大的帮助。

（4）从本质上来说，分子力是电场力的表现。

因为分子是由原子组成的，原子内有带正电的原子核和带负电的电子，分子间复杂的作用力就是由这些带电粒子间的相互作用而引起的。

（也就是说分子力的本质是四种基本相互作用中的电磁相互作用）。

三、考点知识解读

考点1.微观量的估算

剖析：

阿伏加德罗常数是联系微观物理和宏观物理量的桥梁。

在此所指微观物理量为：

分子体积V0、分子直径d、分子质量m．宏观物理量为：

物质的体积V、摩尔体积Vmol、物质的质量M、摩尔质量Mmol、物质的密度

（1）计算分子的质量：

（2）计算分子的体积

（3）对于固体和液体，分子间距离比较小，可以认为分子是一个个紧挨的。

设分子体积为V0，则分子的直径

（球体模型）或

（立方体模型）

（4）对于气体，分子间距离比较大，可用

估算出两气体分子之间的平均间距，远比气体分子本身直径大。

[例题1]（08全国卷1）已知地球半径约为6.4×106m，空气的摩尔质量约为29×10-3kg/mol,一个标准大气压约为1.0×105Pa.利用以上数据可估算出地球表面大气在标准状况下的体积为（）

A.4×1016m3B.4×1018m3

C.4×1020m3D.4×1022m3

[解析]：

大气压是由大气重量产生的。

大气压强p=

=

，带入数据可得地球表面大气质量m=5.2×1018kg。

标准状态下1mol气体的体积为v=22.4×10-3m3，故地球表面大气体积为V=

v=

×22.4×10-3m3=4×1018m3，B对。

答案：

B

【变式训练1】从下列哪一组物理量可以算出氧气的摩尔质量（）

A．氧气的密度和阿伏加德罗常数

B．氧气分子的体积和阿伏加德罗常数

C．氧气分子的质量和阿伏加德罗常数

D．氧气分子的体积和氧气分子的质量

解析：

氧气的摩尔质量=阿伏加德罗常数×氧气分子的质量，即：

易错点悟：

高考对本章的命题着重考查考生对概念的理解及应用能力，命题热点多集中在分子动理论、估算分子大小和数目、热力学定律，题型多为选择题，命题特点多为本章内容的单独命题，或与实际生活相联系的问题。

部分考生弄不清宏观量和微观量的关系，而错选其它答案。

答案：

C

考点2.分子力作用、分子力做功与分子势能变化的关系

剖析：

①要正确分析这类问题，必须准确把握分子的特点，熟知分子间斥力、引力及合力随分子间距离的变化规律。

应弄清是分子力原因还是其它力作用的结果。

②熟练掌握F-r和EP-r图象

③要学会模型迁移：

分子力做功与分子势能的关系与重力、弹簧弹力做功与弹性势能变化的关系一样。

[例题2]如图12-1-1所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于

轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示，

>0表示斥力，

<0表示引力，a、b、c、d为

轴上四个特定的位置，现把乙分子从

处静止释放，则（）

A．乙分子从

到

做加速运动，由

到

做减速运动

B．乙分子由

到

做加速运动，到达

时速度最大

C．乙分子由

到

的过程中，两分子间的分子势能一直增加

12-1-1

D．乙分子由

到

的过程中，两分子间的分子势能一直增加

解析：

乙分子从a到b、c、d的运动过程中，先是分子的引力作用，加速度的方向跟运动方向一致，所以加速运动，到达c位置时，分子力等于零，加速度也就等于零，运动的速度是最大。

从c再到d运动时，分子力为斥力，加速度的方向跟运动的方向相反，速度减小。

答案：

B

【变式训练2】以r、f、EP分别表示分子间距，分子力和分子势能，而当r=r0时，f=0，于是有（）

A、当r>r0时，f越大，Ep越大；

B、当r>r0时，f越大，Ep越小；

C、当r

D、当r

解析：

当r>r0时，f随r的变化呈非单调特征，而EP随r则单调增大，这将表明：

在r>r0的区域内，EP随f呈非单调变化，所以选项A、B均错误。

当r

在r

即此例应选C。

答案：

C

四、考能训练

A基础达标

1.关于布朗运动，下列说法正确的是

A．布朗运动是液体分子的运动；

B．布朗运动的无规则性，反映了液体内部分子运动的无规则性；

C．与固体微粒相碰的液体分子数越多，布朗运动越显著。

D．液体的温度越高，布朗运动越激烈。

2.用r表示两个分子间皎距离，EP表示两个分子间相互作用的势能，当r=r0时两分子间斥力等于引力，设两分子间距离有很远时Ep=0，则（）

A．当r＞r0时．EP随r的增大而增加B．当r＜r0时，EP随r的减小而增加

C．当r＜r0时，EP不随r而变D．当r=r0时，Ep＝0

3.下面关于分子力的说法中正确的有：

A.铁丝很难被拉长，这一事实说明铁丝分子间存在引力

B.水很难被压缩，这一事实说明水分子间存在斥力

C.将打气管的出口端封住，向下压活塞，当空气被压缩到一定程度后很难再压缩，这一事实说明这时空气分子间表现为斥力

D.磁铁可以吸引铁屑，这一事实说明分子间存在引力

4.若已知阿伏伽德罗常数、物质的摩尔质量、摩尔体积，则可以计算出

A、固体物质分子的大小和质量

B、液体物质分子的大小和质量

C、气体分子的大小和质量

D、气体分子的质量和分子间的平均距离

5.若以μ表示水的摩尔质量，

表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积，

为在标准状态下水蒸气的密度，

为阿伏德罗常数，

、△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△=

其中正确的是（）

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

6.如图12-1-3所示是教材中模仿布朗实验所做的一个类似实验中，记录的其中一个小炭粒的“运动轨迹”。

以小炭粒在

点开始计时，图中的

、

、

、

、

、

……各点是每隔

小炭粒所到达的位置，用折线连接这些点，就得到了图中小炭粒的“运动轨迹”。

则下列说法中正确的是

12-1-3

.图中记录的是分子无规则运动的情况

.在第

末，小炭粒一定位于

、

连线的中点

.由实验可知，小炭粒越大，布朗运动越显著

.由实验可知，温度越高，布朗运动越剧烈

7．下面的叙述中正确的是（）

A．物体的温度升高，物体中分子热运动加剧，所有分子的热运动动能都一定增大

B．对气体加热，气体的内能一定增大

C．物质内部分子间吸引力随着分子间距离增大而减小，排斥力随着分子间距离增大而增大

D．布朗运动是液体分子对换悬浮颗粒碰撞作用不平衡而造成的

8．（临沂市2008年质检二）为保证环境和生态平衡，在各种生产活动中都应严禁污染水源。

在某一水库中，一艘年久失修的快艇在水面上违规快速行驶，速度为8m/s，导致油箱突然破裂，柴油迅速流入水中，从漏油开始到船员塞堵住漏油共用t=1.5分。

测量时，漏出的油已在水面上形成宽约为a=100m的长方形厚油层。

已知快艇匀速运动，漏出油的体积V=1.44×10－3m3.

（1）该厚油层的平均厚度D=？

（2）该厚油层的厚度D约为分子直径d的多少倍？

（已知油分子的直径约为10—10m）

B能力提升

9.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．理想气体在等温变化时，内能不改变，因而与外界不发生热交换

C．布朗运动是液体分子的运动，它说明分子永不停息地做无规则运动

D．扩散现象说明分子间存在斥力

10.（2007年江苏单科物理第1题）分子动理论较好地解释了物质的宏观热力学性质。

据此可判断下列说法中错误的是（）

A.显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停的作无规则运动，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，以定先减小后增大

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它元素

11.（09·北京·13）做布朗运动实验，得到某个观测记录如图。

图中记录的是（）

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

12-1-4

D．按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线

12.（09·上海物理·2）气体内能是所有气体分子热运动动能和势能的总和，其大小与气体的状态有关，分子热运动的平均动能与分子间势能分别取决于气体的（A）

A．温度和体积B．体积和压强

C．温度和压强D．压强和温度

13.（08北京卷）假如全世界60亿人同时数1g水的分子个数，每人每小时可以数5000个，不间断地数，则完成任务所需时间最接近（阿伏加德罗常数NA取6×1023mol－1）（）

A．10年B．1千年C．10万年D．1千万年

14.（青岛市2008年质检）

某地区空气污染较严重，一位同学受桶装纯净水的启发，提出用桶装的净化压缩空气供气。

设一个人1min内呼吸16次，每次需吸入1atm的净化空气500mL，而每个桶能装10atm的净化空气20L，假定这些空气可以被全部吸完。

（1）设温度保持不变，试估算一个人每天需吸多少桶净化空气；

（2）请对这位同学的提议做出评价。

五、宽乘高

选取与高考和本单元重点内容相关的一些学术新动态、新观点，或者是与社会、生活密切相关的内容介绍，或与大学教材内容接轨的学术理论等。

（注意本部分选取内容一定与高考有关，也可以根据学科特点选取易混易错的知识点或题目、也可以是某一类型的高考热点题目、也可以是一些与高考有关的值得探究的问题等）