第1 课时分子动理论.docx

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第1课时分子动理论

第八章分子动理论气体

本章预览

【整体建构】

【高考趋势】

本章内容包括两部分，一是微观的分子动理论部分，一是宏观的气体状态变化规律。

其中分子动理论部分包括分子动理论的基本观点、分子热运动的动能、分子间相互作用的势能和物体的内能等概念，及分子间相互作用力的变化规律、物体内能变化的规律、能量转化和守恒定律等基本规律；气体状态变化规律中包括热力学温度、理想气体和气体状态参量等有关的概念

本章概念多，且全部内容属于Ⅰ级要求，高考对本章的命题量平均每年1.2个左右，着重考查考生对概念的理解及应用能力，要求虽然不深，但是很全面，命题的热点多集中在分子动理论、估算分子大小和数目、内能和功、题型多为选择题。

高考在热学部分的难度的要求大幅度降低，但是从近几年的高考试题中可以看出，高考试题中涉及到热学问题的已与科技、生产实际等问题相联系，考查用本章知识解决实际问题的能力，也应引起同学的重视。

第1课时分子动理论

复习准备

【感受高考】

考点明示

考题释例

考点1：

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

考点2：

分子热运动的动能。

温度是物体分子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

考点3：

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

07江苏高考，1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，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它元素

命题意图：

本题涉及了分子的无规则运动、分子间的相互力和分子势能的知识，明确分子动理论的内容是解题的关键。

解析思路：

分子间作用力随距离的变化而变化，若r＜r0时，随分子间距离r的增大，分子力可能先减小后增大；若r＞r0时，随分子间距离r的增大，分子力可能先增大后减小，故B项说法是错误的。

参考答案：

B

【学案导学】

一、分子动理论

1、热现象：

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。

2、分子动理论：

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）物体是由大量分子组成的：

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10-10m。

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NA=6.02×1023mol-1，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。

（2）分子的热运动：

物体里的分子永不停息地做无规则运动，这种运动跟温度有关，所以通常把分子的这种运动叫做热运动。

①扩散现象和布朗运动都可以很好地证明分子的热运动。

②布朗运动是指悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动。

关于布朗运动，要注意以下几点：

ⅰ形成条件是：

微粒要足够小。

ⅱ温度越高，布朗运动越激烈。

ⅲ观察到的是固体微粒（不是液体，不是固体分子）的无规则运动，反映的是液体分子运动的无规则性。

ⅳ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）分子间的相互作用力：

①

分子力有如下几个特点：

分子间同时存在引力和斥力；引力和斥力都随着距离的增大而减小；斥力比引力变化得快。

②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：

ⅰ、rr0时表现为引力；ⅳ、r>10r0以后，分子力变得十分微弱，可以忽略不计。

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力中的电磁相互作用）。

二、物体的内能：

1、做热运动的分子具有的动能叫分子动能。

温度是物体分子热运动的平均动能的标志。

温度越高，分子做热运动的平均动能越大。

2、由分子间相对位置决定的势能叫分子势能。

分子力做正功时分子势能减小；分子力作负功时分子势能增大。

（所有势能都有同样结论：

重力做正功重力势能减小、电场力做正功电势能减小。

）

由上面的分子力曲线可以得出：

当r=r0即分子处于平衡位置时分子势能最小。

不论r从r0增大还是减小，分子势能都将增大。

如果以分子间距离为无穷远时分子势能为零，则分子势能随分子间距离而变化的图象如右图所示。

可见分子势能与物体的体积有关。

体积变化，分子势能也变化。

3、物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能。

物体的内能跟物体的温度和体积都有关系：

温度升高时物体内能增加；体积变化时，物体内能变化。

三、能量守恒定律：

能量守恒定律指出，能量即不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。

能量守恒定律是自然界普遍适用的规律之一，是研究自然科学的强有力的武器之一。

考点聚焦

三点剖析

能力提升

一、阿伏伽德罗常数：

阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol-1是联系微观世界和宏观世界的桥梁。

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.

例题试估算地球表面附近空气分子间的平均间距。

解析：

已知在标准状态下任何一摩尔的气体的体积是22.4升，含有的分子数为

平均一个分子占有的体积是

，所以空气分子的平均间距为

答案：

类题演练1：

氯化钠的单位晶胞为立方体，黑点为钠离子位置，圆圈为氯离子位置，食盐的整体就是由这些单位晶胞组成的。

食盐的摩尔质量为58.5g/mol，密度为

，试确定氯离子之间的最短间距。

解析：

由图可知，相邻氯离子的间距等于立方体表面对角线的长度，先求食盐的摩尔体积

，已知1mol食盐中含有2摩尔的离子（氯离子和钠离子各一摩尔），则每个离子平均占有的空间体积是

，每个离子平均占有一个立方体，故立方体边长为

最邻近的两个氯离子的间距等于

答案：

见解析

变式提升1：

晶须是一种发展中的高强度材料，它是一些非常细的，非常完整的丝状（横截面为圆形）晶体.现有一根铁晶，直径d=1.60μm,用了F=0.0264N的力将它拉断，试估算拉断过程中最大的Fe原子力Ff（Fe的密度ρ=7.92g·cm-3）.

解析：

因原子力作用范围在10-10m数量级，阻止拉断的原子力主要来自于断开面上的所有原子对.当Fe晶上的拉力分摊到一对Fe原子上的力超过拉伸中的最大原子力时，Fe晶就被拉断.又铁的摩尔质量MA=55.85×10-3kg/mol.

所以铁原子的体积：

=1.171×10-29m3

原子直径：

=2.82×10-10m

原子球的大圆面积：

S=πD2/4=6.25×１０-20m2

铁晶断面面积：

S′=πd2/4=π×（1.60×10-6）2/4=2.01×10-12m2

断面上排列的铁原子数：

=3.2×107个

所以拉断过程中最大铁原子力：

=8.25×10-10N

答案：

见解析

知识拓展：

06江苏高考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、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：

摩尔质量M、氧气分子的质量m和阿伏伽德罗常数NA的关系是：

M＝NA·m，故C正确。

答案：

C

二、布朗运动问题

例2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。

解析：

布朗运动是指悬浮在液体中的微小颗粒的运动，而不是液体分子的运动。

悬浮在液体中的固体微粒，受到周围分子碰撞的力不平衡，因而向受力作用较小的方向运动。

布朗运动间接地反映了分子运动的无规则性。

在相同的时间内，与固体微粒相碰的液体分子数越多，说明固体微粒较大，在某一瞬间跟它相撞的分子数越多，撞击作用的不平衡性就表现得越不明显，加之固体微粒越大，其惯性就越大，因而布朗运动不是越明显，而是越不明显。

既然布朗运动是液体分子无规则运动引起的，液体的温度越高，分子无规则运动越激烈，从而它所引起的布朗运动也就越显著。

答案：

BD

类题演练2：

下列叙述正确的是（）

A.若分子间距离r=ro时，两分子间分子力F=0，则当两分子间距离由小于ro逐渐增大到10ro分程中，分子间相互作用的势能先减小后增大

B.对一定质量气体加热，其内能一定增加

C.物体的温度越高，其分子的平均动能越大

D.布朗运动就是液体分子热运动

解析：

当r

答案：

AC

变式提升1：

下面关于布朗运动说法都是错误的，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，这就是布朗运动。

（2）在较暗的房间里，从射进来的阳光中可以看到悬浮在空气中的微粒在不停地运动，这些微粒的运动是布朗运动。

（3）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，布郎运动就越显著。

解析：

（1）

（2）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，这种微粒相对于可视的微粒是很小的，肉眼是看不到的，必须借助于显微镜，但它又比分子要大得多。

风天看到的灰砂尘土都是较大的颗粒，它们的运动不能称为布朗运动。

（3）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是均匀的，就不会做布朗运动了

答案：

见解析

三、分子力问题

例3：

（2007年济宁一模）分子之间既有引力也有斥力，它们与分子间距离（设合力为零时分子间距离为r0）的关系有以下说法其中正确的是（　　）

A．随着分子间距离的减小，分子间的引力增加得快，斥力增加得慢

B．随着分子间距离的增加，分子间的引力减小得慢，斥力减小得快

C．分子间距离小于r0时，距离越大，分子之间的势能越大

D．分子间距离大于r0时，距离越小，分子之间的势能越大

解析：

根据分子间作用力的特点，当距离变化时，斥力变化的更为显著，距离减小，引力和斥力都增加，斥力增加的更快，所以选项A错误；当分子间距离增加时，两种力都减小，斥力减小的更快，所以选项B正确；当分子间距离小于r0时，对外分子力表现为斥力，如果距离减小，则要克服斥力做功，分子势能增大，所以选项C错误；分子间距离大于r0时，分力表现为引力，距离越小，引力做功，分子势能就越小，所以选项D错误，综上所述，本题的正确选项应该为B。

答案：

B

类题演练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

解析：

A、B正确。

无论怎样压缩，气体分子间距离一定大于r0，所以气体分子间一定表现为引力。

空气压缩到一定程度很难再压缩不是因为分子斥力的作用，而是气体分子频繁撞击活塞产生压强的结果，应该用压强增大解释，所以C不正确。

磁铁吸引铁屑是磁场力的作用，不是分子力的作用，所以D也不正确。

答案：

AB

变式提升3：

如图示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于X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，F＞0为斥力，F＜0为引力，a、b、c、d为X轴上四个特定的位置。

现把乙分子从a处由静止释放，则（）

A、乙分子从a到b做加速运动，由b到c做减速运动

B、乙分子从a到c做加速运动，到达c时速度最大

C、乙分子从a到b的过程中，两分子的分子势能一直增加

D、乙分子从b到d的过程中，两分子的分子势能一直增加

分析：

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。

故选B

答案：

B

四、物体的内能

1、物体的内能

物体内所有分子的动能和势能的总和称为物体的内能．物体的内能是由物质的量、温度、体积三个因素所决定的．对于理想气体来说，由于忽略分子力作用，所以没有分子势能．其内能由物质的量和温度所决定．

2、物体内能的变化

做功和热传递都可改变物体的内能，但它们有着本质的区别：

做功是其他形式的能和内能之间的转化．热传递则是物体间内能的转移．做功过程中，内能改变量的多少用功的大小来量度；热传递过程中，内能转移的多少用热量来量度。

做功和热传递都是过程量，内能则是状态量。

例4：

lg0℃的冰溶解成1g0℃的水需要吸收336J的热量，则1g0℃的水和1g℃的冰相比较，其内能的值相差ΔE

A．ΔE＝336J；B．ΔE＞336J；

C．ΔE＜336J；D．条件不足，无法确定

解析：

冰溶解成水，体积是减小的，说明了外界对它做功，由能量守恒定律：

ΔE=W＋Q，说明了W＞0故ΔE＞Q=336J，所以B选项正确．

答案：

B

类题演练4：

质量为Mkg的铅块固定不动，质量为mkg的铅弹以一定速率击中铅块并留在其中，它们的温度升高了120C。

若铅块放置在光滑的水平面上，同样以铅弹以相同的速率击中它并留在其中，它们的温度升高了110C，求铅块与铅弹的质量比。

解析：

在第一种情况下铅弹原来所具有的动能全部转化为铅弹与铅块的内能，而使它们在温度上升了12℃。

因此有Ql=½mv02=c（m＋M）×12…①C表示铅的比热。

在第二种情况下，铅弹与铅块在光滑的水平面上发生完全非弹性碰见在碰撞过程中子弹与铅块组成的整体动量守恒，但在碰撞过程中将损失动能，根据能量守恒定律，系统损失的动能转化为铅弹与铅块的内能，使其温度升高有mv0＝（m＋M）v

Q2＝½mv02－½（m＋M）v2＝

=c（m＋M）×11………②

，M/m=11

答案：

见解析

变式提升4：

在墙壁与外界无热传递的封闭房间里，夏天为了降低温度，同时打开电冰箱和电风扇，二电器工作较长时间后，房内的气温度将会怎样变化。

说明原因。

解析：

电冰箱是把里面热量转移到外面，达到降温的效果；电风扇通过风扇转动，带动空气流动，使身体汗液蒸发起到人体降温作用。

但从总体上电冰箱、电风扇消耗的电能最后都转化为内能，因而房内温度升高

答案：

见解析

高考热身（45分钟，100分）

一、选择题（本题共8小题，每小题6分，共48分。

每小题所给的四个选项中至少有一个选项是正确的，每小题选对得6分，选对不全得2分，有选错或不选得0分）

1、从下列哪一组数据可以算出阿伏伽德罗常数（　　）

A．水的密度和水的摩尔质量

B．水的摩尔质量和水分子的体积

C．水分子的体积和水分子的质量

D．水分子的质量和水的摩尔质量

解析：

选项A，知道了水的密度和水的摩尔质量，只能计算出1m3的水中含有的水的摩尔数，不能计算出阿伏加德罗常数，所以选项A错误；B选项，两个量之间没有关系，所以也是错误的；同理选项C也是错误的；D选项则可以计算出阿伏伽德罗常数，所以本题的正确选项应该为D。

答案：

D

2、下列说法正确的是（）

（A）引力和斥力是同时存在的

（B）引力总是大于斥力，其合力总表现为引力

（C）分子间的距离减小，引力减小，斥力增大

（D）分子间的距离越小，引力越大，斥力越小

解析：

由分子力的知识可知，A正确

答案：

A

3、当两个分子从相距很远处逐渐靠拢直到不能再靠拢的全过程中，分子力作功和分子势能的变化情况是（）

（A）分子力一直做正功，分子势能一直减小

（B）分子力一直做负功，分子势能一直增加

（C）先是分子力做正功，分子势能减小，后是分子力做负功，分子势能增加

（D）先是分子力做负功，分子势能增加，后是分子力做正功，分子势能减小

答案：

C

4．关于布朗运动，下列说法正确的是（　　）

A．布朗运动是指悬浮在液体中的微粒分子的无规则运动

B．布朗运动的无规则性反映了液体分子运动的无规则性

C．液体温度越高，布朗运动越激烈

D．悬浮微粒越小，在某一瞬间撞击它的液体分子数就越少，布朗运动越不明显

解析：

布朗运动是指悬浮在液体中的微粒的无规则运动，而不是微粒分子的运动，所以选项A错误；虽然布朗运动不是微粒分子的运动，但是它却反映了微粒周围液体分子的无规则运动，所以选项B正确；液体温度越高，微粒撞击越激烈，反映出布朗运动越激烈，所以选项C正确；当悬浮的微粒越小，在某一瞬间撞击它的液体分子数就越小，但是微粒受力的不平衡性就越容易表现出来，则布朗运动越明显，所以选项D正确，综上所述，本题的正确选项应该为BC。

答案：

BC

5．根据分子动理论，下列关于气体的说法中正确的是（　　）

A．气体的温度越高，气体分子无规则运动越剧烈

B．气体的压强越大，气体分子的平均动能越大

C．气体分子的平均动能越大，气体的温度越高

D．气体的体积越大，气体分子之间的相互作用力越大

解析：

由分子的动理论得：

气体的温度越高，气体分子无规则的热运动就越剧烈，所以选项A正确；而气体压强越大，只能反映出单位面积的器壁上受到的撞击力越大，也可能是单位时间内撞击的分子数目多的原因，所以选项B错误；温度是分子平均动能的标志，所以平均动能越大，则表明温度越高，所以选项C正确；气体分子间的距离基本上已超出了分子作用力的作用范围，所以选项D错误，综上所述，本题的正确选项应该为AC。

答案：

AC

6、如图所示，直立容器内部有被隔板隔开的A．B两部分气体，A的密度小，B的密度较大，抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀混合，设在此过程中气体吸热为Q，气体内能增加量为ΔE，则（）

A．ΔE＝Q．B．ΔE＜QC．ΔE＞QD．无法比较

解析：

由于A、B气体开始的合重心在中线下，混合均匀后在中线，所以系统重力势能增大。

由能量守恒有，吸收热量一部分增加气体内能，一部分增加重力势能，所以B正确。

答案：

B

7、如图容器A、B各有一个可以自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定。

A、B的底部由带阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热。

原先A中水面比B中的高，打开阀门使A中的水逐渐向B中流动，最后达到平衡。

在这个过程中（）

（A）大气压对水不做功，水的内能减少

（B）水克服大气压做功，水的内能减少

（C）大气压最水不做功，水的内能不变

（D）大气压最水不做功，水的内能增加

解析:

水的动能没有改变，但水的重心降低（重力势能减少），故水的机械能减少，转化为水的内能（通过水层之间的摩擦以及水和玻璃管壁之间的摩擦）答案选择D

答案：

D

8、关于温度的概念，下述说法中正确的是（　　）

A．温度是分子平均动能的标志，物体温度高，则分子的平均动能大

B．温度是分子平均动能的标志，温度升高，则物体的每一个分子的动能都增大

C．某物体当其内能增大时，则该物体的温度一定升高

D．甲物体的温度比乙物体的温度高，则甲物体分子平均速率比乙物体分子平均速率

解析：

由分子动理论内容得：

温度是分子平均动能的标志，物体越高，则分子的平均动就大，所以选项A正确；温度升高，但是每一个分子的动能不一定全变大，则是分子的平均动能增大，氢选项B错误；物体的内能是由两方向共同决定的：

分子平均动能和分子势能，所以当物体内能增加，单一地说是物体的温度升高是错误的，所以选项C错误；两个物体温度高低比较，温度高的则分子的平均动能大，但是不能说明是平均速率大，所以选项D错误；综上所述，本题的正确选项应该为A。

答案：

A

二、非选择题（本题共4小题，共52分）

9、求1g铁（Fe）包含的原子数，已知铁的分子量为56

解析：

1g铁的摩尔数

原子数：

答案:

见解析

10、一个房间的体积为15×3m3，试估算该房间内空气的质量已知在标准状态下空气的摩尔质量为2.9×10-2kg/mol

解析：

房间中空气的摩尔数

则空气质量

m=NM=（2.0×103）×（2.9×10-2）=58kg

答案:

见解析

11、分子间同时存在着引力和斥力，若分子间的引力和斥力随分子间的距离r的变化规律分别为f引==b/ra，f斥=d/rc，分子力表现为斥力时，必须满足的条件是什么？

解析：

设f引=f斥b/ra=d/rcra/rc=b/dra-c=b/d

分子力表现为斥力

答案:

见解析

12、“奋进号”航天飞机进行过一次太空飞行，其主要任务是给国际空间站安装太阳能电池板。

该太阳能电池板长L=73m，宽d=12m，将太阳能转化为电能的转化率为η=20%，已知太阳的辐射总功率为P0=3.83×1026W，地日距离为R0=1.5×1011m，国际空间站离地面的高度为h=370km，它绕地球做匀速圆周运动约有一半时间在地球的阴影内，所以在它