人教版高考物理一轮复习听课手册 第32讲分子动理论内能用油膜法估测分子的大小.docx
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人教版高考物理一轮复习听课手册第32讲分子动理论内能用油膜法估测分子的大小
听课手册第32讲 分子动理论 内能 用油膜法估测分子的大小
一、分子动理论
1.物体是由大量分子组成的
(1)分子直径大小的数量级为 m.
(2)一般分子质量的数量级为 kg.
(3)阿伏伽德罗常数NA:
1mol的任何物质所含的分子数,NA= mol-1.
2.分子永不停息地做无规则热运动
(1)扩散现象:
相互接触的物体的分子或原子彼此进入对方的现象.温度越 ,扩散越快.
(2)布朗运动:
在显微镜下看到的悬浮在液体中的微小颗粒的永不停息的无规则运动.布朗运动反映了 的无规则运动,颗粒越 ,运动越明显;温度越 ,运动越剧烈.
图32-1
3.分子力
(1)分子间同时存在着 和 ,实际表现的分子力是它们的 .
(2)引力和斥力都随着距离的增大而 ,但分子间距离变化相等时斥力比引力变化得 .
(3)分子间的作用力随分子间距离r变化的关系如图32-1所示:
当r
二、物体的内能
1.分子的平均动能:
物体内所有分子动能的平均值. 是分子平均动能的标志,物体温度升高,分子热运动的 增大.
2.分子势能:
与分子 有关.分子势能的大小随分子间距离的变化曲线如图32-2所示(规定分子间距离无穷远时分子势能为零).
3.物体的内能:
物体中所有分子的热运动 与 的总和.物体的内能跟物体的 、 及物体的 都有关系.
图32-2
图32-3
三、用油膜法估测分子的大小
将油酸滴在水面上,让油酸尽可能散开,可认为油酸在水面上形成 油膜,如果把分子看作 ,单层分子油膜的厚度就可以看作油酸分子的直径,如图32-3所示,测出油酸的体积V和油膜的面积S,就可以算出分子的直径d,则d= .
【辨别明理】
(1)布朗运动是液体分子的无规则运动.( )
(2)温度越高,布朗运动越激烈.( )
(3)分子间的引力和斥力都随分子间距的增大而增大.( )
(4)-33℃=240K.( )
(5)分子动能指的是由于分子定向移动具有的能.( )
(6)当分子力表现为引力时,分子势能随分子间距离的增大而增大.( )
(7)内能相同的物体,它们的分子平均动能一定相同.( )
(8)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.( )
(9)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.( )
(10)1g100℃水的内能小于1g100℃水蒸气的内能.( )
考点一 阿伏伽德罗常数的应用
宏观量与微观量的转换桥梁
作为宏观量的摩尔质量Mmol、摩尔体积Vmol、密度ρ与作为微观量的分子直径d、分子质量m、分子体积V0都可通过阿伏伽德罗常数联系起来.如图32-4所示.
ρ
图32-4
(1)一个分子的质量:
m=
.
(2)一个分子所占的体积:
V0=
(估算固体、液体分子的体积或气体分子平均占有的空间).
(3)1mol物体的体积:
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.
考向一 液体、固体分子模型
例1(多选)钻石是首饰和高强度钻头、刻刀等工具中的主要材料,设钻石的密度为ρ(单位为kg/m3),摩尔质量为M(单位为g/mol),阿伏伽德罗常数为NA.已知1克拉=0.2g,则( )
A.a克拉钻石所含有的分子数为
B.a克拉钻石所含有的分子数为
C.每个钻石分子直径的表达式为
(单位为m)
D.每个钻石分子直径的表达式为
(单位为m)
E.每个钻石分子的质量为
(单位为g)
■建模点拨
固体、液体分子一个一个紧密排列,可将分子看成球体或立方体,如图32-5所示,分子间距等于小球的直径或立方体的棱长,所以d=
(球体模型)或d=
(立方体模型).
图32-5
考向二 气体分子模型
例2(多选)[2018·大连模拟]某气体的摩尔质量为Mmol,摩尔体积为Vmol,密度为ρ,每个分子的质量和体积分别为m和V0,则阿伏伽德罗常数NA可表示为( )
A.NA=
B.NA=
C.NA=
D.NA=
■建模点拨
气体分子不是一个一个紧密排列的,它们之间的距离很大,所以气体分子的大小不等于分子所占有的平均空间.如图32-6所示,此时每个分子占有的空间视为棱长为d的立方体,所以d=
.
图32-6
考点二 分子动理论的应用
考向一 布朗运动与分子热运动
布朗运动
分子热运动
活动主体
固体小颗粒
分子
区别
是固体小颗粒的运动,能通过光学显微镜直接观察到
是分子的运动,分子不论大小都做热运动,热运动不能通过光学显微镜直接观察到
共同点
都是永不停息的无规则运动,都随温度的升高而变得更加剧烈,都是肉眼所不能看见的
联系
布朗运动是小颗粒受到周围做热运动的分子撞击作用不平衡而引起的,它是分子做无规则运动的反映
例3(多选)[2015·全国卷Ⅱ]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
E.液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的
考向二 分子间的作用力与分子势能
例4(多选)[2018·抚顺模拟]关于分子间的作用力,下列说法正确的是( )
A.分子之间的斥力和引力同时存在
B.分子之间的斥力和引力大小都随分子间距离的增大而减小
C.分子之间的距离减小时,分子力一直做正功
D.分子之间的距离增大时,分子势能一直减小
E.分子之间的距离变化时,可能存在分子势能相等的两个点
图32-7
变式题(多选)[2018·海口模拟]两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图32-7中曲线所示,曲线与r轴交点的横坐标为r0.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( )
A.在r>r0阶段,F做正功,分子动能增加,势能减小
B.在r C.在r=r0时,分子势能最小,动能最大 D.在r=r0时,分子势能为零 E.分子动能和势能之和在整个过程中不变 ■要点总结 (1)分子势能在平衡位置有最小值,无论分子间距离如何变化,靠近平衡位置,分子势能减小,反之增大. (2)判断分子势能的变化有两种方法 ①看分子力的做功情况. ②直接由分子势能与分子间距离的关系图线判断,但要注意其和分子力与分子间距离的关系图线的区别. 考向三 物体的内能 1.物体的内能与机械能的比较 内能 机械能 定义 物体中所有分子热运动的动能与分子势能的总和 物体的动能、重力势能和弹性势能的统称 决定因素 与物体的温度、体积、物态和分子数有关 跟宏观运动状态、参考系和零势能点的选取有关 量值 任何物体都有内能 可以为零 测量 无法测量 可测量 本质 微观分子的运动和相互作用的结果 宏观物体的运动和相互作用的结果 运动形式 热运动 机械运动 联系 在一定条件下可以相互转化,能的总量守恒 2.内能和热量的比较 内能 热量 区别 是状态量,状态确定,系统的内能随之确定.一个物体在不同的状态下有不同的内能 是过程量,它表示由于热传递而引起的内能变化过程中转移的能量 联系 在只有热传递改变物体内能的情况下,物体内能的改变量在数值上等于物体吸收或放出的热量 例5(多选)关于物体的内能,下列说法不正确的是( ) A.温度相等的1kg和100g的水内能相同 B.物体内能增加,一定要从外界吸收热量 C.热量只能从内能多的物体转移到内能少的物体 D.在相同物态下,同一物体温度降低,它的内能会减少 E.物体运动时的内能不一定比静止时的内能大 变式题(多选)[2018·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 考点三 用油膜法估测分子的大小 (1)油膜体积的测定——积聚法: 由于一滴纯油酸中含有的分子数仍很大,形成的单层分子所占面积太大,不便于测量,故实验中先把油酸溶于酒精中稀释,测定其浓度,再测出1mL油酸酒精溶液的滴数,取一滴用于实验,最后计算出一滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸的体积作为油膜的体积. 图32-8 (2)油膜面积的测定: 如图32-8所示,将画有油酸薄膜轮廓的有机玻璃板取下放在坐标纸上,以边长为1cm的方格为单位,数出轮廓内正方形的格数(不足半格的舍去,超过半格的计为1格),计算出油膜的面积S. 例6“用油膜法估测分子大小”的实验步骤如下: ①向体积为V1的纯油酸中加入酒精,直到油酸酒精溶液总体积为V2; ②用注射器吸取上述溶液,一滴一滴地滴入小量筒,当滴入n滴时体积为V0; ③向边长为30~40cm的浅盘里倒入2cm深的水; ④用注射器往水面上滴一滴上述溶液,等油酸薄膜形状稳定后,将事先准备好的玻璃板放在浅盘上,并在玻璃板上描出油酸薄膜的轮廓; ⑤将描有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在画有许多边长为a的小正方形的坐标纸上,读出轮廓范围内正方形的总数为N. 上述过程中遗漏的步骤是 ;油酸分子直径的表达式是d= . 变式题在“用油膜法估测分子的大小”的实验中,将油酸溶于酒精,其浓度为每104mL溶液中有6mL油酸.用注射器测得1mL上述溶液有75滴,把1滴该溶液滴入盛水(表面撒有石膏粉)的浅盘里,待水面稳定后,将玻璃板放在浅盘上,用彩笔在玻璃板上描出油酸的轮廓,再把玻璃板放在坐标纸上,其形状和大小如图32-9所示,坐标中正方形方格的边长为1cm. (1)求油膜的面积; (2)求每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积; (3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径. 图32-9 ■要点总结 1.注意事项 (1)油酸在水面上形成油膜时先扩散后收缩,要在稳定后再画轮廓. (2)在有机玻璃板上描绘油酸薄膜轮廓时动作要轻而迅速,视线要始终与玻璃板垂直. 2.误差分析 (1)油酸酒精溶液配制后长时间放置,溶液的浓度容易改变,会给实验带来较大误差; (2)利用小格子数计算轮廓面积时,轮廓的不规则性容易带来计算误差; (3)测量量筒内溶液增加1mL的滴数时,产生误差; (4)油膜形状的画线误差. 完成课时作业(三十二)
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