届高考物理大一轮复习 第十一章 第一节 分子动理论 内能实验 用油膜法估测分子的大小教学讲义.docx
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届高考物理大一轮复习第十一章第一节分子动理论内能实验用油膜法估测分子的大小教学讲义
第十一章第一节分子动理论内能(实验用油膜法估测分子的大小)
考纲展示
1.分子动理论的基本观点和实验依据Ⅰ
2.阿伏加德罗常数Ⅰ
3.气体分子运动速率的统计分布Ⅰ
4.温度是分子平均动能的标志、内能Ⅰ
5.固体的微观结构、晶体和非晶体Ⅰ
6.液晶的微观结构Ⅰ
7.液体的表面张力现象Ⅰ
8.气体实验定律Ⅰ
9.理想气体Ⅰ
10.饱和蒸汽、未饱和蒸汽、饱和蒸汽压Ⅰ
11.相对湿度Ⅰ
12.热力学第一定律Ⅰ
13.能量守恒定律Ⅰ
14.热力学第二定律Ⅰ
15.单位制:
知道中学物理中涉及的国际单位制的基本单位
和其他物理量的单位.包括摄氏度(℃)、标准大气压Ⅰ
实验:
用油膜法估测分子的大小
说明:
1.分子动理论与统计观点只作定性了解.
2.知道国际单位制中规定的单位符号.
3.要求会正确使用温度计.
热点视角
1.分子动理论、阿伏加德罗常数的计算(或估算)、油膜法测分子直径以及对热力学定律的理解或解释是高考的热点之一.
2.气体实验定律、理想气体状态方程以及两者结合图象的分析与计算,是高考的另一热点.
3.气体实验定律、理想气体状态方程结合热力学第一定律讨论气体状态变化过程中吸热、做功、内能变化等问题,是高考命题的一个趋势.
4.本部分内容在高考命题中以小型综合题的形式出现,即:
(1)为多项选择题,
(2)为计算题.
第一节 分子动理论 内能(实验:
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)分子的大小
①分子直径:
数量级是10-10m;
②分子质量:
数量级是10-26kg;
③测量方法:
油膜法.
(2)阿伏加德罗常数
1mol任何物质所含有的粒子数,NA=6.02×1023mol-1.
2.分子热运动
一切物质的分子都在永不停息地做无规则运动.
(1)扩散现象
相互接触的不同物质彼此进入对方的现象.温度越高,扩散越快,可在固体、液体、气体中进行.
(2)布朗运动
悬浮在液体(或气体)中的微粒的无规则运动,微粒越小,温度越高,布朗运动越显著.
3.分子力
分子间同时存在引力和斥力,且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,但总是斥力变化得较快.
1.下列关于布朗运动的说法,正确的是( )
A.布朗运动是液体分子的无规则运动
B.液体温度越高,悬浮粒子越小,布朗运动越剧烈
C.布朗运动是由于液体各部分的温度不同而引起的
D.布朗运动是由液体分子从各个方向对悬浮粒子撞击作用的不平衡引起的
答案:
BD
二、温度
1.意义:
宏观上表示物体的冷热程度(微观上标志物体中分子平均动能的大小).
2.两种温标
(1)摄氏温标和热力学温标的关系T=t+273.15_K.
(2)绝对零度(0K):
是低温极限,只能接近不能达到,所以热力学温度无负值.
2.关于热力学温度与摄氏温度,下列说法正确的是( )
A.-33.15℃=240K
B.温度变化1℃,也就是温度变化1K
C.摄氏温度和热力学温度的零度是相同的
D.温度由t℃升到2t℃时,对应的热力学温度由TK升至2TK
答案:
AB
三、内能
1.分子动能
(1)意义:
分子动能是分子热运动所具有的动能;
(2)分子平均动能
所有分子动能的平均值.温度是分子平均动能的标志.
2.分子势能
由分子间相对位置决定的能,在宏观上分子势能与物体体积有关,在微观上与分子间的距离有关.
3.物体的内能
(1)内能:
物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和.
(2)决定因素:
温度、体积和物质的量.
3.(·高考北京卷)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
答案:
B
考点一 微观量的估算
1.微观量:
分子体积V0、分子直径d、分子质量m0.
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M、物体的密度ρ.
3.关系
(1)分子的质量:
m0=
=
.
(2)分子的体积:
V0=
=
.
(3)物体所含的分子数:
N=
·NA=
·NA或N=
·NA=
·NA.
4.两种模型
(1)球体模型直径为d=
.
(2)立方体模型边长为d=
.
空调在制冷过程中,室内空气中的水蒸气接触蒸发器(铜管)液化成水,经排水管排走,空气中水分越来越少,人会感觉干燥.某空调工作一段时间后,排出液化水的体积V=1.0×103cm3.已知水的密度ρ=1.0×103kg/m3、摩尔质量M=1.8×10-2kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.0×1023mol-1.试求:
(结果均保留一位有效数字)
(1)该液化水中含有水分子的总数N;
(2)一个水分子的直径d.
[解析]
(1)水的摩尔体积为
Vm=
=
m3/mol=1.8×10-5m3/mol
水分子总数为
N=
=
≈3×1025(个).
(2)建立水分子的球体模型,有
=
πd3,可得水分子直径:
d=
=
=4×10-10(m).
[答案]
(1)3×1025个
(2)4×10-10m
[总结提升]
(1)固体和液体分子都可看成是紧密堆积在一起的.分子的体积V0=
,仅适用于固体和液体,对气体不适用.
(2)对于气体分子,d=
的值并非气体分子的大小,而是两个相邻的气体分子之间的平均距离.
1.(2015·黄冈模拟)某气体的摩尔质量为M,摩尔体积为V,密度为ρ,每个分子的质量和体积分别为m和V0,则阿伏加德罗常数NA不能表示为( )
A.NA=
B.NA=
C.NA=
D.NA=
解析:
选AD.固体和液体分子都可看成是紧密堆积在一起的,分子的体积V0=
;对于气体分子d=
的值并非气体分子的大小,而是相邻的气体分子之间的平均距离,所以V0=
不适用于气体,故A、D错误.
考点二 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,是比分子大得多的分子团的运动,较大的颗粒不做布朗运动,但它本身的以及周围的分子仍在做热运动
是指分子的运动,分子无论大小都做热运动,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
布朗运动是由于小颗粒受到周围分子做热运动的撞击力而引起的,它是分子做无规则运动的反映
特别提醒:
(1)扩散现象直接反映了分子的无规则运动,并且可以发生在固体、液体、气体任何两种物质之间.
(2)布朗运动不是分子的运动,是液体分子无规则运动的反映.
(2015·福建福州模拟)如图所示,是关于布朗运动的实验,下列说法正确的是( )
A.图中记录的是分子无规则运动的情况
B.图中记录的是微粒做布朗运动的轨迹
C.实验中可以看到,微粒越大,布朗运动越明显
D.实验中可以看到,温度越高,布朗运动越剧烈
[解析] 图中记录的是每隔若干时间(如30s)微粒位置的连线,不是微粒的运动轨迹,也不是分子无规则运动的情况,A、B错误.这段时间内微粒的运动情况不得而知,虽然图示所反映的不是微粒的轨迹,但却可看出其运动的无规则性,做布朗运动的微粒都很小,一般为10-6m左右,微粒做布朗运动的根本原因是:
各个方向的液体分子对它的碰撞不平衡,因此,只有微粒越小、温度越高时液体分子对它的碰撞越不平衡,布朗运动才越剧烈,C错D对.
[答案] D
2.下列有关扩散现象与布朗运动的叙述中,正确的是( )
A.扩散现象与布朗运动都能说明分子在做永不停息的无规则运动
B.扩散现象与布朗运动没有本质的区别
C.扩散现象突出说明了物质的迁移规律,布朗运动突出说明了分子运动的无规则性规律
D.扩散现象和布朗运动都与温度有关
解析:
选ACD.扩散现象与布朗运动都能说明分子做永不停息的无规则运动,故A对.扩散是物质分子的迁移,布朗运动是宏观颗粒的运动,是两种完全不同的运动,故B错.两个实验现象说明了分子运动的两个不同规律,则C正确.两种运动随温度的升高而加剧,所以都与温度有关,D对.
考点三 分子力、分子势能与分子间距离的关系
分子力F、分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图所示(取无穷远处分子势能Ep=0)
1.当r>r0时,分子力为引力,当r增大时,分子力做负功,分子势能增加.
2.当r 3.当r=r0时,分子势能最小. 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<r0阶段,F做负功,分子动能减小,势能也减小 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 [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,故选项A正确. 在r<r0阶段,当r减小时F做负功,分子势能增加,分子动能减小,故选项B错误. 在r=r0时,分子势能最小,动能最大,故选项C正确. 在r=r0时,分子势能最小,但不为零,故选项D错误. [答案] AC [方法总结] 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. 3.(·高考福建卷)下列四幅图中,能正确反映分子间作用力f和分子势能Ep随分子间距离r变化关系的图线是( ) 解析: 选B.当r=r0时,分子间作用力f=0,分子势能Ep最小,排除A、C、D,选B. 考点四 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. (2015·济宁模拟)下列说法正确的是( ) A.内能不同的物体,它们分子热运动的平均动能可能相同 B.物体的机械能增大时,其内能一定增大 C.当物体膨胀时,物体分子之间的势能减小 D.一定质量100℃的水变成100℃的水蒸气,其分子之间的势能增加 [解析] 物体的内能大小是由温度、体积、分子数共同决定的,内能不同,两物体的温度可能相同,即分子平均动能可能相同,故A对;机械能增大,若物体的温度、体积不变,内能则不变,
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