【物理】2019届一轮复习苏教版第十二章热学[选修3－3]教案 44页

第十二章 热学[选修3－3]‎ 第1节分子动理论__内能 ‎(1)布朗运动是液体分子的无规则运动。(×)‎ ‎(2)温度越高，布朗运动越剧烈。(√)‎ ‎(3)分子间的引力和斥力都随分子间距的增大而增大。(×)‎ ‎(4)－33 ℃＝240 K。(×)‎ ‎(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。(×)‎ 突破点(一)　微观量的估算 ‎1．两种分子模型 物质有固态、液态和气态三种情况，不同物态下应将分子看成不同的模型。‎ ‎(1)固体、液体分子一个一个紧密排列，可将分子看成球形或立方体形，如图所示，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)。‎ ‎(2)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＝。‎ ‎2．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、每个分子的体积V0都可通过阿伏加德罗常数联系起来。如下所示。‎ ‎(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)1 mol 物质的体积：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。‎ ‎[题点全练]‎ ‎1．已知某气体的摩尔体积为22.4 L/mol，摩尔质量为18 g/mol，阿伏加德罗常数为6.02×1023 mol－1，由以上数据不能估算出这种气体(　　)‎ A．每个分子的质量　　 　　 B．每个分子的体积 C．每个分子占据的空间 D．1 g气体中所含的分子个数 解析：选B　每个分子质量m0＝＝ g≈3×10－23 g，故A可求。根据摩尔体积和阿伏加德罗常数，由V＝可以求出每个分子所占的体积，不能求解每个分子的体积，故B不可求，C可求。1 g气体所含的分子个数N＝NA，故D可求。‎ ‎2．[多选](2016·上海高考)某气体的摩尔质量为M，分子质量为m 。若1摩尔该气体的体积为Vm，密度为ρ，则该气体单位体积分子数为(阿伏加德罗常数为NA)(　　)‎ A.　　　B.　　　C.　　　D. 解析：选ABC　1摩尔该气体的体积为Vm，则单位体积分子数为n＝，气体的摩尔质量为M，分子质量为m，则1 mol气体的分子数为NA＝，可得n＝，单位体积的质量等于单位体积乘以密度，质量除以摩尔质量等于摩尔数，则有n＝，故D错误，A、B、C正确。‎ ‎3．(2017·江苏高考)科学家可以运用无规则运动的规律来研究生物蛋白分子。资料显示，某种蛋白的摩尔质量为66 kg/mol，其分子可视为半径为3×10－9 m的球，已知阿伏加德罗常数为6.0×1023 mol－1。请估算该蛋白的密度。(计算结果保留一位有效数字)‎ 解析：摩尔体积V＝πr3NA(或V＝(2r)3NA)‎ 由密度ρ＝，解得ρ＝ 代入数据得ρ＝1×103 kg/m3(或ρ＝5×102 kg/m3,5×102～1×103 kg/m3都算对)。‎ 答案：1×103 kg/m3(或5×102 kg/m3，5×102～1×103 kg/m3都算对)‎ 突破点(二)　扩散现象、布朗运动与分子热运动 扩散现象、布朗运动与分子热运动的比较 扩散现象 布朗运动 分子热运动 活动主体 分子 固体微小颗粒 分子 区别 分子的运动，发生在固体、液体、气体等任何两种物质之间 微小颗粒的运动，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，但它本身及周围的分子仍在做热运动 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 观察 裸眼可见 光学显微镜 电子显微镜或扫描隧道显微镜 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激烈 联系 布朗运动是由于微小颗粒受到周围分子做热运动的撞击力不平衡而引起的，它是分子做无规则运动的反映 ‎[题点全练]‎ ‎1．[多选](2018·衡水检测)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．扩散现象在气体、液体和固体中都能发生 D．液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的 解析：选AC　温度越高，分子热运动越激烈，所以扩散进行得越快，故A正确；扩散现象是分子热运动引起的，没有产生新的物质，是物理现象，故B错误；扩散现象是由物质分子无规则热运动产生的，可以在固体、液体、气体中产生，扩散速度与温度和物质的种类有关，故C正确；液体中的扩散现象是由于液体分子的热运动产生的，故D错误。‎ ‎2．(2016·北京高考)雾霾天气是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述，是特定气候条件与人类活动相互作用的结果。雾霾中，各种悬浮颗粒物形状不规则，但可视为密度相同、直径不同的球体，并且PM10、PM2.5分别表示球体直径小于或等于10 μm、2.5 μm的颗粒物(PM是颗粒物的英文缩写)。‎ 某科研机构对北京地区的检测结果表明，在静稳的雾霾天气中，近地面高度百米的范围内，PM10的浓度随高度的增加略有减小，大于PM10的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小，且两种浓度分布基本不随时间变化。‎ 据此材料，以下叙述正确的是(　　)‎ A．PM10表示直径小于或等于1.0×10－6 m的悬浮颗粒物 B．PM10受到的空气分子作用力的合力始终大于其受到的重力 C．PM10和大悬浮颗粒物都在做布朗运动 D．PM2.5的浓度随高度的增加逐渐增大 解析：选C　PM10直径小于或等于10 μm，即1.0×10－5 m，选项A错误；PM10悬浮在空中，表明空气分子作用力的合力与其重力平衡，选项B错误；PM10和大悬浮颗粒物的大小符合做布朗运动的条件，选项C正确；据题中材料不能判断PM2.5浓度随高度的增加而增大，选项D错误。‎ ‎3．(2017·江苏高考)图甲和图乙是某同学从资料中查到的两张记录水中炭粒运动位置连线的图片，记录炭粒位置的时间间隔均为30 s，两方格纸每格表示的长度相同。比较两张图片可知：若水温相同，________(选填“甲”或“乙”)中炭粒的颗粒较大；若炭粒大小相同，________(选填“甲”或“乙”)中水分子的热运动较剧烈。‎ 解析：影响布朗运动快慢的因素有两个，即悬浮颗粒的大小和液体温度，颗粒越小布朗运动越明显，液体温度越高布朗运动越明显，从题图可以看出，乙中炭粒的布朗运动明显，因此温度相同时，甲中炭粒的颗粒大；颗粒相同时，乙中水的温度高，水分子的热运动较剧烈。‎ 答案：甲　乙 突破点(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＜r0时，分子力为斥力，当r减小时，分子力做负功，分子势能增加。‎ ‎(3)当r＝r0时，分子势能最小。‎ ‎[典例]　(2018·宿迁期末)如图所示，甲分子固定在坐标原点O上，乙分子位于r轴上距原点r2的位置。虚线分别表示分子间斥力F斥和引力F引的变化情况，实线表示分子间的斥力和引力的合力F变化情况。若把乙分子由静止释放，则下列关于乙分子的说法正确的是(　　)‎ A．从r2到r0，分子势能一直减小 B．从r2到r0，分子势能先减小后增加 C．从r2到r0，分子势能先增加后减小 D．从r2到r1做加速运动，从r1向r0做减速运动 ‎[解析]　从r2到r0，分子力为引力，运动方向与力同向，故分子力一直做正功，故分子势能一直减小，故A正确，B、C错误；从r2到r1以及从r1向r0运动过程中分子力均为引力，与运动方向同向，故分子一直做加速运动，故D错误。‎ ‎[答案]　A ‎[方法规律]‎ ‎(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)判断分子势能变化的两种方法 ‎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。‎ ‎[集训冲关]‎ ‎1．[多选]下列说法中正确的是(　　)‎ A．液体与大气相接触，表面层内分子所受其他分子间的作用表现为相互吸引 B．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间斥力大于引力 C．一个物体在分子间显引力时分子势能一定大于分子间引力和斥力大小相等时的分子势能 D．分子间距离增大时分子势能一定减小 解析：选AC　液体与大气相接触，液体表面层分子间距离大于液体内部分子间的距离，液面分子间表现为引力，故A正确。气体如果失去了容器的约束就会散开，是因为气体分子做无规则的热运动的结果；而气体分子间的距离较大，分子间的作用力很小，气体分子比较自由，故B错误。根据分子势能的特点可知，分子间引力和斥力大小相等时的分子势能最小，所以一个物体在分子间显引力时分子势能一定大于分子间引力和斥力大小相等时的分子势能，故C正确。分子势能如何变化，不能简单看分子间距离如何变化，而应分析分子力如何做功，故D错误。‎ ‎2.如图所示为分子势能与分子间距离的关系图像，下列判断错误的是(　　 )‎ A．当r＞r0时，r越小，则分子势能Ep越大 B．当r＜r0时，r越小，则分子势能Ep越大 C．当r＝r0时，分子势能Ep最小 D．当r＝r0时，分子间作用力为零 解析：选A　由题图可知：分子间距离为r0时分子势能最小，此时分子间的距离为平衡距离；另外，结合分子力的关系可知，当r大于r0时，分子间的作用力表现为引力，当r小于r0时，分子间的作用力表现为斥力；当r＞r0时，r越小，分子引力做正功，则分子势能减小，故A错误；当r＜r0时，r越小，分子间为斥力，分子势能增大，故B正确；由以上分析可知，当r等于r0时，分子势能最小，故C正确；当r＝r0时，分子间作用力为零，故D正确。‎ 突破点(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 ‎[典例]　[多选]关于物体的内能，下列叙述中正确的是(　　)‎ A．温度高的物体比温度低的物体内能大 B．物体的内能不可能为零 C．内能不相同的物体，它们的分子平均动能可能相同 D．物体的内能与物体的温度、体积、物态和分子数有关 ‎[思路点拨]　解答本题时应注意以下三点：‎ ‎(1)分子是永不停息地做无规则运动的。‎ ‎(2)温度是分子平均动能的唯一决定因素。‎ ‎(3)物体的内能与物体的温度、体积、物态和物质的量均有关。‎ ‎[解析]　温度高低反映分子平均动能的大小，但由于物体不同，分子数目不同，所处状态不同，无法反映内能的大小，选项A错误；由于分子都在做无规则运动，因此，任何物体内能不可能为零，选项B正确；内能不同的两个物体，它们的温度可以相同，即它们的分子平均动能可以相同，选项C正确；物体的内能与物体的温度、体积、物态和分子数有关，故选项D正确。‎ ‎[答案]　BCD ‎[方法规律]‎ 分析物体的内能问题的四点提醒 ‎(1)内能是对物体的大量分子而言的，不存在某个分子内能的说法。‎ ‎(2)决定内能大小的因素为温度、体积、分子数，还与物态有关系。‎ ‎(3)通过做功或热传递可以改变物体的内能。‎ ‎(4)温度是分子平均动能的标志，相同温度的任何物体，分子的平均动能相同。‎ ‎[集训冲关]‎ ‎1.(2018·连云港调研)已知水的密度会随温度的变化而变化，现给体积相同的玻璃瓶甲、乙分别装满温度为60 ℃的热水和0 ℃的冷水(如图所示)。下列说法中正确的是(　　)‎ A．温度是分子平均动能的标志，所以甲瓶中水分子的平均动能比乙瓶中水分子的平均动能大 B．温度越高，布朗运动愈显著，所以甲瓶中水分子的布朗运动比乙瓶中水分子的布朗运动更显著 C．甲瓶中水的内能与乙瓶中水的内能相等 D．由于甲、乙两瓶水体积相等，所以甲、乙两瓶中水分子间的平均距离相等 解析：选A　温度是分子平均动能的标志，甲的温度高，故甲的分子平均动能大，故A正确；布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的无规则运动，不是水分子的运动，故B错误；因两水的温度不同，并且物质的量不一定相同，因此内能不一定相等，故C错误；因水的密度会随温度的变化而变化，不同温度时水分子的平均距离不同，故D错误。‎ ‎2．比较氢气和氧气，不考虑分子势能，下面说法中正确的是(　　)‎ A．在相同温度下，氧分子和氢分子具有相同的平均速率 B．质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能 C．体积和温度都相同的氢气和氧气具有相同的内能 D．摩尔数和温度都相同的氢气和氧气具有相同的内能 解析：选D　温度相同，则分子的平均动能相同，而氢气的分子质量小，所以氧分子比氢分子具有的平均速率小，故A错误；质量相等的氢气和氧气，由于氢气的分子质量小，所以氢气分子个数多，而温度相同，分子的平均动能相同，因此氢气的内能比氧气大，故B错误；气体的体积随容积的改变而改变，故无法判断含有物质的量的多少，故无法判定内能是否相等，故C错误；摩尔数相同，则分子个数相同，又由于温度相同，则分子的平均动能相同，因此氢气和氧气具有相同的内能，故D正确。‎ 对点训练：微观量的估算 ‎1．[多选](2018·苏州模拟)关于实验“用油膜法估测分子大小”，以下说法正确的是(　　)‎ A．为了防止酒精的挥发，配置的油酸酒精溶液不能长时间放置 B．用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液后，应立即将油膜的形状描下来 C．处理数据时将一滴油酸酒精溶液的体积除以油膜面积就得到了油酸分子的直径 D．若实验中撒的痱子粉过多，则计算得到的油酸分子的直径将偏大 解析：选AD　为了防止酒精的挥发，配置的油酸酒精溶液不能长时间放置，故A正确；实验中滴入油酸酒精溶液，等油膜的形状稳定之后再描绘其形状，故B错误；根据公式d＝求出油酸分子的直径，实验前必须设法弄清一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积，故C错误；实验时先将痱子粉均匀洒在水面上适量即可，不能太多，为了看清油酸薄膜的形状，若撒的痱子粉过多，则计算得到的油膜的面积偏小，那么油酸分子的直径将偏大，故D正确。‎ ‎2．[多选]已知阿伏加德罗常数为N，铝的摩尔质量为M，铝的密度为ρ，则下列说法正确的是(　　)‎ A．1 kg铝所含原子数为ρN B．1个铝原子的质量为 C．1 m3铝所含原子数为 D．1个铝原子所占的体积为 解析：选BD　1 kg铝所含的原子数目为N′＝·N，故A错误；1个铝原子的质量为，故B正确；1 m3铝的物质的量n＝，原子数目为N′＝n·N，联立以上各式解得1 m3铝的原子数为，故C错误；1个铝原子所占的体积为，故D正确。‎ ‎3．(2018·宿迁模拟)成年人在正常状态下1分钟呼吸18次，每次吸入的空气约为500 mL，空气中氧气的含量约为21%，氧气的密度约为1.4 kg/m3、摩尔质量为3.2×10－2 kg/mol，阿伏加德罗常数NA取6.0×1023 mol－1。求一个成年人在一昼夜的时间内：‎ ‎(1)吸入氧气的质量；‎ ‎(2)吸入氧气的分子数。(上述结果均保留一位有效数字)‎ 解析：(1)吸入氧气的体积V＝n0V0η＝×18×500×10－6×21% m3＝2.72 m3，吸入氧气的质量m＝ρV＝1.4×2.72 kg＝4 kg。‎ ‎(2)吸入的氧气分子数N＝NA 解得N＝×6.0×1023＝7×1025。‎ 答案：(1)4 kg　(2)7×1025个 对点训练：扩散现象、布朗运动与分子热运动 ‎4．[多选](2015·山东高考)墨滴入水，扩而散之，徐徐混匀。关于该现象的分析正确的是(　　)‎ A．混合均匀主要是由于碳粒受重力作用 B．混合均匀的过程中，水分子和碳粒都做无规则运动 C．使用碳粒更小的墨汁，混合均匀的过程进行得更迅速 D．墨汁的扩散运动是由于碳粒和水分子发生化学反应引起的 解析：选BC　墨滴入水，最后混合均匀，是扩散现象，碳粒做布朗运动，水分子做无规则的热运动；碳粒越小，布朗运动越明显，混合均匀的过程进行得越迅速，选项B、C正确。‎ ‎5.(2018·昆山期末)如图描绘了一颗悬浮微粒受到周围液体分子撞击的情景，以下关于布朗运动的说法正确的是(　　)‎ A．布朗运动就是液体分子的无规则运动 B．液体温度越低，布朗运动越剧烈 C．悬浮微粒越大，液体分子撞击作用的不平衡性表现得越明显 D．悬浮微粒做布朗运动，是液体分子的无规则运动撞击造成的 解析：选D　布朗运动是悬浮在液体中固体小颗粒的无规则运动，是由于液体分子对颗粒撞击力不平衡造成的，所以布朗运动说明了液体分子不停地做无规则运动，但不是液体分子的无规则运动，故A错误；液体的温度越高，液体分子运动越剧烈，则布朗运动也越剧烈，故B错误；悬浮微粒越大，同一时刻撞击微粒的液体分子数越多，液体分子对微粒的撞击作用力越平衡，现象越不明显，故C错误；悬浮微粒做布朗运动，是液体分子的无规则运动撞击造成的，故D正确。‎ ‎6．[多选](2018·常州一中一模)近期我国多个城市的PM2.5数值突破警戒线，受影响最严重的是京津冀地区，雾霾笼罩，大气污染严重。PM2.5是指空气中直径等于或小于2.5微米的悬浮颗粒物，飘浮在空中做无规则运动，很难自然沉降到地面，吸入后危害人体健康，矿物燃料的燃烧是形成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布朗运动 C．温度越低PM2.5活动越剧烈 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 解析：选BD　“PM2.5”‎ 是指直径小于等于2.5微米的颗粒物，其尺寸远大于空气中氧分子的尺寸的数量级，故A错误；PM2.5在空气中的运动是固体颗粒的运动，属于布朗运动，故B正确；大量空气分子对PM2.5无规则碰撞，温度越高，空气分子对颗粒的撞击越剧烈，则PM2.5的运动越激烈，故C错误；导致PM2.5增多的主要原因是矿物燃料的燃烧，故应该提倡低碳生活，并可有效减小PM2.5在空气中的浓度，故D正确。‎ 对点训练：分子力、分子势能与分子间距离的关系 ‎7.(2018·连云港质检)如图所示，用细线将一块玻璃板水平地悬挂在弹簧测力计下端，并使玻璃板贴在水面上，然后缓慢提起弹簧测力计，在玻璃板脱离水面的一瞬间，弹簧测力计读数会突然增大，主要原因是(　　)‎ A．水分子做无规则热运动 B．玻璃板受到大气压力作用 C．水与玻璃间存在万有引力作用 D．水与玻璃间存在分子引力作用 解析：选D　弹簧测力计读数会突然增大的主要原因是：水与玻璃间存在分子引力作用，选项D正确。‎ ‎8．(2018·盐城二模)甲和乙两个分子，设甲固定不动，乙从无穷远处(此时分子间的分子力可忽略，取分子势能为0)逐渐向甲靠近直到不能再靠近的过程中(　　)‎ A．分子间的引力和斥力都在减小 B．分子间作用力的合力一直增大 C．分子间的力先做负功后做正功 D．分子势能先减小后增大 解析：选D　分子间的引力和斥力都随分子之间距离的减小而增大，故A错误；开始时由于两分子之间的距离大于r0，分子力表现为引力，并且随距离的减小，先增大后减小；当分子间距小于r0时，分子力为斥力，随分子距离的减小而增大，故B错误；开始时由于两分子之间的距离大于r0，因此分子力为引力，当相互靠近时分子力做正功，分子势能减少；当分子间距小于r0时，分子力为斥力，相互靠近时，分子力做负功，分子势能增加，故C错误，D正确。‎ ‎9．(2018·扬州质检)根据分子动理论，分子间同时存在着相互作用的引力和斥力，并具有分子势能。当分子间距离减小时，下列说法正确的是(　　)‎ A．分子间引力一定增大　　 B．分子间斥力一定减小 C．分子势能一定增大 D．引力和斥力的合力一定增大 解析：选A　分子之间的引力和斥力都随分子间距离的减小而增大，故A正确，B错误；当r>r0时，分子间表现为引力，分子间距离减小时，分子力做正功，分子势能减小，C错误；当r>r0时，随着分子间距离的减小，分子力先增大，再减小，当r