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2025屆高中物理(人教版)一輪復習第十四章第1講 分子動理論 內能(課件 講義)

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2025屆高中物理(人教版)一輪復習第十四章第1講 分子動理論 內能(課件 講義)

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素養目標 1.能認識物質由分子組成、分子間存在相互作用力、分子永不停息地做無規則的熱運動、物體的內能.(物理觀念) 2.分子模型的構建與分子直徑的估算.(科學思維) 3.分子力與分子距離的變化圖像.(科學思維)
一、分子動理論的基本觀點、阿伏加德羅常數
1.物質由大量分子組成
(1)分子的大小
(2)阿伏加德羅常數:NA=6.02×1023 mol-1.
2.分子永不停息地做無規則運動
(1)
(2)
3.分子間同時存在引力和斥力
直 觀 情 境
二、物體的內能 溫度
1.分子動能
(1)意義:分子動能是分子熱運動所具有的動能.
(2)分子平均動能:所有分子熱運動的動能的平均值.溫度是分子平均動能的標志.
(3)分子熱運動的總動能是物體內所有分子熱運動動能的總和.
2.分子勢能
(1)意義:由于分子間存在著引力和斥力,所以分子具有由它們的相對位置決定的能.
直 觀 情 境
(2)
3.物體的內能
(1)概念:物體中所有分子的熱運動的動能與分子勢能的總和,是狀態量.
(2)決定因素:對于給定的物體,其內能大小由物體的狀態、溫度和體積決定,即由物體內部狀態決定;物體的內能與物體的位置高低、運動速度大小無關.
(3)
4.溫度
(1)兩種溫度:T=t+273.15 K.
(2)溫度是分子熱運動的平均動能的標志.
1.思維辨析
(1)1 g水所含有的水分子數與1 g酒精所含有的酒精分子數相等.( )
(2)若體積為V的氧氣中含氧氣分子個數為N,則每個氧氣分子的體積近似為. ( )
(3)布朗運動是花粉顆粒分子的運動. ( )
(4)分子間同時存在著引力和斥力,當分子間距離增大時,引力和斥力同時減小,若引力大于斥力,則分子力表現為引力. ( )
(5)分子間存在分子勢能,隨著分子間距離增大,分子勢能增大. ( )
2.下列說法中正確的是(  )
A.物體溫度降低,其分子熱運動的平均動能增大
B.物體溫度升高,其分子熱運動的平均動能增大
C.物體溫度降低,其內能一定增大
D.物體溫度不變,其內能一定不變
3.(多選)下列實驗能說明分子在做無規則運動的是(  )
A.滴在熱水中的墨水使熱水很快變色
B.斷面磨平的鉛塊壓緊后能夠吊住大鉤碼
C.鉛板和金板長時間壓緊在一起,鉛和金會互相滲透
D.抽去玻璃板后,兩瓶中的氣體逐漸混合
考點 分子熱運動
項目 擴散現象 布朗運動 分子熱運動
活動主體 分子 固體微小顆粒 分子
區別 分子的運動,發生在固體、液體、氣體等任何兩種物質之間 微小顆粒的運動,是比分子大得多的分子團的運動,較大的顆粒不做布朗運動,但它本身及周圍的分子仍在做熱運動 分子的運動,分子無論大小都做熱運動,熱運動不能通過光學顯微鏡直接觀察到
觀察 裸眼可見 光學顯微鏡 電子顯微鏡或掃描隧道顯微鏡
共同點 都是永不停息的無規則運動,都隨溫度的升高而變得更加劇烈
聯系 布朗運動是由于微小顆粒受到周圍分子做熱運動的撞擊力不平衡而引起的,它是分子做無規則運動的反映
典例1 有些病毒的傳播途徑之一是氣溶膠傳播.氣溶膠是指懸浮在氣體介質中的固態或液態顆粒所組成的氣態分散系統,這些固態或液態顆粒在氣體介質中做布朗運動.下列說法正確的是(  )
A.布朗運動是氣體介質分子的無規則運動
B.在布朗運動中,固態或液態顆粒越大,布朗運動越劇烈
C.在布朗運動中,顆粒無規則運動的軌跡就是分子的無規則運動的軌跡
D.在布朗運動中,環境溫度越高,布朗運動越劇烈
1.[對擴散現象的理解](多選)關于擴散現象,下列說法正確的是(  )
A.溫度越高,擴散進行得越快
B.擴散現象是不同物質間的一種化學反應
C.擴散現象是由物質分子無規則運動產生的
D.擴散現象在氣體、液體和固體中都能發生
2.[對布朗運動的理解](多選)如圖所示是用光學顯微鏡觀察一滴充分稀釋的碳素墨汁,調節好合適的放大倍數后,顯示屏上會跟蹤一個炭粒的運動,發現炭粒做無規則運動.則下列說法中正確的有(  )
A.炭粒無規則運動是炭粒分子無規則運動的結果
B.炭粒無規則運動是液體分子不平衡撞擊的結果
C.炭粒體積越大,其無規則運動的現象越明顯
D.墨汁溫度越高,炭粒無規則運動現象越明顯
考點 分子間相互作用 內能
1.分子力和分子勢能隨分子間距變化的規律
項目 分子力F 分子勢能Ep
隨分子間 距變化圖 像(r0= 10-10 m)
隨分子間 距的變化 情況 rr>r0 F引和F斥都隨距離的增大而減小,隨距離的減小而增大,F引>F斥,F表現為引力 r增大,分子力做負功,分子勢能增加;r減小,分子力做正功,分子勢能減小
隨分子間 距的變化 情況 r=r0 F引=F斥,F=0 分子勢能最小,但不為零
r>10r0 F引和F斥都已十分微弱,可以認為F=0 分子勢能為零
2.物體的內能與機械能的比較
項目 內能 機械能
定義 物體內所有分子熱運動的動能與分子勢能之和 物體的動能、重力勢能和彈性勢能的統稱
決定 由物體內部狀態決定 跟宏觀運動狀態、參考系和零勢能點的選取有關
量值 任何物體都有內能 可以為零
測量 無法測量 可以測量
本質 微觀分子的運動和相互作用的結果 宏觀物體的運動和相互作用的結果
運動形式 熱運動 機械運動
聯系 在一定條件下可以相互轉化,能量的總量守恒
典例2 (2020·北京卷)分子力F隨分子間距離r的變化如圖所示.將兩分子從相距r=r2處釋放,僅考慮這兩個分子間的作用,下列說法正確的是(  )
A.從r=r2到r=r0,分子間引力、斥力都在減小
B.從r=r2到r=r1,分子力的大小先減小后增大
C.從r=r2到r=r0,分子勢能先減小后增大
D.從r=r2到r=r1,分子動能先增大后減小
1.[對F r及Ep r圖像的理解](多選)如圖甲所示是分子間作用力與分子間距之間的關系,分子間作用力表現為斥力時為正,一般地,分子間距大于10r0時,分子間作用力就可以忽略;如圖乙所示是分子勢能與分子間距之間的關系,a是圖線上一點,ab是在a點的圖線切線.下列說法中正確的有(  )
A.分子勢能選擇了無窮遠處或大于10r0處為零勢能參考點
B.圖甲中陰影部分面積表示分子勢能差值,與零勢能點的選取有關
C.圖乙中Oa的斜率大小表示分子間距離在該間距時的分子間作用力大小
D.圖乙中ab的斜率大小表示分子間距離在該間距時的分子間作用力大小
2.[對分子動能、分子勢能、物體內能的理解]給一定質量、溫度為0 ℃的水加熱,在水的溫度由0 ℃上升到4 ℃的過程中,水的體積隨著溫度升高反而減小,我們稱之為“反常膨脹”.某研究小組通過查閱資料知道:水分子之間存在一種結合力,這種結合力可以形成多分子結構,在這種結構中,水分子之間也存在相互作用的勢能.在水反常膨脹的過程中,體積減小是由于水分子之間的結構發生了變化,但所有水分子間的總勢能是增大的.關于這個問題下列說法中正確的是(  )
A.水分子的平均動能減小,吸收的熱量一部分用于分子間的結合力做正功
B.水分子的平均動能減小,吸收的熱量一部分用于克服分子間的結合力做功
C.水分子的平均動能增大,吸收的熱量一部分用于分子間的結合力做正功
D.水分子的平均動能增大,吸收的熱量一部分用于克服分子間的結合力做功
考點 微觀量的估算
1.微觀量與宏觀量
(1)微觀量:分子質量m0、分子體積 V0、分子直徑d等.
(2)宏觀量:物體的質量m、摩爾質量M、物體的密度ρ、物體的體積V、摩爾體積Vmol等.
2.分子的兩種模型
(1)球模型:V0=πd3,得直徑d=(常用于固體和液體).
(2)立方體模型:V0=d3,得邊長d=(常用于氣體).
3.幾個重要關系
(1)一個分子的質量:m=.
(2)一個分子的體積:V0=(注意:對于氣體,V0表示一個氣體分子占有的空間).
(3)1 mol物體的體積:Vmol=.
(4)分子個數的計算:N=nNA=NA=NA.
典例3 (2024·寧夏銀川二中質檢)浙江大學高分子系某教授的課題組制備出了一種超輕氣凝膠,它刷新了目前世界上最輕材料的記錄,彈性和吸油能力令人驚喜.這種固態材料密度僅為空氣密度的.設氣凝膠的密度為ρ,摩爾質量為M,阿伏加德羅常數為NA,則下列說法不正確的是(  )
A.a千克氣凝膠所含分子數為N=NA
B.氣凝膠的摩爾體積為 Vmol=
C.每個氣凝膠分子的體積為V0=
D.每個氣凝膠分子的直徑為d=
1.[宏觀量與微觀量的關系]若以M表示水的摩爾質量,V液表示液態水的摩爾體積,V氣表示標準狀態下水蒸氣的摩爾體積,ρ液為液態水的密度,ρ氣為標準狀態下水蒸氣的密度,NA為阿伏加德羅常數,m、V0分別表示每個水分子的質量和體積,下面四個關系式正確的是(  )
A.NA= B.ρ氣=
C.V0= D.V0=
2.[油膜法估測分子大小](1)如圖所示反映“用油膜法估測分子的大小”實驗中的4個步驟,將它們按操作先后順序排列應是________(用字母表示).
(2)在做“用油膜法估測分子的大小”的實驗中,將油酸溶于酒精,其濃度為每1 000 mL溶液中有0.6 mL油酸.用注射器測得1 mL上述溶液有75滴,把1滴該溶液滴入盛水的淺盤里,待水面穩定后,畫出油膜的形狀.如圖所示,坐標紙中正方形小方格的邊長為1 cm,試求:
①油酸膜的面積是________cm2.
②每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是________mL.
③按以上實驗數據估測出油酸分子的直徑是________m.(結果保留2位有效數字)
(3)如果實驗中油膜沒有完全散開,測得的油酸分子直徑________(填“偏大”或“偏小”).
答案及解析
1.思維辨析
(1)1 g水所含有的水分子數與1 g酒精所含有的酒精分子數相等.(×)
(2)若體積為V的氧氣中含氧氣分子個數為N,則每個氧氣分子的體積近似為. (×)
(3)布朗運動是花粉顆粒分子的運動. (×)
(4)分子間同時存在著引力和斥力,當分子間距離增大時,引力和斥力同時減小,若引力大于斥力,則分子力表現為引力. (√)
(5)分子間存在分子勢能,隨著分子間距離增大,分子勢能增大. (×)
2.下列說法中正確的是(  )
A.物體溫度降低,其分子熱運動的平均動能增大
B.物體溫度升高,其分子熱運動的平均動能增大
C.物體溫度降低,其內能一定增大
D.物體溫度不變,其內能一定不變
答案:B
3.(多選)下列實驗能說明分子在做無規則運動的是(  )
A.滴在熱水中的墨水使熱水很快變色
B.斷面磨平的鉛塊壓緊后能夠吊住大鉤碼
C.鉛板和金板長時間壓緊在一起,鉛和金會互相滲透
D.抽去玻璃板后,兩瓶中的氣體逐漸混合
解析:滴入熱水中的墨水使熱水很快變色,屬于擴散現象;鉛板和金板長時間壓緊在一起,互相滲透,也屬于擴散現象;抽去玻璃板后,兩瓶中的氣體逐漸混合,屬于氣體的擴散現象,而擴散現象正是由分子的無規則運動產生的.斷面磨平的鉛塊壓緊后能夠吊住大鉤碼,表明分子間存在吸引力,不能說明分子在做無規則運動.故A、C、D正確,B錯誤.
答案:ACD
考點 分子熱運動
典例1 有些病毒的傳播途徑之一是氣溶膠傳播.氣溶膠是指懸浮在氣體介質中的固態或液態顆粒所組成的氣態分散系統,這些固態或液態顆粒在氣體介質中做布朗運動.下列說法正確的是(  )
A.布朗運動是氣體介質分子的無規則運動
B.在布朗運動中,固態或液態顆粒越大,布朗運動越劇烈
C.在布朗運動中,顆粒無規則運動的軌跡就是分子的無規則運動的軌跡
D.在布朗運動中,環境溫度越高,布朗運動越劇烈
解析:布朗運動是固態或液態顆粒的無規則運動,不是氣體介質分子的無規則運動,可以間接反映氣體分子的無規則運動,顆粒越小,氣體分子對顆粒的撞擊作用越不容易平衡,布朗運動越劇烈,故A、B錯誤;在布朗運動中,顆粒本身并不是分子,而是很多分子組成的,所以顆粒無規則運動的軌跡不是分子無規則運動的軌跡,故C錯誤;在布朗運動中,環境溫度越高,固態或液態顆粒受到氣體分子無規則熱運動撞擊的程度越劇烈,布朗運動越劇烈,故D正確.故選D.
1.[對擴散現象的理解](多選)關于擴散現象,下列說法正確的是(  )
A.溫度越高,擴散進行得越快
B.擴散現象是不同物質間的一種化學反應
C.擴散現象是由物質分子無規則運動產生的
D.擴散現象在氣體、液體和固體中都能發生
解析:擴散現象與溫度有關,溫度越高,擴散進行得越快,選項A正確.擴散現象是由分子的無規則運動引起的,不是一種化學反應,選項B錯誤,C正確.擴散現象在氣體、液體和固體中都能發生,選項D正確.
答案:ACD
2.[對布朗運動的理解](多選)如圖所示是用光學顯微鏡觀察一滴充分稀釋的碳素墨汁,調節好合適的放大倍數后,顯示屏上會跟蹤一個炭粒的運動,發現炭粒做無規則運動.則下列說法中正確的有(  )
A.炭粒無規則運動是炭粒分子無規則運動的結果
B.炭粒無規則運動是液體分子不平衡撞擊的結果
C.炭粒體積越大,其無規則運動的現象越明顯
D.墨汁溫度越高,炭粒無規則運動現象越明顯
解析:炭粒作為一種宏觀微粒,不受外力作用時是無法憑借自身因素而運動的,其無規則運動是液體分子不平衡撞擊造成的結果,A錯誤,B正確;炭粒體積越大,受到液體分子的撞擊越趨于平衡,無規則運動將越不明顯,C錯誤;墨汁溫度越高,液體分子無規則運動越激烈,撞擊炭粒的作用力越大,不平衡撞擊也越多,所以炭粒無規則運動會越明顯,D正確.
答案:BD
考點 分子間相互作用 內能
典例2 (2020·北京卷)分子力F隨分子間距離r的變化如圖所示.將兩分子從相距r=r2處釋放,僅考慮這兩個分子間的作用,下列說法正確的是(  )
A.從r=r2到r=r0,分子間引力、斥力都在減小
B.從r=r2到r=r1,分子力的大小先減小后增大
C.從r=r2到r=r0,分子勢能先減小后增大
D.從r=r2到r=r1,分子動能先增大后減小
解析:從r=r2到r=r0,分子間引力和斥力都在增大,故A錯誤;由題圖可知,r=r0時分子力為零,故從r=r2到r=r1,分子力的大小先增大后減小再增大,故B錯誤;從r=r2到r=r0,分子力一直做正功,分子勢能一直在減小,故C錯誤;從r=r2到r=r1,分子力先做正功后做負功,分子勢能先減小后增大,故分子動能先增大后減小,故D正確.故選D.
1.[對F r及Ep r圖像的理解](多選)如圖甲所示是分子間作用力與分子間距之間的關系,分子間作用力表現為斥力時為正,一般地,分子間距大于10r0時,分子間作用力就可以忽略;如圖乙所示是分子勢能與分子間距之間的關系,a是圖線上一點,ab是在a點的圖線切線.下列說法中正確的有(  )
A.分子勢能選擇了無窮遠處或大于10r0處為零勢能參考點
B.圖甲中陰影部分面積表示分子勢能差值,與零勢能點的選取有關
C.圖乙中Oa的斜率大小表示分子間距離在該間距時的分子間作用力大小
D.圖乙中ab的斜率大小表示分子間距離在該間距時的分子間作用力大小
解析:結合題意及題圖信息可知,分子勢能選擇了無窮遠處或大于10r0處為零勢能參考點,所以A正確;題圖甲中陰影部分面積表示分子勢能差值,勢能差值與零勢能點的選取無關,所以B錯誤;分子勢能與分子間距圖像中,圖線切線的斜率的大小表示分子間作用力大小,所以C錯誤,D正確.
答案:AD
2.[對分子動能、分子勢能、物體內能的理解]給一定質量、溫度為0 ℃的水加熱,在水的溫度由0 ℃上升到4 ℃的過程中,水的體積隨著溫度升高反而減小,我們稱之為“反常膨脹”.某研究小組通過查閱資料知道:水分子之間存在一種結合力,這種結合力可以形成多分子結構,在這種結構中,水分子之間也存在相互作用的勢能.在水反常膨脹的過程中,體積減小是由于水分子之間的結構發生了變化,但所有水分子間的總勢能是增大的.關于這個問題下列說法中正確的是(  )
A.水分子的平均動能減小,吸收的熱量一部分用于分子間的結合力做正功
B.水分子的平均動能減小,吸收的熱量一部分用于克服分子間的結合力做功
C.水分子的平均動能增大,吸收的熱量一部分用于分子間的結合力做正功
D.水分子的平均動能增大,吸收的熱量一部分用于克服分子間的結合力做功
解析:溫度是分子平均動能的標志,溫度升高,分子的平均動能增大.在水反常膨脹的過程中,所有水分子間的總勢能是增大的,說明分子之間的相互作用力對分子做負功,即吸收的熱量一部分用于克服分子間的結合力做功.故A、B、C錯誤,D正確.
答案:D
考點 微觀量的估算
典例3 (2024·寧夏銀川二中質檢)浙江大學高分子系某教授的課題組制備出了一種超輕氣凝膠,它刷新了目前世界上最輕材料的記錄,彈性和吸油能力令人驚喜.這種固態材料密度僅為空氣密度的.設氣凝膠的密度為ρ,摩爾質量為M,阿伏加德羅常數為NA,則下列說法不正確的是(  )
A.a千克氣凝膠所含分子數為N=NA
B.氣凝膠的摩爾體積為 Vmol=
C.每個氣凝膠分子的體積為V0=
D.每個氣凝膠分子的直徑為d=
解析:a千克氣凝膠的摩爾數為,所含分子數為N=NA,選項A正確,不符合題意;氣凝膠的摩爾體積為Vmol=,選項B正確,不符合題意;每個氣凝膠分子的體積為 V0==,選項C正確,不符合題意;根據V0=πd3,則每個氣凝膠分子的直徑為d=,選項D錯誤,符合題意.故選D.
1.[宏觀量與微觀量的關系]若以M表示水的摩爾質量,V液表示液態水的摩爾體積,V氣表示標準狀態下水蒸氣的摩爾體積,ρ液為液態水的密度,ρ氣為標準狀態下水蒸氣的密度,NA為阿伏加德羅常數,m、V0分別表示每個水分子的質量和體積,下面四個關系式正確的是(  )
A.NA= B.ρ氣=
C.V0= D.V0=
解析:對液態水,由密度的定義可得ρ液=,由摩爾質量的意義可知M=NAm,解得NA=,故A正確;由于水蒸氣分子間有較大距離,所以V0<,對水蒸氣有ρ氣=<,故B、D錯誤;由ρ氣=<==,可得 V0<,故C錯誤.
答案:A
2.[油膜法估測分子大小](1)如圖所示反映“用油膜法估測分子的大小”實驗中的4個步驟,將它們按操作先后順序排列應是________(用字母表示).
(2)在做“用油膜法估測分子的大小”的實驗中,將油酸溶于酒精,其濃度為每1 000 mL溶液中有0.6 mL油酸.用注射器測得1 mL上述溶液有75滴,把1滴該溶液滴入盛水的淺盤里,待水面穩定后,畫出油膜的形狀.如圖所示,坐標紙中正方形小方格的邊長為1 cm,試求:
①油酸膜的面積是________cm2.
②每滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是________mL.
③按以上實驗數據估測出油酸分子的直徑是________m.(結果保留2位有效數字)
(3)如果實驗中油膜沒有完全散開,測得的油酸分子直徑________(填“偏大”或“偏小”).
解析:(1)“用油膜法估測分子的大小”的實驗步驟為:配制油酸酒精溶液→測定一滴油酸酒精溶液的體積→準備淺水盤→形成油膜→描繪油膜邊緣→測量油膜面積→計算分子直徑,因此操作先后順序應為:DACB.
(2)①根據題圖,不滿半格舍去,超過半格計一格,數得格子數為131個,那么油膜面積是S=131×1 cm2=131 cm2.
②根據已知條件可知,1 mL溶液中有75滴,1滴溶液的體積是 mL.又已知每1 000 mL溶液中有純油酸0.6 mL,則一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積是V= mL=8×10-6 mL.
③油酸分子的直徑為d== cm≈6.1×10-8 cm=6.1×10-10 m.
(3)若油膜沒有完全散開,則油酸溶液在水面上形成的油膜面積偏小,由d=可知,實驗測量的油酸分子的直徑偏大.
答案:(1)DACB (2)①131 ②8×10-6 ③6.1×10-10 (3)偏大(共41張PPT)
第1講 分子動理論 內能
第十四章 熱 學
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重難考點 全線突破
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