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(共73張PPT)
第十四章　熱學
第1講　分子動理論　內能
常設情境?、偕顚嵺`類：高壓鍋、氣壓計、溫度計、海浪發電機、蛟龍號深海探測器、噴霧器、拔罐等.
②學習探索類：分子動理論、固體和液體的性質、氣體實驗定律、熱力學定律、油膜法測分子直徑實驗、探究等溫情況下一定氣體壓強與體積關系.
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）
A. 熱水分子的平均動能比水蒸氣的大
B. 熱水的內能比相同質量的水蒸氣的小
C. 熱水分子的速率都比水蒸氣的小
D. 熱水分子的熱運動比水蒸氣的劇烈
解析：溫度是分子熱運動平均動能的標志，溫度越高分子平均動能越大，熱運動越劇烈；100 ℃的水蒸氣比45 ℃的熱水溫度高，100 ℃的水蒸氣分子熱運動的平均動能大，熱運動劇烈，A、D錯誤.物體中分子運動的速率是不同的，有的大，有的小，故不能認為熱水中的分子速率都比水蒸氣的小，C錯誤.100 ℃的水蒸氣比45 ℃的熱水溫度高，質量相同時100 ℃的水蒸氣內能大，B正確.
B
1. 物質由大量分子組成
6.02×1023 mol－1　



3. 分子間同時存在引力和斥力
直觀情境


深化　　擴散現象、布朗運動和分子熱運動的比較
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
項目 擴散現象 布朗運動 分子熱運動
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
思維模型　理解擴散現象與布朗運動的成因.
A. 這種滲透過程是可逆的
B. 硅晶體具有光學上的各向同性
C. 這種滲透過程是分子的擴散現象
D. 溫度越高摻雜效果越好是因為溫度升高時，所有分子的熱運動速率都增大
C
解析：摻雜源物質的分子由于熱運動滲透進硅晶體的表面，所以這種滲透過程是分子的擴散現象，該過程為自發過程，不可逆，A錯誤，C正確.硅晶體中原子在空間排列具有周期性，故硅晶體可能具有光學上的各向異性，B錯誤.溫度越高摻雜效果越好是因為溫度升高時，分子熱運動的平均速率增大，并不是所有分子的熱運動速率都增大，D錯誤.
BD
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.
A. 分子間距離大于r0時，分子間表現為斥力
B. 分子從無限遠靠近到距離r0處的過程中分子勢能變大
C. 分子勢能在r0處最小
D. 分子間距離在小于r0且減小時，分子勢能在減小
解析：分子間距離大于r0時，分子間表現為引力，A錯誤；分子從無限遠靠近到距離r0處的過程中，引力做正功，分子勢能減小，在r0處分子勢能最小，繼續減小分子間距離，分子間表現為斥力，分子力做負功，分子勢能增大，C正確，B、D錯誤.
C
熱運動　
溫度　
2. 分子勢能
直觀情境
相對位置　


動能　
分子勢能　
溫度　
體積　
無
關　
平均動能　
深化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 r＜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表現為斥力 r增大，分子力做正功，分子勢能減小；r減小，分子力做負功，分子勢能增加
隨分子間
距的變化
情況 r＞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
項目 分子力F 分子勢能Ep
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
深化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
項目 內能 機械能
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
思維模型　用F－r圖像解釋分子力，理解分子平均動能與溫度的關系，分子勢能與物體體積的關系，并能解決相關問題.
角度1　對F－r及Ep－r圖像的理解
AD
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.
角度2　對分子動能、分子勢能、物體內能的理解
D
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D正確，A、B、C錯誤.
考題3　（2023·河北卷）如圖所示，某實驗小組為測量一個葫蘆的容積，在葫蘆開口處豎直插入一根兩端開口、內部橫截面積為0.1 cm2的均勻透明長塑料管，密封好接口，用氮氣排空內部氣體，并用一小段水柱封閉氮氣.外界溫度為300 K時，氣柱長度l為10 cm；當外界溫度緩慢升高到310 K時，氣柱長度變為50 cm.已知外界大氣壓恒為1.0×105 Pa，水柱長度不計.
（1）求溫度變化過程中氮氣對外界做的功；
答案：（1）0.4 J　
解析：（1）由于水柱的長度不計，故封閉氣體的壓強始終等于大氣壓強.設大氣壓強為p0，塑料管內部橫截面積為S，初、末態氣柱的長度分別為l1、l2，氣體對外做的功為W. 根據功的定義有W＝p0S（l2－l1），解得W＝0.4 J.
（2）求葫蘆的容積；
答案：（2）119 cm3　
（3）試估算被封閉氮氣分子的個數（保留2位有效數字）.已知1 mol氮氣在1.0×105 Pa、273 K狀態下的體積約為22.4 L，阿伏加德羅常數NA取6.0×1023 mol－1.
答案：（3）2.9×1021
深化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.
深化2　　分子的兩種模型
深化3　　幾個重要關系
角度1　固體微觀量的估算
D
A. 水蒸氣的體積為2.1×10－3 m3
B. 含有的水分子的物質的量為0.07 mol
C. 含有的水分子的數量為4.2×1021個
D. 含有的水蒸氣的質量為1.26×10－2 g
C
角度2　氣體分子的估算
角度3　液體分子的估算
ACD
四、用油膜法估測油酸分子的大小
考題4?。?025·安徽黃山二模）在“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗中，小物同學用體積為A的純油酸配置成體積為B的油酸酒精溶液，用注射器取體積為C的油酸酒精溶液，再把其一滴一滴地全部滴入燒杯，滴數為N.
CBDA　
A. 甲：描繪油膜輪廓
B. 乙：取油酸酒精溶液
C. 丙：撒粉
D. ?。旱斡退峋凭芤?br/>解析：（1）在“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗中，先把爽身粉均勻地撒到水面上，后用注射器取一定的溶液滴到水中，再蓋上玻璃板，最后用筆在玻璃板上描出油膜的輪廓，故實驗操作的正確排序為CBDA.

A. 計算油膜面積時所有不足一格的方格全部按滿格計數
B. 爽身粉太薄使油膜邊界不清，導致油膜面積測量值偏大
C. 未等爽身粉完全散開，就在玻璃板上描繪了油膜輪廓
D. 用注射器測得1 mL溶液有N滴時數成了（N－1）滴
解析：（3）計算油膜面積時所有不足一格的方格全部按滿格計數、爽身粉太薄使油膜邊界不清均會導致油膜面積測量值偏大，則d的測量值偏小，A、B錯誤.未等爽身粉完全散開，就在玻璃板上描繪了油膜輪廓，導致油膜面積測量值偏小，d的測量值偏大，C正確.求每滴溶液的體積時，若溶液有N滴時數成了（N－1）滴，導致測得的純油酸體積偏大，d的測量值偏大，D正確.
CD　
單分子　

2. 實驗器材
盛水淺盤、注射器（或滴管）、容量瓶、坐標紙、玻璃板、爽身粉、量筒、彩筆等.
3. 實驗過程
（1）配制油酸酒精溶液，取純油酸1 mL，注入500 mL的容量瓶中，然后向容量瓶內注入酒精，直到液面到達500 mL刻度線為止.
（2）用注射器（或滴管）將油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并記下量筒內增加一定體積Vn時的滴數n，算出每滴油酸酒精溶液的體積V0.
（3）向淺盤里倒入約2 cm深的水，并將爽身粉均勻地撒在水面上.
（4）用注射器（或滴管）將一滴油酸酒精溶液滴在水面上.
（5）待油酸薄膜的形狀穩定后，將玻璃板放在淺盤上，并將油酸膜的形狀用彩筆畫在玻璃板上.
4. 誤差分析
（1）純油酸體積的計算引起誤差.
（2）畫油膜形狀時不準確帶來誤差.
（3）數格子法本身是一種估算的方法，從而會帶來誤差.
深化　　注意事項
（1）注射器針頭高出水面的高度應在1 cm之內，當針頭靠水面很近（油酸未滴下之前）時，會發現針頭下方的粉層已被排開，這是針頭中酒精揮發所致，不影響實驗效果.
（2）待測油酸薄膜擴散后又會收縮，要在油酸薄膜的形狀穩定后再畫輪廓.擴散后又收縮有兩個原因：①水面受油酸液滴沖擊凹陷后又恢復；②酒精揮發后液面收縮.
（3）當重做實驗時，將水從淺盤的一側邊緣倒出，在這側邊緣會殘留油酸，可用少量酒精清洗，并用脫脂棉擦去，再用清水沖洗，這樣做可保持淺盤的清潔.
（4）本實驗只要求估測油酸分子的大小，實驗結果的數量級符合要求即可.
單層　

（2）某同學實驗中先取一定量的無水酒精和油酸，制成一定濃度的油酸酒精溶液，測量并計算一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積后，接著又進行了下列操作：
A. 將一滴油酸酒精溶液滴到水面上，在水面上自由地擴展為形狀穩定的油酸薄膜
B. 將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上計算油酸薄膜的面積
C. 將玻璃板蓋到淺水盤上，用彩筆將油酸薄膜的輪廓畫在玻璃板上
D. 向淺盤中倒入約2 cm深的水，將痱子粉均勻地撒在水面上
解析：（2）實驗中先在淺盤中倒入約2 cm深的水，將痱子粉均勻地撒在水面上；然后將一滴油酸酒精溶液滴到水面上，在水面上自由地擴展為形狀穩定的油酸薄膜；將玻璃板蓋到淺水盤上，用彩筆將油酸薄膜的輪廓畫在玻璃板上；將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標紙上計算油酸薄膜的面積.則合理的順序是DACB.
DACB　
A. 將滴入的油酸酒精溶液體積作為油酸體積進行計算
B. 油酸酒精溶液長時間放置，酒精揮發使溶液的濃度發生了變化
C. 水面上痱子粉撒得太多，油膜沒有充分展開
D. 計算油膜面積時，將不完整的方格作為完整方格處理
AC　
角度2　實驗數據處理與誤差分析
例9　某學習小組用油膜法估測油酸分子的大小，實驗中他們向1 mL純油酸中添加酒精，配得油酸酒精溶液總體積為500 mL，接著用注射器向量筒內滴加80滴上述溶液，量筒中的溶液體積增加了1 mL，把1滴這樣的溶液滴入盛水的淺盤里，把玻璃板蓋在淺盤上并描出油膜的輪廓，如圖所示.
解析：（1）由題圖可讀出超過半格的格數約為75小格，則油膜面積為S＝75×20×20×10－6 m2＝3.0×10－2 m2.
3.0×10－2　
8.3×10－10　
解析：（3）用注射器測得80滴油酸酒精的溶液為1 mL，不小心錯記錄為81滴，則所得一滴酒精油酸溶液的體積將偏小，從而使油酸的體積偏小，最終導致所測分子直徑偏小.
偏小　
限時跟蹤檢測
A級·基礎對點練
題組一　分子動理論
A. 氣體失去了容器的約束就會散開，這是氣體分子間斥力作用的緣故
B. 向一杯清水中滴入幾滴紅墨水，紅墨水向周圍的運動屬于布朗運動
C. 如果氣體分子總數不變，溫度升高，則氣體分子的平均動能增大，氣體壓強增大
D. 一定量氣體的內能等于其所有分子熱運動動能和分子之間勢能的總和
D
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A. 胡椒粉在開水鍋內翻滾，說明溫度越高布朗運動越劇烈
B. 布朗運動證明，組成固體小顆粒的分子做無規則運動
C. 自由膨脹和擴散現象都具有雙向可逆性
D. 水、酒精混合之后的體積要小于混合前的體積之和，說明液體分子間是有空隙的
D
解析：布朗運動是指懸浮于氣體或液體中的固體小顆粒的無規則運動，反映了氣體或液體分子的無規則運動，不能用肉眼直接觀察到，胡椒粉在開水鍋內翻滾，是水的沸騰現象，A、B錯誤；與熱現象有關的自由膨脹和擴散現象都具有單向不可逆性，C錯誤；水、酒精混合之后的總體積要小于混合前的體積之和，說明液體分子間是有空隙的，D正確.
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題組二　分子間的相互作用　內能
A. 當10r0＞r＞r0時，Ep隨著r的增大而增加
B. 當r＜r0時，Ep隨著r的減小而增加
C. 當10r0＞r＞r0時，Ep不隨r的變化而變化
D. 當r＝r0時，Ep最小且Ep的最小值為0
AB
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解析：當r＝r0時，分子力為0，當10r0＞r＞r0時，分子力表現為引力，隨著分子間距的增大，分子力做負功，分子勢能增加，因此當10r0＞r＞r0時，Ep隨著r的增大而增加，故A正確，C錯誤；當r＜r0時，分子力表現為斥力，隨著r的減小，分子力做負功，分子勢能增加，因此當r＜r0時，Ep隨著r的減小而增加，故B正確；根據題意可知，當r→∞時，Ep＝0，而當r＞r0，且分子間距逐漸增大的過程中，分子勢能逐漸增加，當r＜r0，且分子間距逐漸減小的過程中，分子勢能逐漸增加，因此可知，當r＝r0時，Ep最小，且Ep的最小值小于0，故D錯誤.
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A. 乙分子從a運動到c，分子間的作用力一直增大
B. 乙分子從a運動到d，分子間的作用力先增大后減小再增大
C. 乙分子從a運動到d，兩分子間的分子勢能先增加后減少
D. 乙分子從a運動到d，在b點時兩分子間的分子勢能最小
B
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解析：根據題圖可知，乙分子從a運動到c，受到的分子力表現為引力，分子間的作用力先增大后減小，故A錯誤；根據題圖可知，乙分子從a運動到d，受到的分子力先表現為引力后表現為斥力，分子間的作用力先增大后減小再增大，故B正確；根據題圖可知，乙分子從a運動到c，受到的分子力表現為引力，分子間的作用力做正功，分子勢能一直減少，從c運動到d，受到的分子力表現為斥力，分子間的作用力做負功，分子勢能一直增加，可知兩分子間的分子勢能先減少后增加，在c點時兩分子間的分子勢能最小，故C、D錯誤.
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題組三　微觀量的估算
A. 1 kg銅所含的原子數為NA（SI）
C
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B級·能力提升練
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解析：剛過C點時乙分子的運動方向不會發生變化，選項A錯誤；加速度與合力的大小成正比，方向與合力相同，在C點，乙分子的加速度等于零，選項B正確；乙分子從A處由靜止釋放，分子力先是引力后是斥力，分子力先做正功，后做負功，則分子勢能先減小后增大，在C點，分子勢能最小，從C項圖中可知，在A點靜止釋放乙分子時，分子勢能為負，而初動能為零，乙分子的總能量為負，在以后的運動過程中乙分子的總能量不可能為正，而動能不可能小于零，則分子勢能不可能大于零，所以C項圖中不可能出現橫軸上方那一部分，選項C錯誤；分子動能不可能為負值，選項D錯誤.
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AC
A. 從r＝r2到r＝r1，分子間引力、斥力都在增大
B. 從r＝r2到r＝r1，分子間引力減小，斥力增大
C. 當r＜r0時，分子間的作用力表現為斥力
D. 從r＝r2到r＝r0，分子勢能先減小后增大
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解析：由題圖甲可知，隨分子間距離減小，分子間的引力和斥力都在增大，A正確，B錯誤；由題圖乙可知，當r＜r0時，分子間的作用力為正，即表現為斥力，C正確；從r＝r2到r＝r0過程中，分子間的作用力表現為引力，故隨著距離的減小，分子力一直做正功，動能增大，分子勢能一直減小，D錯誤.
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A. 在無風的時候，該顆粒物懸浮在空中靜止不動
B. 該顆粒物的無規則運動是布朗運動
C. 布朗運動是由空氣分子從各個方向對該顆粒物撞擊作用的不平衡引起的
D. 該顆粒物的無規則運動反映了空氣分子的無規則運動
A
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解析：在無風的時候，該顆粒物還會受到附近空氣分子對它的撞擊作用，該顆粒物會不停地做無規則運動，故A錯誤；懸浮在液體或氣體中的固體小顆粒的無規則運動叫布朗運動，所以該顆粒物的運動符合布朗運動的條件，該顆粒物的運動就是布朗運動，故B正確；布朗運動產生的原因就是氣體或液體分子對顆粒物撞擊不平衡造成的，故C正確；布朗運動反映了氣體或液體分子的無規則運動，故D正確.本題選擇錯誤的，故選A.
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BCDEFA　
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解析：（1）油膜法估測分子的大小的步驟為：測一滴油酸酒精溶液體積，計算一滴溶液中純油酸的體積，準備淺盤，撒上石膏粉或痱子粉，滴入油酸酒精溶液，將玻璃板放在淺盤上，描繪油膜形狀，測油膜面積，算出油膜厚度，故合理順序為BCDEFA.
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7.5×106　
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A. 為了防止酒精的揮發，配置的油酸酒精溶液不能長時間放置
B. 處理數據時將油酸分子看成單分子層且緊密排列
C. 處理數據時將一滴油酸酒精溶液的體積除以油膜面積就得到了油酸分子的直徑
D. 若實驗中撒的痱子粉（或石膏粉）過多，則計算得到的油酸分子的直徑將偏大
解析：（3）為了防止酒精的揮發，配制的油酸酒精溶液不能長時間放置，否則油酸濃度會發生變化，A項正確；處理數據時將油酸分子看成單分子層且緊密排列，B項正確；處理數據時將一滴油酸酒精溶液中純油酸的體積除以油膜面積就可得到油酸分子的直徑，C項錯誤；若實驗中撒的石膏粉（或痱子粉）過多，則油酸不能充分展開，所測得的油膜面積偏小，計算得到的油酸分子的直徑將偏大，D項正確.
ABD　
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