高中物理《分子动理论内能》.docx
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高中物理《分子动理论内能》
选修3-3《热学》第一单元《分子动理论内能》
【基础知识梳理】
知识点一、分子动理论
一.物体是由大量分子组成的
1、分子的大小
(1).直径数量级:
m.
(2).油膜法测分子直径:
d=,V是油滴的体积,S是水面上形成的的面积.
(3).分子质量的数量级为kg.
2.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).分子的两种模型
①球体模型直径d=
。
(常用于固体和液体)
②立方体模型边长d=
。
(常用于气体)
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。
【例1】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。
二.分子的热运动
1、扩散现象:
由于分子的无规则运动而产生的物质迁移现象。
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的永不停息地无规则运动。
其特点是:
①永不停息、运动。
②颗粒越小,运动越。
③温度越高,运动越。
提示:
①运动轨迹不确定,只能用不同时刻的位置连线确定微粒做无规则运动。
②不能直接观察分子的无规则运动,而是用悬浮的固体微粒的无规则运动来反映液体分子的无规则运动。
(3)热运动:
物体分子永不停息地无规则运动,这种运动跟有关。
例2.做布朗运动实验,得到某个观测记录如图。
图中记录的是( )
A.分子无规则运动的情况
B.某个微粒做布朗运动的轨迹
C.某个微粒做布朗运动的速度—时间图线
D.按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线
三.分子间的相互作用力
1、分子间同时存在相互作用的_________。
实际表现出的分子力是________的合力。
2、分子间的相互作用力的特点:
分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而_____,随分子间距离的减小而_____,_____比引力变化更快。
3、分子力的特点:
①r=r0时(r0的数量级为10-10m),F引F斥,分子力F0;
②r ③r>r0时,F引>F斥,分子力F表现为; ④r>10r0时,F引、F斥迅速减为零,分子力F=。 4、分子力随分子间距离的变化图像如右图所示。 例3.(多选)关于分子间的相互作用力,以下说法中正确的是( ) A.当分子间的距离r=r0时,分子力为零,说明此时分子间既不存在引力,也不存在斥力 B.分子力随分子间距离的变化而变化,当r>r0时,随着距离的增大,分子间的引力和斥力都增大,但引力比斥力增大得快,故分子力表现为引力 C.当分子间的距离r D.当分子间的距离r>10-9m时,分子间的作用力可以忽略不计 知识点二、温度是分子平均动能的标志、内能 1.温度: 一切达到的系统都具有相同的温度。 2.两种温标: 摄氏温标和热力学温标。 关系: T=t+273.15K。 3.分子的动能 (1)分子动能是所具有的动能。 (2)分子热运动的平均动能是所有分子热运动的动能的平均值,是分子热运动的平均动能的标志。 (3)分子热运动的总动能是物体内所有分子热运动动能的。 4.分子的势能 (1)意义: 由于分子间存在着引力和斥力,所以分子具有由它们的决定的能。 (2)分子势能的决定因素: 微观上——决定于和分子排列情况; 宏观上——决定于和状态。 5.物体的内能 (1)等于物体中所有分子的热运动的与分子的总和,是状态量。 (2)对于给定的物体,其内能大小由物体的和决定。 (3)改变物体内能的两种方式: 和 6、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,若r增大,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。 例4.(多选)对于一定质量的N2在不同物态下的内能,气态的N2可视为理想的气体,下列说法中正确的是( ) A.固态的N2熔化为同温度的液态N2时内能增大 B.固态的N2熔化为同温度的液态N2时,由于分子力做负功将分子动能转化为分子势能,即其内能保持不变 C.液态N2汽化为同温度的气体时内能增大 D.气态的N2温度升高时内能因所有分子动能增大而增大 例5.(多选)两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动,直至不再靠近。 在此过程中,下列说法正确的是( ) A.分子力先增大,后一直减小B.分子力先做正功,后做负功 C.分子动能先增大,后减小D.分子势能先增大,后减小 E.分子势能和动能之和不变 7、物体的内能 (1).物体的内能与机械能的比较 名称 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。 一个物体在不同的形态下有不同的内能 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6】 (2014·北京卷,13)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 选修3-3《热学》第一单元《分子动理论内能》针对练习 1.根据分子动理论,下列说法正确的是( )。 A.布朗运动是液体分子的运动,它说明了分子在永不停息地做无规则运动 B.温度是分子平均动能的标志,温度较高的物体每个分子的动能一定比温度较低的物体分子的动能大 C.物体体积增大,分子势能可能减小 D.某气体的摩尔质量为M、摩尔体积为Vm、密度为ρ,用NA表示阿伏加德罗常数,则每个气体分子的质量m0= 每个气体分子的体积V0= 2.(多选)关于对内能的理解,下列说法正确的是( ) A.系统的内能是由系统的状态决定的 B.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 C.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 D.1g100℃水的内能小于1g100℃水蒸气的内能 3.(多选)下列说法正确的是( ) A.对于一定量的理想气体,若气体的压强和体积都不变,其内能也一定不变 B.一定质量0℃水的分子势能比同质量0℃冰的分子势能小 C.物体吸收热量后,内能一定增加 D.把物体缓慢举高时,物体的机械能增加,内能不变 4.(多选)若以μ表示水的摩尔质量,V表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积,ρ表示在标准状态下水蒸气的密度,NA表示阿伏加德罗常数,m0、V0分别表示每个水分子的质量和体积,下面关系正确的有( ) A.NA= B.ρ= C.ρ< D.m0= 5.(多选)设某种物质的摩尔质量为μ,原子间的平均距离为d,已知阿伏加德罗常数为NA,则该物质的密度ρ可表示为( ) A.ρ= B.ρ= C.ρ= D.ρ= 6.相同质量的氧气和氦气,温度相同,下列说法正确的是( ) A.每个氧分子的动能都比氦分子的动能大 B.每个氦分子的速率都比氧分子的速率大 C.两种气体的分子平均动能一定相等 D.两种气体的分子平均速率一定相等 7.(多选)PM2.5是指空气中直径小于2.5微米的悬浮颗粒物,其漂浮在空中做无规则运动,很难自然沉降到地面。 下列说法中正确的是( ) A.气温越高,PM2.5运动越剧烈 B.PM2.5在空气中的运动属于布朗运动 C.PM2.5在空气中的运动就是分子的热运动 D.倡导低碳生活有利于减小PM2.5在空气中的浓度 8.(多选)甲分子固定在坐标原点O,乙分子位于r轴上,甲、乙两分子间作用力与距离的函数图像如图所示,现把乙分子从r3处由静止释放,则下列说法正确的是( ) A.乙分子从r3到r1一直加速 B.乙分子从r3到r1先加速后减速 C.乙分子从r3到r1的过程中,加速度先增大后减小 D.乙分子从r3到r1的过程中,两分子间的分子势能先减小后增大 E.乙分子从r3到r1的过程中,两分子间的分子势能一直减小 9.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( ) 10.如图所示为一定质量的氧气分子在0℃和100℃两种不同情况下的速率分布情况,由图可判断以下说法中正确的是( ) 氧气分子的速率分布图象 A.温度升高,所有分子的运动速率均变大 B.温度越高,分子的平均速率越小 C.0℃和100℃氧气分子的速率都呈现“中间多,两头少”的分布特点 D.100℃的氧气与0℃的氧气相比,速率大的分子所占比例较大 11.浙江大学高分子系高超教授的课题组制备出了一种超轻气凝胶——它刷新了目前世界上最轻材料的纪录,弹性和吸油能力令人惊喜。 这种被称为“全碳气凝胶”的固态材料密度为每立方厘米0.16毫克,仅是空气密度的1/6。 设气凝胶的密度为ρ(单位为kg/m3),摩尔质量为M(单位为g/mol),阿伏加德罗常数为NA,则a克气凝胶所含有的分子数为________,每个气凝胶分子的体积是________。 选修3-3《热学》第一单元《分子动理论内能》答案 例1: 答案 (1)3×1025个 (2)4×10-10m 解析: (1)水的摩尔体积为V0= = m3/mol=1.8×10-5m3/mol, 水分子数: N= = 个≈3×1025个。 (2)建立水分子的球体模型有 = πd3,可得水分子直径: d= = m=4×10-10m。 例2.答案: D 解析: 微粒在周围液体分子无规则碰撞作用下,做布朗运动,轨迹是无规则的,实际操作中不易描绘出微粒的实际轨迹;按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线的无规则性,也能反映微粒布朗运动的无规则性。 图中记录描绘的正是按等时间间隔记录的某个运动微粒位置的连线,故D正确。 例3.答案: CD 解析: 当分子间的距离为r0时,引力等于斥力,分子力为零,并不是分子间无引力和斥力,A错误;当r>r0时,随着距离的增大,分子间的引力和斥力都减小,但
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