2020-2021学年 高二物理 分子动理论　内能 期末复习强化学案Word版含答案

分子动理论　内能
知识点一　分子动理论
1．物体是由大量分子组成的
(1)分子的大小
①分子的直径(视为球模型)：数量级为________ m；
②分子的质量：数量级为10－26 kg.
(2)阿伏加德罗常数
①1 mol的任何物质都含有相同的粒子数．通常可取NA＝________ mol－1；
②阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁．
(3)热运动
①分子的永不停息的________运动叫做热运动；
②特点：分子的无规则运动和温度有关，温度越高，分子运动越激烈．
2．分子永不停息地做无规则运动
(1)扩散现象
①定义：________物质能够彼此进入对方的现象；
②实质：扩散现象并不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果，而是由分子的无规则运动产生的物质迁移现象，温度________，扩散现象越明显．
(2)布朗运动
①定义：悬浮在液体中的________的永不停息的无规则运动；
②实质：布朗运动反映了________的无规则运动；
③特点：
a．永不停息、________运动．
b．颗粒越小，运动越________．
c．温度越高，运动越________．
(3)热运动：分子永不停息的____________叫作热运动．分子的无规则运动和温度有关，温度越高，分子无规则运动________．
3．分子间的相互作用力
(1)分子间同时存在相互作用的________和________．实际表现出的分子力是________和________的合力．
(2)引力和斥力都随分子间距离的减小而________；随分子间距离的增大而__________；斥力比引力变化快．
(3)分子力F与分子间距离r的关系(r0的数量级为10－10 m)．
距离
分子力F
F ? r图象
r＝r0
F引____F斥
F＝0
rF引____F斥
F为斥力
r>r0
F引____F斥
F为引力
r>10r0
F引＝F斥＝0
F＝0
知识点二　温度、内能
1．温度：两个系统处于________时，它们必定具有某个共同的热学性质，把表征这一“共同热学性质”的物理量叫作温度．一切达到热平衡状态的系统都具有相同的温度．温度标志物体内部大量分子做无规则运动的________．
2．摄氏温标和热力学温标
单位
规定
关系
摄氏温标(t)
℃
在标准大气压下，冰的熔点是______，水的______是100 ℃
T＝t＋273.15 K
ΔT＝Δt
热力学温标(T)
K
零下________即为0 K
3.分子的动能
(1)分子动能是分子________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，温度是分子热运动的________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：
①微观上——决定于分子间距离和分子排列情况；取r→∞处为零势能处，分子势能Ep与分子间距离r的关系如图所示，当r＝r0时分子势能最小．
②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动能与分子势能的总和，是状态量．对于给定的物体，其内能大小由物体的____________决定．
(2)改变物体内能有两种方式：________________.
思考辨析
(1)布朗运动是液体分子的无规则运动．(　　)
(2)温度越高，则布朗运动越激烈．(　　)
(3)分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而增大．(　　)
(4)分子动能指的是由于分子定向移动具有的能．(　　)
(5)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．(　　)
(6)内能相同时，物体的分子平均动能一定相同．(　　)
(7)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．(　　)
(8)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．(　　)
(9)1 g 100 ℃水的内能小于1 g 100℃水蒸气的内能．(　　)
教材改编
[人教版选修3－3·P7·T2改编](多选)以下关于布朗运动的说法错误的是(　　)
A．布朗运动就是分子的无规则运动
B．布朗运动证明，组成固体小颗粒的分子在做无规则运动
C．一锅水中撒一点胡椒粉，加热时发现水中的胡椒粉在翻滚，这说明温度越高布朗运动越激烈
D．在显微镜下可以观察到煤油中小粒灰尘的布朗运动，这说明煤油分子在做无规则运动
E．扩散现象和布朗运动都证明分子在做永不停息的无规则运动
考点一　阿伏加德罗常数的应用
自主演练
1．宏观量与微观量的关系
(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＝MNA＝ρVmNA.
②分子的体积：V0＝VmNA＝MρNA.
③物体所含的分子数：N＝VVm·NA＝mρVm·NA或N＝mM·NA＝ρVM·NA.
2．两种模型
(1)球体分子模型直径为d＝36V0π
(2)立方体分子模型边长为d＝.3V0
[多维练透]
1．[2020·武汉模拟](多选)若以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，M表示水的摩尔质量，M0表示一个水分子的质量；V0表示一个水分子的体积，NA表示阿伏加德罗常数，则下列关系式中正确的是(　　)
A．V＝Mρ B．V0＝VNA C．M0＝MNA D．ρ＝MNAV0 E．NA＝ρVM0
2．(多选)已知铜的摩尔质量为M kg/mol，铜的密度为ρ kg/m3，阿伏加德罗常数为NA mol－1.下列判断正确的是(　　)
A．1 kg铜所含的原子数为NAM
B．1 m3铜所含的原子数为MNAρ
C．1个铜原子的质量为MNA kg
D．1个铜原子的体积为MρNA m3
E．1个铜原子的体积为Mρ
3．已知地球大气层的厚度h远小于地球半径R，空气平均摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，地面大气压强为p0，重力加速度大小为g，则可估算(　　)
A．地球大气层空气分子总数
B．地球大气层空气分子总数
C．空气分子之间的平均距离
D．空气分子之间的平均距离a＝
考点二　布朗运动与分子热运动
自主演练
1．理解布朗运动的“三个什么”．
(1)是什么？
布朗运动是悬浮的固体微粒的无规则运动，不是固体微粒分子的运动，也不是液体分子的运动．
(2)为什么？
布朗运动是由于液体分子从各个方向对悬浮微粒撞击作用的不平衡引起的，微粒越小，温度越高，布朗运动越剧烈．
(3)说明什么？
布朗运动说明液体分子做无规则运动．
2．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，能通过光学显微镜直接观察到
是分子的运动，分子不论大小都做热运动，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
布朗运动是固体小颗粒受到周围做热运动的分子撞击作用不平衡而引起的，它是分子做无规则运动的反映
[多维练透]
4．(多选)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．扩散现象是由物质分子无规则运动产生的
D．扩散现象在气体、液体和固体中都能发生
E．液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的
5．(多选)关于布朗运动，下列说法正确的是(　　)
A．布朗运动是液体中悬浮微粒的无规则运动
B．液体温度越高，液体中悬浮微粒的布朗运动越剧烈
C．在液体中的悬浮颗粒只要大于某一尺寸，都会发生布朗运动
D．液体中悬浮微粒的布朗运动是液体分子永不停息地做无规则运动
E．液体中悬浮微粒的布朗运动是液体分子对它的撞击作用不平衡所引起的
6.[2021·山西五市联考](多选)小张在显微镜下观察水中悬浮的细微粉笔末的运动．从A点开始，他把粉笔末每隔20 s的位置记录在坐标纸上，依次得到B、C、D、…、J点，把这些点连线形成如图所示折线图，则关于该粉笔末的运动，下列说法正确的是(　　)
A．该折线图是粉笔末的运动轨迹
B．粉笔末的无规则运动反映了水分子的无规则运动
C．经过B点后10 s，粉笔末应该在BC的中点处
D．粉笔末由B到C的平均速度小于C到D的平均速度
E．若改变水的温度，再记录一张图，则仅从图上不能确定记录哪一张图时的温度高
考点三　分子动能、分子势能和内能
师生共研
题型1|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
图象
随分子间距离的变化情况
rF随r增大而减小，表现为斥力
r增大，F做正功，Ep减小
r>r0
r增大，F先增大后减小，表现为引力
r增大，F做负功，Ep增大
r＝r0
F引＝F斥，F＝0
Ep最小，但不为零
r>10r0
引力和斥力都很微弱，F＝0
Ep＝0
例1 (多选)将一个分子P固定在O点，另一分子Q放在图中的A点，两分子之间的作用力与其间距的关系图线如图所示，虚线1表示分子间相互作用的斥力，虚线2表示分子间相互作用的引力，实线3表示分子间相互作用的合力．如果将分子Q从A点无初速度释放，分子Q仅在分子力的作用下始终沿水平方向向左运动．则下列说法正确的是(　　)
A．分子Q由A点运动到C点的过程中，先加速再减速
B．分子Q在C点的分子势能最小
C．分子Q在C点的加速度大小为零
D．分子Q由A点释放后运动到C点左侧的过程中，加速度先增大后减小再增大
E．该图能表示固、液、气三种状态下分子力的变化规律
题型2|物体的内能
1．分析物体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)内能的大小与温度、体积、分子数和物态等因素有关．
(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．
2．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的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
例2 [2021·陕西省宝鸡市质检](多选)关于物体的内能，下列说法正确的是(　　)
A．相同质量的两种物质，升高相同的温度，内能的增加量一定相同
B．物体的内能改变时温度不一定改变
C．内能与物体的温度有关，所以0 ℃的物体内能为零
D．分子数和温度相同的物体不一定具有相同的内能
E．内能小的物体也可能将热量传递给内能大的物体
练1　[2021·惠州模拟](多选)下列说法中正确的是(　　)
A．物体自由下落时速度增大，所以物体内能也增大
B．物体的机械能为零时内能也为零
C．物体的体积减小温度不变时，物体内能不一定减小
D．质量、温度、体积都相等的物体的内能不一定相等
E．温度和质量都相同的氢气和氧气内能不相等
练2　(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
练3　 [2020·许昌模拟](多选)两个相邻的分子之间同时存在着引力和斥力，它们随分子之间距离r的变化关系如图所示．图中虚线是分子斥力和分子引力曲线，实线是分子合力曲线．当分子间距为r＝r0时，分子之间合力为零，则下列关于该两分子组成系统的分子势能Ep与两分子间距离r的关系曲线，可能正确的是(　　)
考点四　实验：用油膜法估测分子的大小　
【实验目的】
学会用油膜法估测分子大小的方法
【实验原理】
将一定体积的油酸滴在水面上，形成可认为单分子的油膜，测出其面积，则可求出油膜厚度，该厚度可看作油酸分子的直径
【实验器材】
盛水浅盘、注射器或胶头滴管、试剂瓶、坐标纸、玻璃板、痱子粉、油酸酒精溶液、量筒、彩笔
【实验步骤】
1在浅盘中盛入适量的水约2 cm深，使水处于稳定状态
2用注射器或胶头滴管取事先配好的油酸酒精溶液，逐滴滴入量筒，记下量筒中滴入1 mL溶液所需加入溶液的滴数
3将痱子粉均匀地撒在水面上
4用注射器或胶头滴管靠近水面将一滴油酸酒精溶液滴在水面上
5待油酸膜的面积稳定后，把玻璃板放在浅盘上，用笔描绘出油酸膜的形状)
【数据处理】
1将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积
2根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V，然后根据纯油酸的体积V和薄膜的面积S，算出油酸薄膜的厚度d＝VS即为油酸分子的直径.比较算出的分子直径，看其数量级是否为10－10 m
●注意事项
1．干净：实验用具要擦洗干净．
2．适量：痱子粉和油酸的用量都不可太大，否则不易成功．
3．适宜：油酸酒精溶液的浓度以小于0.1%为宜．
4．水平、垂直：浅盘要水平放置，以便准确地画出薄膜的形状，画线时视线应与板面垂直．
5．稳定：要待油膜形状稳定后再画轮廓．
6．数格数：数出正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个．
●误差分析
1．纯油酸体积的计算引起误差；
2．油膜形状的画线误差；
3．数格子法本身是一种估算的方法，自然会带来误差.
例3[2019·全国卷Ⅲ，33(1)]用油膜法估算分子大小的实验中，首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积，可以
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
为得到油酸分子的直径，还需测量的物理量是________．
练4　在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：
①往边长约为40 cm的浅盘里倒入约2 cm深的水．待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上．
②用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定．
③将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小．
④用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积．
⑤将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上．
完成下列填空：
(1)上述步骤中，正确的顺序是________．(填写步骤前面的数字)
(2)将1 cm3的油酸溶于酒精，制成300 cm3的油酸酒精溶液；测得1 cm3的油酸酒精溶液有50滴．现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜的面积是0.13 m2.由此估算出油酸分子的直径为________ m．(结果保留一位有效数字)
练5　在“用油膜法估测分子大小”的实验中，现有油酸和酒精按体积比为nm配制好的油酸酒精溶液置于容器中，还有一个盛有约2 cm深水的浅盘，一支滴管，一个量筒．
请补充下述实验步骤：
(1)________________________________________________________________________．
(需测量的物理量用字母表示)
(2)用滴管将一滴油酸酒精溶液滴入浅盘，等油酸薄膜稳定后，将薄膜轮廓描绘在坐标纸上，如图所示，则油膜面积为______(已知坐标纸上每个小方格面积为S，求油膜面积时，半个以上方格面积记为S，不足半个舍去)．
(3)估算油酸分子直径的表达式为d＝________.
第1讲　分子动理论　内能
基础落实
知识点一
1．(1)①10－10　(2)①6.02×1023
(3)①无规则
2．(1)①不同　②越高　(2)①小颗粒　②液体分子　③无规则　明显　激烈　(3)无规则运动　越剧烈
3．(1)引力　斥力　引力　斥力　(2)增大　减小　(3)＝　<　>
知识点二
1．热平衡　剧烈程度
2．0 ℃　沸点　273.15 ℃
3．(1)热运动　(2)平均动能　(3)总和
4．(1)相对位置　(2)②体积
5．(1)温度和体积　(2)做功和热传递
思考辨析
(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×　(7)×　(8)×　(9)√
教材改编
答案：ABC
考点突破
1．解析：将水蒸气看作立方体模型，则V＝Mρ，选项A正确；但由于水蒸气分子间距远大于分子直径，则V0?VNA，选项B错误；1 mol水蒸气的质量等于水分子的质量与阿伏加德罗常数NA的乘积，选项C正确；由于摩尔体积V远大于NA·V0，则ρ＝MV答案：ACE
2．解析：因为铜的摩尔质量为M kg/mol，所以1 kg铜所含的原子数为NAM，选项A正确；铜的密度为ρ kg/m3，1 m3铜的质量为ρ，1 m3铜所含有的原子数为ρMNA，选项B错误；1摩尔铜原子的质量为M，则1个铜原子的质量为MNA kg，选项C正确；可将铜原子看作球体模型，1摩尔铜原子的体积为V＝Mρ，因此1个铜原子的体积为MρNAm3，选项D正确，E错误．
答案：ACD
3．解析：A项，设大气层中气体的质量为m，由大气重力产生的压强为p0，则有mg＝p0S，即：m＝p0Sg又S＝4πR2，则分子总数n＝mMNA＝p0·4πR2NAMg，故A、B两项错误．C项，假设每个分子占据一个小立方体，各小立方体紧密排列，则小立方体边长即为空气分子平均间距，设为a，大气层中气体总体积为V，则a＝3Vn，又V＝4πR2h，解得a＝3Mghp0NA，故D项正确，C项错误．
答案：D
4．解析：扩散现象是分子无规则热运动的反映，C正确、E错误；温度越高，分子热运动越激烈，扩散越快，A正确；气体、液体、固体的分子都在不停地进行着热运动，扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，D正确；在扩散现象中，分子本身结构没有发生变化，不属于化学变化，B错误．
答案：ACD
5．解析：布朗运动是液体中悬浮微粒的无规则运动，故A正确；液体温度越高，分子热运动越激烈，液体中悬浮微粒的布朗运动越剧烈，故B正确；悬浮颗粒越大，惯性越大，碰撞时受到冲力越平衡，所以大颗粒不做布朗运动，故C错误；布朗运动是悬浮在液体中颗粒的无规则运动，不是液体分子的无规则运动，故D错误；布朗运动是由液体分子从各个方向对悬浮颗粒撞击作用的不平衡引起的，故E正确．故选A、B、E.
答案：ABE
6．解析：折线图是每隔20 s记录的粉笔末的位置的连线图，并非粉笔末的运动轨迹，A项错误；粉笔末的无规则运动反映了水分子的无规则运动，B项正确；由于布朗运动的无规则性，我们不能确定经过B点后10 s时粉笔末的具体位置，C项错误；由v＝xt，因为xBC答案：BDE
例1　解析：C点为斥力和引力相等的位置，C点的右侧分子间作用力的合力表现为引力，C点的左侧分子间作用力的合力表现为斥力，因此分子Q由A点运动到C点的过程中，分子Q一直做加速运动，分子的动能一直增大，分子势能一直减小，当分子Q运动到C点左侧时，分子Q做减速运动，分子动能减小，分子势能增大，即分子Q在C点的分子势能最小，选项A错误，B正确；C点为分子引力等于分子斥力的位置，即分子间作用力的合力为零，则分子Q在C点的加速度大小为零，选项C正确；分子Q由A点释放后运动到C点左侧的过程中，由题图可知分子间作用力的合力先增大后减小再增大，则由牛顿第二定律可知加速度先增大后减小再增大，选项D正确；气体分子间距较大，分子间作用力很弱，不能用此图表示气体分子间作用力的变化规律，选项E错误．
答案：BCD
例2　解析：相同质量的同种物质，升高相同的温度，吸收的热量相同，相同质量的不同种物质，升高相同的温度，吸收的热量不同，故A错误；物体内能改变时温度不一定改变，比如零摄氏度的冰融化为零摄氏度的水，内能增加，故B正确；分子在永不停息地做无规则运动，可知任何物体在任何状态下都有内能，故C错误；物体的内能与分子数、物体的温度和体积三个因素有关，分子数和温度相同的物体不一定有相同的内能，故D正确；发生热传递的条件是存在温度差，与内能的大小无关，所以内能小的物体也可能将热量传递给内能大的物体，故E正确．
答案：BDE
练1　解析：物体的机械能和内能是两个完全不同的概念，物体的动能由物体的宏观速率决定，而物体内分子的动能由分子热运动的速率决定．分子动能不可能为零(温度不可能达到绝对零度)，而物体的动能可能为零，所以A、B不正确；物体体积减小时，分子间距离减小，但分子势能可能增加，所以C正确；质量、温度、体积都相等的物体，如果是由不同物质组成，分子数不一定相同，因此，物体内能不一定相等，选项D正确；温度和质量都相同的氢气和氧气具有相同的分子平均动能，但由于分子数不相等，分子总动能不相等，分子势能也不相等，故其内能不相等，选项E正确．
答案：CDE
练2　解析：两相距较远的分子在靠近的过程中，分子力先表现为引力且先增大后减小，到平衡位置时，分子力为零，之后分子力表现为斥力且越来越大，A选项错误；分子力先做正功后做负功，B选项正确；分子势能先减小后增大，动能先增大后减小，C选项正确，D选项错误；只有分子力做功，分子势能和分子动能相互转化，总和不变，E选项正确．
答案：BCE
练3　解析：由于r＝r0时，分子之间的作用力为零，当r>r0时，分子间的作用力为引力，随着分子间距离的增大，分子力做负功，分子势能增加，当r答案：BCE
例3　解析：本题考查了用油膜法估算分子大小的实验内容，突出了实验的操作、分析、探究能力的考查，体现了核心素养中科学探究、科学态度要素，体现了劳动实践、科学探索的价值观．
用油膜法估算分子大小，是用油膜厚度代表油酸分子的直径，所以要使油酸分子在水面上形成单分子层油膜；因为一滴溶液的体积很小，不能准确测量，故需测量较多滴的油酸酒精溶液的总体积，再除以滴数得到一滴溶液的体积，进而得到一滴溶液中纯油酸的体积；因为本题中油酸体积等于厚度乘面积，故测厚度不仅需要测量一滴溶液的体积，还需要测量单分子层油膜的面积．
答案：使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜　把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中，测出1 mL油酸酒精溶液的滴数，得到一滴溶液中纯油酸的体积　单分子层油膜的面积
练4　解析：
(1)依据实验顺序，先配制混合溶液(④)，然后在浅盘中放水和痱子粉(①)，将一滴溶液滴入浅盘中(②)，将玻璃板放在浅盘上获取油膜形状(⑤)，最后用已知边长的坐标纸上的油膜形状来计算油膜的总面积(③)．故正确的操作顺序为④①②⑤③.
(2)一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为V＝1 cm350×1300＝6.7×10－5 cm3，故油酸分子直径d＝VS＝6.7×10-5 cm30.13 m2＝6.7×10-11 m30.13 m2≈5×10－10 m.
答案：(1)④①②⑤③　(2)5×10－10
练5　解析：(1)用滴管向量筒内加注N滴油酸酒精溶液，读出其体积V.
(2)1滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积为V′＝VN·nm+n，油膜面积S′＝115S.
(3)由d＝V'S'，得d＝nV115NSm+n.
答案：(1)用滴管向量筒内加注N滴油酸酒精溶液，读出其体积V　(2)115S
(3)nV115NSm+n