第14章 第1讲 分子动理论 内能(Word教参)-【状元桥】2026高考物理一轮总复习（湖北专版）

学习要求与学科素养 考情预测 1．实验：通过实验，估测油酸分子的大小．了解分子动理论的基本观点及相关的实验证据．(科学探究) 2．通过实验，了解扩散现象．观察并能解释布朗运动．了解分子运动速率分布的统计规律，知道分子运动速率分布图像的物理意义．(物理观念) 3．了解固体的微观结构．知道晶体和非晶体的特点．能列举生活中的晶体和非晶体．通过实例，了解液晶的主要性质及其在显示技术中的应用．观察液体的表面张力现象．了解表面张力产生的原因．知道毛细现象．(物理观念) 4．通过实验，了解气体实验定律．知道理想气体模型．能用分子动理论和统计观点解释气体压强和气体实验定律．(科学思维) 5．知道热力学第一定律．理解能量守恒定律，能用能量守恒的观点解释自然现象．通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律．(科学态度与责任) 本章常见的题型有①对分子动理论的理解；②对固体和液体性质的理解；③对气体实验定律及热力学图像的理解；④对热力学定律的理解；⑤气体实验定律与热力学定律的综合应用. 第1讲　分子动理论　内能 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：数量级为　10－10　 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＝　6.02×1023　 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． 2．分子永不停息地做无规则运动 (1)扩散现象 ①定义：　不同种　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，温度　越高　，扩散得越快． (2)布朗运动 ①定义：悬浮在液体中的　小颗粒　的无规则运动． ②实质：布朗运动反映了　液体分子　的无规则运动． ③特点：颗粒越__小__，运动越明显；温度越__高__，运动越激烈． (3)热运动 ①分子的永不停息的__无规则__运动叫作热运动． ②特点：分子的无规则运动和温度有关，温度越高，分子运动越剧烈． 3．分子间同时存在引力和斥力 (1)物质分子间存在空隙，分子间的引力和斥力是__同时__存在的，实际表现出的分子间作用力是引力和斥力的__合力__. (2)分子间作用力随分子间距离变化的关系：分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而__减小__，随分子间距离的减小而__增大__，但斥力比引力变化得__快__. (3)分子间作用力与分子间距离的关系图线(如图所示) 由分子间的作用力与分子间距离的关系图线可知： ①当r＝r0时，F引＝F斥，分子间作用力为__0__. ②当r＞r0时，F引＞F斥，分子间作用力表现为__引力__. ③当r＜r0时，F引＜F斥，分子间作用力表现为__斥力__. ④当分子间距离大于10r0(约为10－9 m)时，分子间作用力很弱，可以忽略不计． 温度和内能 1．温度 一切达到热平衡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＋273.15 K. 3．分子的动能 (1)分子动能是__分子热运动__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动能的平均值，__温度__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__总和__. 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__相对位置__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； ②宏观上：决定于__体积__和状态． 5．物体的内能 (1)定义：物体中所有分子的热运动__动能__和__分子势能__的总和． (2)决定因素：对于给定的物体，其内能大小由物体的__温度__和__体积__决定，即由物体内部状态决定． (3)影响因素：物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小__无关__. (4)改变物体内能的两种方式：__做功__和__传热__. 1．判断下列说法的正误． (1)布朗运动是液体分子的无规则运动．(　×　) (2)扫地时，在阳光照射下，看到尘埃飞舞，这是尘埃在做布朗运动．(　×　) (3)分子动能指的是由于分子定向移动具有的能．(　×　) (4)温度相同的不同物体，它们的分子平均动能一定相同．　(　√　) 2．(多选)下列关于分子间相互作用力的说法正确的是(　CD　) A．当分子间的距离r＝r0时，分子间作用力为零，说明此时分子间既不存在引力，也不存在斥力 B．分子间作用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，故分子间作用力表现为引力 C．当分子间的距离r＜r0时，随着距离的减小，分子间的引力和斥力都增大，但斥力比引力增大得快，故分子间作用力表现为斥力 D．当分子间的距离r＝10－9 m时，分子间的作用力可以忽略不计 3．(多选)关于分子动理论和物体的内能，下列说法正确的是(　BD　) A．某种物体的温度为0 ℃，说明该物体中分子的平均动能为零 B．物体的温度升高时，分子的平均动能一定增大，但内能不一定增大 C．当分子间的距离增大时，分子间的引力和斥力都减小，但斥力减小得更快，所以分子间作用力总表现为引力 D．10 g 100 ℃的水的内能小于10 g 100 ℃的水蒸气的内能 命题点一　微观量估算的“两种建模方法”(自主学习) 1．求解分子直径时的两种模型(对于固体和液体) (1)把分子看成球形，d＝. (2)把分子看成小立方体，d＝. 提醒：对于气体，利用d＝算出的不是分子直径，而是气体分子间的平均距离． 2．宏观量与微观量的相互关系 (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Vmol、物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ. (3)相互关系 ①一个分子的质量：m0＝＝. ②一个分子的体积：V0＝＝(注：对于气体，V0为分子所占空间体积)． ③物体所含的分子数：N＝·NA＝·NA或N＝·NA＝·NA． 水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3、摩尔质量M＝1.8×10－2 kg/mol，阿伏加德罗常数为NA＝6.02×1023 mol－1，一滴露水的体积大约是9.0×10－8 cm3，它含有__3.0×1015__个水分子，如果一只极小的虫子来喝水，每分钟喝进9.0×107个水分子时，喝进水的质量是__2.7×10－18__kg.(结果保留两位有效数字) 某一体积为V的密封容器，充入密度为ρ、摩尔质量为M的理想气体，阿伏加德罗常数为NA．则该容器中气体分子的总个数N＝　　.现将这部分气体压缩成液体，体积变为V0，此时分子中心间的平均距离d＝　　.(将液体分子视为立方体模型) (多选)某气体的摩尔质量为M，摩尔体积为Vmol，密度为ρ，每个分子的质量和体积分别为m和V0，则下列阿伏加德罗常数NA的表达式正确的是(　AC　) A．NA＝ B．NA＝ C．NA＝ D．NA＝ 命题点二　布朗运动与分子热运动(自主学习) 1．布朗运动 (1)研究对象：悬浮在液体中的小颗粒． (2)运动特点：无规则、永不停息． (3)相关因素：颗粒大小、温度． (4)物理意义：说明液体分子做永不停息的无规则的热运动． 2．扩散现象：相互接触的物体分子彼此进入对方的现象． 产生原因：分子永不停息地做无规则运动． 3．扩散现象、布朗运动与热运动的比较 现象 扩散现象 布朗运动 热运动 活动主体 分子 微小固体颗粒 分子 区别 分子的运动，发生在固体、液体、气体任何两种物质之间 比分子大得多的微粒的运动 分子的运动，不能通过光学显微镜直接观察到 共同点 ①都是无规则运动； ②都随温度的升高而更加剧烈 联系 扩散现象、布朗运动都反映分子做无规则的热运动 某同学在显微镜下观察水中悬浮的花粉微粒的运动．他把小微粒每隔一定时间的位置记录在坐标纸上，如图所示．则该图反映了(　C　) A．液体分子的运动轨迹 B．花粉微粒的运动轨迹 C．每隔一定时间花粉微粒的位置 D．每隔一定时间液体分子的位置 下列现象中，主要是由分子热运动引起的是(　C　) A．菜籽油滴入水中后会漂浮在水面 B．含有泥沙的浑水经过一段时间会变清 C．密闭容器内悬浮在水中的花粉颗粒移动 D．荷叶上水珠成球形 (多选)在没有外界影响的情况下，密闭容器内的理想气体静置足够长的时间后，该气体(　CD　) A．分子的无规则运动停息下来 B．每个分子的速度大小均相等 C．分子的平均动能保持不变 D．分子的密集程度保持不变 命题点三　分子间作用力和内能(师生共研) 1．分子间作用力、分子势能与分子间距离的关系 如图所示(取无穷远处分子势能Ep＝0)． ①当r＞r0时，分子间作用力表现为引力，当r增大时，分子间作用力做负功，分子势能增加． ②当r＜r0时，分子间作用力表现为斥力，当r减小时，分子间作用力做负功，分子势能增加． ③当r＝r0时，分子势能最小． 2．内能和机械能的区别 能量 内能 机械能 定义 物体内所有分子的动能和势能的总和 物体的动能及重力势能和弹性势能的总和 决定因素 由物体内部分子微观运动状态决定，与物体整体运动情况无关 与物体宏观运动状态、参考系和零势能面的选取有关，和物体内部分子运动情况无关 量值 任何物体都具有内能，恒不为零 可以为零 测量 无法测量，其变化量可由做功和传热来度量 可以测量 转化 在一定条件下可相互转化 下列关于分子力和分子势能的说法正确的是(　C　) A．分子间距离大于r0时，分子间表现为斥力 B．分子从无限远靠近到距离r0处过程中分子势能变大 C．分子势能在r0处最小 D．分子间距离小于r0且减小时，分子势能在减小 由于水的表面张力，荷叶上的小水滴总是球形的．在小水滴表面层中，水分子之间的相互作用总体上表现为__引力__(选填“引力”或“斥力”)．分子势能Ep和分子间距离r的关系图像如图所示，能总体上反映小水滴表面层中水分子势能Ep的是图中__C__(选填“A”“B”或“C”)的位置． (多选)关于分子动理论，下列说法正确的是(　BC　) A．若已知气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，可求出一个气体分子的体积 B．气体温度升高时，速率较大的分子占总分子数的比例升高 C．布朗运动不是分子运动，但它能间接反映液体分子在做无规则的运动 D．分子间的引力总是随分子间距离增大而增大 命题点四　实验：用油膜法估测油酸分子的大小(自主学习) 1．实验原理 实验采用使油酸在水面上形成一层单分子油膜的方法估测油酸分子的大小．当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸酒精溶液就在水面上散开，其中的酒精溶于水，并很快挥发，在水面上形成如图甲所示形状的一层纯油酸薄膜．如果算出一定体积的油酸酒精溶液在水面上形成的单分子油膜的面积，即可算出油酸分子的大小．用V表示一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积，用S表示单分子油膜的面积，用d表示分子的直径，如图乙所示，则d＝. 2．实验器材 盛水浅盘、注射器(或滴管)、容量瓶、带坐标方格的玻璃板、爽身粉(或细石膏粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩笔． 3．实验步骤 (1)用稀酒精溶液及清水清洗浅盘，充分洗去油污、粉尘，以免给实验带来误差． (2)配制油酸酒精溶液，取纯油酸1 mL，注入500 mL的容量瓶中，然后向容量瓶内注入酒精，直到液面达到500 mL刻度线为止，摇动容量瓶，使油酸充分溶解在酒精中，这样就得到了500 mL含1 mL纯油酸的油酸酒精溶液． (3)用注射器(或滴管)将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，并记下量筒内增加一定体积Vn时的滴数n. (4)根据V0＝算出每滴油酸酒精溶液的体积V0. (5)向浅盘里倒入约2 cm深的水，并将爽身粉(或细石膏粉)均匀地撒在水面上． (6)用注射器(或滴管)将一滴油酸酒精溶液滴在水面上． (7)待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，并将油酸膜的形状用彩笔画在玻璃板上． (8)根据画有油酸薄膜轮廓的玻璃板上的坐标方格，算出油酸薄膜的面积S(求面积时以玻璃板上边长为1 cm的正方形为单位计算轮廓内正方形的个数，不足半个的舍去，多于半个的算一个)． (9)根据油酸酒精溶液的配制比例，算出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V，并代入公式d＝算出油酸薄膜的厚度d. (10)重复以上实验步骤，多测几次油酸薄膜的厚度，并求平均值，即为油酸分子直径的大小． 用油膜法估测油酸分子直径是一种通过测量宏观量来测量微观量的方法，已知1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V，在水面上形成的单分子油膜面积为S，则油酸分子的直径d＝　　. 在做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验时，在每200 mL油酸酒精溶液中有纯油酸1 mL，实验中利用注射器测出200滴该溶液的体积为1 mL，已知1滴该溶液滴入浅水盘中最终形成的油膜面积为175 cm2，则油酸分子的直径大小约为__1.43×10－9__m(保留三位有效数字)．在该实验中，液体表面的张力使液滴从针头滴落时呈现球状，则液体表层分子间作用力表现为__引力__(选填“引力”或“斥力”)，分子间距离__大于__(选填“大于”“等于”或“小于”)液体内分子的平衡距离． 在“油膜法估测分子直径”的实验中，某老师为本实验配制油酸酒精溶液，实验室配备的器材：面积为0.25 m2的蒸发皿，滴管，量筒(60滴溶液滴入量筒体积约为1毫升)，纯油酸和无水酒精若干等．已知分子直径数量级为10－10 m，求该老师配制的油酸酒精溶液浓度(油酸与油酸酒精溶液的体积比)至多为多少？ 答案　1.5×10－3　 学科网（北京）股份有限公司 $$