第15章 热学-第1节 分子动理论 内能 实验_用油膜法估测油膜分子的大小 课件—2027届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦热学模块核心考点，涵盖分子动理论和内能、热力学定律、气体实验定律等高频内容。依据三年考情分析命题趋势，如热力学第一定律与气体综合考查频率高，玻意耳定律占比突出，归纳微观量估算、分子势能分析等常考题型，对接高考评价体系。 课件亮点在于高考真题驱动与核心素养培养，以2025山东卷分子势能题为例，通过分子间作用力模型建构和科学推理突破考点，结合油膜法实验数据处理培养科学探究能力。帮助学生掌握微观量估算“球体/立方体模型”等解题技巧，教师可据此实施精准复习教学，提升备考效率。

考点 三年考情 命题趋势 分子动理论和内能 2025黑吉辽蒙卷；2025山东卷；2025江苏卷； 2024河北卷； 2023海南卷；2023全国新课标卷； 1.分子动理论和内能考查重点主要有:分子力和分子势能；阿伏伽德罗常数，布朗运动，分子动能，温度和内能等。 1 续表 考点 三年考情 命题趋势 热力学定律 2025福建卷；2025山东卷；2025北京卷；2025江苏卷；2025河北卷；2025浙江1月卷； 2024山东卷；2024浙江1月卷；2024湖北卷；2024重庆卷；2024河北卷； 2023福建卷；2023天津卷；2023广东卷；2023浙江6月卷； 2.热学第一定律可以与气体综合，考查频率高；可以以实际情景命题，也可以以气体图像作为解题信息命题，难度中等。 3.热力学第二定律一般作为定性分析，题目变化不多，考查频率不高，难度不大。 2 续表 考点 三年考情 命题趋势 气体实验定律 2025湖南卷；2025河南卷；2025云南卷；2025海南卷； 2024湖南卷；2024海南卷；2024江苏卷；2024广东卷；2024甘肃卷；2024山东卷；2024全国甲卷； 2023湖北卷；2023全国乙卷；2023全国乙卷； 1.气体实验定律是考查频率较高的知识点，命题一般设置情景。气体实验定律中玻意耳定律考查频率高于查理定律和盖−吕萨克定律。 3 续表 考点 三年考情 命题趋势 热学图像问题 2025甘肃卷；2025陕晋青宁卷； 2024江西卷；2024海南卷；2024山东卷；2024全国卷； 2023河北卷；2023广东卷；2023重庆卷；2023上海卷；2023辽宁卷； 2.理想气体状态方程考查一般与气体图像结合，与热力学第一定律结合考查有增加的趋势。 4 续表 考点 三年考情 命题趋势 热学实验 2023江苏卷；2023山东卷；2023北京卷； 热学实验包括用油膜法估测油酸分子直径和探究等温条件下气体压强与体积的关系。 5 第15章 热学 第1节 分子动理论 内能 实验：用油膜法估测油膜分子的大小 6 考点一 微观量的估算 考点二 布朗运动与分子热运动 考点三 分子间作用力、分子势能和内能 考点四 实验：用油膜法估测油膜分子的大小 7 考点一 微观量的估算 8 1.分子的大小 （1）分子的直径（视为球模型）：数量级为_______ ； （2）分子的质量：数量级为 。 2.阿伏伽德罗常数 （1）的任何物质都含有相同的粒子数。通常可取____________ ； （2）阿伏伽德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁。 9 3.微观量与宏观量 （1）微观量：分子质量<m></m>、分子体积<m></m>、分子直径<m></m>等。 （2）宏观量：物体的质量<m></m>、摩尔质量<m></m>、物体的密度<m></m> 、物体的体积<m></m>、摩尔体积 <m></m>等。 4.分子的两种模型 （1）球模型：<m></m>，得直径<m></m>（常用于固体和液体）。 （2）立方体模型：<m></m>，得边长<m></m>（常用于气体）。 10 5.几个重要关系 （1）一个分子的质量：<m></m>。 （2）一个分子的体积：<m></m>（注意：对于气体，<m></m>表示一个气体分子占有的空 间）。 （3）<m></m>物体的体积：<m></m>。 11 【视角1】　微观量估算的球体模型 例1 (多选)钻石是首饰和高强度钻头、刻刀等工具中的主要材料，设钻石的密度为ρ(单位为kg/m3)，摩尔质量为M(单位为g/mol)，阿伏伽德罗常数为NA。已知1克拉 = 0.2克，则以下选项正确的是(　 　) A.a克拉钻石物质的量为 B.a克拉钻石所含有的分子数为 C.a克拉钻石所含有的分子数为 D.每个钻石分子直径的表达式为(单位为m) ACD 12 [解析] 物质的量为，而m = 0.2a，∴A对，分子数，B错，C对；每个分子质量πρ = ，∴D = ，D对。 13 【视角2】　微观量估算的立方体模型 例2 轿车中的安全气囊能有效保障驾乘人员的安全。轿车在发生一定强度的碰撞时，叠氮化钠(亦称“三氮化钠”，化学式NaN3)受撞击完全分解产生钠和氮气而充入气囊。若充入氮气后安全气囊的容积V = 56 L，气囊中氮气的密度ρ = 1.25 kg/m3，已知氮气的摩尔质量M = 28 g/mol，阿伏伽德罗常数NA = 6×1023 mol−1，请估算:(结果均保留两位有效数字) 14 （1）一个氮气分子的质量m； [解析] 一个氮气分子的质量m = 解得m≈4.7×10−26 kg。 （2）气囊中氮气分子的总个数N； [解析] 设气囊内氮气的物质的量为n，则有n = ， N = nNA，联立解得N = 1.5×1024。 15 （3）气囊中氮气分子间的平均距离r。 [解析] 气体分子间距较大，可以认为每个分子占据一个边长为r'的立方体，则有r'3 = 解得r'≈3.3×10−9 m 即气囊中氮气分子间的平均距离 r = r' = 3.3×10−9 m。 16 考点二 布朗运动与分子热运动 17 1.分子热运动 分子做永不停息的无规则运动。 2.扩散现象 （1）扩散现象是相互接触的不同物质彼此进入对方的现象。 （2）扩散现象就是分子的运动，发生在固体、液体、气体任何两种物质之间。 （3）温度______，扩散越快。 越高 18 3.布朗运动 （1）布朗运动是悬浮在液体（或气体）中的微粒的无规则运动。 （2）布朗运动______分子的运动，但它反映了液体（或气体）分子的无规则运动。 （3）微粒______，温度______，布朗运动越明显。 不是 越小 越高 19 4.归纳提升： 项目 扩散现象 布朗运动 热运动 活动主体 分子 固体微粒 分子 区别 是分子的运动，发生 在固体、液体、气体 任何两种物质之间 是比分子大得多的颗 粒的运动，只能在液 体、气体中发生 是分子的运动，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、布朗运动都反映了分子的热运动 20 【视角1】 扩散现象 例1 (多选)我们在实验室用酒精进行实验时，整个实验室很快就闻到了刺鼻的酒精气味，这是一种扩散现象。以下有关分析正确的是( ) BCD A.扩散现象只发生在气体、液体之间 B.扩散现象说明分子在永不停息地运动 C.温度越高时扩散现象越剧烈 D.扩散现象说明分子间存在着间隙 [解析] 气体、液体、固体之间都可以发生扩散现象，故A错误；扩散现象本身就是由分子永不停息地做无规则运动产生的，故B正确；物体的温度越高，分子的热运动就越剧烈，扩散就越快，故C正确；不同的物质在相互接触时可以彼此进入对方属于扩散现象，扩散现象说明分子间存在着间隙，故D正确。 21 【视角2】 布朗运动 例2 如图所示为液体中花粉颗粒做布朗运动的实验记录图像，下列说法正确的是( ) C A.布朗运动是指观察到的液体分子的热运动 B.图中连线表示该花粉颗粒做布朗运动的轨迹 C.用更小质量的花粉颗粒进行实验，布朗运动更明显 D.温度降低至0 ℃，分子的热运动将停止 22 [解析] 布朗运动是固体颗粒的无规则运动，反映了液体分子的热运动，故A错误；根据题意每隔一定时间把观察到的花粉颗粒的位置记录下来，然后用直线把这些位置依次连接成折线，则每段连线不是微粒的运动轨迹，故B错误；若使用更小质量的花粉颗粒进行实验，液体分子对颗粒的撞击作用效果明显，则布朗运动更明显，故C正确；分子做永不停息的无规则热运动，即使温度降低至0 ℃，分子的热运动也不会停止，故D错误。 23 【视角3】 热运动 例3 以下关于热运动的说法正确的是(　　) A.水流速度越大，水分子的热运动越剧烈 B.水凝结成冰后，水分子的热运动停止 C.水的温度越高，水分子的热运动越剧烈 D.水的温度升高，每一个水分子的运动速率都会增大 C [解析] 分子热运动与宏观运动无关，只与温度有关，故A错误；温度升高，分子热运动更剧烈，分子平均动能增大，并不是每一个分子的运动速率都会增大，故C正确，D错误；水凝结成冰后，水分子的热运动不会停止，故B错误。 24 考点三 分子间作用力、分子势能和内能 25 1.分子间的作用力 分子间同时存在引力和斥力，且都随分子间距离的增大而______，随分子间距离的减 小而______，但斥力变化得较快。 减小 增大 26 2.分子动能 （1）分子动能是____________所具有的动能。 （2）分子热运动的平均动能 ①所有分子动能的________。 ②______是分子热运动的平均动能的标志。 （3）温度 ①一切达到热平衡的系统都具有相同的______。 ②两种温标 摄氏温标和热力学温标。摄氏温度与热力学温度的关系： 。 分子热运动 平均值 温度 温度 27 3.分子势能 （1）分子势能的定义 由分子间的__________决定的能，在宏观上分子势能与物体______有关，在微观上与 分子间的______有关。 相对位置 体积 距离 28 （2）分子势能与分子间距离的关系 分子间的作用力、分子势能与分子间距离的关系图线如图所示 取无穷远处分子势能 。 ①当时，分子间的作用力表现为引力，当 增大时，分子间的作用力做负功，分 子势能增大。 ②当时，分子间的作用力表现为斥力，当 减小时，分子间的作用力做负功，分 子势能增大。 ③当 时，分子势能最小。 29 4.物体的内能 （1）内能：物体中所有分子的____________与__________的总和。 （2）决定因素：______、______和物质的量。 （3）物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小______。 热运动动能 分子势能 温度 体积 无关 30 （4）改变物体内能的两种方式：______和________。 （5）分析物体内能问题的五点提醒 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、物质的量和物态等因素有关。 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，分子的平均动能都相同。 ⑤内能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。任何物体都具 有内能，恒不为零。 做功 热传递 31 【视角1】 分子间作用力 例1 (多选)如图所示，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分子间距离关系图像如图。现乙分子从r1处以初速度v0向x轴正方向运动，则( ) BD A.乙分子从r1到r3一直加速 B.乙分子从r1到r3过程中，两分子间的作用力先增大后减小 C.乙分子从r1到r2过程中呈现引力，从r2到r3过程中呈现斥力 D.乙分子从r1到r3过程中，分子势能一直增大 32 [解析] r1处，两分子间的斥力和引力相等，合力为0，r1→r2→r3合力为引力，且r2处引力最大，B对，C错；r1→r2处，此力和速度方向相反，做减速运动，A错；r1→r3，引力做负功，分子势能增大，D对。 33 【视角2】 分子平均动能 例2 (2023·北京)夜间由于气温降低，汽车轮胎内的气体压强变低。与白天相比，夜间轮胎内的气体( ) A A.分子的平均动能更小 B.单位体积内分子的个数更少 C.所有分子的运动速率都更小 D.分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更大 [解析] 夜间气温低，分子的平均动能更小，但不是所有分子的运动速率都更小，故A正确、C错误；由于汽车轮胎内的气体压强变低，轮胎会略微被压瘪，则单位体积内分子的个数更多，分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更小，BD错误。 34 【视角3】 分子势能 例3 (2025·山东)分子间作用力F与分子间距离r的关系如图所示，若规定两个分子间距离r等于r0时分子势能Ep为零，则( ) A.只有r大于r0时，Ep为正 B.只有r小于r0时，Ep为正 C.当r不等于r0时，Ep为正 D.当r不等于r0时，Ep为负 C 35 [解析] 两个分子间距离r等于r0时分子势能为零，从r0处随着距离的增大，此时分子间作用力表现为引力，分子间作用力做负功，故分子势能增大；从r0处随着距离的减小，此时分子间作用力表现为斥力，分子间作用力也做负功，分子势能也增大；故可知当r不等于r0时，Ep为正。故选C。 36 【视角4】 内能 例4 (多选)关于物体的内能，以下说法正确的是( ) B A.一架飞机以某一速度在空中飞行，由于组成飞机的所有分子都具有这一速度，所以分子具有动能，又由于所有分子都在高处，所有分子具有势能，所以上述分子的动能与势能的总和就是物体的内能 B.当物体的机械能为零时，其内能一定不为零 C.温度是物体内能的标志 D.内能指某个分子的动能和势能之和 37 [解析] 飞机在高空飞行，具有动能和重力势能，即具有机械能，但飞机的内能与宏观的机械能无关，分子的动能和分子势能与宏观的动能和重力势能完全不同，故A错误；因为一切物体都有内能，所以物体的机械能为零时，内能一定不为零，故B正确；温度是分子平均动能的标志，不是物体内能的标志，故C错误；内能是物体内部所有分子无规则运动的动能和分子势能的和，故D错误。 38 考点四 实验：用油膜法估测油膜分子的大小 39 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，油酸就在水面上散开，其中的酒精 单分子 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 出一定体积的油酸在水面上形成的________油膜的面积，即可算出油酸分子的大 小。用表示一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积，用 表示单分子油膜的面积， 用表示油酸分子的直径，如图乙所示，则 。 40 2.实验器材 盛水浅盘、注射器（或滴管）、容量瓶、坐标纸、玻璃板、爽身粉、量筒、彩笔等。 3.实验过程 （1）配制油酸酒精溶液，取纯油酸<m></m>，注入<m></m>的容量瓶中，然后向容量瓶内 注入酒精，直到液面到达<m></m>刻度线为止。 （2）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<m></m>时的滴数<m></m>，算出每滴油酸酒精溶液的体积<m></m>。 （3）向浅盘里倒入约<m></m>深的水，并将爽身粉均匀地撒在水面上。 （4）用注射器（或滴管）将一滴油酸酒精溶液滴在水面上。 （5）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。 41 （6）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 （求面积时 以坐标纸上边长为 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）。 （7）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 ，并代 入公式，算出油酸薄膜的厚度 。 （8）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。 42 【视角1】　实验操作、数据处理与误差分析 例1 在“用油膜法估测分子的大小”的实验中，将1 mL的纯油酸配制成5000 mL的油酸酒精溶液，用注射器测得1 mL溶液为80滴，再滴入1滴这样的溶液到准备好的浅盘中，描出的油膜轮廓如图所示，油膜所占坐标纸的格数约为140格，每格边长是0.5 cm，根据以上信息，回答下列问题: （1）1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为　 　 　mL；  [解析] 一滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积V = × mL = 2.5×10−6 mL； 43 （2）油膜的面积为　　　cm2；  35 [解析] 由题图油膜可知，油膜所占坐标纸的格数约140个，油膜的面积为 S = 140×0.5×0.5 cm2 = 35 cm2； （3）油酸分子的直径约为　　　　　　m；(此小题保留一位有效数字)  [解析] 油酸分子的直径约为d = ≈7×10−10 m； （4）从油酸酒精溶液滴入浅盘到油膜稳定过程中，油膜的面积大小变化情况是 　　　　 　　；  先变大后变小 [解析] 从油酸酒精溶液滴入浅盘到油膜稳定过程中，由于酒精的挥发，油膜的面积大小变化情况是先变大后变小； 44 A (5)甲、乙、丙三位同学分别在三个实验小组做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验，但都发生了操作失误。其中会导致所测的分子直径d偏小的是　　　　　。  A.甲同学在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒少了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值大一些 B.乙同学在计算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个注射器把溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针管比原来的细，每滴油酸酒精溶液的体积比原来的小 C.丙同学在计算油膜面积时，把凡是不足一格的油膜都不计，导致计算的面积比实际面积小一些 45 [解析]甲同学在配制油酸酒精溶液时，不小心把酒精倒少了一点，导致油酸酒精溶液的实际浓度比计算值大了一些，算出的一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积比实际值小，由d = ，可知所测的分子直径d偏小，A正确；乙同学在计算注射器滴出的每一滴油酸酒精溶液体积后，不小心拿错了一个注射器把溶液滴在水面上，这个拿错的注射器的针管比原来的细，一滴油酸酒精溶液的实际体积变小，一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积变小，对应的油膜面积S变小，但体积V还是按原来的计算的，由d = ，可知所测的分子直径d偏大，B错误；丙同学在计算油膜面积时，把凡是不足一格的油膜都不计，导致计算的面积比实际面积小一些，由d = ，可知所测的分子直径d偏大，C错误。 46 【视角2】 实验思想方法 例2 在估测油酸分子大小的实验中，具体操作如下: ①取油酸1 mL注入1 500 mL的容量瓶内，然后向瓶中加入酒精，直到液面达到1 500 mL的刻度为止。摇动瓶使油酸在酒精中充分溶解，形成油酸的酒精溶液； ②用滴管吸取制得的溶液逐滴滴入量筒，记录滴入的滴数直到量筒达到1.0 mL为止，恰好共滴了100滴； ③在边长约40 cm的浅水盘内注入约2 cm深的水，将爽身粉均匀地撒在水面上，再用滴管吸取油酸的酒精溶液，轻轻地向水面滴一滴溶液，酒精挥发后，油酸在水面上尽可能地散开，形成一层油膜，膜上没有爽身粉，可以清楚地看出油膜轮廓； 47 ④待油膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上绘出油酸膜的形状； ⑤将画有油酸膜形状的玻璃板放在边长为1.0 cm的方格纸上，所占格子数约为110个。 48 （1）本实验运用到的科学方法有　　　　　。 　　　　　 　　　　　 　　　　　 A.控制变量法 B.理想模型法 C.等效替代法 D.积累法 B [解析] 在本实验中，将油酸分子看成球形，并且把油膜看成单分子油膜，这是构建了理想化的模型来处理实际问题，所以运用到的科学方法是理想模型法。故选B。 49 （2）利用上述具体操作中的相关数据可测得油酸分子直径为　　　　　m。(保留一位有效数字)  6×10−10 [解析] 一滴油酸酒精溶液中含油酸的体积为V = × m3 = m3，方格纸中油膜所占的方格数(不足半个舍去，多于半格算一格)为110个，则油膜面积为S = 110× m2 = 1.1×10−2 m2，油酸分子直径d = m≈6×10−10 m。 50 （3）若阿伏伽德罗常数为NA，油酸的摩尔质量为M，油酸的密度为ρ(以上物理量均为国际单位)。则下列说法正确的是　　。  A.1 kg油酸所含有分子数为ρNA B.1 m3油酸所含分子数为 C.1个油酸分子的质量为 D.油酸分子的直径约为 B 51 [解析] 1 kg油酸的物质的量为n = ，所含有的分子数N = nNA = ，故A错误；1 mL油酸的质量为m = ρV = ρ×1 m3 = ρ，物质的量n = ，所含分子数为N = nNA = ，故B正确；1个油酸分子的质量为，故C错误；油酸的摩尔体积为Vmol = ，一个油酸分子的体积V0 = ，把油酸分子看成球形，根据V0 = π，可得d = ，故D错误。 52 $