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專題十一 熱學 第1講 分子動理論 內能 一 物體是由大量分子組成的 分子 10 10 10 27 10 26 1 這里的分子是指構成物質的單元 可以是原子 離子 也可以是分子 在熱運動中它們遵從相同的規(guī)律 所以統(tǒng)稱為 分子體積和質量都很小 分子直徑的數量級是 m 分子質量的數量級是 kg 2 物體能被壓縮 水與酒精混合后總體積比混合前兩體積 之和要小 表明分子間確實存在著 空隙 3 阿伏加德羅常數 1mol的任何物質含有NA 個分子 1mol的任何氣體 在標準狀態(tài)下的體積是 m3 分子的質量m0 分子的體積V0和分子的直徑d稱為微觀物理量 物體的質量M 體積V 密度 摩爾質量MA和摩爾體積VA稱為宏觀物理量 阿伏加德羅常數是聯系宏觀物理量與微觀物 理量的橋梁 6 02 1023 22 4 10 3 基礎檢測 1 從下列哪一組數據可以計算出阿伏加德羅常數 A 水的密度和水的摩爾質量B 水的摩爾質量和水分子的體積C 水分子的體積和水分子的質量D 水分子的質量和水的摩爾質量答案 D 二 分子永不停息地做無規(guī)則熱運動1 擴散現象 相互接觸的物體互相進入對方的現象 溫度 越 擴散越快 高 小 高 2 布朗運動 在顯微鏡下看到的懸浮在液體 或氣體 中的微粒的無規(guī)則運動 顆粒越 運動越明顯 溫度越 運動越劇烈 3 擴散現象和布朗運動的區(qū)別 1 擴散現象不僅說明物質分子在不停地運動著 同時還說明分子與分子之間有空隙 擴散現象是分子永不停息地做無規(guī)則運動的直接表現 2 布朗運動是固體微粒的無規(guī)則運動 但它說明分子在不停地做無規(guī)則運動 布朗運動是液體 或氣體 分子無規(guī)則運動的間接表現 三 分子間存在著相互作用力1 分子間同時存在相互作用的 和 合力 叫分子力 引力 斥力 距離 更快 2 特點 分子間的引力和斥力都隨分子間的 增大而減小 隨分子間距離的減小而增大 但斥力比引力變化得 基礎檢測 2 2015年山西四校聯考 下列敘述正確的是 A 擴散現象說明了分子在不停地做無規(guī)則運動B 布朗運動就是液體分子的運動C 分子間距離增大 分子間作用力一定減小D 物體的溫度越高 分子運動越劇烈 每個分子的動能都一定越大答案 A 四 物體的內能1 分子的平均動能 物體內分子動能的平均值叫分子平均動能 是分子平均動能的標志 溫度越高 分子平均 動能 溫度 越大 2 分子勢能 由分子間的相互作用和 決定的能量叫分子勢能 分子勢能的大小與物體的體積有關 1 當r r0時 分子勢能隨分子間的距離增大而增大 2 當r r0時 分子勢能隨分子間的距離減小而增大 3 當r r0時 分子勢能最小 相對位置 3 物體的內能 物體內所有分子的 和 的總和叫物體的內能 動能 分子勢能 基礎檢測 3 2014年北京卷 下列說法中正確的是 A 物體溫度降低 其分子熱運動的平均動能增大B 物體溫度升高 其分子熱運動的平均動能增大C 物體溫度降低 其內能一定增大D 物體溫度不變 其內能一定不變答案 B 考點1微觀量的估算 重點歸納 典例剖析 思維點撥 先計算V0所含的汞分子數 再計算1 0cm3的 汞蒸氣所含的分子數為多少 考點練透 1 多選 2015年遼寧大連模擬 某氣體的摩爾質量為Mmol 摩爾體積為Vmol 密度為 每個分子的質量和體積分別為m和 V0 則阿伏加德羅常數NA不可表示為 答案 CD 考點2對分子間作用力的理解 重點歸納 1 分子間任何時候引力和斥力都是同時存在的 實際表現 出的分子力是引力和斥力的合力 2 分子間相互作用的引力與斥力都隨著分子間距離的增大而減小 只是斥力變化得更快一些 如圖11 1 1所示 圖11 1 1 3 分子間存在一個平衡距離r0 分子間距離為r0的位置就 叫做平衡位置 數量級為10 10m 1 當r r0時 F引 F斥 對外表現的分子力F為引力 2 當r r0時 F引 F斥 對外表現的分子力F 0 3 當r r0時 F引 F斥 對外表現的分子力F為斥力 4 分子力是一種短程作用力 當分子間距離的數量級大于10 9m時 即分子之間的距離是分子直徑的10倍以上 r 10r0 時 分子間的相互作用力已變得很小 可以忽略不計 可以認為此時分子間相互作用的引力和斥力都為零 這時物體處于氣態(tài)并可以當成理想氣體 在標準狀態(tài)下 氣體分子間的相互作用力可以忽略不計 就是因為這時氣體分子間的距離遠大于分子直徑的緣故 典例剖析例2 多選 2013年新課標卷 兩個相距較遠的分子僅在分子力作用下由靜止開始運動 直至不再靠近 在此過程中 下列說法正確的是 A 分子力先增大 后一直減小B 分子力先做正功 后做負功C 分子動能先增大 后減小D 分子勢能先增大 后減小E 分子勢能和動能之和不變 解析 兩個分子相距較遠時表現為引力 相互靠近時分子力先增大后減小 減小到零后分子力變?yōu)槌饬?分子減速至不再靠近 因此分子力經歷了增大 減小再反向增大的過程 故A錯誤 分子不斷靠近 分子力先做正功后做負功 分子動能先增大后減小 B C正確 分子力做正功分子勢能減小 分子力做負功分子勢能增大 故D錯誤 整個過程中只有分子力做功 動能和勢能之和不變 E正確 故選BCE 答案 BCE 考點練透 3 2015年北京月考 如果將兩個分子看成質點 當這兩個分子之間的距離為r0時分子力為零 則分子力F及分子勢能Ep 隨著分子間距離r的變化而變化的情況是 A 當r r0時 隨著r變大 F變小 Ep變小B 當r r0時 隨著r變大 F變大 Ep變大C 當r r0時 隨著r變小 F變大 Ep變小D 當r r0時 隨著r變小 F變大 Ep變大 解析 據題意 當r r0時 r變大 則分子力F先變大后變小 而分子勢能增大 所以A B錯誤 當r r0時 r變小 則分子力F變大而分子勢能也一直在變大 所以D正確 答案 D 4 2016年山東師范大學附屬中學模擬 由于分子間存在著分子力 而分子力做功與路徑無關 因此分子間存在與其相對距離有關的分子勢能 如圖11 1 2所示為分子勢能Ep隨分子間距離r變化的圖象 取r趨近于無窮大時Ep為零 通過功能關系可以從分子勢能的圖象中得到有關分子力的信息 則下列說 法正確的是 圖11 1 2 A 假設將兩個分子從r r2處釋放 它們將相互遠離B 假設將兩個分子從r r2處釋放 它們將相互靠近C 假設將兩個分子從r r1處釋放 它們的加速度先增大 后減小 D 假設將兩個分子從r r1處釋放 當r r2時它們的速 度最大 答案 D 考點3對內能的理解 重點歸納 1 分子平均動能 1 物體內所有分子動能的平均值叫分子的平均動能 2 溫度是物體分子平均動能大小的標志 溫度是個統(tǒng)計概念 是針對組成物體的大量分子而言的 對于單個分子或數量有限的分子 說溫度高低是沒有意義的 3 分子平均動能與物體的機械運動狀態(tài)無關 2 分子勢能 分子勢能與分子之間的距離 宏觀表現為物體的體積 有關 分子勢能的大小隨距離的變化如圖11 1 3所示 圖11 1 3 1 當r r0時 分子力為零 分子勢能不為零 而是最小 2 當r r0時 分子力表現為引力 隨著分子間距離的增大 分子需要不斷克服分子力做功 分子勢能增大 3 當r r0時 分子力表現為斥力 隨著分子間距離的減小 分子需要不斷克服分子力做功 分子勢能增大 3 內能的決定因素 1 微觀決定因素 分子勢能 分子的平均動能和分子個數 2 宏觀決定因素 物體的體積 物體的溫度 物體所含物 質的多少 即物質的量 3 與物態(tài)有關 典例剖析例3 2014年重慶卷 重慶出租車常以天然氣作為燃料 加氣站儲氣罐中天然氣的溫度隨氣溫升高的過程中 若儲氣罐 內氣體體積及質量均不變 則罐內氣體 可視為理想氣體 A 壓強增大 內能減小B 吸收熱量 內能增大C 壓強減小 分子平均動能增大D 對外做功 分子平均動能減小 思維點撥 質量一定的氣體 體積不變 當溫度升高時 是一個等容變化 據壓強的微觀解釋 1 溫度升高 氣體的平均動能增加 2 單位時間內撞擊單位面積的器壁的分子數增多 可知壓強增大 據熱力學第一定律判斷即可 解析 由于溫度升高 所以分子平均動能增大 物體的內能變大 單位時間內撞擊單位面積的器壁的分子數增多 可知壓強增大 體積不變 對內外都不做功 內能增大 根據熱力學第一定律知氣體只有吸收熱量 故ACD錯誤 B正確 答案 B 備考策略 解有關 內能 的題目 應把握以下幾點 1 溫度是分子平均動能的標志 而不是分子平均速率的標志 它與單個分子的動能及物體的動能無任何關系 2 內能是一種與分子熱運動及分子間相互作用相關的能量形式 與物體宏觀有序的運動狀態(tài)無關 它取決于物質的量 溫度 體積及物態(tài) 考點練透 5 2015年山東濰坊一模 下列說法正確的是 A 0 的冰與0 的水分子的平均動能相同B 溫度高的物體內能一定大C 分子間作用力總是隨分子間距離的增大而減小D 隨著制冷技術的不斷提高 絕對零度一定能在實驗室中達到答案 A 6 多選 2015年河北唐山摸底 對于分子動理論和物體內 能的理解 下列說法正確的是 A 溫度高的物體內能不一定大 但分子平均動能一定大B 外界對物體做功 物體內能一定增加C 溫度越高 布朗運動越顯著D 當分子間的距離增大時 分子間作用力就一直減小E 當分子間作用力表現為斥力時 分子勢能隨分子間距離的減小而增大答案 ACE