2020年高考物理一轮复习 第十六单元 第1讲 分子动理论 内能练习（含解析）新人教版选修3-3

分子动理论内能选修3-3模块主要包括分子动理论与统计观点,固体、液体与气体,热力学定律与能量守恒等内容。本模块为选考内容,包括十三个Ⅰ级考点和一个Ⅱ级考点——气体实验定律,以及一个实验——油膜法估测分子的大小。高考固定分值为15分,通常为两个小题,一个选择(或填空)题,一个计算题,其中选择(或填空)题考查范围比较广,多是综合型,但难度较小,而计算题则历年来都是考查气体实验定律和理想气体状态方程,主要是“汽缸模型”“液柱模型”“充(放)气模型”等,也有结合图象进行考查的,一般难度中等。预计2020年高考的重点仍然是分子动理论、热力学定律、能量守恒定律及气体实验定律等内容,但要注意:(1)气体实验定律与p-V图象、p-T图象以及V-T图象相结合的考查。(2)“汽缸模型”与“液柱模型”相结合、“汽缸模型”与“充(放)气模型”相结合的考查。(3)气体状态变化与能量变化相结合的考查。第1讲分子动理论内能1分子动理论的基本观点、阿伏加德罗常数(1)物体是由大量分子组成的①分子的直径(视为球模型)数量级为10-10m。②分子的质量数量级为10-26kg。(2)热运动:分子永不停息地做无规则运动叫作热运动。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)分子间存在相互作用的引力和斥力①分子间同时存在引力和斥力。②分子间的引力和斥力同时随着分子间距的增加而减小,但斥力减小得更快。③当分子间距小于平衡距离时,斥力大于引力,分子力表现为斥力;当分子间距大于平衡距离时,斥力小于引力,分子力表现为引力。④当分子间距大于分子直径的十倍以上时,分子间的引力和斥力都可以忽略不计。(4)阿伏加德罗常数:1mol的任何物质都含有相同的粒子数。通常可取NA=6.02×1023mol-1;阿伏加德罗常数是联系宏观物理量和微观物理量的桥梁。【易错警示】布朗运动不是分子的运动,而是悬浮在液体(或气体)中颗粒的运动,是宏观现象。1.1(2019黑龙江鹤岗一中月考)(多选)下述现象能说明分子之间有引力作用的是()。A.两块纯净铅柱的接触面刮平整后用力挤压可以粘在一起B.丝绸摩擦过的玻璃棒能吸引轻小物体C.磁铁能吸引小铁钉D.桌子上两滴挨得比较近的水珠会合拢在一起E.用力拉伸物体,物体内会产生反抗压缩的弹力【答案】ADE1.2(2019天津开学考试)(多选)对于分子动理论和物体内能的理解,下列说法正确的是()。A.温度高的物体内能不一定大,但分子平均动能一定大B.外界对物体做功,物体内能一定增加C.温度越高,布朗运动越显著D.当分子间的距离增大时,分子间的作用力就一直减小E.当分子间的作用力表现为斥力时,分子势能随分子间的距离的减小而增大【答案】ACE2布朗运动与扩散现象(1)布朗运动研究对象:悬浮在液体(或气体)中的小颗粒。运动特征:无规则、永不停息。本质原因:不是液体(或气体)分子运动,但是由液体(或气体)分子运动引起的。影响因素:颗粒大小、温度。物理意义:说明液体(或气体)分子永不停息地做无规则热运动。(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。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,温度越高,扩散现象越明显。(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,只能在液体、气体中发生分子的运动,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2.1(2018浙江金华一中月考)(多选)关于布朗运动,下列说法中正确的是()。A.布朗运动就是热运动B.悬浮在液体中的固体小颗粒越大,则其所做的布朗运动就越剧烈C.布朗运动虽不是分子运动,但它能反映分子的运动特征D.布朗运动的剧烈程度与温度有关,这说明分子运动的剧烈程度与温度有关E.布朗运动的无规则性反映了液体分子运动的无规则性【答案】CDE2.2(2018江苏南京一中期末)(多选)下列现象中,能用分子的热运动来解释的是()。A.长期放煤的地方,地面下1cm深处的泥土变黑B.炒菜时,满屋子嗅到香味C.地上的尘土被大风吹起到处飞扬D.食盐粒沉在杯底,水也会变咸E.PM2.5在空气中运动【答案】ABD3温度、内能(1)温度和温标①一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+273.15K。(2)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。(3)分子势能①产生原因:分子间存在着引力和斥力。②微观决定因素:当分子间距大于平衡距离时,分子势能随着分子间距的增大而增加,当分子间距小于平衡距离时,分子势能随着分子间距的减小而增加。③宏观决定因素:体积、状态。(4)物体的内能:物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和,是状态量。①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;物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关。②改变物体内能的两种方式:做功和热传递。【温馨提示】当两个分子从无穷远逐渐靠近时,分子力先增大后减小再增大;分子力先做正功,后做负功;分子势能先减小后增大。3.1(2018四川成都五校联考)(多选)下列有关热现象和内能的说法中正确的是()。A.把物体缓慢举高,其机械能增加,内能不变B.盛有气体的容器做加速运动时,容器中气体的内能必定会随之增大C.电流通过电阻后电阻发热,它的内能增加是通过“做功”方式实现的D.分子间引力和斥力相等时,分子势能最大E.分子间引力和斥力相等时,分子势能最小【答案】ACE3.2(2019贵州遵义一中模拟)(多选)在两个分子间的距离由r0(平衡位置)变为5r0的过程中,关于分子间的作用力和分子间的势能的说法中,正确的是()。A.分子间引力不断减小B.分子间斥力不断增加C.分子间作用力先增大后减小D.分子势能不断增加E.分子势能不断减小【答案】ACD4用油膜法估测分子的大小(1)主要测量量及测量方法①油膜体积的测定——积聚法:由于一滴纯油酸中含有的分子数很多,形成的单分子层所占面积太大,不便于测量,故实验中先把油酸溶于酒精,稀释,测定其浓度,再测出1mL酒精油酸溶液的滴数,取其一滴用于实验,最后计算出一滴溶液中含有的纯油酸的体积作为油膜的体积。②油膜面积的测定:将画有油酸薄膜轮廓的有机玻璃板取下放在坐标格纸上,以一定边长的方格为单位,数出轮廓内正方形的格数(不足半格的舍去,超过半格的计为1格),计算出油膜的面积S。(2)注意事项①在水面上撒石膏粉时,注意不要触动浅盘中的水。撒石膏粉的目的是使油膜的轮廓更清晰。②油酸在水面上形成油膜时先扩散后收缩,要在稳定后再画轮廓。扩散后又收缩的原因有两个:一是水面受油酸滴冲击凹陷后又恢复;二是酒精挥发后,油膜回缩。③在有机玻璃板上描绘油酸薄膜轮廓时动作要轻而迅速,视线要始终与玻璃垂直。(3)误差分析①油酸酒精溶液配制后长时间放置,溶液的浓度容易改变,会给实验带来较大误差。②利用小格子数计算轮廓面积时,轮廓的不规则性容易带来计算误差。③测量量筒内溶液增加1mL的滴数时,注意观察方法须正确。④油膜形状的画线误差。4.1(2018重庆四校联考)在“用油膜法估测分子大小”实验中:(1)某同学操作步骤如下:①取一定量的无水酒精和油酸,制成一定浓度的油酸酒精溶液;②在量筒中滴入一滴该溶液,测出它的体积;③在蒸发皿内盛一定量的水,再滴入一滴油酸酒精溶液,待其散开稳定;④在蒸发皿上覆盖透明玻璃,描出油膜形状,用透明方格纸测量油膜的面积。改正其中的错误:。(2)若油酸酒精溶液体积浓度为0.10%,一滴该溶液的体积为4.8×10-3mL,其形成的油膜面积为60cm2,则估测出油酸分子的直径为m。【答案】(1)②在量筒中滴入n滴该溶液,③在水面上先撒上痱子粉(2)8×10-104.2(2019湖北武汉1月质检)在“用油膜法测量分子直径”的实验中,将体积浓度为η的一滴油酸溶液,轻轻滴入水盆中,稳定后形成了一层单分子油膜。测得一滴油酸溶液的体积为V0,形成的油膜面积为S,则油酸分子的直径约为;如果把油酸分子看成是球形的(球的体积公式为V=πd3,d为球的直径),则该滴油酸溶液所含油酸分子的个数约为。【答案】π22题型一微观量估算的两种建模方法1.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。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。3.阿伏加德罗常数NA是一个联系宏观与微观的桥梁。如:作为宏观量的摩尔质量M、摩尔体积Vmol、密度ρ和作为微观量的分子直径d、分子质量m、每个分子的体积V0等就可通过阿伏加德罗常数联系起来。【例1】已知地球大气层的厚度h远小于地球半径R,空气的平均摩尔质量为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。由此可估算得,地球大气层空气分子总数为,空气分子之间的平均距离为。【解析】设大气层中气体的质量为m,由于空气重力产生大气压强,则有mg=p0S,地球表面积S=4πR2,空气分子数n=NA,解得n=4π2;假设每个分子占据一个小立方体,各小立方体紧密排列,则小立方体边长就是空气分子的平均间距,设为a,大气层中气体总体积为V,则a=√,而大气层的厚度h远小于地球半径R,则V=4πR2h,所以a=√。【答案】4π2√解决本题的关键是要知道分子总数等于物质的量乘以阿伏加德罗常数,同时要明白大气压产生的主要原因是大气的重力,合理地计算大气的体积。【变式训练1】(2018杭州高级中学期末)(多选)某气体的摩尔质量为M,分子质量为m。若1mol该气体的体积为Vm,密度为ρ,则该气体单位体积分子数为(阿伏加德罗常数为NA)()。A.B.C.D.【解析】因为体积为Vm的气体含有NA个分子,所以是单位体积分子数,A项正确;=NA,B项正确;=,C项正确,D项错误。【答案】ABC【变式训练2】(2019陕西西安1月质检)下列各组物理量中,可以估算出一定体积气体中分子间的平均距离的是()。A.该气体的密度、体积和摩尔质量B.阿伏加德罗常数、该气体的摩尔质量和质量C.阿伏加德罗常数、该气体的摩尔质量和密度D.阿伏加德罗常数、该气体的质量和体积【解析】已知该气体的密度、体积和摩尔质量,可以得到摩尔体积,但缺少阿伏加德罗常数,无法计算分子间距,故A项错误;知道该气体的摩尔质量和质量,可以得到物质的量,又知道阿伏加德罗常数可计算出分子数,但不知道体积,无法计算分子间距离,故B项错误;知道阿伏加德罗常数、该气体的摩尔质量和密度,用摩尔质量除以密度可以得到摩尔体积,再除以阿伏加德罗常数得到每个分子平均占有的体积,用正方体模型得到边长,即分子间距,故C项正确;阿伏加德罗常数、该气体的质量和体积已知,可以得到密度,但不知道摩尔体积和摩尔质量,无法计算分子间距,故D项错误。【答案】C题型二分子动能、分子势能和内能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rr0时,分子力表现为引力,当r增大时,分子力做负功,分子势能增加。(2)当rr0时,分子力表现为斥力,当r减小时,分子力做负功,分子势能增加。(3)当r=r0时,分子势