（江苏专用）2020版高考物理总复习 第十二章 热学 第1讲 分子动理论 内能 用油膜法估测分子的大

分子动理论内能用油膜法估测分子的大小[高考导航]考点内容要求高考命题实况高考战报201620172018分子动理论的基本观点阿伏加德罗常数ⅠT12A(1)：饱和汽、饱和汽压T12A(2)：p－V图象和气体分子热运动速率统计分布图象T12A(3)：热力学第一定律T12A(1)：V－T图象、热力学第一定律T12A(2)：布朗运动T12A(3)：阿伏加德罗常数的应用T12A(1)：相对湿度、饱和汽T12A(2)：气体分子运动规律T12A(3)：V－T图象、热力学定律3年9考难度中等保B必会布朗运动Ⅰ高频考点：①分子动理论。②固体、液体和气体的性质。③理想气体状态方程及p－T，p－V，V－T等图象。④热力学第一定律及与气体实验定律的综合。分子热运动速率的统计分布规律Ⅰ温度内能Ⅰ气体压强的微观解释Ⅰ晶体和非晶体晶体的微观结构Ⅰ液晶Ⅰ液体的表面张力Ⅰ气体实验定律Ⅰ理想气体Ⅰ热力学第一定律Ⅰ饱和汽未饱和汽饱和气压相对湿度Ⅰ能源与可持续发展Ⅰ实验十一：用油膜法估测分子的大小【说明】对浸润和不浸润现象、毛细现象的解释不作要求。第1讲分子动理论内能用油膜法估测分子的大小知识排查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)分子很小：①直径数量级为10－10m。②质量数量级为10－27～10－26kg。(2)分子数目特别大：阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023mol－1。2.分子的热运动(1)扩散现象：由于分子的无规则运动而产生的物质迁移现象。温度越高，扩散越快。(2)布朗运动：在显微镜下看到的悬浮在液体中的固体颗粒的永不停息地做无规则运动。其特点是：①永不停息、无规则运动。②颗粒越小，运动越明显。③温度越高，运动越激烈。3.分子间存在着相互作用力(1)分子间同时存在引力和斥力，实际表现的分子力是它们的合力。(2)引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，但斥力比引力变化得快。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＋273.15K。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的动能的平均值，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微观上——决定于分子间距离和分子排列情况；宏观上——决定于体积和状态。5.物体的内能(1)等于物体中所有分子的热运动的动能与分子势能的总和，是状态量。(2)对于给定的物体，其内能大小由物体的温度和体积决定。(3)物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关。(4)改变内能的方式用油膜法估测分子的大小1.原理与操作2.注意事项(1)将所有的实验用具擦洗干净，不能混用。(2)油酸酒精溶液的浓度以小于0.1%为宜。(3)浅盘中的水离盘口面的距离应较小，并要水平放置，以便准确地画出薄膜的形状，画线时视线应与板面垂直。3.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。小题速练思考判断(1)布朗运动是固体颗粒分子的无规则运动。()(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)分子间的引力和斥力都随分子间距的增大而增大。()(4)－33℃＝240K。()(5)分子动能指的是由于分子定向移动具有的能。()(6)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。()(7)内能相同的物体，它们的分子平均动能一定相同。()答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×(6)√(7)×微观量与宏观量的关系及应用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、物质的密度ρ。3.阿伏加德罗常数是联系微观量和宏观量的桥梁(1)一个分子的质量：m0＝MNA。(2)一个分子的体积：V0＝VmolNA＝MρNA，对于气体，分子间的距离比较大，V0表示气体分子占据的空间。(3)物质含有的分子数：n＝mMNA＝VVmolNA。4.分子模型(1)球体模型中的直径：d＝36V0π。(2)立方体模型中的边长：d＝3V0。5.常识性的数据：室温可取27℃，标准状况下的大气压p0＝76cmHg、温度T＝273K、摩尔体积V＝22.4L。【例1】已知阿伏加德罗常数为NA，铝的摩尔质量为M(单位是kg/mol)，铝的密度为ρ(单位是kg/m3)，则下列说法正确的是________。A.1kg铝所含原子数为ρNAB.1个铝原子的质量为MNAC.1m3铝所含原子数为NAρMD.1个铝原子所占的体积为MρNA解析1kg铝所含的原子数目为N′＝1MNA，故A项错误；1个铝原子的质量为MNA，故B项正确；1m3铝的物质的量n＝1m3×ρM，原子数目为N′＝n·NA，联立以上各式解得1m3铝的原子数为ρNAM，故C项错误；1个铝原子所占的体积为MρNA，故D项正确。答案BD【例2】(2018·江苏省南京高三学情调研)氙气灯在亮度、耗能及寿命上都比传统灯有优越性。某轿车的灯泡的容积V＝1.5mL，充入氙气的密度ρ＝5.9kg/m3，摩尔质量M＝0.131kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6×1023mol－1。试估算灯泡中：(1)氙气分子的总个数；(2)氙气分子间的平均距离。(结果保留1位有效数字)解析(1)充入灯泡中氙气的物质的量n＝ρVM，则氙气的分子数N＝nNA＝ρVNAM＝4×1019个。(2)每个氙气分子所占的空间为V0＝VN，则氙气分子间平均距离a＝3VN＝3×10－9m。答案(1)4×1019个(2)3×10－9m布朗运动与分子热运动扩散现象、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固体微小颗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激烈联系扩散现象、布朗运动都反映了分子做无规则的热运动【例3】(2019·前黄中学检测)下列说法正确的是________。A.布朗运动的无规则性反映了液体分子运动的无规则性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.物体的温度为0℃时，物体的分子平均动能为零D.布朗运动的剧烈程度与温度有关，所以布朗运动也叫热运动解析布朗运动的无规则性反映了液体分子运动的无规则性，选项A正确；悬浮在液体中的固体小颗粒越小，则其所做的布朗运动就越剧烈，选项B错误；无论物体的温度为多少，物体分子的平均动能永远不为零，选项C错误；布朗运动的剧烈程度与温度有关，但是布朗运动不是分子运动，所以不叫热运动，选项D错误。答案A分子力、分子势能与分子间距离的关系1.分子力曲线与分子势能曲线：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)。2.分子力、分子势能与分子间距离的关系(1)当rr0时，分子力为引力，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，分子势能最小。【例4】(2019·宝应中学模拟)下列四幅图中，能正确反映分子间作用力F和分子势能Ep随分子间距离r变化关系的图线是________。解析分子间作用力F的特点是：rr0时F表现为斥力，r＝r0时F＝0，rr0时F表现为引力；分子势能Ep的特点是r＝r0时Ep最小，因此只有B项正确。答案B对物体内能的理解能量分子动能分子势能内能机械能定义分子无规则运动的动能由分子间相对位置决定的势能所有分子的热运动动能和分子势能的总和物体的动能、重力势能和弹性势能的总和决定因素温度(决定分子平均动能)分子间距温度、体积、物质的量跟宏观运动状态、参考系和零势能点的选取有关备注温度、内能等物理量只对大量分子才有意义，对单个或少量分子没有实际意义【例5】关于物体的内能，下列叙述中正确的是________。A.温度高的物体比温度低的物体内能大B.物体的内能不可能为零C.内能相同的物体，它们的分子平均动能一定相同D.物体的内能与物体的温度、体积、物态和分子数有关解析温度高低反映分子平均动能的大小，但由于物体不同，分子数目不同，所处状态不同，无法反映内能大小，选项A错误；由于分子都在做无规则运动，因此，任何物体内能不可能为零，选项B正确；内能相同的物体，它们的分子平均动能不一定相同，选项C错误；物体的内能与物体的温度、体积、物态和分子数有关，故选项D正确。答案BD实验十一：用油膜法估测分子的大小1.油膜体积的测定：由于一滴纯油酸中含有的分子数仍很大，形成的单层分子所占面积太大，不便于测量，故实验中先把油酸溶于酒精中稀释，测定其浓度，再测出1mL油酸酒精溶液的滴数，取一滴用于实验，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：如图1所示，将画有油酸薄膜轮廓的有机玻璃板取下放在坐标格纸上，以边长为1cm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。图1【例6】油酸酒精溶液的浓度为每1000mL油酸酒精溶液中含有油酸0.6mL，现用滴管向量筒内滴加50滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加了1mL，若把一滴这样的油酸酒精溶液滴入足够大的盛水的浅盘中，由于酒精溶于水，油酸在水面展开，稳定后形成的油膜的形状如图2所示。若每一小方格的边长为25mm，试问：图2(1)这种估测方法是将每个油酸分子视为________模型，让油酸尽可能地在水面上散开，则形成的油膜可视为________油膜，这层油膜的厚度可视为油酸分子的________。图中油酸膜的面积为________m2；每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________m3；根据上述数据，估测出油酸分子的直径是________m。(结果保留2位有效数字)(2)某同学实验中最终得到的计算结果和大多数同学的比较，数据偏大，对出现这种结果的原因，下列说法可能正确的是________。A.错误地将油酸酒精溶液的体积直接作为油酸的体积进行计算B.计算油酸膜面积时，错将不完整的方格作为完整方格处理C.计算油酸膜面积时，只数了完整的方格数D.水面上痱子粉撒得较多，油酸膜没有充分展开解析(1)油膜约占70个小格，面积约为S＝70×25×25×10－6m2≈4.4×10－2m2。一滴油酸酒精溶液含有纯油酸的体积为V＝150×0.61000×10－6m3＝1.2×10－11m3，油酸分子的直径约等于油膜的厚度，d＝VS＝1.2×10－114.4×10－2m≈2.7×10－10m。(2)由d＝VS知，结果偏大的原因是V的测量值偏大或S的测量值偏小，故选项A、C、D正确。答案(1)球体单分子直径4.4×10－21.2×10－112.7×10－10(2)ACD1.(2019·江苏无锡调研)运用分子动理论的相关知识，判断下列说法正确的是__________。A.气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数仅与单位体积内的分子数有关B.某气体的摩尔体积为V，每个分子的体积为V0，则阿伏加德罗常数可表示为NA＝VV0C.阳光从缝隙射入教室，从阳光中看到的尘埃运动不是布朗运动D.生产半导体器件时需要在纯净的半导体材料中掺入其他元素，这可以在高温条件下利用分子的扩散来完成解析气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，与单位体积内的分子数有关，还与分子平均速率有关，选项A错误；由于分子的无规则运动，气体的体积可以占据很大的空间，故不能用摩尔体积除以分子体积得到阿伏加德罗常数，选项B错误；布朗运动的微粒非常小，肉眼是看不到的，阳光从缝隙射入教室，从阳光中看到的尘埃运动是机械运动，不是布朗运动，选项C正确；扩散可以在固体中进行，生产半导体器件时需要在纯净的半