2020年高考物理专题精准突破 分子动理论 内能(解析版)

2020年高考物理专题精准突破专题分子动理论内能【专题诠释】一、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(视为球模型)：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．通常取N A＝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物质迁移现象，温度越高，扩散现象越明显．(2)布朗运动①定义：悬浮在液体中的小颗粒的永不停息地无规则运动；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，运动越剧烈．(3)热运动①分子永不停息地做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，实际表现出的分子力是引力和斥力的合力；(2)分子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)分子力与分子间距离的关系图线由分子间的作用力与分子间距离关系图线(如图所示)可知：①当r＝r0时，F引＝F斥，分子力为零；②当r＞r0时，F引＞F斥，分子力表现为引力；③当r＜r0时，F引＜F斥，分子力表现为斥力；④当分子间距离大于10r0(约为10－9 m)时，分子力很弱，可以忽略不计．二、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)概念理解：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；(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：做功和热传递．三、实验：用油膜法估测分子的大小1．实验原理：利用油酸酒精溶液在平静的水面上形成单分子油膜，将油酸分子看做球形，测出一定体积油酸溶液在水面上形成的油膜面积，用d ＝V S计算出油膜的厚度，其中V 为一滴油酸溶液中所含油酸的体积，S 为油膜面积，这个厚度就近似等于油酸分子的直径．2．实验步骤(1)取1 mL(1 cm 3)的油酸溶于酒精中，制成N mL 的油酸酒精溶液，则油酸的纯度为1N. (2)往边长为30～40 cm 的浅盘中倒入约2 cm 深的水，然后将痱子粉(或细石膏粉)均匀地撒在水面上．(3)用滴管(或注射器)向量筒中滴入n 滴配制好的油酸酒精溶液，使这些溶液的体积恰好为1 mL ，算出每滴油酸酒精溶液的体积V 0＝1nmL. (4)用滴管(或注射器)向水面中央滴入一滴配制好的油酸酒精溶液，油酸就在水面上慢慢散开，形成单分子油膜．(5)待油酸薄膜形状稳定后，将一块较大的玻璃板盖在浅盘上，用彩笔将油酸薄膜的形状画在玻璃板上．(6)将玻璃板取出放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积S .3．数据处理(1)计算一滴溶液中油酸的体积：V ＝1Nn(mL)． (2)计算油膜的面积：利用坐标纸求油膜面积时，以边长为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，大于半个的算一个．(3)计算油酸的分子直径：d ＝V S(注意单位统一)． 【高考领航】【2019·新课标全国Ⅲ卷】用油膜法估算分子大小的实验中，首先需将纯油酸稀释成一定浓度的油酸酒精溶液，稀释的目的是_______________________________________________________________。

实验中为了测量出一滴已知浓度的油酸酒精溶液中纯油酸的体积，可以________________________________________________________________________________。

为得到油酸分子的直径，还需测量的物理量是___________________________________。

【答案】使油酸在浅盘的水面上容易形成一块单分子层油膜 把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中，测出1mL 油酸酒精溶液的滴数，得到一滴溶液中纯油酸的体积 油膜稳定后得表面积S 。

【解析】油膜法测量分子大小需要形成单分子油膜，故而需要减少油酸浓度；一滴油酸的体积非常微小不易准确测量，故而使用累积法，测出N滴油酸溶液的体积V，用V与N的比值计算一滴油酸的体积；由于形成单分子油膜，油膜的厚度h可以认为是分子直径，故而还需要测量出油膜的面积S，以计算厚度VhS 。

【2019·江苏卷】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时间后，该气体（）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【答案】CD【解析】分子的无规则运动则为分子的热运动，由分子动理论可知，分子热运动不可能停止，故A错误；密闭容器内的理想气体，温度不变，所以分子平均动能不变，但并不是每个分子的动能都相等，故B错误，C正确；由于没有外界影响且容器密闭，所以分子的密集程度不变，故D正确。

【2018·高考全国卷Ⅱ】对于实际的气体，下列说法正确的是()A．气体的内能包括气体分子的重力势能B．气体的内能包括气体分子之间相互作用的势能C．气体的内能包括气体整体运动的动能D．气体的体积变化时，其内能可能不变E．气体的内能包括气体分子热运动的动能【答案】BDE【解析】：.实际气体的内能包括气体分子间相互作用的势能和分子热运动的动能，当气体体积变化时影响的是气体的分子势能，内能可能不变，所以B、D、E正确，A、C错误．【最新考向解码】例1.(2019·深圳高三第一次调研考试)关于分子动理论，下列说法正确的有()A．扩散现象是物质分子永不停息地做无规则运动的证明B．布朗运动不是分子的运动，但间接地反映了液体分子运动的无规则性C．压缩气体时，体积越小，压强越大，说明气体分子间存在着斥力D．从微观角度来看，气体的压强与气体分子的平均动能和分子的密集程度有关E．当分子间作用力表现为引力时，分子势能随距离的增大而减小【答案】ABD【解析】扩散现象是物质分子永不停息地做无规则运动的证明，A正确；布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒的运动，不是分子的运动，但间接地反映了液体分子运动的无规则性，B正确；压缩气体时，体积越小压强越大，这是因为体积越小时气体分子数密度越大，单位时间内气体分子对器壁的碰撞次数越多，从而压强越大，这与气体分子间的斥力无关，C 错误；从微观角度来看，气体的压强与气体分子的平均动能和分子的密集程度有关，气体分子的平均动能越大，气体分子对器壁的碰撞力越大；分子数密度越大，单位时间内气体分子对器壁的碰撞次数越多，从而气体的压强越大，D 正确；当分子间作用力表现为引力时，分子间距离变大，则分子力做负功，分子势能增加，即分子势能随距离的增大而增大，E 错误。

例2.(2019·江苏通州、海门、启东高三上学期期末三县联考)某一体积为V 的密闭容器，充入密度为ρ、摩尔质量为M 的理想气体，阿伏加德罗常数N A 已知，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V 0，此时分子间的平均距离d ＝________。

(将液体分子视为立方体模型)【答案】 ρVN A M 3V 0M ρVN A【解析】 气体的质量为：m ＝ρV ，气体分子的总个数：N ＝nN A ＝m M N A ＝ρVN A M；将这部分气体压缩成液体，分子的总个数不变，设每个液体分子的体积为V 1，则有NV 1＝V 0，解得：V 1＝V 0M ρVN A，所以此时分子间的平均距离d ＝ 3V 0M ρVN A 。

例3.(2019·上海嘉定高三上学期期末)在做“用油膜法估测分子直径的大小”的实验中，实验简要步骤如下：A ．将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓内的方格数，再根据方格的边长求出油膜的面积S ；B ．将一滴油酸酒精溶液滴在水面，待油酸薄膜的形状稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔将薄膜的形状描画在玻璃板上；C ．用浅盘装入约2 cm 深的水，然后将痱子粉均匀地撒在水面上；D ．取一定体积的油酸和确定体积的酒精混合均匀配制成一定浓度的油酸酒精溶液；E ．根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V ；F ．用注射器将事先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒，记下量筒内增加一定体积时的滴数；G ．由V S得到油酸分子的直径d 。

(1)实验步骤的合理顺序是______________。

(填写字母编号)(2)在本实验中“将油膜分子看成紧密排列的球形，在水面形成单分子油膜”，体现的物理思想方法是________。

(3)若所用油酸酒精溶液的浓度约为每104 mL 溶液中有纯油酸6 mL 。

用注射器测得1 mL 上述溶液为75滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，描出的油酸的轮廓形状和尺寸如图所示，坐标中正方形方格的边长为1 cm ，由此可估测油酸分子的直径是________ m 。

(保留一位有效数字)【答案】 (1)DFECBAG (2)建模法 (3)6×10－10【解析】 (1)本实验中必须测出一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V ，故必先求出一滴油酸酒精溶液的体积，因此实验过程中应该求出1 mL 油酸酒精溶液的滴数；油酸薄膜的边缘在水中不易观察和画出，因此需要在浅盘中倒入水后，将痱子粉或石膏粉均匀撒在水面上。

根据实验的原理安排实验步骤，合理的顺序是DFECBAG 。

(2)此实验把分子看成球体，是建立理想模型的方法。

(3)由题图可知，油膜所占方格数约为129个(128～130均正确)，则油膜的面积：S ＝129×1 cm 2＝129 cm 2；每滴酒精油酸溶液中含有纯油酸的体积：V ＝1 mL 75×6 mL 104 mL ＝8×10－6 mL ；油酸分子的直径：d ＝V S ＝8×10－6 cm 3129 cm 2≈6×10－8 cm ＝6×10－10 m 。