1、第十二章 热学第一节分子动理论内能1物体是由大量分子组成的(1)分子大小分子直径的数量级：1010 m油膜法测分子直径：d；V是油滴的体积，S是水面上形成单分子油膜的面积(2)一般分子质量的数量级：1026kg.(3)阿伏加德罗常数：1 mol任何物质含有的分子数，NA6.021023 mol12分子永不停息地做无规则热运动(1)扩散现象：不同物质相互接触时彼此进入对方的现象，温度越高，扩散越快(2)布朗运动：是指悬浮在液体或气体中“小颗粒”的无规则运动，布朗运动间接反映了液体或气体分子的无规则热运动成因：液体分子无规则运动，对固体小颗粒碰撞不平衡造成的特点：永不停息、无规则运动；颗粒越小，运
2、动越剧烈；温度越高，运动越剧烈；运动轨迹不确定3分子间存在着引力和斥力(1)分子间同时存在相互作用的引力和斥力，分子力为它们的合力(2)分子力的特点(r0的数量级为1010 m)F引、F斥随r增大而减小，随r减小而增大，但斥力比引力变化更快分子间距r引、斥力关系分子力rr0F引F斥F0rr0F引r0F引F斥F表现为F引r10r0F引0、F斥0F0分子力随分子间距离变化的图线如图所示分子力的作用使分子聚集在一起，而分子的无规则运动使它们趋于分散，正是这两个因素决定了物体的气、液、固三种不同的状态1根据分子动理论，下列说法正确的是()A一个气体分子的体积等于气体的摩尔体积与阿伏加德罗常数之比B显微
3、镜下观察到的墨水中的小炭粒所做不停地无规则运动，就是分子的运动C分子间的相互作用的引力和斥力一定随分子间的距离增大而增大D分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大解析：由于气体分子的间距大于分子直径，故气体分子的体积小于气体的摩尔体积与阿伏加德罗常数之比，故A错误；显微镜下观察到的墨水中的小炭粒不停地无规则运动，是布朗运动，它是分子无规则运动的体现，但不是分子的运动，故B错误；分子间的相互作用力随分子间距离增大而减小，但斥力减小得更快，故C错误；若分子间距是从小于平衡距离开始变化，则分子力先做正功再做负功，故分子势能先减小后增大，故D正确答案：D1分子的平均动能(1)概念：物体内所有分子
4、动能的平均值(2)大小的标志：温度是分子平均动能大小的标志，温度越高，分子的平均动能越大2分子势能(1)概念：由分子间的相互作用和相对位置决定的能量(2)分子势能大小的相关因素微观上：分子势能的大小与分子间距有关如图所示，当rr0时，分子势能最小宏观上：与物体体积有关大多数物体是体积越大，分子势能越大，也有少数物体，比如“冰”，体积变大，分子势能反而变小3物体的内能(1)定义：物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和叫作物体的内能(2)决定内能的因素微观上：分子动能、分子势能、分子个数宏观上：温度(T)、体积(V)、物质的量(n)(3)改变内能的两种方式：做功和热传递(4)内能与机械能的区别
5、物体内能是物体内大量分子所具有动能和势能的总和，宏观上取决于物质的量(n)、温度(T)、体积(V)物体机械能是物体整体运动(或弹性形变)具有的动能和势能的总和，取决于质量(m)、速度(v)、高度(h)、形变(x)4温度和温标(1)温度温度在宏观上表示物体的冷热程度；在微观上表示分子的平均动能温度是决定一个系统与另一个系统是否达到热平衡状态的物理量，一切达到热平衡的系统都具有相同的温度(2)两种温标项目单位规定关系摄氏温标(t)在1 atm下，冰的熔点是0 ，水的沸点是100 (1)T(t273)K(2)Tt说明：绝对零度是低温的极限，只能无限接近，不能达到热力学温标(T)K273.15 即为0
6、 K，绝对零度是低温的极限2(多选)对内能的理解，下列说法正确的是()A系统的内能是由系统的状态决定的B做功可以改变系统的内能，但是单纯地对系统传热不能改变系统的内能C不计分子之间的分子势能，质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能D1 g 100 水的内能小于1 g 100 水蒸气的内能 解析：系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理量，所以是由系统的状态决定的，A正确；做功和热传递都可以改变系统的内能，B错误；质量和温度相同的氢气和氧气的平均动能相同，但它们的物质的量不同，内能不同，C错误；在1 g 100 的水变成100 水蒸气的过程中，分子间距离变大，要克服分子间的引力做功，分子势能
7、增大，所以1 g 100 水的内能小于1 g 100 水蒸气的内能，D正确答案：AD物质是由分子原子构成的，分子在永不停息地做无规则热运动，其对应的能量是分子的动能和势能，物体内所有分子动能和势能的总和被称之为该物体的内能考点一 微观量的估算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.3宏观量与微观量的转换(1)一个分子的质量：m0.(2)一个分子的体积：V0.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：NNANA.4两种分子模型(1)固体和液体：固体、液体分子一个一个紧密排
8、列，可将分子看成球形或立方体，如图所示分子间距等于小球的直径或立方体的棱长，球体分子模型直径d，立方体分子模型棱长d.(2)气体：气体分子不是一个一个紧密排列的，它们之间的距离很大，所以利用d算出的不是分子直径，而是气体分子间的平均距离(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(单位为kg/m3)，摩尔质量为M(单位为g/mol)，阿伏加德罗常数为NA.已知1克拉0.2克，则()Aa克拉钻石所含有的分子数为Ba克拉钻石所含有的分子数为C每个钻石分子直径的表达式为 (单位为m)D每个钻石分子直径的表达式为 (单位为m)E每个钻石分子的质量为(单位为g)思维点拨(1)求
9、解分子大小常用哪两种模型，本题应是球形还是小立方体型(2)宏观量与微观量之间关系是什么解析：a克拉钻石物质的量(摩尔数)为n，所含分子数为NnNA，选项A正确，B错误；钻石的摩尔体积Vmol(单位为m3/mol)，每个钻石分子体积为V0，设钻石分子直径为d，则V0，联立解得d(单位为m)，选项C正确，D错误；根据阿伏加德罗常数的意义知，每个钻石分子的质量m(单位为g)，选项E正确答案：ACE微观量的求解方法1分子大小、分子体积、分子质量属微观量，直接测量它们的数值非常困难，可以借助较易测量的宏观量结合摩尔体积、摩尔质量等来估算这些微观量，其中阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁和纽带2建立
10、合适的物理模型，通常把固体、液体分子模拟为球体或立方体气体分子所占据的空间可模拟为立方体模型考点二 布朗运动与分子热运动1.布朗运动(1)研究对象：悬浮在液体或气体中的小颗粒；(2)运动特点：无规则、永不停息；(3)相关因素：颗粒大小、温度；(4)物理意义：说明液体或气体分子做永不停息的无规则的热运动2扩散现象相互接触的物体分子彼此进入对方的现象，称为扩散现象产生原因：分子永不停息地做无规则运动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
11、，不能通过光学显微镜直接观察到共同点都是无规则运动；都随温度的升高而更加激烈联系扩散现象、布朗运动都反映分子做无规则的热运动 雾霾天气是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述，是特定气候条件与人类活动相互作用的结果雾霾中，各种悬浮颗粒物形状不规则，但可视为密度相同、直径不同的球体，并用PM10、PM2.5分别表示球体直径小于或等于10 m、2.5 m的颗粒物(PM是颗粒物的英文缩写)某科研机构对北京地区的检测结果表明，在静稳的雾霾天气中，近地面高度百米的范围内，PM10的浓度随高度的增加略有减小，大于PM10的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小，且两种浓度分布基本不随时间变化据此材料，以
12、下叙述正确的是()APM10表示直径小于或等于1.0106 m的悬浮颗粒物BPM10受到的空气分子作用力的合力始终大于其所受到的重力CPM10和大悬浮颗粒物都在做布朗运动DPM2.5的浓度随高度的增加逐渐增大思维点拨对于信息题，不要过多注意题目的长度，一定要仔细阅读题文，从题文中找出相应的信息布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，不是分子的无规则运动，形成的原因是由于液体分子对悬浮微粒的无规则撞击布朗运动既不是颗粒分子的运动，也不是液体分子的运动，而是液体分子无规则运动的反映解析：PM10表示直径小于或等于1.0105 m的悬浮颗粒物，A错误；来自各个方向的空气分子对PM10的撞击不平衡，使PM10
13、做布朗运动，是不规则的运动，故加速度大小和方向不断变化，所以合力可以大于、小于或等于其重力的大小，故B错误，C正确；根据题干可推测，PM2.5的浓度应随高度增加而减小，故D错误答案：C扩散现象与布朗运动本质区别1扩散现象直接反映了分子的无规则运动，并且可以发生在固体、液体、气体任何两种物质之间2布朗运动不是分子的运动，我们也无法直接观察分子的无规则运动，而是通过悬浮的固体小颗粒的无规则运动来反映液体分子的无规则运动考点三 分子力、分子势能与分子间距离的关系分子力及分子势能比较项目分子力F分子势能Ep图象随分子间距离的变化情况rr0r增大，F先增大后减小，表现为引力r增大，F做负功，Ep增大rr
14、0F引F斥，F0Ep最小，但不为零r10r0引力和斥力都很微弱，F0Ep0(多选)两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图中曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为r0.相距很远的两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近若两分子相距无穷远时分子势能为零，下列说法正确的是()A在rr0阶段，F做正功，分子动能增加，势能减小B在rr0阶段，当r减小时F做正功，分子势能减小，分子动能增加，故A正确；在rr0阶段，当r减小时F做负功，分子势能增加，分子动能减小，故B错误；在rr0时，分子势能最小，但不为零，动能最大，故C正确，D错误；在整个相互接近的过程中，分子动能和势能之和保持不变，故E正确答
15、案：ACE判断分子势能变化的两种方法1根据分子力做功判断：分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增加2利用分子势能与分子间距离的关系图线判断，如图所示但要注意此图线和分子力与分子间距离的关系图线形状虽然相似但意义不同，不要混淆考点四 物体的内能1.内能与机械能的比较名称比较内能机械能定义物体中所有分子热运动的动能与分子势能的总和物体的动能、重力势能和弹性势能的统称决定因素与物体的温度、体积、物态和物质的量有关跟宏观运动状态、参考系和零势能点的选取有关大小任何物体都有内能，恒不为零可以为零测量无法测量，其变化量可由做功和热传递来量度可测量本质微观分子的运动和相互作用的结果宏观物体的运
16、动和相互作用的结果运动形式热运动机械运动联系在一定条件下可以相互转化2.内能和热量的比较项目内能热量区别是状态量，状态确定则系统的内能随之确定一个物体在不同的状态下有不同的内能是过程量，它表示由于热传递而引起的内能变化过程中转移的能量联系在只有热传递改变物体内能的情况下，物体内能的改变量在数值上等于物体吸收或放出的热量(多选)(2018全国卷)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思维点拨气体分子间距离较大，决定气体的内能
17、的因素有哪些？解析：气体的内能不考虑气体自身重力的影响，故气体的内能不包括气体分子的重力势能，选项A错误；实际气体的内能包括气体的分子动能和分子势能两部分，选项B、E正确；气体整体运动的动能属于机械能，不是气体的内能，选项C错误；气体体积变化时，分子势能发生变化，气体温度也可能发生变化，即分子势能和分子动能的和可能不变，选项D正确答案：BDE分析物体的内能问题的技巧分析物体的内能问题应当明确以下几点：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决定内能大小的因素为温度、体积、分子数，还与物态有关系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，
18、分子的平均动能均相同1.(多选)(2019河北衡水模拟)关于布朗运动，下列说法正确的是()A布朗运动是液体分子的无规则运动B液体温度越高，布朗运动越剧烈C布朗运动是由于液体各部分温度不同而起引的D悬浮在液体中的固体小颗粒做布朗运动具有的能是机械能E布朗运动是宏观物体的运动，其运动规律遵循牛顿第二定律解析：布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，A错误；布朗运动的剧烈程度与温度有关，液体温度越高，布朗运动越剧烈，B正确；布朗运动是由于来自各个方向的液体分子对固体小颗粒撞击作用的不平衡引起的，C错误；悬浮在液体中的固体小颗粒做布朗运动具有的能是机械能，D正确；布朗运动是悬浮的固体小颗粒不停地做无规则的宏观
19、的机械运动，故其运动规律遵循牛顿第二定律，E正确答案：BDE2(多选)关于扩散现象，下列说法正确的是()A温度越高，扩散进行得越快B扩散现象是不同物质间的一种化学反应C扩散现象是由物质分子无规则运动产生的D扩散现象在气体、液体和固体中都能发生E液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的解析：扩散现象与温度有关，温度越高，扩散进行得越快，选项A正确；扩散现象是由于分子的无规则运动引起的，不是一种化学反应，选项B、E错误，选项C正确；扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，选项D正确答案：ACD3.(多选)(2019山东济宁模拟)将一个分子P固定在O点，另一分子Q放在图中的A点，两分子之间的作用力与其间
20、距的关系图线如图所示，虚线1表示分子间相互作用的斥力，虚线2表示分子间相互作用的引力，实线3表示分子间相互作用的合力如果将分子Q从A点无初速度释放，分子Q仅在分子力的作用下始终沿水平方向向左运动，则下列说法正确的是()A分子Q由A点运动到C点的过程中，先加速再减速B分子Q在C点的分子势能最小C分子Q在C点的加速度大小为零D分子Q由A点释放后运动到C点左侧的过程中，加速度先增大后减小再增大E该图能表示固、液、气三种状态下分子力的变化规律解析：C点为斥力和引力相等的位置，C点的右侧分子间作用力的合力表现为引力，C点的左侧分子间作用力的合力表现为斥力，因此分子Q由A点运动到C点的过程中，分子Q一直做
21、加速运动，分子的动能一直增大，分子势能一直减小，当分子Q运动到C点左侧时，分子Q做减速运动，分子动能减小，分子势能增大，即分子Q在C点的分子势能最小，A错误，B正确；C点为分子引力等于分子斥力的位置，即分子间作用力的合力为零，则分子Q在C点的加速度大小为零，C正确；分子Q由A点释放后运动到C点左侧的过程中，由题图可知分子间作用力的合力先增大后减小再增大，则加速度先增大后减小再增大，D正确；气体分子间距较大，分子间作用力很弱，不能用题图表示气体分子间作用力的变化规律，E错误答案：BCD4(多选)关于分子间相互作用力与分子间势能，下列说法正确的是()A在10r0距离范围内，分子间总存在着相互作用的
22、引力B分子间作用力为零时，分子间的势能一定是零C当分子间作用力表现为引力时，分子间的距离越大，分子势能越小D分子间距离越大，分子间的斥力越小E两个分子间的距离变大的过程中，分子间引力变化总是比斥力变化慢解析：在10r0距离范围内，分子间总存在着相互作用的引力和斥力，选项A正确；分子间作用力为零时，分子间的势能最小，但不是零，选项B错误；当分子间作用力表现为引力时，随分子间的距离增大，克服分子力做功，故分子势能增大，选项C错误；分子间距离越大，分子间的引力和斥力都是越小的，选项D正确；两个分子间的距离变大的过程中，分子间引力变化总是比斥力变化慢，选项E正确答案：ADE5下列说法正确的是()A液体
23、中悬浮的小颗粒的无规则运动称为布朗运动B液体分子的无规则运动称为布朗运动C物体从外界吸收热量，其内能一定增加D物体对外界做功，其内能一定减少答案：A6(多选)(2019河南洛阳四校联考)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温度相同的氢气和氧气的分子平均速率一定不同D0 的冰熔化成0 的水，内能不变E当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的减小而增大答案：ACE7用放大600倍的显微镜观察布朗运动，估计放大后的小颗粒(碳)体积为0.1109 m3，碳的密度为2.25103 kg/m3，摩
24、尔质量是1.2102 kg/mol，阿伏加德罗常数为6.021023 mol1，则：(1)该小碳粒含分子数约为多少个？(保留一位有效数字)(2)假设小碳粒中的分子是紧挨在一起的，试估算碳分子的直径解析：(1)设小颗粒棱长为a，放大600倍后，则其体积为V(600 a)30.1109 m3.实验体积为Va3 m3，质量为mV1.01015 kg，含分子数为nNA6.021023个51010个(2)将碳分子看成球体模型，则有，得d m2.61010 m.答案：(1)51010个(2)2.61010 m8(2019福建泉州模拟)2015年2月，美国科学家创造出一种利用细菌将太阳能转化为液体燃料的“人造树叶”系统，使太阳能取代石油成为可能假设该“人造树叶”工作一段时间后，能将106 g的水分解为氢气和氧气已知水的密度1.0103 kg/m3，摩尔质量M1.8102 kg/mol, 阿伏加德罗常数NA6.01023 mol1.试求：(结果均保留一位有效数字)(1)被分解的水中含有水分子的总数N；(2)一个水分子的体积V0.解析：(1)水分子数：N个31016个(2)水的摩尔体积Vmol，一个水分子的体积V0 m331029 m3.答案：(1)31016个(2)31029 m3
