2018年高考物理 考点一遍过 专题60 分子动理论 内能

专题60 分子动理论 内能一、物体是由大量分子组成的1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Vm、质量m、摩尔质量M、密度。（3）关系分子的质量：；分子的体积：；物体所含的分子数：或。（4）两种模型球体模型直径为；立方体模型边长为2关于分子两种模型理解的四个误区误区1：误认为固体、液体分子一定是球状的产生误区的原因是认为分子、原子就像宏观中的小球一样，都是球形的。实际上分子是有结构的，并且不同物质的分子结构是不同的，为研究问题方便，通常把分子看作球体。误区2：误认为物质处于不同物态时均可用分子的球状模型产生误区的原因是对物质处于不同物态时分子间的距离变化不了解。通常情况下认为固态和液态时分子是紧密排列的，此时可应用分子的球状模型进行分析。但处于气态时分子间的距离已经很大了，此时就不能用分子的球状模型进行分析了。误区3：误认为一个物体的体积等于其内部所有分子的体积之和产生误区的原因是认为所有物质的分子是紧密排列的，其实分子之间是有空隙的，对于固体和液体，分子间距离很小，可近似认为物体的体积等于所有分子体积之和；但对于气体，分子间距离很大，气体的体积远大于所有气体分子的体积之和。误区4：误认为只能把分子看成球状模型其原因是经常出现分子直径的说法，其实在研究物体中分子的排列时，除了球状模型之外，还经常有立方体模型等。建立模型的原则是使研究问题的方便。二、扩散现象1对扩散现象的认识（1）扩散现象：不同物质能够彼此进入对方的现象。（2）产生原因：由物质分子的无规则运动产生。（3）发生环境：物质处于固态、液态和气态时，都能发生扩散现象。（4）意义：证明了物质分子永不停息地做无规则运动。（5）规律：温度越高，扩散现象越明显。（6）应用：在高温条件下通过分子的扩散在纯净的半导体材料中掺入其他元素来生产半导体器件。2影响扩散现象明显程度的因素（1）物态气态物质的扩散现象最快、最显著。固态物质的扩散现象最慢，短时间内非常不明显。液态物质的扩散现象的明显程度介于气态与固态之间。（2）温度：在两种物质一定的前提下，扩散现象发生的明显程度与物质的温度有关，温度越高，扩散现象越显著。（3）浓度差：两种物质的浓度差越大，扩散现象越显著3分子运动的两个特点（1）永不停息：不分季节，也不分白天和黑夜，分子每时每刻都在运动。（2）无规则：单个分子的运动无规则，但大量分子的运动又具有规律性，总体上分子由浓度大的地方向浓度小的地方运动。三、布朗运动1对布朗运动的认识（1）概念：悬浮在液体（或气体）中的微粒不停地做无规则运动。（2）产生的原因：大量液体（或气体）分子对悬浮微粒撞击的不平衡造成的。（3）布朗运动的特点：永不停息、无规则。（4）影响因素：微粒越小，布朗运动越明显，温度越高，布朗运动越激烈。（5）意义：布朗运动间接地反映了液体（气体）分子运动的无规则性。2影响因素（1）微粒越小，布朗运动越明显：悬浮微粒越小，某时刻与它相撞的分子数越少，来自各方向的冲击力越不易平衡；另外微粒越小，其质量也就越小，相同冲击力下产生的加速度越大。因此，微粒越小，布朗运动越明显。（2）温度越高，布朗运动越激烈：温度越高，液体分子的运动（平均）速率越大，对悬浮于其中的微粒的撞击作用也越大，产生的加速度也越大，因此温度越高，布朗运动越激烈。3实质布朗运动不是分子的运动，而是固体微粒的运动。布朗运动的无规则性反映了液体分子运动的无规则性；布朗运动与温度有关，表明液体分子运动的激烈程度与温度有关。4热运动（1）定义：分子永不停息的无规则运动。（2）宏观表现：扩散现象和布朗运动。（3）特点永不停息；运动无规则；温度越高，分子的热运动越剧烈。5布朗运动与分子热运动布朗运动热运动活动主体固体小颗粒分子区别是固体小颗粒的运动，是比分子大得多的分子团的运动，较大的颗粒不做布朗运动，但它本身的以及周围的分子仍在做热运动是指分子的运动，分子无论大小都做热运动，热运动不能通过光学显微镜直接观察到共同点都是永不停息的无规则运动，都随温度的升高而变得更加激烈，都是肉眼所不能看见的联系布朗运动是由于小颗粒受到周围分子做热运动的撞击力而引起的，它是分子做无规则运动的反映特别提醒：（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，是液体分子无规则运动的反映。四、分子动理论1内容物体是由大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则运动，分子之间存在着引力和斥力。2统计规律（1）微观方面：各个分子的运动都是不规则的，带有偶然性。（2）宏观方面：大量分子的运动有一定的规律，叫做统计规律。大量分子的集体行为受统计规律的支配。五、分子间的作用力1分子间有空隙（1）气体分子间的空隙：气体很容易被压缩，表明气体分子间有很大的空隙。（2）液体分子间的空隙：水和酒精混合后总体积会减小，说明液体分子间有空隙。（3）固体分子间的空隙：压在一起的金片和铅片的分子，能扩散到对方的内部说明固体分子间也存在着空隙。2分子间作用力（1）分子间虽然有空隙，大量分子却能聚集在一起形成固体或液体，说明分子之间存在着引力；分子间有空隙，但用力压缩物体，物体内会产生反抗压缩的弹力，这说明分子之间还存在着斥力。（2）分子间的引力和斥力是同时存在的，实际表现出来的分子力是引力和斥力的合力。（3）分子间的作用力与分子间距离的关系如图所示，表现了分子力F随分子间距离r的变化情况，由图中Fr图线可知：F引和F斥都随分子间距离的变化而变化，当分子间的距离增大时，F引和F斥都减小，但F斥减小得快，结果使得：r=r0时，F引=F斥，分子力F=0，r0的数量级为10-10 m；当r109 m时，分子力可以忽略。rr0时，F引r0时，F引F斥，分子力表现为引力3分子力与物体三态不同的宏观特征（1）宏观现象的特征是大量分子间分子合力的表现，分子与分子间的相互作用力较小，但大量分子力的宏观表现合力却很大。（2）当物体被拉伸时，物体要反抗被拉伸，表现出分子引力，而当物体被压缩时，物体又要反抗被压缩而表现出分子斥力。（3）物体状态不同，分子力的宏观特征也不同，如固体、液体很难压缩是分子间斥力的表现；气体分子间距比较大，除碰撞外，认为分子间引力和斥力均为零，气体难压缩是压强的表现。六、热平衡与温度1温度（1）宏观上温度的物理意义：表示物体冷热程度的物理量。与热平衡的关系：各自处于热平衡状态的两个系统，相互接触时，它们相互之间发生了热量的传递，热量从高温系统传递给低温系统，经过一段时间后两系统温度相同，达到一个新的平衡状态。（2）微观上反映物体内分子热运动的剧烈程度，是大量分子热运动平均动能的标志。温度是大量分子热运动的集体表现，是含有统计意义的，对个别分子来说温度是没有意义的。2热平衡（1）一切达到热平衡的物体都具有相同的温度。（2）若物体与A处于热平衡，它同时也与B达到热平衡，则A的温度等于B的温度，这就是温度计用来测量温度的基本原理。3热平衡定律的意义热平衡定律又叫热力学第零定律，为温度的测量提供了理论依据。因为互为热平衡的物体具有相同的温度，所以比较各物体温度时，不需要将各个物体直接接触，只需将作为标准物体的温度计分别与各物体接触，即可比较温度的高低。4温度计和温标（1）温度计名称原理水银温度计根据水银的热膨胀的性质来测量温度金属电阻温度计根据金属铂的电阻随温度的变化来测量温度气体温度计根据气体压强随温度的变化来测量温度热电偶温度计根据不同导体因温差产生电动势的大小来测量温度（2）温标：定量描述温度的方法。（3）摄氏温标：一种常用的表示温度的方法，规定标准大气压下冰的熔点为0，水的沸点为100。在0刻度与100刻度之间均匀分成100等份，每份算做1。（4）热力学温标：现代科学中常用的表示温度的方法，热力学温标也叫“绝对温标”。（5）摄氏温度与热力学温度：摄氏温度摄氏温标表示的温度，用符号t表示，单位是摄氏度，符号为热力学温度热力学温标表示的温度，用符号T表示，单位是开尔文，符号为K换算关系T=t+273.15 K七、物体的内能1分子势能分子势能是由分子间相对位置而决定的势能，它随着物体体积的变化而变化，与分子间距离的关系为：（1）当rr0时，分子力表现为引力，随着r的增大，分子引力做负功，分子势能增大；（2）当rr0时，分子间表现为引力，当分子a向b靠近时，分子力做正功，当a到达受b的作用力为零处时，a的动能一定最大，A正确；微粒越大，撞击微粒的液体分子数量越多，分子受力越易平衡，布朗运动越不明显，B错误；液体与大气相接触，表面层内分子所受其他分子的作用表现为相互吸引，C正确；一定量的理想气体，分子间的势能不考虑，故内能也即分子的平均动能，只与温度有关，D正确。【名师点睛】分子间存在着相互作用力：（1）分子间同时存在相互作用的引力和斥力；（2）分子力是分子间引力和斥力的合力；（3）r0为分子间引力和斥力大小相等时的距离，其数量级为1010 m；（4）如图所示，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，但总是斥力变化得较快。r=r0时，F引=F斥，分子力F=0；rr0时，F引和F斥都随距离的增大而减小，但F斥比F引减小得更快，分子力F表现为引力；r10r0（109 m）时，F引、F斥迅速减弱，几乎为零，分子力F0。1关于物体的内能、温度和分子的平均动能，下列说法正确的是A温度低的物体内能一定小B温度低的物体分子运动的平均动能一定小C外界对物体做功，物体的内能一定增加D物体放热，物体的内能一定减小【答案】B【解析】物体的内能包括分子动能和分子势能，而温度是分子平均动能的标志，温度低的物体只能说分子平均动能小，选项B正确；而温度低不一定内能小，因为还有分子势能不确定，选项A错误；改变物体内能的方式有两种，做功和热传递，单独凭借做功或者热传递无法判断内能的变化，选项CD错误。2如图为两分子系统的势能Ep与两分子间距离r的关系曲线。下列说法正确的是 A当大于时，分子间的作用力表现为引力B当小于时，分子间的作用力表现为斥力C当由到变化过程中，分子间的作用力先变大再变小D在由变到的过程中，分子间的作用力做负功【答案】B1下列关于布朗运动的叙述，正确的是A悬浮小颗粒的运动是杂乱无章的B液体的温度越低，悬浮小颗粒的运动越缓慢。当液体的温度降到零摄氏度时，固体小颗粒的运动就会停止C被冻结的冰块中的小炭粒不能做布朗运动，是因为在固体中不能发生布朗运动D做布朗运动的固体颗粒越小，布朗运动越明显E因为布朗运动的激烈程度跟温度有关，所以布朗运动也叫热运动2关于分子力，正确的说法是A分子间的相互作用力是万有引力的表现B分子间的作用力是由分子内带电粒子相互作用和运动所引起的C当分子间距离rr0时，随着r的增大，分子间斥力和引力都减小，但斥力减小的更快，合力表现为引力D当分子间距离大于10倍的r0时，分子间的作用力几乎等于零E当分子间的距离为r0时，它们之间既没有引力，也没有斥力3关于分子动理论和内能，下列说法中正确的是A温度越低，物体分子热运动的平均动能越大B温度越高，物体分子热运动的平均动能越大C分子势能与分子间距离有关，是物体内能的一部分D物体的动能和重力势能也是其内能的一部分4下列说法中正确的是A将香水瓶盖打开后香味扑面而来，这一现象说明分子在永不停息地运动B布朗运动指的是悬浮在液体或气体中的固体分子的运动C悬浮在液体中的颗粒越大布朗运动越明显D布朗运动的剧烈程度与温度无关5在显微镜下观察布朗运动时，布朗运动的剧烈程度A与悬浮颗粒的大小有关，微粒越小，布朗运动越显著B与悬浮颗粒中分子的大小有关，分子越小，布朗运动越显著C与温度有关，温度越高，布朗运动越显著D与观察时间的长短有关，观察时间越长，布朗运动越趋平稳6下列有关温度的各种说法中正确的是A温度低的物体内能小B温度低的物体，其分子运动的平均速率也必然小C做加速运动的物体，由于速度越来越大，因此物体分子的平均动能越来越大D0 的铁和0 的冰，它们的分子平均动能相同7将液体分子视作球体，且分子间的距离可忽略不计，则已知某种液体的摩尔质量，该液体的密度以及阿伏加德罗常数NA后，可得该液体分子的半径为A BC D8关于分子的热运动，下列说法中正确的是A气体的体积等于气体中所有分子体积的总和B分子间存在的斥力和引力都随分子间距离的增大而增大C内能是物体中所有分子热运动的平均动能之和D大量分子的无规则运动遵从统计规律9关于分子间的作用力，说法正确的是A若分子间的距离增大，则分子间的引力增大，斥力减小B若分子间的距离减小，则分子间的引力和斥力均增大C若分子间的距离减小，则分子间引力和斥力的合力将增大D若分子间的距离增大，则分子间引力和斥力的合力将减小10如图所示是两个分子间相互作用的斥力和引力随分子间距离变化的规律。根据图像进行分析，下面的说法中正确的是A当r=l时，两分子间的作用力是引力B当r=0.3l时，两分子间的作用力是引力C当r从5l逐渐减小到不能减小的过程中，分子势能逐渐减小D当r从5l逐渐减小到不能减小的过程中，分子势能先逐渐减小后逐渐增大11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12如果将两个分子看成质点，当这两个分子之间的距离为时分子力为零，则分子力F及分子势能Ep随着分子间距离r的变化而变化的情况是A当时，随着变大，F变小，Ep变小B当时，随着变大，F变大，Ep变大C当时，随着变小，F变大，Ep变小D当时，随着变小，F变大，Ep变大13如图所示，甲分子固定在坐标原点O，只在两分子间的作用力作用下，乙分子沿x轴方向运动，两分子间的分子势能EP与两分子间距离x的变化关系如图所示，设分子间在移动过程中所具有的总能量为0。则下列说法正确的是A乙分子在P点时加速度最大B乙分子在Q点时分子势能最小C乙分子在Q点时处于平衡状态D乙分子在P点时分子动能最大14如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示，F0为斥力，Fr0时，分子间相互作用的斥力小于引力，分子力表现为引力，当分子间距离大于10倍的r0时，分子间的作用力几乎等于零，CD正确，分子间同时存在着相互作用的引力和斥力，当两个分子间距离为r0时， 每个分子受另一个分子的引力和斥力大小相等、方向相反、合力为零，而不是既无引力也无斥力，E错误。3BC【解析】温度越低，物体分子热运动的平均动能越小，温度越高，物体分子热运动的平均动能越大，故A错误，B正确；分子势能与分子间距离有关，是物体内能的一部分，故C正确；物体的动能和重力势能是机械能，物体的内能与机械能无关，故D错误。4A【解析】打开香水瓶盖后，香水里的芳香分子不停地做无规则运动，扩散到了空气中，所以人能闻到香味，A正确；布朗运动是指悬浮在液体中的固体颗粒的运动，而固体颗粒是由成千上万个分子组成的，颗粒的运动是大量分子的集体运动，并不单个固体颗粒分子的运动，更不是液体分子的运动，B错误；悬浮的颗粒越大，表面积越大，周围液体分子数越多，同一时刻撞击颗粒的分子数冲力越平衡，所以布朗运动越不明显，C错误；液体的温度越高，液体分子运动越剧烈，则布朗运动也越剧烈，故D错误。6D【解析】温度是分子平均动能的标志，温度低只能说明分子平均动能小，不能说明分子势能的大小，而内能包括分子动能和分子势能，故A错误；温度低的物体，分子平均动能一定小，但是分子动能与分子的速率以及分子质量有关，故分子运动的平均速率不一定小，故B错误；温度是分子平均动能的标志，与物体是否运动无关，故C错误；温度是分子平均动能的唯一标志，温度相同说明分子平均动能相同，0的铁和0的冰，它们的分子平均动能相同，故D正确。【名师点睛】此题是对分子动理论的考查；要知道温度是分子平均动能的唯一标志，温度相同的不同物质分子的平均动能是相同的；分子动能相同时，分子的速率与分子质量有关。7A【解析】液体的摩尔体积为，由题，液体分子看作是球体，且分子间的距离可忽略不计，则液体分子的体积为，由得，A正确。8D【解析】气体分子间距很大，气体的体积等于气体分子所能达到的整个空间，故A错误；分子间存在的斥力和引力都随分子间距离的增大而减小，选项B错误；物体的内能是物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和，故C错误；大量分子的无规则运动遵循一定的统计规律，D正确。9B【解析】分子间的引力、斥力和合力随分子间距离变化的图象，如图所示。若分子间的距离增大，则分子间的引力减小，斥力也减小，选项A错误；若分子间的距离减小，则分子间的引力和斥力均增大，选项B正确；若分子间的距离从大于r0的适当位置减小则分子间引力和斥力的合力将减小，选项C错误；若分子间的距离从r0的位置增大，则开始一段距离内分子间引力和斥力的合力将增大，选项D错误；故选B。【名师点睛】对于分子力的变化的判断要注意以下几点：1分子之间存在着相互作用的引力和斥力，注意引力和斥力是同时存在的；2引力和斥力都随分子间的距离的增大而减小，注意斥力减小的要比引力减小的快；3当分子间的距离等于r0时，分子的引力和斥力大小相等，分子力为零，当分子间的距离为分子距离的十倍以上时，分子力已经非常弱了，此时往往忽略分子间相互的引力和斥力。10AD【解析】由图可知，r=0.5l时，两分子间的斥力和引力大小相等，合力为0，分子势能最小。当r=l时，两分子间的作用力是引力，故A正确；当r=0.3l时，两分子间的作用力是斥力，故B错误；当r从5l逐渐减小到不能减小的过程中，分子势能先逐渐减小后逐渐增大，故C错误，D正确。13D【解析】由图象可知，乙分子在P点（x=x2）时，分子势能最小，此时分子处于平衡位置，分子引力与分子斥力大小相等，合力为零，加速度为零，故A错误；由图象可知，乙分子在Q点时分子势能为零，大于分子在P点的分子势能，因此在Q点分子势能不是最小，故B错误；乙分子在Q点（x=x1）时，分子间距离小于平衡距离，分子引力小与分子斥力，合力表现为斥力，在Q点分子不处于平衡状态，故C错误；乙分子在P点（x=x2）时，分子势能最小，由能量守恒定律则知，分子的动能最大，故D正确；故选D。【名师点睛】对于分子势能，关键要掌握分子位于平衡位置时，分力势能最小，而分子力为零，动能最大。熟悉分子力的变化规律，知道分子力做功与分子势能变化的关系，知道总能量由分子势能和分子动能两者之和构成，本题考查的过程很细，要加强分析。14B【解析】由于乙分子由静止开始，在ac间一直受到甲分子的引力而做加速运动，引力做正功，分子势能一直在减小，到达c点时所受分子力为零，加速度为零，速度最大，动能最大，分子势能最小为负值，故选项A错误，B正确；由于惯性，到达c点后乙分子继续向甲分子靠近，由于分子力为斥力，故乙分子做减速运动，斥力做负功，势能增加，但势能不一定为正值，故选项C错误；在分子力表现为斥力的那一段cd上，随分子间距的减小，乙分子克服斥力做功，分子力、分子势能随间距的减小一直增加，故乙分子在d处势能不一定小于在a处势能，故选项D错误。15（1）个 （2）【解析】（1）分子数为：个（2）分子体积为：；球体积公式故分子直径为：16（1） （2）【解析】（1）设氙气的物质的量为n则氙气分子的总数（2）每个分子所占的空间为设分子间平均距离为a，则有V0=a3即【名师点睛】本题主要抓住温度是分子平均动能的标志，温度升高分子的平均动能增加，不同温度下相同速率的分子所占比例不同的特点。18C【解析】水流速度是机械运动速度，不能反映热运动情况，A错误；分子在永不停息地做无规则运动，B错误；水的温度升高，水分子的平均速率增大，并非每一个水分子的运动速率都增大，D错误；选项C说法正确。【名师点睛】温度是分子平均动能的标志，但单个分子做无规则运动，单个分子在高温时速率可能较小。19ABC【解析】根据题意，气体单位体积分子数是指单位体积气体分子的数量，NA是指每摩尔该气体含有的气体分子数量，Vm是指每摩尔该气体的体积，两者相除刚好得到单位体积该气体含有的分子数量，选项A正确；摩尔质量M与分子质量m相除刚好得到每摩尔该气体含有的气体分子数，即为NA，此时就与选项A相同了，故选项B正确；气体摩尔质量与其他密度相除刚好得到气体的摩尔体积Vm，所以选项C正确、D错误。20C【解析】根据题给信息可知，A错误；由于颗粒物处于静止状态，其受到空气分子作用力的合力与重力等大反向，故B错误；PM10和大悬浮颗粒物都在做布朗运动，C正确；因为PM10的浓度随高度的增加略有减小，而PM10中含有PM2.5，所以PM2.5的浓度也应随高度的增加略有减小，D错误。21C【解析】一定质量的理想气体，分子势能不计，故A错误；在升温过程中，分了的平均动能增大，但不是每个分子的动能增大，故B错误，C正确；理想气体的气体分子本身的体积和气体分子间的作用力都可以忽略不计的气体，故D错误。【名师点睛】本题结合一定质量的理想气体的升温过程考查分子动理论，涉及分子力、温度和内能等知识点，意在考查考生的理解能力和识记能力。理想气体的特点：气体分子本身的体积和气体分子间的作用力都可以忽略不计的气体，因此理想气体分子间无作用力，没有分子势能；温度的意义也很重要。24C【解析】分子间同时存在引力和斥力，当分子距离增加时，分子间的引力和斥力都减小，只是斥力减小的更快，当距离超过平衡位置时，斥力就会小于引力合力即分子力表现为引力，当距离小于平衡位置时，斥力大于引力，分子力表现为斥力，选项C对。【名师点睛】分子间的相互作用力，即引力、斥力都随距离的增大而减小，随距离的减小而增大，只是变化的快慢不同。25B【解析】温度是物体的分子平均动能的标志，温度升高，物体分子的平均动能一定增大，A错误，B正确；内能是所有分子的动能和势能的和，不仅与温度有关，还与物体的体积有关，只知道温度一个因素的变化情况，无法确定物体内能的变化，C、D错误。26甲 乙【解析】温度相同，颗粒越大，布朗运动越不明显，所以若水温相同，甲中炭粒的颗粒较大；若炭粒大小相同，温度越高，布朗运动越明显，故乙中水分子的热运动较剧烈。27【解析】摩尔体积由密度，解得代入数据得 【名师点睛】本题主要考查阿伏加德罗常数，摩尔质量、摩尔体积等物理量间的关系，记得公式，用心计算，小心有效数字的要求即可。23