2023年高考物理总复习一轮复习:第十三章热学选修3-3(教师版)
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1、第十三章 热学选修3-3考 纲 要 求考 情 分 析分子动理论的基本观点和实验依据理想气体1.命题规律该部分知识点比较多,而高考重点考查的内容包括分子动理论、固体和液体的性质、气体实验定律及热力学第一定律等知识。题型一般为选择计算。2.考查热点预计在明年高考中,对该部分内容的考查仍将以分子动理论、热力学定律及气体状态方程的应用为重点。阿伏加德罗常数饱和蒸汽、未饱和蒸汽、饱和蒸汽压气体分子运动速率的统计分布相对湿度温度、内能热力学第一定律固体的微观结构、晶体和非晶体能量守恒定律液晶的微观结构热力学第二定律液体的表面张力现象中学物理中涉及的国际单位制的基本单位和其他单位,例如摄氏度、标准大气压中学
2、物理中涉及的国际单位制的基本单位和其他单位,例如摄氏度、标准大气压气体实验定律实验十三:用油膜法估测分子的大小第74课时分子动理论内能(双基落实课)点点通(一)分子动理论1物体是由大量分子组成的(1)分子的大小一般无机分子直径的数量级约为:1010 m。一般无机分子质量的数量级约为:10271025 kg。(2)阿伏加德罗常数:指1 mol的任何物质中含有相同的微粒个数,用符号NA表示,NA6.021023 mol1。2分子的热运动:分子永不停息地做无规则运动扩散现象指相互接触的不同物质能够彼此进入对方的现象。温度越高,扩散越快;扩散可在固体、液体、气体中进行布朗运动指悬浮在液体(或气体)中的
3、微粒的无规则运动。微粒越小,温度越高,布朗运动越显著3.布朗运动和分子热运动的比较布朗运动分子热运动主体微粒分子区别布朗运动是微粒的运动,是比分子大得多的分子团的运动,较大的微粒不做布朗运动,但它本身以及周围的分子仍在做热运动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,都随温度升高而变得更加激烈,都是肉眼不能直接观察到的联系布朗运动是由微粒受到周围分子做热运动的撞击力的不平衡而引起的,它是分子做无规则运动的间接反映4.分子间的相互作用力分子间同时存在引力和斥力,且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
4、变化得较快,如图所示。(1)当rr0时,F引F斥,F0。(2)当rr0时,F引和F斥都随距离的减小而增大,但F引F斥,F表现为斥力。(3)当rr0时,F引和F斥都随距离的增大而减小,但F引F斥,F表现为引力。(4)当r10r0(109 m)时,F引和F斥都已经十分微弱,可以认为分子间相互作用力为零(F0)。 小题练通1为了估测一容器中气体分子间的平均距离,需要知道的物理量是()A阿伏加德罗常数、该气体的质量和摩尔质量B阿伏加德罗常数、该气体的摩尔质量和密度C阿伏加德罗常数、该气体的质量和体积D该气体的密度、体积和摩尔质量解析:选B只有已知阿伏加德罗常数和气体摩尔体积,才能估测出气体分子间的平均
5、距离,而只有知道气体的摩尔质量和密度才能计算出气体摩尔体积,故B正确。2(人教教材改编题)下列关于布朗运动的说法正确的是()A布朗运动就是分子的无规则运动B布朗运动证明,组成固体小颗粒的分子在做无规则运动C一锅水中撒一点胡椒粉,加热时发现水中的胡椒粉在翻滚,这说明温度越高布朗运动越激烈D在显微镜下可以观察到煤油中小粒灰尘的布朗运动,这说明煤油分子在做无规则运动解析:选D布朗运动不是液体、固体分子的无规则运动,而是悬浮在液体中固体小颗粒的运动,要通过显微镜才能观察到,A、B错误,D正确;而胡椒粉颗粒大,其运动不是布朗运动,C错误。3(粤教教材原题)两个分子由距离很远(r109 m)逐渐靠拢到很难
6、再靠近的过程中,分子间作用力的大小将()A先减小后增大B先增大后减小C先增大后减小再增大D先减小后增大再减小解析:选C根据分子间相互作用力的特点,两个分子由距离很远逐渐靠拢到很难再靠近的过程中,分子间作用力先增大后减小再增大,故C正确。 融会贯通(1)阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁,常用来进行微观量的估算。(2)布朗运动不是液体分子的运动,也不是固体颗粒中分子的运动,而是固体小颗粒在液体分子撞击下的无规则运动,它间接地反映了液体分子的无规则运动。(3)分子间的作用力等于分子间引力和斥力的合力,分子引力、斥力都随分子间距离的减小而增大,而分子间的作用力随分子距离的变化是比较复杂的。点点
7、通(二)温度和内能1温度两个系统处于热平衡时,它们必定具有某个共同的热学性质,把表征这一“共同热学性质”的物理量叫做温度。一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。2摄氏温标和热力学温标单位规定关系摄氏温标(t)在标准大气压下,冰的熔点是0_,水的沸点是100 Tt273.15 KTt热力学温标(T)K零下273.15_即为0 K3.分子动能(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
8、相互位置决定的能。(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;取r处为零势能处,分子势能Ep与分子间距离r的关系如图所示,当rr0时分子势能最小。宏观上决定于体积和状态。5物体的内能(1)物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和,是状态量。对于给定的物体,其内能大小由物体的温度和体积决定。(2)改变物体内能的两种方式:做功和热传递。小题练通1(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
9、的动能解析:选BDE实际气体的内能包括分子之间相互作用的势能和分子热运动的动能,与分子的重力势能和整体的动能均无关。改变气体内能的方式有做功和热传递。综上所述,B、D、E正确。2(多选)(鲁科教材改编题)如图,用温度计测量质量已知的甲、乙、丙三杯水的温度,根据测量结果可以知道()A甲杯中水的内能最少B甲、乙杯中水的内能一样多C丙杯中水分子的平均动能最大D甲杯中水分子的平均动能小于乙杯中水分子的平均动能解析:选AC甲杯中水的质量最小,温度和乙杯中的相同且小于丙杯中的,故甲杯中水的内能最小,A正确,B错误;丙杯中水的温度最高,水分子的平均动能最大,C正确;甲、乙杯中水的温度相同,水分子的平均动能相
10、同,D错误。3(多选)(粤教教材原题)有甲、乙两个分子,甲分子固定不动,乙分子由无限远处逐渐向甲分子靠近,直到不能再靠近为止,在这整个过程中()A分子力总是对乙分子做正功B分子势能先增大后减小C先是分子力对乙分子做正功,然后乙分子克服分子力做功D在分子力为零时,分子势能最小解析:选CD根据分子力的特点,乙分子由无限远向甲分子靠近过程中,分子力由引力变为零再变为斥力,则分子力先做正功,再做负功,分子势能先减小后增大,分子力为零时,分子势能最小,故A、B错误,C、D正确。4(沪科教材原题)关于物体的内能和分子势能,下列说法中正确的是()A物体的速度增大,则分子的动能增加,内能也一定增加B物体温度不
11、变,内能可能变大C物体的内能与温度有关,与物体的体积无关D把物体举得越高,分子势能越大解析:选B物体的速度、高度只改变其机械能,与内能、分子势能无关,A、D错误;物体温度不变,分子平均动能不变,但分子势能可能变大,所以内能可能变大,B正确;物体的内能与其温度、体积都有关,C错误。 融会贯通分子力及分子势能的图像比较分子力F分子势能Ep图像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rr0F引F斥,F0Ep最小,但不为零r10r0引力和斥力都很微弱,F0Ep01(多选)(2017海南高考)关于布朗运动,下列说法正确的是()A布朗运动是液体中悬浮微粒的无
12、规则运动B液体温度越高,液体中悬浮微粒的布朗运动越剧烈C在液体中的悬浮颗粒只要大于某一尺寸,都会发生布朗运动D液体中悬浮微粒的布朗运动是液体分子永不停息地做无规则运动E液体中悬浮微粒的布朗运动是液体分子对它的撞击作用不平衡所引起的解析:选ABE布朗运动是液体中悬浮微粒的无规则运动,故A正确;液体温度越高,分子热运动越剧烈,液体中悬浮微粒的布朗运动越剧烈,故B正确;悬浮颗粒越大,惯性越大,碰撞时受到各个方向的撞击作用越接近平衡,所以大颗粒不做布朗运动或布朗运动不明显,故C错误;布朗运动是悬浮在液体中微粒的无规则运动,不是液体分子的无规则运动,故D错误;液体中悬浮微粒的布朗运动是由液体分子从各个方
13、向对悬浮微粒撞击作用的不平衡引起的,故E正确。2(多选)(2019南昌模拟)关于分子间的作用力,下列说法正确的是()A若分子间的距离增大,则分子间的引力和斥力均减小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,则分子间的引力和斥力的合力一定增大D若分子间的距离增大,则分子间的引力和斥力的合力一定减小E若分子间的距离从无穷远处开始减小,则引力和斥力的合力先增大后减小再增大解析:选ABE分子间的引力、斥力和合力与分子间距离的关系如图所示。若分子间的距离增大,则分子间的引力和斥力均减小,选项A正确;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
14、于r0的适当位置减小,则分子间引力和斥力的合力可能减小,选项C错误;若分子间的距离从r0的位置开始增大,则开始一段距离内分子间引力和斥力的合力增大,选项D错误;若分子间距离从无穷远处开始减小,则引力和斥力的合力先增大后减小再增大,选项E正确。3(多选)(2016全国卷)关于气体的内能,下列说法正确的是()A质量和温度都相同的气体,内能一定相同B气体温度不变,整体运动速度越大,其内能越大C气体被压缩时,内能可能不变D一定量的某种理想气体的内能只与温度有关E一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中,内能一定增加解析:选CDE气体的内能由物质的量、温度和体积决定,质量和温度都相同的气体,内能可能不同,A
15、错误;内能与物体的运动速度无关,B错误;气体被压缩时,若同时对外传热,根据热力学第一定律知内能可能不变,C正确;一定量的某种理想气体的内能只与温度有关,D正确;根据理想气体状态方程,一定量的某种理想气体在压强不变的情况下,体积变大,则温度一定升高,内能一定增加,E正确。4(多选)下列说法正确的是()A固体很难被拉伸,也很难被压缩,说明分子间既存在引力又存在斥力B“破镜不能重圆”是因为分子间存在斥力C水和酒精混合后的体积小于混合前体积之和,说明分子间存在一定的间隙D用打气筒向篮球充气时需用力,说明气体分子间有斥力E水黾可以停在水面上,主要是因为水黾受到水的表面张力的作用解析:选ACE固体很难被拉
16、伸,说明分子间存在引力,很难被压缩,说明分子间存在斥力,A正确;分子力是一种短程力,“破镜不能重圆”是因为分子间距离超出了分子力作用的范围,B错误;水和酒精混合后的体积小于混合前体积之和,说明分子间存在一定的间隙,C正确;用打气筒向篮球充气时需用力,是因为篮球内部气体的压强太大,D错误;水黾可以停在水面上,主要是因为水黾受到水的表面张力的作用,E正确。5(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F的作用下,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
17、大,势能也增大B在rr0阶段,F做负功,分子动能减小,势能增大C在rr0时,分子势能最小,动能最大D在rr0时,分子势能为零E分子动能和势能之和在整个过程中不变解析:选BCE在rr0阶段,两分子间的斥力和引力的合力F表现为引力,两分子在F的作用下,由静止开始相互接近,F做正功,分子动能增大,势能减小,选项A错误;在rr0阶段,两分子间的斥力和引力的合力F表现为斥力,F做负功,分子动能减小,势能增大,选项B正确;在rr0时,分子势能最小,动能最大,选项C正确;在整个过程中,只有F做功,分子动能和势能之和保持不变,两分子相距无穷远时,分子势能为零,故在rr0时,分子势能为负值,选项D错误,E正确。
18、6(多选)下列说法正确的是()A显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动,这反映了液体分子运动的无规则性B分子间的相互作用力随着分子间距离的增大,一定先减小后增大C分子势能随着分子间距离的增大,可能先减小后增大D在真空、高温条件下,可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素E当温度升高时,物体内每一个分子热运动的速率一定都增大解析:选ACD显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动,即布朗运动,间接反映了液体分子运动的无规则性,故A正确;分子间的相互作用力随着分子间距离由很小逐渐增大,rr0(平衡位置)时,分子力(斥力)随r增大而减小,分子势能减小,当rr0时,分子力等于零,分子势
19、能最小,然后随r增大分子力(引力)先增大再减小,分子势能逐渐增大,故B错误,C正确;分子之间存在间隙,在真空、高温条件下,可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素,故D正确;温度升高,分子平均动能增大,但不是每一个分子热运动的速率都增大,故E错误。7(多选)如图所示,纵坐标表示两个分子间引力、斥力的大小,横坐标表示两个分子间的距离。图中两条曲线分别表示两分子间引力、斥力的大小随分子间距离的变化关系,e为两曲线的交点,则下列说法中正确的是()Aab为斥力曲线,cd为引力曲线,e点横坐标的数量级为1010 mBab为引力曲线,cd为斥力曲线,e点横坐标的数量级为1010 mC若两个分子间距离增大,
20、则分子势能也增大D由分子动理论可知,温度相同的氢气和氧气分子平均动能相等E质量和温度都相同的氢气和氧气(视为理想气体),氢气的内能大解析:选BDE分子引力和分子斥力都会随着分子间距离的增大而减小,只是斥力减小得更快,由题图可知,ab为引力曲线,cd为斥力曲线,分子引力和斥力大小相等时,分子距离(即e点横坐标)数量级为1010 m,A错误,B正确;两个分子间距离增大,若分子力表现为引力,分子力做负功,分子势能增大,若分子力表现为斥力,分子力做正功,分子势能减小,C错误;分子平均动能只与温度有关,即温度相同的氢气和氧气分子平均动能相等,D正确;质量和温度都相同的氢气和氧气,氢气分子数量较多,因此氢
21、气内能大,E正确。8(多选)PM2.5是指空气中直径等于或小于2.5微米的悬浮颗粒物,是造成大气污染的主要成分,其悬浮在空中做无规则运动,很难自然沉降到地面,吸入后对人体形成危害。矿物燃料的燃烧和排放是形成PM2.5的主要原因。下列有关PM2.5的说法中正确的是()APM2.5的尺寸与空气中氧分子的尺寸的数量级相当BPM2.5在空气中的运动属于布朗运动C温度越低,PM2.5活动越剧烈D倡导低碳生活,减少煤和石油等燃料的使用能有效减小PM2.5在空气中的浓度EPM2.5中颗粒小一些的,其运动比其他较大颗粒更为剧烈解析:选BDE氧分子的尺寸的数量级在1010 m左右,则PM2.5的尺寸远大于空气中
22、氧分子的尺寸的数量级,选项A错误;PM2.5在空气中的运动是固体微粒的运动,属于布朗运动,选项B正确;温度越高,PM2.5活动越剧烈,选项C错误;由PM2.5的形成原因知,倡导低碳生活,减少煤和石油等燃料的使用能有效减小PM2.5在空气中的浓度,选项D正确;PM2.5中颗粒小一些的,其运动比其他较大颗粒更为剧烈,选项E正确。9(多选)下列关于热现象的叙述正确的是()A气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数,跟单位体积内的分子数及温度有关B布朗运动是液体分子的运动,它说明液体分子不停地做无规则热运动C当分子间的引力和斥力平衡时,分子势能最小D如果气体分子总数不变,当气体温度升高时,气体分子的
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