热点一分子动理论热力学定律与能量守.docx
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热点一分子动理论热力学定律与能量守
热点一 分子动理论 热力学定律与能量守恒
本部分内容在高考中所占比例为6%~10%左右,考查的形式主要是选择题或计算题,题目以中等难度为主,考查的热点为分子动理论的理解,如2010年江苏卷第12A(3)题;晶体和非晶体,如2010年新棵标全国卷33
(1)题;热力学第一定律;如2010年江苏卷第12A
(2)题、2010年广东卷第14题等,主要考查考生对知识的理解、分析综合、实验及估算能力.
热点二 气体
本部分内容在高考中所占比例为6%~10%,考查的形式主要是选择题和计算题,题目难度中等,考查的热点是气体实验定律,如2010年新棵标全国卷33
(2)题、山东卷第36题;气体的性质、气体的压强也是高考命题的热点,如2010年广东卷第15题、江苏卷第12A
(1)题等.
温故自查
1.分子是具有各种物质的性质的最小粒子,或是(如金属)、或是(如盐类)、或是
(如有机物).
2.用油膜法测得分子直径(有机物质的大分子除外)的数量级为m,说明分子的体积极其微小.
3.一般分子质量的数量级为kg.
4.分子间有间隙.
5.阿伏加德罗常数:
1mol的任何物质都含有相同的粒子数,这个数的测量值,NA=mol-1.
考点精析
阿伏加德罗常数的应用:
阿伏加德罗常数是联系宏观世界和微观世界的桥梁.在此所指的微观物理量为:
分子的体积v、分子的直径d、分子的质量m;宏观物理量为:
物质的体积V、摩尔体积Vmol、物质的质量M、摩尔质量Mmol、物质的密度ρ.在利用阿伏加德罗常数进行估算时,一是要正确选用公式,二是要注意建立恰当的物理模型.
温故自查
1.扩散现象:
相互接触的物质彼此进入对方的现象,温度越高,扩散
2.布朗运动:
在显微镜下看到的悬浮在液体中的
的永不停息的无规则运动,它是
而产生的.颗粒越小,运动越;温度越高,运动越布朗运动
液体分子的运动,是分子热运动的反映.
考点精析
如何理解布朗运动?
(1)布朗运动是指悬浮小颗粒的运动,布朗运动不是一个单一的分子的运动——单个分子是看不见的,悬浮小颗粒是千万个分子组成的粒子,形成布朗运动的原因是悬浮小颗粒受到周围液体、气体分子紊乱的碰撞和来自各个方向碰撞效果的不平衡.因此,布朗运动不是分子运动,但它间接证明了周围液体、气体分子在永不停息地做无规则运动.
(2)布朗运动在相同温度下,悬浮颗粒越小,它的线度越小,表面积亦小,在某一瞬间跟它相撞的分子数越少,颗粒受到来自各个方向的撞击力越不平衡;另外,颗粒线度小,它的体积和质量比表面积减小得更快,因而冲击力引起的加速度更大;因此悬浮颗粒越小,布朗运动就越显著.
(3)相同的颗粒悬浮在同种液体中,液体温度升高,分子运动的平均速率大,对悬浮颗粒的撞击作用也越大,颗粒受到来自各个方向的撞击力越不平衡,由撞击力引起的加速度更大,所以温度越高,布朗运动就越显著.
由此可见影响布朗运动是否剧烈的因素是温度高低及颗粒的大小.
温故自查
1.分子间同时存在相互作用的和,合力叫分子力.
2.特点:
分子间的引力和斥力都随分子间的增大而减小,随分子间距离的减小而增大,但斥力比引力变化更.
考点精析
1.分子力随分子间距离变化的规律
分子间同时存在着引力和斥力,它们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,所以有以下几种情况:
(1)当r=r0时,F引=F斥,对外表现的分子力F=0,分子处于平衡位置,其中r0大约为10-10m;
(2)当r<r0时,F引<F斥,对外表现的分子力F为斥力;
(3)当r>r0时,F引>F斥,对外表现的分子力F为引力;
(4)当分子间距离的数量级大于10-9m时,分子力已变得十分微弱,可以忽略不计.
2.分子间的作用力跟距离的关系
F为正值时,表示斥力;
F为负值时,表示引力.
如图所示.
3.分子力本质上是电磁力
分子是由原子组成的,原子内部有带正电的原子核和带负电的电子.分子间的作用力就是由这些带电粒子的相互作用引起的.
4.用分子运动论看物体的固、液、气三态分子的无规则运动将使它们散开,是分子之间的相互作用力使分子聚集在一起.
(1)固体中:
分子的作用力比较强大,绝大部分分子被束缚在平衡位置附近做微小振动.
(2)液态中:
分子力的作用已不能把分子束缚在固定的平衡位置附近,平衡位置是变化的,分子还不能分散远离.
(3)气态中:
分子无规则运动剧烈,分子的作用力微弱,分子可以到处移动.
温故自查
1.温度
两种意义:
宏观上表示物体的;微观上标志物体内分子热运动的它是物体分子
的标志.
2.两种温标
摄氏温标t:
单位℃,在1个标准大气压下,水的冰点作为,沸点作为.
热力学温标T:
单位K.把作为0K.绝对零度(0K)是的极限,只能接近不能达到.
考点精析
1.平衡态与状态参量
(1)系统:
把所研究的对象称为系统.
(2)物理学中描述物体状态的常用参量为压强、体积、温度.通常用体积描述其几何性质,用压强描述其力学性质,用温度描述其热学性质.
(3)平衡态:
对于一个不受外界影响的系统,无论其初始状态如何,经过足够长的时间后,必将达到一个宏观性质不再随时间变化的状态,这种状态叫平衡态.
2.温度与温标
(1)热平衡定律:
如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡,那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡.
(2)处于热平衡的系统之间有¡°共同特性¡±,即温度相同.
(3)为了定量描述温度,需引入温标,常见温标有摄氏温标和热力学温标.
(4)热力学温标单位为开,热力学温度与摄氏温度的换算关系为T=t+273.15K.
温故自查
1.分子的平均动能:
物体内分子动能的平均值叫分子平均动能.是分子平均动能的标志,温度越高,分子平均动能
2.分子势能:
由分子间的相互作用和决定的能量叫分子势能.
分子势能的大小与物体的体积有关.
(1)当分子间的距离r>r0时,分子势能随分子间的距离增大而增大;
(2)当r<r0时,分子势能随分子间的距离减小而增大;
(3)r=r0时,分子势能最小.
3.物体的内能:
物体内所有分子的的总和叫物体的内能.
4.改变物体的内能的两种方式是
(2)温度是物体分子平均动能大小的标志.如有甲乙两个物体,若甲的温度高于乙的温度,则甲物体分子的平均动能大于乙物体分子的平均动能,若温度相等则它们分子的平均动能是相等的,至于速率的大小,还要看它们分子质量的大小才能比较.
(3)温度是一个¡°统计¡±概念,它的对象是组成物体的分子整体,对单个分子说温度高低是没有意义的.故说此分子的温度升高是不科学的.
(4)分子平均动能与物体的机械运动状态无关,物体速度大,分子平均动能不一定大.
2.分子势能的理解
分子势能与分子之间的距离(宏观表现为物体的体积)有关.分子势能的大小随距离的变化如图所示.由图可知:
(1)当分子力为零时,即r=r0时,分子势能不是为零,而是最小.
(2)当r>r0,分子力表现为引力时,随着分子间的距离增大,分子需要不断克服分子力做功,分子势能增大.
(3)r<r0,分子力表现为斥力,随着分子间距离减小,分子需要不断克服分子力做功,分子势能增大.
(4)分子势能的数值和其他势能一样,也具有相对意义.由图可知,选无穷远处为零分子势能时,分子势能可以大于零,可以小于零,也可以等于零.
如果选r=r0处为零势能点,则分子势能只能大于等于零.但是无论选哪个位置为零分子势能点.r=r0处分子势能都最小.
物体体积改变,物体的分子势能必定发生改变.大多数物质是体积越大,分子势能越大;也有少数反常物质(如冰、铸铁等),体积大,分子势能反而小.
3.内能的决定因素
物体的内能与物体的温度、体积、物态和分子数有关.
一般说来物体的内能决定因素可从两个方面判定:
微观决定因素;宏观决定因素.
(1)微观决定因素:
分子的势能、分子的平均动能、分子的个数.
(2)宏观决定因素:
物体的体积、物体的温度、物体所含物质的多少,即物质的量.
实验目的
1.知道本实验的原理及所需的器材,了解实验注意的事项.
2.会正确测出一滴油酸酒精溶液中油酸的体积及形成油膜的面积.
3.会计算分子的大小,处理好实验数据.
4.领会本实验方法构思的特点,理解间接测量微观量的思想.
实验原理
油酸分子的一端具有亲水性,另一端具有憎水性,当把酒精稀释过的油酸滴在水面上时,油酸便在水面上散开,其中酒精溶于水,并很快挥发,在水面上形成有自由边界的一层纯油酸薄膜,形成单分子油膜.如果将油酸看作是球状模型,测出一定体积的油酸溶液在水面上形成的油膜面积,计算出油膜的厚度,这个厚度就等于分子的直径.
实验器材
盛水的容器,有溶液刻度并能使油滴溶液一滴一滴下落的滴管或注射器,一个量筒,按一定的比例(一般为1200)稀释了的油酸溶液,带有坐标方格的透明有机玻璃盖板(面积略大于容器的上表面积),少量痱子粉或石膏粉,彩笔.
实验步骤
1.用注射器或滴管将一定容积的油酸溶液一滴一滴地滴入量筒,记下量筒内增加一定体积的滴数,求出一滴油酸溶液中所含纯油酸的体积V.
注意事项
1.痱子粉不要撒得太多,只要能够帮助看清油膜边界即可.
2.滴入油酸溶液时,一定要细心,不要一下滴得太多,使油膜的面积过大.
3.待测油酸面扩散后又收缩,要在稳定后再画轮廊,扩散后又收缩有两个原因:
第一是水面受油酸滴冲击凹陷后恢复;第二是酒精挥发后液面收缩.
4.利用坐标纸求油膜面积时,以边长1cm的正方形为单位,计算轮廓内正方形的个数时,大于半个的均算一个.
5.当重做实验时,水从盘的一侧边缘倒出,在这侧面会残留油酸,用少量酒精清洗,并用脱脂棉擦去再用清水冲洗,这样可保持盘的清洁.
误差分析
1.由于我们是采用间接测量的方式测量分子的直径,实验室中配制的酒精溶液的浓度、油酸在水面展开的程度、油酸面积的计算都直接影响测量的准确程度.
2.虽然分子直径的数量级应在10-10m.但中学阶段,对于本实验只要能测出油酸分子直径的数量级在10-9m上即可认为是成功的.
命题规律 利用阿伏加德罗常数是联系微观量和宏观量的桥梁.运用相应的公式求解或估算有关物理量.
[考例1] 已知汞的摩尔质量为M=200.5×10-3kg/mol,密度为ρ=13.6×103kg/m3,阿伏加德罗常数NA=6.0×1023mol-1.求:
(1)一个汞原子的质量(用相应的字母表示即可);
(2)一个汞原子的体积(结果保留一位有效数字);
(3)体积为1cm3的汞中含有汞原子的个数(结果保留一位有效数字).
(2010·上海宝山期末)只要知道下列哪一组物理量,就可以估算出气体分子间的平均距离( )
A.阿伏加德罗常数,该气体的摩尔质量和质量
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,该气体的摩尔质量和体积
D.该气体的密度、体积和摩尔质量
[答案] B
命题规律 对布朗运动的理解和通过布朗运动、扩散现象说明分子的热运动.
[考例2] (2010·洛阳六校联考)关于布朗运动,下列说法中正确的是( )
A.布朗运动就是液体分子的无规则运动
B.显微镜下观察到墨水中的小碳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
C.液体的温度越高,布朗运动越激烈
D.随着时间的推移,布朗运动逐渐变慢,最终停止
[解析] 布朗运动是悬浮在液体中的微粒的无规则运动,显微镜下观察到的布朗运动不是液体分子的无规则运动,微粒的运动反映了液体分子的无规则运动,A错误、B正确.微粒越小,布朗运动越显著;液体的温度越高,布朗运动越激烈,C正确,布朗运动永不停息,D错误.
[答案] BC
[总结评述] 布朗运动是肉眼直接看不到的,凡是肉眼直接看到的都不是布朗运动,像我们看到的空气中尘埃的运动就不是布朗运动.布朗运动不是分子的运动,扩散是分子的运动.
在观察布朗运动的实验过程中,每隔30秒记录下颗粒的位置,最后将这些位置依次用直线连接,如图所示,则下列说法错误的是( )
A.由图可以看出布朗运动是无规则的
B.图中连线就是颗粒无规则运动的轨迹
C.若对比不同温度下的轨迹,可以看出温度高时布朗运动显著
D.若对比不同颗粒大小时的轨迹,可以看出颗粒小时布朗运动显著
[解析] 由于不知道30秒内颗粒运动的真实轨迹,所以记录下的并不是颗粒的实际运动轨迹,故选项B错.
[答案] B
命题规律 根据分子间的作用力与分子间距离的关系图线,确定分子间作用力随分子间距离的变化情况,同时判定分子力做功的情况,确定分子势能的变化.
[考例3] (2010·全国Ⅰ理综)右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r大于r1时,分子间的作用力表现为引力
B.当r小于r1时,分子间的作用力表现为斥力
C.当r等于r2时,分子间的作用力为零
D.在r由r1变到r2的过程中,分子间的作用力做负功
[解析] 本题考查了分子、分子势能与分子间距离的关系,识别图象是解题的关键点.当r r1 [答案] BC 如图所示,甲分子固定在坐标原点O,乙分子位于r轴上距原点r3的位置.虚线分别表示分子间斥力F斥和引力F引的变化情况,实线表示分子间的斥力与引力的合力F合的变化情况.若把乙分子由静止释放,则乙分子 ( ) A.从r3到r1做加速运动,从r1向O做减速运动 B.从r3到r2做加速运动,从r2到r1做减速运动 C.从r3到r1分子势能先减少后增加 D.从r3到r1分子势能减少 [答案] AD [解析] r1为斥力和引力相等的位置,大于r1表现为引力,所以r3到r1乙分子受引力作用加速,势能减少,从r1向O表现为斥力,做减速运动,则A、D正确. 命题规律 根据分子平均动能、分子势能概念的理解以及内能的决定因素,判断有关说法或观点是否正确. [考例4] 关于物体的内能,下列说法正确的是( ) A.热水的内能一定比冷水的大 B.当温度等于0℃时,分子动能为零 C.分子间距离为r0时,分子势能为零 D.温度相等的氢气和氧气,它们的分子平均动能相等 [解析] 物体内能的多少除了与温度有关之外,还与物体的质量、体积等因素有关,仅根据某一个方面不能比较两个物体内能的大小,因此热水的内能不一定比冷水大,选项A的说法错误. 0℃是人为规定的一个温度标准,即使在零摄氏度以下,分子也在不停地做无规则运动,因此零摄氏度时分子动能不会等于零.选项B的说法错误. 分子势能是相对的,零势能点的选取是任意的,在理论分析和计算中都以无穷远为零势能点.因此当分子间距离为r0时,分子势能不一定为零,选项C的说法错误. 选项D的说法是正确的,因为¡°温度是分子平均动能的标志¡±.这个结论在中学的知识范围内还不能严格的证明,要把它作为一个结论记住,这是一个非常有用的结论,在很多问题中要利用它进行判断. [答案] D 容器中盛有冰水混合物,冰的质量和水的质量相等且保持不变,则容器内( ) A.冰的分子平均动能大于水的分子平均动能 B.水的分子平均动能大于冰的分子平均动能 C.水的内能大于冰的内能 D.冰的内能大于水的内能 [答案] C [解析] 冰水混合物温度为0℃,冰、水温度相同,故二者分子平均动能相同,A、B错;水分子势能大于冰分子势能,故等质量的冰、水内能相比较,水的内能大于冰的内能,C对,D错. [考例5] 将1cm3的油酸溶于酒精,制成200cm3的油酸酒精溶液.已知1cm3溶液有50滴,现取1滴油酸酒精溶液滴到水面上,随着酒精溶于水,油酸在水面上形成一单分子薄层,已测出这一薄层的面积为0.2m2.由此可估算油酸分子的直径为多大? [答案] 5×10-10m (2010·高密模拟)在¡°用油膜法估测分子的大小¡±的实验中,所用油酸酒精溶液的浓度为每104mL溶液中有纯油酸6mL,用注射器测得1mL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,将玻璃板放在浅盘上,用笔在玻璃板上描出油膜的轮廓形状,再把玻璃板放在坐标纸上,其形状和尺寸如图所示,坐标中正方形方格的边长为1cm,试求: (1)油酸膜的面积是________cm2. (2)每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是________mL.(取1位有效数字) (3)按以上实验数据估测出油酸分子的直径为________m.(取1位有效数字) [答案] (1)115 (2)8×10-6 (3)7×10-10 [解析] (1)数得格子数是115个,油膜的面积S=115×1cm2=115cm2
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