人教版 (新課標(biāo))選修35 內(nèi)能學(xué)案-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

選修 3-3熱學(xué) 第一章分子動理論內(nèi)能【高考目標(biāo)導(dǎo)航】【考綱知識梳理】一、宏觀量與微觀量及相互關(guān)系 1.固、液、氣三態(tài)分子模型在固體和液體分子大小的估算中通常將分子看做是一個(gè)緊挨一個(gè)的小球(或小立方體)，每個(gè)分子的體積也就是每個(gè)分子所占據(jù)的空間，雖然采用正方體模型和球形模型計(jì)算出分子直徑的數(shù)量級是相同的，但考慮到誤差因素，采用球形模型更準(zhǔn)確一些.對氣體分子來說，由于氣體沒有一定的體積和形狀，氣體分子間的平均距離比較大，氣體分子占據(jù)的空間比每個(gè)分子的體積大得多，可以忽略每個(gè)分子的空間體積，認(rèn)為每個(gè)分子占據(jù)的空間是一個(gè)緊挨一個(gè)的立方體，分子間的平均距離為立方體邊長，氣體分子占據(jù)的空間并非氣體分子的實(shí)際體積. 2、物質(zhì)是由大量分子組成（1）分子體積很小，質(zhì)量小。（2）油膜法測分子直徑：（3）阿伏伽德羅常量：（4）微觀物理量的估算問題：二、布朗運(yùn)動與擴(kuò)散現(xiàn)象 1、擴(kuò)散現(xiàn)象：相互接觸的物體互相進(jìn)入對方的現(xiàn)象，溫度越高，擴(kuò)散越快。 2、布朗運(yùn)動：在顯微鏡下看到的懸浮在液體中的花粉顆粒的永不停息的無規(guī)則運(yùn)動，顆粒越小，運(yùn)動越明顯；溫度越高，運(yùn)動越激烈，布朗運(yùn)動是液體分子永不停息地做無規(guī)則熱動動的反映，是微觀分子熱運(yùn)動造成的宏觀現(xiàn)象。 ①布朗運(yùn)動成因：液體分子無規(guī)則運(yùn)動，對固體小顆粒碰撞不平衡。 ②影響布朗運(yùn)動劇烈程度因素：微粒小，溫度高，布朗運(yùn)動劇烈三、分子力與分子勢能 1、分子間存在著相互作用的分子力。分子力有如下幾個(gè)特點(diǎn)：分子間同時(shí)存在引力和斥力；分子間的引力和斥力都隨分子間的距離增大而減小，隨分子距離的減小而增大，但斥力比引力變化更快。實(shí)際表現(xiàn)出來的是引力和斥力的合力。（1）時(shí)（約幾個(gè)埃，1埃=米），，分子力F=0。（2）時(shí)，，分子力F為斥力。（3）時(shí)，，分子力F為斥力。 ④時(shí)，、f斥速度減為零，分子力F=0。 2、分子勢能（1）分子間由于存在相互作用而具有的，大小由分子間相對位置決定的能叫做分子勢能。（2）分子勢能改變與分子力做功的關(guān)系：分子力做功，分子勢能減少；克服分子力做功，分子勢能增加；且分子力做多少功，分子勢能就改變多少。分子勢能與分子間距的關(guān)系（如右圖示）： ①當(dāng)r＞時(shí)，分子力表現(xiàn)為引力，隨著r的增大，分子引力做負(fù)功，分子勢能增加； ②當(dāng)r＜時(shí)，分子力表現(xiàn)為斥力，隨著r的減小，分子斥力做負(fù)功，分子勢能增加； ③r=時(shí)，分子勢能最小，但不為零，為負(fù)值，因?yàn)檫x兩分子相距無窮遠(yuǎn)時(shí)的分子勢能為零。對實(shí)際氣體來說，體積增大，分子勢能增加;體積縮小，分子勢能減小。四、物體的內(nèi)能 1.平均動能:每個(gè)做熱運(yùn)動的分子都具有動能mv2，但是各個(gè)分子的動能有大有小，且不斷變化.在研究熱現(xiàn)象時(shí)，某個(gè)分子的動能大小沒有意義，有意義的是物體內(nèi)所有分子的動能的平均值，即平均動能 2.內(nèi)能 (1)定義：物體內(nèi)所有分子的動能和分子勢能的總和. (2)物體的內(nèi)能跟物體的溫度、體積、物態(tài)和分子個(gè)數(shù)(即質(zhì)量)都有關(guān)系. 3. 改變物體內(nèi)能的兩種方式：做功和熱傳遞. 4、物體的內(nèi)能和機(jī)械能的比較五、溫度和溫標(biāo) 1.溫度：溫度在宏觀上表示物體的冷熱程度；在微觀上表示分子的平均動能. 2.兩種溫標(biāo) (1)比較攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)：兩種溫標(biāo)溫度的零點(diǎn)不同，同一溫度兩種溫標(biāo)表示的數(shù)值不同，但它們表示的溫度間隔是相同的，即每一度的大小相同，Δt=ΔT. (2)關(guān)系：T=t+273.15 K. 3.平衡態(tài)及特點(diǎn)：對于一個(gè)孤立的熱學(xué)系統(tǒng)，無論其初始狀態(tài)如何經(jīng)過足夠長的時(shí)間后，必須達(dá)到一個(gè)宏觀平衡性質(zhì)不再隨時(shí)間變化的狀態(tài)，叫平衡態(tài)，系統(tǒng)處于平衡態(tài)時(shí)有共同特性即“溫度相同” . 六、用油膜法估測分子的大小 1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?(1)估測油酸分子的大小. (2)學(xué)習(xí)間接測量微觀量的原理和方法. 2.實(shí)驗(yàn)原理:利用油酸酒精溶液在平靜的水面上形成單分子油膜，將油酸分子看做球形，測出一定體積油酸溶液在水面上形成的油膜面積，用d=V/S計(jì)算出油膜的厚度，其中V為一滴油酸溶液中純油酸的體積，S為油膜面積，這個(gè)厚度就近似等于油酸分子的直徑. 3.實(shí)驗(yàn)器材盛水淺盤、滴管(或注射器)、試劑瓶、坐標(biāo)紙、玻璃板、痱子粉(或細(xì)石膏粉)、油酸酒精溶液、量筒、彩筆. 4.實(shí)驗(yàn)步驟 (1)取1毫升(1 cm3)的油酸溶于酒精中，制成200毫升的油酸酒精溶液. (2)往邊長約為30 cm～40 cm的淺盤中倒入約2 cm深的水，然后將痱子粉(或細(xì)石膏粉)均勻地撒在水面上. (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，使這些溶液的體積恰好為1 mL，算出每滴油酸酒精溶液的體積 (4)用滴管(或注射器)向水面上滴入一滴配制好的油酸酒精溶液，油酸就在水面上慢慢散開，形成單分子油膜. (5)待油酸薄膜形狀穩(wěn)定后，將一塊較大的玻璃板蓋在淺盤上，用彩筆將油酸薄膜的形狀畫在玻璃板上. (6)將畫有油酸薄膜輪廓的玻璃板放在坐標(biāo)紙上，算出油酸薄膜的面積. (7)據(jù)油酸酒精溶液的濃度，算出一滴溶液中純油酸的體積V，據(jù)一滴油酸的體積V和薄膜的面積S，算出油酸薄膜的厚度，即為油酸分子的直徑.比較算出的分子直徑，看其數(shù)量級(單位為m)是否為10-10，若不是10-10需重做實(shí)驗(yàn). 5.注意事項(xiàng) (1)油酸酒精溶液的濃度應(yīng)小于. (2)痱子粉的用量不要太大，并從盤中央加入，使粉自動擴(kuò)散至均勻. (3)測1滴油酸酒精溶液的體積時(shí)，滴入量筒中的油酸酒精溶液的體積應(yīng)為整毫升數(shù)，應(yīng)多滴幾毫升，數(shù)出對應(yīng)的滴數(shù)，這樣求平均值誤差較小. (4)淺盤里水離盤口面的距離應(yīng)較小，并要水平放置，以便準(zhǔn)確地畫出薄膜的形狀，畫線時(shí)視線應(yīng)與板面垂直. (5)要待油膜形狀穩(wěn)定后，再畫輪廓. (6)利用坐標(biāo)求油膜面積時(shí)，以邊長為1 cm的正方形為單位，計(jì)算輪廓內(nèi)正方形的個(gè)數(shù)，不足半個(gè)的舍去，大于半個(gè)的算一個(gè). (7)做完實(shí)驗(yàn)后，把水從盤的一側(cè)邊緣倒出，并用少量酒精清洗，然后用脫脂棉擦去酒精，最后用水沖洗，以保持盤的清潔. 6.誤差分析 (1)純油酸體積的計(jì)算誤差. (2)油膜面積的測量誤差主要是： ①油膜形狀的畫線誤差； ②數(shù)格子法本身是一種估算的方法，自然會帶來誤差. 【要點(diǎn)名師透析】類型一：阿伏伽德羅常數(shù)及微觀量的計(jì)算【例1】已知水的密度，其摩爾質(zhì)量，阿伏加德羅常數(shù)。試求： ⑴某人一口喝了的水，內(nèi)含多少水分子？ ⑵估計(jì)一個(gè)水分子的線度多大？解析：水的摩爾體積是 ⑴中的水含有的分子數(shù)為 ⑵把水分子看成“球體”，并設(shè)其直徑為，則有所以類型二、對內(nèi)能概念的理解【例2】下列說法中正確的是 A.物體自由下落時(shí)速度增大，所以物體內(nèi)能也增大 B.物體的機(jī)械能為零時(shí)內(nèi)能也為零 C.物體的體積減小溫度不變時(shí)，物體內(nèi)能一定減小 D.氣體體積增大時(shí)氣體分子勢能一定增大解：物體的機(jī)械能和內(nèi)能是兩個(gè)完全不同的概念。物體的動能由物體的宏觀速率決定，而物體內(nèi)分子的動能由分子熱運(yùn)動的速率決定。分子動能不可能為零（溫度不可能達(dá)到絕對零度），而物體的動能可能為零。所以A、B不正確。物體體積減小時(shí)，分子間距離減小，但分子勢能不一定減小，例如將處于原長的彈簧壓縮，分子勢能將增大，所以C也不正確。由于氣體分子間距離一定大于r0，體積增大時(shí)分子間距離增大，分子力做負(fù)功，分子勢能增大，所以D正確。【感悟高考真題】 1.（2011·四川理綜·T14）氣體能夠充滿密閉容器，說明氣體分子除相互碰撞的短暫時(shí)間外 A 氣體分子可以做布朗運(yùn)動 B 氣體分子的動能都一樣大 C 相互作用力十分微弱，氣體分子可以自由運(yùn)動 D 相互作用力十分微弱，氣體分子間的距離都一樣大【答案】選C.布朗運(yùn)動本身并不是分子運(yùn)動，因此A錯(cuò)；分子作無規(guī)則的熱運(yùn)動，各個(gè)分子的動能不同，B錯(cuò)；氣體分子平均距離較遠(yuǎn)，所以分子力十分微弱，C正確；由于無規(guī)則的熱運(yùn)動，每個(gè)氣體分子之間的距離是變化的， D錯(cuò). 2.（2011·上海高考物理·T8）某種氣體在不同溫度下的氣體分子速率分布曲線如圖所示，圖中表示處單位速率區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)百分率，所對應(yīng)的溫度分別為，則 (A) (B)TⅢ>TⅡ>TⅠ (C) (D) 【答案】選B. 【詳解】曲線下的面積表示表示分子速率從0→∞所有區(qū)間內(nèi)分子數(shù)的比率之和，顯然其值應(yīng)等于1，當(dāng)溫度升高時(shí)，分子的速率普遍增大，所以曲線的高峰向右移動，曲線變寬，但由于曲線下總面積恒等于1，所以曲線的高度相應(yīng)降低，曲線變得平坦。所以，TⅢ>TⅡ>TⅠ 3.（2011·山東高考·T36）（1）人類對物質(zhì)屬性的認(rèn)識是從宏觀到微觀不斷深入的過程，以下說法正確的是。 a．液晶的分子勢能與體積有關(guān) b．晶體的物理性質(zhì)都是各向異性的 c．溫度升高，每個(gè)分子的動能都增大 d．露珠呈球狀是由于液體表面張力的作用（2）氣體溫度計(jì)結(jié)構(gòu)如圖所示。玻璃測溫泡A內(nèi)充有理想氣體，通過細(xì)玻璃管B和水銀壓強(qiáng)計(jì)相連。開始時(shí)A處于冰水混合物中，左管C中水銀面在O點(diǎn)處，右管D中水銀面高出O點(diǎn)=14cm。后來放入待測恒溫槽中，上下移動D，使左管C中水銀面在O點(diǎn)處，測得右管D中水銀面高出O點(diǎn)h2=44cm（已知外界大氣壓為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓相當(dāng)于76cmHg） ①求恒溫槽的溫度 ②此過程A內(nèi)氣體內(nèi)能（填“增大”或“減小”），氣體不對外做功，氣體將 (填“吸熱”或者“放熱”)。【答案】（1）a、b （2）①或 ②增大吸熱【詳解】（1）選a、d。液晶是一類處于液態(tài)和固態(tài)之間的特殊物質(zhì)，其分子間的作用力較強(qiáng)，在體積發(fā)生變化時(shí)需要考慮分子間力的作用，分子勢能和體積有關(guān)，a正確。晶體分為單晶體和多晶體，單晶體物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性，多晶體物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性，b錯(cuò)誤。溫度升高時(shí)，分子的平均動能增大但不是每一個(gè)分子動能都增大，c錯(cuò)誤。露珠由于受到表面張力的作用表面積有收縮到最小的趨勢即呈球形，d正確。（2）①由于在溫度變化前后左端被封閉氣體的體積沒有發(fā)生變化，由查理定律可得帶入數(shù)據(jù)可得恒溫槽的溫度 ②此過程中由于被封閉理想氣體溫度升高，故內(nèi)能增大；由熱力學(xué)第一定律知在沒對外做功的前提下應(yīng)該從外界吸收熱量。 4.（2011·廣東理綜·T13）如圖3所示,兩個(gè)接觸面平滑的鉛柱壓緊后懸掛起來,下面的鉛柱不脫落,主要原因是 A.鉛分子做無規(guī)則熱運(yùn)動 B.鉛柱受到大氣壓力作用 C.鉛柱間存在萬有引力作用 D.鉛柱間存在分子引力作用【答案】選D. 【詳解】擠壓后的鉛分子之間的距離可以達(dá)到分子之間存在相互作用力的距離范圍內(nèi)，故不脫落的主要原因是分子之間的引力，故D正確，A.B.C錯(cuò)誤。 5．（2010·全國卷Ⅰ·19）右圖為兩分子系統(tǒng)的勢能Ep與兩分子間距離r的關(guān)系曲線。下列說法正確的是 A．當(dāng)r大于r1時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為引力 B．當(dāng)r小于r1時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為斥力 C．當(dāng)r等于r2時(shí)，分子間的作用力為零 D．在r由r1變到r2的過程中，分子間的作用力做負(fù)功【答案】BC 【解析】分子間距等于r0時(shí)分子勢能最小，即r0= r2。當(dāng)r小于r1時(shí)分子力表現(xiàn)為斥力；當(dāng)r大于r1小于r2時(shí)分子力表現(xiàn)為斥力；當(dāng)r大于r2時(shí)分子力表現(xiàn)為引力，A錯(cuò)BC對。在r由r1變到r2的過程中，分子斥力做正功分子勢能減小，D錯(cuò)誤。【命題意圖與考點(diǎn)定位】分子間距于分子力、分子勢能的關(guān)系 6. （2010·上海物理·14）分子間的相互作用力由引力與斥力共同產(chǎn)生，并隨著分子間距的變化而變化，則（A）分子間引力隨分子間距的增大而增大（B）分子間斥力隨分子間距的減小而增大（C）分子間相互作用力隨分子間距的增大而增大（D）分子間相互作用力隨分子間距的減小而增大答案：B 解析：根據(jù)分子力和分子間距離關(guān)系圖象，如圖，選B。本題考查分子間相互作用力隨分子間距的變化，圖象的理解。難度：中等。 7.（09·北京·13）做布朗運(yùn)動實(shí)驗(yàn)，得到某個(gè)觀測記錄如圖。圖中記錄的是（ D ） A．分子無規(guī)則運(yùn)動的情況 B．某個(gè)微粒做布朗運(yùn)動的軌跡 C．某個(gè)微粒做布朗運(yùn)動的速度——時(shí)間圖線 D．按等時(shí)間間隔依次記錄的某個(gè)運(yùn)動微粒位置的連線解析：布朗運(yùn)動是懸浮在液體中的固體小顆粒的無規(guī)則運(yùn)動，而非分子的運(yùn)動，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；既然無規(guī)則所以微粒沒有固定的運(yùn)動軌跡，故B項(xiàng)錯(cuò)誤，對于某個(gè)微粒而言在不同時(shí)刻的速度大小和方向均是不確定的，所以無法確定其在某一個(gè)時(shí)刻的速度，故也就無法描繪其速度-時(shí)間圖線，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；故只有D項(xiàng)正確。 8.（09·上海物理·2）氣體內(nèi)能是所有氣體分子熱運(yùn)動動能和勢能的總和，其大小與氣體的狀態(tài)有關(guān)，分子熱運(yùn)動的平均動能與分子間勢能分別取決于氣體的（ A ） A．溫度和體積 B．體積和壓強(qiáng) C．溫度和壓強(qiáng) D．壓強(qiáng)和溫度解析：由于溫度是分子平均動能的標(biāo)志，所以氣體分子的動能宏觀上取決于溫度；分子勢能是由于分子間引力和分子間距離共同決定，宏觀上取決于氣體的體積。因此答案A正確。 9.（09·江蘇卷物理·12.A）（選修模塊3—3）（12分）（1）若一氣泡從湖底上升到湖面的過程中溫度保持不變，則在此過程中關(guān)于氣泡中的氣體，下列說法正確的是。（填寫選項(xiàng)前的字母）（A）氣體分子間的作用力增大（B）氣體分子的平均速率增大（C）氣體分子的平均動能減小（D）氣體組成的系統(tǒng)地熵增加（2）若將氣泡內(nèi)的氣體視為理想氣體，氣泡從湖底上升到湖面的過程中，對外界做了0.6J的功，則此過程中的氣泡（填“吸收”或“放出”）的熱量是 J。氣泡到達(dá)湖面后，溫度上升的過程中，又對外界做了0.1J的功，同時(shí)吸收了0.3J的熱量，則此過程中，氣泡內(nèi)氣體內(nèi)能增加了 J。（3）已知?dú)馀輧?nèi)氣體的密度為1.29kg/，平均摩爾質(zhì)量為0.29kg/mol。阿伏加德羅常數(shù)，取氣體分子的平均直徑為，若氣泡內(nèi)的氣體能完全變?yōu)橐后w，請估算液體體積與原來氣體體積的比值。（結(jié)果保留一位有效數(shù)字）。答案：A. (1) D ；(2) 吸收；0.6；0.2；(3) 設(shè)氣體體積為，液體體積為，氣體分子數(shù), (或) 則（或）解得 (都算對) 解析：（1）掌握分子動理論和熱力學(xué)定律才能準(zhǔn)確處理本題。氣泡的上升過程氣泡內(nèi)的壓強(qiáng)減小，溫度不變，由玻意爾定律知，上升過程中體積增大，微觀上體現(xiàn)為分子間距增大，分子間引力減小，溫度不變所以氣體分子的平均動能、平均速率不變，此過程為自發(fā)過程，故熵增大。D 項(xiàng)正確。（2）本題從熱力學(xué)第一定律入手，抓住理想氣內(nèi)能只與溫度有關(guān)的特點(diǎn)進(jìn)行處理。理想氣體等溫過程中內(nèi)能不變，由熱力學(xué)第一定律，物體對外做功0.6J，則一定同時(shí)從外界吸收熱量0.6J，才能保證內(nèi)能不變。而溫度上升的過程，內(nèi)能增加了0.2J。（3）微觀量的運(yùn)算，注意從單位制檢查運(yùn)算結(jié)論，最終結(jié)果只要保證數(shù)量級正確即可。設(shè)氣體體積為，液體體積為，氣體分子數(shù), (或) 則（或）解得 (都算對) 【考點(diǎn)模擬演練】 1．已知某氣體的摩爾體積為VA，摩爾質(zhì)量為MA，阿伏加德羅常數(shù)為NA，則根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以估算出的物理量是 (　　) A．分子質(zhì)量 B．分子體積 C．分子密度 D．分子間平均距離【答案】AD 【詳解】根據(jù)m＝eq \f(MA,NA)可知選項(xiàng)A正確；由于氣體分子間距很大，故無法求出分子的體積和密度，選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤；由V＝eq \f(VA,NA)＝d3可知選項(xiàng)D正確． 2.做布朗運(yùn)動實(shí)驗(yàn)，得到某個(gè)觀測記錄如圖.圖中記錄的是( ) A.分子無規(guī)則運(yùn)動的情況 B.某個(gè)微粒做布朗運(yùn)動的軌跡 C.某個(gè)微粒做布朗運(yùn)動的速度—時(shí)間圖線 D.按等時(shí)間間隔依次記錄的某個(gè)運(yùn)動微粒位置的連線【答案】選D. 【詳解】布朗運(yùn)動是懸浮在液體中的固體小顆粒的無規(guī)則運(yùn)動，而非分子的運(yùn)動，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；既然無規(guī)則所以微粒沒有固定的運(yùn)動軌跡，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；對于某個(gè)微粒而言，在不同時(shí)刻的速度大小和方向均是不確定的，所以無法確定其在某一個(gè)時(shí)刻的速度，故也就無法描繪其速度—時(shí)間圖線，故C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確. 3．下列說法中正確的是 (　　) A．給輪胎打氣的過程中，輪胎內(nèi)氣體內(nèi)能不斷增大 B．灑水車在不斷灑水的過程中，輪胎內(nèi)氣體的內(nèi)能不斷增大 C．太陽下暴曬的輪胎爆破，輪胎內(nèi)氣體內(nèi)能減小 D．拔火罐過程中，火罐能吸附在身體上，說明火罐內(nèi)氣體內(nèi)能減小【答案】ACD 【詳解】給輪胎打氣的過程中，輪胎內(nèi)氣體質(zhì)量增加，體積幾乎不變，壓強(qiáng)增加，溫度升高，內(nèi)能增加，選項(xiàng)A正確；灑水車內(nèi)水逐漸減小，輪胎內(nèi)氣體壓強(qiáng)逐漸減小，體積增大，對外做功，氣體內(nèi)能減小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；輪胎爆破的過程中，氣體膨脹對外做功，內(nèi)能減小，選項(xiàng)C正確；火罐內(nèi)氣體溫度逐漸降低時(shí)，內(nèi)能減小，選項(xiàng)D正確． 4.如圖所示，甲分子固定在坐標(biāo)原點(diǎn)O，乙分子位于x軸上，甲分子對乙分子的作用力與兩分子間距離的關(guān)系如圖中曲線所示.F>0表示斥力，F(xiàn)0為斥力，F(xiàn)

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