2024高考物理一輪復(fù)習(xí)1分子動理論內(nèi)能題型突破練含解析選修3-3

PAGE15-分子動理論內(nèi)能考點一微觀量估算的兩種建模方式【典例1】(多選)鉆石是首飾和高強度鉆頭、刻刀等工具中的主要材料，設(shè)鉆石的密度為ρ(單位為kg/m3)，摩爾質(zhì)量為M(單位為g·mol-1)，阿伏加德羅常數(shù)為NA。已知1克拉=0.2克，則A.a克拉鉆石所含有的分子數(shù)為0B.a克拉鉆石所含有的分子數(shù)為aC.每個鉆石分子直徑的表達式為36M×D.每個鉆石分子直徑的表達式為6MNAE.每個鉆石分子的質(zhì)量為M【通型通法】1.題型特征：分子模型的構(gòu)建。2.思維導(dǎo)引：【解析】選A、C、E。a克拉鉆石物質(zhì)的量(摩爾數(shù))為n=0.2aM，所含分子數(shù)為N=nNA=0.2aNAM，選項A正確；鉆石的摩爾體積V=M×10-3ρ(單位為m3/mol)，每個鉆石分子體積為V0=VNA=M×10-3NAρ，設(shè)鉆石分子直徑為d，則V0【多維訓(xùn)練】氙氣燈在亮度、耗能及壽命上都比傳統(tǒng)燈有優(yōu)越性。某轎車的燈泡的容積V=1.5mL，充入氙氣的密度ρ=5.9kg/m3，摩爾質(zhì)量M=0.131kg/mol，阿伏加德羅常數(shù)NA=6×1023mol-1，(1)氙氣分子的總個數(shù)；(2)氙氣分子間的平均距離?！窘馕觥?1)設(shè)氙氣的物質(zhì)的量為n，則n=ρVM氙氣分子的總個數(shù)N=ρVMNA=5.9kg/m3×1.5×1(2)每個分子所占的空間為V0=V設(shè)分子間平均距離為a，則有V0=a3，則a=3VN≈3×10答案：(1)4×1019個(2)3×10-91.兩種分子模型：(1)球體模型(適用于固體、液體)：一個分子體積V0=43π(d2)3=16πd(2)立方體模型(適用于氣體)：一個分子占據(jù)的平均空間V0=d3，d為分子的間距。2.宏觀量與微觀量的計算：已知量可求量摩爾體積Vmol分子體積V0=V(適用于固體和液體)分子占據(jù)體積V占=V(適用于氣體)摩爾質(zhì)量Mmol分子質(zhì)量m0=M體積V和摩爾體積Vmol分子數(shù)目n=VVmol(適用于固體、液體和氣體)質(zhì)量m和摩爾質(zhì)量Mmol分子數(shù)目n=mMmol【加固訓(xùn)練】(2024·泉州模擬)據(jù)環(huán)保部門測定，在北京地區(qū)沙塵暴嚴(yán)峻時，最大風(fēng)速達到12m/s，同時大量的微粒在空氣中懸浮。沙塵暴使空氣中的懸浮微粒的最高濃度達到5.8×10-6kg/m3，懸浮微粒的密度為2.0×103kg/m3，其中懸浮微粒的直徑小于10-7m的稱為“可吸入顆粒物”，對人體的危害最大。北京地區(qū)出現(xiàn)上述沙塵暴時，設(shè)懸浮微粒中總體積的150為可吸入顆粒物，并認為全部可吸入顆粒物的平均直徑為5.0×10-8【解析】沙塵暴天氣時，1m3V=mρ=5.8×10-那么1m3V′=V50=5.8×10-11又因為每一個可吸入顆粒物的體積為V0=16πd3≈6.54×10-23所以1m3n=V'V0≈8.9×故1.0cm3的空氣中所含可吸入顆粒物的數(shù)量為n′=n×1.0×10-6=8.9×105(個)≈9×105(個)。答案：9×105個考點二分子的熱運動【典例2】(多選)(2024·衡水模擬)關(guān)于布朗運動，下列說法正確的是 ()A.布朗運動是液體分子的無規(guī)則運動B.液體溫度越高，布朗運動越猛烈C.布朗運動是由于液體各部分溫度不同而引起的D.懸浮在液體中的固體小顆粒做布朗運動具有的能是機械能E.布朗運動是微觀粒子的運動，其運動規(guī)律遵循牛頓其次定律【通型通法】1.題型特征：布朗運動。2.思維導(dǎo)引：布朗運動產(chǎn)生的機理：【解析】選B、D、E。布朗運動是懸浮微粒的無規(guī)則運動，選項A錯誤。布朗運動的猛烈程度與溫度有關(guān)，液體溫度越高，布朗運動越猛烈，選項B正確。布朗運動是由于來自各個方向的液體分子對固體小顆粒撞擊作用的不平衡引起的，選項C錯誤。懸浮在液體中的固體小顆粒做布朗運動具有的能是機械能，選項D正確。布朗運動是懸浮的固體小顆粒不停地做無規(guī)則的宏觀的機械運動，故其運動規(guī)律遵循牛頓其次定律，選項E正確?！径嗑S訓(xùn)練】(多選)某同學(xué)在顯微鏡下視察水中懸浮的微小粉筆末的運動從A點起先，他把粉筆末每隔20s的位置記錄在坐標(biāo)紙上，依次得到B、C、D等這些點，把這些點連線形成如圖所示折線圖，則關(guān)于該粉筆末的運動，下列說法正確的是 ()A.該折線圖是粉筆末的運動軌跡B.粉筆末的無規(guī)則運動反映了水分子的無規(guī)則運動C.經(jīng)過B點后10s，粉筆末應(yīng)當(dāng)在BC的中點處D.粉筆末由B到C的平均速度小于由C到D的平均速度E.若變更水的溫度，再記錄一張圖，則僅從圖上不能確定記錄哪一張圖時的溫度高【解析】選B、D、E。該折線圖不是粉筆末的實際運動軌跡，分子運動是無規(guī)則的，故A錯誤；粉筆末受到水分子的碰撞，做無規(guī)則運動，所以粉筆末的無規(guī)則運動反映了水分子的無規(guī)則運動，故B正確；由于運動的無規(guī)則性，所以經(jīng)過B點后10s，我們不知道粉筆末在哪個位置，故C錯誤；隨意兩點之間的時間間隔是相等的，所以位移越大，則平均速度就越大，故粉筆末由B到C的平均速度小于由C到D的平均速度，故D正確；由于運動的無規(guī)則性，所以我們無法僅從圖上就確定哪一張圖的溫度高，故E正確。擴散現(xiàn)象、布朗運動與熱運動的比較現(xiàn)象擴散現(xiàn)象布朗運動熱運動活動主體分子微小固體顆粒分子區(qū)分分子的運動發(fā)生在固體、液體、氣體任何兩種物質(zhì)之間比分子大得多的微粒的運動只能在液體、氣體中發(fā)生分子的運動，不能通過光學(xué)顯微鏡干脆視察到共同點①都是無規(guī)則運動；②都隨溫度的上升而更加激烈聯(lián)系擴散現(xiàn)象、布朗運動都反映分子做無規(guī)則的熱運動【加固訓(xùn)練】1.(多選)關(guān)于擴散現(xiàn)象，下列說法正確的是 ()A.溫度越高，擴散進行得越快B.擴散現(xiàn)象是不同物質(zhì)間的一種化學(xué)反應(yīng)C.擴散現(xiàn)象是由物質(zhì)分子無規(guī)則運動產(chǎn)生的D.擴散現(xiàn)象在氣體、液體和固體中都能發(fā)生E.液體中的擴散現(xiàn)象是由于液體的對流形成的【解析】選A、C、D。擴散現(xiàn)象是分子無規(guī)則熱運動的反映，選項C正確、E錯誤；溫度越高，分子熱運動越猛烈，擴散越快，選項A正確；氣體、液體、固體的分子都在不停地進行著熱運動，擴散現(xiàn)象在氣體、液體和固體中都能發(fā)生，選項D正確；在擴散現(xiàn)象中，分子本身結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變更，不屬于化學(xué)變更，選項B錯誤。2.(多選)下列關(guān)于布朗運動和擴散現(xiàn)象的說法中錯誤的是 ()A.布朗運動就是液體分子的擴散現(xiàn)象B.布朗運動和擴散現(xiàn)象都是分子的無規(guī)則運動C.布朗運動和擴散現(xiàn)象都是溫度越高越明顯D.布朗運動和擴散現(xiàn)象都能在固體、液體和氣體中發(fā)生E.布朗運動和擴散現(xiàn)象都能說明物質(zhì)分子的運動是無規(guī)則的【解析】選A、B、D。布朗運動是懸浮微粒的無規(guī)則運動，不是液體分子的擴散，故A錯誤；擴散現(xiàn)象是分子的無規(guī)則運動，而布朗運動只是分子無規(guī)則運動的一種反映，故B錯誤；布朗運動和擴散現(xiàn)象都與溫度有關(guān)，溫度越高越明顯，故C正確；布朗運動只能在氣體和液體中發(fā)生，不能在固體中發(fā)生，故D錯誤；布朗運動和擴散現(xiàn)象都能說明物質(zhì)分子的運動是無規(guī)則的，E正確。考點三分子力、分子勢能與分子間距離的關(guān)系【典例3】(多選)將一個分子P固定在O點，另一分子Q放在圖中的A點，兩分子之間的作用力與其間距的關(guān)系圖線如圖所示，虛線1表示分子間相互作用的斥力，虛線2表示分子間相互作用的引力，實線3表示分子間相互作用的合力。假如將分子Q從A點無初速度釋放，分子Q僅在分子力的作用下始終沿水平方向向左運動。則下列說法正確的是 ()A.分子Q由A點運動到C點的過程中，先加速再減速B.分子Q在C點的分子勢能最小C.分子Q在C點的加速度大小為零D.分子Q由A點釋放后運動到C點左側(cè)的過程中，加速度先增大后減小再增大E.該圖能表示固、液、氣三種狀態(tài)下分子力的變更規(guī)律【通型通法】1.題型特征：分子力、分子勢能隨分子距離變更。2.思維導(dǎo)引：(1)分子力做正功→分子勢能減??；(2)分子力做負功→分子勢能增加。【解析】選B、C、D。C點為斥力和引力相等的位置，C點的右側(cè)分子間作用力的合力表現(xiàn)為引力，C點的左側(cè)分子間作用力的合力表現(xiàn)為斥力，因此分子Q由A點運動到C點的過程中，分子Q始終做加速運動，分子的動能始終增大，分子勢能始終減小，當(dāng)分子Q運動到C點左側(cè)時，分子Q做減速運動，分子動能減小，分子勢能增大，即分子Q在C點的分子勢能最小，選項A錯誤，B正確；C點為分子引力等于分子斥力的位置，即分子間作用力的合力為零，則分子Q在C點的加速度大小為零，選項C正確；分子Q由A點釋放后運動到C點左側(cè)的過程中，由題圖可知分子間作用力的合力先增大后減小再增大，則由牛頓其次定律可知加速度先增大后減小再增大，選項D正確；氣體分子間距較大，分子間作用力很弱，不能用此圖表示氣體分子間作用力的變更規(guī)律，選項E錯誤?！径嗑S訓(xùn)練】(多選)(2024·九江模擬)兩個相鄰的分子之間同時存在著引力和斥力，它們隨分子之間距離r的變更關(guān)系如圖所示。圖中虛線是分子斥力和分子引力曲線，實線是分子合力曲線。當(dāng)分子間距為r=r0時，分子之間合力為零，則選項圖中關(guān)于該兩分子組成系統(tǒng)的分子勢能Ep與兩分子間距離r的關(guān)系曲線，可能正確的是 ()【解析】選B、C、E。當(dāng)分子間距r>r0時，分子間表現(xiàn)為引力，當(dāng)分子間距r減小時，分子力做正功，分子勢能減小，當(dāng)r<r0時，分子間表現(xiàn)為斥力，當(dāng)分子間距r減小時，分子力做負功，分子勢能增大，當(dāng)r=r0時，分子勢能最低。但考慮取不同狀況作為分子勢能為零的點，選項B、C、E三個圖象可能是正確的。1.分子力和分子勢能隨分子間距變更的規(guī)律如下：項目分子力F分子勢能Ep隨分子間距變更圖象(r0：10-10隨分子間距的變更狀況r<r0F引和F斥都隨距離的增大而減小，隨距離的減小而增大，F(xiàn)引<F斥，F(xiàn)表現(xiàn)為斥力r增大，分子力做正功，分子勢能減??；r減小，分子力做負功，分子勢能增加r>r0F引和F斥都隨距離的增大而減小，隨距離的減小而增大，F(xiàn)引>F斥，F(xiàn)表現(xiàn)為引力r增大，分子力做負功，分子勢能增加；r減小，分子力做正功，分子勢能減小r=r0F引=F斥，F(xiàn)=0分子勢能最小，但不為零r>10r0F引和F斥都已非常微弱，可以認為F=0分子勢能為零2.推斷分子勢能變更的兩種方法：(1)依據(jù)分子力做功推斷。分子力做正功，分子勢能減??；分子力做負功，分子勢能增加；(2)利用分子勢能與分子間距離的關(guān)系圖線推斷。但要留意此圖線和分子力與分子間距離的關(guān)系圖線形態(tài)雖然相像但意義不同，不要混淆。【加固訓(xùn)練】(多選)甲分子固定在坐標(biāo)原點O，只在兩分子間的作用力作用下，乙分子沿x軸方向運動，兩分子間的分子勢能Ep與兩分子間距離x的變更關(guān)系如圖所示，設(shè)乙分子在移動過程中所具有的總能量為0，則下列說法正確的是 ()A.乙分子在P點時加速度為0B.乙分子在Q點時分子勢能最小C.乙分子在Q點時處于平衡狀態(tài)D.乙分子在P點時動能最大E.乙分子在P點時，分子間引力和斥力相等【解析】選A、D。由題圖可知，乙分子在P點時分子勢能最小，此時乙分子受力平衡，甲、乙兩分子間引力和斥力相等，乙分子所受合力為0，加速度為0，選項A正確；乙分子在Q點時分子勢能為0，大于乙分子在P點時的分子勢能，選項B錯誤；乙分子在Q點時與甲分子間的距離小于平衡距離，分子引力小于分子斥力，合力表現(xiàn)為斥力，所以乙分子在Q點合力不為0，故不處于平衡狀態(tài)，選項C錯誤；乙分子在P點時，其分子勢能最小，由能量守恒可知此時乙分子動能最大，選項D正確?？键c四物體的內(nèi)能【典例4】(多選)(2024·全國卷Ⅱ)對于實際的氣體，下列說法正確的是 ()A.氣體的內(nèi)能包括氣體分子的重力勢能B.氣體的內(nèi)能包括氣體分子之間相互作用的勢能C.氣體的內(nèi)能包括氣體整體運動的動能D.氣體的體積變更時，其內(nèi)能可能不變E.氣體的內(nèi)能包括氣體分子熱運動的動能【通型通法】1.題型特征：氣體內(nèi)能。2.思維導(dǎo)引：(1)確定內(nèi)能大小的因素為溫度、體積、分子數(shù)，還與物態(tài)有關(guān)系。(2)實際的氣體分子間有作用力，存在分子勢能?！窘馕觥窟xB、D、E。實際氣體的內(nèi)能包括氣體分子間相互作用的勢能和分子熱運動的動能，當(dāng)氣體體積變更時影響的是氣體的分子勢能，內(nèi)能可能不變，所以B、D、E正確，A、C錯誤。【多維訓(xùn)練】1(多選)有關(guān)分子的熱運動和內(nèi)能，下列說法正確的是 ()A.肯定質(zhì)量的氣體，溫度不變，分子的平均動能不變B.物體的溫度越高，分子熱運動越猛烈C.物體的內(nèi)能是物體中全部分子熱運動動能和分子勢能的總和D.布朗運動是由懸浮在液體中的微粒之間的相互碰撞引起的E.外界對物體做功，物體的內(nèi)能必定增加【解析】選A、B、C。溫度是分子平均動能的標(biāo)記，則肯定質(zhì)量的氣體，溫度不變，分子的平均動能不變，選項A正確；物體的溫度越高，分子熱運動越猛烈，選項B正確；物體的內(nèi)能是物體中全部分子熱運動動能和分子勢能的總和，選項C正確；布朗運動是液體分子對懸浮在液體中的微粒頻繁碰撞引起的，選項D錯誤；變更物體內(nèi)能的方式有做功和熱傳遞，外界對物體做功，物體的內(nèi)能不肯定增加，選項E錯誤。【多維訓(xùn)練】2(多選)(2024·廣州模擬)關(guān)于分子動理論的基本觀點和試驗依據(jù)，下列說法正確的是 ()A.大多數(shù)分子直徑的數(shù)量級為10-10B.掃地時揚起的塵埃在空氣中的運動不是布朗運動C.懸浮在液體中的微粒越大，布朗運動就越明顯D.在液體表面分子之間表現(xiàn)為引力E.隨著分子間的距離增大，分子勢能肯定增大【解析】選A、B、D。多數(shù)分子大小的數(shù)量級為10-10m，選項A正確；掃地時揚起的塵埃在空氣中的運動是由空氣的流淌造成的，不是布朗運動，選項B正確；懸浮在液體中的微粒越大，液體分子的撞擊對微粒影響越小，布朗運動就越不明顯，選項C錯誤；液體表面分子之間距離較大，分子力表現(xiàn)為引力，選項D正確；分子勢能變更與分子力做功有關(guān)，在平衡距離以內(nèi)斥力大于引力，分子力表現(xiàn)為斥力，若在此范圍內(nèi)距離增大，分子力做正功，分子勢能減?。辉谄胶饩嚯x以外引力大于斥力，分子力表現(xiàn)為引力，若分子間距增大，分子力做負功，分子勢能增大，選項1.分子動能、分子勢能、內(nèi)能、機械能的比較：能量分子動能分子勢能內(nèi)能機械能定義分子無規(guī)則運動的動能由分子間相對位置確定的勢能全部分子的熱運動動能和分子勢能的總和物體的動能、重力勢能和彈性勢能的總和確定因素溫度(確定分子平均動能)分子間距溫度、體積、物質(zhì)的量跟宏觀運動狀態(tài)、參考系和零勢能點的選取有關(guān)備注溫度、內(nèi)能等物理量只對大量分子才有意義，對單個或少量分子沒有實際意義2.變更內(nèi)能的兩種方式：考點五試驗：用油膜法估測分子直徑【典例5】(2024·全國卷Ⅲ)用油膜法估算分子大小的試驗中，首先需將純油酸稀釋成肯定濃度的油酸酒精溶液，稀釋的目的是_____________________。

試驗中為了測量出一滴已知濃度的油酸酒精溶液中純油酸的體積，可以_______________________________。

為得到油酸分子的直徑，還需測量的物理量是_______________________。

【解析】稀釋的目的是使油酸在淺盤的水面上簡單形成一塊單分子層油膜；為了測量出一滴已知濃度的油酸酒精溶液中純油酸的體積，可以把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中，測出1mL油酸酒精溶液的滴數(shù)，就能得到一滴溶液中純油酸的體積。為得到油酸分子的直徑，我們還需測量出單分子層油膜的面積。答案：使油酸在淺盤的水面上簡單形成一塊單分子層油膜把油酸酒精溶液一滴一滴地滴入小量筒中，測出1mL油酸酒精溶液的滴數(shù)，可得到一滴溶液中純油酸的體積油膜的面積【多維訓(xùn)練】1(多選)(2024·長沙模擬)在用油膜法估測分子大小的試驗中，若已知油滴的摩爾質(zhì)量為M，密度為ρ，油滴的質(zhì)量為m，油滴在水面上擴散后的最大面積為S，阿伏加德羅常數(shù)為NA，以上各量均采納國際單位，則 ()A.油滴分子的直徑d=MB.油滴分子的直徑d=mC.油滴所含分子數(shù)N=MmND.油滴所含分子數(shù)N=mMNE.油滴分子的質(zhì)量m0=M【解析】選B、D、E。用油膜法估測分子直徑，認為油膜的厚度就為分子直徑，油滴的質(zhì)量為m，最大面積為S，則油滴的體積為V=mρ，油滴分子的直徑為d=mρS，選項A錯，B對；油滴的物質(zhì)的量為mM，油滴所含分子數(shù)為N=mMNA，選項C錯，D對；油滴分子的質(zhì)量m0=M【多維訓(xùn)練2】在做“用油膜法估測分子的大小”的試驗中，將油酸溶于酒精，其濃度為每104mL溶液中有6mL油酸。用注射器測得1mL