2018版高中物理第一章分子運動論學(xué)案（打包6套）粵教版選修.zip,2018,高中物理,第一章,分子運動論,打包,粵教版,選修
第五節(jié) 物體的內(nèi)能 第六節(jié) 氣體分子運動的統(tǒng)計規(guī)律
[目標定位] 1.知道溫度是分子平均動能的標志，明確分子勢能與分子間距離的關(guān)系.2.理解內(nèi)能的概念及其決定因素.3.知道氣體分子運動的特點，了解氣體分子速率按統(tǒng)計規(guī)律分布．
一、分子動能
[導(dǎo)學(xué)探究] 分子處于永不停息的無規(guī)則運動中，因而具有動能．(1)為什么研究分子動能的時候主要關(guān)心大量分子的平均動能？(2)物體溫度升高時，物體內(nèi)每個分子的動能都增大嗎？(3)物體做高速運動時，其分子的平均動能會增大嗎？
答案 (1)分子動能是指單個分子熱運動的動能，但分子是無規(guī)則運動的，因此各個分子的動能以及一個分子在不同時刻的動能都不盡相同，所以研究單個分子的動能沒有意義，我們主要關(guān)心的是大量分子的平均動能．
(2)溫度是大量分子無規(guī)則熱運動的集體表現(xiàn)，含有統(tǒng)計的意義，對于單個分子，溫度是沒有意義的，所以物體溫度升高時，某一個分子的動能可能減小，也可能不變．
(3)分子的平均動能與宏觀物體運動的動能無關(guān)．
[知識梳理]
1．溫度在宏觀上是物體冷熱程度的標志，在微觀上是分子熱運動的平均動能的標志．
2．分子動能的理解
(1)由于分子熱運動的速率大小不一，因而我們關(guān)心的是分子熱運動的平均動能．
(2)溫度是大量分子平均動能的標志，但對單個分子沒有意義．同一溫度下，各個分子的動能不盡相同．
(3)分子的平均動能決定于物體的溫度．
(4)分子的平均動能與宏觀上物體的運動速度無關(guān)．(填“有”或“無”)．
二、分子勢能
[導(dǎo)學(xué)探究] 功是能量轉(zhuǎn)化的量度，分子力做功對應(yīng)什么形式的能量變化呢？
答案 分子力做功對應(yīng)分子勢能的變化．
[知識梳理]
分子勢能是由分子間相對位置決定的勢能，它隨物體體積的變化而變化，與分子間距離r的關(guān)系為：
1．當r>r0時，分子力表現(xiàn)為引力，r增大時，分子力做負(填“正”或“負”)功，分子勢能增大(填“增大”或“減小”)．
2．當r
r0時，分子力表現(xiàn)為引力，隨分子間距離r增大，分子勢能Ep增大．當r＝r0時，分子力為零，此時分子勢能最?。蔬x項B正確．
題組三 內(nèi)能
6．下列說法正確的是( )
A．分子的動能與分子的勢能的和叫做這個分子的內(nèi)能
B．物體的分子勢能由物體的溫度和體積決定
C．物體的速度增大時，物體的內(nèi)能增大
D．物體的動能減小時，物體的溫度可能增加
答案 D
解析 內(nèi)能是對物體內(nèi)所有分子而言的，單個分子無內(nèi)能可言，選項A錯誤；物體的分子勢能由分子間距離決定，宏觀上表現(xiàn)為由物體的體積決定，所以選項B錯誤；物體的宏觀速度與物體的內(nèi)能沒有關(guān)系，物體的動能與物體的溫度沒有關(guān)系，故選項C錯誤，D正確．
7．下列關(guān)于物體內(nèi)能和機械能的說法正確的是( )
A．物體的內(nèi)能大，則機械能也一定大
B．一切物體都具有內(nèi)能
C．當物體靜止時，物體的內(nèi)能為零
D．內(nèi)能是物體的機械能的另一種說法
答案 B
解析 內(nèi)能和機械能是兩種不同形式的能，二者沒有必然的聯(lián)系，A、C、D錯誤；由于分子永不停息地做無規(guī)則運動，故一切物體皆有內(nèi)能，B正確．
8．以下說法正確的是( )
A．溫度相等的兩塊鐵(固體)，其內(nèi)能一定相等
B．溫度不等的兩物體，其內(nèi)能一定不等
C．兩物體的內(nèi)能相等，其分子平均動能一定相等
D．兩塊相同物質(zhì)組成的物體(固體)，質(zhì)量相等，溫度相同，體積相同，則內(nèi)能一樣大
答案 D
解析 溫度相等的兩塊鐵，因為不知道其質(zhì)量、體積是否相等，那么其內(nèi)能不一定相等，所以A錯；而對于溫度不等的兩物體，分子平均動能不一樣大，但由于分子勢能、質(zhì)量等因素不確定，就有可能使內(nèi)能一樣大，因此B錯；同樣的道理可知C也錯．物體的內(nèi)能由物質(zhì)的量、溫度、體積決定，故選項D正確．
9．三個瓶子分別盛有質(zhì)量相同的氫氣、氧氣和氮氣，它們的溫度相同，則分子平均速率最大的是__________；在不計分子勢能的情況下，氣體內(nèi)能最大的是__________．
答案 氫氣 氫氣
解析 它們的平均動能相同，即mOvO2＝mNvN2＝mHvH2，而分子質(zhì)量的大小關(guān)系為mO>mN>mH，所以有vH>vN>vO，又因三種氣體的質(zhì)量相同，氫氣的分子總數(shù)最多，由氣體內(nèi)能E內(nèi)＝Nk可知，氫氣內(nèi)能最大．
題組四 氣體分子運動的統(tǒng)計規(guī)律
10.伽耳頓板可以演示統(tǒng)計規(guī)律．如圖1所示，讓大量小球從上方漏斗形入口落下，則下圖中能正確反映最終落在槽內(nèi)小球的分布情況的是( )
圖1
答案 C
解析 如果從入口處投入單個小球，與鐵釘碰撞后會落入哪一個狹槽是偶然的、隨機的，少量小球投入后，落入各狹槽的分布情況也帶有偶然性．但是，從入口處同時(或先后)投入大量小球，落入各槽的分布情況則是確定的．多次重復(fù)實驗可知，小球在各槽內(nèi)的分布是不均勻的，以中間槽最多，兩邊最少，故C正確．
11．(多選)關(guān)于封閉在容器內(nèi)的一定質(zhì)量的氣體，當溫度升高時，下列說法中正確的是( )
A．氣體中的每個分子的速率必定增大
B．有的分子的速率可能減小
C．速率大的分子數(shù)目增加
D．“中間多、兩頭少”的分布規(guī)律改變
答案 BC
解析 對每個分子無法判斷速率的變化，A項錯誤，B項正確；但總體上速率大的分子數(shù)目在增加，C項正確；無論溫度如何變化，“中間多、兩頭少”的分布規(guī)律不會變化，D項錯誤．
12．下表反映了氧氣分子的速率分布：
速率區(qū)間
v/(m·s－1)
不同溫度下各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分率(%)
0 ℃
100 ℃
100以下
1.4
0.7
100～200
8.1
5.4
200～300
17.0
11.9
300～400
21.4
17.4
400～500
20.4
18.6
500～600
15.1
16.7
600～700
9.2
12.9
700～800
4.5
7.9
800～900
2.0
4.6
900以上
0.9
3.9
如果以橫坐標上的各等長區(qū)間表示相應(yīng)的速率范圍，以縱坐標表示單位速率間隔分子數(shù)占總分子數(shù)的比率，那么可以用直方圖表示出一定溫度下分子速率的分布，如圖2所示．
圖2
由以上表格和圖象，從兩個方面論述一下所反映出的物理規(guī)律．
答案 (1)一定溫度下(0 ℃)，氣體分子速率在中間(300～400 m·s－1)最多，大于400 m·s－1或小于300 m·s－1較少，即反映出“中間多、兩頭少”的統(tǒng)計規(guī)律．
(2)溫度升高，由0 ℃升到100 ℃，速率大的占的比例增多，分布曲線的峰值向速率大的一方移動，但“中間多、兩頭少”的分布規(guī)律不變．
11
第一章 分子運動論
章末總結(jié)
一、微觀量的估算
阿伏加德羅常數(shù)NA是聯(lián)系宏觀物理量和微觀物理量的橋梁．若物質(zhì)的摩爾質(zhì)量記為M，摩爾體積記為Vm，則有：
(1)分子的質(zhì)量m0＝.
(2)固體、液體中分子的體積：V0＝＝.
氣體中分子所占的空間：V0＝.
(3)質(zhì)量為m的物體所含分子數(shù)：N＝NA.
體積為V的物體所含分子數(shù)：N＝NA.
例1 已知金剛石的密度為ρ＝3.5×103 kg/m3，現(xiàn)有體積為4.0×10－8 m3的一小塊金剛石，它有多少個碳原子？假如金剛石中的碳原子是緊密地挨在一起的，試估算碳原子的直徑．(保留兩位有效數(shù)字)
答案 7.0×1021個 2.2×10－10 m
解析 先求金剛石的質(zhì)量：
m＝ρV＝3.5×103×4.0×10－8 kg＝1.4×10－4 kg
這塊金剛石的摩爾數(shù)：
n＝＝≈1.17×10－2 mol
這塊金剛石所含的碳原子數(shù)：
N＝nNA＝1.17×10－2×6.02×1023≈7.0×1021(個)
一個碳原子的體積：
V0＝＝ m3≈5.7×10－30 m3
把金剛石中的碳原子看成球體，則由公式V0＝d3可得碳原子直徑：
d＝ ＝ m≈2.2×10－10 m
二、對用油膜法估測分子的大小的理解
用油膜法估測分子的大小的實驗原理是：把一滴酒精稀釋過的油酸溶液滴在水面上，酒精溶于水或揮發(fā)，在水面上形成一層油酸薄膜，薄膜可認為是單分子油膜，如圖1所示．將水面上形成的油膜形狀畫到坐標紙上，計算出油膜的面積，根據(jù)純油酸的體積V和油膜的面積S，計算出油膜的厚度d＝，即油酸分子的直徑．
圖1
例2 在“用油膜法估測分子的大小”實驗中，有下列實驗步驟：
①往邊長約為40 cm的淺盤里倒入約2 cm深的水，待水面穩(wěn)定后將適量的痱子粉均勻地撒在水面上．
②用注射器將事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形狀穩(wěn)定．
③將畫有油膜形狀的玻璃板平放在坐標紙上，計算出油膜的面積，根據(jù)油酸的體積和面積計算出油酸分子直徑的大?。?
④用注射器將事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，記下量筒內(nèi)每增加一定體積時的滴數(shù)，由此計算出一滴油酸酒精溶液的體積．
⑤將玻璃板放在淺盤上，然后將油膜的形狀用彩筆描繪在玻璃板上．
完成下列填空：
(1)上述步驟中，正確的順序是____________．(填寫步驟前面的序號)
(2)將1 cm3的油酸溶于酒精，制成300 cm3的油酸酒精溶液，測得1 cm3的油酸酒精溶液有50滴．現(xiàn)取一滴該油酸酒精溶液滴在水面上，測得所形成的油膜的面積是0.13 m2.由此估算出油酸分子的直徑為____________m．(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)
答案 (1)④①②⑤③ (2)5×10－10
解析 (2)每滴油酸酒精溶液中所含純油酸的體積為：
V＝× cm3＝ cm3
＝×10－6 m3
油酸分子的直徑：d＝＝ m≈5×10－10 m.
三、分子力曲線和分子勢能曲線的比較和應(yīng)用
分子力隨分子間距離的變化圖象與分子勢能隨分子間距離的變化圖象非常相似，但卻有著本質(zhì)的區(qū)別．
1．分子力曲線
分子間作用力與分子間距離的關(guān)系曲線如圖2甲所示，縱軸表示分子力F，斥力為正，引力為負，正負表示力的方向；橫軸表示分子間距離r，其中r0為分子間的平衡距離，此時引力與斥力大小相等．
圖2
2．分子勢能曲線
分子勢能隨分子間距離變化的關(guān)系曲線如圖乙所示，縱軸表示分子勢能Ep，分子勢能有正負，但正負反映其大小，正值一定大于負值；橫軸表示分子間距離r，其中r0為分子間的平衡距離，此時分子勢能最?。?
3．曲線的比較
圖甲中分子間距離r＝r0處，對應(yīng)的是分子力為零，而在圖乙中分子間距離r＝r0處，對應(yīng)的是分子勢能最小，但不為零．
例3 (多選)圖3甲、乙兩圖分別表示兩個分子之間分子力和分子勢能隨分子間距離變化的圖象．由圖象判斷以下說法中正確的是( )
圖3
A．當分子間距離為r0時，分子力和分子勢能均最小且為零
B．當分子間距離r>r0時，分子力隨分子間距離的增大而增大
C．當分子間距離r>r0時，分子勢能隨分子間距離的增大而增大
D．當分子間距離rr0時，分子力隨分子間距離的增大先增大后減小，此時分子力做負功，分子勢能增大；當分子間距離r
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