2018山东科技版物理高考第一轮复习——分子动理论气体学案 5页

年 级 高三 学 科 物理 版 本 鲁教版 内容标题 高三第一轮复习：分子动理论、气体 【本讲教育信息】 一. 教学内容： 分子动理论、气体 本章的知识点： （一）分子动理论 1、分子动理论的基本观点 （1）物体是由大量分子组成 ①单分子油膜法测量分子直径 用单分子油膜法粗测油分子直径的步骤。 测出一滴油的体积 V；将油滴滴在水面上形成单分子油膜；测出油膜的面积 S；算出油 膜的厚度，即为油分子的直径 d＝ 。 ②阿伏加德罗常数 阿伏加德罗常数的测量值 NA＝6.02×1023mol-1。阿伏加德罗常数是联系微观物理量和宏 观物理量的桥梁。此处所指微观物理量为：分子体积υ、分子的直径 d、分子的质量 m。宏 观物理量为：物体的体积 V、摩尔体积 Vm、物质的质量 M、摩尔质量 Mm、物质的密度ρ。 计算分子的质量： 计算（固体、液体）分子的体积（或气体分子所占的空间）： 计算物质所含的分子数： ③分子大小的计算 对于固体和液体，分子的直径 d＝ 对于气体，分子间的平均距离 d＝ （2）分子永不停息地做无规则运动——布朗运动 分子永不停息作无规则热运动的实验事实：扩散现象和布朗运动。扩散现象在说明分子 都在不停地运动着的同时，还说明了分子之间有空隙。布朗运动是指悬浮在液体中的固体小 颗粒的无规则运动，它间接地反映了液体分子的无规则运动。液体分子永不停息的无规则运 动是产生布朗运动的原因。影响布朗运动激烈程度的因素：小颗粒的大小和液体的温度。能 做明显的布朗运动的小颗粒都是很小的，一般数量级在 10-6m，这种小颗粒肉眼是看不见的， 必须借助于显微镜。 （3）分子间存在着相互作用力 分子间的引力和斥力同时存在，实际表现出来的分子力是它们的合力。 分子间的引力和斥力都随分子间的距离 r 的增大而减小，随分子间的距离 r 的减小而增 大，但斥力的变化比引力快。 当 r＝r0 时，F引＝F 斥，对外表现的分子力为 0。其中 r0 为分子直径的数量级，约为 10-10m。 当 rr0 时，F 引>F 斥，对外表现的分子力 F 为引力。 　当 r>10r0 时，可认为分子力 F 为 0。 2、气体分子运动与压强 s v m m A A m VM N N ρ= = m m A A v V M NN ρ= = A A A m m m M V Mn N N NVVM ρ= = = 3 6υ π 3 υ ①麦克斯韦速率分布规律：中间多，两头少 ②气体压强的微观解释：容器中的气体分子在高速无规则运动时，容器壁受到分子的撞 击更加剧烈。每个分子撞击容器壁产生的力是短暂的、不连续的，但容器壁受到大量分子频 繁的撞击，就会受到一个稳定的压力，从而产生压强。气体分子的运动是无规则的，气体分 子向各个方向运动的概率相同，对每个容器壁的撞击效果也相同，因此气体内部压强处处相 等。气体温度升高时，高速率的气体分子数增多，整体上分子运动更加剧烈，分子使容器壁 受到的撞击更加频繁，导致气体的压强增大。 3、温度与内能 ①、分子的平均动能：温度是分子平均动能的标志。物体的温度越高，分子热运动越激 烈，分子的平均动能就越大。 ②、分子的势能：从宏观上看：分子的势能跟物体的体积有关。从微观上看：分子势能 跟分子间的距离有关。 ③、物体的内能：从宏观上看：物体内能的大小由物体的摩尔数、温度和体积三个因素 决定。 从微观上看：物体内能的大小由组成物体的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间 的距离三个因素决定。 内能只与（给定）物体的温度和体积有关，与物体的运动速度以及相对位置无关。 （二）气体： 1、气体实验定律及其微观解释 ①玻意耳定律（pv＝c） 气体的质量和温度一定，即分子总数和分子平均速率一定。气体的体积减小 k 倍，为原 来体积的 1/k，气体分子的密度就增大为原来的 k 倍，气体分子在单位时间内对单位面积器 壁碰撞的次数就增大 k 倍，气体压强也就增大 k 倍。气体体积增大时，情况恰好相反。可见， 气体压强与体积成反比。 ②查理定律（p/t＝c） 气体的质量和体积一定，即分子总数和单位体积气体分子个数，即密度一定，温度升高， 由压强的微观解释可知压强增大 ③盖·吕萨克定律（v/t＝c）气体的质量、压强一定，为使气体压强保持不变，则体积 增大，当 v↑→n↓→n/δt·δs↓→p↓趋势，当体积增大到一定程度时，这两种倾向相互 抵消，压强保持不变，使压强保持不变，则体积应减小。v↓→n↑→n/δt·δs↑→p↑趋势， 当体积减小一定程度时，这两种倾向相互抵消，压强保持不变 2、饱和汽与湿度 （1）饱和汽 确切地理解“动态平衡”是掌握饱和汽的关键．密闭容器中同时存在着蒸发和液化两种 过程．蒸发的快慢受液体温度的制约，液化的快慢受液面上汽的密度的制约．当每单位时间 内从液体里逸出的分子数等于回到液体里的分子数、液面上方的汽的密度不再改变时，汽和 液体之间就达到了“动态平衡”．设单位时间内从液体逸出的分子数平均为 n；单位时间内 返回液体的分子数平均为 n′．当 n′＝n 时，汽液两相平衡，容器内液面位置不变；当 n′＜n 时，液体继续蒸发，液面下降，汽密度增大，此时汽是未饱和状态；当 n′＞n 时，汽体液化， 液增加．从“动”的角度去认识一个现象。 体会（i）对某种物质的饱和汽来说，对应一定的温度，它有一定的密度，也就是有一 定的压强．（ii）在同一温度时，某物质的饱和汽的密度大于未饱和汽的密度．在密闭容器 内，通常饱和汽是汽液共存的，而未饱和汽只以汽态单独存在．（iii）对于某种物质来说， 它的饱和汽压是随着温度的升高因双重原因而增大（温度升高时，饱和汽密度增大，分子平 均速率也增大，压强由于这双重原因而增大）．（iv）饱和汽压跟体积无关（因为它有液体作 后备）．（v）不同种类的液体，其饱和汽压也有所不同，像乙醚，分子间内聚力小，容易蒸 发，达到动态平衡时液面上的饱和汽密度较大，饱和汽压较大． （2）湿度 ①空气的干湿程度可用空气里含有水汽的密度来表示，让一定量的空气通过一段贮有 吸收水汽的物质（如氯化钙）的管子，让该物质吸收水汽，由其前后质量差可知空气中含有 的水汽密度．②、直接测定空气中的水汽密度比较麻烦，改用水汽的压强来表示干湿程 度．由此引入绝对湿度．③、需要了解空气中的水汽离饱和状态的远近，引入相对湿 度．④、直接测定空气中水汽的压强也是比较困难的，引入露点．⑤、介绍毛发湿度计和 干湿泡湿度计． 【典型例题】 （一）物体是由大量分子组成的 例题 1. 将 1cm3 的油酸溶于酒精，制成 200cm3 的油酸酒精溶液。已知 1cm3 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层，已测出 这一薄层的面积为 0.2m2，由此可测出油酸分子的直径为 。 解析：设 1cm3 溶液的滴数为 N，则 1 滴油酸酒精溶液的体积为υ＝1 Ncm3。 由于取用的油酸酒精溶液的浓度为 1 200＝0.5%，故 1 滴溶液中油酸的体积为 v0＝υ× 0.5%＝1 N×0.5%×10-6m3。 已知油酸薄层的面积为 S＝0.2m2，所以油酸分子的直径为 d＝v S＝ ＝ 1 NS×0.5%×10-6＝ ×0.5%×10-6m＝5×10-10m 例题 2. 已知水的密度ρ＝1.0×103kg /m3，水的摩尔质量 M＝1.8×10-2kg /mol。 求：（1）1g 水中含有多少水分子？ （2）水分子的质量是多少？ （3）估算水分子的直径。（保留两位有效数字） 解析：（1）N＝m MNA＝ ×6.02×1023＝3.3×1022 个　 （2）m’＝ ＝ kg＝3.0×10-26kg （3）∵υ＝ ＝ πd3 ∴d＝ ＝ m＝3.9×10-10m （二）分子永不停息地做无规则运动——布朗运动 例题 3. 下面两种关于布朗运动的说法都是错误的，分析它们各错在哪里。 （1）大风天常常看到风沙弥漫、尘土飞扬，这就是布朗运动； （2）布朗运动是由于液体分子对固体小颗粒的撞击引起的，固体小颗粒的体积越大， 液体分子对它的撞击越多，布朗运动就越显著。 解析：（1）能在液体或气体中布朗运动的微粒都是很小的，一般数量级在 10-6m，这 种微粒肉眼是看不到的，必须借助于显微镜。风天看到的尘土都是较大的颗粒，它们的运动 不能称为布朗运动，它们的运动基本属于在气流的作用下的定向移动，而布朗运动是无规则 61 0.5% 10N S −× × 2050 1 × 3 2 1 1 0 1 .8 1 0 − − × × A M N 2 23 1.8 10 6.02 10 −× × A M Nρ 6 1 3 6 A M Nπρ 2 3 3 23 6 1.8 10 3.14 1.0 10 6.02 10 − × × × × × × 运动。 （2）布朗运动的确是由于液体（或气体）分子对固体小颗粒的碰撞引起的，但只有在 固体小颗粒很小时，各个方向的液体分子对它的碰撞不平衡才引起它做布朗运动。 （三）分子间存在着相互作用力 例题 4. 两个分子从相距较远（分子力可忽略）开始靠近，直到不能再靠近的过程中 （BCD） A. 分子力先做负功后做正功 B. 分子力先做正功后做负功 C. 分子间的引力和斥力都增大 D. 两分子从 r0 处再靠近，斥力比引力增加得快 解析：分子力先是引力后是斥力，所以分子力先做正功或做负功。r 减小时，分子间的 引力和斥力都增大，但斥力比引力增大得快。 （四）气体的等温变化 例题 5. 下列过程可能发生的是（ ） A、气体的温度变化，但压强、体积保持不变 B、气体的温度、压强保持不变，而体积发生变化 C、气体的温度保持不变，而压强、体积发生变化 D、气体的温度、压强、体积都发生变化 答案：C、D 例题 6. 一定质量的气体发生等温变化时，若体积增大为原来的 n 倍，则压强变为原来的 __________倍。 A、2n B、n C、1/n D、2/n 答案：C 例题 7. 在温度均匀的水池中，有一空气泡从池底缓缓地向上浮起，在其上浮的过程中， 泡内气体（可看成理想气体）（ ） A、内能减少，放出热量 B、内能增加，吸收热量 C、对外做功，同时吸热，内能不变 D、对外做的功等于吸收的热量 答案：C、D 例题 8. 如图 1 所示，一定质量的气体由状态 A 变到状态 B 再变到状态 C 的过程，A、C 两点在同一条双曲线上，则此变化过程中（ ） A、从 A 到 B 的过程温度升高 B、从 B 到 C 的过程温度升高 C、从 A 到 C 的过程温度先降低再升高 D、A、C 两点的温度相等 答案：A、D （五）气体的等容变化 例题 9、下面图中描述一定质量的气体做等容变化的过程的图线是（ ） 答案：C、D 例题 10. 一个密闭的钢管内装有空气，在温度为 20℃时，压强为 1atm，若温度上升到 80 ℃，管内空气的压强为（ ） A、4atm B、1atm/4 C、1.2atm D、5atm/6 答案：C 6、等压变化 例题 11. 一定质量的理想气体在等压变化中体积增大了 1/2，若气体原来温度为 27℃，则 温度的变化是（ ） A、升高 450K B、升高了 150℃ C、升高了 40.5℃ D、升高了 450℃ 答案：B 例题 12. 如图 2 所示，是一定质量的气体从状态 A 经 B 到状态 C 的 V—T 图象，由图象 可知（ ） A、PA＞PB B、PC＜PB C、PA＞PC D、PC＞PB 答案：D