2018年高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題52 分子動(dòng)理論 油膜法估測(cè)分子大小（講）（含解析）

專題52 分子動(dòng)理論 油膜法估測(cè)分子大小1.掌握分子動(dòng)理論的基本內(nèi)容.2.知道內(nèi)能的概念.3.會(huì)分析分子力、分子勢(shì)能隨分子間距離的變化1 物體是由大量分子組成的(1)多數(shù)分子大小的數(shù)量級(jí)為1010 m.(2)一般分子質(zhì)量的數(shù)量級(jí)為1026 kg.2 分子永不停息地做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)(1)擴(kuò)散現(xiàn)象：由于分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的物質(zhì)遷移現(xiàn)象溫度越高，擴(kuò)散越快(2)布朗運(yùn)動(dòng)：在顯微鏡下看到的懸浮在液體中的固體顆粒的永不停息地?zé)o規(guī)則運(yùn)動(dòng)布朗運(yùn)動(dòng)反映了液體內(nèi)部的分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)顆粒越小，運(yùn)動(dòng)越明顯；溫度越高，運(yùn)動(dòng)越劇烈3 分子間存在著相互作用力(1)分子間同時(shí)存在引力和斥力，實(shí)際表現(xiàn)的分子力是它們的合力(2)引力和斥力都隨分子間距離的增大而減小，但斥力比引力變化得快4溫度：一切達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度5兩種溫標(biāo)：攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)關(guān)系：Tt273.15 K.6分子的動(dòng)能(1)分子動(dòng)能是分子熱運(yùn)動(dòng)所具有的動(dòng)能；(2)分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能是所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能的平均值，溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的標(biāo)志；(3)分子熱運(yùn)動(dòng)的總動(dòng)能是物體內(nèi)所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的總和7分子的勢(shì)能(1)意義：由于分子間存在著引力和斥力，所以分子具有由它們的相對(duì)位置決定的能(2)分子勢(shì)能的決定因素：微觀上決定于分子間距離和分子排列情況；宏觀上決定于體積和狀態(tài)8物體的內(nèi)能(1)等于物體中所有分子的熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能與分子勢(shì)能的總和，是狀態(tài)量(2)對(duì)于給定的物體，其內(nèi)能大小由物體的溫度和體積決定(3)物體的內(nèi)能與物體的位置高低、運(yùn)動(dòng)速度大小無關(guān)(選填“有關(guān)”或“無關(guān)”)考點(diǎn)一分子動(dòng)理論1.微觀量的估算（1）微觀量：分子體積V0、分子直徑d、分子質(zhì)量m0。（2）宏觀量：物體的體積V、摩爾體積Vm、物體的質(zhì)量m、摩爾質(zhì)量M、物體的密度。（3） 關(guān)系分子的質(zhì)量：。分子的體積：物體所含的分子數(shù)：或（4）兩種模型球體模型直徑為。立方體模型邊長(zhǎng)為特別提醒1.固體和液體分子都可看成是緊密堆積在一起的分子的體積，僅適用于固體和液體，對(duì)氣體不適用。對(duì)于氣體分子，d的值并非氣體分子的大小，而是兩個(gè)相鄰的氣體分子之間的平均距離。2.布朗運(yùn)動(dòng)與分子熱運(yùn)動(dòng)布朗運(yùn)動(dòng)熱運(yùn)動(dòng)活動(dòng)主體固體小顆粒分子區(qū)別是固體小顆粒的運(yùn)動(dòng)，是比分子大得多的分子團(tuán)的運(yùn)動(dòng)，較大的顆粒不做布朗運(yùn)動(dòng)，但它本身的以及周圍的分子仍在做熱運(yùn)動(dòng)是指分子的運(yùn)動(dòng)，分子無論大小都做熱運(yùn)動(dòng)，熱運(yùn)動(dòng)不能通過光學(xué)顯微鏡直接觀察到共同點(diǎn)都是永不停息的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，都隨溫度的升高而變得更加激烈，都是肉眼所不能看見的聯(lián)系布朗運(yùn)動(dòng)是由于小顆粒受到周圍分子做熱運(yùn)動(dòng)的撞擊力而引起的，它是分子做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的反映特別提醒：（1）擴(kuò)散現(xiàn)象直接反映了分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，并且可以發(fā)生在固體、液體、氣體任何兩種物質(zhì)之間。（2）布朗運(yùn)動(dòng)不是分子的運(yùn)動(dòng)，是液體分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的反映3.分子間作用力分子間總是同時(shí)存在著相互作用的引力和斥力，“分子力”是引力與斥力的合力分子間的引力和斥力都隨分子間距離的增大而減小、隨分子間距離的減小而增大，但總是斥力變化得較快如圖所示。(1)當(dāng)rr0時(shí)，F(xiàn)引F斥，F(xiàn)0；(2)當(dāng)r<r0時(shí)，F(xiàn)引和F斥都隨距離的減小而增大，但F引<F斥，F(xiàn)表現(xiàn)為斥力；(3)當(dāng)r>r0時(shí)，F(xiàn)引和F斥都隨距離的增大而減小，但F引>F斥，F(xiàn)表現(xiàn)為引力；(4)當(dāng)r>10r0(109 m)時(shí)，F(xiàn)引和F斥都已經(jīng)十分微弱，可以認(rèn)為分子間沒有相互作用力(F0)。重點(diǎn)歸納阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀量和微觀量的橋梁典型案例列關(guān)于分子熱運(yùn)動(dòng)的說法中正確的是（ ）A布朗運(yùn)動(dòng)就是液體分子的熱運(yùn)動(dòng)B氣體如果失去了容器的約束就會(huì)散開，這是因?yàn)闅怏w分子之間存在斥力C對(duì)于一定量的理想氣體，如果壓強(qiáng)不變，體積增大，那么它的內(nèi)能一定減小D如果氣體溫度升高，分子平均動(dòng)能會(huì)增加，但并不是所有分子的速率都增大【答案】D【名師點(diǎn)睛】本題是對(duì)分子運(yùn)動(dòng)的考查，要知道物質(zhì)是由分子構(gòu)成的，分子在永不停息地做無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)；分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)與溫度有關(guān)，溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)越快；題目難度不大，屬于基礎(chǔ)知識(shí)的考查，需要有扎實(shí)的基本功。針對(duì)練習(xí)1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(duì)乙分子的作用力F與兩分子間距離關(guān)系如圖中曲線所示。現(xiàn)把乙分子從a處逐漸向甲分子靠近，則A乙分子從a到b過程中，分子力增大，分子間勢(shì)能增大B乙分子從a到c過程中，分子力先增大后減小，分子間勢(shì)能一直減小C乙分子從b到d過程中，分子力先減小后增大，分子間勢(shì)能一直增大D乙分子從c到d過程中，分子力增大，分子間勢(shì)能減小【答案】B【解析】分子力做功等于分子勢(shì)能的減小量，從a到c的過程中，分子力為引力，做正功，故分子勢(shì)能減小，分子力先增大后減小，從c到d過程中，分子力為斥力，分子力做負(fù)功，故分子勢(shì)能增加，分子力減小，B正確；【名師點(diǎn)睛】由圖可知分子間的作用力的合力，則由力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系可得出物體的運(yùn)動(dòng)情況，由分子力做功情況可得出分子勢(shì)能的變化情況針對(duì)練習(xí)2（多選）若以表示某氣體的摩爾質(zhì)量，V表示其摩爾體積，表示其密度，為阿伏伽德羅常數(shù)，m、分別表示每個(gè)氣體分子的質(zhì)量和體積，下列關(guān)系中正確的有A B C D【答案】AC【名師點(diǎn)睛】本題主要考察氣體阿伏伽德羅常數(shù)的計(jì)算，重點(diǎn)明確分子的體積并不是所占空間的體積屬于基礎(chǔ)題目考點(diǎn)二物體的內(nèi)能1.分子勢(shì)能分子勢(shì)能是由分子間相對(duì)位置而決定的勢(shì)能，它隨著物體體積的變化而變化，與分子間距離的關(guān)系為：(1)當(dāng)r>r0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(shì)能增大；(2)當(dāng)r<r0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(shì)能增大；(3)當(dāng)rr0時(shí)，分子勢(shì)能最小，但不一定為零，可為負(fù)值，因?yàn)榭蛇x兩分子相距無窮遠(yuǎn)時(shí)分子勢(shì)能為零；(4)分子勢(shì)能曲線如圖所示。要記住分子間作用力和分子勢(shì)能的特點(diǎn)和規(guī)律，理解高中物理課本中分子間作用力與分子距離的關(guān)系圖和兩分子系統(tǒng)的分子勢(shì)能跟分子距離的關(guān)系圖，抓住關(guān)鍵點(diǎn)：分子間距等于r0 時(shí)分子勢(shì)能最小。2.內(nèi)能的決定因素(1)微觀決定因素：分子勢(shì)能、分子的平均動(dòng)能和分子個(gè)數(shù)。(2)宏觀決定因素：物體的體積、物體的溫度、物體所含物質(zhì)的多少(即物質(zhì)的量)。3.解有關(guān)“內(nèi)能”的題目，應(yīng)把握以下幾點(diǎn)：(1)溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，而不是分子平均速率的標(biāo)志，它與單個(gè)分子的動(dòng)能及物體的動(dòng)能無任何關(guān)系；(2)內(nèi)能是一種與分子熱運(yùn)動(dòng)及分子間相互作用相關(guān)的能量形式，與物體宏觀有序的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)，它取決于物質(zhì)的量、溫度、體積及物態(tài)。重點(diǎn)歸納判斷分子勢(shì)能變化的兩種方法方法一：根據(jù)分子力做功判斷：分子力做正功，分子勢(shì)能減?。环肿恿ψ鲐?fù)功，分子勢(shì)能增加方法二：利用分子勢(shì)能與分子間距離的關(guān)系圖線判斷如圖所示(2)分析物體的內(nèi)能問題應(yīng)當(dāng)明確以下幾點(diǎn)內(nèi)能是對(duì)物體的大量分子而言的，不存在某個(gè)分子內(nèi)能的說法決定內(nèi)能大小的因素為溫度、體積、分子數(shù)，還與物態(tài)有關(guān)系通過做功或熱傳遞可以改變物體的內(nèi)能溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，相同溫度的任何物體，分子的平均動(dòng)能相同典型案例下列說法正確的是A懸浮在液體中微粒越小，布朗運(yùn)動(dòng)越明顯B高溫下自行車爆胎現(xiàn)象說明輪胎內(nèi)氣體溫度升高，氣體分子間的斥力增大C相等質(zhì)量的0的水和0的冰內(nèi)能相同D一定質(zhì)量的理想氣體從外界吸收熱量受，其內(nèi)能一定增加【答案】A【名師點(diǎn)睛】該題涉及知識(shí)較多，重點(diǎn)掌握內(nèi)能的改變方式；壓強(qiáng)的微觀含義，布朗運(yùn)動(dòng)，關(guān)鍵是對(duì)知識(shí)點(diǎn)熟識(shí)，熱學(xué)這塊知識(shí)點(diǎn)較多，但不是很難，需要理解加記憶去學(xué)習(xí)針對(duì)練習(xí)1對(duì)一定量的理想氣體，下列說法正確的是（ ）A氣體體積是指所有氣體分子的體積之和B氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈，氣體的溫度就越高C當(dāng)氣體膨脹時(shí)，氣體的分子勢(shì)能減小，因而氣體的內(nèi)能一定減少D氣體的壓強(qiáng)是由氣體分子的重力產(chǎn)生的，在失重的情況下，密閉容器內(nèi)的氣體對(duì)器壁沒有壓強(qiáng)【答案】B【名師點(diǎn)睛】此題考查的是熱學(xué)中的關(guān)于氣體的幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)；要知道由于氣體分子間距較大，所以氣體的體積實(shí)際上是氣體運(yùn)動(dòng)占據(jù)的空間；由于氣體分子力近似為零，故分子力近似為零，分子勢(shì)能為零；氣體的壓強(qiáng)是由大量的氣體分子對(duì)器壁的頻繁的碰撞產(chǎn)生的。針對(duì)練習(xí)21 g 100 的水和1 g 100 的水蒸氣相比較，下述說法中正確的是( )A分子的平均動(dòng)能與分子的總動(dòng)能都相同B分子的平均動(dòng)能相同，分子的總動(dòng)能不同C內(nèi)能相同D1 g 100 的水的內(nèi)能小于1 g 100 的水蒸氣的內(nèi)能【答案】AD【解析】分子動(dòng)能與溫度有關(guān)，溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)越劇烈，分子動(dòng)能越大，100的水與1g 100的水蒸氣溫度相同，故分子的平均動(dòng)能相同和總動(dòng)能都相同故A正確，B錯(cuò)誤；1g 100的水要變?yōu)?g 100的水蒸氣，吸收熱量，溫度不變，但內(nèi)能增大，故C錯(cuò)誤，D正確故選AD?！久麕燑c(diǎn)睛】此題考查了對(duì)內(nèi)能的里理解，要分析內(nèi)能的變化，需分析出分子動(dòng)能和分子勢(shì)能的變化；內(nèi)能是物體內(nèi)部所有分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和，一切物體都有內(nèi)能；分子動(dòng)能與溫度有關(guān)，溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)越劇烈，分子動(dòng)能越大?？键c(diǎn)三實(shí)驗(yàn)：油膜法估測(cè)分子大小1.實(shí)驗(yàn)原理油酸分子都是直立在水面上的，單分子油膜的厚度等于油酸分子的直徑根據(jù)配制的酒精油酸溶液的濃度，算出一滴溶液中純油酸的體積V，測(cè)出這滴溶液形成薄膜的面積S，即可算出油酸的厚度d=，即油酸分子的直徑2.幾點(diǎn)說明：（1）酒精油酸溶液配制后長(zhǎng)時(shí)間放置，溶液的濃度容易改變，會(huì)給實(shí)驗(yàn)帶來較大誤差。（2）利用小格子數(shù)計(jì)算輪廓面積時(shí)，輪廓的不規(guī)則性容易帶來計(jì)算誤差為減小誤差，不足半個(gè)格子的舍去，多于半個(gè)格子的算一個(gè)方格邊長(zhǎng)的單位越小，計(jì)算出的面積越精確。（3）測(cè)量量筒內(nèi)溶液增加1 mL的滴數(shù)時(shí)，體積觀測(cè)不準(zhǔn)確會(huì)帶來很大誤差，注意正確的讀取體積的方法，應(yīng)選用內(nèi)徑小的量筒。（4）油膜形狀的畫線不準(zhǔn)會(huì)帶來誤差。典型案例在“用油膜法估測(cè)分子大小”實(shí)驗(yàn)中所用的油酸酒精溶液的濃度為1 000 mL溶液中有純油酸0. 6 mL，用注射器測(cè)得1 mL上述溶液為80滴，把1滴該溶液滴入盛水的淺盤內(nèi)，讓油膜在水面上盡可能散開，測(cè)得油酸薄膜的輪廓形狀和尺寸如圖所示，圖中正方形方格的邊長(zhǎng)為1 cm，試求：(1）油酸膜的面積是 cm2 ;(2）實(shí)驗(yàn)測(cè)出油酸分子的直徑是 m;（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）(3)實(shí)驗(yàn)中為什么要讓油膜盡可能散開？ 。【答案】(1)113115都對(duì)； （2)6.5×10-106.6×10-10都對(duì)；(3)這樣做的目的是為了讓油膜在水面上形成單分子薄膜【名師點(diǎn)睛】此題考查了用油膜法測(cè)分子直徑的實(shí)驗(yàn)；求油膜面積時(shí)要注意，不到半個(gè)格的要舍去，超過半個(gè)格的算一個(gè)格，數(shù)出油膜輪廓的格數(shù)，然后乘以每一個(gè)格的面積得到油膜的面積；求油的體積時(shí)要注意，求的是純油的體積，不是溶液的體積。針對(duì)練習(xí)1在做“用油膜法估測(cè)分子大小”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，油酸酒精溶液的濃度為每1000mL溶液中有純油酸1mL，用注射器測(cè)得1mL上述溶液有200滴，把一滴該溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的淺盤里，待水面穩(wěn)定后，測(cè)得油酸膜的近似輪廓如圖所示，圖中正方形小方格的邊長(zhǎng)為1cm，則每一滴油酸酒精溶液中含有純油酸的體積是_mL，油酸膜的面積是_cm2。根據(jù)上述數(shù)據(jù)，估測(cè)出油酸分子的直徑是_m。(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)【答案】5.00×106 40.0 【名師點(diǎn)睛】在油膜法估測(cè)分子大小的實(shí)驗(yàn)中，讓一定體積的純油酸滴在水面上形成單分子油膜，估算出油膜面積，從而求出分子直徑，掌握估算油膜面積的方法：所圍成的方格中，面積超過一半按一半算，小于一半的舍去針對(duì)練習(xí)2某實(shí)驗(yàn)小組用油膜法估測(cè)油酸分子的大小，實(shí)驗(yàn)用油酸酒精溶液的濃度為每·1000ml溶液中含有純油酸1ml，1ml上述溶液有50滴，實(shí)驗(yàn)中用滴管吸收該油酸酒精溶液向浮有痱子粉的水面中央滴入一滴油酸酒精溶液（1）該實(shí)驗(yàn)中的理想化假設(shè)是A將油膜看出單分子層油膜B不考慮油分子間的間隙C不考慮油分子間的相互作用力D將油分子看成球形（2）實(shí)驗(yàn)描出油酸薄膜輪廓如圖，已知每一個(gè)小正方形的邊長(zhǎng)為2cm，則該油酸薄膜的面積為_（結(jié)果保留一位有效數(shù)字）（3）經(jīng)計(jì)算，油酸分子的直徑為_m（結(jié)果保留一位有效數(shù)字）（4）實(shí)驗(yàn)時(shí)觀察到，油膜的面積會(huì)先擴(kuò)張后又收縮了一些，原因是_【答案】（1）ABD（2）3×10-2m（3）（4）油酸酒精溶液中的酒精溶于水中【解析】（1）在“用油膜法估測(cè)分子的大小”的實(shí)驗(yàn)中，我們的實(shí)驗(yàn)依據(jù)是：油膜是呈單分子層分布的；把油酸分子看成球形；不考慮分子之間的空隙，故ABD正確，【名師點(diǎn)睛】掌握該實(shí)驗(yàn)的原理是解決問題的關(guān)鍵，該實(shí)驗(yàn)中以油酸分子呈球型分布在水面上，且一個(gè)挨一個(gè)，從而可以由體積與面積相除求出油膜的厚度，從而求出分子直徑. - 10 -