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第十三章  热学[选修3－3]
[全国卷5年考情分析]
未曾独立命题的考点
命题概率较小的考点
命题概率较大的考点
?阿伏加德罗常数(Ⅰ)
?液晶的微观结构(Ⅰ)
?液体的表面张力现象(Ⅰ)
?饱和蒸气、未饱和蒸气、饱和蒸气压(Ⅰ)
?能量守恒定律(Ⅰ)
?中学物理中涉及的国际单位制的基本单位和其他单位，例如摄氏度、标准大气压(Ⅰ)
?实验十三：用油膜法估测分子的大小
分子动理论的基本观点和实验依据(Ⅰ)
'15Ⅱ卷T33(1)(5分)
气体实验定律(Ⅱ)
'18
Ⅰ卷T33(2)(10分)，
Ⅱ卷T33(2)(10分)，
Ⅲ卷T33(2)(10分)
气体分子运动速率的统计分布(Ⅰ)
'17Ⅰ卷T33(1)(5分)
'17
Ⅰ卷T33(2)(10分)，
Ⅱ卷T33(2)(10分)，
Ⅲ卷T33(2)(10分)
温度、内能(Ⅰ)
'18Ⅱ卷T33(1)(5分) '17Ⅱ卷T33(1)(5分) '16Ⅱ卷T33(1)(5分) '16Ⅲ卷T33(1)(5分)
'16
Ⅰ卷T33(2)(10分)，
Ⅱ卷T33(2)(10分)，
Ⅲ卷T33(2)(10分)
'15
Ⅰ卷T33(2)(10分)，
Ⅱ卷T33(2)(10分)
固体的微观结构、晶体和非晶体(Ⅰ)
'15Ⅰ卷T33(1)(5分)
'14Ⅱ卷T33(1)(5分)
'14
Ⅰ卷T33(2)(9分)，
Ⅱ卷T33(2)(10分)
热力学第一定律(Ⅰ)
'18
Ⅰ卷T33(1)(5分)，
Ⅲ卷T33(1)(5分)
理想气体(Ⅰ)
'18Ⅰ卷T33(1)(5分) '18Ⅲ卷T33(1)(5分) '17Ⅲ卷T33(1)(5分) '16Ⅱ卷T33(1)(5分) '16Ⅲ卷T33(1)(5分)
'17
Ⅱ卷T33(1)(5分)，
Ⅲ卷T33(1)(5分)
'16
Ⅰ卷T33(1)(5分)，
Ⅱ卷T33(1)(5分)
'14
Ⅰ卷T33(1)(6分)
相对湿度(Ⅰ)
'16Ⅱ卷T33(1)(5分)
热力学第二定律(Ⅰ)
'16Ⅰ卷T33(1)(5分)
第1节　分子动理论　内能
一、分子动理论的基本内容
1．物体是由大量分子组成的
(1)分子很小：直径数量级为10－10 m。
(2)分子数目特别大：
阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023 mol－1。
2．分子热运动
(1)扩散现象：不同物质能够彼此进入对方的现象。温度越，扩散越快。
(2)布朗运动：①永不停息、无规则运动；
②颗粒越，运动越明显；
③温度越，运动越剧烈；
④运动轨迹无法确定，只能记录每隔一段时间微粒的位置，并用位置连线研究布朗运动。
(3)热运动：物体里的分子永不停息地做无规则运动，这种运动跟温度有关，通常称作热运动。
3．分子间的相互作用力
(1)分子间同时存在相互作用的引力和斥力。实际表现出的分子力是引力和斥力的合力。
(2)引力和斥力都随分子间距离的减小而增大；随分子间距离的增大而减小；斥力比引力变化快。
(3)F-r图像(r0的数量级为10－10 m)。

r＝r0
F引＝F斥
F＝0
r＜r0
F引＜F斥
F为斥力
r＞r0
F引＞F斥
F为引力
r＞10r0
F引＝F斥＝0
F＝0
二、温度和物体的内能
1．温度
两个系统处于热平衡时，它们具有某个“共同的热学性质”，我们把表征这一“共同热学性质”的物理量定义为温度。一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。
2．两种温标
摄氏温标和热力学温标。
关系：T＝t＋273.15_K。
3．分子的动能和平均动能
(1)分子动能是分子热运动所具有的动能。
(2)分子热运动的平均动能是所有分子热运动的动能的平均值，温度是分子热运动的平均动能的标志。
(3)分子热运动的总动能是物体内所有分子热运动动能的总和。
4．分子的势能
(1)由于分子间存在着引力和斥力，所以分子具有由它们的相对位置决定的能，即分子势能。
(2)分子势能的决定因素：微观上——决定于分子间距离和分子排列情况；宏观上——决定于体积和状态。
5．物体的内能
(1)等于物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和，是状态量。
(2)对于给定的物体，其内能大小由物体的温度和体积决定。
(3)物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关。
[深化理解]
1．与化学中的“分子”不一样，热学研究组成物体的微粒的运动规律和统计规律，把化学中的原子、分子或离子统称为分子。
2．扩散现象的本质是分子的运动，固、液、气三态均可发生扩散现象，它直接证明了组成物体的分子在不停地做无规则运动；布朗运动的主体不是分子，而是液体或气体中的悬浮颗粒，它间接证明了分子的无规则运动。
3．两分子间距为r0时分子力为零，分子势能最低，但不是零，而是负值，因为一般认为分子间距为无穷远(r＞10r0)时，分子势能为零。
4．温度是分子平均动能的标志，温度相同时，各种物体分子的平均动能均相同。
5．与机械运动相对应的能量称为机械能；与热运动相对应的能量称为内能。宏观上内能由物质的量、温度和体积决定。
[基础自测]
一、判断题
(1)布朗运动是液体分子的无规则运动。(×)
(2)温度越高，布朗运动越剧烈。(√)
(3)分子间的引力和斥力都随分子间距的增大而增大。(×)
(4)－33 ℃＝240 K。(×)
(5)分子动能指的是由于分子定向移动具有的能。 (×)
(6)当分子力表现为引力时，分子势能随分子间距离的增大而增大。(√)
(7)内能相同的物体，它们的分子平均动能一定相同。(×)
二、选择题
1．根据分子动理论，下列说法正确的是(　　)
A．一个气体分子的体积等于气体的摩尔体积与阿伏加德罗常数之比
B．显微镜下观察到的墨水中的小炭粒所做的不停地无规则运动，就是分子的运动
C．分子间的相互作用力一定随分子间距离的增大而减小
D．分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大
解析：选D　由于气体分子的间距大于分子直径，故气体分子的体积小于气体的摩尔体积与阿伏加德罗常数之比，故A错误；显微镜下观察到的墨水中的小炭粒所做的不停地无规则运动，是布朗运动，它是分子无规则运动的体现，但不是分子的运动，故B错误；若分子间距离从平衡位置开始增大，则引力与斥力的合力先增大后减小，故C错误；若分子间距是从小于平衡距离开始变化，则分子力先做正功再做负功，故分子势能先减小后增大，故D正确。
2．[教科版选修3－3 P39T2改编]对内能的理解，下列说法正确的是(　　)
A．系统的内能是由系统的状态决定的
B．温度高的系统比温度低的系统的内能大
C．不计分子之间的分子势能，质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能
D．做功可以改变系统的内能，但是单纯地对系统传热不能改变系统的内能
解析：选A　系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理量，所以是由系统的状态决定的，A正确；系统的内能与温度、体积、物质的多少等因素都有关系，B错误；质量和温度相同的氢气和氧气的平均动能相同，但它们的物质的量不同，内能不同，C错误；做功和热传递都可以改变系统的内能，D错误。
高考对本节内容的考查，主要集中在微观量估算的“两种建模方法”、扩散现象、布朗运动与分子热运动以及分子动能、分子势能和内能，通常以选择题或填空题的形式呈现，难度一般。
考点一　微观量估算的“两种建模方法”
[基础自修类]
[题点全练]
1．[气体分子的估算]
(多选)(2016·上海高考)某气体的摩尔质量为M，分子质量为m 。若1摩尔该气体的体积为Vm，密度为ρ，则该气体单位体积分子数为(阿伏加德罗常数为NA)(　　)
A.　　　　　　　　　 B.
C. D.
解析：选ABC　1摩尔该气体的体积为Vm，则单位体积分子数为n＝，气体的摩尔质量为M，分子质量为m，则1 mol气体的分子数为NA＝，可得n＝，气体的密度为ρ，则1摩尔该气体的体积Vm＝，则有n＝，故D错误，A、B、C正确。
2．[液体分子的估算]
空调在制冷过程中，室内空气中的水蒸气接触蒸发器(铜管)液化成水，经排水管排走，空气中水分越来越少，人会感觉干燥。某空调工作一段时间后，排出液化水的体积V＝1.0×103 cm3。已知水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3、摩尔质量M＝1.8×10－2 kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 mol－1。试求：(结果均保留一位有效数字)
(1)该液化水中含有水分子的总数N；
(2)一个水分子的直径d。
解析：(1)水的摩尔体积为
Vmol＝＝ m3/mol＝1.8×10－5 m3/mol，
水分子数：
N＝＝ 个≈3×1025 个。
(2)建立水分子的球体模型有＝πd3，可得水分子直径：d＝＝  m≈4×10－10 m。
答案：(1)3×1025个　(2)4×10－10 m
[名师微点]
1．求解分子直径时的两种模型(固体和液体)
(1)把分子看成球形，d＝ 。
(2)把分子看成小立方体，d＝。
[注意]　对于气体，利用d＝算出的不是分子直径，而是气体分子间的平均距离。
2．宏观量与微观量的相互关系
(1)微观量：分子体积V0、分子直径d、分子质量m0等。
(2)宏观量：物体的体积V、密度ρ、质量m、摩尔质量M、摩尔体积Vmol、物质的量n等。
(3)相互关系
①一个分子的质量：m0＝＝。
②一个分子的体积：V0＝＝(估算固体、液体分子的体积或气体分子所占空间体积)。
③物体所含的分子数：N＝n·NA＝·NA＝·NA。
考点二　扩散现象、布朗运动与分子热运动
[基础自修类]
[题点全练]
1．[扩散现象的理解]
(多选)(2015·全国卷Ⅱ)关于扩散现象，下列说法正确的是(　　)
A．温度越高，扩散进行得越快
B．扩散现象是不同物质间的一种化学反应
C．扩散现象是由物质分子无规则运动产生的
D．扩散现象在气体、液体和固体中都能发生
E．液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的
解析：选ACD　扩散现象与温度有关，温度越高，扩散进行得越快，选项A正确。扩散现象是由于分子的无规则运动引起的，不是一种化学反应，选项B、E错误，C正确。扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，选项D正确。
2．[布朗运动的理解]
PM2.5是指空气中直径小于2.5微米的悬浮颗粒物，其飘浮在空中做无规则运动，很难自然沉降到地面。下列说法中不正确的是(　　)
A．气温越高，PM2.5运动越剧烈
B．PM2.5在空气中的运动属于布朗运动
C．PM2.5在空气中的运动就是分子的热运动
D．倡导低碳生活有利于减小PM2.5在空气中的浓度
解析：选C　由于PM2.5颗粒很小，PM2.5在空气中的运动是由于周围大量分子对PM2.5碰撞的不平衡使其在空中做无规则运动，是布朗运动，只是空气分子热运动的反映，B正确，C错误；温度越高，分子运动越剧烈，PM2.5运动也越剧烈，A正确；因为矿物燃料燃烧的废气排放是形成PM2.5的主要原因，所以倡导低碳生活、减少化石燃料的使用能有效减小PM2.5在空气中的浓度，D正确。
3．[分子热运动的理解]
(2017·北京高考)以下关于热运动的说法正确的是(　　)
A．水流速度越大，水分子的热运动越剧烈
B．水凝结成冰后，水分子的热运动停止
C．水的温度越高，水分子的热运动越剧烈
D．水的温度升高，每一个水分子的运动速率都会增大
解析：选C　水流的速度是机械运动的速度，不同于水分子无规则热运动的速度，A项错误；分子永不停息地做无规则运动，B项错误；温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的热运动越剧烈，故C项正确；水的温度升高，水分子的平均动能增大，即水分子的平均运动速率增大，但不是每一个水分子的运动速率都增大，D项错误。
[名师微点]
扩散现象、布朗运动与热运动的比较
扩散现象
布朗运动
热运动
活动主体
分子
固体微小颗粒
分子
区别
是分子的运动，发生在固体、液体、气体任何两种物质之间
是比分子大得多的颗粒的运动，只能在液体、气体中发生
是分子的运动，不能通过光学显微镜直接观察到
共同点
(1)都是无规则运动
(2)都随温度的升高而更加激烈
联系
扩散现象、布朗运动都反映了分子做无规则的热运动
考点三　分子力、分子势能、平均动能和内能
[基础自修类]
[题点全练]
1．[对物体内能的理解]
(多选)关于物体的内能，下列叙述正确的是(　　)
A．温度高的物体比温度低的物体内能大
B．物体的内能不可能为零
C．内能相同的物体，它们的分子平均动能一定相同
D．内能不相同的物体，它们的分子平均动能可能相同
E．物体的内能与物体的温度、体积、物态和分子数有关
解析：选BDE　温度高低反映分子平均动能的大小，但由于物体不同，分子数目不同，所处状态不同，无法反映内能大小，选项A错误；由于分子都在做无规则运动，因此，任何物体内能都不可能为零，选项B正确；内能相同的物体，它们的分子平均动能不一定相同，选项C错误；内能不同的两个物体，它们的温度可能相同，即它们的分子平均动能可能相同，选项D正确；物体的内能与物体的温度、体积、物态和分子数有关，故选项E正确。
2．[对分子力的理解]
(多选)关于分子间的作用力，下列说法正确的是(　　)
A．分子之间的斥力和引力同时存在
B．分子之间的引力随分子间距离的增大而增大，斥力则减小，所以在大于平衡距离时，分子力表现为引力
C．分子之间的距离减小时，分子力一直做正功
D．分子之间的距离增大时，分子势能可能增加
E．分子之间的距离变化时，可能存在分子势能相等的两个点
解析：选ADE　分子间既存在引力，也存在斥力，引力和斥力都随分子间距离的减小而增大，随分子间距离的增大而减小，只是斥力变化的快，所以当分子间距离大于r0时分子力表现为引力，小于r0时表现为斥力，故A正确、B错误；当分子力表现为引力，相互靠近时分子力做正功，当分子力表现为斥力，相互靠近时分子力做负功，故C错误；当分子力表现为引力，分子之间的距离增大时分子力做负功，分子势能增加，故D正确；两分子之间的距离等于r0时，分子势能最小，从该位置起增大或减小分子间距离，分子力都做负功，分子势能都增加，所以分子之间的距离变化时，可能存在分子势能相等的两个点，故E正确。
3．[分子力与分子势能的综合问题]
(多选)两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图中曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为r0。相距很远的两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近。若两分子相距无穷远时分子势能为零，下列说法正确的是(　　)
A．在r>r0阶段，F做正功，分子动能增加，势能减小
B．在rC．在r＝r0时，分子势能最小，动能最大
D．在r＝r0时，分子势能为零
E．分子动能和势能之和在整个过程中不变
解析：选ACE　由Ep -r图可知：在r>r0阶段，当r减小时F做正功，分子势能减小，分子动能增加，故A正确；在r[名师微点]
1．分子力及分子势能图像
分子力F
分子势能Ep
图像
随分
子间
距离
的变
化情
况
rF随r增大而减小，表现为斥力
r增大，F做正功，Ep减小
r>r0
r增大，F先增大后减小，表现为引力
r增大，F做负功，Ep增大
r＝r0
F引＝F斥，F＝0
Ep最小，但不为零
r>10r0
引力和斥力都很微弱，F＝0
Ep＝0
2．分析物体内能问题的四点提醒
(1)内能是对物体的大量分子而言的，不存在某个分子内能的说法。
(2)决定内能大小的因素为温度、体积、物质的量以及物质状态。
(3)通过做功或热传递可以改变物体的内能。
(4)温度是分子平均动能的标志，相同温度的任何物体，分子的平均动能相同。

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