高考物理总复习教师用书第十三章 热学[选修3-3]

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第十三章热学[选修 3-3]
考 纲 要 求 考 情 分 析
分子动理论的基本观
点和实验依据 Ⅰ 理想气体 Ⅰ
1.命题规律
该部分知识点比较
多，而高考重点考查的
内容包括分子动理论、
固体和液体的性质、气
体实验定律及热力学第
一定律等知识。题型一
般为选择＋计算。
2.考查热点
预计在明年高考
中，对该部分内容的考
查仍将以分子动理论、
热力学定律及气体状态
方程的应用为重点。
阿伏加德罗常数 Ⅰ 饱和蒸汽、未饱和
蒸汽、饱和蒸汽压 Ⅰ
气体分子运动速率的
统计分布 Ⅰ 相对湿度 Ⅰ
温度、内能 Ⅰ 热力学第一定律 Ⅰ
固体的微观结构、晶体
和非晶体 Ⅰ 能量守恒定律 Ⅰ
液晶的微观结构 Ⅰ 热力学第二定律 Ⅰ
液体的表面张力现象 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
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
气体实验定律 Ⅱ 实验十三：用油膜法估测分子的大小
第74 课时　分子动理论　内能(双基落实课)
点点通(一)　分子动理论
1．物体是由大量分子组成的
(1)分子的大小
① 一般无机分子直径的数量级约为：10 －
10
m。
② 一般无机分子质量的数量级约为：10－27～10－25 kg。
(2)阿伏加德罗常数：指 1 mol 的任何物质中含有相同的微粒个数，用符号 NA表示，NA
＝6.02 × 10 23
mol－1。
2．分子的热运动：分子永不停息地做无规则运动
扩散
现象
指相互接触的不同物质能够彼此进入对方的现象。温度越高，扩散越快；扩
散可在固体、液体、气体中进行
布朗
运动
指悬浮在液体(或气体)中的微粒的无规则运动。微粒越小，温度越高，布朗
运动越显著
3.布朗运动和分子热运动的比较
布朗运动 分子热运动
主体 微粒 分子
区别 布朗运动是微粒的运动，是比分子大得 热运动是指分子的运动，分子无论大小
多的分子团的运动，较大的微粒不做布
朗运动，但它本身以及周围的分子仍在
做热运动
都做热运动，热运动不能通过光学显微
镜直接观察到
共同点 都是永不停息的无规则运动，都随温度升高而变得更加激烈，都是肉眼不能直接
观察到的
联系 布朗运动是由微粒受到周围分子做热运动的撞击力的不平衡而引起的，它是分子
做无规则运动的间接反映
4.分子间的相互作用力
分子间同时存在引力和斥力，且都随分子间距离的增大而减小，
随分子间距离的减小而增大，但总是斥力变化得较快，如图所示。
(1)当r＝r0时，F引＝F斥，F＝0。
(2)当r＜r0时，F引和F斥都随距离的减小而增大，但 F引＜F斥，
F表现为斥力。
(3)当r＞r0时，F引和F斥都随距离的增大而减小，但 F引＞F斥，
F表现为引力。
(4)当r＞10r0(10－9 m)时，F引和F斥都已经十分微弱，可以认为分子间相互作用力为零
(F＝0)。
[小题练通]
1．为了估测一容器中气体分子间的平均距离，需要知道的物理量是(　　)
A．阿伏加德罗常数、该气体的质量和摩尔质量
B．阿伏加德罗常数、该气体的摩尔质量和密度
C．阿伏加德罗常数、该气体的质量和体积
D．该气体的密度、体积和摩尔质量
解析：选B　只有已知阿伏加德罗常数和气体摩尔体积，才能估测出气体分子间的平
均距离，而只有知道气体的摩尔质量和密度才能计算出气体摩尔体积，故 B正确。
2．(人教教材改编题)下列关于布朗运动的说法正确的是(　　)
A．布朗运动就是分子的无规则运动
B．布朗运动证明，组成固体小颗粒的分子在做无规则运动
C．一锅水中撒一点胡椒粉，加热时发现水中的胡椒粉在翻滚，这说明温度越高布朗
运动越激烈
D．在显微镜下可以观察到煤油中小粒灰尘的布朗运动，这说明煤油分子在做无规则
运动
解析：选D　布朗运动不是液体、固体分子的无规则运动，而是悬浮在液体中固体小颗
粒的运动，要通过显微镜才能观察到，A、B错误，D正确；而胡椒粉颗粒大，其运动不是
布朗运动，C错误。
3．(粤教教材原题)两个分子由距离很远(r>10－9 m)逐渐靠拢到很难再靠近的过程中，
分子间作用力的大小将(　　)
A．先减小后增大
B．先增大后减小
C．先增大后减小再增大
D．先减小后增大再减小
解析：选C　根据分子间相互作用力的特点，两个分子由距离很远逐渐靠拢到很难再
靠近的过程中，分子间作用力先增大后减小再增大，故 C正确。
[融会贯通]
(1)阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁，常用来进行微观量的估算。
(2)布朗运动不是液体分子的运动，也不是固体颗粒中分子的运动，而是固体小颗粒在
液体分子撞击下的无规则运动，它间接地反映了液体分子的无规则运动。
(3)分子间的作用力等于分子间引力和斥力的合力，分子引力、斥力都随分子间距离的
减小而增大，而分子间的作用力随分子距离的变化是比较复杂的。
点点通(二)　温度和内能
1．温度
两个系统处于热平衡时，它们必定具有某个共同的热学性质，把表征这一“共同热学
性质”的物理量叫做温度。一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。
2．摄氏温标和热力学温标
单位 规定 关系
摄氏温标(t)℃在标准大气压下，冰的熔点是
0_℃，水的沸点是 100 ℃T＝t＋273.15 K
ΔT＝Δt
热力学温标
(T)K零下273.15_℃即为0 K
3.分子动能
(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．分子势能
(1)意义：由于分子间存在着引力和斥力，所以分子具有由它们的相互位置决定的能。
(2)分子势能的决定因素
① 微观上——决定于分子间距离和分子排列情况；取r→∞处为零
势能处，分子势能Ep与分子间距离 r的关系如图所示，当 r＝r0时分子
势能最小。
②宏观上——决定于体积和状态。
5．物体的内能
(1)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。对于给定的物体，其
内能大小由物体的温度和体积决定。
(2)改变物体内能的两种方式：做功和热传递。
[小题练通]
1．(多选)(2018·全国卷Ⅱ)对于实际的气体，下列说法正确的是(　　)
A．气体的内能包括气体分子的重力势能
B．气体的内能包括气体分子之间相互作用的势能
C．气体的内能包括气体整体运动的动能
D．气体的体积变化时，其内能可能不变
E．气体的内能包括气体分子热运动的动能
解析：选BDE　实际气体的内能包括分子之间相互作用的势能和分子热运动的动能，
与分子的重力势能和整体的动能均无关。改变气体内能的方式有做功和热传递。综上所述
B、D、E正确。
2．(多选)(鲁科教材改编题)如图，用温度计测量质量已知的甲、乙、丙三杯水的温度，
根据测量结果可以知道(　　)
A．甲杯中水的内能最少
B．甲、乙杯中水的内能一样多
C．丙杯中水分子的平均动能最大
D．甲杯中水分子的平均动能小于乙杯中水分子的平均动能
解析：选AC　甲杯中水的质量最小，温度和乙杯中的相同且小于丙杯中的，故甲杯
中水的内能最小，A正确，B错误；丙杯中水的温度最高，水分子的平均动能最大，C正
确；甲、乙杯中水的温度相同，水分子的平均动能相同，D错误。
3．(多选)(粤教教材原题)有甲、乙两个分子，甲分子固定不动，乙分子由无限远处逐渐
向甲分子靠近，直到不能再靠近为止，在这整个过程中(　　)
A．分子力总是对乙分子做正功
B．分子势能先增大后减小
C．先是分子力对乙分子做正功，然后乙分子克服分子力做功
D．在分子力为零时，分子势能最小
解析：选CD　根据分子力的特点，乙分子由无限远向甲分子靠近过程中，分子力由
引力变为零再变为斥力，则分子力先做正功，再做负功，分子势能先减小后增大，分子力
为零时，分子势能最小，故 A、B错误，C、D正确。
4．(沪科教材原题)关于物体的内能和分子势能，下列说法中正确的是(　　)
A．物体的速度增大，则分子的动能增加，内能也一定增加
B．物体温度不变，内能可能变大
C．物体的内能与温度有关，与物体的体积无关
D．把物体举得越高，分子势能越大
解析：选B　物体的速度、高度只改变其机械能，与内能、分子势能无关，A、D错误；
物体温度不变，分子平均动能不变，但分子势能可能变大，所以内能可能变大， B正确；
物体的内能与其温度、体积都有关，C错误。
[融会贯通]
分子力及分子势能的图像比较
分子力 F分子势能 Ep
图像
随分子间
距离的变
化情况
r<r0
F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＝r0F引＝F斥，F＝0Ep最小，但不为零
r>10r0引力和斥力都很微弱，F＝0Ep＝0
1．(多选)(2017·海南高考)关于布朗运动，下列说法正确的是(　　)
A．布朗运动是液体中悬浮微粒的无规则运动
B．液体温度越高，液体中悬浮微粒的布朗运动越剧烈
C．在液体中的悬浮颗粒只要大于某一尺寸，都会发生布朗运动
D．液体中悬浮微粒的布朗运动是液体分子永不停息地做无规则运动
E．液体中悬浮微粒的布朗运动是液体分子对它的撞击作用不平衡所引起的
解析：选ABE　布朗运动是液体中悬浮微粒的无规则运动，故 A正确；液体温度越高，
分子热运动越剧烈，液体中悬浮微粒的布朗运动越剧烈，故 B正确；悬浮颗粒越大，惯性
越大，碰撞时受到各个方向的撞击作用越接近平衡，所以大颗粒不做布朗运动或布朗运动
不明显，故 C错误；布朗运动是悬浮在液体中微粒的无规则运动，不是液体分子的无规则
运动，故 D错误；液体中悬浮微粒的布朗运动是由液体分子从各个方向对悬浮微粒撞击作
用的不平衡引起的，故 E正确。
2．(多选)(2019·南昌模拟)关于分子间的作用力，下列说法正确的是(　　)
A．若分子间的距离增大，则分子间的引力和斥力均减小
B．若分子间的距离减小，则分子间的引力和斥力均增大
C．若分子间的距离减小，则分子间的引力和斥力的合力一定增大
D．若分子间的距离增大，则分子间的引力和斥力的合力一定减小
E．若分子间的距离从无穷远处开始减小，则引力和斥力的合力先增大后减小再增大
解析：选ABE　分子间的引力、斥力和合力与分子间距离的关系
如图所示。若分子间的距离增大，则分子间的引力和斥力均减小，选项 A正确；若分子间
的距离减小，则分子间的引力和斥力均增大，选项 B正确；若分子间的距离从大于 r0的适
当位置减小，则分子间引力和斥力的合力可能减小，选项 C错误；若分子间的距离从 r0的
位置开始增大，则开始一段距离内分子间引力和斥力的合力增大，选项 D错误；若分子间
距离从无穷远处开始减小，则引力和斥力的合力先增大后减小再增大，选项 E正确。
3．(多选)(2016·全国卷Ⅲ)关于气体的内能，下列说法正确的是(　　)
A．质量和温度都相同的气体，内能一定相同
B．气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大
C．气体被压缩时，内能可能不变
D．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关
E．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加
解析：选CDE　气体的内能由物质的量、温度和体积决定，质量和温度都相同的气体，
内能可能不同，A错误；内能与物体的运动速度无关，B错误；气体被压缩时，若同时对
外传热，根据热力学第一定律知内能可能不变，C正确；一定量的某种理想气体的内能只
与温度有关，D正确；根据理想气体状态方程，一定量的某种理想气体在压强不变的情况
下，体积变大，则温度一定升高，内能一定增加，E正确。
4．(多选)下列说法正确的是(　　)
A．固体很难被拉伸，也很难被压缩，说明分子间既存在引力又存在斥力
B．“破镜不能重圆”是因为分子间存在斥力
C．水和酒精混合后的体积小于混合前体积之和，说明分子间存在一定的间隙
D．用打气筒向篮球充气时需用力，说明气体分子间有斥力
E．水黾可以停在水面上，主要是因为水黾受到水的表面张力的作用
解析：选ACE　固体很难被拉伸，说明分子间存在引力，很难被压缩，说明分子间存
在斥力，A正确；分子力是一种短程力，“破镜不能重圆”是因为分子间距离超出了分子力
作用的范围，B错误；水和酒精混合后的体积小于混合前体积之和，说明分子间存在一定
的间隙，C正确；用打气筒向篮球充气时需用力，是因为篮球内部气体的压强太大， D错
误；水黾可以停在水面上，主要是因为水黾受到水的表面张力的作用，E正确。
5．(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
F的作用下，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，分子动能增大，势能也增大
B．在 r<r0阶段，F做负功，分子动能减小，势能增大
C．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BCE　在 r＞r0阶段，两分子间的斥力和引力的合力 F表现为引力，两分子
在F的作用下，由静止开始相互接近，F做正功，分子动能增大，势能减小，选项 A错误；
在r＜r0阶段，两分子间的斥力和引力的合力 F表现为斥力，F做负功，分子动能减小，势
能增大，选项 B正确；在 r＝r0时，分子势能最小，动能最大，选项 C正确；在整个过程
中，只有 F做功，分子动能和势能之和保持不变，两分子相距无穷远时，分子势能为零，
故在 r＝r0时，分子势能为负值，选项 D错误，E正确。
6．(多选)下列说法正确的是(　　)
A．显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这反映了液体分子运动
的无规则性
B．分子间的相互作用力随着分子间距离的增大，一定先减小后增大
C．分子势能随着分子间距离的增大，可能先减小后增大
D．在真空、高温条件下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素
E．当温度升高时，物体内每一个分子热运动的速率一定都增大
解析：选ACD　显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，即布朗运动，
间接反映了液体分子运动的无规则性，故 A正确；分子间的相互作用力随着分子间距离由
很小逐渐增大，r<r0(平衡位置)时，分子力(斥力)随r增大而减小，分子势能减小，当 r＝r0
时，分子力等于零，分子势能最小，然后随 r增大分子力(引力)先增大再减小，分子势能逐
渐增大，故 B错误，C正确；分子之间存在间隙，在真空、高温条件下，可以利用分子扩
散向半导体材料掺入其他元素，故 D正确；温度升高，分子平均动能增大，但不是每一个
分子热运动的速率都增大，故 E错误。
7．(多选)如图所示，纵坐标表示两个分子间引力、斥力的大小，横
坐标表示两个分子间的距离。图中两条曲线分别表示两分子间引力、斥
力的大小随分子间距离的变化关系，e为两曲线的交点，则下列说法中
正确的是(　　)
A．ab 为斥力曲线，cd 为引力曲线，e点横坐标的数量级为 10－10
m
B．ab 为引力曲线，cd 为斥力曲线，e点横坐标的数量级为 10－10 m
C．若两个分子间距离增大，则分子势能也增大
D．由分子动理论可知，温度相同的氢气和氧气分子平均动能相等
E．质量和温度都相同的氢气和氧气(视为理想气体)，氢气的内能大
解析：选BDE　分子引力和分子斥力都会随着分子间距离的增大而减小，只是斥力减
小得更快，由题图可知，ab 为引力曲线，cd 为斥力曲线，分子引力和斥力大小相等时，分
子距离(即e点横坐标)数量级为10－10 m，A错误，B正确；两个分子间距离增大，若分子
力表现为引力，分子力做负功，分子势能增大，若分子力表现为斥力，分子力做正功，分
子势能减小，C错误；分子平均动能只与温度有关，即温度相同的氢气和氧气分子平均动
能相等，D正确；质量和温度都相同的氢气和氧气，氢气分子数量较多，因此氢气内能大，
E正确。
8．(多选)PM2.5 是指空气中直径等于或小于2.5 微米的悬浮颗粒物，是造成大气污染
的主要成分，其悬浮在空中做无规则运动，很难自然沉降到地面，吸入后对人体形成危害
矿物燃料的燃烧和排放是形成 PM2.5 的主要原因。下列有关PM2.5 的说法中正确的是(
)
A．PM2.5 的尺寸与空气中氧分子的尺寸的数量级相当
B．PM2.5 在空气中的运动属于布朗运动
C．温度越低，PM2.5 活动越剧烈
D．倡导低碳生活，减少煤和石油等燃料的使用能有效减小 PM2.5 在空气中的浓度
E．PM2.5 中颗粒小一些的，其运动比其他较大颗粒更为剧烈
解析：选BDE　氧分子的尺寸的数量级在10－10 m 左右，则 PM2.5 的尺寸远大于空气
中氧分子的尺寸的数量级，选项 A错误；PM2.5 在空气中的运动是固体微粒的运动，属于
布朗运动，选项 B正确；温度越高，PM2.5 活动越剧烈，选项 C错误；由 PM2.5 的形成原
因知，倡导低碳生活，减少煤和石油等燃料的使用能有效减小 PM2.5 在空气中的浓度，选
项D正确；PM2.5 中颗粒小一些的，其运动比其他较大颗粒更为剧烈，选项 E正确。
9．(多选)下列关于热现象的叙述正确的是(　　)
A．气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，跟单位体积内的分子数及温度
有关
B．布朗运动是液体分子的运动，它说明液体分子不停地做无规则热运动
C．当分子间的引力和斥力平衡时，分子势能最小
D．如果气体分子总数不变，当气体温度升高时，气体分子的平均动能一定增大，压
强也必然增大
E．能量耗散反映了自然界中的宏观过程具有不可逆性
解析：选ACE　根据压强的微观意义可知，选项 A正确。布朗运动是悬浮在液体中的
固体颗粒的运动，选项 B错误。当分子间的引力和斥力平衡时，分子力为零，若靠近则分
子力表现为斥力，做负功，分子势能增大；若远离，分子力表现为引力，也做负功，分子
势能也增大，故此时分子势能最小，选项 C正确。如果气体分子总数不变，当气体温度升
高时，气体分子的平均动能一定增大；若体积同时增大，则压强不一定增大，选项 D错误。
能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性，选项 E正确。
10．(多选)关于热现象和热学规律，以下说法正确的是(　　)
A．布朗运动表明构成悬浮微粒的分子在做无规则运动
B．两个分子的间距从极近逐渐增大到 10r0的过程中，分子间的引力和斥力都在减小
C．热量可以从低温物体传递到高温物体
D．物体的摄氏温度变化 1 ℃，其热力学温度变化 273 K
E．两个分子的间距从极近逐渐增大到 10r0的过程中，它们的分子势能先减小后增大
解析：选BCE　布朗运动是悬浮在液体中的微粒的无规则运动，表明液体分子在做无
规则运动，选项 A错误；根据分子间引力和斥力的变化特点知，选项 B正确；根据热力学
摘要：

第十三章热学[选修3-3]考纲要求考情分析分子动理论的基本观点和实验依据Ⅰ理想气体Ⅰ1.命题规律该部分知识点比较多，而高考重点考查的内容包括分子动理论、固体和液体的性质、气体实验定律及热力学第一定律等知识。题型一般为选择＋计算。2.考查热点预计在明年高考中，对该部分内容的考查仍将以分子动理论、热力学定律及气体状态方程的应用为重点。阿伏加德罗常数Ⅰ饱和蒸汽、未饱和蒸汽、饱和蒸汽压Ⅰ气体分子运动速率的统计分布Ⅰ相对湿度Ⅰ温度、内能Ⅰ热力学第一定律Ⅰ固体的微观结构、晶体和非晶体Ⅰ能量守恒定律Ⅰ液晶的微观结构Ⅰ热力学第二定律Ⅰ液体的表面张力现象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...

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