(完整版)第十一章复习分子热运动能量守恒综合复习.pdf

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1、第十一章复习分子热运动能量守恒综合复习【本章知识框架】【知识总结】学习本章内容时，应把握好以下几点：1物质是由大量分子组成的，分子永不停息地做无规则运动，分子间存在着相互作用的引力和斥力(1)除一些有机物质的大分子外，一般分子直径的数量级为m1010，分子质量的数量级在kg1026左右，用油膜法可粗测分子的直径(SVd)物理学中常用阿伏加德罗常数AN(一般取123mol10026.)，对微观量进行估算，首先要建立微观模型对液体、固体来说，微观模型是分子紧密排列，将物质的摩尔体积分为AN个等分，每一等份就是一个分子，若把分子看作小立方体或球体，则每等份就是一个精品资料 - - - 欢迎下载 -

2、- - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 9 页 - - - - - - - - - - 小立方体或一个小球可估算出分子的体积和分子的直径气体分子不是紧密排列的，所以上述微观模型对气体不适用，但上述微观模型可用来求气体分子间的距离(应说明气体的实际状态)(2)分子永不停息地无规则运动，可以从扩散现象和布朗运动得到证实布朗运动是指悬浮在液体中的固体微粒的运动，不是液体分子的运动，它是由包围小微粒的液体分子无规则地撞击小微粒而引起的且温度越高、微粒越小，布朗运动越明显(3)分子间同时存在着相互作用的引力和斥力，引力和斥力都随分

3、子间距离的增大而减小，但斥力的变化比引力的变化显著，实际表现出来的分子力是分子引力和斥力的合力2物体的内能是物体里所有分子的动能和势能的总和由物质种类、 物体质量、 温度、物体的体积决定(1)温度是物体分子的平均动能的标志，物体分子动能的总和等于总分子数乘以分子平均动能 (对个别分子讲温度无意义)(2)分子势能与分子之间的距离有关，故整个物体的分子势能跟物体的体积有关当分子间距离小于0r时，随分子间距离的减小，分子势能增加 当分子间距离大于0r时，随着分子间距离的增大，分子势能也增大当分子间距离等于0r时，分子势能最小3做功和热传递是改变物体内能的两个过程，它们在改变物体的内能上是等效的，但它

4、们的本质不同：做功是其他形式的能和内能之间的转化，热传递则是物体间内能的转移理解时应注意以下几点：(1)存在温度差是发生热传递的必要条件，热量是物体热传迎过程中物体内能的改变量，热量与物体内能多少、温度的高低无关(2)机械能是描述物体机械运动状态的量，而内能是描述物体内部状态的量两者没有直接关系，但可以相互转化4热力学第一定律热力学第一定律的表达式UW Q 中，系统对外做功时，W 取负值，外界对系统做功时， W 取正值；系统放热时，Q 取负值，系统吸热时，Q 取正值若W 与 Q 的代数和为正值，即 U 为正值，表示系统内能增加；若W 与 Q 的代数和为负值，即U 为负值，表示系统内能减少5能的

5、转化和守恒定律能的转化和守恒定律是自然界普遍遵循的规律，是人类认识自然和改造自然的有力武器要注意能量利用和能源开发的新动向总之，学习本章内容应掌握好三个要点，二个模型，一个桥梁三个要点：分子运动论的三要点二个模型： 一是用油膜法估测分子大小及其数量时，将分子简化为紧密排列的球形理想模型，二是用来比喻分子间相互作用力的弹簧模型一个桥梁：阿伏加德罗常数是宏观量与微观量的桥梁【本章重点详解】一、阿伏加德罗常数相关公式集萃阿伏加德罗常数是联系微观物理量与宏观物理量的桥梁，所以涉及分子动理论中有关分子大小的计算时， 常常用到阿伏加德罗常数及其相关公式，高考也常在这个问题上设置题目，因此有必要把与阿伏加德

6、罗常数有关的公式收集整理起来1公式集萃精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 9 页 - - - - - - - - - - (1)00MV/mV/MV/m(2)00AV/Vm/mnNN(3)MAV/VM/mN/Nn(4)N/mN/MmA0(5)N/VN/VVAM0(6)3030/V6Vd2各符号与物理量的对应关系m：物质质量； M：摩尔质量；0m：分子质量；V：物质体积；MV：摩尔体积；0V：分子体积或气体分子所占据的平均空间；AN：阿伏加德罗常数；n：物质的量； N：分子总个数；：

7、物质的密度；d：分子直径或气体分子之间的平均距离3记忆思路(1)AN是联系宏观和微观的桥梁；(2)是联系质量和体积的纽带；(3)nNNA是记忆的主线4应用例析例(1997上海模拟 )已知铜的密度为33m/kg1098.，相对原子质量为64，通过估算可知铜中的每个铜原子所占的体积为( )A36m107B329m101C326m101D324m108分析： 铜的摩尔体积是：333Mm)1098/()1064(/MV.每个铜原子所占的体积为：3292333AAM0m101)10061098/()1064(N/MN/VV.所以，正确答案为B答案： B二、分子微观量估算分子微观量是指微观领域内不能直接测

8、量的物理量，如分子的质量、 分子的体积和分子的个数等，利用阿伏加德罗常数可实现对分子微观量的估算1估算分子的质量精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 9 页 - - - - - - - - - - 例 1(1999河南检测)水分子的质量等于_kg已知阿伏加德罗常数为123mol10026.分析： 由于任何一摩尔物质中含有的分子(或原子 )数均与阿伏加德罗常数相同，因此可取一摩尔的水来进行研究水的摩尔质量12molkg1081M.，是2310026.个水分子的质量故一个水分子的质量kg

9、10992)mol10026/(molkg)1081(N/Mm2612312A0.2估算分子 (或原子 )的数目例2(2001 湖 北 测 试 )已 知 金 刚 石 密 度 为33m/kg1053.， 在 一 小 块 体 积 是38m1046.的金刚石内含有多少个碳原子？分析： 对于固体和液体而言，在估算分子(或原子 )的大小时，可以忽略分子之间的间隙近似地认为组成物质的分子是一个挨着一个排列的根据这一理想化的微观模型与阿伏加德罗常数，只要知道这一小块金刚石的物质的量就可求得它所含的碳原子数n碳的摩尔质量12molkg1021M.，碳块的质量kg10242kg10461053Vm483.，故碳

10、原子的个数为：222234A1011)1021/(106)10242(MmNn.(个)3估算分子 (或原子 )的体积例 3(1997上海高考 )已知铜的密度为33m/kg1098.，铜的相对原子质量为64，质子和中子的质量均约为kg1067127.，则铜块中平均每个铜原子所占的空间体积为_3m分析： 由于 1mol 铜的质量kg1046M2.，铜的密度33m/kg1098.，则 1mol铜的体积为35332m10720m)1098/()1046(/MV.，故每个铜原子所占的体积3293235A0m1021m)106/(10720N/VV.4估算分子 (或原子 )间的平均距离例 4(2002重庆

11、测试 )求质量为 2 g 的氢在标准状态下氢气分子间的平均距离分析： 气体分子间的距离很大，不能认为气体分子紧密地堆在一起，求解气体分子的体积，只能根据阿伏加德罗常数AN和某气体的摩尔体积0V求出一个该气体分子占据的空间体 积A0N/VV， 并 求 出 分 子 间 的 平 均 距 离3Vd 由 于 氢 的 摩 尔 质 量13molkg102M，质量 m2g 的氢气的物质的量为m M1mol，1mol 气体在标准精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 9 页 - - - - - - -

12、- - - 状况下的体积为330m10422L422V.，故氢分子间的平均距离为：m103m10610422N/Vd932333A0.5估算阿伏加德罗常数例 5(2000南京测试 )由油滴实验测得油酸分子的直径大小为m101219.已知油酸的密度为32m/kg10376.，油酸的摩尔质量为11molkg10822.试求阿伏加德罗常数分析： 设想油酸分子紧密排列，1mol 油酸质量为M，密度为，油酸分子直径为d，把每个油酸分子当作弹性小球，则其体积6/dV30，1mol 油酸体积V M， 1mo1油酸所含的微粒数，即阿伏加德罗常数为23392130A106)10121(14310376/)108

13、226(d/M6V/VN.(个)6估算分子 (或原子 )的直径例6(2001 广 州 仿 真 ) 已 知 铜 的 摩 尔 质 量 为12molkg10356.， 密 度 为33mkg1098.，阿伏加德罗常数为123mol106，试估算铜原子的直径解析：分子 (或原子 )模型是把分子(或原子 )当作弹性小球 并假定分子 (或原子 )是紧密无间隙地堆在一起只要知道一个分子(或原子 )的体积0V，就可以用公式6/dV30，求出它的直径 因为 1mol 铜所含铜原子数为23106个，铜的摩尔体积为VM， 所以一个铜原子的体积为A0N/VV，故铜原子的直径为：30/V6d3AN/M632332)143

14、1061098()103566(.m1083210.可见在寻找宏观量与微观量的联系时常用到下面三个关系式：一个分子的质量A0N/Mm；一个分子的体积A0N/MV；分子的个数M/mNnA，同学们只要掌握了这三个关系式，就能很好地求解分子微观量的估算问题了三、摩擦力做功与内能变化的关系精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 9 页 - - - - - - - - - - 1静摩擦力做功的特点(1)静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功(2)在静摩擦力做功的过程中，只有机械能的相互转

15、移(静摩擦力起着传递机械能的作用)，而没有机械能转换成其他形式的能(3)相互摩擦的系统内，一对静摩擦力所做的功的总和等于零2滑动摩擦力做功的特点(1)滑动摩擦力可以对物体做正功，也可以做负功，还可以不做功(2)一对滑动摩擦力做功的过程中，能量的转化有两种情况：一是相互摩擦的物体之间机械能的转移； 二是机械能转化为内能，转化的内能的量值等于滑动摩擦力与相对位移的乘积即：相对滑动sFQ(3)相互摩擦的系统中，对滑动摩擦力所做的总功是负值，其绝对值恰等于滑动摩擦力与相对位移的乘积，即恰等于系统损失的机械能例(2000 北京朝阳测试 )一木块静止在光滑的水平面上，被水平方向飞来的子弹击中，子弹进入木块

16、的深度为2cm，木块相对于桌面移动了1cm，设木块对子弹的阻力恒定，则产生的热能和子弹损失的动能之比为( )A11 B2 3 C12 D1 3 分析：子弹损失的动能等于子弹克服阻力所做的功，子弹的位移为打入深度d 和木块移动的距离 L 之和，有：)Ld(FEk产生的热能为：QFd 故有：32122LddEQk所以选 B答案： B【历届考题分析】例 1(2001全国高考 )“和平号”空间站已于2001 年 3 月 23 日成功地坠落在南太平洋海域，坠落过程可简化为一个近圆轨道(可近似看作圆轨道)开始，经过与大气摩擦，空间站的大部分经过升温、熔化、最后汽化而销毁，剩下的残片坠入大海此过程中，空间站

17、原来的机械能中除一部分用于销毁和一部分被残片带走外，还有一部分能量E通过其他方式散失 (不考虑坠落过程中化学反应的能量)(1)试导出用下列各物理量的符号表示散失能量E的公式(2)算出 E的数值 (结果保留两位有效数字)坠落开始时空间站的质量kg10171M5.；轨道离地面的高度为h146 km；地球半径为m1046R6.；坠落空间范围内重力加速度可看作2s/m10g；入海残片的质量kg1021m4.；精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 9 页 - - - - - - - - - -

18、 入海残片的温度升高T3000K；入海残片的入海速度为声速v340ms；空间站材料每1kg 升温 1K 平均所需能量J1001c3.；每销毁 1kg 材料平均所需能量J10017.分析： 这是一道综合性很强的题目，分析题目的主线只有一条能量既要考虑机械能(动能、势能 )，又要考虑内能，还要考虑能量转化解： (1)根据题目所给条件，从近圆轨道到地面的空间中重力加速度2s/m10g，若以地面为重力势能零点，坠落过程开始时空间站在近圆轨道的势能为MghEp以 v 表示空间站在近圆轨道上的速度，万有引力提供向心力，由牛顿定律得hRvMMg2由式可得空间站在近圆轨道上的动能为)hR(Mg21Ek由、式得

19、，在近圆轨道上空间站的机械能h232RMgE在坠落过程中，一部分用于销毁所需的能量为)mM(Q汽用于残片升温所需的能量TcmQ残残片入海时的动能为2mv21E残以 E表示其他方式散失的能量，则由能量守恒得EQEQE残残汽将式代入式整理得Tcmmv21)mM(h23R21MgE2(2)将题目所给的数据代入式解得J1092E12.评注： 分析过程要仔细，不然的话很容易漏掉某一项能量例 2(2001上海高考 )(1)1791 年米被定义为：在经过巴黎的子午线上，取从赤道到北极长度的一千万分之一请由此估算地球的半径R (答案保留两位有效数字) (2)太阳与地球的距离为m105111.，太阳光以平行光束

20、入射到地面地球表面32的面积被水面所覆盖， 太阳在一年中辐射到地球表面水面部分的总能量W 约为J1087124.设水面对太阳辐射的平均反射率为7，而且将吸收到的35的能量重新辐射出去太阳辐射精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 9 页 - - - - - - - - - - 可将水面的水蒸发(设在常温、常压下蒸发1kg 水需要J10226.的能量 )，而后凝结成雨滴降落到地面估算整个地球表面的年平均降雨量(以毫米表示，球面积为2R4) 太阳辐射到地球的能量中只有约50到达地面， W

21、只是其中的一部分，太阳辐射到地球的能量没能全部到达地面，这是为什么？请说明两个理由解：(1)由题意知，地球周长的41等于 1 米的一千万倍，则有：m1000141R27.，解得m10376R6.(2)设太阳一年中辐射到地球水面部分的总能量为W，J10871W24.设凝结成雨滴年降落到地面上水的总质量为m，由题意：kg10145kg1022/)3501()0701(Wm176.设使地球表面覆盖一层水的厚度为h，水的密度为，有：hR4m2则：2R4/mhm10001)10376(1434/1014532617.1.01 m mm100113.可见整个地球表面年平均降雨量约为mm100113.大气层

22、的吸收，大气层的散射或反射，云层遮挡等例 3(2003广东高考 )如图 11-1，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x 轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示，F0 为斥力，F0 为引力a、b、c、d 为 x 轴上四个特定的位置现把乙分子从a 处由静止释放，则( ) A乙分子由a 到 b 做加速运动，由b 到 c 做减速运动B乙分子由a 到 c 做加速运动，到达c 时速度最大C乙分子由a 到 b 的过程中，两分子间的分子势能一直减少D乙分子由b 到 d 的过程中，两分子间的分子势能一直增加精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下

23、载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 9 页 - - - - - - - - - - 分析： 乙分子从a 到 b，再到 c 过程分子之间均表现为引力，显然乙分子始终做加速运动，且到达c 点时速度最大，故A 错，B 正确乙分子从a 到 b 的过程，分子的引力一直做正功，因此，两分子间的分子势能一直减少，故C 正确乙分子由b 到 c 过程，分子引力仍然做正功，故两分子间的分子势能仍在减少，从c 到 d 的过程，分子间的斥力做负功，则分子间的势能增加，故D 项错答案： B、C精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页，共 9 页 - - - - - - - - - -