文档内容
高考对本部分知识的考查主要以选择题、实验题和计算题为主，其中计算
考情
题以气体实验定律的考查为主，虽然综合性不太强，但学生的得分率较
分析
低，应加以重视。
1.分子动理论的基本观点和实
1.本部分考点内容的要求基本
验依据(Ⅰ)
上是Ⅰ级，即理解物理概念和
2．阿伏加德罗常数(Ⅰ)
物理规律的确切含义，理解物
3．气体分子运动速率分布规律
理规律的适用条件，以及它们
(Ⅰ)
在简单情况下的应用。
4．分子动能和分子势能 物体
2．高考热学命题的重点内容
的内能(Ⅰ)
有：(1)分子动理论要点，分子
5．温度和温标(Ⅰ)
力，分子大小、质量、数目估算；
6．固体的微观结构、晶体和非
(2)内能的变化及改变内能的物
晶体(Ⅰ)
理过程、气体压强的决定因素
重要 7．液晶的微观结构(Ⅰ) 考点
以及气体压强的计算；(3)气体
考点 8．液体的表面张力现象(Ⅰ) 解读
实验定律、理想气体状态方程
9．气体实验定律(Ⅱ)
和用图像表示气体状态的变
10．理想气体(Ⅰ)
化；(4)热现象实验与探索过程
11．热力学第一定律(Ⅰ)
的方法。
12．能量守恒定律(Ⅰ)
3．近两年来热学考题中还涌现
13．热力学第二定律(Ⅰ)
出了许多对热现象的自主学习
14．单位制：中学物理中涉及的
和创新能力考查的新情景试
国际单位制的基本单位和其他
题，多以科技前沿、社会热点及
单位，例如摄氏度、标准大气压
与生产生活联系的问题为背景
(Ⅰ)
来考查热学知识在实际中的应
实验十六：用油膜法估测油酸分子的大小
实验十七：探究等温情况下一
定质量气体压强与体积的关系
用。
说明：1.知道国际单位制中规定
的单位符号。
2．要求会正确使用温度计。
第 1 讲 分子动理论 内能
知识点 分子动理论 Ⅰ
1．物体是由大量分子组成的
(1)分子的大小
①分子直径：数量级是 10 － 10 m；
②分子质量：数量级是10－26 kg；
③测量方法：油膜法。
(2)阿伏加德罗常数
1 mol任何物质所含有的粒子数，N ＝ 6.02 × 10 23 mol－1。阿伏加德罗常数是联
A
系宏观物理量与微观物理量的桥梁。
2．分子热运动
(1)扩散现象
①定义：不同种物质能够彼此进入对方的现象。
②实质：不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果，而是由物质分子的无
规则运动产生的。温度越高，扩散现象越明显。
(2)布朗运动
①定义：悬浮在液体中的微粒的永不停息的无规则运动。
②成因：液体分子无规则运动，对固体微粒撞击作用不平衡造成的。
③特点：永不停息，无规则；微粒越小，温度越高，布朗运动越明显。④结论：反映了液体分子运动的无规则性。
(3)热运动
①定义：分子永不停息的无规则运动。
②特点：温度是分子热运动剧烈程度的标志。温度越高，分子无规则运动越激
烈。
3．分子间的作用力
(1)分子间作用力跟分子间距离的关系如图所示。
(2)分子间作用力的特点
①r＝r 时(r 的数量级为10－10 m)，分子间作用力F＝0，这个位置称为平衡位
0 0
置；
②rr 时，分子间作用力F表现为引力。
0
知识点 分子运动速率分布规律 Ⅰ
1．气体分子运动的特点
(1)气体分子间距很大，分子间的作用力很弱，通常认为，气体分子除了相互碰
撞或者跟器壁碰撞外，不受力而做匀速直线运动，气体充满它能达到的整个空间。
(2)气体分子的数密度仍然十分巨大，分子之间频繁地碰撞，每个分子的速度
大小和方向频繁地改变。分子的运动杂乱无章，在某一时刻，向着各个方向运动的
分子数目几乎相等。
2．分子运动速率分布图像
(1)分子做无规则运动，在任一温度下，气体分子的速率都呈“中间多、两头
少”的分布。
(2)温度一定时，某种分子的速率分布是确定的；温度升高时，速率小的分子数
减少，速率大的分子数增多，分子的平均速率增大，但不是每个分子的速率都增大。
3．气体压强的微观解释
(1)气体压强的产生原因：由于气体分子无规则的热运动，大量的分子频繁地碰撞器壁产生持续而稳定的压力。气体的压强在数值上等于器壁单位面积上受到
的压力。
(2)气体压强的决定因素：气体的压强取决于气体分子与器壁的碰撞对器壁的
作用力的大小和单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数。所以从微观角度来看，
气体压强的大小跟两个因素有关：气体分子的平均速率，气体分子的数密度。
知识点 分子动能和分子势能 物体的内能 Ⅰ
1．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。物体的温度是
它的分子热运动的平均动能的标志。
2．分子势能
(1)定义：由于分子间存在着相互作用力，且分子间的作用力所做的功与路径
无关，所以分子组成的系统具有分子势能。
(2)分子势能的决定因素
微观上——决定于分子间距离；
宏观上——决定于物体的体积。
3．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，叫作物体的内能，内能
是状态量。
(2)对于给定的物体，其内能大小与物体的温度和体积有关。
(3)物体的内能与物体的位置高低、运动速度大小无关。
(4)决定内能的因素
①微观上：分子动能、分子势能、分子个数。
②宏观上：温度、体积、物质的量(摩尔数)。
(5)改变物体的内能有两种方式
①做功：当只有做功使物体的内能发生改变时，外界对物体做了多少功，物体
内能就增加多少；物体对外界做了多少功，物体内能就减少多少。
②传热：当只有传热使物体的内能发生改变时，物体吸收了多少热量，物体内
能就增加多少；物体放出了多少热量，物体内能就减少多少。一 堵点疏通
1．只要知道气体的体积和阿伏加德罗常数，就可以算出分子的体积。( )
2．扩散现象和布朗运动的剧烈程度都与温度有关，所以扩散现象和布朗运动
也叫作热运动。( )
3．相同质量和相同温度的氢气和氧气，氢气的内能大，氧气分子的平均动能
大，氢气分子的平均速率大。( )
4．在阳光照射下的教室里，眼睛直接看到的空气中尘埃的运动属于布朗运动
( )
5．分子间作用力随分子间距离的变化而变化，当r>r 时，随着距离的增大，分
0
子间作用力表现为引力且增大。( )
6．气体的压强是由气体的自身重力产生的。( )
7．分子动能与分子势能的总和叫作这个分子的内能。( )
8．分子间作用力减小时，分子势能也一定减小。( )
9．物体的机械能减小时，内能不一定减小。( )
10．内能相同的物体，它们的分子平均动能一定相同。( )
答案 1.× 2.× 3.× 4.× 5.× 6.× 7.× 8.× 9.√ 10.×
二 对点激活
1．(人教版选择性必修第三册·P ·T 改编)(多选)以下关于布朗运动的说法错误
6 3
的是( )
A．布朗运动证明，组成固体小颗粒的分子在做无规则运动
B．一锅水中撒一点儿胡椒粉，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
C．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
D．扩散现象和布朗运动都证明分子在做永不停息的无规则运动
答案 AB
解析 布朗运动反映了液体分子在做无规则运动，它是固体颗粒的运动，不属
于分子运动，故A错误；水中胡椒粉的运动不是布朗运动，故B错误；根据分子动理论可知C、D正确。本题选说法错误的，故选A、B。
2．(多选)对内能的理解，下列说法正确的是( )
A．物体的质量越大，内能越大
B．物体的温度越高，内能越大
C．同一个物体，内能的大小与物体的体积和温度有关
D．对物体做功，物体的内能可能减小
答案 CD
解析 物体的内能是物体内所有分子的热运动动能和分子势能的总和，与物
体的温度、体积、分子总数(或物质的量)均有关，故A、B错误，C正确；做功和传热
都能改
变物体的内能，对物体做功，若物体同时对外放热，则物体的内能可能减小，
D正确。
3. 如图所示，把一块洗净的玻璃板吊在橡皮筋的下端，使玻璃板水平地接触
水面。如果你想使玻璃板离开水面，向上拉橡皮筋的力必须大于玻璃板的重量。请
解释为什么。
答案 因为玻璃板和水的分子间的分子引力大于斥力。
4．(人教版选择性必修第三册·P ·T )把铜块中的铜分子看成球形，且它们紧密
6 1
排列，试估算铜分子的直径。铜的密度为8.9×103 kg/m3，铜的摩尔质量为6.4×10
－2 kg/mol。
答案 2.84×10－10 m
解析 铜的摩尔体积V＝
一个铜原子的体积V ＝
0
又V ＝
0
联立得d＝ ≈2.84×10－10 m。考点 1 微观量的估算
1. 分子模型
物质有固态、液态和气态三种状态，不同物态下应将分子看成不同的模型。
(1)固体、液体分子一个一个紧密排列，可将分子看成球形或立方体形，如图所
示。分子间距等于小球的直径或立方体的棱长，所以d＝ (球体模型)或d＝(立方体
模型)。
(2)气体分子不是一个一个紧密排列的，它们之间的距离很大，所以计算的一
般是每个分子所占据的平均空间大小。如图所示，将每个分子占据的空间视为棱
长为d的立方体，所以d＝。
2．微观量：分子体积V 、分子直径d、分子质量m。
0
3．宏观量：物体体积V、摩尔体积V 、物体的质量M、摩尔质量M 、物体的
mol mol
密度ρ。
4．微观量与宏观量的关系
(1)分子的质量：m＝＝。
(2)分子的体积(或占据的空间)：V ＝＝
0
对固体和液体，V 表示分子的体积；对气体，V 表示分子占据的空间。
0 0
(3)物体所含的分子数：N＝·N ＝·N ，或N＝·N ＝·N 。
A A A A
例 1 (2020·黑龙江哈尔滨三中二模改编)(多选)已知铜的摩尔质量为 M
(kg/mol)，铜的密度为ρ(kg/m3), 阿伏加德罗常数为N (mol－1)。下列判断正确的是(
A
)A．1 kg铜所含的原子数为N
A
B．1 m3铜所含的原子数为
C．1个铜原子的体积为(m3)
D．铜原子的直径为 (m)
(1)求铜原子的直径把铜原子看成什么模型？
提示：球体模型。
(2)用题中已知量表示，1 kg铜的物质的量为多少？
提示：(mol)。
尝试解答 选CD。
1 kg铜的物质的量为(mol)，所含原子数为·N ，故A错误；1 m3铜的质量为
A
1·ρ(kg)，则1 m3铜所含原子数为·N ，即N ，故B错误；1个铜原子的体积为(m3)，
A A
故C正确；设铜原子的直径为d，则有＝，则d＝(m)，故D正确。
微观量的求解方法
(1)分子的大小、分子体积、分子质量属微观量，直接测量它们的数值非常困难，
可以借助较易测量的宏观量结合摩尔体积、摩尔质量等来估算这些微观量，其中
阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁和纽带。
(2)建立合适的物理模型，通常把固体、液体分子模拟为球形或立方体形，如例
1中将铜原子看成球形；对于气体分子所占据的空间则可建立立方体模型。
[变式1－1] 某气体的摩尔质量为M，摩尔体积为V，密度为ρ，每个分子的质
量和体积分别为m和V 。则阿伏加徳罗常数N 可表示为____________或
0 A
________。
答案
解析 摩尔质量M除以每个分子的质量m为N ，即N ＝。气体摩尔体积为
A A
V，密度为ρ，则摩尔质量为M＝ρV，所以N ＝＝。气体摩尔体积除以阿伏加徳罗
A
常数等于一个气体分子平均占据的空间体积，不等于气体分子体积，所以N ≠。
A
[变式1－2] 某一体积为V的密封容器，充入密度为ρ、摩尔质量为M的理想
气体，阿伏加德罗常数为N ，则该容器中气体分子的总个数N＝________。现将这
A
部分气体压缩成液体，体积变为V ，此时分子间的平均距离d＝________。(将液体
0分子视为立方体模型)
答案
解析 气体的质量为m＝ρV
气体分子的总个数为N＝nN ＝N ＝N ；
A A A
每个液体分子占据空间的体积为V ＝＝
1
所以此时分子间的平均距离d＝ ＝ 。
考点 2 扩散现象、布朗运动与分子热运动
1．扩散现象：不同物质能够彼此进入对方的现象。产生原因：分子永不停息地
做无规则运动。
2．布朗运动
(1)研究对象：悬浮在液体或气体中的小颗粒。
(2)运动特点：无规则、永不停息。
(3)相关因素：颗粒大小、温度。
(4)物理意义：说明液体或气体分子永不停息地做无规则的热运动。
3．扩散现象、布朗运动与热运动的比较
现象 扩散现象 布朗运动 热运动
活动主体 分子 微小固体颗粒 分子
分子的运动，发生在 比分子大得多的微粒 分子的运动，不能通
区别 固体、液体、气体任何 的运动，只能在液体、 过光学显微镜直接观
两种物质之间 气体中发生 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、布朗运动都反映分子做无规则的热运动
例2 (2020·山东泰安三模)布朗运动是1826年英国植物学家布朗用显微镜
观察悬浮在水中的花粉时发现的。不只是花粉和小炭粒，对于液体中各种不同的
悬浮微粒，例如胶体，都可以观察到布朗运动。对于布朗运动，下列说法正确的是(
)
A．布朗运动就是分子的运动
B．布朗运动说明分子间只存在斥力
C．温度越高，布朗运动越明显D．悬浮在液体中的微粒越大，同一瞬间，撞击微粒的液体分子数越多，布朗
运动越明显
(1)布朗运动是分子的运动吗？
提示：不是。
(2)颗粒越大，布朗运动越明显吗？
提示：不是。
尝试解答 选C。
布朗运动是指悬浮于液体中的微粒所做的无规则运动，不是分子本身的运动，
间接反映液体分子在永不停息地做无规则运动，A、B错误；液体温度越高，液体分
子运动越激烈，对微粒的撞击也就越激烈，微粒的布朗运动就越明显，C正确；悬
浮在液体中的微粒越小，同一瞬间，撞击微粒的液体分子数越少，液体分子对微粒
的撞击造成的不平衡性就表现得越明显，布朗运动越明显，D错误。
几点易错提醒
(1)布朗运动不是热运动。
(2)布朗运动肉眼看不见。
(3)固体颗粒不是固体分子，是由大量分子组成的。
[变式2－1] (2015·全国卷Ⅱ)(多选)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液体的对流形成的
答案 ACD
解析 温度越高，分子的热运动越剧烈，扩散进行得越快，A、C正确；扩散现
象是一种物理现象，不是化学反应，B错误；扩散现象在气体、液体和固体中都能
发生，D正确；液体中的扩散现象是由于液体分子的无规则运动而产生的，E错误
[变式2－2] (2020·北京市昌平区二模)某同学在显微镜下观察水中悬浮的花
粉微粒的运动。他把小微粒每隔一定时间的位置记录在坐标纸上，如图所示。则该图反映了( )
A．液体分子的运动轨迹
B．花粉微粒的运动轨迹
C．每隔一定时间花粉微粒的位置
D．每隔一定时间液体分子的位置
答案 C
解析 显微镜能看见悬浮的花粉微粒，而花粉微粒不是液体分子，A、D错误；
图中反映的是小微粒每隔一定时间的位置，而不是花粉微粒的运动轨迹，B错误，
C正确。
考点 3 分子力、分子势能与内能
1. 分子力与分子势能的比较
名称
分子间的相互作用力F 分子势能E
p
项目
与分子间距的关系图线
r增大，斥力做正功，分子
随距离的减小而增大，F 势能减少
rF
0 斥 引 0 斥
；当r>r 时，F 0为斥力，F<0为引力。a、b、c、d为x轴上四个特定的位置，现将乙分子从a处
由静止释放，那么在乙分子从a运动到d的过程中，乙分子加速度增大和两分子间
势能也增大的阶段是( )
A．从a到b B.从b到c
C．从b到d D.从c到d
答案 D
解析 乙分子由a到b一直受引力，分子力增大，乙分子加速度增大，分子力
做正功，分子势能减小，故A错误；从b到c分子力逐渐变小，乙分子加速度减小，
但仍为引力，分子力做正功，分子势能减小，故B错误；从b到d分子力先减小后
增大，先是引力后是斥力，分子力先做正功后做负功，分子势能先减小后增大，故
C错误；从c到d分子力是斥力且逐渐增大，乙分子加速度增大，分子力做负功，分
子势能增大，故D正确。
3. (2020·山东省高考压轴模拟)新型冠状病毒在世界范围内的肆虐，给我们的
生命财产造成了重大损失。为了杀死病毒，预防传染，人们使用乙醇喷雾消毒液和
免洗洗手液(如图所示)，两者的主要成分都是酒精，则下列说法正确的是( )A．在房间内喷洒乙醇消毒液后，会闻到淡淡的酒味，这是由于酒精分子做布
朗运动的结果
B．在房间内喷洒乙醇消毒液后，会闻到淡淡的酒味，与分子运动无关
C．使用免洗洗手液洗手后，手部很快就干爽了，是由于液体蒸发的缘故
D．使用免洗洗手液洗手后，洗手液中的酒精由液态变为同温度的气体的过程
中，内能不变
答案 C
解析 在房间内喷洒乙醇消毒液后，会闻到淡淡的酒味，这是由于酒精分子扩
散的结果，证明了酒精分子在不停地做无规则运动，A、B错误；在室温条件下，酒
精的蒸发速度很快，所以使用免洗洗手液后，手部很快就干爽了，C正确；洗手液
中的酒精由液态变为同温度的气体的过程中，温度不变，分子平均动能不变，但是
分子之间的距离变大，分子势能增大，所以内能增大，D错误。
4．某同学在用油膜法估测分子大小实验中发现测量结果明显偏大，可能是由
于( )
A．粉末太薄使油酸边界不清，导致油膜面积测量值偏大
B．爽身粉撒得过多
C．计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格
D．用注射器滴入小量筒0.5 mL油酸酒精溶液时多记了5滴
E．将酒精加入装有1 mL纯油酸的量筒中时，眼睛斜向下观察刻度线，记录酒
精油酸溶液的体积
答案 BCE
解析 油膜面积测量值偏大，则测量得到的直径偏小，A错误；爽身粉撒得过
多，油酸不易散开，油膜面积测量值偏小，导致测量得到的直径偏大，B正确；舍去
所有不足一格的方格，则面积测量值偏小，导致测量得到的直径偏大，C正确；用
注射器滴入小量筒油酸酒精溶液时，滴数多记，则每一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积偏小，导致测量得到的直径偏小，D错误；眼睛斜向下读数，记录的体
积偏大，则每一滴油酸溶液的体积偏大，导致测量得到的直径偏大，E正确。
5．(2017·全国卷Ⅰ)(多选)氧气分子在0 ℃和100 ℃温度下单位速率间隔的分
子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示。下列
说法正确的是( )
A．图中两条曲线下面积相等
B．图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形
C．图中实线对应于氧气分子在100 ℃时的情形
D．图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目
E．与0 ℃时相比，100 ℃时氧气分子速率出现在0～400 m/s 区间内的分子数
占总分子数的百分比较大
答案 ABC
解析 面积表示1，二者相等，A正确；温度是分子平均动能的标志，温度越高
分子的平均动能越大，虚线为氧气分子在0 ℃时的情形，分子平均动能较小，B正
确；实线为氧气分子在100 ℃时的情形，C正确；曲线给出的是速率区间分子数占
总分子数的百分比，D错误；与0 ℃时相比，100 ℃时氧气分子速率出现在0～400
m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较小，E错误。
6．(2020·贵州省测试改编)关于内能，下列说法正确的是( )
A．物体的内能大小与它整体的机械运动无关
B．达到热平衡的两个系统内能一定相等
C．质量和温度相同的氢气和氧气内能一定相等
D．100 ℃水的内能可能大于100 ℃水蒸气的内能
答案 AD
解析 物体的内能大小与它整体的机械运动无关，A正确；达到热平衡的两个系统温度一定相等，内能不一定相等，B错误；温度相同的氢气和氧气分子的平均
动能相同，质量相同的氢气和氧气分子数不同，则质量和温度相同的氢气和氧气
的内能一定不相等，C错误；物体的内能与物体的温度、体积以及物质的量等因素
都有关，则100 ℃水的内能可能大于100 ℃水蒸气的内能，D正确。
7．(2020·陕西省咸阳市3月二模改编)如图甲、乙两图分别表示两个分子之间
分子力和分子势能随分子间距离变化的图像。由图像判断以下说法中正确的是(
)
A．当分子间距离为r 时，分子力最小且为零
0
B．当分子间距离r>r 时，分子力随分子间距离的增大而增大
0
C．当分子间距离r>r 时，分子势能随分子间距离的增大而增大
0
D．当分子间距离rr 时，分子势能随分子间距离的增大而增大，故C正确；由图可知，当分子间
0
距离为r 时，分子力和分子势能均最小，当分子间距离r10－9 m)减小到很难
再靠近的过程中，分子间作用力先增大，后减小，再增大；分子势能先减小后增大，
C错误。物体体积变大时，分子势能有可能增大，也有可能减小，这取决于分子间
的初始距离，故D正确。
9．(2020·陕西省渭南市教学质量检测改编)关于分子动理论，下列说法正确的
是( )
A．若已知气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，可求出一个气体分子的体积
B．布朗运动不是分子运动，但它能间接反映液体分子在做无规则的运动
C．分子间的作用力总是随分子间距增大而增大
D．两个分子甲和乙距离变化过程中，只要两分子克服分子力做功，则分子势
能一定增加
答案 BD
解析 由气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，可以算出一个气体分子平均所
占空间的体积大小，但是得不到一个气体分子的体积，故A错误；布朗运动是指悬
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，是由于液体分子对
悬浮微粒无规则撞击引起的，间接反映液体分子在做无规则的运动，故B正确；当
r
