2022-2023学年粤教版选择性必修第三册 1.2 分子热运动与分子力 学案

学习目标物理与STSE1．知道扩散现象是由于分子的热运动产生的．(重点)2．知道什么是布朗运动，理解布朗运动产生的原因．(重点)3．知道什么是分子的热运动，理解分子热运动与温度的关系．(难点)4．掌握分子间引力和斥力以及分子力随分子间距离的变化规律．(重点、难点)5．掌握分子间的作用力与分子间距离的关系图像．(重点、难点)6．知道分子动理论的内容(重点)eq\a\vs4\al(布朗运动不是,分子的运动)eq\a\vs4\al(分子间同时存,在引力及斥力)知识点一扩散现象1．扩散的定义．物理学中把由于分子不停地运动而产生的物质迁移现象称为扩散．2．发生环境：物质处于固态、液态和气态时，都能发生扩散现象．3．意义：证明了物质分子永不停息地做无规则运动．4．规律：温度越高，扩散现象越明显．5．应用：在高温条件下通过分子的扩散在纯净的半导体材料中掺入其他元素来生产半导体器件．知识点二布朗运动1．布朗运动．(1)定义：悬浮在液体(或气体)中的微粒不停地做无规则运动．它首先是由英国植物学家布朗在1827年用显微镜观察悬浮在水中的花粉微粒时发现的．(2)研究对象：悬浮在液体或气体中的微粒，不是(选填“是”或“不是”)固体颗粒中的单个分子，也不是(选填“是”或“不是”)液体分子．(3)产生的原因：大量液体或气体分子对悬浮微粒撞击的不平衡造成的．(4)意义：间接地反映了液体分子的无规则运动．2．热运动．(1)定义：大量分子永不停息地做无规则运动．(2)宏观表现：布朗运动和扩散现象．(3)特点：①永不停息．②运动无规则．③温度越高，分子的热运动越激烈．知识点三分子力1．分子间作用力．(1)大量分子能聚集在一起形成固体或液体，说明分子之间存在着引力；用力压缩物体，物体内会产生反抗压缩的弹力，这说明分子之间还存在着斥力．(2)分子间的引力和斥力是同时存在的，实际表现出来的分子力是引力和斥力的合力．(3)分子间的作用力与分子间距离的关系如图，表现出了分子力F随分子间距离r的变化情况．由图中F-r图线可知：F引和F斥都随分子间距离的变化而变化，当分子间的距离增大时，F引和F斥都减小，但F斥减小得快．结果使得：①r＝r0时，F引＝F斥，分子力F＝0，r0的数量级为10－10m；当r>10－9m时，分子力可以忽略．②r<r0时，F引<F斥，分子力表现为斥力．③r>r0时，F引>F斥，分子力表现为引力．2．分子动理论．物体是由大量分子组成的，分子总在不停地做无规则运动，运动的剧烈程度与物质的温度有关；分子间存在相互作用的引力和斥力．小试身手1．(多选)扩散现象说明了()A．物质是由大量分子组成的B．物质内部分子间存在着相互作用力C．分子间存在着空隙D．分子在做无规则的运动CD解析：扩散现象是一种物质的分子进入另一种物质内部的现象，因而说明了分子间存在着空隙；扩散现象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．2．(多选)下列关于布朗运动的说法，正确的是()A．布朗运动是液体分子的无规则运动B．液体温度越高，悬浮微粒越小，布朗运动越明显C．布朗运动是由于液体各部分的温度不同而引起的D．布朗运动是由于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BD解析：布朗运动的研究对象是固体小颗粒，而不是液体分子，故选项A错误；影响布朗运动的因素是温度和微粒大小，温度越高、微粒越小，布朗运动就越明显，故选项B正确；布朗运动是由于固体小颗粒受液体分子的碰撞作用的不平衡而引起的，不是由于液体各部分的温度不同而引起的，故选项C错误，选项D正确．3．分子间同时存在引力和斥力，下列说法中正确的是()A．固体分子间的引力总是大于斥力B．气体能充满任何容器，是因为分子间的斥力大于引力C．分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小D．分子间的引力随分子间距离的增大而增大，斥力随距离的增大而减小C解析：分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，对于固体分子来说，当被挤压时分子力表现为斥力，被拉伸时分子力表现为引力．气体分子间的距离较大，通常大于10r0，所以分子间的作用力近似为零，可忽略不计，又因气体分子做无规则运动，所以可到达容器里的任何位置．选项C正确．探究一扩散现象1．影响扩散现象明显程度的因素．(1)物态．①气态物质的扩散现象最快、最显著．②固态物质的扩散现象最慢，短时间内非常不明显．③液态物质的扩散现象明显程度介于气态与固态之间．(2)温度：在两种物质一定的前提下，扩散现象发生的明显程度与物质的温度有关，温度越高，扩散现象越显著．(3)浓度差：两种物质的浓度差越大，扩散现象越显著．2．分子运动的两个特点．(1)永不停息：不分季节，也不分白天和黑夜，分子每时每刻都在运动．(2)无规则：单个分子的运动无规则，但大量分子的运动又具有规律性，总体上分子由浓度大的地方向浓度小的地方运动．【典例1】(多选)如图所示，一个装有无色空气的广口瓶倒扣在装有红棕色二氧化氮气体的广口瓶上，中间用玻璃板隔开，当抽去玻璃板后所发生的现象(已知二氧化氮的密度比空气的密度大)，下列说法正确的是()A．过一段时间可以发现上面瓶中的气体变成了淡红棕色B．二氧化氮由于密度较大，不会跑到上面的瓶中，所以上面瓶中不会出现淡红棕色C．上面的空气由于重力作用会到下面的瓶中，于是将下面瓶中的二氧化氮排出了一小部分，所以会发现上面瓶中的瓶口处显淡红棕色，但在瓶底处不会出现淡红棕色D．由于气体分子在运动着，所以上面的空气会运动到下面的瓶中，下面的二氧化氮也会自发地运动到上面的瓶中，所以最后上、下两瓶气体的颜色变得均匀一致AD解析：由于扩散现象，上面的空气分子与下面的二氧化氮分子会彼此进入对方，直到最后混合均匀，颜色变得一致，故A、D正确．对扩散现象的理解扩散现象的明显程度与温度、浓度有关，与外界作用无关，扩散现象可以在气体、液体、固体间进行．1．放在房间一端的香水，打开瓶塞后，位于房间另一端的人将()A．立即嗅到香味，因为分子热运动速率很大，穿过房间所需时间极短B．过一会儿才能嗅到香味，因为分子热运动的速率不大，穿过房间需要一段时间C．过一会儿才能嗅到香味，因为分子热运动速率虽然很大，但由于是无规则运动，且与空气分子不断碰撞，要嗅到足够多的香水分子必须经过一段时间D．过一会儿才能嗅到香味，因为分子热运动速率虽然很大，但必须有足够多的香水分子，才能引起嗅觉C解析：分子的扩散需要一段时间，因为分子是无规则的运动，而且在扩散的同时会受到一些阻碍．2．(多选)下列四种现象中，属于扩散现象的有()A．有风时，尘土飞扬到空中B．将沙子倒入石块中，沙子要进入石块的空隙C．在一杯开水中放几粒盐，整杯水很快就会变咸D．把一块煤贴在白墙上，几年后铲下煤后发现墙中有煤CD解析：整杯水变咸是盐分子渗透到水分子之间所致，墙中有煤也是煤分子渗透的结果，故C、D正确．探究二布朗运动与热运动1．布朗运动．(1)影响因素．①悬浮的微粒越小，布朗运动越明显．②温度越高，布朗运动越激烈．(2)特点．①永不停息．②无规则．►特别提醒(1)布朗运动是悬浮的固体微粒的运动，不是单个分子的运动．(2)布朗运动是由于液体分子对固体微粒撞击的不平衡而产生的，因此布朗运动间接反映周围液体分子的无规则运动．(3)固体微粒的运动是极不规则的，显微镜下看到的微粒运动位置连线并不是运动轨迹．2．热运动．(1)定义．分子永不停息的无规则运动叫作热运动．宏观上的热现象是物质内部大量分子做无规则运动的表现．(2)特点．①永不停息．②运动无规则．③温度越高，分子的热运动越剧烈．(3)宏观表现．扩散现象是分子热运动造成的，布朗运动间接证明了分子的热运动．3．布朗运动与扩散现象的比较．项目布朗运动扩散现象不同点产生条件微粒悬浮在液体或气体中两物体相互接触，在固体、液体、气体中都能发生产生原因液体或气体分子的无规则运动，对微粒的撞击不平衡分子的无规则运动运动本质微粒的运动分子的运动影响因素温度高低、微粒大小温度高低、密度差或浓度差相同点(1)布朗运动和扩散现象都是分子永不停息地做无规则运动的有力证据．(2)产生的根本原因相同：分子永不停息地做无规则运动．(3)都与温度有关，温度越高，现象越明显4.布朗运动与热运动的区别与联系．项目布朗运动热运动不同点研究对象固体微粒分子观察难易程度可以在显微镜下看到，肉眼看不到在显微镜下看不到相同点①无规则；②永不停息；③温度越高越激烈联系周围液体(或气体)分子的热运动是布朗运动产生的原因，布朗运动反映了分子的热运动►特别提醒分子无规则的运动，不是宏观物体的机械运动，二者无关系．【典例2】关于扩散现象和布朗运动，下列说法中正确的是()A．扩散现象和布朗运动都是分子的无规则运动B．扩散现象和布朗运动没有本质的区别C．扩散现象可以停止，说明分子的热运动可以停止D．扩散现象和布朗运动都与温度有关D解析：扩散现象是分子的无规则运动导致不同物质彼此进入对方，当物质在某一能到达的空间内均匀分布时，这种宏观的迁移现象就结束了，但分子的热运动依然存在．布朗运动是分子做无规则运动时对悬浮微粒的不均匀撞击所致，它不会停止，这两种现象都与温度有关，温度越高，现象越明显，故正确答案为D.对布朗运动认识的误区(1)误认为布朗运动是液体分子的运动．布朗运动是液体分子做无规则运动的反映．(2)误认为布朗运动是固体颗粒分子的运动．它是固体小颗粒的运动．(3)误认为固体小颗粒的体积越大，液体分子对它的撞击越多，布朗运动就越显著．其实颗粒越小，布朗运动越显著．(4)大风天常常看到风沙弥漫、尘土飞扬，误认为这就是布朗运动．能用肉眼看到的颗粒的运动不是布朗运动．3．(多选)关于布朗运动的剧烈程度，下列说法正确的是()A．固体微粒越小，布朗运动越显著B．液体的温度越高，布朗运动越显著C．与固体微粒相碰撞的液体分子数目越多，布朗运动越显著D．布朗运动是无规则的ABD解析：布朗运动的剧烈程度取决于微粒的大小和温度的高低，微粒越小，温度越高，布朗运动越显著．布朗运动是无规则的，故A、B、D正确，C错误．4．用显微镜观察水中的花粉，追踪某一个花粉颗粒，每隔10s记下它的位置，得到了a、b、c、d、e、f、g等点，再用直线依次连接这些点，如图所示，则下列说法中正确的是()A．这些点连接的折线就是这一花粉颗粒运动的径迹B．花粉颗粒的运动就是热运动C．在这六段时间内花粉颗粒运动的平均速度大小相等D．从a点计时，经36s，花粉颗粒可能不在de连线上D解析：因为题图中各点是每隔10s记下它的位置，那么在每个10s内花粉颗粒位于何处，还无法确定，所以这些点连接的折线不表示花粉颗粒运动的径迹，选项A错误，D正确；热运动指的是分子的运动，而花粉颗粒是由大量分子组成的物质，不是分子，所以选项B错误；题图中六条折线的长度并不相等，所以在这六段时间内花粉颗粒运动的平均速度大小不相等，选项C错误．探究三分子间的作用力1．分子间有相互作用的宏观表现．(1)当用力欲使物体拉伸时，组成物体的大量分子间将表现为引力，以抗拒外界对它的拉伸．(2)当用力欲使物体压缩时，组成物体的大量分子间将表现为斥力，以抗拒外界对它的压缩．(3)大量的分子能聚集在一起形成固体或液体，说明分子间存在引力．固体有一定的形状，液体有一定的体积，而固体、液体分子间有空隙，却没有紧紧地吸在一起，说明分子间还同时存在着斥力．(4)分子力与物体三态不同的宏观特征．分子间距离不同，分子间的作用力表现也就不一样，物体的状态特征也不相同．物态分子特点宏观表现固态①分子间的距离小；②作用力明显；③分子只能在平衡位置附近做无规则的振动①体积一定；②形状一定液态①分子间距离小；②平衡位置不固定；③可以在较大范围做无规则运动①有一定体积；②无固定形状气态①分子间距离较大；②分子力极为微小，可忽略；③分子可以自由运动①无体积；②无形状；③充满整个容器2.用弹簧模型理解分子力．如图所示，两个小球中间连有一个弹簧，小球代表分子，弹簧的弹力代表分子斥力和引力的合力．r＝r0，F＝0r<r0，F表现为斥力r>r0，F表现为引力(1)当弹簧处于原长时(r＝r0)，象征着分子力的合力表现为零．(2)当弹簧处于压缩状态时(r<r0)，象征着分子力的合力表现为斥力．(3)当弹簧处于拉伸状态时(r>r0)，象征着分子力的合力表现为引力．3．分子力与分子间距离变化的关系．(1)r0的意义．分子间距离r＝r0时，分子间引力与斥力大小相等，分子力为零，所以分子间距离等于r0(数量级为10－10m)的位置叫平衡位置．(2)分子间的引力和斥力都随分子间距离r的增大而减小，但斥力减小得更快(如图所示)．①当r＝r0时，F引＝F斥，F＝0；②当r<r0时，F斥>F引，分子力F表现为斥力；③当r>r0时，F斥<F引，分子力F表现为引力；④当r≥10r0(10－9m)时，F引和F斥都十分微弱，可认为分子间无相互作用力，所以分子力F＝0.(3)当r<r0时，分子力随距离的增大而减小；当r>r0时，分子力随距离的增大先增大后减小．【典例3】设r0是分子间引力和斥力平衡时的距离，r是两个分子间的实际距离，则以下说法中正确的是()A．r＝r0时，分子间引力和斥力都等于零B．4r0>r>r0时，分子间只有引力而无斥力C．r由4r0逐渐减小到小于r0的过程中，分子间的引力先增大后减小D．r由4r0逐渐减小到小于r0的过程中，分子间的引力和斥力都增大，其合力先增大后减小再增大D解析：当r＝r0时，分子间引力和斥力相等，但都不为零，合力为零，A错误；在4r0>r>r0时，引力大于斥力，两者同时存在，B错误；在r减小的过程中，分子引力和斥力都增大，C错误；r由4r0逐渐减小到r0的过程中，由分子力随r的变化关系图线可知，分子力有一个极大值，到r<r0时分子力又增大，所以在r由4r0逐渐减小到小于r0的过程中分子力先增大后减小再增大，D正确．分子力问题的分析方法(1)首先要分清是分子力还是分子引力或分子斥力．(2)分子间的引力和斥力都随着分子间距离的增大而减小．(3)分子力比较复杂，要抓住四个关键点：一是r＝r0时，分子力为零但引力和斥力大小相等，均不为零；二是r≥10r0时，分子力以及引力、斥力都可忽略，可以看作是零；三是r<r0时，分子力随着分子间距离增大而减小；四是r>r0时，分子间距由r0增大到10r0，分子力先增大后减小．5．分子间的相互作用力由引力F引和斥力F斥两部分组成，则()A．F引和F斥是同时存在的B．F引总是大于F斥，其合力总表现为引力C．分子间的距离越小，F引越小，F斥越大D．分子间的距离越小，F引越大，F斥越小A解析：分子间的引力和斥力是同时存在的，它们的大小随分子间距离的增大而减小，随