第1节　分子动理论的基本内容

第一章分子动理论第1节分子动理论的基本内容核心素养导学物理观念(1)知道物体是由大量分子组成的。(2)知道扩散现象及影响扩散快慢的因素，知道其在实际中的应用。(3)知道布朗运动及其产生原因。(4)知道决定热运动激烈程度的因素。(5)知道分子间存在空隙、分子间的作用力的变化规律。(6)知道分子动理论的基本内容。科学思维通过对布朗运动的成因分析，体会并归纳其中科学的研究方法。科学探究通过实验了解扩散现象，观察并能解释布朗运动的成因及特点。科学态度与责任通过科学家们对布朗运动成因的研究历程介绍，培养相应的科学精神。续表一、物体是由大量分子组成的1．分子：组成物体的微粒。2．表示方法：1mol的任何物质都含有相同的粒子数，这个数量用阿伏加德罗常数表示，即NA＝____________

mol－1。3．分子的大小：分子很小，用肉眼无法直接看到，用高倍的光学显微镜也看不到，可以用能放大几亿倍的扫描隧道显微镜观察到。物理中研究物体的热运动性质和规律时，所说的分子是组成物质的原子、离子和分子的统称，不同于化学中讲的分子。

6.02×1023二、分子热运动1．扩散(1)定义：不同种物质能够彼此_____对方的现象。(2)产生原因：物质分子的________运动。(3)应用：生产半导体器件时，需要在纯净半导体材料中掺入其他元素，在高温条件下通过分子的扩散来完成。2．布朗运动(1)定义：悬浮微粒的________运动。(2)影响因素：温度_____，运动越明显，微粒_____，运动越明显。进入无规则无规则越高越小(3)产生原因：大量液体分子对悬浮微粒撞击的________造成的，微粒越小，质量越小，其运动状态越容易改变，布朗运动越______。3．热运动(1)定义：分子永不停息的________运动。(2)衡量标准：温度是分子热运动_________的标志，温度越高，分子热运动越______。三、分子间的作用力分子动理论1．分子间有空隙(1)气体很容易被压缩，说明气体分子间有很大的_____。(2)水和酒精混合后总体积______，说明液体分子之间存在着空隙。不平衡明显无规则剧烈程度剧烈空隙变小(3)压在一起的金块和铅块，各自的分子能______到对方的内部，说明固体分子之间有空隙。2．分子间的相互作用力(1)当用力拉伸物体时，物体内各部分之间要产生反抗拉伸的作用力，此时分子间的作用力表现为______。(2)当用力压缩物体时，物体内各部分之间会产生反抗压缩的作用力，此时分子间的作用力表现为______。(3)分子间的作用力F与分子间距离r的关系。当r<r0时，分子间的作用力F表现为______；当r＝r0时，分子间的作用力F为___，这个位置称为_____位置；当r>r0时，分子间的作用力F表现为______。扩散引力斥力斥力0平衡引力(4)分子间的作用力产生原因：由原子内部带正电的原子核和带负电的电子的相互作用引起的。3．分子动理论(1)基本内容：物体是由__________组成的，分子在做永不停息的_______运动，分子之间存在着___________。(2)分子动理论：在热学研究中，以分子动理论的基本内容为出发点，把物质的热学性质和规律看作微观粒子热运动的宏观表现建立的理论。大量分子无规则相互作用力1．如图所示，是一片叶子在放大不同倍数的照片。(1)放大700倍看到的是叶片分子吗？提示：不是(2)放大50000000倍看到的是叶片分子吗？提示：不是2．如图所示，在广口瓶中滴几滴溴，溴会蒸发为气体，请对以下有关说法作出判断：(1)溴变为气体，与广口瓶中的空气发生扩散现象。

()(2)当瓶内气体变为稳定的红色后，扩散现象也停止了。

()(3)环境温度较高时，瓶内气体变为稳定红色用时较短。

()√×√3．如图所示，刚刚打扫完卫生的教室，在阳光下可以看到上下飞舞的灰尘在运动。请对以下有关说法作出判断：(1)灰尘上下飞舞的运动是灰尘在做布朗运动。

()(2)灰尘上下飞舞的运动是空气流动引起的。

()(3)灰尘上下飞舞的运动是空气分子无规律运动引起的。

()(4)灰尘能用肉眼直接看到，不是“布朗微粒”。

()×√×√4．图中洁净的玻璃板接触水面，要使玻璃板离开水面，拉力F必须大于玻璃板的重力，这说明了什么？提示：说明了分子之间存在引力。新知学习(一)|分子的大小及估算方法[任务驱动](1)为什么说阿伏加德罗常数是联系宏观量与微观量的桥梁？提示：阿伏加德罗常数把摩尔质量、摩尔体积这些宏观量与分子质量、分子体积这些微观量联系起来了，所以说阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁。(2)摩尔体积等于阿伏加德罗常数乘以分子体积，对于任何物质都成立吗？为什么？提示：不一定都成立。固体和液体可忽略分子间隙，故摩尔体积等于阿伏加德罗常数乘以分子体积只对固体和液体成立，对气体不成立。

[重点释解]1．分子的大小(1)分子直径的数量级一般为10－10m。(2)分子体积的数量级一般为10－29m3。(3)分子质量的数量级一般为10－26kg。(4)分子如此微小，用高倍光学显微镜也看不到，直到1982年人们研制了能放大几亿倍的扫描隧道显微镜，才观察到物质表面原子的排列。2．分子的简化模型实际分子的结构是很复杂的，且形状各异。但如果我们只关心分子的大小，而不涉及分子内部的结构和运动时，既可以把分子看成球形，也可以看成立方体。具体分析如下：[典例体验][典例]很多轿车中设有安全气囊以保障驾乘人员的安全，轿车在发生一定强度的碰撞时，利用三氮化钠(NaN3)爆炸产生气体(假设都是N2)充入气囊。若氮气充入后安全气囊的容积V＝56L，囊中氮气密度ρ＝2.5kg/m3，已知氮气摩尔质量M＝0.028kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6×1023mol－1，试估算：(1)囊中氮气分子的总个数N；(2)囊中氮气分子间的平均距离。(结果保留一位有效数字)[答案]

(1)3×1024个(2)3×10－9m/方法技巧/微观量的求解方法(1)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、液体分子模拟为球体或小立方体，气体分子所占据的空间则建立立方体模型。[针对训练]1．(多选)下列说法正确的是

(

)A．分子是保持物质化学性质的最小微粒B．物质是由大量分子组成的C．本节所说的“分子”，只包含化学中的分子，不包含原子和离子D．无论是有机物质，还是无机物质，分子大小数量级都是10－10m解析：保持物质化学性质的最小微粒是分子；在研究物质化学性质时，认为组成物质的微粒有分子、原子和离子，但在热学中，我们研究的是粒子的运动和相互作用规律，就不必区分微粒在化学变化中起的不同作用，因此化学中的分子、原子、离子在这里统称为“分子”，即物质是由大量分子组成的，A、B正确，C错误；除了一些有机物质的大分子外，多数分子大小数量级为10－10m，D错误。答案：AB2．由下列物理量可以算出氧气的摩尔质量的是

(

)A．氧气分子的质量和阿伏加德罗常数B．氧气分子的体积和氧气分子的质量C．氧气的密度和阿伏加德罗常数D．氧气分子的体积和氧气的密度解析：1mol氧气分子的质量是摩尔质量，1mol氧气含有6.02×1023(阿伏加德罗常数)个分子，已知氧气分子的质量和阿伏加德罗常数，可以求出氧气的摩尔质量，故A正确；其余三项所给物理量均不能求出氧气的摩尔质量，故B、C、D错误。答案：A答案：A

新知学习(二)|对布朗运动的理解[任务驱动]在显微镜下追踪一颗在水中做布朗运动的花粉，每隔30s把花粉的位置记录下来，得到某个观测记录如图，画出的轨迹是花粉的运动轨迹吗？提示：不是花粉的运动轨迹。

[重点释解]1．布朗运动的性质(1)微粒的大小：能做布朗运动的微粒是由许多分子组成的颗粒(注意不是分子)。其大小用人眼直接观察不到，但在光学显微镜下可以看到(其大小的数量级为10－6m)。(2)产生原因：液体分子不停地做无规则运动，不断地撞击微粒。悬浮的微粒足够小时，来自各个方向的液体分子撞击作用力的不平衡性便表现出来了。在某一瞬间，微粒在某个方向受到的撞击作用较强；在下一瞬间，微粒受到另一方向的撞击作用较强，这样，就引起了微粒的无规则运动。(3)实质及意义：布朗运动实质是由液体分子与悬浮微粒间相互作用引起的，反映了液体分子的无规则运动。2．影响布朗运动的因素(1)固体微粒的大小①悬浮在液体中的微粒越小，在某一瞬间跟它相撞的液体分子数越少，撞击作用的不平衡性就表现得越明显，因而布朗运动越明显。②如果悬浮在液体中的微粒很大，在某一瞬间跟它相撞的分子数很多，各个方向的撞击作用接近平衡，这时就很难观察到布朗运动了。(2)液体温度的高低相同的微粒悬浮在同种液体中，液体温度越高，分子运动的平均速率越大，对悬浮微粒的撞击作用也越大，微粒受到来自各个方向的冲击作用的不平衡性越明显，所以温度越高，布朗运动就越显著。3．布朗运动与扩散现象的比较比较项扩散现象布朗运动不同点①扩散现象是两种不同的物质相互接触时彼此进入对方的现象。②扩散快慢除和温度有关外，还受到“已进入对方”的分子浓度的限制，当进入对方的分子浓度较低时，扩散现象较为显著，当进入对方的分子浓度较高时，扩散现象不明显，但扩散不会停止①布朗运动是悬浮在液体或气体中的微粒所做的无规则运动，而不是液体或气体分子的运动。②布朗运动的激烈程度与液体(或气体)分子撞击的不平衡性有关，微粒越小，温度越高，布朗运动越明显。③布朗运动永不停息相同点①产生的根本原因相同，都是分子永不停息地做无规则运动的反映。②它们都随温度的升高而表现得更激烈4.布朗运动与分子的热运动的比较比较项布朗运动分子的热运动不同点研究对象悬浮于液体(或气体)中的微粒分子观察难易程度可以在显微镜下看到，肉眼看不到一般显微镜下看不到相同点①无规则；②永不停息；③温度越高运动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[典例体验][典例]我国已开展空气中PM2.5浓度的监测工作。PM2.5是指空气中直径等于或小于25μm的悬浮颗粒物，其悬浮在空中做无规则运动，很难自然沉降到地面，吸入后会对人体形成危害。矿物燃料燃烧的排放物是形成PM2.5的主要原因。下列关于PM2.5的说法正确的是

(

)A．PM2.5在空气中的运动属于分子热运动B．PM2.5的质量越大，其无规则运动越剧烈C．温度越低，PM2.5的无规则运动越剧烈D．PM2.5的运动轨迹是由大量空气分子对PM2.5无规则碰撞的不平衡和气流运动决定的[解析]

PM2.5在空气中的运动是固体颗粒、是分子团的运动，不是分子的热运动，故A错误；PM2.5的质量越小，其无规则运动越剧烈，故B错误；PM2.5是指空气中直径等于或小于2.5μm的悬浮颗粒物，其悬浮在空中做无规则运动，温度越高，PM2.5的无规则运动越剧烈，故C错误；PM2.5受大量空气分子无规则碰撞，并且受到风力作用，而形成不规则的运动轨迹，故D正确。[答案]

D/易错警示/对布朗运动理解的三点提醒(1)布朗运动是固体微粒的无规则运动，不是液体或气体分子的无规则运动，也不是微粒内分子的无规则运动。(2)微粒悬浮在液体、气体内，在任何温度下都会做布朗运动。(3)微粒悬浮在气体中，在气流作用下做的无规则运动不是布朗运动。[针对训练]1．通常萝卜腌成咸菜需要几天，而把萝卜炒成熟菜，使之具有相同的咸味只需几分钟，那么造成这种差别的主要原因是

(

)A．加热后分子变小了，很容易进入萝卜中B．炒菜时萝卜翻动得快，盐和萝卜接触多C．加热后萝卜分子间空隙变大，易扩散D．炒菜时温度高，分子热运动剧烈解析：在扩散现象中，温度越高，扩散得越快。在腌萝卜时，是盐分子在常温下的扩散现象，炒菜时，是盐分子在高温下的扩散现象，因此，炒菜时萝卜咸得快，腌菜时萝卜咸得慢，故A、B、C错误，D正确。答案：D2．(2022·山东烟台高二下期中)某同学用显微镜观察用水稀释的墨汁中小炭粒的运动情况，在两次实验中分别追踪小炭粒a、b的运动，每隔30s把炭粒的位置记录下来，然后用线段把这些位置按时间顺序依次连接起来，得到如图所示的两颗炭粒运动的位置连线图，其中P、Q两点是炭粒a运动的位置连线上的两点，则下列说法中正确的是

(

)A．若水温相同，则b颗粒较大B．若两炭粒颗粒大小相同，则炭粒a所处的水中水温更低C．两颗炭粒运动的位置连线图反映了碳分子的运动是无规则运动D．炭粒a在P、Q两点间的运动一定是直线运动解析：温度相同时，炭粒越大，受到液体分子撞击的力越容易平衡，布朗运动越不显著，故此题中b颗粒较大，A正确；对相同大小的微粒，温度越高，布朗运动越剧烈，炭粒a运动更剧烈，故炭粒a处的水温更高，B错误；每颗炭粒的运动是不同的，说明液体分子做无规则运动，C错误；该图为炭粒每隔30s的位置，而不是运动轨迹，其连线仅代表位置变化，而其运动并非直线，D错误。答案：A

3．(2022·黑龙江哈尔滨高二下期中)气溶胶是指悬浮在气体介质中的固态或液态颗粒所组成的气态分散系统。这些固态或液态颗粒的大小一般在10－3～103μm之间。布朗运动微粒大小通常在10－6m数量级。下列说法正确的是

(

)A．布朗运动是气体介质分子的无规则的运动B．在布朗运动中，固态或液态颗粒越大，布朗运动越剧烈C．在布朗运动中，颗粒无规则运动的轨迹就是分子的无规则运动的轨迹D．当固态或液态颗粒很小时，能很长时间都悬浮在气体中，是受到气体分子无规则运动撞击而导致的解析：本题中布朗运动是固态或液态颗粒的无规则运动，是气体介质分子无规则运动撞击的结果，所以它反映的是气体介质分子的无规则运动；颗粒越小，气体介质分子对颗粒的撞击作用越不容易平衡，布朗运动越剧烈，选项A、B错误。在布朗运动中，颗粒本身并不是分子，而是分子集团，所以颗粒无规则运动的轨迹不是分子无规则运动的轨迹，选项C错误。当固态或液态颗粒很小时，能很长时间都悬浮在气体中，颗粒的运动属于布朗运动；固态或液态颗粒能长时间悬浮是受到气体分子无规则运动撞击而导致的，选项D正确。答案：D

新知学习(三)|分子力与分子间距离变化的关系[任务驱动]如图所示，将底面削平、削干净的两个铅块紧紧压在一起，两个铅块就会“粘”在一起，甚至下面吊一个重物都不能把它们拉开。上述实验现象说明了什么问题？提示：说明了分子间存在引力。

[重点释解]1．分子力的性质：根据现代分子结构理论，分子由原子组成，原子又是由带正电的原子核和绕核运动的带负电的电子形成的电子云组成的，可见，分子是一个复杂的带电系统，毫无疑问，分子间的作用力应属于电磁力。2．分子力的特点(1)分子间总是同时存在引力和斥力，实际表现出来的是它们的合力。(2)分子间作用力随分子间距离而变化，当分子间的距离大于r0时，引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，但斥力的变化比引力的变化要快。(3)分子力是短程力，分子间的距离超过分子直径的10倍，即1nm的数量级时，可以认为分子间作用力为零，气体分子间的作用力可忽略不计。3．分子力与分子间距离变化的关系(1)平衡位置：分子间距离r＝r0时，引力与斥力大小相等，分子力为零。平衡位置即分子间距离等于r0(数量级为10－10m)的位置。(2)分子间的引力和斥力随分子间距离r的变化关系：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。(3)分子力弹簧模型：分子间的相互作用力像弹簧连接着的两个小球间的相互作用力。小球代表分子，弹簧的弹力代表分子斥力和分子引力的合力，如表所示。

[典例体验][典例]

(多选)将甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于r轴上，甲、乙两分子间作用力与分子间距离的关系图像如图所示。现把乙分子从r3处由静止释放，则

(

)A．乙分子从r3到r1一直加速B．乙分子从r3到r2过程中分子间作用力表现为引力，从r2到r1过程中分子间作用力表现为斥力C．乙分子从r3到r1过程中，分子间作用力先增大后减小D．乙分子从r3到距离甲最近的位置过程中，分子间作用力先减小后增大[解析]由图像可知，乙分子从r3到r1过程中，分子间作用力一直表现为引力，且分子间作用力先增大后减小，分子间作用力和运动方向相同，说明乙分子一直做加速运动，故A、C正确，B错误；乙分子距离甲最近时一定在r1的左侧，可知乙分子从r3到距离甲最近的位置过程中，分子间作用力先增大(从r3到r2，表现为引力)后减小(从r2到r1，表现为引力)再反向增大(从r1向左，表现为斥力)，故D错误。[答案]

AC/方法技巧/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。

[针对训练]1．(多选)下列事例能说明分子间有相互作用力的是

(

)A．金属块经过锻打能改变它原来的形状而不断裂B．拉断一根钢绳需要用一定的外力C．带电的物体可以吸引轻小的纸屑D．液体一般很难压缩解析：金属块经锻打能改变形状而不断裂，说明分子间有引力；拉断钢绳需要一定的外力，也说明分子间有引力；而液体难压缩说明分子间存在斥力；带电的物体可以吸引轻小的纸屑是静电力的作用，故C错误，A、B、D正确。答案：ABD2．(多选)如图所示，横坐标r表示两个分子间的距离，纵坐标F表示两

个分子间引力、斥力的大小，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为引力曲线，cd为斥力曲线，e点横坐标的数量级为10－10mB．ab为斥力曲线，cd为引力曲线，e点横坐标的数量级为10－10mC．当两分子间距离在r0附近时，若两个分子间距离增加，分子间斥力减小得比引力更快D．若r＝r0，则分子间没有引力和斥力解析：在F-r图像中，在r＝r0附近随着距离的增加，斥力比引力减小得快，则知ab为引力曲线，cd为斥力曲线。图中曲线交点e对应r＝r0，即e点横坐标的数量级为10－10m，此时分子间引力和斥力的合力为零，但分子间引力和斥力同时存在，故A、C正确。答案：AC

一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养

物理观念——认识分子作用力1．(选自粤教版新教材“资料活页”)许多年来，人们对壁虎能轻松“走壁”的秘诀一直众说纷纭，壁虎脚底的黏着力究竟是怎样产生的呢？很多人认为，壁虎能贴在光滑的天花板上，靠的是四只脚掌上神奇的吸盘，其实情况并非如此。最新的研究表明，看上去不起眼的壁虎，居然是自然界数一数二的“应用物理大师”。它脚底的力量，利用的是最基本的物理学原理——分子作用力。由于分子作用力过于微弱，通常没有人会注意到。比如，当我们把手贴在墙壁上时，也会产生分子作用力，但由于实际接触面积太小，人的手掌不会被吸附到墙壁上。而壁虎就不一样了，它的每只脚底部都长着数百万根极细的刚毛，而每根刚毛末端又有400～1000根更细的分支（如图）。这种精细结构使得刚毛与物体表面分子间的距离足够近，从而产生分子间引力。虽然每根刚毛产生的力量微不足道，但累积起来就很可观。根据计算，一根刚毛产生的力能提起一只蚂蚁，而一只壁虎如果同时使用全部刚毛，则能够提起125kg的重物。在壁虎脚趾微结构的启示下，科学家开始研制超级附着技术。例如，有人就模仿壁虎脚趾的微结构研制出一种柔韧的胶布，上面植入上百万根人工合成的、长度不足2μm的绒毛，未来可用于无人探测器，增强其越野攀爬能力。

科学思维——分子质量和直径的估算2．(选自鲁科版新教材“物理聊吧”)根据水分子的分子量、阿伏加德罗常数和水的密度，可估算水分子的质量和直径。用这种方法能否估算氢气中氢分子的质量和直径？二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值1．(多选)为了预防新型冠状病毒肺炎，人们使用含75%酒精的免洗洗手液洗手，则下列说法正确的是

(

)A．使用免洗洗手液洗手后，会闻到淡淡的酒味，这是酒精分子做布朗运动的结果B．使用免洗洗手液洗手后，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，会闻到淡淡的酒味，温度越高，酒味传开得越快D．使用免洗洗手液洗手后，手部很快就干爽了，