新教材适用2024-2025学年高中物理第1章分子动理论1.分子动理论的基本内容第1课时物体是由大量分子组成的分子热运动学案新人教版选择性必修第三册

第1课时物体是由大量分子组成的分子热运动课程标准1．知道一般分子直径和质量的数量级。2．知道阿伏加德罗常数的含义，记住这个常数的数值和单位。3．了解扩散现象是由于分子的热运动产生的。4．知道什么是布朗运动，理解布朗运动产生的缘由。5．知道什么是热运动及确定热运动激烈程度的因素。素养目标1．培育学生在物理学中的估算实力，会通过阿伏加德罗常数估算固体和液体分子的质量、分子的体积(或直径)、分子数等微观量。2．渗透物理学方法的教化。建立分子的球体模型，是为了简化计算，突出主要因素。3．通过试验演示、分析推理探讨扩散现象和布朗运动。学问点1物体是由大量分子组成的1．分子(1)概念构成物质的微粒：_原子__(如金属)、离子(如盐类)、_分子__(如有机物)等统称为分子。(2)大小组成物质的分子很小，不同物质分子直径大小不同，假如把分子看成球形，一般分子直径的数量级为_10－10___m。2．物体是由大量分子组成的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NA表示，通常取NA＝_6.02×1023_mol－1__。『判一判』(1)本书中所说的“分子”，包含了分子、原子、离子等多种含义。(√)(2)若已知阿伏加德罗常数和铜的摩尔体积和密度，就可以估算出铜分子质量。(√)学问点2分子热运动1．扩散(1)扩散：不同的物质能够彼此_进入对方__的现象。(2)产生缘由：由物质分子的_无规则运动__产生的。(3)发生环境：物质处于_固态__、_液态__和_气态__时，都能发生扩散现象。(4)意义：证明白物质分子永不停息地做_无规则运动__。(5)规律：_温度__越高，扩散现象越明显。2．布朗运动(1)概念：把_悬浮微粒__的这种_无规则__运动叫作布朗运动。(2)产生的缘由：大量液体(气体)分子对悬浮微粒撞击的_不平衡__造成的。(3)布朗运动的特点：永不停息、_无规则__。(4)影响因素：微粒_越小__，布朗运动越明显，温度_越高__，布朗运动越激烈。(5)意义：布朗运动间接地反映了_液体(气体)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)宏观表现：_扩散__现象和布朗运动。(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__。『判一判』(3)冷红墨水和热红墨水都能发生扩散，说明扩散快慢与温度无关。(×)(4)微粒越小，温度越高，布朗运动越激烈。(√)(5)布朗运动和扩散现象都是分子的热运动。(×)『选一选』下列四种现象中属于扩散现象的是(B)①海绵状塑料可以吸水②揉面团时，加入小苏打，小苏打可以揉进面团内③放一匙食糖于一杯开水中，水会变甜④把盛开的腊梅放入室内，会满室生香A．①② B．③④C．①④ D．②③解析：海绵状塑料吸水是水滴进入塑料间隙，不是扩散；小苏打揉进面团，是机械外力作用的结果；食糖溶于开水中，腊梅香气释放是扩散现象。故B正确。『想一想』在较暗的房间里，从射进来的光束中用眼睛干脆看到的悬浮在空气中的微粒的运动是布朗运动吗？答案：见解析解析：不是。做布朗运动的微粒是肉眼无法干脆看到的，从宏观角度看微粒特别小，必需借助光学显微镜才能视察到；从微观角度看微粒特别大，它是由大量分子组成的。空气中的微粒受重力和气流的共同作用，并且空气的作用力随时变更，微粒在这两个力的共同作用下，运动困难无规则，既不是布朗运动，也不是分子热运动。探究阿伏加德罗常数要|点|提|炼1.分子的简化模型：实际分子的结构是很困难的，且形态各异。但假如我们只关切分子的大小，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。详细分析如下：(1)固体和液体分子模型：对于固体和液体，可认为分子紧密排列，分子间没有空隙，则VA＝NAV0(V0为一个分子的体积，VA为摩尔体积)。①球形分子模型：如图(a)所示，则直径d＝eq\r(3,\f(6V0,π))＝eq\r(3,\f(6VA,πNA))。②立方体分子模型：认为每个分子占据一个相同的立方体空间，该立方体的边长即为分子间的平均距离，边长d＝eq\r(3,V0)，如图(b)所示。(2)气体分子模型：对于气体来说，由于气体分子间的距离远大于气体分子的直径，故通过立方体分子模型(不采纳球形分子模型)，可以估算得到每个气体分子平均占有的空间，而无法得到每个气体分子的实际体积。设每个气体分子占据的空间可看成一个边长为d、体积为V的正方体。气体分子间距离l＝d＝eq\r(3,V)＝eq\r(3,\f(VA,NA))，如图(c)所示。(图中黑点代表气体分子所在的位置)2．阿伏加德罗常数的应用(1)微观量：分子质量m0，分子体积V0，分子直径d。(2)宏观量：物质的质量M、体积V、密度ρ、摩尔质量MA、摩尔体积VA。(3)微观量与宏观量的关系①分子质量：m0＝eq\f(MA,NA)＝eq\f(ρVA,NA)。②分子体积：V0＝eq\f(VA,NA)＝eq\f(MA,ρNA)(适用于固体和液体)。③物质所含的分子数N＝nNA＝eq\f(M,MA)NA＝eq\f(V,VA)NA。④阿伏加德罗常数NA＝eq\f(VAρ,m0)＝eq\f(MA,ρV0)(只适用于固体、液体)。⑤气体分子间的平均距离：d＝eq\r(3,V0)＝eq\r(3,\f(VA,NA))(V0为气体分子所占据空间的体积)。⑥固体、液体分子直径：d＝eq\r(3,\f(6V0,π))＝eq\r(3,\f(6VA,πNA))(V0为分子体积)。典|例|剖|析典例1(多选)(2024·河北石家庄二中月考)钻石是高强度钻头和刻刀等工具中的主要材料，设钻石的密度为ρ(单位为kg/m3)，摩尔质量为M(单位为g/mol)，阿伏加德罗常数为NA。已知1克拉等于0.2g，则下列选项正确的是(ABC)A．a克拉钻石物质的量为eq\f(0.2ag,M)B．a克拉钻石所含有的分子数为eq\f(0.2ag×NA,M)C．钻石分子直径为eq\r(3,\f(6M×10－3,NAρπ))(单位为m)D．a克拉钻石的体积为eq\f(ag,ρ)解析：a克拉钻石的质量为0.2ag，物质的量为eq\f(0.2ag,M)，所含分子数为eq\f(0.2ag,M)×NA，故A、B正确；钻石分子的体积为eq\f(M×10－3,ρNA)(单位为m3)，将固体分子看作球体，其体积V＝eq\f(4,3)πR3＝eq\f(4,3)πeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2)))3＝eq\f(1,6)πd3，联立解得分子直径d＝eq\r(3,\f(6M×10－3,NAρπ))(单位为m)，故C正确；a克拉钻石的体积为eq\f(0.2ag×10－3,ρ)(单位为m3)，选项D错误。对点训练❶(多选)(2024·山东日照高二下期中)某种气体在标准状态下摩尔体积为V，密度为ρ，摩尔质量为M，每个分子的质量和体积分别为m和V0，阿伏加德罗常数为NA，则该状态下气体的体积为Vx时，分子个数为(AC)A.eq\f(ρVx,m) B．eq\f(Vx,V0)C．eq\f(ρVx,M)NA D．eq\f(M,ρVx)解析：ρVx为气体的质量，再除以每一个分子的质量m，即可得到分子的个数N＝eq\f(ρVx,m)，故A正确；气体分子间有较大的间距，故N≠eq\f(Vx,V0)，故B错误；物质的量n＝eq\f(ρVx,M)，则气体分子的个数N＝nNA＝eq\f(ρVx,M)NA，故C正确，D错误。探究分子热运动要|点|提|炼1.对扩散的理解(1)影响扩散现象明显程度的因素①物态Ⅰ.气态物质的扩散最快、现象最显著。Ⅱ.固态物质的扩散最慢，短时间内现象特别不明显。Ⅲ.液态物质扩散现象的明显程度介于气态与固态之间。②温度：在两种物质肯定的前提下，扩散现象发生的显著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。2．布朗运动(1)无规则性悬浮微粒受到液体分子在各个方向上撞击的不平衡是形成布朗运动的缘由。由于液体分子的运动是无规则的，使微粒受到较强撞击的方向也不确定，所以布朗运动是无规则的。(2)影响因素①微粒越小，布朗运动越明显：悬浮微粒越小，某时刻与它相撞的分子数越少，来自各方向的冲击力越不平衡；另外微粒越小，其质量也就越小，相同冲击力下产生的加速度越大。因此，微粒越小，布朗运动越明显。②温度越高，布朗运动越激烈：温度越高，液体分子的运动(平均)速率越大，对悬浮于其中的微粒的撞击作用也越大，产生的加速度也越大，因此温度越高，布朗运动越激烈。(3)实质布朗运动不是分子的运动，而是悬浮微粒的运动。布朗运动的无规则性反映了液体或气体分子运动的无规则性；布朗运动与温度有关，表明液体分子运动的激烈程度与温度有关。典|例|剖|析典例2(2024·北京西城区期末)如图甲所示是视察布朗运动的试验装置的示意图。用高倍显微镜视察悬浮在液体中的小炭粒的运动状况(如图乙)。选三个小炭粒，每隔30s记录一次它们的位置，然后用线段把这些位置按时间依次连接起来，得到它们的位置连线图如图丙所示。下列说法正确的是(D)A．该试验用显微镜视察到的是液体分子的无规则运动B．该试验用显微镜视察到的是小炭粒分子的无规则运动C．这样得到的位置连线图就是小炭粒实际的运动轨迹D．小炭粒越小，液体的温度越高，视察到的布朗运动就越明显解析：用显微镜视察到的是小炭粒的运动，不是液体分子或小炭粒分子的无规则运动，选项A、B错误；位置连线不是小炭粒的运动轨迹，而是每经过30s小炭粒所处位置的连线，选项C错误；小炭粒越小，运动状态越简单变更，液体的温度越高，水分子运动越猛烈，布朗运动越明显，选项D正确。典例3(2024·湖南长沙市长郡中学期中)如下图所示，把一块铅板和一块金板的接触面磨平、磨光后紧紧压在一起，五年后发觉金中有铅、铅中有金。对此现象，下列说法正确的是(C)A．属扩散现象，缘由是金分子和铅分子的大小不同B．属扩散现象，缘由是金分子和铅分子的相互吸引C．属扩散现象，缘由是金分子和铅分子的无规则运动D．属布朗运动，小金粒进入铅块中，小铅粒进入金块中解析：由于分子不停地做无规则运动，金和铅相互进入对方，这是扩散现象，而布朗运动是指悬浮在液体或气体中的小颗粒的运动，此现象不是布朗运动，故选项C正确。对点训练❷(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密度大)下列说法正确的是(AD)A．过一段时间可以发觉上面瓶中的气体也变成了淡红棕色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，所以会发觉上面瓶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，所以最终上、下两瓶气体的颜色变得匀称一样解析：逐项分析如下：选项诊断结论A气体分子做无规则运动，过一段时间上下匀称分布，故呈淡红棕色√B分子运动与密度无关×C分子的热运动不是在重力的作用下进行的×D分子的热运动使上下气体分布匀称√有关分子微观量的估算阿伏加德罗常数NA是一个重要常数，是联系微观物理量和宏观物理量的桥梁，常用于微观量的计算。估算法是解答物理问题的一种常用方法，不要求精确求解，但要求合理的近似。其特点是：(1)建立必要的志向模型(如把分子看成球体或立方体)；(2)找寻估算依据，建立估算式；(3)对数值进行合理近似(如π≈3，π2≈10重力加速度g取10m/s2等)。案例一个房间的地面面积是15m2，高3m。已知空气的平均摩尔质量是M0＝2.9×10－2kg/mol。通常用空气湿度(有相对湿度、肯定湿度)表示空气中含有的水蒸气的状况，若房间内全部水蒸气凝聚成水后的体积为V水＝103cm3，已知水的密度为ρ＝1.0×103kg/m3，水的摩尔质量M＝1.8×10－2kg/mol。(结果保留两位有效数字)(1)求房间内空气的质量。(标准状况下求解)(2)求房间中有多少个水分子？(3)估算一个水分子的直径是多大？(水分子可视为球体模型)解析：(1)在标准状况下，每摩尔空气占有的体积V0＝22.4L，房间内空气的体积V＝15m2×3m＝45m3，房间内空气的物质的量n1＝eq\f(V,V0)≈2×103mol，则房间内空气的质量为m＝n1M0＝58kg。(2)水的摩尔体积V0′＝eq\f(M,ρ)＝1.8×10－5m3/mol，则房间中的水分子数N＝eq\f(V水NA,V0′)≈3.3×1025个。(3)设水分子直径为d，建立水分子的球体模型，有eq\f(1,6)πd3＝eq\f(V0′,NA)，则d＝eq\r(3,\f(6V0′,πNA))≈3.9×10－10m。答案：(1)58kg(2)3.3×1025个(3)3.9×10－10m一、物体是由大量分子组成的1．(2024·山东枣庄三中高二下检测)仅利用下列某一组数据，可以计算出阿伏加德罗常数的是(D)A．水的密度和水的摩尔质量B．水分子的体积和水分子的质量C．水的摩尔质量和水分子的体积D．水的摩尔质量和水分子的质量解析：知道水的密度和水的摩尔质量，可以求出其摩尔体积，不能计算出阿伏加德罗常数，故A错误；知道水分子的体积和水分子的质量，不知道水的摩尔体积或摩尔质量，不能求出阿伏加德罗常数，故B错误；知道水的摩尔质量和水分子的体积，不知道密度，不能求出阿伏加德罗常数，故C错误；用水的摩尔质量除以水分子的质量可以求出阿伏加德罗常数，故D正确。2．(2024·北京市一零一中学高二下学期期中)阿伏加德罗常数是NA(mol－1)，铜的摩尔质量是μ(kg/mol)，铜的密度是ρ(kg/m3)，则下列说法不正确的是(D)A．1m3铜中所含的原子数为eq\f(ρNA,μ)B．一个铜原子的质量是eq\f(μ,NA)C．一个铜原子所占的体积是eq\f(μ,ρNA)D．1kg铜所含有的原子数目是ρNA解析