高中 物理 必修第三册 第一章 分子动理论《第1节 分子动理论的基本内容》教学设计

第1节分子动理论的基本内容[学习目标]1．认识物体是由大量分子组成的。会通过建立分子模型进行宏观量和微观量之间的计算。2．理解扩散现象、布朗运动和分子热运动。3．知道分子间存在相互作用力，理解分子力的特点。知识点1物体是由大量分子组成的1．物体是由大量分子组成的，在热学中，把组成物体的微粒统称为分子。2．阿伏加德罗常数：阿伏加德罗常数通常可取NA＝6.02×1023__mol－1，在粗略计算中可取NA＝6.0×1023__mol－1。知识点2分子热运动1．扩散(1)定义：不同种物质能够彼此进入对方的现象。(2)产生原因：物质分子的无规则运动。(3)应用：生产半导体器件时，在高温条件下通过分子的扩散在纯净半导体材料中掺入其他元素。2．布朗运动(1)概念：悬浮微粒在液体中的无规则运动。(2)产生原因：大量液体分子对悬浮微粒撞击的不平衡。(3)运动特点：①永不停息；②无规则。(4)影响因素：微粒越小、温度越高，布朗运动越激烈。(5)意义：间接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：温度越高，分子的热运动越剧烈。(3)温度是分子热运动剧烈程度的标志。[判一判]1．(1)1mol氧气和1mol水所含的粒子数相等。()(2)当温度降低到一定程度，分子就停止热运动。()(3)扩散现象与布朗运动都是分子的热运动。()提示：(1)√(2)×(3)×知识点3分子间的作用力1．分子间有空隙(1)气体很容易被压缩，表明气体分子间有很大的空隙。(2)水和酒精混合后总体积减小，说明液体分子之间存在着空隙。(3)压在一起的金块和铅块，各自的分子能扩散到对方的内部，说明固体分子之间有空隙。2．分子间的相互作用分子间作用力与分子间距离的关系：(1)当r＝r0时，分子间作用力为零。(2)当r＜r0时，分子间作用力表现为斥力。(3)当r＞r0时，分子间作用力表现为引力。知识点4分子动理论1．分子动理论：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而建立的理论。2．内容：物体是由大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则运动，分子之间存在着相互作用力。[判一判]2．(1)当r＝r0时，分子间的相互作用力为零。()(2)r越大，分子间的引力越大。()提示：(1)√(2)×1．(布朗运动)下列关于布朗运动的说法，正确的是()A．布朗运动是指在显微镜中看到的液体分子的无规则运动B．花粉颗粒的布朗运动反映了花粉分子在永不停息地做无规则运动C．悬浮颗粒越大，同一时刻与它碰撞的液体分子越多，布朗运动越不明显D．当液体温度达到0℃时，布朗运动就会停止解析：选C。布朗运动是悬浮在液体中的微小颗粒在液体分子的撞击下所做的无规则运动，颗粒越大，布朗运动越不明显，故A、B错误，C正确；布朗运动反映了液体分子的无规则热运动，它不会停止，D错误。2．(布朗运动)下列关于布朗运动的说法中正确的是()A．大风天常常看到风沙弥漫、尘土飞扬，这就是布朗运动B．布朗运动是由液体分子对固体小颗粒的撞击引起的，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C．布朗运动是分子的运动，用肉眼不能直接观察到D．温度越高，布朗运动越显著解析：选D。做布朗运动的颗粒是非常微小的，需要借助于显微镜才能观察到，肉眼可见的尘土，是在气流的作用下做定向运动的，故A错误；固体小颗粒的体积越大，液体分子对它的撞击就越均衡，布朗运动就越不显著，故B错误；布朗运动是固体小颗粒的运动，间接地说明了分子在运动，用肉眼不能直接观察到，故C错误；温度越高，分子运动越剧烈，对固体小颗粒的撞击越频繁，布朗运动越显著，故D正确。3．(分子间作用力)(多选)下列事例中能说明分子间有相互作用力的是()A．金属块经过锻打后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．食盐能溶于水而石蜡却不溶于水D．液体一般很难压缩解析：选ABD。金属块经过锻打后能改变它原来的形状而不断裂，说明分子间有引力，故A正确；拉断一根钢绳需要用一定的外力，说明分子间有引力，故B正确；食盐能溶于水而石蜡却不溶于水，这是由物质的溶解特性所决定的，与分子间的相互作用力无关，故C错误；液体一般很难压缩，说明分子间有斥力，故D正确。4．(分子热运动)做凉菜时滴加香油，很快在整个厨房都能闻到香油的香味，这与分子的热运动有关。关于热学中的分子运动，下列说法正确的是()A．厨房内弥漫着香油的香味，说明香油分子在做布朗运动B．厨房内弥漫着香油的香味，这种现象主要是扩散现象C．液态香油较难被压缩，是因为香油分子之间存在引力D．香油分子的扩散快慢与温度无关解析：选B。布朗运动是悬浮于液体中的固体小颗粒的运动，厨房内弥漫着香油的香味，这种现象主要是扩散现象，故A错误，B正确；液态香油较难被压缩，是因为香油分子之间存在斥力，故C错误；香油分子的扩散快慢与温度有关，温度越高扩散越快，故D错误。探究一阿伏加德罗常数的理解及应用1．阿伏加德罗常数的应用(1)微观量分子体积V0、分子直径d、分子质量m0。(2)宏观量物体体积V、摩尔体积Vmol、物体的质量m、摩尔质量Mmol、物体的密度ρ。(3)关系①分子的质量：m0＝eq\f(Mmol,NA)＝eq\f(ρVmol,NA)。②分子的体积：V0＝eq\f(Vmol,NA)＝eq\f(Mmol,ρNA)(适用于固体和液体)。③物体所含的分子数：n＝eq\f(V,Vmol)·NA＝eq\f(m0,ρVmol)·NA或n＝eq\f(m,Mmol)·NA＝eq\f(ρV,Mmol)·NA。2．两种分子模型(1)球体模型固体和液体可看作一个一个紧挨着的球形分子排列而成，忽略分子间空隙，如图甲所示。d＝eq\r(3,\f(6V0,π))＝eq\r(3,\f(6Vmol,πNA))(V0为分子体积)。(2)立方体模型气体分子间的空隙很大，把气体分成若干个小立方体，气体分子位于每个小立方体的中心，每个小立方体是每个气体分子平均占有的活动空间，忽略气体分子的大小，如图乙所示。d＝eq\r(3,V0)＝eq\r(3,\f(Vmol,NA))(V0为每个气体分子所占据空间的体积)。(3)微观量的求解①阿伏加德罗常数：NA＝eq\f(Vmol,m0)ρ；NA＝eq\f(Mmol,ρV0)(只适用于固体、液体)。②气体分子间的平均距离：d＝eq\r(3,V0)＝eq\r(3,\f(Vmol,NA))(V0为气体分子所占据空间的体积)。③固体、液体分子直径d＝eq\r(3,\f(6V0,π))＝eq\r(3,\f(6Vmol,πNA))。【例1】某种液体的密度为ρ＝0.8×103kg/m3，摩尔质量为M0＝4.0×10－2kg/mol，阿伏加德罗常数为NA＝6.0×1023mol－1，求：(1)1L此液体中分子的个数；(2)若将液体分子视为球体，求此液体分子的直径(保留1位有效数字)。[解析](1)V＝1L，此液体的质量为m＝ρV分子的摩尔数为n＝eq\f(m,M0)，分子的个数为N＝nNA＝eq\f(ρV,M0)NA＝1.2×1025个。(2)设液体分子的直径为d，则由题意可知V＝NV0＝N·eq\f(1,6)πd3＝1L解得d＝eq\r(3,\f(6V,πN))≈5×10－10m。[答案](1)1.2×1025个(2)5×10－10m[针对训练1]某种气体的密度为ρ，摩尔体积为Vmol，摩尔质量为Mmol，单个分子的体积为V0、质量为m，阿伏加德罗常数为NA，下列说法正确的是()A．V0＝eq\f(Vmol,NA)B．m＝eq\f(Mmol,NA)C．NA＝eq\f(Mmol,ρV0)D．ρ＝eq\f(m,V0)答案：B[针对训练2]已知阿伏加德罗常数为NA，下列说法正确的是()A．若油酸的摩尔质量为M，则一个油酸分子的质量m＝eq\f(NA,M)B．若油酸的摩尔质量为M，密度为ρ，则一个油酸分子的直径d＝eq\r(3,\f(ρNA,M))C．若某种气体的摩尔质量为M，密度为ρ，则该气体分子间平均距离d＝eq\r(3,\f(M,ρNA))D．若某种气体的摩尔体积为V，则单位体积内含有气体分子的个数N＝eq\f(V,NA)答案：C探究二分子热运动1．扩散(1)扩散现象是由物质分子的无规则运动产生的。(2)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，这表明温度越高，分子运动得越剧烈。(3)扩散现象在固体、液体和气体中均能发生。2．布朗运动(1)微粒的大小：做布朗运动的微粒是由许多分子组成的固体颗粒而不是单个分子。其大小直接用人眼观察不到，但在光学显微镜下可以看到(其大小在10－6m的数量级)。(2)布朗运动产生的原因：液体分子永不停息地做无规则的运动对微粒撞击的不平衡引起的。3．热运动定义：指分子永不停息的无规则运动。4．布朗运动与热运动比较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光学显微镜下看到，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说明：分子无规则的运动，不是宏观物体的机械运动，二者无关系【例2】关于分子热运动和布朗运动，下列说法正确的是()A．布朗运动是指在显微镜中看到的液体分子的无规则运动B．热运动是物体受热后所做的运动C．热运动是单个分子的永不停息的无规则运动D．热运动是大量分子的永不停息的无规则运动[解析]布朗运动是指在显微镜中看到的悬浮小颗粒的无规则运动，故A错误；热运动是组成物质的大量分子所做的无规则运动，不是单个分子的无规则运动，故B、C错误，D正确。[答案]D【例3】(多选)小张在显微镜下观察水中悬浮的细微粉笔末的运动。从A点开始，他把小颗粒每隔20s的位置记录在坐标纸上，依次得到B、C、D等这些点，把这些点连线形成如图所示的折线图。关于该粉笔末的运动，下列说法正确的是()A．该折线图是粉笔末的运动轨迹B．粉笔末的无规则运动反映了水分子的无规则运动C．经过B点后10s，粉笔末应该在BC的中点处D．粉笔末由B到C的平均速度小于由C到D的平均速度[解析]该折线图不是粉笔末的实际运动轨迹，A错误；粉笔末受到水分子的碰撞做无规则运动，所以粉笔末的无规则运动反映了水分子的无规则运动，B正确；由于运动的无规则性，所以经过B点后10s，我们不知道粉笔末在哪个位置，C错误；任意两点之间的时间间隔是相等的，所以位移越大，平均速度越大，故粉笔末由B到C的平均速度小于由C到D的平均速度，D正确。[答案]BD[针对训练3]通常把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，造成这种差别的主要原因是()A．盐分子太小了，容易进入萝卜中B．盐分子间有相互作用的斥力C．萝卜分子间有空隙，易扩散D．炒菜时温度高，分子热运动剧烈答案：D[针对训练4]“墨滴入水，扩而散之，徐徐混匀”。关于该现象的分析正确的是()A．混合均匀主要是由于炭粒受重力作用B．混合均匀的过程中，水分子和炭粒都做无规则运动C．使用炭粒更大的墨汁，混合均匀的过程进行得更迅速D．墨汁的扩散运动是由炭粒和水分子发生化学反应而引起的解析：选B。混合均匀的过程中，水分子和炭粒都做无规则运动，与重力作用无关，所以A错误，B正确；使用炭粒越小的墨汁，混合均匀的过程进行得更迅速，所以C错误；墨汁的扩散运动是由水分子的无规则运动撞击炭粒而引起的，所以D错误。探究三分子间的相互作用力【问题导引】如图所示，把一块洗净的玻璃板吊在弹簧测力计下面，使玻璃板水平地接触水面，若想使玻璃板离开水面，在拉出玻璃板时，弹簧测力计的示数与玻璃板的重力相等吗？为什么？提示：不相等。此时玻璃板和液面分子间的作用力表现为引力，所以在拉玻璃板离开水面时弹簧测力计的示数要大于玻璃板的重力。1．对分子间作用力的理解分子间的作用力是分子引力和分子斥力的合力，且分子引力和分子斥力是同时存在的。2．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)的位置叫作平衡位置。(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。【例4】分子间的引力和斥力都跟分子间的距离有关，分子力F与分子间距离r的关系图像如图所示。下列说法正确的是()A．分子间不能同时存在引力和斥力B．当r>r0时，随着分子间距离的增大，分子力先减小后增大C．当r＝r0时，分子力为零，说明此时分子间既不存在引力，也不存在斥力D．当分子间的距离r<r0时，分子力表现为斥力[解析]分子间的引力和斥力是同时存在的，分子力为引力和斥力的合力，故A错误；当r>r0时，分子间表现为引力，随着分子间距离的增大，分子力先增大后减小，故B错误；当r＝r0时，分子力为零，说明此时分子间引力大小等于斥力大小，故C错误；当分子间的距离r<r0时，分子间斥力大于引力，分子力表现为斥力，故D正确。[答案]D[针对训练5](多选)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所示，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。现把乙分子从a处静止释放，则()A．乙分子由a到b的过程中，两分子间的分子力一直做正功B．乙分子由a到b做加速运动，由b到c做减速运动C．乙分子由a到c做加速运动，到达c时速度最大D．乙分子由c到d的过程中，两分子间的分子力做负功解析：选ACD。由题图知乙分子由a到b一直受分子引力作用，做加速运动，从b到c分子力逐渐变小但仍为引力，所以继续加速，分子力一直做正功，故A正确，B错误；乙分子在从a到c的过程中一直受到引力作用做加速运动，而从c到d的过程中受斥力，做减速运动，所以到达c时速度最大，故C正确；从c到d的过程中分子受斥力，分子力一直做负功，故D正确。[A级——基础达标练]1．在长期放着煤的墙角处，地面和墙角有相当厚的一层染上黑色，这说明()A．煤是由大量分子组成的B．分子在不停地运动C．分子间没有空隙D．分子运动有时会停止答案：B2．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，这是由于液体分子扩散到了空气中D．使用免洗洗手液洗手后，洗手液中的酒精由液体变为同温度的气体的过程中，分子间距不变解析：选C。在房间内喷洒乙醇消毒液后，会闻到淡淡的酒味，这是酒精分子扩散运动的结果，证明了酒精分子在不停地做无规则运动，A、B错误；因为一切物质的分子都在不停地做无规则运动，所以使用免洗洗手液时，手部很快就干爽了，这是扩散现象，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，D错误。3．如图所示的是用显微镜观察布朗运动时记录的图像。关于布朗运动，下列说法正确的是()A．布朗运动是由微粒周围的液体分子撞击微粒作用的不平衡性引起的B．温度越低，布朗运动越明显C．悬浮微粒的大小对布朗运动无影响D．图为悬浮微粒在这一段时间内的运动轨迹答案：A4．如图所示，两个接触面平滑的铅柱压紧后悬挂起来，下面的铅柱不脱落，主要原因是()A．铅分子做无规则热运动B．铅柱受到大气压力作用C．铅柱间存在万有引力作用D．铅柱间存在分子引力作用解析：选D。下面的铅柱不脱落，说明铅柱受到一个向上的力的作用，A错误；大气对铅柱有向上的压力，但是远远不足以抵消铅柱的重力，B错误；铅柱间的万有引力太小，远小于铅柱的重力，C错误；由于铅柱间存在着分子引力的作用，故下面的铅柱才不脱落，D正确。5．下列说法中正确的是()A．空气中大量PM2.5的运动也是分子热运动B．布朗运动是液体分子的运动，它说明分子永不停息地做无规则运动C．悬浮在液体中足够小的微粒，受到来自各个方向的液体分子撞击的不平衡使微粒的运动无规则D．将碳素墨水滴入清水中，观察到布朗运动是碳分子的无规则运动解析：选C。PM2.5在空气中的运动是固体颗粒分子团的运动，不是分子的热运动，A错误；布朗运动是固体颗粒的无规则运动，它说明液体分子永不停息地做无规则运动，B错误；悬浮在液体中足够小的微粒，受到来自各个方向的液体分子撞击的不平衡使微粒的运动无规则，C正确；将碳素墨水滴入清水中，观察到布朗运动是炭粒的无规则运动，D错误。6．(多选)下列说法正确的是()A．用显微镜观察到花粉颗粒在水中做布朗运动，反映了花粉分子在不停地做无规则运动B．在一锅水中撒一些胡椒粉，加热一段时间后发现水中的胡椒粉在不停翻滚，说明温度越高，布朗运动越剧烈C．物体的温度越高，分子热运动越剧烈D．扩散现象说明分子之间存在空隙，同时也说明分子在永不停息地做无规则运动解析：选CD。用显微镜观察到花粉颗粒在水中做布朗运动，反映了液体分子在不停地做无规则运动，故A错误；在一锅水中撒一些胡椒粉，加热一段时间后发现水中的胡椒粉在不停翻滚，但这并不是布朗运动，而是由水的对流引起的，故B错误；物体的温度越高，分子热运动越剧烈，故C正确；扩散现象说明分子之间存在空隙，同时也说明分子在永不停息地做无规则运动，故D正确。7．(多选)如图所示，把一块洗净的玻璃板吊在弹簧测力计的下端，使玻璃板水平地接触水面，用手缓慢竖直向上拉弹簧测力计，则玻璃板在拉离水面的过程中()A．弹簧测力计示数始终等于玻璃板的重力B．弹簧测力计示数出现大于玻璃板重力的情况C．因为玻璃板上表面受到大气压力，所以拉力大于玻璃板的重力D．因为拉起时需要克服玻璃板与水分子间的引力，所以拉力大于玻璃板的重力解析：选BD。玻璃板被拉起时，要受到与水分子间的引力，所以拉力大于玻璃板的重力，与大气压无关，B、D正确。8．关于分子动理论，下列说法不正确的是()A．物体是由大量分子组成的B．分子是组成物质的最小微粒C．分子永不停息地做无规则热运动D．分子间有相互作用的引力和斥力解析：选B。物体是由大量分子组成的，A说法正确；物质是由分子组成的，分子不是组成物质的最小微粒，B说法错误；分子在永不停息地做无规则的热运动，并且温度越高，分子的无规则运动越剧烈，C说法正确；分子之间存在相互作用的引力和斥力，并且引力和斥力同时存在，D说法正确，本题选错误的，故选B。9．甲分子固定于坐标原点O，乙分子从远处静止释放，在分子力作用下靠近甲，图中b点是引力最大处，d点是分子靠得最近处，则乙分子加速度最大处可能是()A．a点 B．b点C．c点 D．d点解析：选D。a点和c点处分子间的作用力为零，乙分子的加速度为零。从a点到c点分子间的作用力表现为引力，分子间的作用力做正功，速度增加，从c点到d点分子间的作用力表现为斥力，分子间的作用力做负功。由于在d点乙分子的速度为零，因此分子引力做的功与分子斥力做的功相等，即eq\o(F,\s\up6(－))cd·Lcd＝eq\o(F,\s\up6(－))ac·Lac，所以Fd>Fb，故乙分子在d点加速度最大，D正确。10．(多选)当两个分子间的距离r＝r0时，分子处于平衡状态，设r1＜r0＜r2，则当两个分子间的距离由r1变到r2的过程中()A．分子力有可能一直减小B．分子力有可能先减小再增大最后再减小C．分子间引力先减小后增大D．分子间斥力一直减小解析：选BD。由题知r1＜r0＜r2，当两个分子间的距离由r1变到r2，分子力先表现为斥力，然后表现为引力，分子力有可能先减小到0，然后又增大，最后又减小，A、C错误，B正确；引力、斥力都随距离增大而减小，D正确。[B级——能力增分练]11．下列各项中的数值大小能表示阿伏加德罗常数的是()A．0.012kg12C所含的原子数B．标准状况下，22.4L苯所含的分子数C．1mol金属钠含有的电子数D．1L1mol·L－1的硫酸溶液中所含的H＋数解析：选A。1mol任何物质所含有的粒子数，都可表示阿伏加德罗常数，0.012kg12C的物质的量为eq\f(12g,12g/mol)＝1mol，故A正确；标准状况下，苯不是气体，22.4L苯的物质的量不是1mol，故B错误；1mol金属钠含有11mol电子，故C错误；1L1mol·L－1硫酸溶液中含有2molH＋，故D错误。12．(多选)某气体的摩尔质量为M，分子质量为m，分子的体积为V0。若1mol该气体的体积为VM，密度为ρ，该气体单位体积分子数为n，则阿伏加德罗常数NA可表示为()A．n