分子的热运动+讲义 高二下学期物理教科版（2019）选择性必修第三册

《分子的热运动》讲义分子的热运动同学们好，咱们今天要学习的内容是高中教科版（2019）选择性必修第三册第一章分子动理论中的分子的热运动。在开始正式学习之前呢，我先给大家讲一讲我自己的一个小经历。有一次我去公园玩，那是一个特别美的公园，有大片的草地和很多盛开的花朵。我走到湖边的时候，看到湖水特别平静，就像一面镜子一样。我就站在那儿看，突然发现有一些小昆虫在水面上跑来跑去，而且我还注意到水里好像有一些很微小的东西在动。当时我就在想啊，这些微小的东西是什么呢？它们为什么会动呢？其实啊，这就和我们今天要学习的分子的热运动有点关系呢。一、分子动理论的基础咱们要了解分子的热运动，就得先知道分子动理论的一些基础知识。分子动理论有这么几个主要的点。1、物质是由大量分子组成的咱们周围的所有东西，不管是咱们坐的椅子，还是喝的水，都是由大量的分子组成的。分子这个东西可小了，小到咱们用肉眼根本看不见。比如说，一滴水里大约有1.7×10²¹个水分子。这是个超级大的数字啊，如果把这些水分子一个一个地数出来，那得花多长时间啊。这就好比咱们要数清沙滩上所有的沙子一样，几乎是不可能的。而且这些分子之间是有空隙的。就像咱们把沙子和石子混在一起，沙子会填充到石子的空隙里一样，分子之间也存在这样的空隙。比如说，酒精和水混合后总体积会变小，这就是因为酒精分子和水分子相互填充了彼此之间的空隙。2、分子在不停地做无规则运动这一点可重要了。分子就像一个个调皮的小虫子，一刻也不停地在动。这种运动是无规则的，就像咱们在操场上看到一群小朋友在乱跑乱跳一样，没有什么固定的方向。为了证明分子在不停地做无规则运动，咱们可以做个小实验。拿一个装着红墨水的小瓶子，把它轻轻地放入一个装满清水的大玻璃缸里。刚开始的时候，红墨水是聚集在小瓶子周围的，但是过了一会儿，咱们就会发现，红墨水慢慢地向四周扩散开来了，最后整个大玻璃缸里的水都变成了淡红色。这就是因为红墨水的分子在不停地做无规则运动，它们从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。这就像咱们在人群里，如果有一群人都挤在一个角落里，慢慢地他们就会向周围散开一样。3、分子之间存在相互作用力分子之间既有引力又有斥力。这就有点像咱们同学之间的关系。有时候咱们很友好，互相吸引，这就像分子之间的引力；但是有时候呢，咱们又会有点小摩擦，互相排斥，这就像分子之间的斥力。比如说，固体能保持一定的形状，就是因为分子之间的引力比较大。像咱们的桌子，它的分子之间相互吸引，所以它不会轻易地散开。而液体呢，分子之间的引力相对固体来说小一些，所以液体可以流动。气体分子之间的距离很大，分子间的引力就更小了，所以气体很容易被压缩。二、分子热运动的概念那什么是分子的热运动呢？其实啊，分子的无规则运动和温度是有关系的，温度越高，分子的无规则运动就越剧烈，这种和温度有关的分子无规则运动就叫做分子的热运动。咱们还是拿刚才的红墨水扩散实验来说。如果咱们把这个装着红墨水和水的玻璃缸放在温度高一点的地方，比如放在太阳底下，咱们会发现红墨水扩散的速度会更快。这就是因为温度升高了，分子的热运动变得更剧烈了，红墨水的分子就能够更快地向四周扩散。再比如说，咱们做饭的时候，在锅里炒个菜。当咱们把火开大的时候，锅里的菜很快就熟了，而且香味也能很快地飘出来。这就是因为温度升高，菜里的各种分子热运动加剧，一些有香味的分子就能够更快地从锅里跑出来，进入到咱们的鼻子里。这就像一群调皮的小孩子，温度一高，他们就跑得更快，到处乱窜。三、影响分子热运动剧烈程度的因素1、温度的影响温度对分子热运动的影响是最大的。咱们刚刚已经说过了，温度越高，分子热运动越剧烈。这就好比咱们在夏天的时候，天气很热，咱们会感觉周围的一切都很活跃。比如地上的小虫子跑得更快了，树上的蝉叫得更响了。这其实就是因为温度高，分子热运动剧烈，影响到了这些小动物的活动。而在冬天，温度低，分子热运动就没那么剧烈了，所以一切都好像变得懒洋洋的。咱们可以再做一个小实验来证明。拿两个同样大小的杯子，一个装热水，一个装冷水。然后在两个杯子里同时放入等量的糖。咱们会发现，在热水里的糖溶解得特别快，而在冷水里的糖溶解得就慢多了。这就是因为热水里的水分子热运动剧烈，能够更快地把糖分子包围起来，让糖分子更快地分散到水里去。2、其他因素的影响除了温度之外，还有一些因素也会影响分子的热运动。比如说物质的种类。不同的物质，它们的分子结构不一样，分子之间的相互作用力也不一样，所以分子热运动的情况也会有所不同。就像油和水，它们虽然都是液体，但是油分子和水分子的结构和相互作用力有很大的差别。油分子之间的相互作用力比较大，而且油分子的结构比较复杂，所以油的分子热运动和水的分子热运动就有很大的不同。当咱们把油和水放在一起的时候，它们不会像水和酒精那样很快地混合在一起，这就是因为它们分子热运动的特性不一样。四、分子热运动与扩散现象1、扩散现象的定义扩散现象就是指不同物质在互相接触时，彼此进入对方的现象。就像咱们刚刚说的红墨水在水里扩散，还有糖在水里溶解，这些都是扩散现象。扩散现象是分子热运动的一个直接表现。2、扩散现象的例子生活中还有很多扩散现象的例子呢。比如咱们在家里放一束鲜花，过不了多久，整个房间都会弥漫着花香。这就是因为鲜花里有香味的分子在不停地做热运动，然后扩散到了空气中，又通过空气扩散到了房间的各个角落。再比如说，咱们在医院里有时候会闻到一股消毒水的味道。这是因为医院里经常使用消毒水，消毒水的分子通过热运动扩散到了空气中，然后咱们就能闻到了。而且扩散现象在固体中也会发生。比如说把两块不同的金属紧紧地压在一起，经过很长时间后，在两块金属的接触面就会发现彼此的原子有一定程度的渗透。这虽然很缓慢，但是也说明了固体中的分子或者原子也是在做热运动的。五、分子热运动与布朗运动1、布朗运动的发现布朗运动是英国植物学家布朗发现的。他用显微镜观察悬浮在水中的花粉时，发现花粉颗粒在不停地做无规则运动。刚开始的时候，他以为是花粉自己有生命才会动呢，但是后来他发现，不管是有生命的花粉还是无生命的小颗粒，只要足够小，悬浮在液体中都会做这种无规则运动。2、布朗运动产生的原因其实啊，布朗运动是由于液体分子的无规则运动对悬浮颗粒的撞击引起的。液体分子在不停地做无规则运动，它们会从各个方向不断地撞击悬浮在液体中的颗粒。因为这些撞击是随机的，而且在不同时刻、不同方向上的撞击力是不平衡的，所以就导致了颗粒做无规则运动。咱们可以想象一下，有一个小皮球放在一群小朋友中间，小朋友们都在乱跑乱跳，然后就会不断地撞到这个小皮球。小朋友们的撞击是没有规律的，所以小皮球就会被撞得东倒西歪，到处乱滚，这就和布朗运动的原理有点像。3、布朗运动与分子热运动的关系布朗运动间接反映了分子的热运动。虽然我们看到的是花粉颗粒或者其他小颗粒的运动，但实际上是因为液体分子的热运动在撞击它们才导致的。而且布朗运动的剧烈程度也和温度有关，温度越高，布朗运动越剧烈，这也说明了分子热运动的剧烈程度和温度的关系。六、分子热运动的重要性1、在物理学中的重要性分子的热运动在物理学里可是非常重要的。它是理解很多物理现象的基础。比如说热传递现象。热传递有三种方式，传导、对流和辐射。不管是哪种方式，都和分子的热运动有关系。在热传导中，当一个物体的一部分温度高，一部分温度低的时候，高温部分的分子热运动剧烈，它们就会把能量传递给低温部分的分子。就像一根金属棒，一端放在火上烤，很快另一端也会变热，这就是因为金属棒里的分子在做热运动，把热量从高温端传到了低温端。在对流中，流体（液体和气体）因为温度不均匀，热的部分密度小，会上升，冷的部分密度大，会下降，这也是分子热运动的结果。比如说咱们烧开水的时候，壶底的水先受热，分子热运动加剧，密度变小就会上升，上面冷的水就会下来补充，这样就形成了对流。在辐射中，虽然不需要介质，但是物体向外辐射能量也是因为物体内部分子的热运动，使得物体具有一定的能量，然后以电磁波的形式向外辐射。2、在其他学科和生活中的重要性分子的热运动在化学、生物学等学科中也有很重要的意义。在化学里，很多化学反应的发生都和分子的热运动有关。分子只有相互碰撞才有可能发生反应，而分子的热运动就提供了这种碰撞的机会。在生物学里，生物体内的很多生理过程也和分子的热运动有关。比如说细胞的物质交换，细胞内外的分子通过热运动进行扩散，从而实现物质的交换。在生活中，分子的热运动更是无处不在。