人教版 (2019)选择性必修 第三册第一章 分子动理论1 分子动理论的基本内容学案

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阅读本节教材，回答第2页“问题”并梳理必要知识点。教材P2“问题”提示：构成物体的微小分子做永不停息的无规则运动。
一、物体是由大量分子组成的
1．分子：把组成物体的微粒统称为分子。
2．1 ml水中含有水分子的数量就达6.02×1023个。
二、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)产生原因：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：证明了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)产生的原因：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。
三、分子间的作用力
1．分子间有空隙
(1)气体分子的空隙：气体很容易被压缩，说明气体分子之间存在着很大的空隙。
(2)液体分子间的空隙：水和酒精混合后总体积会减小，说明液体分子间有空隙。
(3)固体分子间的空隙：压在一起的金片和铅片，各自的分子能扩散到对方的内部，说明固体分子间也存在着空隙。
2．分子间作用力
(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引力。
(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斥力。
说明：分子间的作用力指的是分子间相互作用引力和斥力的合力。
四、分子动理论
1．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。
2．由于分子热运动是无规则的，对于任何一个分子都具有偶然性，但对大量分子的整体而言，表现出规律性。
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)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。(×)
(2)微粒越小，温度越高，布朗运动越激烈。(√)
(3)布朗运动和扩散现象都是分子的热运动。(×)
(4)水的体积很难被压缩，这是分子间存在斥力的宏观表现。(√)
2．下列关于热运动的说法正确的是( )
A．热运动是物体受热后所做的运动
B．0 ℃的物体中的分子不做无规则运动
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
D [热运动是大量分子所做的无规则运动，不是单个分子的无规则运动，A、C错误，D正确；分子的热运动永不停息，因此0 ℃的物体中的分子仍在做无规则运动，B错误。]
3．(多选)关于分子动理论，下述说法正确的是( )
A．物体是由大量分子组成的
B．分子永不停息地做无规则运动
C．分子间有相互作用的引力或斥力
D．分子动理论没有实验基础
AB [由分子动理论的内容可知，A、B正确；分子间有相互作用的引力和斥力，C错误；分子动理论是在扩散现象、布朗运动等实验基础上提出的，D错误。]
(教师用书独具)教材P4“思考与讨论”答案提示：因为花粉微粒在各个瞬间受到较强撞击的方向是无规则的，所以花粉微粒的运动是无规则的，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易平衡，布朗运动越明显。
冬天在我国北方很多地方易出现雾霾天气，如图所示。
雾 霾
雾霾极大地影响了人们的视线，也给交通带来不便，你知道霾的小颗粒在做什么运动吗？这种运动与小颗粒大小有关吗？
提示：霾的小颗粒做布朗运动。颗粒越小，布朗运动越明显。
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，短时间内现象非常不明显。
Ⅲ.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原因。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。
【例1】 (多选)如图所示是做布朗运动的小颗粒的运动路线记录的放大图，以小颗粒在A点开始计时，每隔30 s记下小颗粒的一个位置，得到B、C、D、E、F、G等点，关于小颗粒在75 s末时的位置，以下叙述中正确的是( )
A．一定在CD连线的中点
B．一定不在CD连线的中点
C．可能在CD连线靠近C的位置
D．可能在CD连线上，但不一定是CD连线的中点
CD [布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，从颗粒运动到A点计时，每隔30 s，记下颗粒的一个位置，其连线并不是小颗粒运动的轨迹，所以在75 s末时，其所在位置不能在图中确定，故C、D正确。]
布朗运动中微粒的运动是“无规则”的，即实验中不同时刻微粒位置的连线并非其运动轨迹，而是人为画出的，这是理解该实验的关键。
[跟进训练]
训练角度1 布朗运动
1．(多选)用显微镜观察悬浮在液体中的花粉颗粒的运动，下面的哪些说法与观察到的结果相符( )
A．花粉颗粒在不停地做无规则运动，这就是所说的布朗运动
B．制成的悬浮液体静置的时间越长，花粉颗粒的运动越微弱
C．花粉的颗粒越大，运动越明显
D．环境的温度越高，花粉颗粒的运动越明显
AD [布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，无论静置多久都是如此。悬浮微粒越小，温度越高，无规则运动越明显。故A、D正确，B、C错误。]
训练角度2 扩散现象
2. (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)下列说法不正确的是( )
A．当过一段时间可以发现上面瓶中的气体也变成了淡红棕色
B．由于二氧化氮密度较大，不会跑到上面的瓶中，所以上面瓶不会出现淡红棕色
C．由于下面二氧化氮的摩尔质量大于上面空气的平均摩尔质量，二氧化氮不会跑到上面的瓶中，所以上面瓶不会出现淡红棕色
D．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
BCD [因为分子运动是永不停息的，所以相互接触的两种物质分子会彼此进入对方，也就是扩散，最终空气和二氧化氮分子均匀混合，整体是淡红棕色。B、C、D符合题意。]
把一块洗干净的玻璃板吊在橡皮筋的下端，使玻璃板水平接触水面如图所示，现在要想使玻璃板离开水面，所用的拉力比其重力大，还是相等？
提示：大于重力。在玻璃板被提起时，要受到水面上的水分子的引力，所以拉力要大于玻璃板的重力。
1．分子力：在任何情况下，分子间总是同时存在着引力和斥力，而实际表现出来的分子力是分子引力和斥力的合力。
2．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10－10 m)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)分子力与分子间距离变化的关系及分子力模型
【例2】 如图所示，设有一分子位于图中的坐标原点O处不动，另一分子可位于正x轴上不同位置处，图中纵坐标表示这两个分子间分子力的大小，两条曲线分别表示斥力或引力的大小随两分子间距离变化的关系，e为两曲线的交点，则下列说法正确的是( )
A．ab线表示引力，cd线表示斥力，e点的横坐标约为10－15 m
B．ab线表示斥力，cd线表示引力，e点的横坐标约为10－10 m
C．ab线表示引力，cd线表示斥力，e点的横坐标约为10－10 m
D．ab线表示斥力，cd线表示引力，e点的横坐标约为10－15 m
B [由于分子间斥力的大小随两分子间距离变化比引力快，所以图中曲线ab表示斥力，cd表示引力，e点引力和斥力平衡，分子间距为r0，数量级为10－10 m，故选项B正确。]
分子间作用力问题的分析方法
(1)首先要清楚分子间同时存在分子引力和分子斥力。
(2)分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，斥力减小得更快。
(3)分子力是指分子间引力和斥力的合力。
(4)分子力比较复杂，要抓住两个关键点：一是r＝r0时，分子力为零，此时分子间引力和斥力大小相等，均不为零；二是r≥10r0时，分子力很小，引力、斥力均可近似看作零。
[跟进训练]
训练角度1 对分子力的理解
3．(多选)关于分子间的相互作用力，以下说法中正确的是( )
A．当分子间距离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
B．分子间既存在引力也存在斥力，分子力是它们的合力
C．分子力随分子间距离的变化而变化，当r>r0时，随着距离的增大，分子间的引力和斥力都增大，但引力比斥力增大得快，故分子力表现为引力
D．当分子间的距离rBD [分子间距离为r0时，分子力为零，并不是分子间无引力和斥力，A错误；当r>r0时，随着间距的增大，分子间的引力和斥力都减小，但斥力比引力减小得快，故分子力表现为引力，C错误。]
训练角度2 分子力的F­r图像
4．(多选)如图所示是描述分子引力与斥力随分子间距离r变化的关系曲线，根据曲线可知下列说法中正确的是( )
A．F引随r增大而增大
B．F斥随r增大而减小
C．r＝r0时，F斥与F引大小相等
D．F引与F斥均随r增大而减小
BCD [分子间引力和斥力均随间距的增大而减小，当r＝r0时引力与斥力大小相等，故BCD正确。]
1．物理观念：扩散、布朗运动、分子力，分子动理论的基本内容。
2．科学思维：实验探究扩散、布朗运动、分子力模型。
3．科学方法：模型法、实验法、图像法。
1．(多选)当氢气和氧气的质量和温度都相同时，下列说法中正确的是( )
A．两种气体分子的平均动能相等
B．氢气分子的平均速率大于氧气分子的平均速率
C．氢气分子的平均动能大于氧气分子的平均动能
D．两种气体分子热运动的总动能不相等
ABD [温度相同，两种气体分子的平均动能相等，故A对，C错；因两种气体分子的质量不同，而分子的平均动能相等，所以分子质量大的(氧气)分子平均速率小，故B对；由于两种气体的摩尔质量不同，物质的量不同(质量相同)，分子数目就不等，故总动能不相等，故D对．]
2．(多选)下列所列词句中，描述分子热运动的是( )
A．酒香不怕巷子深B．踏花归去马蹄香
C．拂墙花影动，疑是玉人来D．风沙刮地塞云愁
AB [酒香在空气中传播，马蹄上的花香在空气中传播都属于扩散现象，是由分子无规则运动引起的，A、B正确；影动是由光学因素造成的，与分子热运动无关，C错误；风沙刮地是沙子在自身重力和气流的作用下所做的运动，不是分子热运动，D错误。]
3．(多选)关于扩散现象和布朗运动，下列说法正确的是( )
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．扩散现象宏观上可以停止，但微观上分子无规则运动依然存在
D．扩散现象和布朗运动都与温度有关
CD [扩散现象是由于分子的无规则热运动而导致的物质的群体迁移，当物质在某一能到达的空间内达到均匀分布时，这种宏观的迁移现象就结束了，但分子的无规则运动依然存在。布朗运动是由于分子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；布朗运动是液体分子无规则运动的反映。故C、D正确。]
4．(多选)关于分子力，正确的说法是( )
A．分子间的相互作用力是万有引力的表现
B．分子间的作用力是由分子内带电粒子相互作用和运动所引起的
C．当分子间距离r>r0时，随着r的增大，分子间斥力和引力都减小，但斥力减小得更快，合力表现为引力
D．当分子间的距离为r0时，它们之间既没有引力，也没有斥力
BC [分子力是由于分子内带电粒子的相互作用和运动而引起的，由于分子的质量非常小，分子间的万有引力忽略不计，A错误，B正确；分子间同时存在着相互作用的斥力和引力，且斥力和引力都随着分子间距离的增大而减小，且分子力为短程力，当分子间距离r>r0时，分子间相互作用的斥力小于引力，分子力表现为引力，C正确；分子间同时存在着相互作用的引力和斥力，当两个分子间距离为r0时， 每个分子受另一个分子的引力和斥力大小相等、方向相反、合力为零，而不是既无引力也无斥力，D错误。]
5．(思维拓展)在弹簧的弹性限度内，弹力的大小跟弹簧伸长或缩短的长度成正比。分子间相互作用力跟分子间距离的关系图如图所示。
请探究：(1)图中哪个地方表示的含义类似弹簧的自然长度处？
(2)哪一段最能反映类似弹簧的规律？
提示：(1)曲线与r轴的交点类似弹簧的自然长度。
(2)由于bc段近似直线，分子间的作用力与分子间距离增大量或减少量成正比，故为bc段。
分子热运动
分子间的作用力
分子力F随分子间距离r的变化关系图像
分子间距离
分子力
分子力模型
r＝r0
零
r表现为斥力，且分子力随分子间距的增大而减小
r>r0
表现为引力，且分子力随分子间距的增大，先增大后减小