粤教版 (2019)选择性必修 第三册第二节 分子热运动与分子力学案

第二节　分子热运动与分子力

[学习目标]　 1.知道扩散现象、布朗运动和分子的热运动，理解扩散现象、布朗运动产生的原因.2.通过实验，知道分子间存在引力和斥力，并理解分子力与分子间距离的关系.3.明确分子动理论的内容．

一、扩散现象

1．定义：由于分子不停地运动而产生的物质迁移现象称为扩散．

2．扩散现象说明了物质中的分子在不停地运动着．

二、布朗运动

1．定义：悬浮在液体或气体中的微粒做的无规则运动叫作布朗运动．

2．原因：布朗运动是大量液体分子对悬浮微粒的不平衡撞击引起的，间接地反映了液体内部的分子在不停地做无规则的运动．

3．热运动

(1)定义：物质内部大量分子的无规则运动称为热运动．

(2)温度是物质内部分子无规则运动剧烈程度的量度．

三、分子力

1．物质的分子间存在着引力和斥力．

2．(1)分子间的作用力F与分子间距离r的关系如图1所示．

图1

①当r＜r0时，分子间的作用力F表现为斥力．

②当r＝r0时，分子间的作用力F为0，这个位置称为平衡位置．

③当r＞r0时，分子间的作用力F表现为引力．

(2)产生原因：由原子内部的带电粒子的相互作用引起的．

四、分子动理论

基本观点：

(1)物质是由大量分子组成的．

(2)分子总在不停地做无规则运动，运动的剧烈程度与物质的温度有关．

(3)分子间存在相互作用的引力和斥力．

1．判断下列说法的正误．

(1)只有在气体和液体中才能发生扩散现象．(　×　)

(2)阳光从狭缝中射入教室，透过阳光看到飞舞的尘埃，这些尘埃颗粒的运动就是布朗运动．(　×　)

(3)随着分子间距离的增大，分子力先减小后增大．(　×　)

2．用显微镜观察悬浮在水中的小炭粒的运动，其现象属于________；向一杯清水中滴几滴红墨水，红墨水向周围运动，其现象属于________．打湿了的两张纸很难分开是因为分子间存在________．玻璃打碎后，不能把它们再拼在一起，是因为玻璃分子间作用力为________．

答案　布朗运动　扩散现象　引力　零

一、分子热运动

导学探究

1．生活中常会见到下列几种现象：

①在墙角打开一瓶香水，很快整个房间都会弥漫着香气．

②滴一滴红色墨水在一盆清水中，过一段时间整盆水会变成浓度相同的红色．

③把一碗小米倒入一袋玉米中，掺匀后小米进入玉米的间隙中．

④强烈的阳光射入较暗的房间内，可以看到在光束中有浮在空气中的微粒不停地运动．

⑤用显微镜观察到放入水中的花粉在不停地运动．

以上现象中属于扩散现象的是________，属于布朗运动的是________．

答案　①②　⑤

2．布朗运动反映了固体小颗粒中的分子在做无规则的运动，这种说法正确吗？

答案　不正确．布朗运动反映了液体(或气体)分子的无规则运动．

3．温度降低，分子的热运动变慢，当温度降低到0 ℃以下时，分子就停止运动了，这种说法正确吗？为什么？

答案　不正确．分子的热运动是永不停息的．虽然温度降低，分子的无规则运动变慢，但不会停止，所以当温度降低到0 ℃以下时，分子的无规则运动仍然不会停止．

知识深化

1．扩散现象

(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，物质扩散得越快，这表明温度越高，分子运动得越剧烈．

2．布朗运动

(1)微粒的大小：布朗运动是指悬浮在液体或气体中的微粒做的无规则运动，微粒直接用眼观察不到，但在光学显微镜下可以看到．

(2)布朗运动产生的原因：液体分子不停地做无规则运动，不断地撞击微粒．如图2，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不平衡，在某一瞬间，微粒在某个方向受到的撞击作用较强，微粒就顺着这一方向运动，在下一瞬间，微粒受到另一方向的撞击作用较强，微粒就会改变运动方向，这样，就引起了微粒的无规则运动．

图2

(3)实质及意义：布朗运动的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．

(4)影响因素

①悬浮的微粒越小，布朗运动越明显．

②温度越高，布朗运动越激烈．

3．热运动

(1)分子的“无规则运动”，是指由于分子之间的相互碰撞，每个分子的运动速度无论是方向还是大小都在不断地变化．

(2)热运动是对于大量分子的整体而言的，对个别分子无意义．

(3)分子热运动的剧烈程度虽然受到温度影响，温度高分子热运动快，温度低分子热运动慢，但分子热运动永远不会停息．

(多选)关于扩散现象，下列说法正确的是(　　)

A．温度越高，扩散进行得越快

B．扩散现象是由物质分子无规则运动产生的

C．扩散现象在气体、液体和固体中都能发生

D．液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的

答案　ABC

解析　液体中的扩散现象不是由于液体的对流形成的，是液体分子无规则运动产生的，故D错误．

(2020·江苏启东中学高二期中)关于布朗运动，下列说法中正确的是(　　)

A．液体分子的无规则运动称为布朗运动

B．液体中悬浮微粒越大，布朗运动越显著

C．布朗运动就是悬浮微粒分子的无规则运动

D．布朗运动是液体分子热运动的反映

答案　D

下列关于热运动的说法中正确的是(　　)

A．分子热运动是指扩散现象和布朗运动

B．分子热运动是物体被加热后的分子运动

C．分子热运动是大量分子做永不停息的无规则运动

D．物体运动的速度越大，其内部分子的热运动就越激烈

答案　C

解析　分子热运动是指大量分子做永不停息的无规则运动，物体被加热、不被加热，其分子都在进行着热运动，故B错误，C正确；扩散现象和布朗运动证实了分子的热运动，但分子热运动不是指扩散现象和布朗运动，A错误；分子热运动是物体内部分子的运动，属微观的范畴，与物体的宏观运动没有关系，故D错误．

二、分子间的作用力

导学探究

如图3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？

图3

答案　不相等．此时玻璃板和液面分子间的作用力表现为引力，所以在使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．

知识深化

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．对分子力与分子间距离变化关系的理解

(1)r0的意义

分子间距离r＝r0时，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10－10 m)的位置叫平衡位置．

(2)分子间的引力、斥力和分子力随分子间距离变化的图像如图4所示．在r轴上方，分子间的作用力表现为斥力；在r轴下方，分子间的作用力表现为引力．

图4

①分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小且斥力变化得快．

②实际表现的分子力是引力和斥力的合力．

③当r<r0时，分子力随分子间距离的增大而减小；当r>r0时，分子力随分子间距离的增大先增大后减小．

(多选)(2020·江苏南京外国语学校期中)下列物理现象跟分子间的作用力相关的说法中，正确的是(　　)

A．一般固体难以拉伸，说明分子间有引力

B．一般液体很难被压缩，说明液体分子间有斥力

C．用气筒给自行车胎打气，越打越费力，说明压缩后的气体分子间有斥力

D．高压密闭的钢筒中的油从筒壁渗出，说明钢分子对油分子有斥力

答案　AB

解析　固体难以拉伸是分子间引力的表现，A正确．液体很难被压缩，说明液体分子间有斥力，B正确．给车胎打气，越打越费力，主要是气体压强的作用，气体压缩后，车胎内气体分子间的距离仍然很大，不能表现为斥力，C错误．油从筒壁渗出说明组成物质的分子间存在间隙，不能说明钢分子对油分子有斥力，D错误．

外力作用下三种状态表现不同的原因

1．外力作用下固体很难被压缩的原因是分子间存在斥力；很难被拉伸的原因是分子间存在引力．

2．外力作用下液体很难被压缩的原因是分子间存在斥力．

3．外力作用下气体很容易被压缩的原因是分子间有空隙，气体压缩到一定程度后较难再被压缩，是气体压强的原因．

(多选)如图5所示是分子间相互作用力与分子间距离的关系，其中两虚线分别表示分子间斥力和引力与分子间距离的关系，实线表示分子间作用力(斥力和引力的合力)与分子间距离的关系，由图可知下列说法中正确的是(　　)

图5

A．分子间距离为r0时，分子间没有相互作用

B．分子间距离增大时，分子间斥力减小，引力增大

C．分子间距离大于r0时，分子间的引力总是大于斥力

D．分子间距离增大时，分子间作用力可能先减小后增大再减小

答案　CD

解析　分子间距离为r0时，分子间相互作用的斥力和引力相等，对外表现为分子间作用力等于零，但分子间仍有相互作用，故A错误；分子间距离增大时，分子间斥力和引力都减小，故B错误；分子间距离大于r0时，分子间的引力大于分子间的斥力，对外表现为引力，故C正确；分子间距离小于r0时，分子力表现为斥力，随着分子间距离增大，分子间作用力逐渐减小；分子间距离大于r0时，分子力表现为引力，随着分子间距离增大，分子间作用力先增大后减小，故D正确.

考点一　分子热运动

1．(多选)在下列给出的四种现象中，属于扩散现象的有(　　)

A．有风时，尘土飞扬到空中

B．将沙子倒入石块中，沙子要进入石块的空隙

C．把一块铅和一块金的接触面磨平、磨光后，紧紧地压在一起，几年后会发现铅中有金

D．在一杯热水中放几粒盐，整杯水很快会变咸

答案　CD

2．关于扩散现象，下列说法正确的是(　　)

A．扩散现象进行得快慢与温度无关

B．扩散现象是不同物质间的一种化学反应

C．扩散现象是由物质分子无规则运动产生的

D．扩散现象只在气体、液体中发生

答案　C

解析　温度越高，扩散进行得越快，故A项错误；扩散现象是不同物质的分子相互进入对方的现象，是物理变化，故B项错误；扩散现象是由物质分子无规则运动产生的，故C项正确；扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，故D项错误．

3．(多选)关于布朗运动和分子的热运动，下列说法中正确的是(　　)

A．布朗运动就是分子的热运动

B．布朗运动的激烈程度与悬浮微粒的大小有关，说明分子的运动与悬浮微粒的大小有关

C．布朗运动虽不是分子运动，但它能反映分子的运动特征

D．布朗运动的激烈程度与温度有关，这说明分子运动的激烈程度与温度有关

答案　CD

解析　布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，不是分子的热运动，间接反映了液体分子永不停息地做无规则运动，A错误，C正确；悬浮微粒越小，布朗运动越显著，这是由于悬浮微粒周围的液体分子对悬浮微粒撞击的不平衡引起的，不能说明分子的运动与悬浮微粒的大小有关，B错误；温度越高，布朗运动越激烈，说明温度越高，分子运动越激烈，D正确．

4．(2020·北京高二期末)自2020年初开始，我国发生了新冠肺炎疫情．面对疫情，中华儿女众志成城，科学战“疫”，现在疫情已经得到了有效控制.2020年3月3日，国家卫健委、国家中医药管理局印发《关于印发新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第七版)的通知》，指出新型冠状病毒的传播途径：经呼吸道飞沫和密切接触传播是主要的传播途径，在相对封闭的环境中长时间暴露于高浓度气溶胶情况下存在经气溶胶传播的可能．气溶胶粒子是悬浮在大气中的微小颗粒，如云、雾、细菌、尘埃、烟尘等．气溶胶中的粒子具有很多动力学性质、光学性质，比如布朗运动，光的反射、散射等．关于封闭环境中的气溶胶粒子，下列说法正确的是(　　)

A．在空气中会缓慢下沉到地面

B．在空气中会缓慢上升到空中

C．在空气中做无规则运动

D．受到的空气分子作用力的合力始终等于其所受到的重力

答案　C

解析　封闭环境中的气溶胶粒子的运动属于布朗运动，所以在空气中做无规则运动，A、B错误，C正确；做布朗运动的粒子受力不平衡，所以才能做无规则运动，D错误．

5．下列关于热运动的说法中，正确的是(　　)

A．0 ℃的物体中的分子不做无规则运动

B．因为布朗运动的激烈程度跟温度有关，所以布朗运动也叫作热运动

C．存放过煤的混凝土地面下一段深度内都有黑色颗粒，说明煤分子和混凝土分子都在做无规则的热运动

D．运动物体中的分子热运动比静止物体中的分子热运动激烈

答案　C

解析　分子的热运动永不停息，因此0 ℃的物体中的分子仍做无规则运动，A错误；虽然布朗运动与温度有关，但是布朗运动是固体微粒的运动，不是分子的运动，而热运动是指分子永不停息的无规则运动，B错误；扩散现象说明了分子在做无规则的热运动，C正确；热运动是分子的运动，其激烈程度只与物体的温度有关，与物体的宏观运动状态没有关系，D错误．

考点二　分子间的作用力

6．(2018·北京卷)关于分子动理论，下列说法正确的是(　　)

A．气体扩散的快慢与温度无关

B．布朗运动是液体分子的无规则运动

C．分子间同时存在着引力和斥力

D．分子间的引力总是随分子间距增大而增大

答案　C

解析　在其他条件不变的情况下，温度越高，气体扩散得越快，A错误；布朗运动是颗粒的运动，间接反映了液体分子的无规则运动，B错误；分子间同时存在着引力和斥力，C正确；分子间的引力总是随着分子间距的增大而减小，D错误．

7．(多选)关于分子间的作用力，下列说法正确的是(　　)

A．用力拉铁棒的两端，铁棒没有断，这是分子间存在吸引力的宏观表现

B．“破镜不能重圆”是因为分子间存在着斥力

C．当分子间的距离变小时，分子间的作用力可能减小，也可能增大

D．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间斥力大于引力

答案　AC

解析　用力拉铁棒的两端，铁棒没有断，是分子间存在吸引力的宏观表现，选项A正确；“破镜不能重圆”是因为镜片裂开处分子间的距离大于分子力作用的范围，选项B错误；当分子间的距离变小时，分子间作用力如果表现为引力，则分子力可能减小，也可能增大，选项C正确；气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间分子力很小，选项D错误．

8.两分子间的作用力F与分子间距r的关系图线如图1所示，下列说法中正确的是(　　)

图1

A．r<r1时，两分子间的引力为零

B．r1<r<r2时，两分子间的作用力随r的增大而逐渐增大

C．r＝r2时，两分子间的引力最大

D．r>r2时，两分子间的引力随r的增大而增大，斥力为零

答案　B

解析　分子间同时存在引力和斥力，r<r1时，斥力大于引力，合力表现为斥力，故A错误；r1<r<r2时，两分子间的作用力随r的增大而逐渐增大，在r轴下方表示分子力的合力表现为引力，故B正确；分子间同时存在引力和斥力，且均随着两分子间距离的减小而增大，r＝r2时，分子间的引力不是最大，故C错误；r>r2时，两分子间的引力随r的增大而减小，斥力不为零，故D错误．

9.如图2所示是分子间作用力和分子间距离的关系图，下面的说法正确的是(　　)

图2

A．曲线a是分子间引力和分子间距离的关系曲线

B．曲线b是分子间作用力的合力和分子间距离的关系曲线

C．曲线c是分子间斥力和分子间距离的关系曲线

D．当分子间距离r>r0时，从相距r0处开始，随分子间距离的增大，曲线b对应的力先减小后增大

答案　B

解析　在F－r图像中，随着分子间距离的增大，斥力比引力变化得快，所以a为斥力和分子间距离的关系曲线，c为引力和分子间距离的关系曲线，b为合力和分子间距离的关系曲线，故A、C错误，B正确；当分子间距离r>r0时，从相距r0处开始，随分子间距离的增大，曲线b对应的力先增大后减小，故D错误．

10．(多选)下列说法正确的是(　　)

A．往一杯水里放几粒盐，盐粒沉在水底，逐渐溶解，过一段时间，上面的水也咸了，这是盐分子做布朗运动的结果

B．把一块铅和一块金表面磨光后紧压在一起，在常温下放置五年多，结果金和铅互相渗入，这是两种金属分子做布朗运动的结果

C．扩散现象不但说明了分子在永不停息地做无规则运动，同时也说明了分子间有空隙

D．压缩气体比压缩固体和液体容易得多，这是因为气体分子间的距离远大于液体和固体分子间的距离

答案　CD

解析　盐分子在水中的运动是扩散现象而非布朗运动；铅块和金块的分子彼此进入对方的现象也是扩散现象而非布朗运动，A、B错误．扩散现象的本质是分子彼此进入对方，说明分子间存在空隙，而造成这种结果的原因是分子在永不停息地做无规则运动，C正确．气体由于分子间距离很大，分子间的作用力很小，基本可以忽略不计，所以容易压缩，而固体、液体分子间距离小，当受挤压时，分子间表现的斥力很大，所以不易被压缩，D正确．

11.小张在显微镜下观察水中悬浮的细微粉笔末的运动．他把小颗粒每隔一定时间的位置记录在坐标纸上，并把相邻时间的点连接起来，如图3所示，下列判断正确的是(　　)

图3

A．图中的折线就是粉笔末的运动轨迹

B．图中的折线就是水分子的运动轨迹

C．从整体上看粉笔末的运动是无规则的

D．图中折线表明水分子在短时间内的运动是规则的

答案　C

解析　题图中的折线是粉笔末在不同时刻的位置的连线，不是粉笔末的运动轨迹，也不是水分子的运动轨迹，故A、B错误；题图中的折线没有规则，说明粉笔末的运动是无规则的，水分子的运动是无规则的，故C正确，D错误．

12.(2020·黑龙江大庆一中高二月考)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关系图像如图4中曲线所示，F＞0为斥力，F＜0为引力，a、b、c、d为r轴上四个特定的位置，现把乙分子从a处由静止释放，则(　　)

图4

A．乙分子从a到b过程中，两分子间无分子斥力

B．乙分子从a到c过程中，两分子间的分子引力先减小后增大

C．乙分子从a到c一直加速

D．乙分子从a到b加速，从b到c减速

答案　C

解析　分子间的引力与斥力是同时存在的，从a到b过程中，引力大于斥力，整体表现为引力，A错误；分子间的引力随分子间距离的减小而增大，从a到c过程中分子间的引力逐渐增大，B错误；从a到c过程中分子间表现为引力，所以乙分子一直做加速运动，C正确，D错误．

13．(多选)质点甲固定在原点，质点乙可在x轴上运动，甲对乙的作用力F只与甲、乙之间的距离x有关，在2.2×10－10 m≤x≤5.0×10－10 m的范围内，F与x的关系如图5所示．若乙自P点由静止开始运动，且乙只受力F作用，规定力F沿＋x方向为正，下列说法正确的是(　　)

图5

A．乙运动到R点时，速度最大

B．乙运动到Q点时，速度最大

C．乙运动到Q点后，静止于该处

D．乙位于P点时，加速度最大

答案　BD

解析　由题图可知，质点乙从P由静止开始向右做加速运动，越过Q后做减速运动，因此经过Q点时速度最大，故A、C错误，B正确；由题图可知乙在P点受力最大，根据牛顿第二定律知在P点时的加速度最大，故D正确．