高中物理分子动理论的基本内容学案设计

这是一份高中物理分子动理论的基本内容学案设计，共13页。学案主要包含了物体是由大量分子组成的，分子热运动，分子间的作用力　分子动理论等内容，欢迎下载使用。

一、物体是由大量分子组成的
1．分子：组成物体的微粒。
2．表示方法：1 ml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表示，即NA＝__________ ml－1。
3．分子的大小：分子很小，用肉眼无法直接看到，用高倍的光学显微镜也看不到，可以用能放大几亿倍的扫描隧道显微镜观察到。
物理中研究物体的热运动性质和规律时，所说的分子是组成物质的原子、离子和分子的统称，不同于化学中讲的分子。
二、分子热运动
1．扩散
(1)定义：不同种物质能够彼此________对方的现象。
(2)产生原因：物质分子的________运动。
(3)应用：生产半导体器件时，需要在纯净半导体材料中掺入其他元素，在高温条件下通过分子的扩散来完成。
2．布朗运动
(1)定义：悬浮微粒的________运动。
(2)影响因素：温度______，布朗运动越明显；微粒______，布朗运动越明显。
(3)产生原因：大量液体分子对悬浮微粒撞击的________造成的，微粒越小，质量越小，其运动状态越容易被改变，布朗运动越________。
3．热运动
(1)定义：分子永不停息的________运动。
(2)衡量标准：温度是分子热运动__________的标志，温度越高，分子热运动越________。
三、分子间的作用力 分子动理论
1．分子间有空隙
(1)气体很容易被压缩，说明气体分子间存在着很大的________。
(2)水和酒精混合后总体积________，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________到对方的内部，说明固体分子之间存在着空隙。
2．分子间的作用力
(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________。
(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________。
(3)分子间的作用力F与分子间距离r的关系。
当rr0时，分子间的作用力F表现为______。
(4)分子间的作用力产生原因：由原子内部带正电的原子核和带负电的电子的相互作用引起的。
3．分子动理论
(1)基本内容：物体是由__________组成的，分子在做永不停息的________运动，分子之间存在着____________。
(2)分子动理论：在热学研究中，以分子动理论的基本内容为出发点，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建立的理论。
[微情境·大道理]
1．如图所示，是一片叶子在放大不同倍数的照片。
(1)放大700倍看到的是叶片分子吗？
(2)放大50 000 000倍看到的是叶片分子吗？
2.如图所示，在广口瓶中滴几滴溴，溴会蒸发为气体，请对以下有关说法作出判断：
(1)溴变为气体，与广口瓶中的空气发生扩散现象。( )
(2)当瓶内气体变为稳定的红色后，扩散现象也停止了。( )
(3)环境温度较高时，瓶内气体变为稳定红色用时较短。( )
3．如图所示，刚刚打扫完卫生的教室，在阳光下可以看到上下飞舞的灰尘在运动。请对以下有关说法作出判断：
(1)灰尘上下飞舞的运动是灰尘在做布朗运动。( )
(2)灰尘上下飞舞的运动是空气流动引起的。( )
(3)灰尘上下飞舞的运动是空气分子无规律运动引起的。( )
(4)灰尘能用肉眼直接看到，不是“布朗微粒”。( )
4.图中洁净的玻璃板接触水面，要使玻璃板离开水面，拉力F必须大于玻璃板的重力，这说明了什么？
强化点(一) 估算分子的大小
任务驱动
两千多年前，古希腊的著名思想家德谟克利特说：“万物都是由极小的微粒组成的。”科学技术发展到现在，这种猜想已被证实。如图是体积约为eq \f(1,20) mL的一滴水，其内部所含的水分子的数量高达1.67×1021个，若一位同学每秒钟能够数4个，该同学不间断的数，试估算需要多少年能够数完这滴水里面的分子？
[要点释解明]
1．阿伏加德罗常数NA(桥梁和纽带作用)
阿伏加德罗常数是宏观世界和微观世界之间的一座桥梁。它把摩尔质量Mml、摩尔体积Vml、物质的质量m、物质的体积V、物质的密度ρ等宏观量，跟单个分子的质量m0、单个分子的体积V0等微观量联系起来。
其中密度ρ＝eq \f(m,V)＝eq \f(Mml,Vml)，但要切记ρ＝eq \f(m0,V0)是没有物理意义的，NA＝eq \f(Vml,V0)只适用于固体和液体。
2．微观量与宏观量的关系
(1)分子质量：m0＝eq \f(Mml,NA)＝eq \f(ρVml,NA)。
(2)分子体积：V0＝eq \f(Vml,NA)＝eq \f(Mml,ρNA)(适用于固体和液体，对于气体，V0表示每个气体分子所占空间的体积)。
(3)物质所含的分子数：N＝nNA＝eq \f(m,Mml)NA＝eq \f(V,Vml)NA。
3．两种模型
(1)球体模型
固体和液体可看作由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(6Vml,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(Vml,NA))(V0为每个气体分子所占据空间的体积)。
[典例] 很多轿车中设有安全气囊以保障驾乘人员的安全，轿车在发生一定强度的碰撞时，利用三氮化钠(NaN3)爆炸产生气体(假设都是N2)充入气囊。若氮气充入后安全气囊的容积V＝56 L，囊中氮气密度ρ＝2.5 kg/m3，已知氮气摩尔质量M＝0.028 kg/ml，阿伏加德罗常数NA＝6×1023 ml－1，试估算：
(1)囊中氮气分子的总个数N；
(2)囊中氮气分子间的平均距离。(结果保留一位有效数字)
尝试解答：
eq \a\vs4\al(/方法技巧/)
微观量的求解方法
(1)阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁和纽带。
(2)建立合适的物理模型，通常把固体、液体分子模拟为球体或小立方体，气体分子所占据的空间则建立立方体模型。
[题点全练清]
1．由下列物理量可以算出氧气的摩尔质量的是( )
A．氧气分子的质量和阿伏加德罗常数
B．氧气分子的体积和氧气分子的质量
C．氧气的密度和阿伏加德罗常数
D．氧气分子的体积和氧气的密度
2．(2024·潍坊高二检测)(多选)阿伏加德罗常数是NA(单位为ml－1)，铜的摩尔质量为M(单位为kg/ml)，铜的密度为ρ(单位为kg/m3)，则下列说法正确的是( )
A．1 m3铜所含有的原子数目是eq \f(ρNA,M)
B．1个铜原子的质量是eq \f(M,NA)
C．1个铜原子占有的体积是eq \f(M,ρNA)
D．1 kg铜所含有的原子数目是ρNA
强化点(二) 扩散现象和布朗运动
任务驱动
如图所示，在冬天我国北方很多地方易出现雾霾天气，雾霾极大地影响了人们的视线，也给交通带来不便。其中雾是一种水汽凝结现象，霾是尘粒且微粒直径很小，所受重力可忽略。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？
[要点释解明]
1．扩散现象和布朗运动的比较
2．布朗运动与分子的热运动的比较
[典例] 我国已开展空气中PM2.5浓度的监测工作。PM2.5是指空气中直径等于或小于25 μm的悬浮颗粒物，其悬浮在空中做无规则运动，很难自然沉降到地面，吸入后会对人体形成危害。矿物燃料燃烧的排放物是形成PM2.5的主要原因。下列关于PM2.5的说法正确的是( )
A．PM2.5在空气中的运动属于分子热运动
B．PM2.5的质量越大，其无规则运动越剧烈
C．温度越低，PM2.5的无规则运动越剧烈
D．PM2.5的运动轨迹是由大量空气分子对PM2.5无规则碰撞的不平衡和气流运动决定的
听课记录：
eq \a\vs4\al(/易错警示/)
对布朗运动理解的三点提醒
(1)布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，不是液体或气体分子的无规则运动，也不是微粒内分子的无规则运动。
(2)微粒悬浮在液体、气体内，在任何温度下都会做布朗运动。
(3)微粒悬浮在气体中，在气流作用下做的无规则运动不是布朗运动。
[题点全练清]
1．通常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，那么造成这种差别的主要原因是( )
A．加热后分子变小了，很容易进入萝卜中
B．炒菜时萝卜翻动得快，盐和萝卜接触多
C．加热后萝卜分子间空隙变大，易扩散
D．炒菜时温度高，分子热运动剧烈
2．关于布朗运动，下列说法正确的是( )
A．布朗运动是固体分子的无规则运动
B．悬浮在液体中的微粒越小、液体温度越高，布朗运动越明显
C．悬浮微粒越大，在某一瞬间撞击它的分子数越多，布朗运动越明显
D．布朗运动的无规则性反映了微粒内部分子运动的无规则性
3．某同学用显微镜观察用水稀释的墨汁中小炭粒的运动情况，在两次实验中分别追踪小炭粒a、b的运动，每隔30 s把炭粒的位置记录下来，然后用线段把这些位置按时间顺序依次连接起来，得到如图所示的两颗炭粒运动的位置连线图，其中P、Q两点是炭粒a运动的位置连线上的两点，则下列说法中正确的是( )
A．若水温相同，则b炭粒较大
B．若两炭粒大小相同，则炭粒a所处的水中水温更低
C．两颗炭粒运动的位置连线图反映了炭分子的运动是无规则运动
D．炭粒a在P、Q两点间的运动一定是直线运动
强化点(三) 分子间的作用力与分子间距离变化的关系
[要点释解明]
1．分子间的作用力的特点
(1)分子间总是同时存在引力和斥力，实际表现出来的是它们的合力。
(2)分子间的作用力是短程力，分子间的距离超过分子直径的10倍，即1 nm的数量级时，可以认为分子间作用力为零，气体分子间的作用力可忽略不计。
2．分子间的作用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，分子间的作用力为0。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)分子间的作用力弹簧模型：分子间的相互作用力像弹簧连接着的两个小球间的相互作用力。小球代表分子，弹簧的弹力代表分子斥力和分子引力的合力，如表所示。
[典例] (2024·济南高二检测)(多选)如图所示是分子间的作用力和分子间距离的关系，下面的说法正确的是( )
A．当分子间距离r＝r0时，分子间的作用力最小
B．当分子间距离rr0时，分子间的作用力随分子间距离的增大而减小
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，曲线对应的分子间的作用力先减小后增大
听课记录：
[题点全练清]
1．分子甲和分子乙距离较远，设分子甲固定不动，分子乙逐渐向分子甲靠近，直到不能再靠近。在这一过程中( )
A．分子间的作用力总是对分子乙做正功
B．分子乙总是克服分子间的作用力做功
C．先是分子乙克服分子间的作用力做功，然后分子间的作用力对分子乙做正功
D．先是分子间的作用力对分子乙做正功，然后分子乙克服分子间的作用力做功
2．(多选)下列说法正确的是( )
A．水的体积很难被压缩，这是分子间存在斥力的宏观表现
B．气体总是很容易充满容器，这是分子间存在斥力的宏观表现
C．两个相同的半球壳吻合接触，中间抽成真空(马德堡半球)，用力很难拉开，这就是分子间存在引力的宏观表现
D．用力拉铁棒的两端，铁棒没有断，这就是分子间存在引力的宏观表现
第1节 分子动理论的基本内容
eq \a\vs4\al(课前预知教材)
一、×1023
二、1.(1)进入 (2)无规则 2.(1)无规则 (2)越高 越小
(3)不平衡 明显 3.(1)无规则 (2)剧烈程度 剧烈
三、1.(1)空隙 (2)变小 (3)扩散 2.(1)引力 (2)斥力
(3)斥力 0 平衡 引力 3.(1)大量分子 无规则
相互作用力
[微情境·大道理]
1．提示：(1)不是。(2)不是。
2．(1)√ (2)× (3)√
3．(1)× (2)√ (3)× (4)√
4．提示：说明了分子之间存在引力。
eq \a\vs4\al(课堂精析重难)
强化点(一)
[任务驱动] 提示：约1.32×1013年。
[典例] 解析：(1)设N2的物质的量为n，则n＝eq \f(ρV,M)
氮气的分子总数N＝eq \f(ρV,M)NA
代入数据得N＝3×1024个。
(2)每个分子所占的空间为V0＝eq \f(V,N)
设分子间平均距离为a，则有V0＝a3，
即a＝eq \r(3,V0)＝eq \r(3,\f(V,N))
代入数据得a≈3×10－9 m。
答案：(1)3×1024个 (2)3×10－9 m
[题点全练清]
1．选A 1 ml氧气分子的质量是摩尔质量，1 ml氧气含有6.02×1023(阿伏加德罗常数)个分子，已知氧气分子的质量和阿伏加德罗常数，可以求出氧气的摩尔质量，故A正确；其余三项所给物理量均不能求出氧气的摩尔质量，故B、C、D错误。
2．选ABC 1 m3铜含有的原子数为eq \f(NA,Vml)，根据ρ＝eq \f(M,Vml)，得eq \f(NA,Vml)＝eq \f(ρNA,M)，A正确；1个铜原子的质量为m＝eq \f(M,NA)，B正确；1个铜原子占有的体积为eq \f(Vml,NA)，因为ρ＝eq \f(M,Vml)，所以eq \f(Vml,NA)＝eq \f(M,ρNA)，C正确；1 kg铜所含有的原子数目为eq \f(NA,M)≠ρNA，D错误。
强化点(二)
[任务驱动] 提示：布朗运动。颗粒越小，布朗运动越明显。
[典例] 选D PM2.5在空气中是悬浮颗粒物，其运动是分子团的运动，不是分子的热运动，故A错误；PM2.5的质量越小，其无规则运动越剧烈，故B错误；PM2.5是指空气中直径等于或小于2.5 μm的悬浮颗粒物，其悬浮在空中做无规则运动，温度越高，PM2.5的无规则运动越剧烈，故C错误；PM2.5受大量空气分子无规则碰撞，并且受到风力作用，而形成不规则的运动轨迹，故D正确。
[题点全练清]
1．选D 在扩散现象中，温度越高，扩散得越快。在腌萝卜时，是盐分子在常温下的扩散现象；炒菜时，是盐分子在高温下的扩散现象，因此，炒菜时萝卜咸得快，腌菜时萝卜咸得慢，故A、B、C错误，D正确。
2．选B 布朗运动是由于液体分子对悬浮微粒频繁、不均匀的撞击引起的无规则运动，并且液体温度越高、悬浮微粒越小，布朗运动越明显；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，故B正确，A、C、D错误。
3．选A 温度相同时，炭粒越大，受到液体分子撞击的力越容易平衡，布朗运动越不显著，故此题中b炭粒较大，A正确；对相同大小的微粒，温度越高，布朗运动越剧烈，炭粒a运动更剧烈，故炭粒a处的水温更高，B错误；每颗炭粒的运动都是无规则的，说明液体分子做无规则运动，C错误；题图为炭粒每隔30 s记录的位置，而不是运动轨迹，其连线仅代表位置变化，而其运动并非直线运动，D错误。
强化点(三)
[典例] 选AB 题图中曲线表示分子间的作用力随分子间距离变化的关系曲线，在Fr图像中，rr0时，分子间的作用力表现为引力，从相距r0处开始，随分子间距离的增大，曲线对应的作用力先增大后减小，故C、D错误。
[题点全练清]
1．选D 由于开始时分子间距离大于r0，分子间的作用力表现为引力，因此分子乙从远处移到距分子甲r0处的过程中，分子间的作用力做正功；由于分子间距离小于r0时分子间的作用力表现为斥力，因此分子乙从距分子甲r0处继续向分子甲靠近时要克服分子间的作用力做功，故D正确。
2．选AD 当水被压缩时，水分子间的距离要减小，此时分子间存在斥力，故水的体积很难被压缩，故A正确；气体能充满整个容器，是因为气体分子间距离较大，分子间的作用力很小，故分子可以自由移动，不能说明分子间存在斥力，故B错误；马德堡半球实验是因为两球间为真空，而外界受大气压强的作用，要想把半球拉开应克服大气压强产生的压力，不是分子间引力的宏观表现，故C错误；用力拉铁棒时分子间距离增大，分子间作用力表现为引力，故铁棒很难被拉断，故D正确。
课标要求
学习目标
1.了解分子动理论的基本观点及相关的实验证据。
2.通过实验，了解扩散现象，观察并能解释布朗运动。
1.了解分子动理论的基本观点，能解释布朗运动和扩散现象。建立分子间相互作用的观念。
2.通过分子模型的建构，体会物理模型在科学研究中的意义。体会阿伏加德罗常数在联系宏观量与微观量中的应用。体会用F­r图像描述物理规律的意义。
物理现象
异同点
扩散现象
布朗运动
不
同
点
产生原因
物质分子永不停息地做无规则运动
直接原因：大量液体(或气体)分子对悬浮微粒的撞击而导致的不平衡性。
根本原因：液体(或气体)分子的无规则运动
影响因素
(1)温度：温度越高扩散越快；
(2)浓度差：从浓度大处向浓度小处扩散；
(3)还与物质的状态、物质的密度差有关
(1)温度：温度越高，布朗运动越显著；
(2)悬浮微粒的大小：微粒越小，布朗运动越明显
现象本质
是分子永不停息的无规则运动
是悬浮微粒的运动，是液体或气体分子无规则运动的宏观反映
相同点
(1)产生的根本原因相同，是分子永不停息地做无规则运动；
(2)它们都随温度的升高表现得越明显
比较项目
布朗运动
分子的热运动
不同点
研究对象
悬浮于液体(或气体)中的微粒
分子
观察难易程度
可以在显微镜下看到，
肉眼看不到
一般显微镜
下看不到
相同点
①无规则；②永不停息；③温度越高运动越激烈
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
分子间的作用力F
随分子间
距离r的变
化关系图像
分子间距离
分子间的作用力
分子间的作用力
弹簧模型
r=r0
0
象征分子间的作用力为0
rr0
表现为引力，且分子间的作用力随分子间距离的增大，先增大后减小
象征分子间的作用力为引力