人教版 (2019)选择性必修 第三册1 分子动理论的基本内容教学设计

分子动理论的基本内容

【教学目标】

一、知识与技能

1．通过生活实例及其分析，知道什么是扩散现象，产生扩散现象的原因是什么。影响扩散快慢的因素有哪些，分别是什么关系。

2．通过实验，观察什么是布朗运动，通过分析、推理，理解布朗运动产生的原因。

3．通过对比，归纳扩散现象、布朗运动和分子的无规则运动之间的联系与区别。

4．知道分子力随分子间距离变化而变化的定性规律。

5．知道分子动理论的内容。

二、过程与方法

1．通过对概念及课本中关键词句、图片细节的观察、分析、理解，引导学生重视教材，学会研读教材，培养学生严谨的思维习惯。

2．通过布朗运动的实验、观察及成因的分析、推理，体会并归纳其中的科学研究方法。

3．在对所设情景及实验的观察、分析中和“情景+问题”的教学方式中培养学生善于观察、勤于思考、勇于探索的良好习惯。

三、情感、态度与价值观

1．物理源于生活，要善于观察、勤于思考、勇于探索。

2．通过科学家们对布朗运动成因的研究历程的介绍，培养相应科学精神。

【教学重难点】

1．理解扩散现象、布朗运动、热运动。

2．知道分子力随分子间距离变化而变化的定性规律。

【教学过程】

一、物体是由大量分子组成的

【演示】幻灯片：扫描隧道显微镜拍摄的石墨表面原子结构照片。

由于碳原子被放大了几亿倍后才被观察到，表明分子是很小的。

我们在初中已经学过，物体是由大量分子组成的。需要指出的是：在研究物质的化学性质时，我们认为组成物质的微粒是分子、原子或者离子。但是，在研究物体的热运动性质和规律时，不必区分它们在化学变化中所起的不同作用，而把组成物体的微粒统称为分子。

我们知道，1mol水中含有水分子的数量就达6.02×1023个。这足以表明，组成物体的分子是大量的。人们用肉眼无法直接看到分子，就是用高倍的光学显微镜也看不到。

直至1982年，人们研制了能放大几亿倍的扫描隧道显微镜，才观察到物质表面原子的排列。

二、分子热运动

1．扩散现象

【演示】将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，抽去中间玻璃板，过一段时间发现，上面瓶中气体变成了淡红棕色，下面气体的颜色变浅了，最后上下两瓶气体颜色一致。

（1）扩散：不同物质相互接触时彼此进入对方的现象叫做扩散。

（2）扩散现象随温度的升高而日趋明显。

【演示】分别向冷水和热水中滴入一滴红墨水，可观察到热水很快变成红色，而冷水变成红色稍慢。

（3）扩散现象在气体、液体、固体中都能发生。

（4）扩散现象直接说明了组成物体的分子总是不停地做无规则运动。

（5）扩散现象的应用：在真空、高温条件下在半导体材料中掺入一些其他元素来制造各种元件等。

2．布朗运动

【演示】把墨汁用水稀释后取出一滴，用显微放大投影仪观察液体中的小碳粒的运动，可观察到小碳粒的运动无规则，颗粒越小，这种无规则运动越明显，而且永不停止。

（1）布朗运动：悬浮在液体中的固体微粒永不停息的无规则运动叫做布朗运动。它首先是由英国植物学家布朗在1827年用显微镜观察悬浮在水中的花粉微粒时发现的。

（2）布朗运动产生的原因：大量液体分子永不停息地做无规则运动时，对悬浮在其中的微粒撞击作用的不平衡性是产生布朗运动的原因。

简言之：液体分子永不停息的无规则运动是产生布朗运动的原因。

（3）影响布朗运动激烈程度的因素：固体微粒的大小和液体的温度。

固体微粒越小，液体分子对它各部分碰撞的不均匀性越明显；质量越小，它的惯性越小，越容易改变运动状态，所以运动越激烈；

液体的温度越高，固体微粒周围的流体分子运动越不规则，对微粒碰撞的不均匀性越强，布朗运动越激烈。

（4）布朗运动本身不是分子的无规则运动，但它反映了液体分子永不停息地做无规则运动。

【注意】

（1）任何固体微粒悬浮在液体内，在任何温度下都会做布朗运动。

（2）悬浮在气体中的微粒也存在布朗运动，它是由大量气体分子撞击微粒的不平衡性所造成的，反映了气体分子永不停息地做无规则运动。

（3）布朗运动中固体微粒的运动极不规则。实验得出的每隔一定时间微粒所处位置的连线，不是固体微粒的运动轨迹。

3．热运动

（1）扩散现象和布朗运动都随温度的升高而越明显。表明分子的无规则运动跟温度有关。

（2）热运动：分子的无规则运动叫做热运动。温度越高，分子的热运动越激烈。

【例1】下列关于布朗运动的说法中正确的是（    ）

A．布朗运动是液体的分子的无规则运动

B．布朗运动是指悬浮在液体中的固体分子的无规则运动

C．布朗运动说明了液体分子与悬浮颗粒之间存在着相互作用力

D．观察布朗运动会看到，悬浮的颗粒越小，温度越高，布朗运动越剧烈

【解析】布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的运动，小颗粒由许多分子组成，所以布朗运动不是分子运动，也不是指悬浮颗粒内固体分子的运动，故A、B均错，布朗运动虽然是由液体分子与悬浮颗粒间相互作用引起的，但其重要意义是反映了液体分子的无规则运动，不是反映分子间的相互作用，故C错。观察布朗运动会看到固体颗粒越小，温度越高，布朗运动越明显。故D正确。正确答案是D。

【例2】在较暗的房间里，从射进来的阳光中，可看到悬浮在空气中的微粒在不停地的运动，这些微粒的运动是（    ）

A．布朗运动

B．不是布朗运动

C．自由落体运动

D．是由气流和重力引起的运动

【解析】这些肉眼可以看到的微粒是相当大的，某时刻它们所受到的各方向空气分子碰撞的合力几乎为零，这些微小的合力对相当大的微粒来说，是不能使它做布朗运动的，这时微粒的运动是气体对流和重力作用引起的，所以答案是BD。

【例3】如下图所示的是做布朗运动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30s记下小颗粒的位置，得到B、C、D、E、F、G等点，则小颗粒在第75s末时位置，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连线上，但不一定在CD连线中点

D．可能在CD连线以外的某点上

【解析】图中的各点的连线不是微粒的运动轨迹，它是为了表明微粒在做极短促的无定向运动过程中的移动的顺序而做的连线。

由以上分析，在第75s末，小颗粒可能在CD连线上，但不一定在CD中点，也可能在CD连线外的位置。因此选CD，正确答案CD。

【小结】扩散现象是分子无规则运动的结果。布朗运动是分子无规则运动的反映，扩散现象和布朗运动，不但说明分子永不停息地做无规则运动。同时也说明分子间是有空隙的。

三、分子间的作用力

（一）分子间存在相互作用力

【演示】

（1）压紧两表面洁净的铅块，使它们合在一起，下面的铅块不下落。

（2）压缩一固体（如一铅块）很不容易，物体内要产生反抗的弹力。

1．分子间存在相互作用的引力（如：压紧的铅块结合在一起，它们不易被拉开）

2．分子间存在相互作用的斥力（如：固体和液体很难被压缩）

【注意】

压缩气体也需要力，不说明分子间存在斥力作用，压缩气体时需要的力是用来反抗大量气体分子频繁撞击容器壁（活塞）时对容器壁（活塞）产生的压力。

3．分子间的引力和斥力同时存在，实际表现出来的分子力是分子引力和斥力的合力（分子力）。

（二）分子间相互作用力的特点

1．分子间的引力和斥力同时存在。

2．分子间的引力和斥力只与分子间距离（相对位置）有关，与分子的运动状态无关。

3．分子间的引力和斥力都随分子间的距离r的增大而减小，且斥力总比引力随r的增大衰减得快。

（三）分子力与距离的关系示意图（可用课件展示）

如下图所示，F＞0为斥力，F＜0为引力，横轴上方的虚线表示分子间斥力随r的变化图线，横轴下方的虚线表示分子间引力随r的变化图线，实线为分子间引力和斥力的合力F（分子力）随r的变化图线。

1．当r＝r0时，分子间引力和斥力相平衡，F引=F斥，分子处于平衡位置，其中r0为分子直径的数量级，约为10-10m。

2．当r＜r0时，F引<F斥，对外表现的分子力F为斥力。

3．当r＞r0时，F引>F斥，对外表现的分子力F为引力。

4．当r＞10r0时，分子间相互作用力变得十分微弱，可认为分子力F为零（如气体分子间可认为作用力为零）。

（四）引起分子间相互作用力的原因

分子间相互作用力是由原子内带正电的原子核和带负电的电子间相互作用而引起的。

【例4】分子间的相互作用力由引力F引和斥力F斥两部分组成，则（    ）

A．F引和F斥是同时存在的

B．F引总是大于F斥，其合力总是表现为引力

C．分子之间的距离越小，F引越小，F斥越大

D．分子之间的距离越小，F引越大，F斥越小

【解析】分子间的引力和斥力是同时存在的，它们的大小和合力都与分子间距离有关，当分子间距离减小时，引力和斥力都增大，且斥力的增大更快。r＜r0时，合力表现为斥力，r＞r0时，合力表现为引力。

根据上述分析，该题正确的答案为A。

【例5】当两个分子间距离为r0时，分子力为零，下列关于分子力说法中正确的是（    ）

A．当分子间的距离为r0时，分子力为零，也就是说分子间既无引力又无斥力

B．分子间距离小于r0时，分子力增大，分子间表现出是斥力

C．当分子间相互作用力表现为斥力时，分子距离变大时，斥力变大

D．在分子力作用范围内，不管r＞r0，还是r＜r0，斥力总比引力变化快

【解析】本题考查分子力随分子间距离变化规律

分子间同时存在引力和斥力，当r=r0时是引力和斥力相等，所以A错。分子间引力和斥力都随分子间距离减小而增大，但斥力比引力变化的快，当r＜r0时，引力和斥力都增大，但斥力增加比引力快，故B、D正确，C错。

对分子力认识，应掌握分子力随分子距离的增大而减小的关系。

【例6】有甲、乙两个分子，甲分子固定不动，乙分子由无穷远处逐渐向甲靠近，直到不再靠近为止，在这整个过程中（    ）

A．分子力总对乙做正功

B．乙总是克服分子力做功

C．先是分子力对乙做正功，然后乙克服分子力做功

D．乙先克服分子力做功，然后分子力对乙做正功

【解析】当分子间距r＞r0时，分子力表现为引力，因此当乙分子从无穷近逐渐向甲集近过程中，当甲、乙两分子间距大于r0时，分子间作用力对乙做正功；当分子间距小于r0时，分子力表现为斥力，分子力对乙做负功。所以本题正确答案是C。

【例7】试从分子动理论的观点，说明物体的三态（固态、液态、气态）为什么有不同的宏观特征？

【解析】固体分子间的距离非常小，分子间的作用力很大，其分子只能在平衡位置附近做小范围的无规则运动。因此，固体不但具有一定的体积，还具有一定的形状。

液体分子间的距离比较小，分子间的作用力也相当大，但与固体分子相比，液体分子可在平衡位置附近做范围较大的无规则运动，而且液体分子的平衡位置是不固定的，是在不断地移动，因而液体虽然具有一定的体积，却没有固定的形状。

气体分子间距离很大，由于分子力是短程力，所以，彼此间的作用力极为微小，其分子除了在与其他分子或器壁碰撞时有相互作用力外是不受其他作用力的。因而气体分子总是做匀速直线运动，直到碰撞时，才改变方向，所以，气体没有体积，也没有一定的形状，总是充满整个容器的。

【小结】分子间同时存在相互作用的引力和斥力，它们都随距离r增大而减小，当r＝r0（r0约为10-10m）时，分子力F＝0；r＞r0时分子力F为引力，r＜r0时分子力F为斥力。

四、分子动理论

总结本节课的所有内容，引出分子动理论：

1．物体是有大量分子组成。

2．分子在做永不停息的无规则热运动。

3．分子间存在着相互作用的引力和斥力。

从总体来看，大量分子的运动却有一定的规律，这种规律叫做统计规律。

【练习巩固】

1．下列现象中，能说明分子是不断运动着的是（    ）

A．将香水瓶打开后能闻到香味

B．汽车开过后，公路上尘土飞扬

C．洒在地上的水，过一段时间就干了

D．悬浮在水中的花粉做无规则运动

答案：ACD

2．关于布朗运动的下列说法中正确的是（    ）

A．布朗运动就是分子运动

B．布朗运动是组成固体微粒的分子无规则运动的反映

C．布朗运动是液体或气体分子无规则运动的反映

D．观察时间越长，布朗运动就越显著

E．阳光从缝隙射入教室，从阳光中看到的尘埃的运动就是布朗运动

答案：C

3．关于布朗运动，以下说法正确的是（    ）

A．布朗运动是指液体分子的无规则运动

B．布朗运动产生的原因是液体分子对小颗粒的吸引力不平衡引起的

C．布朗运动产生的原因是液体分子对小颗粒碰撞时产生冲力不平衡引起的

D．在悬浮微粒大小不变情况下，温度越高，液体分子无规则运动越激烈

答案：CD

4．在显微镜下观察布朗运动时，布朗运动的激烈程度（    ）

A．与悬浮颗粒大小有关，微粒越小，布朗运动越激烈

B．与悬浮颗粒的分子大小有关，分子越小，布朗运动越激烈

C．与温度有关，温度越高布朗运动越激烈

D．与观察的时间长短有关，观察时间越长布朗运动越趋于平缓

答案：AD

5．较大的颗粒不做布朗运动原因是（    ）

A．液体分子停止运动

B．液体温度太低

C．跟颗粒碰撞的分子数较多，各方向的撞击作用相互平衡

D．分子冲击力很难改变大颗粒的运动状态

答案：CD

6．关于布朗运动和扩散现象的说法正确的是（    ）

A．布朗运动和扩散现象都能在气体、液体、固体中发生

B．布朗运动和扩散现象都是分子的运动

C．布朗运动和扩散现象都是温度越高越明显

D．布朗运动和扩散现象都是永不停息的

答案：CD

7．在长期放着煤的墙角处，地面和墙角相当厚的一层染上黑色，这说明（    ）

A．分子是在不停的运动着

B．煤是由大量分子组成的

C．分子之间是有空隙的

D．物体之间有相互作用力

答案：AC

8．当两个分子间距离为r0时，正好处于平衡状态，下面关于分子间的引力和斥力的各种说法中，正确的应是（    ）

A．两分子间的距离r<r0时，它们之间只有斥力作用

B．两分子间的距离r<r0时，它们之间只有引力作用

C．两分子间的距离r<r0时，既有引力又有斥力作用，而且斥力大于引力

D．两分子间的距离等于2r0时，它们之间既有引力又有斥力作用，而且引力大于斥力

答案：CD

9．下列现象可以说明分子间存在引力的是（    ）

A．打湿了的两张纸很难分开

B．磁铁吸引附近的小铁钉

C．用斧子劈柴，要用很大的力才能把柴劈开

D．用电焊把两块铁焊在一起

答案：ACD

10．玻璃打碎后，不能把它们再拼在一起，其原因是（    ）

A．玻璃分子间的斥力比引力大

B．玻璃分子间不存在分子力的作用

C．一块玻璃内部分子间的引力大于斥力；而两块碎玻璃之间，分子引力和斥力大小相等合力为零

D．两块碎玻璃之间绝大多数玻璃分子间距离太大，分子引力和斥力都可忽略，总的分子作用力为零

答案：D

11．甲、乙两分子相距较远（分子力为零），固定甲、乙逐渐靠近甲，直到不能再靠近的过程中（    ）

A．分子力总是对乙做正功

B．乙总是克服分子力做功

C．先是乙克服分子力做功，后分子力对乙做正功

D．先是分子力对乙做正功，后乙克服分子力做功

答案：D