人教版物理高二选修3-3 7.2 分子的热运动 (课件＋素材)

分子的热运动 郭雪鹏 临泉一中 2 2 物体由大量分子组成。物体静止，组成物体的分子也都是静止的吗？分子在不停地运动，哪些事实能说明分子在运动？分子的运动有何特点？遵从什么规律？ 2 3 思考与讨论： 根据实验现象，你认为气体分子是在不停地运动？还是静止不动？ 二氧化氮气体向上运动是外力（例如重力等）驱动产生的吗？ 上方玻璃瓶中的气体向下运动吗？ 4 一、扩散现象 扩散：由于存在浓度差(容器各部分气体种类不同或同一种气体内各部分密度不同)，通过分子、原子的无规则运动产生的物质迁移现象。 气体扩散现象说明气体分子在不停地运动. 扩散不仅能在气体中发生，也存在于液体和固体中。 5 6 墨滴在热水中扩散 墨滴在冷水中扩散 固体分子的扩散： 例如长年堆放煤炭的墙壁，墙壁内部含有煤炭分子 ；将金片和铅片压在一起，金和铅会互相扩散。 扩散现象说明：一切物体（气体、液体、固体）的分子都在不停地运动。 温度越高，分子的运动越剧烈。 7 扩散现象的应用 渗碳技术 渗碳是增加钢件表面含碳成分，提高表面硬度的热处理方法。通常将低碳钢制件放在含有碳的渗碳剂中加热到高温并且保温一定时间，使碳原子扩散到刚件的表面，然后通过淬火及较低温度的回火使钢件表面得到极高的硬度和强度，而内部仍然保持低碳钢的较好的韧性。 半导体器件 在半导体器件生产中，使特定的杂质在高温下向半导体晶片表面内部扩散、渗透，从而改变晶片内杂质的浓度分布和表面层的导电类型。 8 思考与讨论： 1.建筑工人将沙子和石灰混合均匀。这是沙子和石灰微粒的扩散吗？ 2.春风吹来，花香袭人。这是气体分子的扩散现象吗？ 9 二、布朗运动 1827年 英国植物学家布朗（Robert Brown，1773-1858）观察到花粉中的微粒（直径约为10-6m，约为水分子的104倍）在液体中存在一种奇特的运动现象.1828年，布朗将自己的发现过程记录在一本小册子——《1827年6、7、8月观察植物花粉中所含微粒以及在有机和无机物体中对活动分子的普遍存在作显微镜观察的简介》 10 10 “当我检验浸在水中的这些微粒的构成时，我观察到许多微粒非常明显地在运动；这种运动不仅包含了液体中所处位置的变动（表现在它们相对位置的变动上），也经常有微粒自身的变形…….我在频繁地重复观察之后，满意地看到，它们并不是起因于液体的流动，也不是由于液体慢慢的蒸发，而是属于微粒本身” 11 藤黄粒子悬浮于水中，在显微镜下记录下粒子每30s时间间隔的的位置，用直线把它们连接起来 佩兰1908年的布朗运动实验 12 思考与讨论 1.如何说明布朗运动不是花粉微粒具有生命，生命体自身的运动？ 2.一些人认为布朗运动是由于水的蒸发造成的。你如何设计实验验证这些假设？ 3.另一种观点认为，布朗运动是由于外界因素，如震动，对流等引起的。根据布朗运动的特点，如何否定这种说法？ 各微粒运动情况不同，说明布朗运动不可能是外界因素引起的。 13 为排除布朗运动是生命体自身运动的假设，布朗选择一些无机物质，例如窗玻璃、各种岩石以及希腊女神塑像上的碎片。布朗发现，将这些物质碾成象花粉微粒那样、并能悬浮在液体中的细微粒，都能观察到微粒的无规则运动。 为证明微粒的运动不是由于蒸发造成的，布朗在含有微粒的水中加些杏仁油，摇晃后，混合物包含有杏仁油和水滴，水在很长时间内不会蒸发。一些混合物中含有单个微粒，仍然能观察到微粒的无规则运动。 14 1877年，德尔索(J.Delsaulx，1828-1891)正确地指出：布朗运动是由于微粒受到液体分子从四面八方撞击的不平衡所引起的。 1905年，爱因斯坦利用分子运动论对布朗运动进行了定量研究，发表《热的分子运动论所要求的静止液体中悬浮小粒子的运动》，给出了计算阿伏加德罗常数的公式。 1908年，法国物理学家佩兰(Jean Perrin,1870-1942)利用乳浊液实验证明爱因斯坦理论的正确性。佩兰获得1926年诺贝尔物理学奖. 15 16 模拟布朗运动 分子无规则运动假设： 液体或气体内部分子之间在作频繁的碰撞，每个分子运动方向和速率都在不断地改变。任何时刻，分子的运动速率有大有小，运动方向也各种各样。 17 用分子无规则运动解释布朗运动 液体分子做无规则的运动，与布朗粒子作频繁地碰撞。微粒足够小时，从各个方向冲击微粒的平均力互不平衡，微粒向冲击作用较弱的方向运动。由于各个方向冲击力的平均值方向和大小均是无规则的，因而微粒的运动方向及运动距离也是无规则的。 布朗运动不是分子的无规则运动(布朗粒子尺寸较大，无规则运动很弱.)，但能间接反映出液体(或气体)分子运动的无规则性。 18 布朗粒子越小，在某一瞬间与其相撞的液体分子越少，撞击作用的不平衡性越明显，布朗运动也就越显著；微粒越大，在某一瞬间跟它相撞