第3节 分子的热运动（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（教科版2019）

第3节　分子的热运动 核心素养导学 物理观念 (1)知道扩散现象及影响扩散快慢的因素，知道其在实际中的应用。 (2)知道布朗运动及其产生原因。 (3)知道决定热运动激烈程度的因素，理解分子动能和分子平均动能。 科学思维 通过对布朗运动的成因分析，体会并归纳其中科学的研究方法。 科学探究 通过实验了解布朗运动，观察并能解释布朗运动的成因及特点。 科学态度与责任 通过科学家们对布朗运动成因的研究历程介绍，培养相应的科学精神。 一、扩散现象 1．定义：不同物体相互接触时彼此______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。 进入 无规则 二、布朗运动　布朗运动的解释 1．布朗运动：悬浮微粒的________运动。 2．影响因素：温度______，运动越明显，微粒______，运动越明显。 3．布朗运动的解释：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，其运动状态越容易改变，布朗运动越_______。 无规则 越高 越小 不平衡 明显 三、热运动和分子动能 1．热运动：分子的________运动，温度越高就________。 2．分子动能 (1)做热运动的分子具有______。 (2)分子热运动的平均动能：大量分子动能的________。 (3)温度越高，物体分子热运动的平均动能就______，所以_____是分子热运动平均动能的标志。 无规则 越剧烈 动能 平均值 越大 温度 1.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。 ( ) √ × √ 2.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”。 ( ) × √ × √ 新知学习(一)|对扩散现象的认识 [任务驱动] 把一碗小米倒入一袋玉米中，小米进入玉米的间隙中，这一现象是否属于扩散现象？ 提示：扩散现象是指由于分子的无规则运动，不同物质的分子彼此进入对方的现象。题述现象中不是分子运动的结果，而是两种物质的混合，所以不属于扩散现象。　　　　   [重点释解] 1．影响扩散现象的三个因素 (1)双方的物态：扩散现象发生时，气态物质的扩散现象最快最显著，液态次之，固态物质的扩散现象最慢，短时间内现象不明显。 (2)双方的温度：在两种物质一定的前提下，扩散现象发生的明显程度与物质的温度有关，温度越高，扩散现象越显著。 (3)双方的浓度差：扩散现象发生的明显程度还受到“已进入对方”的分子浓度的限制，当“已进入对方”的分子浓度低时，扩散现象较为显著。 2．扩散现象的原因分析 扩散现象不是由外界作用引起的，而是分子无规则运动的直接结果，是分子无规则运动的宏观反映。 3．对分子运动的两个特点的理解 (1)“永不停息”即分子不分白天和黑夜，不分季节，永远在运动。 (2)“无规则”是指单个分子运动无规则，但大量分子运动又具有规律性，如总体上分子由浓度大的地方向浓度小的地方运动。 [典例体验] [典例]　(多选)日常生活中为了杀菌消毒，人们使用含75%酒精的免洗洗手液洗手，则下列说法正确的是(　 ) A．使用免洗洗手液洗手后，会闻到淡淡的酒味，这是酒精分子做布朗运动的结果 B．使用免洗洗手液洗手后，会闻到淡淡的酒味，与分子运动无关 C．使用免洗洗手液洗手后，会闻到淡淡的酒味，温度越高，酒味传开得越快 D．使用免洗洗手液洗手后，手部很快就干爽了，这是扩散现象 [解析]　使用免洗洗手液洗手后，会闻到淡淡的酒味，这是酒精分子扩散的结果，扩散现象的本质是分子的无规则运动，温度越高，分子的无规则运动越剧烈，扩散越快，则酒味传开得越快，故A、B错误，C正确；使用免洗洗手液洗手后，手部很快就干爽了，这是酒精扩散到空气中的结果，属于扩散现象，故D正确。 [答案]　CD [针对训练] 1．通常把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。造成这种差别的主要原因是 (　 ) A．盐分子很小，很容易进入萝卜中 B．盐分子间有相互作用的斥力 C．萝卜分子间有空隙，易扩散 D．炒菜时温度高，分子热运动剧烈 解析：分子无规则热运动的剧烈程度与温度有关，温度越高，热运动越剧烈，扩散进行得越快，故选D。 答案：D　 2．对下列相关物理现象的解释错误的是 (　 ) A．高压下油会透过钢壁渗出，说明分子是不停运动着的 B．水和酒精混合后总体积减小，说明分子间有空隙 C．存放过煤的混凝土地面下一定深度内都有黑色颗粒，说明煤分子在做无规则的热运动 D．在一杯热水中放几粒盐，整杯水很快会变咸，这是盐分子在高温下无规则运动加剧的结果 解析：高压作用下油会透过钢壁渗出，说明分子间有空隙，油分子可以从铁原子间的空隙穿过，故A错误；水和酒精混合后总体积减小，说明分子间有空隙，故B正确；存放过煤的混凝土地面下一定深度内都有黑色颗粒，此现象属于扩散现象，说明煤分子在做无规则的热运动，故C正确；在一杯热水中放几粒盐，整杯水很快会变咸，这是盐分子在高温下无规则运动加剧的结果，故D正确。 答案：A　 新知学习(二)|对布朗运动的理解 [任务驱动] 在显微镜下追踪一颗在水中做布朗运动的花粉，每隔30 s把花粉的位置记录下来，得到某个观测记录如图，画出的轨迹是花粉的运动轨迹吗？ 提示：不是花粉的运动轨迹。　　　 [重点释解] 1．布朗运动的性质 (1)微粒的大小：能做布朗运动的微粒是由许多分子组成的颗粒(注意不是分子)。其大小用人眼直接观察不到，但在光学显微镜下可以看到(其大小的数量级为10－6 m)。 (2)产生原因：液体分子不停地做无规则运动，不断地撞击微粒。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的不平衡性便表现出来了。在某一瞬间，微粒在某个方向受到的撞击作用较强；在下一瞬间，微粒受到另一方向的撞击作用较强，这样，就引起了微粒的无规则运动。 (3)实质及意义：布朗运动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。 2．影响布朗运动的因素 (1)固体微粒的大小 ①悬浮在液体中的微粒越小，在某一瞬间跟它相撞的液体分子数越少，撞击作用的不平衡性就表现得越明显，因而布朗运动越明显。 ②如果悬浮在液体中的微粒很大，在某一瞬间跟它相撞的分子数很多，各个方向的撞击作用接近平衡，这时就很难观察到布朗运动了。 (2)液体温度的高低 相同的微粒悬浮在同种液体中，液体温度越高，分子运动的平均速率越大，对悬浮微粒的撞击作用也越大，微粒受到来自各个方向的撞击作用的不平衡性越明显，所以温度越高，布朗运动就越显著。 3．布朗运动与扩散现象的比较 比较项目 扩散现象 布朗运动 不同点 ①扩散现象是两种不同的物质相互接触时彼此进入对方的现象。 ②扩散快慢除和温度有关外，还受到“已进入对方”的分子浓度的限制，当进入对方的分子浓度较低时，扩散现象较为显著，当进入对方的分子浓度较高时，扩散现象不明显，但扩散不会停止 ①布朗运动是悬浮在液体或气体中的微粒所做的无规则运动，而不是液体或气体分子的运动。 ②布朗运动的激烈程度与液体(或气体)分子撞击的不平衡性有关，微粒越小，温度越高，布朗运动越明显。 ③布朗运动永不停息 相同点 ①产生的根本原因相同，都是分子永不停息地做无规则运动的反映。 ②它们都随温度的升高而表现得更激烈 4．布朗运动与分子的热运动的比较 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 [典例体验] [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 [解析]　PM2.5在空气中的运动是固体颗粒、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。 [答案]　D /易错警示/ 对布朗运动理解的三点提醒 (1)布朗运动是固体微粒的无规则运动，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。 [针对训练] 1．气溶胶是指悬浮在气体介质中的固态或液态颗粒所组成的气态分散系统。这些固态或液态颗粒的大小一般在10－3～103 μm之间。布朗运动微粒大小通常在10－6 m数量级。下列说法正确的是 (　 ) A．布朗运动是气体介质分子的无规则的运动 B．在布朗运动中，固态或液态颗粒越大，布朗运动越剧烈 C．在布朗运动中，颗粒无规则运动的轨迹就是分子的无规则运动的轨迹 D．当固态或液态颗粒很小时，能很长时间都悬浮在气体中，是受到气体分子无规则运动撞击而导致的 解析：本题中布朗运动是固态或液态颗粒的无规则运动，是气体介质分子无规则运动撞击的结果，所以它反映的是气体介质分子的无规则运动；颗粒越小，气体介质分子对颗粒的撞击作用越不容易平衡，布朗运动越剧烈，选项A、B错误。在布朗运动中，颗粒本身并不是分子，而是分子集团，所以颗粒无规则运动的轨迹不是分子无规则运动的轨迹，选项C错误。当固态或液态颗粒很小时，能很长时间都悬浮在气体中，颗粒的运动属于布朗运动；固态或液态颗粒能长时间悬浮是受到气体分子无规则运动撞击而导致的，选项D正确。 答案：D　 2．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颗粒较大 B．若两炭粒颗粒大小相同，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碳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 解析：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颗粒较大，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；每颗炭粒的运动是不同的，说明液体分子做无规则运动，C错误；该图为炭粒每隔30 s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，D错误。 答案：A　 新知学习(三)|分子动能与分子的平均动能 [重点释解] 1．单个分子的动能 (1)物体由大量分子组成，由于分子的热运动，每个分子都具有动能且不为零。 (2)分子在永不停息地做无规则热运动，每个分子动能大小不同并且时刻在变化。 (3)热现象是大量分子无规则运动的统计结果，个别分子动能没有实际意义。 2．分子的平均动能 (1)温度是大量分子无规则热运动的宏观表现，具有统计意义。温度升高，分子平均动能增大，但不是每一个分子的动能都增大。个别分子动能可能增大也可能减小，个别分子甚至几万个分子热运动的动能大小与温度是没有关系的。但总体上所有分子的动能之和一定是增加的。 (2)气体的分子平均动能大小只由温度决定，与物质种类、质量、压强、体积无关，即只要温度相同，任何分子的平均动能都相同。但是温度不是直接等于分子的平均动能。由于不同物质的分子质量不尽相同，所以同一温度下，不同物质的分子运动的平均速率大小一般不相同。 [典例体验] [典例]　(多选)有关分子的热运动与温度的关系，下列说法正确的是(　 ) A．一定质量的气体，温度不变，分子的平均动能不变 B．物体的温度越高，分子热运动越剧烈 C．温度降低时，每个分子的动能都减小 D．物体的运动速度越大，则物体的温度越高 [解析]　温度是分子平均动能的标志，温度不变，分子的平均动能不变，温度反映大量分子无规则热运动的剧烈程度，温度越高，分子热运动越剧烈，A、B正确；温度降低，大量分子的平均动能减小，并不是每个分子动能都减小，物体的速度越大，机械能(动能)越大，物体的机械运动与物体内分子的热运动无关，温度不一定越高，C、D错误。 [答案]　AB /方法技巧/ 温度与分子的平均动能关系的解题技巧 (1)温度是分子平均动能的标志。不同的物质，只要温度相同，分子的平均动能就相同。 (2)温度升高，分子的平均动能增大，速率大的分子数增多，速率小的分子数减少，分子的平均速率增大。 (3)温度只与分子热运动有关，与物体的宏观机械运动无关。 [针对训练] 1．下列关于分子动能的说法中正确的是 (　 ) A．物体温度升高，每个分子的动能都增大 B．物体温度升高，分子的总动能不变 C．物体温度升高，分子的平均动能增大 D．分子的平均动能等于物体内所有分子的动能之和 解析：物体的温度升高，分子的平均动能一定增大，但不是每个分子的动能都增大，故A错误，C正确；物体的温度升高，分子的平均动能一定增大，则分子的总动能增大，故B错误；分子的平均动能等于物体内所有分子的动能之和与分子总数的比值，故D错误。 答案：C　 2．一定质量的气体，在温度不变的条件下，体积增大。则 (　 ) A．气体分子的平均动能增大 B．气体分子的平均动能减小 C．气体分子的平均动能不变 D．条件不够，无法判定气体分子平均动能的变化 解析：温度是气体分子平均动能的标志，无论气体如何变化，只要温度不变，则气体分子的平均动能不变，故选C。 答案：C　 一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养 物理观念——对布朗运动的理解 1．(选自人教版教材课后练习)以下关于布朗运动的说法是否正确？说明理由。 (1)布朗运动就是分子的无规则运动。 (2)布朗运动证明，组成固体小颗粒的分子在做无规则运动。 (3)向一锅水中撒一点胡椒粉，加热时发现水中的胡椒粉在翻滚。这说明温度越高布朗运动越剧烈。 (4)在显微镜下可以观察到煤油中小粒灰尘的布朗运动，这说明煤油分子在做无规则运动。 提示：(1)错误，布朗运动是悬浮在液体(或气体)中的固体小颗粒的无规则运动，并不是分子的无规则运动。 (2)错误，布朗运动证明了液体(或气体)分子在做无规则运动。 (3)错误，胡椒粉的运动不是布朗运动，布朗运动是液体分子的撞击形成的，不是对流形成的。 (4)正确，布朗运动能够说明液体分子在做无规则运动。 科学思维——布朗运动实例分析 2．(选自鲁科版教材课后练习)(多选)碳素墨水滴入水中，逐渐混合均匀。下列关于该现象的分析，正确的是 (　 ) A．混合均匀主要是由于微粒受重力作用 B．混合均匀的过程中，水分子和微粒都做无规则运动 C．使用微粒更小的墨水，混合均匀的过程进行得更迅速 D．墨水的运动是由微粒和水分子发生化学反应引起的 解析：该现象是布朗运动，与重力、化学反应无关，故A、D错误；布朗运动过程中，水分子和微粒都做无规则运动，B正确；微粒越小，布朗运动越显著，C正确。 答案：BC　 二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值 1．(2024·自贡高二检测)(多选)把墨汁用水稀释后取出一滴，放在显微镜下观察，如图所示，下列说法中正确的是(　 ) A．在显微镜下既能看到水分子也能看到悬浮的小炭粒，且水分子不停地撞击炭粒 B．小炭粒在不停地做无规则运动，这就是所说的布朗运动 C．越小的炭粒，运动越明显 D．在显微镜下看起来连成一片的液体，实际上就是由许许多多静止不动的水分子组成的 解析：水分子在光学显微镜下是观察不到的，故A错误；悬浮在液体中的小炭粒在不停地做无规则运动，这就是布朗运动，炭粒越小，运动越明显，故B、C正确；水分子不是静止不动的，故D错误。 答案：BC　 2．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，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。粒子直径小于10 μm的气溶胶称为飘尘，关于封闭环境中的飘尘粒子，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 解析：封闭环境中的飘尘粒子的运动属于布朗运动，在空气中做无规则运动，不会缓慢下沉到地面，也不会缓慢上升到空中，故A、B错误，C正确；做布朗运动的飘尘粒子做无规则运动，受力不平衡，故D错误。 答案：C　 $$