1.1分子动理论的基本内容 教学设计-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

1.1 分子动理论的基本内容（2课时） 【教学目标】 1.知道物体是由大量分子组成的 2.通过实验了解扩散现象，观察并能解释布朗运动。知道扩散现象在实际中的应用。 3.知道决定热运动激烈程度的因素。 4.知道分子间存在空隙、分子间的作用力的变化规律，了解分子间的作用力是电磁力。 5.知道分子动理论的基本内容。 【教学重难点】 教学重点：分子热运动及影响因素、分子间作用力变化规律、分子动理论基本内容。 教学难点：布朗运动的成因。 【教学过程】 教学 环节 教师活动 学生活动 设计 意图 新课导入 置身花海，你有没有想过，为什么能够闻到这沁人心脾的香味呢? 古希腊学者德谟克利特早就对此作出了解释，他认为这是由于花的原子飘到了人们鼻子里。 热学就是研究物质热运动规律及其应用的一门学科，是物理学的一个重要组成部分。 问题：这些“花的原子”究竟是怎么运动的?物质究竟是由什么组成的呢？ 花的气味分子飘到人的鼻子里 （研究了很多运动） 阿伏伽德罗常数 情境一：以人体为例，视频观看 如图，如果我们把地球的大小与一个苹果的大小相比，那就相当于将直径为1cm 的球与分子相比.可见，分子是极其微小的.那么，构成物体的微小分子到底小到什么程度？我们该如何观察与计量呢？ 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。 1.物体是由大量分子组成的. 提出问题：这里所说的分子与化学中所说的分子有何不同? 化学中的分子：研究化学性质；物质组成微粒，分子、原子、或者离子。 2.分子的概念：在研究物体的热运动性质和规律时，把组成物体的分子、原子或者离子统称为分子. 我国科学家用扫描隧道显微镜（放大几亿倍）拍摄的石墨表面原子的排布图，图中的每个亮斑都是一个碳原子。 扫描隧道显微镜亦称为"扫描穿隧式显微镜"、"隧道扫描显微镜"，是一种利用量子理论中的隧道效应探测物质表面结构的仪器。它于1982年由格尔德·宾宁及海因里希·罗雷尔在IBM位于瑞士苏黎世的苏黎世实验室发明，两位发明者因此与恩斯特·鲁斯卡分享了1986年诺贝尔物理学奖。 我国科学家在1993年首次利用超真空扫描隧道显微镜技术，在一块晶体硅的表面直接移动硅原子写下了“中国” 两字。 展示几个分子模型 3.分子的大小：除了一些有机物质的大分子外，多数分子直径的数量级为10－10m. 请回忆：高中化学的哪一个量是联系宏观与微观世界的桥梁？是怎样定义该量的？ 4.阿伏加德罗常数 （1）定义：1 mol的任何物质都含有相同的粒子数. （2）数值：NA＝6.02×1023mol-1 （3）意义：是微观世界的一个重要常数，是联系微观物理量和宏观物理量的桥梁． 标况下气体摩尔体积VA=22.4L/mol 1mL=1cm3 1L=1dm3 思考与讨论 若某种物质的摩尔质量为M，质量为m，摩尔体积为Vmol，体积为V，密度为ρ，假设分子紧密排列，请总结微观量与宏观量的关系(已知阿伏加德罗常数为NA)。 (1)分子质量：。 (2)分子体积：。 (3)物质所含的分子数：。 (4)。 课堂巩固： 1.(多选)阿伏加德罗常数是NA（单位为mol－1），铜的摩尔质量为M（单位为kg/mol），铜的密度为ρ（单位为kg/m3），则下列说法正确的是ABC A.1 m3铜所含的原子数目是 B.1个铜原子的质量是 C.1个铜原子占有的体积是 D.1 kg铜所含有的原子数目是ρNA 两种分子模型 1．球模型 固体和液体可看作一个一个紧挨着的球形分子排列而成的，忽略分子间空隙，如图甲所示。 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，如图所示。 不论把分子看成球体还是看成立方体,都只是一种简化的模型，是一种近似的处理方法。由于建立的模型不同，得出的结果稍有不同，但分子直径的数量级都是10-10m。 思考与讨论： 关系式Vmol＝NAV0(V0为一个分子的体积，Vmol为摩尔体积)，对于任何物质都成立吗？ 答案　关系式Vmol＝NAV0仅适用于固体和液体，不适用于气体。对于固体和液体，可认为分子紧密排列，分子间没有空隙，如图甲，则Vmol＝NAV0。对于气体来说，分子间的距离远大于分子的直径。V0应为每个气体分子占有的空间体积，而不是每个气体分子的实际体积，如图乙。 课堂巩固： 2.(课本第6页第2题改编)已知氧气分子的质量m0＝5.3×10-26 kg，标准状况下氧气的密度ρ＝1.43 kg/m3，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023 mol-1，求：(计算结果均保留两位有效数字) (1)氧气的摩尔质量；3.2×10-2kg/mol (2)标准状况下氧气分子间的平均距离；3.3×10-9m (3)标准状况下1 cm3的氧气中含有的氧气分子数。2.7×1019个 分子热运动 《卜算子·咏梅》【宋】陆游 驿外断桥边，寂寞开无主。已是黄昏独自愁，更著风和雨。 无意苦争春，一任群芳妒。零落成泥碾作尘，只有香如故。 知道了物体是由大量分子组成的，阿伏伽德罗常数量是联系宏观与微观世界的桥梁。那么构成物体的分子是处于运动状态还是静止状态呢？ 扩散 气体： 观察：把一个装有无色空气的广口瓶倒扣在装有棕色二氧化氮气体的广口瓶上，中间用玻璃板隔开，抽去玻璃板，看到了什么现象？说明了什么？ 现象：两种气体最后混合在一起，颜色变得均匀一致 说明：气体分子做无规则运动 分子之间有间隙 液体： 观察：在烧杯中装入半杯清水，注入蓝色硫酸铜溶液，使它留在杯底，观察两种液体的分界面，看到了什么现象？说明了什么？ 现象：分界面逐步上移，并且变得模糊不清。 说明：液体分子做无规则运动 分子之间有间隙 固体： 铅块、金块放在一起时间长，看到了什么现象？说明了什么？ 固体分子做无规则运动 分子之间有间隙 不同种物质能够彼此进入对方的现象—扩散。 温度： 观察冷水、热水中液体的扩散，看到了什么现象？说明了什么？ 扩散现象发生的显著程度与物质的温度有关，温度越高，扩散现象越显著，这表明温度越高，分子运动得越剧烈。 1.定义：不同种物质能够彼此进入对方的现象。 2.产生原因：扩散现象并不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果，而是由物质分子的无规则运动产生的。扩散现象在气体、液体和固体中都能发生。 3.意义:（1）说明了物质分子在永不停息地做无规则运动。 （2）说明了物质分子之间存在间隙 4.扩散现象发生的显著程度与物质的温度有关，温度越高，扩散现象越显著，这表明温度越高，分子运动得越剧烈。 5.应用：生产半导体器件时，在高温条件下通过分子的扩散，在纯净半导体材料中掺入其他元素；腌制咸菜；渗碳钢—耐磨、耐腐蚀。 思考与讨论： 1.将一碗小米倒入一碗大米中，发现小米进入了大米的间隙之中，这属于扩散现象吗？ 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。但上述现象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。 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。整盆水变为均匀的红色时，扩散现象停止了吗？温度低时扩散现象会停止吗？ 没有，扩散现象永不停止。不会。 布朗运动 用显微镜观察水中的花粉，追踪几粒花粉，每隔30 s记下它们的位置，用折线分别依次连接这些点，如图所示。 (1)从图中可看出花粉微粒运动的特点是什么？ (2)花粉微粒为什么会做这样的运动？ (3)这种运动反映了什么？ (4)我们把悬浮微粒的这种无规则运动称为布朗运动，影响布朗运动剧烈程度的因素有哪些？ （1）花粉微粒的运动是无规则的. （2）花粉微粒受到液体分子不平衡的撞击作用，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，这样就引起了花粉微粒的无规则运动。 （3）间接地反映了液体分子运动的无规则性。 （4）①固体微粒的大小：固体微粒越小，布朗运动越剧烈。 ②温度：温度越高，布朗运动越剧烈。 思考与讨论： 1.为什么微粒越小，它的无规则运动越明显？ 2.为什么温度越高，布朗运动越明显？ 温度越高，液体分子运动越激烈，对布朗微粒撞击频率和强度越高，因此，布朗运动越明显。 布朗运动： 1.定义：悬浮在液体（或气体）中的微小颗粒永不停息地无规则运动。 2.特点：①布朗运动永不停息。②微粒越小，布朗运动越明显。③在任何温度下都会发生，温度越高，布朗运动越明显。 3.原因：大量液体(或气体)分子对悬浮微粒撞击作用的不平衡性造成的。 4.意义：间接地反映了液体(或气体)分子运动的无规则性。 思考与讨论： 从较暗的房间里观察到入射阳光的细光束中有悬浮在空气里的尘埃微粒在左右上下游动，尘埃微粒的运动是布朗运动吗？为什么？ 答案：布朗微粒是很小的，需要在显微镜下观看，尘埃微粒在阳光下肉眼就可见了，所以不是布朗运动。阳光中的尘埃微粒的运动是由于受到空气气流的冲击裹挟而形成的。 分子热运动： 1.定义：分子永不停息的无规则运动。 2.宏观表现：布朗运动和扩散现象。 3.特点：①永不停息； ②运动无规则； ③温度越高，分子的热运动越剧烈。 布朗运动与扩散现象的区别与联系 布朗运动 扩散现象 区别 研究对象不同 固体小微粒的运动；可以在显微镜下看到，肉眼看不到 物质分子的运动；在显微镜下看不到 产生原因不同 液体(或气体)分子对微粒撞击的不平衡性产生的 分子的无规则运动产生 发生条件不同 在液体或气体中发生 固体、液体和气体中都能发生 影响因素不同 温度和微粒大小 温度、物态及两种物质的浓度差 联系 (1)都是温度越高，现象越明显 (2)都能反映分子不停地做无规则运动 扩散现象是分子运动的直接证明；布朗运动间接证明了液体分子的无规则运动。 课堂巩固： 1.下列说法正确的是C A.只有气体和液体才能发生扩散现象 B.布朗运动就是分子的热运动 C.温度越高，分子热运动越剧烈，扩散现象越明显 D.物体运动的速度越大，其内部分子的热运动就越剧烈 2.PM2.5是指空气中直径等于或小于2.5微米的悬浮颗粒物，其漂浮在空中做无规则运动，很难自然沉降到地面，吸入后对人体形成危害。矿物燃料燃烧的排放是形成PM2.5的主要原因。下列关于PM2.5的说法中正确的是C A.PM2.5的尺寸与空气中氧分子尺寸的数量级相当 B.温度越低，PM2.5运动越剧烈 C.PM2.5在空气中的运动属于布朗运动 D.PM2.5中颗粒大一些的，其颗粒的运动比其他颗粒更为剧烈 分子间的作用力 视频观察：固液气分子间存在空袭。 思考：分子间有间隙，大量分子却能聚集在一起形成固体或液体；分子在运动，那固体和液体中的分子为什么不会飞散开，而总是 聚合在一起，保持一定的体积呢？（分子之间存在引力） 既然分子之间有间隙，为什么压缩固体和液体很困难？（分子之间存在斥力） 分子间的作用力： 1.分子间同时存在引力和斥力，实际表现出来的分子力是分子引力和斥力的合力（分子力）。 2.分子间的引力和斥力都随分子间的距离增大而减小，但斥力比引力变化更快。 3.分子间作用力F与分子间距离r的关系： ①当r=r0=10-10m时，F引＝F斥，分子力F＝0，分子处于平衡状态。 ②当r＞r0时，F斥＜F引，分子力表现为引力。随r的增加，分子力先增大后减小。 ③当r＜r0时，F斥＞F引，分子力表现为斥力。随r的减小，分子力增大。 ④当r＞10r0（10-9m）时，分子力等于0。 4.产生原因：由原子内部的带电粒子的相互作用引起的。 （引起分子间相互作用力的原因：分子是由原子组成的。原子内部有带正电的原子核和带负电的电子。两原子的电子与电子间，原子核与原子核间存在斥力；两原子中的电子与原子核间存在引力，故分子间作用力是电子、原子核间的库仑力（电磁力）的总体体现。而库仑力的大小与电荷间距有关，显然，分子间作用力跟分子间的距离有关。） 课堂巩固： 3.两分子间的作用力F与分子间距r的关系图像如图所示，下列说法中正确的是B 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 4.(多选)下列说法正确的是AD 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 分子动理论 1.分子动理论：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而建立的理论。 2.基本内容 (1)物体是由大量分子组成的； (2)分子在做永不停息的无规则运动； (3)分子之间存在着相互作用力。 课堂巩固： 5.(多选)分子动理论较好地解释了物质的宏观热学性质和规律，据此可判断下列说法中正确的是AD A.显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这间接地反映了液体分子运动的无规则性 B.分子间的相互作用力随分子间距离的增大，一定先减小后增大 C.分子间引力随着分子间距离的增大，可能先减小后增大 D.在真空、高温条件下，可以利用分子扩散向半导体材料中掺入其他元素 【本课小结】狭缝与振动方向垂直 【课后作业】 【板书设计】 学科网（北京）股份有限公司 $$