第1节 分子动理论的基本观点（教学课件）物理鲁科版选择性必修第三册

1.1 分子动理论的基本观点 壹 素养目标 (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及产生原因。 (3) 知道什么是布朗运动，理解布朗运动产生的原因。 (4) 知道什么是分子的热运动，理解分子热运动与温度的关系。 (5) 知道分子间存在着相互作用的引力和斥力，掌握分子间相互作用力的特点及变化规律。 (6)知道温度是分子平均动能的标志，理解内能的概念及决定因素。 conclusion 课堂导入 ONE 17世纪，荷兰生物学家列文虎克用自制显微镜对准一滴水的时候，惊奇的发现有无数微生物游弋其中，他把这个发现报告英国皇家学会，引起轰动。 随着科技进步，科学家可以用扫描隧道操纵单个原子，将其排成各种文字。 神秘的微观世界有着这样的规律，它与宏观世界有着怎样的联系，让我们一起来研究吧！ 课堂导入 列文虎克，17世纪荷兰微生物学家。 课程目录 知识点讲解、探索新知 壹 总结与归纳 贰 课堂检测 叁 课后作业 肆 conclusion 知识点讲解 一、物体是由大量分子组成的 知识点讲解 1.分子的大小 (1)热学中的分子：当探讨分子、原子或离子等微观粒子的热运动时，通常将它们统称为分子。 (2) 一般分子直径的数量级为10-10 m。 2.阿伏伽德罗常数 (1)定义：1 mol任何物质都含有相同的粒子数，这个数量称为阿伏伽德罗常数。 (2)数值：NA＝6.02×1023mol－1。 (3)意义：阿伏伽德罗常数是一个重要的基本常量，通过它可将物体的体积、质量等宏观量与分子的大小、质量等微观量联系起来。 【思考】 我们学习的微观量和宏观量有哪些？ 提示　微观量有：分子质量m0、分子体积V0、分子直径d。 宏观量有：物体的质量m、体积V′、密度ρ、摩尔质量M、摩尔体积V等。   球形模型 立方体模型 意义 对于固体和液体，分子间距离比较小，可以认为分子是一个个紧挨着排列的，通常把分子看成球体模型，分子间的距离等于分子的直径 对于气体，分子间距离比较大，是分子直径的数十倍甚至上百倍，此时把气体分子平均占据的空间视为正方体模型，正方体的边长即为分子间的平均距离 知识点讲解 3.分子的两种模型 图例 公式说明 知识点讲解 4.阿伏伽德罗常数的应用 课堂检测 例1．金刚石俗称“金刚钻”，也就是我们常说的钻石，它是一种由碳元素组成的矿物，也是自然界中最坚硬的物质。已知金刚石的密度ρ＝3 560 kg/m3，碳原子的摩尔质量为1.2×10－2 kg/mol，阿伏伽德罗常数为6.02×1023 mol－1。现有一块体积V＝7×10－8 m3的金刚石，则：(计算结果保留2位有效数字) (1)它含有多少个碳原子？ (2)假如金刚石中碳原子是紧密地堆在一起的，把金刚石中的碳原子看成球体，试估算碳原子的直径。 解析　(1)金刚石的质量m＝ρV 这块金刚石所含碳原子数 答案　(1)1.3×1022个　(2)2.2×10－10 m 课堂检测 例1．把铜块中的铜分子看成球形，且它们紧密排列，试估算铜分子的直径。铜的密度为8.9×103kg/m3，铜的摩尔质量为 6.4×10-2kg/mol 固体或液体分子的直径（球体模型）： 球体 例2．环境与人类健康问题越来越受到重视，公共场所都贴有禁止吸烟的标志。在一个面积约10 m2的办公室内，如果因一人吸烟使得办公室内空气中有害气体的分子数占分子总数的万分之五，假设有害气体在室内空气中均匀分布，已知此时室内空气摩尔体积为22.4 L/mol，试估算： (1)该办公室内的人每呼吸一次，吸入的有害气体的分子数(按人正常呼吸一次吸入的气体约为500 mL计算)； (2)室内空气中每两个有害气体分子的间距。 解析　(1)吸入的有害气体的分子数为 把有害气体分子看成正方体 则每个分子平均体积为 知识点讲解 二、分子永不停息地做无规则热运动 (1)定义：不同物质相互接触时彼此进入对方的现象叫做扩散。固体、液体、气体都存在这样的现象。 溴蒸气的扩散 酱油的色素分子扩散到蛋清中 1.扩散现象 (2)普遍性：气体、液体和固体都能发生扩散。 (3)规律：温度越高，扩散越快。 (4)意义：直接证明组成物质的分子在不停地运动着。 2.布朗运动 (1)定义：悬浮在液体中的微粒所做的永不停息的无规则运动。 (2)产生的原因：悬浮在液体中的微粒不断地受到液体分子的撞击，微粒在某一时刻所受各个方向上的撞击作用的不平衡，使微粒的运动状态发生变化。 (4)影响布朗运动剧烈程度的因素 ①微粒大小：微粒越小，布朗运动越明显。 ②温度高低：温度高，布朗运动越剧烈。 (5)意义：间接的反映了分子在永不停息地做无规则的运动。 3.热运动 (1)定义：分子的无规则运动。 (2)影响因素：温度越高，分子的无规则运动越剧烈。   布朗运动 扩散现象 不同点 研究对象不同 固体小微粒的运动 物质分子的运动 产生原因不同 液体(或气体)分子对微粒撞击的不平衡产生的 分子的无规则运动产生的 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 相同点 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 4.布朗运动与扩散现象的比较 2.布朗运动与热运动的区别与联系   布朗运动 热运动 不同点 研究对象 固体微粒 分子 观察难易程度 可以在显微镜下看到，肉眼看不到 在显微镜下看不到 相同点 ①无规则；②永不停息；③温度越高越剧烈 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 例3.(多选)如图所示，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，中间用玻璃板隔开，关于抽去玻璃板后所发生的现象(已知二氧化氮的密度比空气密度大)，下列说法不正确的是(　 　) A.当过一段时间可以发现上面瓶中的气体也变成了淡红棕色 B.由于二氧化氮密度较大，不会跑到上面的瓶中，所以上面瓶不会出现淡红棕色 C.由于下面二氧化氮的摩尔质量大于上面空气的平均摩尔质量，二氧化氮不会跑到上面的瓶中，所以上面瓶不会出现淡红棕色 D.上面的空气由于重力作用会到下面的瓶中，于是将下面瓶中的二氧化氮排出了一小部分，所以会发现上面瓶中的瓶口处显淡红棕色，但在瓶底处不会出现淡红棕色 例3.(多选)关于扩散现象，下列说法正确的是(　　) A．温度越高，扩散进行得越快 B．扩散现象是不同物质间的一种化学反应 C．扩散现象是由物质分子无规则运动产生的 D．液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的 例4.(多选)据研究发现，新冠病毒感染的肺炎传播途径之一是气溶胶传播。气溶胶是指悬浮在气体介质中的固态或液态微粒所组成的气态分散系统。这些固态或液态微粒的大小一般在10－3～103 μm之间。已知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，固态或液态微粒越小，布朗运动越剧烈 C.在布朗运动中，微粒无规则运动的轨迹就是分子的无规则运动的轨迹 D.当固态或液态微粒很小时，能很长时间都悬浮在气体中，是受到气体分子无规则热运动撞击而导致的 解析　布朗运动是固态或液态微粒的无规则运动，是气体分子无规则热运动撞击的结果，所以它反映的是气体分子的无规则运动；微粒越小，气体分子对微粒的撞击作用越不容易平衡，布朗运动越剧烈，故B正确，A错误；在布朗运动中，微粒本身并不是分子，而是分子集团，所以微粒无规则运动的轨迹不是分子无规则运动的轨迹，故C错误；当固态或液态微粒很小时，能很长时间都悬浮在气体中，微粒的运动属于布朗运动；固态或液态微粒能长时间悬浮是受到气体分子无规则热运动撞击而导致的，故D正确。 例5.如图所示是布朗运动的示意图，下列说法中正确的是(　　) A.图中记录的是液体分子无规则运动的情况 B.图中记录的是小微粒分子无规则运动的情况 C.图中记录的是小微粒做布朗运动的轨迹 D.图中记录的是几个小微粒各自在不同时刻的位置的连线 解析　布朗运动不是固体微粒分子的无规则运动，也不是液体分子的无规则运动，而是大量液体分子做无规则热运动时与悬浮在液体中的小微粒发生碰撞，从而使小微粒做无规则运动，即布朗运动是固体微粒的运动，A、B错误；题图中每个拐点记录的是小微粒每隔一定时间的位置，在这段时间内小微粒做的也是无规则运动，而不一定是直线运动，题图中记录的不是小微粒的运动轨迹，而是不同时刻的位置连线，故C错误，D正确。 知识点三　分子间存在着相互作用力 如图所示，把一块洗净的玻璃板吊在弹簧测力计下面，使玻璃板水平地接触水面。 思考：(1)若想使玻璃板离开水面，在拉出玻璃板时，弹簧测力计的示数与玻璃板的重力相等吗？为什么？ (2)既然分子间存在引力，当两个物体紧靠在一起时，为什么分子引力没有把它们粘在一起？ 提示(1)不相等；因为玻璃板和液面之间有分子引力，所以在使玻璃板拉出水面时弹簧测力计的示数要大于玻璃板的重力。 (2)虽然两物体靠得很紧，但绝大部分分子间距离仍很大，达不到分子引力起作用的距离，所以不会粘在一起。 1.分子间的作用力 (1)分子间存在空隙（如：酒精与水混合后体积减小；）. (2)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）. (3)分子间存在相互作用的斥力（如：固体和液体很难被压缩）. 结论：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）． 知识点讲解 知识点讲解 知识点讲解 2.分子力——分子力和分子间距的变化图 （1）分子间引力和斥力同时存在，分子间引力和斥力都随着分子间距离的增大而减小，但变化快慢不同。 F 0 r 纵轴表示分子间的作用力 正值表示F斥 横轴表示分子间的距离 负值表示F引 r0 F斥 F引 分子间作用力是带正电的原子核和带负电的电子的相互作用引起的。 知识点讲解 2.分子间的作用力规律 （2） 当r =r0 时，F引＝F斥，分子力F分＝0，处于平衡状态。 当r＞r0时，随r 的增加，F引、F斥都减小，F斥＜F引，分子力（表现为引力）先增大后减小。 当r＜r0时，随 r 的减小，F引、F斥都增大，F斥＞F引，分子力（表现为斥力）增大。 当r＞10r0时，分子力等于0。 F o r r0 课堂检测 例5.当两个分子间的距离为r0时，正好处于平衡状态，下列关于分子间作用力与分子间距离的关系的说法正确的是(　　) A．当分子间的距离r<r0时，它们之间只有斥力作用 B．当分子间的距离r＝r0时，分子处于平衡状态，不受力 C．当分子间的距离从0.5r0增大到10r0的过程中，分子间的引力和斥力都在减小，且斥力比引力减小得快 D．当分子间的距离从0.5r0增大到10r0的过程中，分子间相互作用力的合力在逐渐减小 [解析]　分子间相互作用的引力和斥力是同时存在的，当r＝r0时，f引＝f斥，每个分子所受的合力为零，并非不受力；当r<r0，f斥>f引，合力为斥力，并非只受斥力，故A、B错误；当分子间的距离从0.5r0增大到10r0的过程中，分子间的引力和斥力都减小，且斥力比引力减小得快，分子间作用力的合力先减小到零，再增大后又减小到零，故C正确，D错误． 例6.在使两个分子间的距离由很远(r0＞10－9 m)变到很难再靠近的过程中，分子间的作用力大小将(　　) A．先减小后增大　　　　　　 B．先增大后减小 C．先增大后减小再增大   D．先减小后增大再减小 [解析]　分子间同时存在引力和斥力，当两个分子间的距离由很远(r＞10－9m)变到很难再靠近的过程中，引力和斥力同时增加，但斥力增加的更快；故其合力先表现为引力，后表现为斥力，但引力有一个最大值，故选C. 例7.甲、乙两个分子相距较远，若把甲固定，使乙逐渐向甲移动，直到不能再靠近为止．在这一过程中，下列有关分子力对乙做功的说法中正确的是(　　) A．分子力对乙总是做正功 B．分子力对乙总是做负功 C．先是乙克服分子力做功，然后分子力对乙做正功 D．先是分子力对乙做正功，然后乙克服分子力做功 [解析]　分子间的距离大于r0时，分子力表现为引力，分子乙在靠近平衡位置的过程中，分子力对乙做正功；当分子间距离小于r0时，分子力表现为斥力，当分子乙继续向分子甲靠近的过程中，分子力做负功．选项D正确． 知识点讲解 四、分子的内能 1.分子势能 (1)定义：分子具有由它们的相对位置决定的势能，这种势能称为分子势能。 (2)分子势能的决定因素 ①宏观上：与物体的体积有关。 ②微观上：与分子间的距离有关。 若r<r0，当r减小时，分子力做负功，分子势能增大。 若r>r0，当r增大时，分子力做正功，分子势能增大。 若r＝r0，分子势能最小。 3.内能的决定因素 (1)宏观因素：物体内能的大小由物体的质量、温度和体积三个因素决定，同时也受物态变化的影响。 (2)微观因素：物体内能的大小由物体所含的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定。 4.温度、内能和热量的比较 (1)温度宏观上表示物体的冷热程度，是分子平均动能的标志。 (2)内能是物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和。 (3)热量指在热传递过程中，物体吸收或放出热的多少，等于内能的改变量。 5.物体的内能与机械能的比较   内能 机械能 对应的运动形式 微观分子热运动 宏观物体的机械运动 能量常见的形式 分子动能、分子势能 物体的动能、重力势能或弹性势能 能量存在的原因 由物体内大量分子的无规则运动和分子间相对位置决定 由物体的机械运动、与地球相对位置或物体形变决定 影响因素 物体的质量、温度、体积和物态 物体做机械运动的速度、离地高度(或相对于零势能面的高度)或弹性形变量 是否为零 永远不可能等于零 一定条件下可以等于零 联系 在一定条件下可以相互转化 例8.关于物体的内能，下列说法正确的是(　　) A.不同的物体，若温度相同，则内能也相同 B.物体速度增大，则分子动能增大，内能也增大 C.机械能和内能可以相互转化 D.静止在地面上的物体，机械能和内能均为零 解析　物体的内能与物体的温度、体积以及质量有关，则不同的物体，温度相同，内能不一定相同，选项A错误；物体在微观上的分子动能与其在宏观上的速度无直接关系，物体速度增大，其分子动能不一定增大，内能也不一定增大，选项B错误；机械能可以转化为内能，内能也可以转化为机械能，选项C正确；物体的内能永远不为零，静止在地面上的物体，机械能也不一定为零，选项D错误。 例9.甲、乙两图分别表示两个分子之间分子力和分子势能随分子间距离变化的图像。由图像判断以下说法中正确的是(　　) A.当分子间距离为r0时，分子力和分子势能均最小且为零 B.当分子间距离r>r0时，分子力随分子间距离的增大而增大 C.当分子间距离r>r0时，分子势能随分子间距离的增大而减小 D.当分子间距离r<r0时，分子间距离逐渐减小，分子力和分子势能都增加 解析　当分子间距离为r0时，分子力为0，分子势能最小但不为0，所以A错误；当分子间距离r>r0时，由图像可知随分子间距离的增大，分子力先增大后减小，所以B错误；当分子间距离r>r0时，分子力为引力，分子间距离增大时，分子引力做负功，则分子势能随分子间距离的增大而增大，所以C错误；当分子间距离r<r0时，分子间距离逐渐减小，分子力越来越大，分子斥力做负功，则分子势能增加，所以D正确。 conclusion 总结与归纳 The top "Start" panel allows you to modify the font, size, color, line spacing, and more. It is recommended that the text be 8 to 18 characters with 1.3 times the space between the characters. TWO 总结与归纳 分子动理论 物体是由大量分子组成的 分子在做永不停息的无规则运动 分子之间存在着相互作用力 扩散 布朗运动 热运动 引力 斥力 conclusion 课后作业 课后作业 添加分层作业链接 Teaching 演示结束 谢谢观看 The top "Start" panel allows you to modify the font, size, color, line spacing, and more. It is recommended that the text be 8 to 18 characters with 1.3 times the space between the characters. 授课人： 教师说课│公开课│示范课│教师授课 由V0＝d3得：d＝eq \r(3,V0)(式中d表示分子间的平均距离，V0表示一个气体分子平均所占的空间体积) 由V0＝eq \f(4,3)πr3和d＝2r得：d＝eq \r(3,\f(6V0,π))(式中r、d分别表示分子的半径和直径，V0表示一个固体或液体分子的体积) 已知条件 求解问题 说明 固体和液体的摩尔体积Vmol和一个分子的体积V0 阿伏伽德罗常数NA＝eq \f(Vmol,V0) 反之亦可估算分子的大小，对气体不适用 物质的摩尔质量Mmol和一个分子的质量m0 阿伏伽德罗常数NA＝eq \f(Mmol,m0) 反之亦可估算分子的质量，对包括气体在内的所有物质都适用 物质的体积V和摩尔体积Vmol 物质的分子数N＝eq \f(V,Vmol)NA 对包括气体在内的所有物质都适用 物质的质量m、密度ρ和摩尔体积Vmol 物质的分子数N＝eq \f(m,ρVmol)NA 对包括气体在内的所有物质都适用 物质的质量m和摩尔质量Mmol 物质的分子数N＝eq \f(m,Mmol)NA 对包括气体在内的所有物质都适用 (2)一个碳原子的体积V0＝eq \f(V,N) 把金刚石中的碳原子看成球体，则由公式V0＝eq \f(π,6)d3 可得碳原子直径为d＝eq \r(3,\f(6V0,π))＝2.2×10－10 m。 碳的物质的量n＝eq \f(m,M) N＝nNA＝eq \f(ρVNA,M)＝1.3×1022(个)。 ＝eq \f(30,22.4×10－3)×6.02×1023×eq \f(5,10 000)＝4.0×1023个 每两个有害气体分子的间距为d＝eq \r(3,V0)＝eq \r(3,7.5×10－23) m＝4.2×10－8 m。 n吸＝eq \f(V吸,Vmol)NAη＝eq \f(500×10－3,22.4)×6.02×1023×eq \f(5,10 000)＝6.7×1018个。 (2)室内空气中含有害气体的分子数为n室＝eq \f(V室,Vmol)NAη [解析]　扩散现象与温度有关，温度越高，扩散进行得越快，选项A正确；扩散现象是由于分子的无规则运动引起的，不是一种化学反应，选项B、D错误，选项C正确． $$