第1章 第二节 分子热运动与分子力（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（粤教版2019）

第二节　分子热运动与分子力 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。 (4)知道分子间存在空隙、分子间的作用力的变化规律。 (5)知道分子动理论的基本内容。 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 通过实验了解扩散现象，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　布朗运动 1．扩散 (1)定义：由于分子不停地运动而产生的__________现象。 (2)产生原因：物质分子的________运动。 2．布朗运动 (1)定义：悬浮在液体或气体中的_____做的_______运动。 (2)影响因素：温度____，布朗运动越明显，微粒_____，布朗运动越明显。 (3)产生原因：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_____。 物质迁移 无规则 微粒 无规则 越高 越小 不平衡 明显 3．热运动 (1)定义：物质内部大量分子的________运动。 (2)衡量标准：温度是物质内部分子无规则运动_________的量度，温度越高，分子的无规则运动越______。 二、分子力 1．分子间存在引力和斥力 物质的分子间存在引力，而且该引力发生作用的距离很小。正是这种相互吸引的作用，才使得大量分子聚集在一起形成固体或液体。我们还知道，固体和液体是很难被压缩的。这说明分子之间除了有引力，还存在_____。 无规则 剧烈程度 剧烈 斥力 2．分子间的相互作用力 (1)分子间的作用力F与分子间距离r的关系。 当r<r0时，分子间的作用力F表现为_____； 当r＝r0时，分子间的作用力F为0，这个位置称为_____位置； 当r>r0时，分子间的作用力F表现为_____。 (2)分子间作用力的产生原因：由原子内部带正电的原子核和带负电的电子的相互作用引起的。 3．分子动理论的基本内容 物质是由__________组成的；分子总在不停地做_______运动，运动的剧烈程度与物质的_____有关；分子间存在相互作用的_____________。 斥力 平衡 引力 大量分子 无规则 温度 引力和斥力 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”。 ( ) × √ × √ 3.图中洁净的玻璃板接触水面，要使玻璃板离开水面，拉力F必须大于玻璃板的重力，这说明了什么？ 提示：说明了分子之间存在引力。 新知学习(一)|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．通常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，那么造成这种差别的主要原因是 (　 ) A．加热后分子变小了，很容易进入萝卜中 B．炒菜时萝卜翻动得快，盐和萝卜接触多 C．加热后萝卜分子间空隙变大，易扩散 D．炒菜时温度高，分子热运动剧烈 解析：在扩散现象中，温度越高，扩散得越快。在腌萝卜时，是盐分子在常温下的扩散现象，炒菜时，是盐分子在高温下的扩散现象，因此，炒菜时萝卜咸得快，腌菜时萝卜咸得慢，故A、B、C错误，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　 3．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　  新知学习(二)|分子力与分子间距离变化的关系 [重点释解] 1．分子力的性质：根据现代分子结构理论，分子由原子组成，原子又是由带正电的原子核和绕核运动的带负电的电子形成的电子云组成的，可见，分子是一个复杂的带电系统，毫无疑问，分子间的作用力应属于电磁力。 2．分子力的特点 (1)分子间总是同时存在引力和斥力，实际表现出来的是它们的合力。 (2)分子间作用力随分子间距离而变化，当分子间的距离大于r0时，引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，但斥力的变化比引力的变化要快。 (3)分子力是短程力，分子间的距离超过分子直径的10倍，即1 nm的数量级时，可以认为分子间作用力为零，气体分子间的作用力可忽略不计。 3．分子力与分子间距离变化的关系 (1)平衡位置：分子间距离r＝r0时，引力与斥力大小相等，分子力为零。平衡位置即分子间距离等于r0(数量级为10－10m)的位置。 (2)分子间的引力和斥力随分子间距离r的变化关系：分子间的引力和斥力都随分子间距离r的增大而减小，但斥力减小得更快。 (3)分子力弹簧模型：分子间的相互作用力像弹簧连接着的两个小球间的相互作用力。小球代表分子，弹簧的弹力代表分子斥力和分子引力的合力，如表所示。 [典例体验] [典例]　 (多选)将甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于r轴上，甲、乙两分子间作用力与分子间距离的关系图像如图所示。现把乙分子从r3处由静止释放，则 (　 ) A．乙分子从r3到r1一直加速 B．乙分子从r3到r2过程中分子间作用力表现为引力，从r2到r1过程中分子间作用力表现为斥力 C．乙分子从r3到r1过程中，分子间作用力先增大后减小 D．乙分子从r3到距离甲最近的位置过程中，分子间作用力先减小后增大 [解析]　由图像可知，乙分子从r3到r1过程中，分子间作用力一直表现为引力，且分子间作用力先增大后减小，分子间作用力和运动方向相同，说明乙分子一直做加速运动，故A、C正确，B错误；乙分子距离甲最近时一定在r1的左侧，可知乙分子从r3到距离甲最近的位置过程中，分子间作用力先增大(从r3到r2，表现为引力)后减小(从r2到r1，表现为引力)再反向增大(从r1向左，表现为斥力)，故D错误。 [答案]　AC /方法技巧/ 分子力问题的分析方法 (1)首先要分清是分子力还是分子引力或分子斥力。 (2)分子间的引力和斥力都随着分子间距离的增大而减小。 (3)分子力比较复杂，要抓住四个关键点：一是r＝r0时，分子力为零但引力和斥力大小相等，均不为零；二是r≥10r0时，分子力以及引力、斥力都可忽略，可以看作是零；三是r<r0时，分子力随着分子间距离增大而减小；四是r>r0时，分子间距由r0增大到10r0，分子力先增大后减小。 [针对训练] 1．(2024·深圳期中检测)(多选)下列说法正确的是(　　) 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 解析：当水被压缩时，水分子间的距离要减小，此时分子间存在斥力，故水的体积很难被压缩，故A正确；气体能充满整个容器，是因为气体分子间距离较大，分子间的作用力很小，故分子可以自由移动，不能说明分子间存在斥力，故B错误；马德堡半球实验是因为两球间为真空，而外界受大气压强的作用，要想把半球拉开应克服大气压强产生的压力，不是分子间引力的宏观表现，故C错误；用力拉铁棒时分子间距离增大，分子间作用力表现为引力，故铁棒很难被拉断，故D正确。 答案：AD　 2．(多选)如图所示，横坐标r表示两个分子间的距离，纵坐标F表示两个分子间引力、斥力的大小，图中两条曲线分别表示两分子间引力、斥力的大小随分子间距离的变化关系，e为两曲线的交点，则下列说法中正确的是 (　 ) A．ab为引力曲线，cd为斥力曲线，e点横坐标的数量级为10－10m B．ab为斥力曲线，cd为引力曲线，e点横坐标的数量级为10－10m C．当两分子间距离在r0附近时，若两个分子间距离增加，分子间斥力减小得比引力更快 D．若r＝r0，则分子间没有引力和斥力 解析：在F­-r图像中，在r＝r0附近随着距离的增加，斥力比引力减小得快，则知ab为引力曲线，cd为斥力曲线。图中曲线交点e对应r＝r0，即e点横坐标的数量级为10－10m，此时分子间引力和斥力的合力为零，但分子间引力和斥力同时存在，故A、C正确。 答案：AC　 一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养 物理观念——对布朗运动的正确认识 1．(选自人教版新教材课后练习)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——分子间作用力与分子间距离的关系 2．(选自人教版新教材课后练习)请描述：当两个分子间距离由r0逐渐增大，直至远大于r0时，分子间的作用力表现为引力还是斥力？当两个分子间距离由r0逐渐减小，分子间的作用力表现为引力还是斥力？ 提示：当两个分子间的距离由r0逐渐增大，直至远大于r0时，分子间的作用力表现为引力；当两个分子间的距离由r0逐渐减小，分子间的作用力表现为斥力。 二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值 1．(多选)日常生活中，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　 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 3．中国是礼仪之邦，接待客人时常常会泡上一杯热茶，某同学用热水泡茶时发现茶叶很快就会沉入水底，他想如果用冷水来泡茶情况又是怎样的呢？为此他做了用不同温度的水泡茶的实验，并测出了茶叶从加水到下沉所需的时间，结果如表所示。 温度/℃ 20 40 60 80 100 时间/min 220 130 25 10 4 (1)茶叶放入水中为什么会下沉呢？ (2)从实验数据能得出什么结论？ 提示：(1)茶叶吸水膨胀，它的重力增大，由于重力大于浮力，所以下沉。 (2)由表可知，温度越高，分子运动越快，茶叶从加水到下沉的时间越短。 “课时跟踪检测”见“课时跟踪检测” （二） (单击进入电子文档) 39 分子力F随分子间距离r的变化关系图像 分子间距离 分子力 分子力弹簧模型 r＝r0 零 象征分子力合力为零 r＜r0 表现为斥力，且分子力随分子间距的增大而减小 象征分子力的合力为斥力 r＞r0 表现为引力，且分子力随分子间距的增大，先增大后减小 象征分子力的合力为引力 $$