第1章 1 分子动理论的基本内容-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修第三册（人教版2019，苏京）

1　分子动理论的基本内容 [学习目标]　1.认识物体是由大量分子组成的(重点)。2.知道扩散现象和布朗运动，理解扩散现象和布朗运动产生的原因(重点)。3.知道分子间存在空隙和相互作用力，并理解分子间的作用力与分子间距离的关系(重难点)。4.明确分子动理论的内容。 一、物体是由大量分子组成的 一片叶子在显微镜下放大6倍，可以看到清晰的叶脉；放大100倍，可以看到叶面的表皮细胞和气孔；再不断放大，可以看到叶绿体。物体是由分子、原子构成的，要放大到什么程度才能看到组成叶片的分子？分子究竟有多小？ 答案　用能放大几亿倍的扫描隧道显微镜才能观察到叶片表面原子的排列，大多数分子直径的数量级为0.1 nm即10－10 m。 1．物体是由大量分子组成的。 (1)研究对象：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热学上的分子。 (2)分子大小：多数分子直径的数量级为10－10 m。 2．阿伏加德罗常数 (1)定义：1 mol的任何物质都有相同的粒子数。这个数量可以用阿伏加德罗常数表示。 (2)数值：NA＝6.02×1023 mol－1。 (3)意义：阿伏加德罗常数把摩尔质量、摩尔体积这些宏观物理量与分子质量、分子大小等微观物理量联系起来，即阿伏加德罗常数NA是联系宏观量与微观量的桥梁。 (1)物体是由大量分子组成的，分子是不可再分的最小单元。(　×　) (2)本节所说的“分子”，既包含化学中的分子，也包含原子和离子。(　√　) (3)无论是有机物质，还是无机物质，分子大小数量级都是10－10 m。(　×　) (4)利用高倍的光学显微镜能够直接看到分子。(　×　) 例1　(2023·徐州市高二期中)快递公司用充气的塑料袋包裹物品，一个塑料袋内气体在标准状况下体积560 mL，已知气体在标准状态下的摩尔体积V0＝22.4 L/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023 mol－1，则塑料袋内气体分子数约为(　　) A．1.5×1021个 B．1.5×1022个 C．1.5×1023个 D．1.5×1024个 答案　B 解析　由题意可知，塑料袋内气体的物质的量为n＝＝ mol＝0.025 mol，包含分子数为N＝nNA＝0.025×6.02×1023个≈1.5×1022个，故选B。 二、分子热运动 1．扩散 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，抽去玻璃板后发现上面瓶中气体也变成淡红棕色，下面瓶中气体颜色变淡。这种现象说明了什么问题？ 答案　说明分子在做无规则运动(扩散现象)。 (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。 (3)意义：扩散现象是物质分子永不停息地做无规则运动的证据之一。 (4)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。 在两个相同的玻璃杯中分别装入质量相等的冷水和热水，然后，在两杯水中同时滴入等量的蓝黑墨水。一段时间后，两个杯子中的蓝黑墨水呈现出如图所示的扩散现象。请你解释这种现象。 答案　扩散快慢与温度有关，温度越高，扩散越快。 2．布朗运动 (1)定义：悬浮微粒的无规则运动。 (2)产生原因：布朗运动是由微粒在液体中受到液体分子的撞击引起的。液体分子不停地做无规则运动，不断地撞击微粒，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，这样就引起了微粒无规则的运动。 (3)影响因素 ①微粒的大小：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表现得越明显，并且微粒越小，它的质量越小，其运动状态越容易被改变，布朗运动越明显。 ②温度的高低：温度越高，布朗运动越剧烈。 (4)意义：悬浮微粒的无规则运动并不是分子的运动，但这一现象可以间接地反映液体分子运动的无规则性。 小张在显微镜下观察水中悬浮的细微粉笔末的运动。他把小颗粒每隔相等时间的位置记录在坐标纸上(如图)，然后用线段把这些位置按时间顺序依次连接起来。根据记录情况，小张得出结论：固体小颗粒的运动是无规则的，由此证明水分子的运动是无规则的。小李不同意小张的结论，他认为：“小颗粒沿着笔直的折线运动，说明水分子在短时间内的运动是规则的，否则小颗粒怎么会沿直线运动？”对此，说说你的看法。 答案　不同意小李的说法，因为小张是每隔一定时间记录小颗粒的位置，而在这段时间内，小颗粒也在不停地做无规则运动，画的折线并没有反映出来。 (1)阳光从狭缝中射入较暗的室内，透过阳光看到飞舞的尘埃，这些尘埃颗粒的运动就是布朗运动。(　×　) (2)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。(　×　) (3)布朗运动就是液体分子的无规则运动。(　×　) (4)布朗运动证明，组成固体小颗粒的分子在做无规则运动。(　×　) (5)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。 (　√　) 3．热运动 (1)定义：分子永不停息的无规则运动。 (2)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。 温度降低，分子的热运动变慢，当温度降低到0 ℃ 以下时，分子就停止运动了，这种说法对吗？ 答案　不对。分子的热运动是永不停息的。虽然温度降低，分子的无规则运动变慢，但不会停止，所以当温度降低到0 ℃以下时，分子的无规则运动仍然不会停止。 例2　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．扩散现象只能在液体中发生 D．液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的 答案　A 解析　根据分子扩散现象的显著程度与温度的关系，温度越高，扩散进行得越快，故A正确；扩散现象是由分子无规则运动引起的，没有生成新的物质，是物理现象，故B错误；扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，故C错误；液体中的扩散现象不是由于液体的对流形成的，而是由于液体分子无规则运动产生的，故D错误。 (1)扩散现象是由物质分子的无规则运动产生的。 (2)气体物质的扩散现象最显著；常温下物质处于固态时扩散现象不明显。 (3)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。 (4)扩散现象还说明分子间存在间隙。 例3　(2022·苏州市高二期中)雾霾天气的主要污染物是大气中直径小于或等于2.5 μm的颗粒物即PM2.5(该颗粒肉眼不可见，仅能在显微镜下观察到)，也称为可入肺颗粒物。以下对该颗粒的说法中正确的是(　　) A．在无风的时候，颗粒悬浮在空中静止不动 B．该颗粒的无规则运动是布朗运动，且颗粒越大，运动越明显 C．布朗运动是由空气分子从各个方向对颗粒撞击作用的不平衡引起的 D．该颗粒的无规则运动反映了颗粒中分子的无规则运动 答案　C 解析　在无风的时候，颗粒还会受到附近空气分子对它的撞击作用，颗粒不停地做无规则运动，故A错误；悬浮在液体或气体中的固体小颗粒的无规则运动叫作布朗运动，所以该颗粒符合布朗运动的条件，但颗粒越大，运动就越不明显，故B错误；该颗粒做布朗运动是气体分子对颗粒撞击的不平衡造成的，故C正确；该颗粒的无规则运动反映了空气分子的无规则运动，故D错误。 例4　关于分子的热运动，以下叙述正确的是(　　) A．布朗运动就是分子的热运动 B．同种物质分子的热运动剧烈程度相同 C．气体分子的热运动不一定比液体分子剧烈 D．物体运动的速度越大，其内部的分子热运动就越剧烈 答案　C 解析　布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，由于小颗粒是由大量分子构成的，所以布朗运动不是分子的热运动，故A项错误；同种物质的分子若所处温度不同，其热运动的剧烈程度也不同，故B项错误；温度是分子热运动剧烈程度的标志，温度越高，分子热运动越剧烈，与物体运动的速度无关，由于气体和液体的温度不确定，所以气体分子的热运动不一定比液体分子剧烈，故C项正确，D项错误。 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 在光学显微镜下看不到 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 说明：分子无规则的运动，不是宏观物体的机械运动，二者没有关系 三、分子间的作用力 既然分子在永不停息地做无规则运动，为什么固体和液体的分子不散开，而能保持一定的体积？为什么固体能保持一定的形状很难被压缩呢？ 答案　分子之间存在引力和斥力。 1．分子间有空隙 (1)气体很容易被压缩，说明气体分子之间存在着很大的空隙。 (2)水和酒精混合后总体积会减小，说明液体分子之间存在着空隙。 (3)压在一起的金片和铅片，各自的分子能扩散到对方的内部，说明固体分子之间也存在着空隙。 2．分子间的作用力 (1)分子间的作用力F跟分子间距离r的关系如图所示。 ①当r＜r0时，分子间的作用力F表现为斥力。 ②当r＝r0时，分子间的作用力F为0，这个位置称为平衡位置。 ③当r＞r0时，分子间的作用力F表现为引力。 (2)产生原因：由原子内部带电粒子的相互作用引起的。 实验表明分子间同时存在引力和斥力。如图为分子间引力、分子间斥力及分子间作用力(即分子引力与分子斥力的合力)与分子间距离的关系。由图分析可知： (1)分子间引力和斥力都随分子间的距离增大而减小，分子斥力变化得更快(填“快”或“慢”)。 (2)实际的分子力是引力和斥力的合力，r＜r0时，斥力大于引力，分子间表现为斥力，随距离的增大，分子力减小；r＝r0时，引力等于斥力，分子力F为0，r＞r0时引力大于斥力，分子间表现为引力，随距离的增大，分子力先增大后减小。 (1)当两个物体紧靠在一起时，并没有粘在一起是因为此时两个物体间的分子力表现为斥力。 (　×　) (2)水的体积很难被压缩，这是分子间存在斥力的宏观表现。(　√　) (3)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。(　×　) (4)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。(　×　) (5)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。(　√　) 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，分子间作用力的合力在逐渐减小 答案　C 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时，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，而且斥力比引力减小得快，分子间作用力的合力先减小到零，之后先增大再减小，故C正确，D错误。 四、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。 例6　分子动理论较好地解释了物质的宏观热学性质，据此可判断下列说法中正确的是(　　) 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，这间接地反映了固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 答案　D 解析　小炭粒做布朗运动间接反映了液体分子的无规则运动，故A错误；分子间的相互作用力在分子间距r<r0范围内，随分子间距的增大而减小；在分子间距r0<r<10r0的范围内，随分子间距的增大先增大后减小，故B错误；分子间的引力一定随着分子间距的增大而减小，故C错误；真空环境是为了防止其他杂质的介入，而高温条件下分子热运动加剧，有利于所掺入元素分子的扩散，故D正确。 课时对点练 考点一　物体是由大量分子组成的 1．物体是由大量分子组成的，下列相关说法错误的是(　　) A．1 mol任何物质都含有相同的微粒数 B．阿伏加德罗常数用符号NA表示，在通常的计算中取NA＝6.02×1023 mol－1 C．分子很小，我们无论通过什么方式方法都无法看到它 D．分子很小，虽肉眼看不到，但在扫描隧道显微镜下可以观测到 答案　C 解析　1 mol任何物质都含有相同的微粒数，阿伏加德罗常数用符号NA表示，在通常的计算中取NA＝6.02×1023 mol－1，故A、B正确。分子很小，即使用高倍光学显微镜也无法观测到，用扫描隧道显微镜才能观测到，故C错误，D正确。 2．(2022·盐城市高二期中)已知地球的半径6.4×103 km，水的摩尔质量为1.8×10－2 kg/mol，阿伏加德罗常数为6.02×1023 mol－1，设想将1 g水均匀地分布在地球表面，估算1 m2的地球表面上分布的水分数目约为(　　) A．7×107个 B．3×108个 C．3×1011个 D．7×1010个 答案　A 解析　1 g水所含分子数为n＝NA,1 m2的地球表面上分布的水分子数为n′＝≈7×107个，故选A。 考点二　分子热运动 3．下列现象中不属于扩散现象的是(　　) A．樟脑球放在箱子里，过几天箱子里充满了樟脑的气味 B．一杯水中放入一勺白糖，过一会儿水变甜了 C．洒水车将水喷洒在路面上 D．圆珠笔写的作业久了，字迹变模糊 答案　C 解析　樟脑球放在箱子里，过几天箱子里充满了樟脑的气味，是气体分子的运动，是扩散现象，故A正确；一杯水中放入一勺白糖，过一会儿水变甜了，是糖分子的运动，是扩散现象，故B正确；洒水车将水喷洒在路面上，是物体的机械运动，不是扩散，故C错误；圆珠笔写的作业久了，字迹变模糊是圆珠笔水分子的运动，是扩散现象，故D正确，本题选不属于扩散现象的，故选C。 4．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．加热后盐分子变小了，很容易进入萝卜中 B．炒菜时萝卜翻动地快，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，分子热运动激烈 答案　D 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，腌咸菜时萝卜咸得慢，故A、B、C错误，D正确。 5．(2022·徐州市高二期中)下列关于布朗运动的说法，正确的是(　　) A．布朗运动反映了分子在永不停息地做无规则运动 B．布朗运动是指在显微镜中看到的液体分子的无规则运动 C．悬浮颗粒越大，同一时刻与它碰撞的液体分子越多，布朗运动越显著 D．当物体温度降低到0 ℃时，物体分子的热运动就会停止 答案　A 解析　布朗运动不是液体分子的无规则运动，但它反映了液体分子的无规则运动，故A正确，B错误；布朗运动与悬浮颗粒的大小有关，颗粒越大，布朗运动越不明显，故C错误；分子的运动是永不停息的，当物体温度降低到0 ℃时，物体分子的热运动不会停止，故D错误。 6．(2022·南通市高二期中)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在气体介质中做布朗运动。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．在布朗运动中，环境温度越高，布朗运动越剧烈 答案　D 解析　布朗运动是固态颗粒的无规则运动，可以间接反映气体分子的无规则运动；颗粒越小，气体分子对颗粒的撞击作用越不容易平衡，布朗运动越剧烈，故A、B错误；在布朗运动中，颗粒本身并不是分子，而是由很多分子组成的，所以颗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；在布朗运动中，环境温度越高，固态或液态颗粒受到气体分子无规则热运动撞击越剧烈，布朗运动越剧烈，故D正确。 考点三　分子间的作用力 7．以下现象中能说明分子间存在斥力的是(　　) A．气体总是很容易充满容器 B．水的体积很难被压缩 C．两根玻璃棒用力挤压不能粘合在一起 D．破镜不能重圆 答案　B 解析　气体总是很容易充满容器，说明气体分子间作用力很小，气体分子在做无规则运动，不能说明分子间存在斥力，故A错误；水分子间有间隙，但水的体积很难被压缩，说明分子间存在斥力，故B正确；分子间存在相互作用力，但分子间能发生作用的距离范围很小，两根玻璃棒用力挤压在一起，因为它们分子间的距离远大于分子间的作用距离，不能粘合在一起，并不能说明它们分子间存在斥力，故C错误；破镜不能重圆，是因为分子间的距离远大于分子间的作用距离，故D错误。 8.(2022·苏州市高二期中)关于分子间相互作用力的以下说法中正确的是(　　) A．当分子间的距离r＝r0时，分子力为零，说明此时分子间既不存在引力，也不存在斥力 B．分子力随分子间距离的变化而变化，当r>r0时，随着距离的增大，分子间的引力和斥力都增大，但引力比斥力增大得快，故分子力表现为引力 C．当分子间的距离r＝10r0时，分子间的作用力可以忽略不计 D．当分子间的距离r<r0时，随着距离的减小，分子间的引力和斥力都减小，但斥力比引力减小得快，故分子力表现为引力 答案　C 解析　分子间始终存在引力和斥力，分子间距离为r0时分子间斥力等于引力，它们的合力，即分子力为零，但并不是分子间无引力和斥力，故A错误；当r>r0时，随着距离的增大，分子间的引力和斥力都减小，但斥力比引力减小得快，故分子力表现为引力，B错误；当分子间的距离r＝10r0时，分子间的作用力可以忽略不计，C正确；当分子间的距离r<r0时，随着距离的减小，分子间的引力和斥力都增大，但斥力比引力增大得快，故分子力表现为斥力，D错误。 9.两分子间的作用力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(　　) 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 答案　B 解析　分子间同时存在引力和斥力，r<r1时，斥力大于引力，合力表现为斥力，故A错误；r1<r<r2时，两分子间的作用力随r的增大而逐渐增大，故B正确；分子间同时存在引力和斥力，且均随着两分子间距离的减小而增大，r＝r2时，两分子间的引力不是最大，故C错误；r>r2时，两分子间的引力随r的增大而减小，斥力不为零，故D错误。 考点四　分子动理论 10．关于分子动理论，下列说法正确的是(　　) A．0 ℃的物体中的分子不做无规则运动 B．当分子间的距离减小时，分子间的引力和斥力都增大 C．产生布朗运动的原因是悬浮在液体或者气体中的微粒永不停息地做无规则运动 D．磁铁可以吸引铁屑，这一事实说明分子间存在引力 答案　B 解析　组成物质的分子做永不停息地无规则运动，故A错误；当分子间的距离减小时，分子间的引力和斥力都增大，故B正确；布朗运动是固体小颗粒受到不同方向的液体分子无规则运动产生的撞击作用的不平衡性引起的，间接证明了液体分子永不停息地做无规则运动，故C错误；磁铁可以吸引铁屑，并非分子力的作用，故D错误。 11．(2022·江苏省高二期中)用显微镜观察水中悬浮的细微粉笔末的运动情况，在两次实验中分别追踪微粒a、b的运动，每隔30 s把微粒的位置记录下来，然后用线段把这些位置按时间顺序依次连接起来，得到如图所示的两微粒运动的位置连线图，两方格纸每格表示的长度相同。下列说法中正确的是(　　) A．图中记录了两微粒的运动轨迹 B．连线图反映了粉笔末分子的无规则运动 C．若水温相同，则微粒b颗粒较大 D．若两微粒大小相同，则微粒a所处的水中水温更低 答案　D 解析　题图中记录的是两微粒运动的位置连线图，并不是轨迹图，故A错误；连线图反映了粉笔末的无规则运动，间接反映了水分子的无规则运动，故B错误；温度相同，微粒越小无规则运动越明显，故微粒b颗粒较小，故C错误； 若两微粒大小相同，温度越高无规则运动越明显，则微粒a所处的水中水温更低，故D正确。 12.有一分子位于如图所示的坐标系原点O处不动，另一分子可位于x轴上不同位置处，图中纵坐标表示这两个分子间作用力的大小，两条曲线分别表示斥力和引力的大小随两分子间距离变化的关系图像，e为两曲线的交点，则(　　) A．ab表示引力，cd表示斥力，e点的横坐标可能为10－15 m B．ab表示斥力，cd表示引力，e点的横坐标可能为10－10 m C．ab表示引力，cd表示斥力，e点的横坐标可能为10－10 m D．ab表示斥力，cd表示引力，e点的横坐标可能为10－15 m 答案　C 解析　分子间有间隙，存在着相互作用的引力和斥力，当分子间距等于r0时，引力等于斥力，即分子力等于零。表示引力的线与表示斥力的线的交点即e点的横坐标表示分子间距r0，r0大约为10－10 m，由分子力特点可知，当r>r0时，引力大于斥力，分子力表现为引力；当r<r0时，引力小于斥力，分子力表现为斥力，由此可知ab线表示引力，cd线表示斥力，C对，A、B、D错。 13.(2022·宿迁市高二月考)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关系图像如图中曲线所示，F＞0为斥力，F＜0为引力，a、b、c、d为r轴上四个特定的位置，现把乙分子从a处由静止释放，则(　　) A．乙分子从a到b过程中，两分子间无斥力 B．乙分子从a到c过程中，两分子间的作用力先减小后增加 C．乙分子从a到c一直加速运动 D．乙分子从a到b加速运动，从b到c减速运动 答案　C 解析　分子间的引力与斥力是同时存在的，从a到b过程中，引力大于斥力，整体表现为引力，A错误；从图像中可得从a到c过程中分子间的作用力先增大，后减小，B错误；从a到c过程中分子力表现为引力，所以乙分子一直加速运动，故C正确，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$