第1章 3. 分子的热运动-【金版教程】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册创新导学案word（教科版2019）

3．分子的热运动 [核心素养定位]　1.知道扩散现象及其产生的原因，知道影响扩散快慢的因素。2.知道布朗运动，能解释布朗运动，能区分布朗运动与分子运动。3.知道什么是分子的热运动，知道分子动能及分子热运动的平均动能，知道温度是分子热运动平均动能的标志。 一　扩散现象 1．定义：不同物体相互接触时彼此进入的现象称为扩散现象。 2．产生原因：是由物质分子无规则运动引起的。 3．意义：扩散现象是物质分子永不停息地做无规则运动的最好证明之一。 4．特点：温度越高，扩散越快。 5．应用举例：在电子技术领域，利用真空、高温条件下固体原子的扩散，可以向半导体材料中掺入其他元素，制成各种半导体器件；机械工业中常常在某些轴、齿轮等零件表面掺入碳、氮等元素，以增强其耐磨、耐腐蚀的特殊性能。 二　布朗运动及其解释 1．定义：悬浮在液体(气体)中的颗粒的永不停息的无规则运动，颗粒的这种无规则运动叫作布朗运动，颗粒越小现象越明显，悬浮颗粒叫作布朗微粒。 2．解释：液体分子都在做无规则的运动，悬浮在液体中的微粒会不断地受到周围液体分子对它的撞击。当悬浮微粒足够小，悬浮微粒受到的来自各个方向的液体分子的碰撞作用是不平衡的。由于来自各个方向的碰撞作用所产生合力的大小、方向是无规则的，因而微粒运动的方向及运动的快慢都是无规则的。悬浮在液体中的微粒越小，在某一瞬间跟它相撞的分子数越少，碰撞作用的不平衡性表现得越明显；同时由于微粒的质量小，运动状态容易改变，布朗运动就越明显。 3．意义：布朗运动虽然不是分子的运动，却间接反映了液体分子运动的无规则性。 4．布朗运动随着温度的升高而愈加剧烈。 三　热运动和分子动能 1．热运动 (1)定义：通常把分子的无规则运动叫作热运动。 (2)特点：温度越高，分子热运动就越剧烈。 2．分子动能 (1)分子动能：做热运动的分子具有的动能。 (2)分子热运动的平均动能：大量分子动能的平均值。 (3)温度是分子热运动平均动能的标志。物体的温度越高，其分子平均动能也就越大。 1．判一判 (1)扩散与布朗运动的剧烈程度都与温度有关。(　　) (2)悬浮微粒越大，越容易观察到布朗运动。(　　) (3)风沙弥漫，尘土飞扬，可以用分子热运动来解释。(　　) (4)高速运动的物体，其内部分子的热运动一定很剧烈。(　　) (5)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。(　　) 提示：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)× 2．想一想 扩散、布朗运动和热运动有什么不同？ 提示：扩散是不同物体相互接触时彼此进入的现象，是由分子的无规则运动产生的；布朗运动是悬浮在液体(或气体)中微粒的无规则运动，是微粒受到液体(或气体)分子的无规则撞击作用的不平衡性造成的；热运动是分子永不停息的无规则运动。扩散和布朗运动是分子热运动的结果。 探究　扩散现象 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：在一个量筒里滴入几滴溴，然后用一块小玻璃片盖住。红棕色的溴蒸气从量筒底部慢慢上升，很快就均匀地充满了整个量筒，如图甲所示。我们知道，溴蒸气的密度比空气大，为什么会向上升并充满整个量筒呢？说明了什么？ 提示：溴蒸气能在空气中向上运动，同时，空气也能运动到下面的溴蒸气中去。说明不同气体相互接触时能彼此进入。 活动2：如图乙所示，在一个烧杯里装上清水，然后在清水中滴入几滴红墨水。在不搅动的情况下，可以看到红墨水在清水中以不规则的形态向四周扩散，慢慢地将清水染成红色。这说明了什么？ 提示：说明不同液体相互接触时能彼此进入。 活动3：将表面平滑的一块铅和一块铜紧压在一起，经过一段时间，可以发现在铜的表面层有铅的成分。在一些堆放煤炭的墙角，经过一段时间，墙皮以内会留下黑色的痕迹。这说明了什么？ 提示：说明不同固体相互接触时能彼此进入。 活动4：若将活动2中的清水换成温度较高的热水，与活动2相比，有什么不同？说明什么？ 提示：更快地将清水染成红色。说明温度越高，相互接触时彼此进入对方的现象发生得越快。 1．扩散现象：不同物体相互接触时彼此进入的现象。 2．扩散现象产生的原因：扩散现象并不是外界作用(例如对流、重力作用等)引起的，也不是化学反应的结果，而是由物质分子无规则运动引起的。 3．扩散现象的意义：扩散现象是物质分子永不停息地做无规则运动的最好证明之一。 4．影响扩散现象明显程度的三个因素 (1)物态 ①气态物质的扩散现象最快、最显著。 ②固态物质的扩散现象最慢，短时间内非常不明显。 ③液态物质的扩散现象明显程度介于气态与固态之间。 (2)温度：同种物质，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)浓度差：两种物质的浓度差越大，扩散现象越显著。 例1如图所示，上、下两个广口瓶中分别装有密度较小的H2和密度较大的N2，中间用玻璃板隔开，抽去玻璃板后(　　) A．N2向上方扩散，H2不会向下方扩散 B．N2不会向上方扩散，H2向下方扩散 C．N2和H2将同时向上和向下扩散 D．当两种气体分布均匀后，N2分子就不会由下向上运动了 (1)扩散现象形成的原因是什么？ 提示：物质分子的无规则运动。 (2)扩散现象会停止吗？ 提示：不会。 [规范解答]　扩散现象是指不同物体相互接触时彼此进入的现象，两种物质的扩散是同时进行的。所以抽去玻璃板后，N2和H2将同时向上和向下扩散，故C正确，A、B错误；当两种气体分布均匀后，分子仍在做无规则运动，故D错误。 [答案]　C 1．对扩散现象的认识注意以下三点 (1)发生在两种不同的物质之间。 (2)以单个分子为单位彼此进入对方。 (3)固体、液体、气体之间均可发生。 2．扩散是分子的无规则运动引起的，除温度外与重力等外界其他因素无关。 　(多选)下列是小明吃砂锅粥时碰到的现象，属于扩散现象的是(　　) A．米粒在水中上下翻滚 B．粥熟时，香味四处飘散 C．盐粒放入水中，水变味道 D．滴加香油时，周围可闻到香油气味 答案　BCD 解析　米粒在水中上下翻滚是米粒的运动，不是分子运动，不属于扩散现象，A错误；香味四处飘散，是分子扩散到空气中的结果，是扩散现象；盐粒放入水中，水变味道，是因为盐分子进入水中，是扩散现象；添加香油时，香油分子运动到空气中，使周围可闻到香油气味，是扩散现象，B、C、D正确。 探究　布朗运动　热运动和分子动能 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：用显微镜观察用水稀释的碳素墨水，如图甲所示，是三个小碳粒每隔30 s位置的连线，小碳粒的运动有什么特点？ 提示：运动无规则。 活动2：活动1中微粒的运动叫布朗运动，实验发现微粒越小，布朗运动越明显。试结合图乙模型分析布朗运动的这一特点。 提示：液体是由大量分子组成的，如果液体分子都在做无规则的运动，那么每个分子的运动方向和速率都在不断地改变。在不同时刻，各个分子的运动速率有大有小，运动方向也各不相同。悬浮在液体中的微粒就会不断地受到周围液体分子对它的撞击，如图乙所示。 当悬浮微粒足够小，悬浮微粒受到的来自各个方向的液体分子的碰撞作用是不平衡的。在某一瞬间，微粒在某一方向上受到的碰撞作用较强，致使微粒产生沿该方向的加速度；在下一瞬间，微粒在另一方向上受到的碰撞作用较强，致使微粒的加速度方向改变，进而运动方向也发生改变。由于来自各个方向的碰撞作用所产生合力的大小、方向是无规则的，因而微粒运动的方向及运动的快慢都是无规则的。悬浮在液体中的微粒越小，在某一瞬间跟它相撞的分子数越少，碰撞作用的不平衡性表现得越明显；同时由于微粒的质量小，运动状态容易改变，布朗运动就越明显。悬浮在液体中的微粒越大，在某一瞬间跟微粒相撞的分子数越多，从不同方向撞击微粒的分子数就越相近，碰撞作用的不平衡性就表现得越不明显；同时，质量越大的微粒运动状态越不容易改变，因而布朗运动也越不明显。如果微粒足够大，以至于在各个方向上与微粒相撞的分子数几乎相等，那么就观察不到布朗运动了。 活动3：扩散和布朗运动都是由分子的无规则运动引起的。实验发现，温度越高，扩散越快，布朗运动越明显，这说明分子的无规则运动与温度有什么关系？ 提示：温度越高，分子的无规则运动越剧烈。 活动4：我们知道运动的物体具有动能，那么，做无规则热运动的分子具有动能吗？ 提示：具有。 活动5：在热现象的研究中，研究单个分子的动能意义不大，能定义一个描述物体内大量分子运动的剧烈程度的动能吗？ 提示：可以定义大量分子动能的平均值，即分子热运动的平均动能。 1．对布朗运动的认识 (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)，其大小在光学显微镜下可以看到，但人眼直接观察不到(其大小数量级一般在10－6 m)。 (2)关于布朗运动示意图的正确理解 布朗运动示意图中每个拐点记录的是微粒每隔一段时间(如30 s)的位置，可采用频闪照相的办法记录，两位置所画直线是人为画的。在这段时间内，微粒仍做无规则运动，由此不能将示意图中的折线当作微粒的运动轨迹，每一段线段也不可认为是对应这段时间内的直线运动轨迹，其实在这段时间内运动还是很复杂的，由布朗运动示意图无法确定微粒的运动轨迹。 (3)布朗运动不是分子的运动，而是悬浮微粒的运动。布朗运动的无规则性反映了液体(或气体)分子运动的无规则性；布朗运动与温度有关，表明液体(或气体)分子的运动与温度有关。 2．布朗运动与扩散的比较 项目 扩散 布朗运动 定义 不同物体相互接触时彼此进入的现象 悬浮在液体(或气体)中的微粒的无规则运动 原因 物质分子永不停息地做无规则运动 直接原因：大量液体(或气体)分子对悬浮微粒的撞击作用的不平衡性 根本原因：液体(或气体)分子的无规则运动 影响因素 ①温度：温度越高，扩散越快 ②还与物质的浓度、状态等有关 ①温度：温度越高，布朗运动越明显 ②微粒的大小：微粒越小，布朗运动越明显 相同点 ①产生的根本原因都是由于分子在永不停息地做无规则运动 ②二者都随温度的升高而表现得更明显 3.热运动的特点 (1)分子的运动是无规则的。由于分子之间的相互碰撞，每个分子的运动速度无论是方向还是大小都在不断变化。 (2)分子的热运动是永不停息的。无论经过多长时间，温度多么低，在什么条件下，分子的无规则运动始终存在。 (3)热运动与物体的温度有关。温度越高，分子运动得越剧烈。 4．单个分子的动能 由于分子运动的无规则性，在某时刻物体内部各个分子的动能大小不一，就是同一个分子，在不同时刻的动能也是不同的，所以研究单个分子的动能意义不大。 5．分子热运动的平均动能 (1)热现象研究的是大量分子运动的宏观表现，重要的是物体内所有分子热运动的平均动能。 (2)温度是分子热运动的平均动能的标志，这是温度的微观意义。 物体的温度升高，分子的平均动能增大，但不是每个分子的动能都增大，有的分子的动能可能减小或不变，但总体上所有分子的动能之和一定增加。 例2　将墨汁稀释后，小碳粒的运动即为布朗运动。现取出一滴稀释后的墨汁，放在光学显微镜下观察，以下对观察结果的描述中，正确的是(　　) A．在显微镜下，看到水分子在不停地撞击碳粒 B．小碳粒的无规则运动即是分子的热运动 C．大一点的碳粒，看得更清晰，实验现象更明显 D．可以通过升高温度，使实验现象更明显 (1)布朗运动是分子的热运动吗？ 提示：不是。 (2)布朗运动的形成原因是什么？ 提示：液体分子对悬浮颗粒的撞击不平衡。 [规范解答]　分子很小，在显微镜下不能看到水分子，能看到悬浮的小碳粒，故A错误；小碳粒在不停地做无规则运动，这是布朗运动，不是分子的热运动，故B错误；大一点的碳粒，看得更清晰，但在某一瞬间跟它相撞的水分子数很多，各个方向的撞击作用接近平衡，实验现象将不明显，故C错误；温度越高，布朗运动越剧烈，实验现象越明显，故D正确。 [答案]　D 布朗运动和热运动的区别与联系 布朗运动 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 可以在光学显微镜下看到，肉眼看不到 在光学显微镜下看不到，可以在扫描隧道显微镜下看到 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 [变式训练2]　关于热运动和分子动能，下列说法正确的是(　　) A．某物体的温度是0 ℃，说明物体中分子热运动的平均动能为零 B．物体温度升高时，每个分子的动能都增大 C．物体的温度无论多么低，分子的热运动都永不停息 D．物体的运动速度越大，则物体内部分子热运动越剧烈，物体的温度越高 答案　C 解析　某物体的温度是0 ℃，物体中分子热运动的平均动能并不为零，因为分子在永不停息地运动，A错误；当物体温度升高时，分子的热运动变剧烈，分子热运动的平均动能增大，但并不是每个分子的动能都增大，B错误；分子热运动即分子永不停息的无规则运动，C正确；物体的运动速度越大，说明物体的动能越大，这并不能代表物体内部分子的热运动越剧烈，则物体的温度不一定越高，D错误。 1．(扩散现象)关于扩散现象，下列说法正确的是(　　) A．只有气体和液体才能发生扩散现象 B．扩散现象使人们直接看到了分子的运动 C．扩散现象说明分子是整体定向移动的 D．温度越高，分子热运动越剧烈，扩散现象越明显 答案　D 解析　不同物体相互接触时彼此进入的现象叫作扩散。一切物质的分子都在永不停息地做无规则运动，所以固体、液体或气体之间都会发生扩散现象。扩散现象是物质分子永不停息地做无规则运动的最好证明之一，但分子太小，人们不可能直接看到，故A、B、C错误；分子热运动情况与物体的温度有关，温度越高，分子热运动越剧烈，扩散现象越明显，故D正确。 2．(扩散现象)(多选)下列现象中属于扩散现象的是(　　) A．琪琪刚进家门就闻到妈妈做饭的香味 B．琪琪把白色的衣服和蓝色的衣服用清水泡了一晚上，白色衣服被染上了蓝色 C．琪琪看见爸爸调制的不同颜色分层的鸡尾酒，放置一天后都混在一起成一种颜色了 D．琪琪看见雪融化后，与泥土混合成了泥水 答案　ABC 解析　琪琪看见雪融化后，与泥土混合成了泥水，属于物质的混合，不属于扩散现象，其他选项属于扩散现象，故D错误，A、B、C正确。 3．(扩散现象、布朗运动)(多选)关于布朗运动、扩散现象，下列说法中正确的是(　　) A．布朗运动是固体微粒的运动，反映了液体或气体分子的无规则运动 B．布朗运动和扩散现象都需要在重力作用下才能进行 C．布朗运动和扩散现象在没有重力作用下也能进行 D．扩散现象直接证明了“组成物质的分子在永不停息地做无规则运动”，而布朗运动间接证明了这一观点 答案　ACD 解析　扩散现象是物质分子的迁移，而布朗运动是悬浮在液体或气体中的微粒的运动，液体或气体分子对微粒撞击作用的不平衡导致微粒运动，由此可见扩散现象和布朗运动不需要附加条件；扩散现象直接证明了“组成物质的分子在永不停息地做无规则运动”，而布朗运动间接证明了“组成物质的分子在永不停息地做无规则运动”。A、C、D正确，B错误。 4．(热运动)下列关于热运动的说法中正确的是(　　) A．热运动是物体受热后所做的运动 B．热运动是大量分子的永不停息的无规则运动 C．热运动是单个分子的永不停息的无规则运动 D．热运动是温度高的物体中的分子的无规则运动 答案　B 解析　热运动是指大量分子的永不停息的无规则运动，并非是物体受热后所做的运动，也并不是单个分子的永不停息的无规则运动，也不是温度高的物体中的分子的无规则运动，故B正确，A、C、D错误。 5．(分子动能)下列说法中正确的是(　　) A．温度是分子平均动能的标志，物体的温度越高，则分子的平均动能越大 B．温度是分子平均动能的标志，物体的温度升高，则物体的每一个分子的动能都增大 C．某物体当其动能增大时，则该物体的温度一定升高 D．某物体的温度升高，则它的动能一定增大 答案　A 解析　温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子的平均动能增大，但不是每个分子的动能都增大，A正确，B错误；物体动能增大，表示物体机械运动的速度增大，物体温度不一定变化，同理，物体温度变化时动能不一定变化，C、D错误。 6．(布朗运动)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．图中记录的是固体微粒分子无规则运动的情况 C．图中记录的是固体微粒做布朗运动的轨迹 D．图中记录的是几个固体微粒各自在不同时刻的位置的连线 答案　D 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固体微粒发生碰撞，从而使固体微粒做无规则运动，即布朗运动是固体微粒的运动，故A、B错误；题图中每个拐点记录的是固体微粒每隔一定时间的位置，在这段时间内固体微粒做的也是无规则运动，题图中记录的不是固体微粒的运动轨迹，而是不同时刻的位置连线，故C错误，D正确。 7．(布朗运动)有些病毒可以通过高浓度气溶胶颗粒传播。气溶胶是指在气体中稳定分散悬浮的液态或固体小颗粒，这些小颗粒长时间的在空气中做无规则运动，温度越高，小颗粒运动得越剧烈。关于气溶胶颗粒在空气中的运动，下列说法正确的是(　　) A．气溶胶颗粒的运动是热运动 B．气溶胶颗粒在空气中的运动能够反映该颗粒分子的运动 C．气溶胶颗粒受到周围空气分子作用力的合力始终等于其重力 D．相同温度下气溶胶颗粒的直径越小，在空气中的无规则运动越剧烈 答案　D 解析　由题意知，气溶胶颗粒属于布朗微粒，气溶胶颗粒悬浮在空气中的运动，是受到气体分子不同方向的无规则运动产生的撞击力不平衡引起的，所以气溶胶颗粒悬浮在空气中的运动是布朗运动，故A错误；气溶胶颗粒在空气中的运动能够反映气体分子的无规则运动，故B错误；空气分子对气溶胶颗粒撞击的不平衡性造成了其做布朗运动，但空气分子对它的作用力的合力和重力的大小无法比较，且空气分子对它撞击的合力的方向也是无规则的，故C错误；相同温度下气溶胶颗粒的直径越小，气体分子对气溶胶颗粒撞击的不平衡性越显著，同时由于颗粒的直径越小，其质量越小，运动状态越容易改变，则气溶胶颗粒在空气中的无规则运动越剧烈，故D正确。 8．(扩散现象、布朗运动)如图所示，把一块铅和一块金的接触面磨平、磨光后紧紧压在一起，五年后发现金中有铅，铅中有金，对此现象说法正确的是(　　) A．属扩散现象，原因是金分子和铅分子的相互吸引 B．属扩散现象，原因是金分子和铅分子的运动 C．属布朗运动，小金粒进入铅块中，小铅粒进入金块中 D．属布朗运动，由于外界压力使小金粒、小铅粒彼此进入对方中 答案　B 解析　这种不同物体相互接触时彼此进入的现象属扩散现象，是由物质分子热运动引起的。故B正确。 9．(布朗运动)(多选)把墨汁用水稀释后取出一滴放在光学显微镜下观察，如图所示，下列说法正确的是(　　) A．在显微镜下既能看到水分子也能看到悬浮的小碳粒，且水分子不停地撞击碳粒 B．小碳粒在不停地做无规则运动，即布朗运动 C．越小的碳粒，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的静止不动的水分子组成的 答案　BC 解析　在光学显微镜下，只能看到悬浮的小碳粒，看不到水分子，故A错误；在显微镜下看到小碳粒在不停地做无规则运动，即布朗运动，且碳粒越小，运动越明显，故B、C正确；任何分子都在不停地运动，故D错误。 10．(扩散现象、布朗运动)雾霾天气是一种大气污染状态，雾霾是对大气中如灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子悬浮颗粒物含量超标的笼统表述，尤其是PM2.5(空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物)被认为是造成雾霾天气的“元凶”。随着空气质量的恶化，阴霾天气现象出现增多，危害加重。中国不少地区把阴霾天气现象并入雾一起作为灾害性天气预警预报，统称为“雾霾天气”。霾粒子的分布比较均匀，而且灰霾粒子的尺度比较小，从0.001微米到10微米，平均直径大约在1～2微米左右，肉眼看不到空中飘浮的颗粒物。从物理学的角度认识雾霾，下列说法正确的是(　　) A．雾霾天气中霾粒子的运动是布朗运动 B．霾粒子的运动是分子的运动 C．霾粒子的扩散形成霾 D．霾粒子的运动与温度无关 答案　A 解析　雾霾天气中霾固体颗粒悬浮在空气中做无规则运动，是布朗运动，不是分子的运动，则不是霾粒子的扩散形成霾，A正确，B、C错误；温度越高，布朗运动越明显，则霾粒子的运动与温度有关，D错误。 11．(分子动能)两个完全相同的密闭容器中分别装有质量相等、温度相同的氢气和氮气，则氢气分子的平均动能________(选填“大于”“小于”或“等于”)氮气分子的平均动能；容器中氢气分子的总动能________(选填“大于”“小于”或“等于”)氮气分子的总动能；通常情况下，气体的压强p＝nkT，其中n表示单位体积内的气体分子数，k为常量，T为温度，则氢气的压强________(选填“低于”“高于”或“等于”)氮气的压强。 答案　等于　大于　高于 解析　氢气和氮气的温度相同，则它们的分子的平均动能相同；分子的总动能为Ek＝N·k，氢气分子的摩尔质量小，则相等质量的氢气分子个数较多，分子总动能较大；根据题意，单位体积内氢气的分子数大，而两者温度相同，由p＝nkT知，氢气的压强高于氮气的压强。 14 学科网（北京）股份有限公司 $$