1.3 分子的热运动（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（教科版2019）

第3节　分子的热运动 物理观念 科学探究 科学探究 1.了解扩散现象是由分子的热运动引起的。 2．知道布朗运动的特点及产生原因。 3．知道分子热运动的无规则性和随温度的升高而加剧。 　　了解扩散现象、布朗运动与分子热运动的区别和联系。 　　探究影响布朗运动快慢的因素。 [对应学生用书P9] 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。 2．产生原因：是由物质分子无规则运动引起的。 3．意义：扩散现象证明物质分子永不停息地做无规则运动。 4．特点：温度越高，扩散越快。 5．应用：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。 二、布朗运动及其解释 1．定义：悬浮在液体(或气体)中的颗粒的无规则运动叫作布朗运动。 2．产生原因：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。 3．影响因素：微粒的大小和温度的高低。微粒越小，温度越高，布朗运动就越明显。 4．意义：布朗运动虽然不是分子的运动，但它间接反映了液体(或气体)分子运动的无规则性。 三、热运动和分子动能 1．定义：通常把分子的无规则运动叫作热运动。 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。 3．分子的平均动能 (1)定义：大量分子做热运动的动能的平均值。 (2)影响因素：温度是分子热运动平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能越大。 1．(物理与自然)如图所示，万里无云的春日，花香弥漫，沁人心脾。那么花香弥漫现象与哪些因素有关呢？ 提示：花香是由分子的扩散现象引起的，与温度有关。温度越高，扩散越快。 2．请判断下列说法的正误(对的画“√”，错的画“×”)。 (1)扩散现象和布朗运动都与温度有关，它们都叫热运动。(　　×　　) (2)悬浮颗粒越大，越容易观察到布朗运动。(　　×　　) (3)风沙弥漫，尘土飞扬。可以用分子的热运动来解释。(　　×　　) (4)高速运动的物体，其内部分子的热运动一定更剧烈。(　　×　　) (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。(　　×　　) [对应学生用书P10] 探究点一___扩散现象 　　 如图所示，气体和液体都可以发生扩散现象。 [问题设计] (1)固体物质都有固定的形状，它们之间也会发生扩散吗？ (2)扩散过程是否永远不会停止？ 提示：(1)会。 (2)物质处于固态、液态和气态时均能发生扩散现象，只是气态物质的扩散现象最显著，固态物质扩散现象不明显，需要经过较长的时间才能观察到固态物质明显的扩散现象。当物质在能达到的空间里实现了分布均匀，扩散现象就结束了，但此时分子的运动并没有停止。 1．影响扩散现象是否明显的因素 (1)物态：扩散现象发生时，气态物质的扩散现象最快最显著，液态物质次之，固态物质的扩散最慢，并且短时间内非常不明显。 (2)温度：在两种物质一定的前提下，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：扩散现象发生的明显程度还与两种物质的浓度差有关，浓度差越大，扩散现象越明显。 2．产生扩散现象的原因 扩散现象不是外界作用引起的，而是分子无规则运动的直接结果，是分子无规则运动的宏观反映。 [特别提醒] (1)扩散现象在任何情况下都可以发生，与外界因素无关。 (2)当两部分的分子分布浓度相同时，浓度不再变化，宏观上扩散停止，但分子的运动并没有停止，因此这种状态是一种动态平衡。 【例1】 (2023·广西南宁高一校考开学考试)如图所示，二氧化氮气体的密度大于空气的密度，当抽掉玻璃板一段时间后，两个瓶子内颜色逐渐变得均匀。针对上述现象，下列说法正确的是(　　) A．此现象能说明分子间存在相互作用的引力 B．此现象与“扫地时灰尘飞扬”的成因相同 C．颜色变得相同后，瓶中气体分子停止运动 D．颜色变得相同后，上方瓶中气体密度比空气大 D　解析：此现象属于扩散现象，是分子无规则运动的结果，不能说明分子间存在相互作用的引力，A错误；扫地时灰尘飞扬，该现象属于机械运动，不是扩散现象，所以成因不同，B错误；分子运动永不停息，C错误；二氧化氮气体的密度大于空气的密度，颜色变得相同后，上方瓶中因有二氧化氮气体，所以密度比空气大，D正确。 [练1] (多选)下列现象中属于扩散现象的是(　　) 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．铁件放在土表面，时间长了，接触部位铁件会有锈 AB　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，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，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，C错误；铁件放在土表面，时间长了，接触部位铁件会有锈，是化学反应，不是扩散，D错误。 探究点二___布朗运动 小明同学在使用碳素墨水时，经常出现钢笔尖被堵的现象，为了研究这个问题，她把墨水滴入水中，放在实验室里的显微镜下观察，得到如图所示图像，箭头是她自己标注的。根据生活现象和图像，回答下列问题。 [问题设计] (1)碳素墨水中的“碳粒”是不是分子？容易堵住钢笔尖的原因是什么？ (2)碳粒在水中做什么运动？ (3)该运动有什么特点？ (4)该运动产生的原因是什么？ 提示：(1)碳粒不是分子。碳粒要比分子大很多，是固体颗粒，所以容易堵住钢笔尖。 (2)碳粒在水中做无规则运动，即布朗运动。 (3)布朗运动是无规则的、永不停息地。悬浮的微粒越小，布朗运动越明显；温度越高，布朗运动越剧烈。 (4)布朗运动是悬浮在液体中的微小颗粒受到液体分子各个方向撞击作用的不平衡造成的。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，即布朗运动。 1．布朗运动的影响因素 (1)微粒的大小： 　　　 ①颗粒越大同时撞击它的分子数多受力平均效果相互平衡； ②颗粒越小同时撞击它的分子数少受力平均效果极易不相互平衡； ③微粒越小，其质量也就越小，相同撞击力下产生的加速度越大。因此，微粒越小，布朗运动越明显。 (2)液体或气体的温度： 温度越高，布朗运动越激烈。温度越高，液体(气体)分子的运动(平均)速率越大，对悬浮于其中的微粒的撞击作用也越大，产生的加速度也越大。因此，温度越高，布朗运动越剧烈。 2．布朗运动的实质： 布朗运动不是分子的运动，而是固体微粒的运动。布朗运动的无规则性反映了液体(气体)分子运动的无规则性；布朗运动与温度有关，表明液体(气体)分子的运动与温度有关。 3．扩散现象与布朗运动的比较 布朗运动 扩散现象 不同点 产生条件 固体微(颗)粒悬浮在液体或气体中 两物体相互接触，在固、液、气体中都能发生 产生原因 液体或气体分子无规则运动，对固体微粒撞击的不平衡 分子的无规则运动 运动本质 固体微粒的运动 分子的运动 是否会停止 不会 会(最终达到动态平衡) 影响因素 温度高低、颗粒大小 温度高低、密度差或浓度差 不同点 相同点 (1)布朗运动和扩散现象都是分子运动的有力证据。 (2)产生的根本原因相同，也就是分子永不停息地做无规则运动。 (3)都与温度有关，温度越高，现象越明显 [特别提醒] 我们无法直接看见分子的无规则运动。悬浮微粒的无规则运动并不是分子的运动，但是微粒运动的无规则性，间接地反映了液体分子运动的无规则性。 【例2】 (2023·北京大兴高二统考期末)1827年，英国植物学家布朗首先在显微镜下研究了悬浮在液体中的小颗粒的运动。某同学做了一个类似的实验，用显微镜观察炭粒的运动得到某个观测记录，如图所示。下列关于布朗运动的说法，正确的是(　　) A．布朗运动是液体分子的无规则运动 B．布朗运动是液体分子对悬浮微粒撞击作用的不平衡引起的微粒无规则运动 C．布朗运动是由于液体各部分的温度不同而引起的 D．液体温度越高，悬浮微粒越大，布朗运动越剧烈 B　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，而非分子的运动，是液体分子对悬浮微粒撞击作用的不平衡引起的微粒无规则运动，A、C错误，B正确；液体温度越高，分子热运动越剧烈，液体中悬浮微粒的布朗运动越剧烈，悬浮微粒越小，液体分子撞击作用的不平衡性表现得越明显，液体中悬浮微粒的布朗运动越剧烈，D错误。 [练2] 关于布朗运动，下列说法正确的是(　　) A．布朗运动就是分子的无规则运动 B．布朗运动是悬浮微粒的无规则运动 C．布朗运动反映固体分子的无规则运动 D．小颗粒无规则运动的轨迹就是分子无规则运动的轨迹 B　解析：布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，而组成小颗粒的分子有成千上万个，颗粒的运动是大量分子集体的运动，并不是颗粒分子的无规则运动，A错误，B正确；悬浮在液体中小颗粒周围有大量的液体分子，由于液体分子对悬浮微粒无规则撞击，造成小颗粒受到的冲力不平衡而引起小颗粒的运动，所以布朗运动反映了液体分子的无规则运动，C错误；小颗粒本身并不是分子，小颗粒无规则运动的轨迹不是分子无规则运动的轨迹，D错误。 探究点三___分子的热运动 一般的分子热运动的速率很大，大多在200 m/s到600 m/s之间。对于放在一个宽度只有几米的房间里的香水，打开瓶塞后，过一会儿就会闻到香味。 [问题设计] 房间里的人要过一会儿才能闻到香味，为什么？ 提示：虽然气体分子运动的速率比较大，但由于分子运动不是匀速直线运动，分子的运动是无规则的，并且与空气分子不断碰撞，运动方向不断变化，而且要闻到足够多的香水分子才能产生明显的嗅觉，所以必须经过一段时间才能闻到香味。 1．对热运动的理解 (1)所谓分子的“无规则运动”，是指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地变化。标准状况下，一个空气分子在1 s内与其他空气分子的碰撞高达65亿次，所以大量分子的运动是十分混乱的，也就是说是无规则的。 (2)热运动是对大量分子而言的，对个别分子无意义。 (3)分子热运动的剧烈程度虽然受到温度影响，温度高运动快，温度低运动慢，但分子的运动永远不会停息。 2．分子动能 单个分子的动能 (1)物体由大量分子组成，每个分子都有分子动能且不为零。 (2)分子在永不停息地做无规则热运动，每个分子的动能大小不同，并且时刻在变化。 (3)热现象是大量分子无规则运动的统计结果，个别分子的动能没有实际意义 分子的平均动能 (1)温度是大量分子无规则热运动的宏观表现，具有统计意义。温度升高，分子的平均动能增大，但不是每一个分子的动能都增大，个别分子的动能可能增大，也可能减小，但总体上所有分子的动能之和一定是增加的。 (2)虽然同一温度下，不同物质的分子热运动的平均动能相同，但由于不同物质的分子质量不尽相同，平均速率大小一般不相同 3.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 悬浮于液体中的微粒 分子 观察难易程度 可以在显微镜下看到，肉眼看不到 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(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】 下列关于分子热运动的说法中正确的是(　　) A．0 ℃的物体中的分子不做无规则运动 B．布朗运动就是液体分子的无规则热运动 C．扩散现象表明分子在做永不停息地热运动 D．微粒越大，液体温度越高，布朗运动就越明显 C　解析：分子的热运动永不停息，A错误；布朗运动是固体小颗粒的无规则运动，反映了液体分子的无规则热运动，B错误；扩散现象表明分子在做永不停息的热运动，C正确；微粒越小，液体温度越高，布朗运动就越明显，D错误。 [练3] (2023·江苏徐州高二统考期中)下列所列词句中，描述分子热运动的是(　　) A．沙飞朝似幕，云起夜疑城 B．踏花归去马蹄香 C．拂墙花影动，疑是玉人来 D．风沙刮地塞云愁 B　解析：“沙飞朝似幕，云起夜疑城”是机械运动，不属于分子热运动，A错误；“踏花归去马蹄香”是扩散现象，属于分子热运动，B正确；“拂墙花影动，疑是玉人来”是机械运动，不属于分子热运动，C错误；“风沙刮地塞云愁”是机械运动，不属于分子热运动，D错误。 [对应学生用书P13] 1．在下列给出的四种现象中，属于扩散现象的是(　　) A．雨后的天空中悬浮着许多小水珠 B．海绵吸水 C．把一块铅和一块金的接触面磨平、磨光后，紧紧地压在一起，几年后会发现铅中有金 D．将大米与玉米混合均匀，大米与玉米“你中有我，我中有你” C　解析：雨后的天空中悬浮着许多小水珠不是分子进入对方的现象，A错误；海绵吸水是由于浸润现象产生的，不是分子进入对方的现象，B错误；把一块铅和一块金的接触面磨平、磨光后，紧紧地压在一起，几年后会发现铅中有金是不同的物质分子彼此进入对方的现象，属于扩散现象，C正确；将大米与玉米混合均匀，大米与玉米“你中有我，我中有你”的现象不是分子进入对方的现象，D错误。 2．(多选)如图描绘了一颗悬浮微粒受到周围液体分子撞击的情景，以下关于布朗运动的说法正确的是(　　) A．布朗运动就是液体分子的无规则运动 B．液体温度越高，布朗运动越剧烈 C．悬浮微粒越大，液体分子撞击作用的不平衡性表现得越明显 D．悬浮微粒做布朗运动，是液体分子的无规则运动撞击造成的 BD　解析：布朗运动是悬浮在液体表面的固体颗粒的无规则运动，是液体分子的无规则运动的表现，A错误；液体温度越高，布朗运动越剧烈，B正确；悬浮微粒越小，液体分子撞击作用的不平衡性表现得越明显，C错误；悬浮微粒做布朗运动，是液体分子的无规则运动撞击造成的，D正确。 3．陆游在诗作《村居山喜》中写到“花气袭人知骤暖，鹊声穿树喜新晴”。关于“花气袭人”，下列说法正确的是(　　) A．“花气袭人”的主要原因是因为有微风吹过的缘故 B．“花气袭人”说明分子之间存在着相互作用力 C.温度越高，“花气袭人”现象越明显 D．温度升高，每个分子的运动速率都会增大 C　解析：“花气袭人”的主要原因是气体分子在永不停息地做无规则运动，A、B错误；温度升高，分子的平均动能增大，“花气袭人”现象越明显，但并非每一个分子的运动速率都增大，C正确，D错误。 4．(多选)如图所示的是做布朗运动小颗粒的运动路线记录的放大图。以小颗粒在A点开始计时，每隔30 s记下小颗粒的位置，得到B、C、D、E、F、G等点，则小颗粒在第75 s末时位置，以下叙述中正确的是(　　) A．一定在CD连线的中点 B．一定不在CD连线的中点 C．可能在CD连线上，但不一定在CD连线中点 D．可能在CD连线以外的某点上 CD　解析：布朗运动是无规则的运动，从颗粒运动到A点计时，每隔30 s，记下颗粒的一个位置，其CD连线并不是小颗粒运动的轨迹，所以在75 s末时，其所在位置不能在图中确定。C、D正确，A、B错误。 5．(多选)关于扩散现象和布朗运动，下列说法正确的是(　　) A．扩散现象和布朗运动都是分子的无规则运动 B．扩散现象和布朗运动没有本质的区别 C．扩散现象在固体、液体、气体中均能发生 D．扩散现象和布朗运动都与温度有关 CD　解析：扩散现象是指不同物质相互接触时，彼此进入对方的现象，是由分子的无规则运动产生的；布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，不是分子的无规则运动，A、B错误；扩散现象在固体、液体、气体中均能发生，C正确；扩散现象是由分子的无规则运动产生的，布朗运动虽然不是分子的无规则运动，但布朗运动间接反映了分子的无规则运动；温度越高，分子热运动越剧烈，所以扩散现象和布朗运动都与温度有关，D正确。 [课时梯级训练(3)见P140] 学科网（北京）股份有限公司 $$