1.1 分子动理论的基本观点（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（鲁科版2019）

物理选择性必修 第三册 第 1 章 分子动理论与气体实验定律 第1节　分子动理论的基本观点 核心素养 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 1.认识分子动理论的基本观点，知道其实验依据。 2．知道分子的动能、平均动能，理解温度是分子平均动能的标志。 3．知道分子势能跟物体的体积有关，了解分子势能随分子间距离变化而变化的定性规律。 4．理解内能的概念，了解物体的内能与哪些宏观量有关，知道改变物体内能的两种方式。 1.认识布朗运动，理解布朗运动产生的原因及影响因素，了解分子的热运动。 2．掌握分子间相互作用力的特点及变化规律。 1.通过液体扩散实验了解扩散现象及特点。 2．观察布朗运动。 3．通过不同液体的混合实验体会分子间存在空隙的物理事实。 通过了解扩散现象在科学技术中的应用，体会物理学在生产、生活中的应用。 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　分子动理论的基本观点 [对应学生用书P1] 知识点一 物体是由大量分子组成 必备知识/自主学习 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_______时，通常将它们统称为分子。(2) 一般分子直径的数量级为_______ m。 2．阿伏伽德罗常数 ❶ (1)定义：1 mol任何物质都含有____的粒子数，这个数量称为__________________。(2)数值：NA＝___________________。 热运动 10-10 阿伏伽德罗常数 6.02×1023 mol-1 相同 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　分子动理论的基本观点 知识点二 分子永不停息地做无规则运动 1．扩散现象 ❷ (1)扩散现象：将蓝黑墨水滴入清水中，蓝黑墨水不断地在清水中______，这就是扩散现象。(2)普遍性：气体、_____和_____都能发生扩散。(3)规律：_____越高，扩散越快。 2．布朗运动 ❸ (1)定义：悬浮在液体中的微粒所做的永不停息的_____________。(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_______，使微粒的运动状态发生变化。(3)影响布朗运动剧烈程度的因素①微粒大小：微粒_____，布朗运动越明显。②温度高低：温度_____，布朗运动越剧烈。(4)意义：反映了分子在永不停息地做________运动。 散开 液体 固体 温度 无规则运动 不平衡 越小 越高 无规则 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　分子动理论的基本观点 3．热运动 ❹ (1)定义：分子的_______运动。(2)影响因素：温度______，分子的无规则运动越剧烈。 知识点三 分子间存在着相互作用力 ❺ 1. 分子力 分子之间同时存在着_____和______，其大小与________________有关。 2．分子力与分子间距离的关系 (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_____。②当r＝r0时，分子间的作用力F为___；这个位置称为______位置。③当r＞r0时，分子间的作用力F表现为______。(2)产生原因：_________的带电粒子的相互作用。 无规则 越高 引力 斥力 分子间的距离 斥力 0 平衡 引力 原子内部 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　分子动理论的基本观点 3．分子动理论的基本观点 知识点四 物体的内能 1.分子势能 ❻ 2．分子动能 物体是由大量_____组成的，分子永不停息地做______运动，分子间存在着___________。 (1)定义：分子具有由它们的_________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_____有关。②微观上：与分子间的______有关。 (1)定义：分子由于做_______所具有的动能。(2)平均动能：大量分子动能的________。 分子 无规则 相互作用力 相对位置 体积 距离 热运动 平均值 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　分子动理论的基本观点 (3)温度与平均动能的关系①温度的微观本质：温度是物体内分子热运动的__________的标志。 ②温度越高，分子热运动的平均动能_____。 (1)定义：物体的所有分子热运动的______和__________的总和。(2)普遍性：组成物体的分子永不停息地做____________，分子间存在着___________，所以任何物体都具有内能。 思考判断 3．物体的内能 ❼ 1．一个分子的质量等于摩尔质量除以阿伏伽德罗常数。( )2．布朗运动就是液体分子的无规则运动。( )3．当两分子间距为r0时，分子力为零，没有引力也没有斥力。( )4．分子势能随着分子间距离的增大而增大。( ) 平均动能 越大 动能 分子势能 无规则运动 相互作用力 √ × × × 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　分子动理论的基本观点 批注❶：(1)单位：个每摩尔(个/mol) (2)阿伏伽德罗常数只能描述微观量，不能描述宏观量。(3)桥梁作用：如图所示。 批注❷：生活中的扩散现象 批注❸：布朗运动的实质布朗运动不是固体分子的无规则运动，而是大量液体分子做无规则运动时与悬浮在液体中的小颗粒发生碰撞，从而使小颗粒做无规则运动，即布朗运动是固体小颗粒的无规则运动。 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　分子动理论的基本观点 批注❹：热运动是分子的无规则运动，只与温度有关，与机械运动无关。 批注❺：分子间的作用力有些像弹簧连接的两个小球间的作用力。类比： 批注❻：(1)若r<r0，当r减小时，分子力做负功，分子势能增大。(2)若r>r0，当r增大时，分子力做负功，分子势能增大。(3)若r＝r0，分子势能最小。批注❼：物体的内能与物体的质量、温度和体积有关。 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　分子动理论的基本观点 关键能力/互动探究 [对应学生用书P3] 探究点一　两种分子模型与阿伏伽德罗常数的应用　(物质观念之形成) ▶情境探究如图所示，观察一片树叶，然后依次放大6倍、700倍、4 000倍、20 000倍、50 000 000倍，请问： 放大50 000 000倍后，可以观察到图中有很多小白点，它是什么？说明了什么问题？ 答案： 它是组成树叶的分子。说明分子很小，放大50 000 000倍才看到。 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　分子动理论的基本观点 ▶探究归纳 1．与阿伏伽德罗常数相关的物理量(1)宏观量：摩尔质量M、摩尔体积Vmol、物质的质量m、物质的体积V、物质的密度ρ；(2)微观量：单个分子的质量m0、单个分子的体积V0。 2．微观量与宏观量的关系 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　分子动理论的基本观点 3．两种分子模型 (1)球体模型：固体和液体可看作一个一个紧挨着的球形分子排列而成，忽略分子间空隙，如图甲所示。(2)立方体模型：气体分子间的空隙很大，把气体分成若干个小立方体，气体分子位于每个小立方体的中心，如图乙所示。 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　分子动理论的基本观点 ▶对点例练 【例1】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，已知此时室内空气的摩尔体积为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。(办公室的高度取3 m) 答案： (1)6.7×1018个　(2)4.2×10-8 m 解析： 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　分子动理论的基本观点 (2) 对固体、液体指分子体积，对气体则指平均每个分子所占据空间的体积，即无法求解气体分子的大小。 方法技巧 (1)求解与阿伏伽德罗常数有关问题的思路： [练1] (2022·上海华东师范大学第二附属中学高二月考)只要知道下列哪一组物理量，就可以估算出气体分子间的平均距离(　　) A．该气体的密度、体积和摩尔质量 B．阿伏伽德罗常数，该气体的质量和密度 C．阿伏伽德罗常数，该气体的摩尔质量和密度 D．阿伏伽德罗常数，该气体的摩尔质量和质量 C 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　分子动理论的基本观点 知道该气体的密度、体积和摩尔质量，可以求出该气体物质的量，求不出气体分子的体积，求不出气体分子间的平均距离，A错误；知道阿伏伽德罗常数，该气体的质量和密度，可以求出气体的体积，求不出气体分子的体积，求不出气体分子间的平均距离，B错误；已知气体的密度，可以求出单位体积气体的质量，知道该气体的摩尔质量，可以求出单位体积气体物质的量，知道阿伏伽德罗常数，可以求出单位体积气体分子的个数，可以求出单个分子的体积，即可求出气体分子间的平均距离，C正确；知道阿伏伽德罗常数、气体的摩尔质量和质量，可以求出分子的质量，但求不出分子的体积，求不出气体分子间的平均距离，D错误。 解析： 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　分子动理论的基本观点 探究点二　分子的热运动　(物质观念之形成) ▶情境探究冬天在我国北方很多地方易出现雾霾天气，雾霾极大地影响了人们的视线，也给交通带来不便，如图所示： 你知道霾的小颗粒在做什么运动吗？这种运动与小颗粒的大小有关吗？ 答案： 霾的小颗粒做布朗运动。颗粒越小，布朗运动越明显。 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　分子动理论的基本观点 ▶探究归纳 1．布朗运动与扩散现象的区别与联系 布朗运动 扩散现象区 区 别 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 联系 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 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　分子动理论的基本观点 2.布朗运动与热运动的区别与联系 布朗运动 热运动 不 同 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 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　分子动理论的基本观点 ▶对点训练 【例2】(2021·江苏南京高三模拟)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。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运动B．在布朗运动中，固态或液态颗粒越小，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，颗粒的运 动属于布朗运动，能长时间悬浮是因为气体的浮力作用 B 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　分子动理论的基本观点 布朗运动是固态或液态颗粒的无规则运动，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；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，B正确，A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，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热运动的撞击而导致的，不是浮力作用的结果，D错误。 方法技巧 理解布朗运动的关键 布朗运动的研究对象是悬浮小颗粒，而不是分子，属于宏观物体的运动，布朗小颗粒中含有大量的分子，它们也在做永不停息的无规则运动，导致布朗运动的本质原因是液体分子的无规则运动。 解析： 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　分子动理论的基本观点 [练2] (2022·江苏盐城田家炳中学高二期中)以下的无规则运动中属于布朗运动的是(　　) A．下雪天雪花纷飞B．用显微镜观察到悬浮在液体或气体中的固体微粒的运动C．汽车驰过，路上扬起尘土D．一束阳光射入屋内，看到尘埃飞舞 B 固体小颗粒做布朗运动是液体分子或气体分子对小颗粒碰撞的作用力不平衡引起的，空中的雪花、屋内的尘埃和路上扬起的尘土都是用肉眼可以直接看到的粒子，都不能称为布朗运动；用显微镜观察到悬浮在液体或气体中的固体微粒的运动是布朗运动，B正确。 解析： 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　分子动理论的基本观点 探究点三　分子间的作用力与物体的内能　(物质观念之形成) ▶情境探究(1)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，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？ 答案： (1)不相等；因为玻璃板和液面之间有分子引力，所以在将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，但绝大部分分子间的距离仍然很大，达不到分子引力起作用的距离，所以不会粘在一起。 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　分子动理论的基本观点 ▶探究归纳 1．分子力 分子间的引力、斥力和分子力随分子间距离变化的图像如图所示。(1)分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小。(2)当r<r0时，分子力随分子间距离的增大而减小；当r>r0时，分子力随分子间距离的增大先增大后减小。 2．分子力做功 由于分子间存在着分子力，所以当分子间距离发生变化时，分子力做功。(1)当r>r0时，分子力表现为引力，当r增大时，分子力做负功；当r减小时，分子力做正功。(2)当r<r0时，分子力表现为斥力，当r减小时，分子力做负功；当r增大时，分子力做正功。 3．分子势能的变化与分子力做功的关系 (1)分子力做正功，分子势能减少；分子力做负功，分子势能增加。(2)数量关系：W＝－ΔEp＝Ep1－Ep2。 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　分子动理论的基本观点 4．对分子平均动能的理解 (1)热现象研究的是大量分子运动的宏观表现，单个分子的动能没有意义，有意义的是物体内所有分子热运动动能的平均值，即分子的平均动能。 (2)温度是分子平均动能的标志，这是温度的微观意义。在相同温度下，各种物质分子的平均动能都相同，由于不同物质分子的质量不一定相同，因此相同温度时不同物质分子的平均速率不一定相同。 5．内能的决定因素 (1)宏观因素：物体内能的大小由物质的量、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分子的总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定。 6．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，微观上是分子平均动能的标志。 (2)内能是物体中所有分子热运动的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。 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　分子动理论的基本观点 【例3】(2022·福建福安第一中学高三质检)将一个分子P固定在O点，另一个分子Q从图中的A点由静止释放，两分子之间的作用力与间距关系的图像如图所示，则下列说法正确的是(　　) ▶对点训练 D A．分子Q由A运动到C的过程中，先加速再减速B．分子Q在C点时分子势能最大C．分子Q在C点时加速度最大D．分子Q由A点释放后运动到C点左侧的过程中，加速度先增大后减小再增大 分子Q由A运动到C的过程中，一直受引力作用，速度增加，分子动能增加，分子势能减小，因此在C点的分子势能最小，A、B错误；分子Q在C点时受到的分子力为零，故分子Q在C点时加速度大小为零，C错误；分子Q由A点释放后运动到C点左侧的过程中，分子间的引力先增大后减小，然后到C点左侧时分子力为斥力逐渐变大，故加速度先增大后减小再增大，D正确。 解析： 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　分子动理论的基本观点 方法技巧 理解r0的意义r＝r0时，分子力等于零，并不是分子间无引力和斥力；此时，分子处于平衡位置时，并不是静止不动，而是在平衡位置附近振动。 [练3] (2022·福建南平高二期末)下列说法正确的是(　　)A．悬浮在液体中的固体微粒越小，布朗运动就越明显B．当温度升高时，物体内每一个分子热运动的速率一定都增大C．分子间的作用力一定随分子间距离的增大而增大D．分子势能一定随分子间距离的增大而减小 A 悬浮在液体中的固体微粒越小，布朗运动就越明显，A正确；温度升高时，分子的平均速率增大，但并不是每一个分子热运动的速率都增大，B错误；当分子间的作用力表现为斥力时，分子力随分子间距离的增大而减小，而当分子间的作用力表现为引力时，分子力随分子间距离的增大先增大后减小，C错误；当分子间的作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的增大而减小，当分子间的作用力表现为引力时，分子势能随分子间距离的增大而增大，D错误。 解析： 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　分子动理论的基本观点 探究点四　解决实际问题　(科学态度与责任之落实) [练4] (生活情境)(多选)(2021·广东中山高二期末)研究表明，新型冠状病毒2019nCoV主要依靠呼吸道飞沫传播。在空气中，含病毒飞沫微粒的运动取决于空气分子的不平衡碰撞。下列关于含病毒飞沫微粒运动的说法，正确的是(　 　) A．飞沫微粒的运动是布朗运动 B．飞沫微粒能长时间悬浮在空气中是因为空气浮力的作用 C．飞沫微粒越小，其运动越明显 D．环境温度越高，飞沫微粒的运动越明显 ACD 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，所以飞沫微粒的运动是布朗运动，A正确；飞沫微粒能长时间悬浮在空气中是因为在空气中做布朗运动，B错误；飞沫微粒越小，在某一瞬间跟它相撞的气体分子越少，撞击作用的不平衡性就表现得越明显，因而其运动越明显，C正确；环境温度越高，飞沫微粒的运动越明显，D正确。 解析： 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　分子动理论的基本观点 [练5] 解析： D 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　分子动理论的基本观点 [练6] (科技情境)(多选)前几年，科学家创造出一种利用细菌将太阳能转化为液体燃料的“人造树叶”系统，使太阳能取代石油成为可能。假设该“人造树叶”工作一段时间后，能将10-6 g的水分解为氢气和氧气。已知水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，摩尔质量M＝1.8×10-2 kg/mol，阿伏伽德罗常数NA＝6.0×1023 mol-1。则(　　)A．被分解的水中含有水分子的总数约为3×1014个B．被分解的水中含有水分子的总数约为3×1016个C．一个水分子的体积为3×10-29 m3D．一个水分子的体积为3×10-27 m3 解析： BC 返回导航 物理选择性必修 第三册 第1节　分子动理论的基本观点 谢谢观看！ (1)分子质量：m0＝ eq \f(M,NA)＝ eq \f(ρVmol,NA)。 (2)分子体积：V0＝ eq \f(Vmol,NA)＝ eq \f(M,ρNA) (适用于固体和液体)。 (3)物质所含的分子数：N＝nNA＝ eq \f(m,M)NA＝ eq \f(V,Vmol)NA。 (4)阿伏伽德罗常数：NA＝ eq \f(M,m0)＝ eq \f(Vmol,V0)＝ eq \f(Vmolρ,m0)＝ eq \f(M,ρV0)(适用于固体、液体)。 其中密度ρ＝ eq \f(m,V)＝ eq \f(M,Vmol)，但是切记 eq \f(m0,V0)是没有物理意义的。 (5)气体分子间的平均距离：d＝ eq \r(3,V0)＝ eq \r(3,\f(Vmol,NA))(V0为单个气体分子所占空间的体积)。 (6)固体、液体分子直径：d＝ eq \r(3,\f(6V0,π))＝ eq \r(3,\f(6Vmol,πNA))(V0为单个分子的体积)。 (1)吸入的有害气体的分子数为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＝ eq \f(30,22.4×10-3)×6.02×1023× eq \f(5,10 000)≈4.0×1023个 把有害气体分子看成正方体，则每个分子平均体积为V0＝ eq \f(V室,n室)＝ eq \f(30,4.0×1023) m3＝7.5×10-23 m3 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 V0＝ eq \f(V,NA)， (科技情境)(2022·黑龙江哈尔滨尚志中学高二期中)浙江大学高分子系高超教授的课题组制备出了一种 超轻气凝胶，它刷新了目前世界上最轻材料的记录，弹性和吸油能力令人惊喜。这种固态材料密度仅有空 气密度的 eq \f(1,6)，设气凝胶的密度为ρ(单位为kg/m3，摩尔质量为M单位为kg/mol)，阿伏伽德罗常数为NA，则 下列说法不正确的是(　　) A．a千克气凝胶所含分子数为n＝ eq \f(a,M)NA B．气凝胶的摩尔体积为Vmol＝ eq \f(M,ρ) C．每个气凝胶分子的体积为V0＝ eq \f(M,NAρ) D．每个气凝胶分子的直径为d＝ eq \r(3,\f(NAρ,M)) a千克气凝胶的摩尔数为 eq \f(a,M)，所含分子数为n＝ eq \f(a,M)NA，A正确；气凝胶的摩尔体积为Vmol＝ eq \f(M,ρ)，B正确；每个气凝胶分子的体积为V0＝ eq \f(Vmol,NA)＝ eq \f(M,NAρ)，C正确；根据V0＝ eq \f(1,6)πd3可知，每个气凝胶分子的直径为d＝ eq \r(3,\f(6M,πNAρ))，D错误。 被分解的水中含有水分子的总数为N＝ eq \f(mNA,M)＝ eq \f(10-6×6.0×1023,18)≈3×1016个，A错误，B正确；水的摩尔体积为V0＝ eq \f(M,ρ)，则一个水分子的体积V＝ eq \f(V0,NA)＝ eq \f(M,ρNA)＝3×10-29 m3，C正确，D错误。 $$