1.2 分子热运动与分子力（Word教参）-【优化指导】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 课程内容要求 核心素养提炼 1.通过实验，了解扩散现象，观察并能解释布朗运动． 2．利用显微镜观察布朗运动． 3．知道分子间的作用力和分子距离之间的关系，掌握分子力的特点． 1.物理观念：扩散现象、布朗运动、分子力、分子热运动． 2．科学思维：通过对布朗运动的实验现象及成因的分析，体会并归纳其中的科学的研究方法． 3．科学探究：用显微镜观察微粒的运动． 4．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的介绍，培养相应的科学精神． [对应学生用书P6] (一)扩散现象 1．定义：由于分子不停地运动而产生的物质迁移现象． 2．产生原因：扩散现象不是外界作用，也不是化学反应，而是物质分子的无规则运动产生的． 3．意义：反映分子在做永不停息的无规则运动． 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． (二)布朗运动 1．定义：悬浮微粒的无规则运动叫作布朗运动，是英国植物学家布朗在显微镜下观察到的． 2．产生布朗运动的原因：液体分子无规则运动对固体微小颗粒各个方向撞击作用的不平衡性． 3．影响布朗运动的因素： (1)微粒越小，布朗运动越明显． (2)温度越高，布朗运动越激烈． 4．意义：间接反映了液体(或气体)分子运动的无规则性． (三)热运动 1．定义：物质内部大量分子的无规则运动叫作热运动． 2．温度是分子热运动剧烈程度的标志．温度越高，扩散得就越快；温度越高，悬浮颗粒的布朗运动就越明显． [判断] (1)扩散现象在固体、液体、气体中都能发生．(√) (2)布朗运动就是液体分子的无规则运动．(×) (3)悬浮微粒越大，布朗运动越明显．(×) (4)布朗运动的剧烈程度与温度有关．(√) (5)物体运动的速度越大，其内部分子热运动越激烈．(×) (6)扩散现象和布朗运动都是分子的运动．(×) 1．分子间存在着相互作用力 分子间同时存在着相互作用的引力和斥力，大量分子能聚集在一起形成固体或液体，说明分子间存在着引力；用力压缩物体，物体内要产生反抗压缩的作用力，说明分子间存在着斥力． 2．分子力与分子间距离变化的关系 (1)r0的意义：分子间距离r＝r0时，引力与斥力大小相等，分子力为零，所以分子间距离等于r0(数量级为10－10m)的位置叫平衡位置． (2)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．分子间存在引力和斥力的原因：分子是由原子组成的，原子内部有带正电的原子核和带负电的电子．分子间的作用力就是由这些带电粒子的相互作用引起的． [思考] 如图所示，两个接触面平滑的铅柱压紧后悬挂起来，下面的铅柱不脱落，主要原因是什么？ 提示　两个铅柱压紧后，接触面上分子之间的作用力为引力，引力大于下面铅柱的重力，故不脱落． 物质是由大量分子组成的；分子总在不停地做无规则运动，运动的剧烈程度与物质的温度有关；分子间存在相互作用的引力和斥力． [对应学生用书P7] 探究点一　扩散现象和布朗运动的理解 在显微镜下追踪一个小炭粒的运动，每隔30 s把炭粒的位置记录下来，把位置按时间连接起来，如图所示，这说明小炭粒轨迹是折线正确吗？ 提示　不正确，在每段时间内炭粒做的是无规则运动，不是直线运动． 热运动和布朗运动的区别与联系 热运动 布朗运动 不同点 研究对象 分子 悬浮于液体中的微粒 观察难易程度 一般显微镜下看不到 可以在显微镜下看到，肉眼看不到 相同点 ①无规则；②永不停息；③温度越高越激烈 联系 周围液体(气体)分子的热运动是布朗运动产生的原因，布朗运动间接反映了分子的热运动 如图是某液体中布朗运动的示意图(每隔30 s记录一次微粒的位置)，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．图中记录的是粒子做布朗运动的轨迹 C．粒子越大，布朗运动越明显 D．反映了液体分子运动的无规则性 D　[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，即布朗运动是固体颗粒的运动，温度越高，分子运动越激烈，布朗运动也越激烈，A错误；粒子越小，某一瞬间跟它撞击的分子数越少，撞击作用的不平衡性表现得越明显，即布朗运动越显著，故C错误；图中每个拐点记录的是粒子每隔30 s的位置，而在30 s内粒子做的也是无规则运动，而不是直线运动，故B错误；布朗运动的无规则性反映了液体分子运动的无规则性，D正确．] 如图所示，描绘了一个微粒受到它周围液体分子撞击的情景，每个液体分子撞击时都给微粒一定的冲力，试解释： (1)体积很小的微粒做无规则运动； (2)较大的悬浮微粒不做布朗运动． 解析　(1)由于微粒的体积很小，在某一瞬间和它相撞的分子数目也比较少，如果从某一个方向撞击的分子数多于从其他方向撞击的分子数，微粒受到的分子冲力就不平衡，它将在冲力大的方向产生加速度．下一瞬间，在另外一个方向上受到的冲力大一些，微粒又在那个方向产生加速度．这样，就引起了微粒无规则的运动．做布朗运动的微粒虽然不是分子，但是它的无规则运动是液体分子无规则运动的反映． (2)如果悬浮微粒比较大，虽然它也受到周围液体分子的碰撞，由于同时跟它碰撞的分子数较多，来自各个方向的冲击力的平均效果可以认为是相互平衡的．而且微粒的质量较大，受到很小的冲击力，也很难改变原有的运动状态，所以较大的悬浮微粒不做布朗运动． 答案　见解析 [训练1]　(多选)关于布朗运动，下列说法正确的是(　　) A．布朗运动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．布朗运动是由液体各部分温度不同而引起的 D．布朗运动反映了液体或气体分子运动的无规则性 BD　[布朗运动是指悬浮在液体或气体中的微粒的运动，A项错误；布朗运动是液体分子或气体分子对悬浮在液体或气体中微粒碰撞作用的不平衡引起的，温度越高分子对微粒碰撞的作用越强，不平衡性也就越明显，微粒的布朗运动也就越剧烈，故布朗运动反映了液体或气体分子运动的无规则性，B、D两项正确，C项错误．] [训练2]　做布朗运动实验，得到某个观测记录如图．图中记录的是(　　) A．分子无规则运动的情况 B．某个微粒做布朗运动的轨迹 C．某个微粒做布朗运动的速度—时间图线 D．按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线 D　[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，故A项错误；微粒没有固定的运动轨迹，故B项错误；对于某个微粒而言在不同时刻的速度大小和方向均是不确定的，所以无法确定其在某一个时刻的速度，故也就无法描绘其速度—时间图线，故C项错误，D项正确．] 探究点二　对分子力的认识 1．两个相同的半球吻合接触，中间抽成真空(马德堡半球)，用力很难拉开，是分子间引力的宏观表现，正确吗？ 提示　不正确，是外界大气压力造成的． 2．从物理角度看破镜为什么不能重圆？为什么人们可以把两个物体焊接(粘接)在一起？ 提示　镜子破了后，断裂处从分子大小的尺度上来说总是凸凹不平的，怎么挤压断裂处两部分绝大多数分子之间的距离都远大于相互作用的分子力距离的范围，所以从物理角度说，破镜不能重圆；两部分物体焊接在一起，是通过熔化的焊条把两部分物体结合处填满，达到了结合处绝大多数的分子之间的距离在相互作用的分子作用力距离的范围之内，所以可以把两个物体焊接(包括粘接)在一起． 1．用图像表示分子间作用力 分子间的引力和斥力都随分子间距离r的变化而变化，但变化情况不同．如图所示，其中，虚线分别表示引力和斥力随分子间距离r的变化图线．实线表示它们的合力F随分子间距离r的变化图线． 2．分子力与分子间距离变化的关系 (1)当r＝r0时，F引＝F斥，F＝0. (2)当r＜r0时，F引和F斥都随分子间距离的减小而增大，但F斥增大得更快，分子力表现为斥力． (3)当r＞r0时，F引和F斥都随分子间距离的增大而减小，但F斥减小得更快，分子力表现为引力． (4)当r≥10r0(10－9m)时，F引和F斥都十分微弱，可认为分子间无相互作用力(F＝0). 有甲、乙两个分子，甲分子固定不动，乙分子由无穷远处逐渐向甲靠近，直到不再靠近为止，在这整个过程中(　　) A．分子力总对乙做正功 B．乙总是克服分子力做功 C．先是分子力对乙做正功，然后乙克服分子力做功 D．乙先克服分子力做功，然后分子力对乙做正功 C　[乙分子从无穷远逐渐向甲靠近过程中，当甲、乙两分子间距大于r0时，分子力表现为引力，分子力对乙做正功；当分子间距小于r0时，分子力表现为斥力，分子力对乙做负功．所以本题正确答案是C.] 如图所示，关于分子间的作用力，下列说法正确的是(其中r0为分子间平衡位置之间的距离)(　　) A．当分子间距离为r0时，它们之间既没有引力，也没有斥力 B．分子间的平衡距离r0可以看作分子直径的大小，其数量级为10－10 m C．两个分子间距离由较远减小到r＝r0过程中，分子力先减小，后增大，分子力为引力 D．两个分子间距离由极小逐渐增大到r＝r0过程中，引力和斥力都同时减小，分子力为引力 B　[当分子间距离为r0时，它们之间的引力与斥力刚好大小相等，分子力为零，A项错；一般分子直径的数量级为10－10 m，跟分子间的平衡距离r0相当，B项正确；当两分子间距离在大于r0的范围内减小时，分子力先增大，后减小，C项错；两分子间距离在小于r0的范围内，分子力为斥力，D项错．] [训练3]　关于分子间的作用力，以下说法中正确的是(其中r0为分子处于平衡位置时分子之间的距离)(　　) A．两个分子间距离小于r0时，分子间只有斥力 B．两个分子间距离大于r0时，分子间只有引力 C．压缩物体时，分子间斥力增大，引力减小 D．拉伸物体时，分子斥力和引力都减小 D　[分子间的引力和斥力是同时存在的，当r＞r0时，它们的合力表现为引力；当r＜r0时，它们的合力表现为斥力，故A、B选项都错；当物质分子间距离变化时，分子间的引力和斥力同时增大或减小，故C选项错，D选项对．] [训练4]　(多选)如图所示，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．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过程中呈现引力，从r2到r1过程中呈现斥力 C．乙分子从r3到r1过程中，两分子间的分子力先增大后减小 D．乙分子从r3到距离甲最近的位置过程中，两分子间的分子力先减小后增大 AC　[乙分子从r3到r1一直受甲分子的引力作用，且分子间作用力先增大后减小，故乙分子做加速运动，A、C两项正确；乙分子从r3到r1过程中一直呈现引力，B项错误；乙分子从r3到距离甲最近的位置过程中，两分子间的分子力先增大后减小再增大，D项错误．] [对应学生用书P10] 1．(热运动)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．热运动是分子的无规则运动，同种物质的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的剧烈 D．物体运动的速率越大，其内部的分子热运动就越剧烈 C　[布朗运动是指固体小颗粒的运动，A错误；温度越高，分子无规则运动越剧烈，与物质种类无关，B错误，C正确；物体宏观运动的速率大小与微观分子的热运动无关，D错误．] 2．(布朗运动)(多选)下列关于布朗运动、扩散现象和对流的说法正确的是(　　) A．三种现象在月球表面都能进行 B．三种现象在宇宙飞船里都能进行 C．布朗运动、扩散现象在月球表面能够进行，而对流则不能进行 D．布朗运动、扩散现象在宇宙飞船里能够进行，而对流则不能进行 AD　[布朗运动和扩散现象都是分子无规则热运动的结果，而对流需要在重力作用的条件下才能进行．由于布朗运动、扩散现象是由分子热运动而形成的，所以二者在月球表面、宇宙飞船里均能进行，由于月球表面仍有重力存在，宇宙飞船里的微粒处于完全失重状态，故对流可在月球表面进行而不能在宇宙飞船内进行，故选A、D两项．] 3．(观察布朗运动)(多选)把墨汁用水稀释后取出一滴放在显微镜下观察，如图所示，下列说法中正确的是(　　) A．在显微镜下既能看到水分子也能看到悬浮的小炭粒，且水分子不停地撞击炭粒 B．小炭粒在不停地做无规则运动，这就是所说的布朗运动 C．越小的炭粒，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 BC　[水分子在显微镜下是观察不到的，故A错；根据布朗运动的含义知道B、C正确；水分子不是静止不动的，D错误．] 4.(分子力)(多选)如图所示描述的是分子引力与分子斥力随分子间距离r变化的关系曲线，根据曲线，下列说法中正确的是(　　) A．F引随r的增大而增大 B．F斥随r的增大而增大 C．r＝r0时，F斥与F引大小相等 D．F引和F斥都随r的增大而减小 CD　[F引和F斥均随r的增大而减小，当r＝r0时，F引与F斥大小相等，故C、D两项正确．] 5．(分子力)分子间同时存在着引力和斥力，若分子间引力、斥力随分子间距离r变化的规律分别为f引＝、f斥＝，当分子力表现为引力时，r必须满足(　　) A．r＞　　　　　　　 B．r＞ C．r＞ D．r＜ B　[当分子力表现为引力时，实际上是分子间的引力大于斥力，即＞，可解得r＞，故B项正确．] 6．(分子间相互作用力)甲分子固定于坐标原点O，乙分子从远处由静止释放，在分子力作用下靠近甲．图中b点是引力最大处，d点是分子靠得最近处，则乙分子加速度最大处可能是(　　) A．a点 B．b点 C．c点 D．d点 D　[a点和c点分子间的作用力为零，乙分子的加速度为零．从a点到c点分子间的作用力表现为引力，分子间的作用力做正功，速度增加，从c点到d点分子间的作用力表现为斥力，分子间的作用力做负功．由于到d点分子的速度为零，因分子引力做的功与分子斥力做的功相等，即cd·Lcd＝ac·Lac，所以Fd＞Fb.故分子在d点加速度最大，正确选项为D.] 学科网（北京）股份有限公司 $$