第1章 1. 分子动理论的基本内容-【重难点手册】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

第一章分子动理论 第1节 分子动理论的基本内容 重点和难点 课标要求 1.知道物体是由大量分子组成的. 2.通过实验了解扩散现象，观察并能解释布明运动.知道扩散现象 重点：分子热运动，分子间的作用力， 在实际中的应用。 分子动理论 3.知道决定热运动剧烈程度的因素 难点：1.扩散现象与布朗运动的区别. 4.知道分子间存在空隙、分子间作用力的变化规律，了解分子间的 2.对分子间作用力的理解. 作用力是电磁力 5.知道分子动理论的基本内容 01-必备知识梳理。 知识点1物体是由大量分子组成的 1分子的概念 已划重点7 分子的大小 在研究物质的化学性质时，我们认为组成物质的微粒是分 分子是有大小的，但分子 子、原子或者离子.但是，在热学中，它们遵循相同的热运动规律， 很小、很轻，人们只有通过能 所以统称为分子.物质是由大量分子组成的 放大几亿倍的扫描隧道显微 镜才能看到单个的分子， 2.分子的两种模型 (1)尺度大小：多数分子 分子 尺度的数量级为10-10m. 模型 意义 分子大小 图例 (2)质量大小：一般分子 质量的数量级为105kg 固体和液体可看成是 体模型 由一个个紧挨着的球 形分子排列而成的，忽 略分子间的空隙 □划重点7 分子直径大小的计算 气体分子间的空隙很 实际分子结构很复杂，为 大，把气体分成若干个 小立方体，气体分子位 了使问题简化，我们需要把国 方 于每个小立方体的中 体和液体的分子都看成球体 心，每个小立方体是平 d=NV 模型.而把气体分子所占空间 型 均每个分子占有的活 看成立方体模型。 动空间，这时忽略空气 (1)球体模型：在计算固 分子的大小 体和液体分子大小时，可把分 子看成是一个个紧密排列的 3.阿伏加德罗常数 球体，如图甲所示，忽略分子 (1)定义：1ol的任何物质都含有相同的粒子数，这个数量 间空隙，设固体（或液体）分子 1 重滩点手册高中物理选择性必修第三册) 用阿伏加德罗常数表示，即Na=6.02214076×103mol-1,粗略 的体积为V。,分子的直径为 计算可用Na=6.0×1023mol-1. d,-x(号)'-x,则 (2)意义：阿伏加德罗常数是微观世界的一个重要参数，是联 系微观物理量和宏观物理量的桥梁. 固体、液体—>小球模型 (3)计算宏观量与微观量的关系： 40000000000 -V。一分子体积（所占有的体积） 甲 微观量 一d山一分子直径 (2)立方体模型：在计算 m。一分子质量 气体分子大小时，把每个分子 一V一物体的体积 和其占有的空间当作一个小 -Vm一摩尔体积 立方体，气体分子位于每个立 宏观量 一m一物体的质量 方体的中心，这个小立方体的 Mnal一摩尔质量 边长等于分子间的平均距离. 一物体的密度 如图乙所示，设气体分子所占 它们之间的关系如下： 据的立方体空间的体积为V, 则分子间的平均距离为d= 1mol物质的体积V= M型(p为物体的密度)： 加源 分子质量m总-光 气体。立方体模型 一个固体、液体分子的体积和一个气体分子所占有的体积 ▣ -装： 物体所含分子数N=N=乙·N=·N: Nn -NA. 例☐(2025·湖北武汉二中高二月考)（多选）钻石是首饰和 冒敲黑板7 高强度钻头、刻刀等工具中的重要材料，设钻石的密度为（单位 固体和液体分子都可以 为kg/m3),摩尔质量为M(单位为g/mol),阿伏加德罗常数为 看成是紧密堆积在一起的，每 N.已知1克拉=0.2克，则(). 个分子的体教-是孩计 Aa克拉钻石所含有的分子数为°2a 算式仅造用于固体和液体，对 M 气体不适用 Ba克拉钻石所含有的分子数为州 C.每个钻石分子直径的表达式为， 6MX10(单位为m) NApn D.每个钻石分子直径的表达式为， 6M(单位为m) NAOI 折口克拉钻石物质的量（摩尔数）为刀-0，所含分子 2 第一章 分子动理论么组 数为N=NA=0.2心4，故A正确，B错误：钻石的摩尔体积 M V=M以10（单位为m/molD,每个钻石分子体积为V。三N自 MX10（单位为m),将钻石分子看作球体，设钻石分子直径为 NAp 山，期=舒}联立据得=（单位为m,故C正 确，D错误， 答案AC 知识点2分子热运动 1.扩散现象 已划重点 (1)定义 1,扩散现象不受外界的 影响，也不是化学反应的结 不同的物质能够彼此进人对方的现象，叫作扩散现象 果，而是由物质分子的无规则 (2)特点 运动产生的. ①从浓度大处向浓度小处扩散 2.物质处于固态、液态和 ②扩散快慢除了与物质的状态有关，还与温度有关，且温度 气态时均发生扩散现象，只是 气态物质的扩散现象最显著： 越高，扩散越快 常温下，物质处于固态时扩散 (3)产生原因 现象非常不明显。 物质分子的无规则运动. 3.在两种物质一定的前提 (4)揭示规律 下，扩散现象发生的显著程度 从微观机理上看，扩散现象说明了物质分子都在做永不停息 与物质的温度有关.温度越高， 扩散现象越显著，这表明温度 的无规则运动.扩散现象是分子永不停息地做无规则运动的直接 越高，分子运动得越剧烈。 证据。 4.扩散现原的显著程度 (5)应用 还受到“已进入对方”的分子 ①生活中腌咸菜、炒菜等， 浓度的限制，当进入对方的分 子浓度较低时，扩散现象较为 ②科学技术中，生产半导体器件就是在高温条件下，通过分 显著；当进入对方的分子浓度 子的扩散在纯净半导体材料中掺入其他元素. 较高时，扩散现象发生得就较 2.布朗运动 缓慢 (1)定义 悬浮在液体（或气体）中的固体微粒做永不停息的无规则运 动，叫作布朗运动 (2)特点 ①布朗运动的观察对象是悬浮在液体中的微小固体颗粒.它 非常微小，要用显微镜才能观察到，但它仍是由大量分子组成的 3 重滩点手册高中物理选择性必修第三册) 宏观物体 刀划重点 ②固体颗粒越小，布朗运动越显著。 1,布朗运动是固体微粒 ③温度越高，布朗运动越剧烈. 的无规则运动，不是液体分子 (3)产生原因 的无规则运动，也不是国体分 布朗运动是由大量液体（或气体）分子对悬浮微粒撞击的不 子的无规则运动，而是反映了 平衡造成的， 液体分子的无规则运动， (4)影响因素 2.固体微粒的运动是极 ①悬浮的微粒越小，撞击的不平衡性就越明显，布朗运动就 不规则的，如图所示.图中线 越明显 条并非固体微粒的运动轨迹， ②温度越高，布朗运动越显著 而是每隔30s微粒位置的 连线。 (5)揭示规律 布朗运动间接地反映了液体（或气体）分子运动的无规则性. 布朗运动和扩散现象的区别与联系如表所示： 物理现象 布朗运动 扩散现象 固体微粒足够小，悬浮在两种不同物质相互接触时，彼此进入 产生 液体或气体中，只能在气对方的现象，在气体、液体、固体中都 条件 体、液体中发生 可以发生 影响 温度的高低和微粒的大温度的高低、物质的密度差、溶液的浓 3.任何固体微粒悬浮在 别 因素 小 度差 液体中，在任何温度下都会做 现象 是液体或气体分子无规 布朗运动. 是分子的运动 本质 则运动的反映 它们都（直接或间接）证实了分子的运动，即分子在永不停息地 联系 P划重点 做无规则运动 1.热运动是对大量分子 3.热运动 而言的，对个别分子无意义， (1)定义 由于大量分子之间的相互碰 分子永不停息地做无规则运动称为热运动.宏观上的热现象 撞，才造成了每个分子的运动 是物质内部大量分子无规则热运动的表现。 速度无论是大小还是方向，都在 (2)特点 不断地变化，即做无规则运动. 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 2.(1)分子运动的剧烈程 (3)宏观表现 度虽然受到温度影响（温度高 扩散现象和布朗运动. 则运动快，温度低则运动慢)， 布朗运动与热运动的关系如表所示： 但分子的运动永远不会停息。 (2)在任一时刻，物体内 布朗运动 热运动 既具有速率大的分子，也具有 研究对象是固体微粒，微粒越小， 研究对象是分子，任何 速率小的分子.速率很大和速 区别 布朗运动越明显，在液体、气体中 物体的分子都做无规则 率很小的分子的个数所占的比 发生 运动 例相对较少，大多数分子的速 第一章 分子动理论国组 续表 率和某一平均速率相差很小 布朗运动 热运动 通常所说的分子运动的速率， 相同点 (1)无规则运动：(2)永不停息：(3)与温度有关 指的是它们的平均速率， 3.热运动的研究对象是 周围液体（或气体）分子的热运动是布朗运动产生的原因， 联系 大量的分子，与物体运动的速 布朗运动是热运动的宏观表现 度大小无关 例2(2025·安徽合肥一中高二月考)（多选）我国已开展空 气中PM2,s浓度的监测工作.PMs是指空气中直径等于或小于 2.5m的悬浮颗粒物，其在空中做无规则运动，很难自然沉降到 地面，吸入后对人体造成危害.燃烧矿物燃料是形成PM2.s的主要 原因.下列关于PM2s的说法中正确的是(). A.PM2,s的尺寸比空气中氧分子的尺寸大得多 B.PMs在空气中的运动属于分子热运动 C.PM2.s的运动轨迹是由大量空气分子对PM.5无规则碰撞 的不平衡决定的 D.倡导低碳生活，减少煤和石油等燃料的使用，能有效减小 PM2.5在空气中的浓度 解析PM的尺寸比空气中氧分子的尺寸大得多，故A正 确；PM5在空气中的运动不属于分子热运动，故B错误；PM5的运 动轨迹是由大量空气分子对PM2,5无规则碰撞的不平衡和气流的 运动决定的，故C错误：倡导低碳生活，减少煤和石油等燃料的使 用，能有效减小PM25在空气中的浓度，故D正确. 答案AD 知识点3分子间的作用力 1.分子间存在空隙 已划重点7 (1)分子间存在空隙的实验依据 分子间存在作用力，可以 ①扩散现象和布朗运动不仅表明分子在永不停息地做无规 从宏观和微观两方面说明. 则运动，同时也反映了分子间存在着空隙.正是由于分子间有空 从宏观上：以固体物质为 隙，才能保证分子做无规则运动 例，物体在被拉伸时需要一定 ②教材第2页中的彩图“用扫描隧道显微镜拍摄的石墨表面 的外力，这表明组成物质的分 原子的照片”中的亮斑是碳原子，其黑色背景显示了固体分子间也 子之间存在着相互作用的引 力，同时物体在被压缩时也需 有空隙 要一定的外力，这表明组成物 (2)分子间存在空隙的宏观表现 质的分子之间还存在相互作 ①气体很容易被压缩，表明气体分子间有很大的空隙， 用的斥力，因此要压缩物体， ②水和酒精混合后总体积减小，说明液体分子之间有空隙。 一定需要有外力来克服分子 5 重滩点手册高中物理选择性必修第三册) ③压在一起的金块和铅块，各自的分子能扩散到对方的内 之间的斥力 部，说明固体分子之间有空隙。 从微观上：分子间虽然有 ④固体小颗粒在液体中做布朗运动，表明液体分子之间有 空隙，大量分子却能聚集在一 起形成固体或液体，说明分子 空隙 之间存在着引力：分子间有引 ⑤物体的热胀冷缩现象正是由于物体分子间的空隙增大或 力，而分子间又有空隙，没有 缩小而造成的，这是气体、液体和固体所共有的现象。 紧紧地吸在一起，这说明分子 2.分子间的作用力 间还存在着斥力。 分子之间同时存在着相互作用的引力和斥力，这两个力的合 力即为表现出的分子之间的作用力 3.分子间作用力与分子间距离的关系 刀划重点 分子间作用力F与分子间距离~的变化情况，可由F,图像来 对分子间作用力的理解 直观表示，如图所示.其中实线为斥力F斥和引力F!的合力. 此过程类似连有弹簧的 两个小球模型，如图所示，故 可以借助此模型来理解 000000000000N (1)从图中可看出，引力线比斥力线平缓些.由此可知，分子 间引力和斥力都随分子间距离？的增大而减小，且斥力比引力减 分子间的作用力就像弹簧连 小得快 接着的两个小球间的作用力 (2)如果过r轴上任一点作一条跟F轴平行的直线，与两虚 (1)两个小球相当于两个 线分别相交，这两个交点的纵坐标分别代表当分子间距离为这一 分子 (2)弹簧的弹力相当于分 特定值r时的斥力和引力的大小，它们的代数和即为平行线与实 子问引力与斥力的合力，即实 线交点的纵坐标的数值，也就代表两个分子间斥力和引力的合力 际表现出来的分子间作用力 大小，即分子间作用力的大小， (3)弹簧处于原长时，相当 (3)当分子间距离r=r%(r%=10-0m)时，引力和斥力相等， 于分子间距离为r。=10-10m, 此二力的合力为0，即分子间呈现出没有作用力，此时分子所处的 弹簧弹力为0，相当于分子间 作用力为0. 位置为平衡位置， (4)弹簧被压缩，相当于 (4)当分子间距离<。时，分子间的引力和斥力都随分子间 分子间距离r<r,两球通过 距离的减小而增大，但斥力增大得更快一些，故斥力大于引力，此 弹簧有斥力，相当于分子间作 时分子间呈现出相互的斥力作用（此时引力仍然存在）. 用力为斥力， (5)当分子间距离>。时，分子间的引力和斥力都随分子间 (⑤)弹簧被拉仲，相当于 距离的增大而减小，但斥力减小得更快一些，故引力大于斥力，此 分子间距离r>r。,两球通过 弹簧有引力，相当于分子间作 时分子间呈现出相互的引力作用（此时斥力仍然存在） 用力为引力. (6)分子间可以发生相互作用力的距离很短，一般当分子之间 第一章 分子动理论 的距离超过分子直径的10倍时，可认为分子之间的作用力为0. 例③(2025·江西师大附中高二月考)（多选）如图所示，甲 分子固定在坐标原点O,乙分子位于x轴上，甲分子对乙分子的 P拓视野 作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示，F>0为斥力， 分子间作用力与物体三态 F<0为引力，a、b、c、d为x轴上四个特定的位置.现把乙分子从 宏观特征的微观分析 α处由静止释放，若规定无限远处分子势能为0，则下列说法正确 分子间的距离不同，分子 的是( ). 间的作用力表现也就不一样. 1.固体分子间的距离小， 分子间作用力表现明显，分子 只能在平衡位置附近做范国 很小的无规则振动，因此固体 物质不但具有一定的体积，还 A.乙分子在c处加速度为0，速度最大 县有一定的形状 B.乙分子从a到d的加速度先减小后增大 2.液体分子间的距离也 C.乙分子从a到c先加速后减速 很小，分子之间的作用力也能 D.乙分子从a到d先加速后减速 体现得比较明显，但与固体分 子相比，液体分子可以在平衡 解析由于乙分子从a处由静止释放，在a、c间一直受到甲 位置附近做范国较大的无规则 分子的引力作用而做加速运动，到达c,点处所受分子力是0，加速 振动，而且液体分子的平衡位 度是0，速度最大，A正确，C错误；由图可知，乙分子从a到b受 置不是固定的，它在不断地移 分子力由小逐渐增大，从b到c,分子力由大逐渐减小到0，由c到 动，因而液体物质虽然具有一 d,分子力为斥力，由0逐渐增大，因此乙分子从a到d的加速度 定的体积，却没有固定的形状 3.气体分子间距较大，彼 先增大后减小再增大，B错误；乙分子从a到c,受甲分子的引力 此间作用力极为微小，可认为 作用，一直做加速运动，从c到d,受甲分子的斥力作用，乙分子做 分子除了与其他分子或器壁 减速运动，因此乙分子从a到d先加速后减速，D正确. 碰撞时有相互作用外，分子间 答案AD 作用力可以忽略，所以气体没 有固定的体积，也没有固定的 知识点4分子动理论 形状，总是充满整个容器。 1.内容 物体是由大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则运 动，分子之间存在着相互作用力.这就是分子动理论的基本内容 2.热学理论研究的两个分支 (1)热力学：研究宏观热学现象的分支叫热力学 它研究宏观热现象的一般规律，不涉及热现象的微观解释。 (2)统计规律：研究微观热学现象的分支叫统计规律， 它研究宏观热现象的微观理论，从分子运动的角度来研究宏 观热现象的规律，用统计的观点处理大量分子的热运动， 7 重难令手细高中物理选择性必修第三册？) 02关键能幼提升。 题型1分子间距离的估算 题型2对布朗运动的理解 例①(2025·湖南长沙长郡中学高二检测) 例2(2025·湖北襄阳五中高二月考)在 如图所示为食盐晶体结构示意图，食盐的晶体 准备做布朗运动的实验之前，某同学从资料中 是由钠离子和氯离子组成的，这两种离子在空 查到的两张记录水中炭粒运动位置连线的图 间中三个互相垂直的方向上，都是等距离地交 片分别如图甲和乙所示.已知记录炭粒位置的 错排列的.已知食盐的摩尔质量是58.5g/mol, 时间间隔均为20s,两方格纸中每小格表示的 食盐的密度是2.2g/cm3,阿伏加德罗常数为 面积相同.请你根据布朗运动规律比较两张图 6.0×1023mol-1 片，然后回答 (1)求食盐的摩尔体积有多大（结果保留 分 3位有效数字). (1)若图甲、乙中的炭粒大小相同，则 (2)试估算食盐晶体中两个最近的钠离子 (填“甲”或“乙”)图中的水温较高。 中心间的距离（结果保留1位有效数字） (2)若水温相同，则 (填“甲”或 解析(1)1mol食盐中有NA个氯离子和 “乙”)图中炭粒的颗粒较小 NA个钠离子，离子总数是2NA,摩尔体积V与 解析根据布朗运动规律可知，液体温度越 摩尔质量M、物质密度p的关系为V=M 高，炭粒越小，炭粒的布朗运动越明显.(1)可 知图乙中的炭粒的布朗运动比甲图的明显，若 2.2 cm/mol-26.6 cm/mol 58.5 图甲、乙中的炭粒大小相同，则乙图中的水温 (2)一个离子所占的体积为V,= V 较高.(2)可知图乙中的炭粒的布朗运动比甲 2NA 图的明显，若水温相同，则乙图中炭粒的颗粒 2N0由图可知V就是图中每四个离子所夹 M 较小 答案(1)乙.(2)乙 的正立方体的体积，此正方体的边长d=W 题型3对分子动理论的理解 M,而最近的两个钠离子中心间的距离 2NAP 例3关于分子动理论，下列说法正确的 是( M . r=√2d=2√2Np A.布朗运动是液体分子的无规则运动 58.5×10 B.布朗运动反映了悬浮颗粒中分子运动 =1.41×V2x6.0X10X2.2×10m 的无规则性 ≈4X10-10m. C.在较暗的房间里，看到透过窗户的“阳 第一章分子动理论么组 光柱”里粉尘的运动不是布朗运动 线分别表示两分子间引力、斥力的大小随分子 D.已知某气体的摩尔体积V,再知道阿伏 间距离的变化关系，e为两曲线的交点.下列说 加德罗常数NA,就可以求出一个气体分子的 法正确的是( 体积 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，小颗粒的布朗运动是由于 周围液体分子撞击的冲力不平衡而引起的，故 固体小颗粒的无规则运动反映了周围液体分 A.ab为斥力曲线，cd为引力曲线 子的无规则运动，故A、B错误；布朗运动是悬 B.若两分子间的距离增大，分子间的斥力 浮在液体或气体中固体小颗粒的无规则运动， 减小得比引力更快 在较暗的房间里可以观察到射入屋内的阳光 C.若r=。,则分子间没有引力和斥力 中有悬浮在空气里的小颗粒在飞舞，是由于气 D.随着，的增加，分子间引力和斥力都减 体的流动，这不是布朗运动，故C正确：已知某 气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，可以求一 小，分子间引力比分子间斥力减小得快 个气体分子所占空间的大小，由于气体分子之 解析若两分子间的距离增大，分子间的 间的距离比较大，所以不能计算分子的体积， 斥力和引力都减小，且斥力减小得比引力更 故D错误， 快，所以ab为引力曲线，cd为斥力曲线，故 答案C A错误，B正确；r=r0时，分子间引力和斥力的 题型4分子间作用力的综合应用 合力为0，但引力和斥力都存在，故C错误；随 例4④(2025·广东实验中学高二月考)如 着r的增加，分子间引力和斥力都减小，分子间 图所示，横轴r表示两分子间的距离，纵轴F 斥力比分子间引力减小得快，故D错误 表示两分子间引力、斥力的大小，图中两条曲 答案B 9