1.1 分子动理论的基本内容（教用Word）-【金榜题名】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册同步学案（人教版）

本讲义聚焦分子动理论核心知识点，系统梳理物体由大量分子组成（含分子直径数量级、阿伏加德罗常数）、分子热运动（扩散现象、布朗运动及影响因素、热运动与温度关系）、分子间作用力（空隙存在及引力斥力随距离变化规律），构建从微观组成到运动规律再到相互作用的完整知识支架。 该资料通过问题探究（如阿伏加德罗常数应用分析）、自我诊断（判断题强化理解）、针对训练（如安全气囊氮气分子估算）等环节，培养科学探究与科学思维能力。课中辅助教师引导学生建模推理，课后帮助学生查漏补缺，强化物理观念与科学态度，提升知识应用能力。

　分子动理论 1．1　分子动理论的基本内容 学习 目标 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，观察并能解释布朗运动，能说出扩散现象在实际中的应用。3.能说出决定热运动激烈程度的因素。 4．知道分子间存在空隙、作用力。5.知道分子动理论的基本内容。 一、物体是由大量分子组成的 1．物体是由大量分子组成的。 2．多数分子直径的数量级为10－10 m。 3．在研究物体的热运动性质和规律时，把组成物体的分子、原子或者离子统称为热学上的分子。 4．观察方法：用肉眼和高倍的光学显微镜都无法看到，只有 用扫描隧道显微镜才能观察到。 5．1 mol的任何物质都有相同的粒子数。这个数量可以用阿伏加德罗常数表示，其值为NA＝6.02×1023 mol－1。 二、分子热运动 1．扩散现象 (1)定义：不同种物质能够彼此进入对方的现象。 (2)产生原因：扩散现象不是外界作用引起的，而是物质分子无规则运动的直接结果，是物质分子无规则运动的宏观反映。 (3)意义：证明了物质分子永不停息地做无规则运动。 (4)应用举例：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。 2．布朗运动 (1)定义：悬浮在液体(或气体)中固体微粒的无规则运动。 1827年，英国植物学家布朗用显微镜观察悬浮在液体中的小颗粒总在不停地运动。 (2)研究对象：悬浮在液体或气体中的固体小颗粒，不是固体颗粒中的单个分子，也不是液体分子。 (3)产生的原因：大量液体或气体分子对悬浮微粒撞击的不平衡造成的。 (4)运动特点：①永不停息；②无规则。 (5)影响因素：微粒的大小和温度的高低。 ①固体颗粒越小，布朗运动越明显； ②温度越高，布朗运动越剧烈。 (6)意义：悬浮微粒的无规则运动不是分子的运动，但是它可以间接地反映了液体或气体分子的无规则运动。 3．热运动 (1)定义：分子永不停息的无规则运动。 (2)热运动与温度的关系：温度越高，分子热运动越剧烈。 (3)温度是分子热运动剧烈程度的标志。 三、分子间的作用力 1．分子间有空隙 (1)气体分子的空隙：气体很容易被压缩，说明气体分子之间存在着很大的空隙。 (2)液体分子间的空隙：水和酒精混合后总体积会变小，说明液体分子之间存在着空隙。 (3)固体分子间的空隙：压在一起的金块和铅块，各自的分子能扩散到对方的内部，说明固体分子之间也存在着空隙。 2．分子间的作用力 (1)当用力拉伸物体时，物体内各部分之间要产生反抗拉伸的作用力，此时分子间的作用力表现为引力。 (2)当用力压缩物体时，物体内各部分之间会产生反抗压缩的作用力，此时分子间的作用力表现为斥力。 (3)分子间的作用力F与分子间距离r的关系，如上图。 ①当r<r0时，分子间的作用力F表现为斥力； ②当r＝r0时，分子间的作用力F为0，这个位置称为平衡位置； ③当r>r0时，分子间的作用力F表现为引力。 [自我诊断] 1．判断下列说法的正误 (1)冷红墨水和热红墨水都能发生扩散，说明扩散快慢与温度无关。 ( × ) (2)微粒越小，温度越高，布朗运动越激烈。( √ ) (3)布朗运动和扩散现象都是分子的热运动。( × ) (4)分子间有相互作用的引力或斥力。 ( × ) (5)分子动理论没有实验基础。 ( × ) (6)水的体积很难被压缩，这是分子间存在斥力的宏观表现。( √ ) 2．用显微镜观察悬浮在水中的小炭粒的运动，其现象属于布朗运动；向一杯清水中滴几滴红墨水，红墨水向周围运动，其现象属于扩散现象。打湿了的两张纸很难分开是因为分子间存在引力，玻璃打碎后，不能把它们再拼在一起，是因为玻璃分子间作用力为零。 一、物体是由大量分子组成的 [问题探究] 　(1)1 mol的物质内含有多少个分子？用什么表示？ (2)若某种物质的摩尔质量为M，摩尔体积为V，则一个分子的质量为多大？假设分子紧密排列，一个分子的体积为多大？(已知阿伏加德罗常数为NA) (3)Vmol＝NAV0(V0为一个分子的体积，Vmol为摩尔体积)，对于任何物质都成立吗？ 答案：(1)6.02×1023个　NA (2)　 (3)Vmol＝NAV0仅适用于固体和液体，不适用于气体。 [知识深化] 1．分子的简化模型 实际分子的结构是很复杂的，且形状各异。但如果我们只关心分子的大小，而不涉及分子内部的结构和运动时，既可以把分子看成球形，也可以看成立方体。具体分析如下： (1)固体和液体分子模型：对于固体和液体可认为分子紧密排列，分子间没有空隙，则VA＝NAV0(V0为一个分子的体积，VA为摩尔体积)。 ①球形分子模型：如图(a)所示，则直径d＝＝。 ②立方体分子模型：认为每个分子占据一个相同的立方体空间，该立方体的边长即为分子间的平均距离，边长d＝，如图(b)所示。 (2)气体分子模型：对于气体来说，由于气体分子间的距离远大于气体分子的直径，故通过立方体分子模型(不采用球形分子模型)，可以估算得到每个气体分子平均占有的空间，而无法得到每个气体分子的实际体积。设每个气体分子占据的空间可看成一个边长为d、体积为V0的正方体。气体分子间距离l＝d＝＝，如图(c)所示。(图中黑点代表气体分子所在的位置) 2．阿伏加德罗常数的应用 (1)微观量：分子质量m0，分子体积V0，分子直径d。 (2)宏观量：物质的质量M、体积V、密度ρ、摩尔质量MA、摩尔体积VA。 (3)微观量与宏观量的关系 ①分子质量：m0＝＝。 ②分子体积：V0＝＝(适用于固体和液体)。 ③物质所含的分子数：N＝nNA＝NA＝NA。 ④阿伏加德罗常数：NA＝＝(只适用于固体、液体)。 ⑤气体分子间的平均距离：d＝＝(V0为气体分子所占据空间的体积)。 ⑥固体、液体分子直径：d＝＝(V0为分子体积)。 　　　水的分子量是18，水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，阿伏伽德罗常数NA＝6. 02×1023 mol－1，则：(计算结果保留两位有效数字) (1)水的摩尔质量M＝________kg/mol； (2)水的摩尔体积Vm________m3/mol； (3)一个水分子的体积V＝________m3； (4)一个水分子的质量m＝________kg； (5)水分子的直径d＝________m。 解析：(1)水的分子量是18，故摩尔质量为18 g·mol－1，即M＝1.8×10－2 kg·mol－1。 (2)水的摩尔体积Vm＝＝＝1.8×10－5 m3·mol－1。 (3)一个水分子的体积V＝＝≈3.0×10－29 m3。 (4)一个水分子的质量m＝＝≈3.0×10－26 kg。 (5)将水分子看做是个球体，故V＝πd3解得水分子的直径d＝ ≈3.9×10－10 m。 答案：(1)1.8×10－2　(2)1.8×10－5　(3)3.0×10－29　 (4)3.0×10－26　(5)3.9×10－10 微观量的估算方法 (1)建立必要的理想模型。 (2)寻找估算依据，建立估算式。 (3)对数据进行合理近似(如π≈3，重力加速度g取10 m/s2等)。　　 [针对训练] 1．轿车中设有安全气囊以保障驾乘人员的安全，轿车在发生一定强度的碰撞时，安全气囊中的氮化钠会爆炸产生气体(假设都是氮气)并充入气囊。若氮气充入后安全气囊的容积V＝70 L，气囊中氮气密度p＝2 kg/m3，已知氮气摩尔质量M＝0.028 kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023 mol－1。试估算：(结果均保留两位有效数字) (1)一个氮气分子的质量m0； (2)气囊中氮气分子的总个数N； (3)气囊中氮气分子间的平均距离。 解析：(1)一个氮气分子的质量 m0＝＝ kg＝4.7×10－26 kg。 (2)设气囊中氮气的物质的量为n，则有n＝ 气囊中氮气分子的总个数N＝NA 代入数据得N＝3.0×1024个 。 (3)气体分子间距较大，每个氮气分子占据的空间可以看成一个立方体，则分子间的平均距离等于立方体的棱长，一个氮气分子所占的空间体积V0＝ 设气囊中氮气分子间的平均距离为a，则有a3＝V0 解得氮气分子间的平均距离a＝2.9×10－9 m。 答案：(1)4.7×10－26 kg　(2)3.0×1024个　(3)2.9×10－9 m 二、分子热运动 [问题探究] 　冬天在我国北方很多地方易出现雾霾天气，如图所示。 雾霾极大地影响了人们的视线，也给交通带来不便，你知道霾的小颗粒在做什么运动吗？这种运动与小颗粒大小有关吗？ 答案：霾的小颗粒做布朗运动。颗粒越小，布朗运动越明显。 [知识深化] 1．扩散现象 (1)扩散现象是由物质分子的无规则运动产生的。 (2)气体物质的扩散现象最显著；常温下物质处于固态时扩散现象不明显。 (3)扩散现象发生的显著程度与物质的温度有关，温度越高，扩散现象越显著，这表明温度越高，分子运动得越剧烈。 (4)分子运动的特点 ①永不停息；②无规则。 2．布朗运动 (1)微粒的大小：做布朗运动的微粒是由许多分子组成的固体颗粒而不是单个分子。其大小直接用人眼观察不到，但在光学显微镜下可以看到(其大小在10－6 m的数量级)。 (2)布朗运动产生的原因：液体分子不停地做无规则运动，不断地撞击微粒。悬浮的微粒足够小时，来自各个方向的液体分子撞击作用力不平衡，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。 (3)实质及意义：布朗运动实质是由液体分子与悬浮微粒间相互作用引起的，反映了液体分子的无规则运动。 (4)影响因素 ①悬浮的微粒越小，布朗运动越明显。 ②温度越高，布朗运动越剧烈。 3．热运动 (1)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。 (2)热运动是对于大量分子的整体而言的，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，温度高分子热运动快，温度低分子热运动慢，但分子热运动永远不会停息。 　(多选)关于扩散现象，下列说法正确的是(　　) A．温度越高，扩散进行得越快 B．扩散现象是不同物质间的一种化学反应 C．扩散现象是由物质分子无规则运动产生的 D．液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的 解析：选AC　扩散现象是物质分子做无规则运动产生的，在气体、液体、固体中都能发生；温度越高，扩散现象越明显；扩散是一种物理现象，不是化学反应；液体中的扩散现象是由液体分子的无规则运动产生的，选项A、C正确，选项B、D错误。 (1)对扩散现象的认识注意以下三点 ①两种不同的物质。 ②以单个分子为单位彼此进入对方。 ③固体、液体、气体之间都可以进行。 (2)扩散是分子的无规则运动引起的，除温度外与重力等其他外界因素无关。　　 [针对训练] 2．一组同学在显微镜下观察水中悬浮的小颗粒的运动，并把小颗粒的位置每隔一定时间记录在坐标纸上，如图所示，以下看法中正确的是(　　) A.甲同学认为布朗运动就是液体分子的无规则运动 B．乙同学认为布朗运动就是固体分子的无规则运动 C．丙同学认为小颗粒的运动是由水分子无规则运动引起的 D．丁同学认为小颗粒沿折线运动，说明水分子运动是规则的 解析：选C　布朗运动不是液体分子的运动，也不是固体分子的运动，而是小颗粒的运动，故A、B错误；布朗运动是小颗粒受到不同方向的液体分子无规则运动产生的撞击，受力不平衡引起的，故C正确；分子永不停息地做无规则运动，题图中的折线不是小颗粒运动的轨迹，故D错误。 　对分子热运动的理解，下列叙述正确的是 (　　) A．分子的热运动就是布朗运动 B．同种物质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剧烈 D.物体运动的速度越大，其内部分子的热运动就越剧烈 解析：选C　布朗运动是指固体小颗粒的运动，A项错误；温度越高，分子无规则运动就越剧烈，与物质种类无关，B项错误，C项正确；微观分子的热运动与物体运动速度的大小无关，D项错误。 [核心素养·思维升华] 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 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 续表 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 说明：分子无规则的运动，不是宏观物体的机械运动，二者无关系 三、分子间的作用力 [问题探究] 　(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)分子间存在着相互作用力，有时表现为引力，有时表现为斥力。当两个物体紧靠在一起时，并没有粘在一起是因为此时两个物体间的分子力表现为斥力吗？ 答案：(1)不相等。此时玻璃板和液面分子间的作用力表现为引力，所以在使玻璃板离开水面时弹簧测力计的示数要大于玻璃板的重力。 (2)不是。虽然两物体靠得很紧，但绝大部分分子间距离仍很大，达不到分子引力起作用的距离，所以不会粘在一起。 [知识深化] 1．分子力 在任何情况下，分子间总是同时存在着引力和斥力，而实际表现出来的分子力是分子引力和斥力的合力。 2．分子力与分子间距离变化的关系 (1)平衡位置：分子间距离r＝r0时，引力与斥力大小相等，分子力为零。平衡位置即分子间距离等于r0(数量级为10－10 m)的位置。 (2)分子间的引力和斥力随分子间距离r的变化关系：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)分子力与分子间距离变化的关系及分子力模型 分子力F随分 子间距离r的 变化关系图像 分子间 距离 分子力 分子力模型 r＝r0 零 原长 r＜r0 表现为斥力，且分子力随分子间距的增大而减小 r＞r0 表现为引力，且分子力随分子间距的增大，先增大后减小 　　　(多选)关于分子间的相互作用力，以下说法中正确的是(　　) A.当分子间距离r＝r0时，分子力为零，说明此时分子间既不存在引力，也不存在斥力 B.分子间既存在引力也存在斥力，分子力是它们的合力 C.分子力随分子间距离的变化而变化，当r>r0时，随着距离的增大，分子间的引力和斥力都增大，但引力比斥力增大得快，故分子力表现为引力 D.当分子间的距离r<r0时，随着距离的减小，分子间的引力和斥力都增大，但斥力比引力增大得快，故分子力表现为斥力 解析：选BD　分子之间的作用力如图所示，分子间既存在引力也存在斥力，分子间距离为r0时分子的斥力等于引力，它们的合力，即分子力为零，但并不是分子间无引力和斥力，A错误，B正确；当r>r0时，随着距离的增大，分子间的引力和斥力都减小，但斥力比引力减小得快，故分子力表现为引力，C错误；当分子间的距离 r<r0时，随着距离的减小，分子间的引力和斥力都增大，但斥力比引力增大得快，故分子力表现为斥力，D正确。 分子间作用力问题的分析方法 (1)首先要清楚分子间同时存在分子引力和分子斥力。 (2)分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，斥力减小得更快。 (3)分子力是指分子间引力和斥力的合力。 (4)分子力比较复杂，要抓住两个关键点：一是r＝r0时，分子力为零，此时分子间引力和斥力大小相等，均不为零；二是r≥10r0时，分子力很小，引力、斥力均可近似看作零。　　 [针对训练] 3．(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，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a处由静止释放，则(　　) A.乙分子由a到b做加速运动，由b到c做减速运动 B.乙分子由a到c做加速运动，到达c时速度最大 C.乙分子由a到b的过程中，两分子间的分子力一直做正功 D.乙分子由b到c的过程中，两分子间的分子力一直做负功 解析：选BC　乙分子从a到b，再到c的过程中，分子之间均表现为引力，显然乙分子始终做加速运动，且到达c点时速度最大，A错误，B正确；乙分子从a到b的过程，分子的引力一直做正功，C正确；乙分子由b到c的过程，分子力仍然做正功，D错误。 四、分子动理论 　(1)分子间有相互作用的宏观表现 ①当外力欲使物体拉伸时，组成物体的大量分子间将表现为引力，以抗拒外界对它的拉伸。 ②当外力欲使物体压缩时，组成物体的大量分子间将表现为斥力，以抗拒外界对它的压缩。 ③大量的分子能聚集在一起形成固体或液体， 说明分子间存在引力。固体有一定的形状，液体有一定的体积，而固体、液体分子间有空隙，却没有紧紧地吸在一起，说明分子间还同时存在着斥力。 (2)分子力与物体三态不同的宏观特征 物态 分子特点 宏观表现 固态 ①分子间的距离小 ②作用力明显 ③分子只能在平衡位置附近做无规则的振动 ①体积一定 ②形状一定 液态 ①分子间距离小 ②平衡位置不固定 ③可以较大范围做无规则运动 ①有一定体积 ②无固定形状 气态 ①分子间距离较大 ②分子力极为微小，可忽略 ③分子可以自由运动 ①无体积 ②无形状 ③充满整个容器 　　　关于分子动理论下列说法不正确的是(　　) A．物体是由大量分子组成的 B．组成物体分子在永不停息的做无规则运动 C.组成物质的分子之间同时存在着相互作用的引力和斥力 D．布朗运动指的是液体分子的运动 解析：选D　由分子动理论可知，物体是由大量分子组成的，组成物体分子在永不停息的做无规则运动，且分子之间同时存在着相互作用的引力和斥力，故ABC正确；D.布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒的无规则的运动，不是分子的运动，故D错误。本题选不正确的，故选D。 [针对训练] 4．下列说法正确的是(　　) A．悬浮在液体中的微粒质量越大，布朗运动越显著 B．将红墨水滴入一杯清水中，一会儿整杯清水都变成红色，说明分子间存在引力 C.两个表面平整的铅块紧压后会“粘”在一起，说明分子间存在引力 D．用打气筒向篮球内充气时需要用力，说明气体分子间有斥力 解析：选C　布朗运动是悬浮微粒在无规则运动的液体分子的碰撞作用下，因为受力不平衡而产生，微粒质量越大这种不平衡性越不明显，质量越大惯性也越大，运动状态不容易改变，故布朗运动越不明显，A项错；红墨水滴入水中一会儿整杯清水都变成红色是扩散现象，是因为分子的热运动，B项错；两个表面平整的铅块紧压后，当接触面上的分子达到分子力作用的距离，会因为引力作用而“粘”在一起，故C项正确；气体分子间距较大，分子力作用很微弱，一般可以忽略，用打气筒向篮球内充气时需要用力，是因为分子热运动和气体压强的影响，而非分子力。D项错。 1．(多选)某种物质的摩尔质量为M，密度为ρ，阿伏加德罗常数为NA，则关于该物质的说法正确的是(　　) A．每个分子的质量是 B．单位体积内分子的个数是 C．分子的体积一定是 D．平均每个分子占据的空间体积是 解析：选ABD　阿伏加德罗常数＝，故每个分子的质量为，故A正确；单位体积物体的质量为ρ，每个分子的质量是，故单位体积内分子的个数为＝，故B正确；摩尔质量＝密度×摩尔体积，故摩尔体积为，每个分子占据的空间体积为＝，对气体来说，是平均每个分子占据的空间体积，而不是一个分子的体积，C错误，D正确。 2．对下列相关物理现象的解释错误的是(　　) A．高压作用下的油会透过钢管壁渗出，说明分子是不停运动着的 B．水和酒精混合后总体积减小，说明分子间有空隙 C．存放过煤的混凝土地面下一定深度内都有黑色颗粒，说明煤分子在做无规则的热运动 D．在一杯热水中放几粒盐，整杯水很快会变咸，这是盐分子在高温下无规则运动加剧的结果 解析：选A　高压作用下的油会透过钢管壁渗出，说明分子间有间隙，A错误；水和酒精混合后总体积减小，说明分子间有空隙，B正确；存放过煤的混凝土地面下一定深度内都有黑色颗粒，此现象属于扩散现象，说明煤分子在做无规则的热运动，C正确；在一杯热水中放几粒盐，整杯水很快会变咸，这是盐分子在高温下无规则运动加剧的结果，D正确。 3．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的关系图像如图中曲线所示，F>0，分子间作用力表现为斥力；F<0，分子间作用力表现为引力。a、b、c、d为r轴上四个特定的位置，现把乙分子从a处由静止释放，则(　　) A．乙分子从a运动到b的过程中，分子间作用力表现为斥力 B．乙分子从a运动到c的过程中，两分子间的作用力先减小后增大 C．乙分子从a运动到c的过程中，一直加速 D．乙分子从a运动到b的过程中加速，从b运动到c的过程中减速 解析：选C　乙分子从a运动到b的过程中，由题图可知，F<0，分子间作用力表现为引力，选项A错误；乙分子从a运动到c的过程中，由题图可知，两分子间的作用力先增大后减小，且一直表现为引力，则乙分子一直做加速运动，选项B、D错误，C正确。 4．将下列实验事实与产生的原因对应起来 A.水与酒精混合体积变小　a．固体分子也在不停地运动 B．固体很难被压缩 C．细绳不易拉断 c．分子间存在着空隙 D．糖在热水中很快溶解 d．分子间存在着引力 E．冰冻食品也会变干 e．分子间存在着斥力 它们的对应关系分别是①________，②______，③________，④________，⑤________。(在横线上填上实验事实与产生原因的符号) 解析：热现象的微观本质都是通过物体所发生的一些宏观现象，通过分析推理而获得，因此实验事实和微观本质的对应是认识热现象的基本方法。 答案：①Ac　②Be　③Cd　④Db　⑤Ea 学科网（北京）股份有限公司 $