1.1.1 物体是由大量分子组成的 分子热运动 学案 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

该高中物理导学案聚焦“物体由大量分子组成”“分子热运动”核心内容，引导学生掌握阿伏加德罗常数计算、扩散现象、布朗运动及分子热运动与温度的关系。通过1cm³水分子数、拉面长度类比等具体数据和扫描隧道显微镜案例导入，搭建宏观现象到微观本质的学习支架，衔接前后知识。 特色在于活动方案设计，通过分子模型建构（固体液体球形、气体立方体模型）、扩散实验观察（冷水热水硫酸铜对比）、布朗运动讨论（炭粒运动轨迹分析），培养科学思维（模型建构、科学推理）和科学探究能力，检测反馈结合生活实例（蜡梅香气、铅金扩散），强化物理观念，提升学习效率。

1.1.1物体是由大量分子组成的 分子热运动 学案 2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册 学号： 班级： 姓名： 【学习目标】 1. 知道物体是由大量分子组成的，会用阿伏加德罗常数进行相关的计算和估算． 2. 了解扩散及其产生原因，观察并能解释布朗运动． 3. 知道分子热运动及分子热运动的激烈程度与温度的关系． 【活动方案】 在研究物体的热运动性质和规律时，我们把组成物体的微粒统称为分子． 物体是由大量分子组成的.1 cm3的水的分子数约为3.35×1022个，这些分子如果均匀分布在地球表面，则每平方米超过六千万个；如果像拉面一样拉成一列，长度是地球与太阳间的距离的几十倍．如果60亿人不分男女老少都来数1 cm3水中含有的分子数，每人每秒数 1个，需要将近17万年的时间才能数完． 分子极其微小，一般分子直径的数量级为10-10 m．不但用肉眼不能直接看到它们，就是用光学显微镜也看不到它们．一直到1982年，有两位科学家发明了能放大几亿倍的扫描隧道显微镜(如图所示)，这个扫描隧道显微镜不仅可以观察到物质表面的分子，还能操控分子．这两位科学家也在两年后获得了诺贝尔奖． 1. 理解阿伏加德罗常数的意义． 1971年第14届国际计量大会决定，把0.012 kg 12C所含的结构粒子数定义为1摩尔．即：NA＝6.02×1023 mol-1.单位：个/摩尔． (1)仔细观察右图，指出阿伏加德罗常数的意义． (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________；假设分子紧密排列，一个分子的体积为________．(已知阿伏加德罗常数为NA) 2. 两种分子模型 (1)固体和液体可看成是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，如图甲所示，则分子间的距离就是________________．若分子体积为V，则分子间距离d＝________． 甲　　　　　　　　　　　 　乙 (2)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，每个小立方体是每个分子占有的活动空间，这时忽略气体分子的大小，如图乙所示，则分子间的距离就是________________．若气体分子占据的空间体积为V，则分子间距离d＝________． 3. 已知氧气分子的质量m＝5.3×10-26 kg，标准状况下氧气的密度ρ＝1.43 kg/m3，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023 mol-1，求： (1)氧气的摩尔质量； (2)标准状况下氧气分子间的平均距离； (3)标准状况下1 cm3的氧气中含有的氧分子数．(结果均保留两位有效数字) 1. 扩散 观察下方的三幅图： (1)说出以上三种现象的共同点并归纳出扩散的概念． (2)上述实验现象产生的原因是什么？ (3)如果分别向冷水和热水中滴入一滴硫酸铜溶液，可观察到热水很快变成蓝色，而冷水变成蓝色稍慢．这种现象说明了什么？ (4)下列四种现象中，属于扩散现象的是(　　) A. 海绵状塑料可以吸水 B. 揉面团时加入小苏打，小苏打可以揉进面团内 C. 花粉小颗粒在液体中做无规则运动 D. 把盛开的蜡梅放在室内，会满室生香 2. 布朗运动 1827年英国植物学家布朗用显微镜观察花粉微粒在水面上的形态时，发现花粉微粒在不停地做无规则运动．布朗进一步观察后发现，一切悬浮在液体中的微小颗粒，都会做无休止的不规则运动．人们为了纪念这个发现，便把悬浮在液体中的小微粒的无规则运动命名为布朗运动． (1)用显微镜观察炭粒的运动，思考并讨论下列问题： ①实验中可观察到什么现象？ ②实验中的“小炭粒”是分子吗？ ③图甲是显微镜下看到的三颗微粒运动的图片，如果每隔30 s把其中一个小炭粒的位置记录下来，如图乙所示，这些“折线”是小炭粒的运动径迹吗？是水分子的运动径迹吗？如果记录时间间隔延长，折线会变得更复杂还是更简单？ 甲 乙 ④小微粒的运动规律是什么？小微粒为什么会做这样的运动？(结合教材图1.15分析) ⑤试从力的角度解释为什么微粒越小，布朗运动越明显？并解释为什么温度越高，微粒的布朗运动越激烈？ ⑥归纳布朗运动的实质是什么？ (2)图甲和图乙是某同学从资料中查到的两张记录水中炭粒运动位置连线的图片，记录炭粒位置的时间间隔均为30 s，两方格纸每格表示的长度相同．比较两张图片可知：若水温相同，则________(选填“甲”或“乙”)中炭粒的颗粒较大；若炭粒大小相同，则________(选填“甲”或“乙”)中水分子的热运动较剧烈． 甲 乙 阅读教材“热运动”的相关内容，回答下面的问题： 1. 分子热运动的两种宏观表现是什么？为什么把分子永不停息的无规则运动叫作热运动？简述分子运动的特点． 2. 表示分子运动剧烈程度的宏观物理量是什么？为什么？ 3．下列词句中，描述分子热运动的是(　　) A. 床前明月光　　 B. 踏花归去马蹄香 C. 影动疑是玉人来　　 D. 风沙刮地塞云愁 【检测反馈】 1. 关于分子，下列说法中正确的是(　　) A. 分子看成小球，这是分子的简化模型，实际上，分子的形状并不真的都是小球 B. 所有分子大小的数量级都是10-8 m C. “物体是由大量分子组成的”，其中“分子”只包含分子，不包括原子和离子 D. 分子的质量是很小的，其数量级一般为10-10 kg 2. 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. 布朗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剧烈 D. 物体运动的速度越大，其内部的分子热运动就越剧烈 3. 如图所示，把一块铅和一块金的接触面磨平、磨光后紧紧压在一起，五年后发现金中有铅，铅中有金，对此现象说法正确的是(　　) A. 属扩散现象，是由于金分子和铅分子的相互吸引 B. 属扩散现象，是由于金分子和铅分子的热运动 C. 属布朗运动，小金粒进入铅块中，小铅粒进入金块中 D. 属布朗运动，由于外界压力使小金粒、小铅粒彼此进入对方中 4. 某气体的摩尔质量为M，摩尔体积为V，密度为ρ，每个分子的质量和体积分别为m0和V0，则阿伏加德罗常数NA可表示为(　　) A. NA＝　　 B. NA＝　　 C. NA＝　　 D. NA＝ 5. 小张在显微镜下观察水中悬浮的细微粉笔末的运动．他把小颗粒每隔一定时间的位置记录在坐标纸上，并把相邻时间的点连接起来，如图所示，下列判断正确的是(　　) A. 图中的折线就是粉笔末的运动轨迹 B. 图中的折线就是水分子的运动轨迹 C. 从整体上看粉笔末的运动是无规则的 D. 图中折线表明水分子在短时间内的运动是规则的 6. 把墨汁用水稀释后取出一滴放在光学显微镜下观察，如图所示，下列说法正确的是(　　) A. 炭粒越大，运动越明显 B. 温度越低，运动越明显 C. 显微镜下能同时看到炭粒和水分子 D. 炭粒在水中的运动不属于分子热运动 7. 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，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 mol-1.试求：(结果均保留一位有效数字) (1)被分解的水中含有水分子的总数N； (2)一个水分子的体积V. 8. 已知1 mol气体处于标准状态时的体积为Vmol＝2.24×10-2 m3，氧气的摩尔质量为M＝3.2×10-2 kg/mol，阿伏加德罗常数取NA＝6.0×1023 mol-1，求： (1)标准状态下氧气分子(O2)间的平均距离a；(气体分子所占空间按立方体模型处理，结果保留一位有效数字) (2)1 kg氧气所含的氧原子(O)的个数N. 9. 地球到月球的平均距离为3.8×105 km.已知铁的摩尔质量为5.6×10-2 kg/mol，密度为7.9×103 kg/m3.若把铁分子一个紧挨一个地单列排起来，筑成从地球通往月球的“分子大道”．阿伏加德罗常数取NA＝6.02×1023 mol-1，问：(结果均保留三位有效数字) (1)这条“分子大道”共需多少个铁分子？ (2)这条“分子大道”的质量为多少？ 【参考答案】 【活动方案】 活动一： 1. (1)阿伏加德罗常数是宏观量和微观量之间的联系桥梁． (2)　 2. (1)小球的直径　 (2)立方体的边长　 3. (1)氧气的摩尔质量为M＝NAm＝6.02×1023×5.3×10-26 kg/mol≈3.2×10-2 kg/mol. (2)标准状况下氧气的摩尔体积V＝， 所以每个氧气分子所占空间V0＝＝， 而每个氧气分子占有的体积可以看成是棱长为a的立方体，即 V0＝a3，则a3＝， a＝＝ m≈3.3×10-9 m． (3)1 cm3氧气的质量为 m′＝ρV′＝1.43×1×10-6 kg＝1.43×10-6 kg， 则1 cm3氧气中含有的氧分子个数 N＝＝个≈2.7×1019个． 活动二： 1. (1)共同点：不同物质彼此进入对方． 扩散概念：不同物质彼此进入对方的现象叫扩散． (2)物质分子的无规则运动． (3)温度越高，分子的扩散速度越快． (4)D　海绵状塑料吸水是水滴进入塑料间隙，不是扩散现象；小苏打揉进面团，是机械外力作用的结果；花粉小颗粒在液体中做布朗运动；蜡梅香气释放是扩散现象．故D正确． 2. (1)①小炭粒做无规则的运动．　②不是．分子大小的数量级是10-10 m，人眼能够分辨的物体的大小是10-4 m，光学显微镜最大放大倍数是1 000倍，所以从光学显微镜看到的最小颗粒是10-7 m，所以每一个小微粒都是成千上万个分子组成的．　③不是；不是；更复杂．　④杂乱无章．由于大量液体分子永不停息地做无规则运动时对悬浮在其中的微粒撞击作用的不平衡性，即液体分子永不停息的无规则运动是产生布朗运动的根本原因． ⑤悬浮的微粒越小，在某一瞬间跟它相撞的液体分子数越少，撞击作用的不平衡性就表现得越明显，因而布朗运动越明显．温度越高，液体分子运动越剧烈，对微粒的碰撞频率将增加，而且每次撞击作用也将增强，这就使微粒受到来自各方向的液体分子的撞击作用的不平衡现象加剧，引起微粒的布朗运动越加激烈．　⑥布朗运动间接反映了液体分子永不停息的无规则运动． (2)甲　乙　解析：影响布朗运动快慢的因素有两个，即悬浮颗粒的大小和液体温度，颗粒越小布朗运动越明显，液体温度越高布朗运动越明显，从图中可以看出，乙中炭粒的布朗运动明显，因此温度相同时，甲中炭粒的颗粒大；颗粒大小相同时，乙中水的温度高，水分子的热运动较剧烈． 活动三： 1. 扩散现象和布朗运动；因为分子的无规则运动与温度有关；永不停息、运动无规则、温度越高，分子的热运动越剧烈． 2. 温度．温度越高，分子的热运动越剧烈． 3. B　床前明月光是由光的直线传播形成的，A错误.马蹄上的花香在空气中传播属于扩散现象，是由分子无规则运动引起的，B正确．影动是光学因素造成的，与分子热运动无关，C错误．风沙刮地是沙子在自身重力和气流的作用下所做的运动，不是分子的运动，D错误． 【检测反馈】 1. A　将分子看成小球是为研究问题方便而建立的简化模型，故A正确；一般分子大小的数量级为10-10 m，故B错误；“物体是由大量分子组成的”，其中“分子”是分子、原子和离子的统称，故C错误；分子质量的数量级一般为10-26 kg，故D错误． 2. C 3. B　这种现象属于扩散现象，是由于两种不同物质分子的热运动引起的．故B正确． 4. B　气体的体积是指气体所充满的容器的容积，它不等于气体分子个数与每个气体分子体积的乘积，所以A、D错误．由质量、体积、密度关系可推知B正确，C错误． 5. C　图中的折线是粉笔末在不同时刻的位置的连线，不是粉笔末的运动轨迹，也不是分子的运动轨迹，故A、B错误；图中的折线没有规则，说明粉笔末的运动是无规则的，分子的运动是无规则的，故C正确，D错误． 6. D　炭粒越大，运动越不明显，A错误；温度越高，运动越明显，B错误；显微镜下只能看到炭粒，不能看到水分子，C错误；炭粒在水中的运动属于布朗运动，不属于分子热运动，D正确． 7. (1)水分子数N＝＝个≈3×1016个． (2)水的摩尔体积为VA＝， 水分子体积V＝＝＝3×10-29 m3. 8. (1)标况下氧气分子所占的体积为 V0＝＝ m3≈0.373×10-25 m3＝37.3×10-27 m3， 氧气分子的平均距离为a＝≈3×10-9 m. (2)1 kg氧气所含的摩尔数n＝， 1 kg氧气所含的氧原子个数 N＝n×NA×2＝3.75×1025个． 9. (1)铁的摩尔质量M为5.6×10-2 kg/mol，密度ρ为7.9×103 kg/m3，把铁分子看作球形，其直径为d，则 π·NA＝， 代入数据解得d＝2.8×10-10 m， 设这条“分子大道”所需的铁分子个数为n，则 n＝＝＝1.36×1018. (2)设这条“分子大道”质量为m，则 m＝M＝×5.6×10-2 kg＝1.27×10-7 kg. 学科网（北京）股份有限公司 $