第1章 第1节 分子动理论的基本内容(Word教参)-【学霸笔记·同步精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（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（含阿伏加德罗常数）、分子热运动（扩散现象、布朗运动）、分子间相互作用力（引力斥力与距离关系），最终整合为分子动理论基本内容，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。 该资料以模型建构为特色，通过固体球体模型、液体球体模型、气体立方体模型分析分子微观量，结合例题培养科学推理能力。布朗运动实验分析等内容渗透科学探究，课中辅助教师清晰授课，课后练习题与知识点总结帮助学生巩固，提升物理观念与科学思维。

第1节　分子动理论的基本内容 1．知道物体是由大量分子组成的。　2.知道扩散现象、布朗运动和分子的热运动，理解扩散现象、布朗运动产生的原因。　3.通过实验，知道分子间存在空隙和相互作用力，并理解分子力与分子间距的关系。 4．明确分子动理论的内容。　 一、物体是由大量分子组成的 1．物体是由________组成的，在热学中，把组成物体的微粒统称为________。 2．阿伏加德罗常数 (1)定义：1 mol的任何物质都含有________的粒子数，这个数量用阿伏加德罗常数表示。 (2)大小：阿伏加德罗常数通常可取NA＝6.02×1023 mol－1，在粗略计算中可取NA＝6.0×1023 mol－1。 二、分子热运动 1．扩散 (1)定义：不同种物质能够彼此__________的现象。 (2)产生原因：物质分子的________________________。 (3)意义：__________现象是物质分子永不停息地做无规则运动的证据之一。 (4)应用：生产半导体器件时，在________条件下通过分子的________在纯净半导体材料中掺入其他元素。 2．布朗运动 (1)概念：悬浮在液体(或气体)中________的____________运动。 (2)产生原因：大量液体分子对悬浮微粒撞击的____________。 (3)影响因素：微粒越________、温度越________，布朗运动越明显。 (4)意义：间接地反映液体分子运动的__________。 3．热运动 (1)定义：分子永不停息的_______________运动。 (2)运动特点：①________；②________。 (3)影响因素：温度越高，分子的热运动越__________。 (4)________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)气体很容易被压缩，说明气体分子之间存在着很大的__________。 (2)水和酒精混合后总体积变__________，这表明液体分子之间存在着空隙。 (3)压在一起的金块和铅块，各自的分子能________到对方的内部，这表明固体分子之间也存在着空隙。 2．分子间的相互作用 分子间的作用力是由原子内部带电粒子的相互作用引起的。分子间作用力与分子间距离的关系如图所示。 (1)当r＝r0时，分子间作用力为________，这个位置称为________。 (2)当r＜r0时，分子间作用力表现为____________。 (3)当r＞r0时，分子间作用力表现为____________。 四、分子动理论 1．基本内容：物体是由________组成的，分子在做________的________运动，分子之间存在着____________。 2．分子动理论：在热学研究中常以这样的基本内容为出发点，把物质的________和规律看作微观粒子热运动的宏观表现而建立的理论。 判断下列说法是否正确。 (1)1 mol 氧气和1 mol水所含的粒子数相等。(　　) (2)当温度降低到一定程度，分子就停止热运动。(　　) (3)扩散现象与布朗运动都是分子的热运动。(　　) (4)当r＝r0时，分子间的相互作用力为0。(　　) (5)扩散现象反映了物质分子在永不停息地做无规则运动。(　　) 提示：(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√ [答案自填] 大量分子　分子　相同　进入对方　无规则运动　扩散　高温　扩散　微粒 无规则　不平衡　小　高　无规则性　无规则　永不停息　无规则　剧烈　温度 空隙　小　扩散　0　平衡位置　斥力　引力　大量分子　永不停息　无规则 相互作用力　热学性质 知识点一　物体是由大量分子组成的 1．相关物理量 (1)微观量：分子体积V0、分子直径d、分子质量m0。 (2)宏观量：物体的体积V、摩尔体积Vmol、物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ。 2．分子模型 物态 分子模型 说明 固体 液体 球体模型：一个分子的体积V0＝π()3＝πd3，d＝(d为分子直径) 立方体模型：一个分子的体积V0＝d3，d＝ 气体 气体分子模型：一个分子占据的平均空间V0＝d3(d为分子的间距) 3.阿伏加德罗常数的桥梁作用 其中密度ρ＝＝，但要切记ρ＝是没有物理意义的。 4．微观量与宏观量的关系 (1)一个分子的质量：m0＝＝。 (2)一个分子的体积：V0＝＝(注：对气体，V0为分子所占空间体积)。 (3)物体所含的分子数：N＝·NA＝·NA或N＝·NA＝·NA。 模型1　固体的球体模型 　(2024·江苏常州期中)已知金属铜的密度为ρ，铜的摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA。若将铜块中的铜原子看成球形，且它们紧密排列、没有间隔。求： (1)单个铜原子的体积V0； (2)单个铜原子的直径d。 [解析]　(1)取物质的量为n的铜原子， 质量m＝nM 总体积V＝＝ 可得单个铜原子的体积V0＝＝。 (2)由V0＝πr3可得π＝πd3＝ 解得单个铜原子的直径d＝。 [答案]　(1)　(2) 模型2　液体的球体模型 　雨后，湖中荷叶上有1滴体积约为0.1 cm3的水珠，已知水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，水的摩尔质量M＝1.8×10－2 kg/mol，试估算：(结果保留2位有效数字) (1)该滴水珠含有的水分子数； (2)一个水分子的直径大小。 [解析]　(1)分子数N＝nNA＝·NA＝×6.02×1023个≈3.3×1021个。 (2)分子体积V0＝＝ m3≈3.0×10－29 m3 根据球的体积公式得V0＝πd3 故分子直径d＝≈3.9×10－10 m。 [答案]　(1)3.3×1021个　(2)3.9×10－10 m 模型3　气体占据空间的立方体模型 　(2024·江苏徐州期中)很多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，利用叠氮化钠(NaN3)爆炸产生气体充入气囊。若气体充入后安全气囊的容积为V，囊中气体密度为ρ，已知气体摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA。试估算： (1)囊中气体分子的总个数N； (2)囊中气体分子间的平均距离。 [解析]　(1)设囊中气体分子的物质的量为n， 则n＝，则囊中气体分子的总个数N＝NA。 (2)每个气体分子所占的空间V0＝ 设氮气分子间平均距离为a， 则有V0＝a3 即a＝＝＝。 [答案]　(1)NA　(2) 知识点二　分子热运动 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。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？ [提示]　霾的小颗粒做布朗运动。颗粒越小，布朗运动越明显。　 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)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。 (3)扩散现象在固体、液体和气体中均能发生。 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。其大小直接用肉眼观察不到，但在光学显微镜下可以看到(其大小在10－6m的数量级)。 (2)布朗运动产生的原因：大量液体分子对悬浮微粒撞击的不平衡。 3．热运动：指分子永不停息的无规则运动。 4．布朗运动与热运动比较 比较项目 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 可以在光学显微镜下看到，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温度越高越激烈 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，二者无必然联系 角度1　扩散现象 　(2024·安徽安庆一模)我们在实验室用酒精进行实验时，整个实验室很快就闻到了刺鼻的酒精气味，这是一种扩散现象。以下有关分析错误的是(　　) A．扩散现象只发生在气体、液体之间 B．扩散现象说明分子在不停息地运动 C．温度越高时扩散现象越剧烈 D．扩散现象说明分子间存在着间隙 [解析]　气体、液体、固体之间都可以发生扩散现象，故A错误；扩散现象本身就是由分子不停地做无规则运动产生的，故B正确；物体的温度越高，分子的热运动就越快，扩散就越快，故C正确；不同的物质在相互接触时可以彼此进入对方的现象属于扩散现象，扩散现象说明分子间存在着间隙，故D正确。 [答案]　A 角度2　布朗运动 　(2024·湖北黄冈期中)关于分子动理论的规律，下列说法正确的是(　　) A．在显微镜下可以观察到水中花粉小颗粒的布朗运动，这说明水分子在做无规则运动 B．一滴红墨水滴入清水中不搅动，经过一段时间后水变成红色，这是重力引起的对流现象 C.在一锅水中撒一点胡椒粉，加热时发现水中的胡椒粉在翻滚，这说明温度越高布朗运动越激烈 D．悬浮在液体中的微粒越大，某时刻与它相撞的液体分子数越多，布朗运动就越明显 [解析]　显微镜下可以观察到水中花粉小颗粒受到液体分子频繁碰撞，而出现了布朗运动，这说明水分子在做无规则运动，故A正确；一滴红墨水滴入清水中不搅动，经过一段时间后水变成红色，属于扩散现象，故B错误；一锅水中撒一点胡椒粉，加热时发现水中的胡椒粉在翻滚，这是水的对流引起的，不是布朗运动，故C错误；悬浮在液体中的微粒越小，某时刻与它相撞的各个方向液体分子数越不平衡，布朗运动越明显，故D错误。 [答案]　A 　(2024·山东淄博一模)甲、乙图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(　　) A．图中连线是炭粒的运动径迹 B．炭粒的位置变化是分子间斥力作用的结果 C.若水温相同，则甲中炭粒的颗粒较大 D．若炭粒大小相同，则甲中水分子的热运动较剧烈 [解析]　题图中连线不是炭粒的运动径迹，故A错误；炭粒的位置变化是水分子的撞击不平衡产生的结果，故B错误；若水温相同，较大炭粒的布朗运动的剧烈程度较弱，炭粒在30 s始、末时刻所在位置连线的距离就较短，故甲中炭粒的颗粒较大，故C正确；若炭粒大小相同，温度越高分子的热运动越剧烈，做布朗运动的炭粒运动也越剧烈，故乙中水分子的热运动较剧烈，故D错误。 [答案]　C 知识点三　分子间的相互作用力 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所受的重力相等吗？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？ [提示]　1.不相等。此时玻璃板和液面分子间的作用力表现为引力，所以在拉玻璃板离开水面时弹簧测力计的示数要大于玻璃板所受的重力。 2．不是。虽然两物体紧靠在一起，但绝大部分分子间距离仍很大，远达不到分子斥力起作用的距离。　 1．对分子间作用力的理解 分子间的作用力是分子引力和分子斥力的合力，且分子引力和分子斥力是同时存在的。 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，分子间引力与斥力大小相等，分子力为0，所以分子间距离等于r0(数量级为10－10m)的位置叫作平衡位置。 (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(如图所示)。 ①当r＝r0时，F引＝F斥，F＝0； ②当r＜r 0时，F斥＞F引，分子力F表现为斥力； ③当r＞r 0时，F斥＜F引，分子力F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，所以分子力F＝0。 (3)当r＜r0时，分子力随距离的增大而减小，当r＞r0时，分子力随距离的增大先增大后减小。 角度1　对分子力的理解 　(多选)如图所示，甲分子固定于坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲、乙两分子间的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示，F>0表示斥力，F<0表示引力。a、b、c、d为x轴上四个特定的位置，现将乙分子从a点由静止释放，在其从a点移动到d的过程中，下列说法正确的是(　　) A．从a到c过程中，分子力表现为引力 B．在c点处，乙分子的速度最大 C．在c点处，乙分子的加速度最大 D．从b到c过程中，两分子间的分子力逐渐增大 [解析]　由题图可知，从a到c过程中，F<0，分子力表现为引力，乙分子做加速运动；从c到d过程中，分子力表现为斥力，乙分子做减速运动，故在c点处，乙分子的速度最大，A、B正确。由题图可知，在c点处，乙分子受到的分子力为零，乙分子的加速度为零，C错误。从b到c过程中，两分子间的分子力逐渐减小，D错误。 [答案]　AB 角度2　分子力做功 　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分子靠近，直到不能再靠近为止。在这个过程中(　　) A．分子力总对乙分子做正功 B．乙分子总是克服分子力做功 C．先是分子力对乙做正功，然后乙分子克服分子力做功 D．先是乙分子克服分子力做功，然后分子力对乙分子做正功 [解析]　甲、乙两分子间的距离大于r0时分子力表现为引力，随着甲、乙分子距离减小，分子力对乙做正功；分子间的距离小于r0时，分子力表现为斥力，随着甲、乙分子间距离减小，分子力对乙做负功，即乙分子克服分子力做功。 [答案]　C 1．(分子热运动)(2024·河南焦作阶段练)“冷”“热”二词常闻于生活，与之相关的“热现象”无所不在、无时不有——远涉宇宙变迁，近涉高新科技，涵盖所有实际发生的过程。这一宏观现象与系统中大量微观粒子的无规则运动密切联系。下列说法不正确的是(　　) A．布朗运动就是分子的无规则运动 B．布朗运动是悬浮在液体中的小颗粒的无规则运动 C．悬浮在液体中的颗粒越小，布朗运动越明显 D．扩散现象与温度有关，温度越高，扩散现象越明显 解析：选A。布朗运动是悬浮在液体中的小颗粒的无规则运动，不是分子的运动，故A错误，B正确；悬浮在液体中的颗粒越小，碰撞的不平衡性越明显，布朗运动越明显，故C正确；扩散现象与温度有关，温度越高，扩散现象越明显，故D正确。 2．(分子热运动)(2024·吉林长春阶段练)“墨滴入水，扩而散之，徐徐混匀”。关于该现象的分析正确的是(　　) A．混合均匀主要是由于炭粒受重力作用 B．混合均匀的过程中，水分子和炭粒都做无规则运动 C．使用炭粒更大的墨汁，混合均匀的过程进行得更迅速 D．墨汁的运动是由于炭粒和水分子发生化学反应而引起的 解析：选B。碳素墨水滴入清水中，观察到的布朗运动是液体分子不停地做无规则运动撞击炭悬浮微粒，悬浮微粒受到来自各个方向的液体分子的撞击作用不平衡导致的无规则运动，不是由于炭粒受重力作用，故A错误；混合均匀的过程中，水分子做无规则运动，炭粒的布朗运动也是做无规则运动，故B正确；当悬浮微粒越小时，悬浮微粒受到的来自各个方向的液体分子的撞击作用不平衡表现得越强，即布朗运动越显著，所以使用炭粒更小的墨汁，混合均匀的过程进行得更迅速，故C错误；墨汁的扩散运动是微粒受到的来自各个方向的液体分子的撞击作用不平衡引起的，故D错误。 3．(分子间的相互作用力)(2024·江苏阶段练)关于分子力，下列说法正确的是(　　) A．碎玻璃不能拼合在一起，说明玻璃分子间斥力在起作用 B．用打气筒给自行车打气需用力向下压活塞，说明气体分子间有斥力 C．固体很难被压缩，说明分子间有斥力 D．水和酒精混合后的总体积小于原来二者的体积之和，说明分子间存在引力 解析：选C。分子间作用力发生作用的距离很小，打碎的碎片间的距离远大于分子力作用距离，在这个距离层面，分子引力与斥力基本趋近于0，所以碎玻璃不能拼合在一起，不能说明玻璃分子间斥力在起作用，故A错误；用打气筒给自行车打气需用力向下压活塞，是由于需要克服打气筒内外的压力差，不能说明气体分子间有斥力，故B错误；固体很难被压缩，说明分子间有斥力，故C正确；水和酒精混合后的总体积小于原来二者的体积之和，说明分子间存在空隙，故D错误。 4．(气体的立方体模型)(2024·江苏苏州阶段练)某气体的摩尔质量为M，分子质量为m，若1摩尔该气体的体积为Vm，密度为ρ，则该气体单位体积分子数正确的是(阿伏加德罗常数为NA)(　　) A． B． C． D． 解析：选C。用阿伏加德罗常数NA除以1摩尔该气体的体积Vm等于单位体积的分子数，其中＝NA，＝Vm，则解得可表示该气体单位体积分子数的有，，。 5．(液体的球体模型)(2024·江苏泰州阶段练)标准状况下，水蒸气的摩尔体积Vmol＝22.4×10－3 m3/mol，NA＝6.02×1023 mol－1，水的摩尔质量M＝18 g/mol，水的密度ρ＝1×103 kg/m3，请进行下列估算： (1)水蒸气分子的平均间距约为多少？ (2)水分子的直径约为多少？(以上结果均保留1位有效数字) 解析：(1)对气体分子来说，由于分子不是紧密排列，分子的体积远小于它所占有的空间的体积，所以分子所占有的空间的体积通常以立方体模型来计算。气体分子间的距离 L＝＝≈3×10－9 m。 (2)通常把固体和液体分子看作球体，则分子体积为摩尔体积除以阿伏加德罗常数， 即V0＝＝ 又有V0＝πd3 联立解得d≈4×10－10 m。 答案：(1)3×10－9 m　(2)4×10－10 m 学科网（北京）股份有限公司 $