第1章 第1节 分子动理论的基本观点（Word教参）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（鲁科版）

第1章　分子动理论与气体实验定律 第1节　分子动理论的基本观点(强基课——逐点理清物理观念) 课标要求 学习目标 1.了解分子动理论的基本观点及相关的实验证据。 2.通过实验，了解扩散现象，观察并能解释布朗运动。 3.利用显微镜观察布朗运动。 1.知道物体是由大量分子组成的。 2.知道扩散现象及影响扩散快慢的因素有哪些。 3.理解布朗运动及布朗运动产生的原因。 4.知道分子势能及分子间作用力随分子间距离变化而变化的定性规律。 5.知道分子动理论的内容。 6.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研究方法；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。 逐点清(一)　物体由大量分子组成 　　　　　　　　　　　　　　　　 [多维度理解] 1.分子的大小 (1)一般分子直径的数量级为10-10 m。 (2)分子质量的数量级为10-27~10-26 kg。 2.阿伏伽德罗常数 (1)定义：1 mol任何物质都含有相同的粒子数，这个数量称为阿伏伽德罗常数。 (2)数值：NA=6.02×1023 mol-1。 (3)意义：阿伏伽德罗常数是一个重要的基本常量，通过它可将物体的体积、质量等宏观量与分子的大小、质量等微观量联系起来。 3.两种分子模型 (1)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：如图甲所示，则分子直径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，如图乙所示，则边长d=。 (2)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体积，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V的正方体，如图丙所示，气体分子间平均距离l=d==(图中黑点代表气体分子所在的位置)。 4.阿伏伽德罗常数的应用 已知条件 求解问题 说明 固体或液体的摩尔体积Vmol和一个分子的体积V0 阿伏伽德罗常数NA= 反之亦可估算分子的大小，对气体不适用 物质的摩尔质量Mmol和一个分子的质量m0 阿伏伽德罗常数NA= 反之亦可估算分子的质量，对包括气体在内的所有物质都适用 物质的体积V和摩尔体积Vmol 物质的分子数N=NA 对包括气体在内的所有物质都适用 物质的质量m、密度ρ和摩尔体积Vmol 物质的分子数N=NA 对包括气体在内的所有物质都适用 物质的质量m和摩尔质量Mmol 物质的分子数N=NA 对包括气体在内的所有物质都适用 [全方位练明] 1.判断下列说法是否正确。 (1)物体是由大量分子组成的，分子用光学显微镜可以看到。 (×) (2)所有分子的直径都相同。 (×) (3)1 mol的固态物质和1 mol的气态物质所含分子数相同。 (√) 2.(2025·山东日照高二期中)(双选)糖是人类赖以生存的重要物质之一，对人类的生活产生了深远的影响，在工业中也发挥着巨大的作用。某种食用冰糖块的密度为ρ，摩尔质量为M，阿伏伽德罗常数为NA，则下列说法正确的是 (　　) A.该种冰糖块的摩尔体积Vmol= B.该种冰糖块分子的体积V0= C.该种冰糖块的分子直径d= D.a千克该种冰糖块所含的分子数N= 解析：选AB　该种冰糖块的摩尔体积Vmol=，故A正确；该种冰糖块分子的体积为V0==，又该种冰糖块的分子可看作球形，其体积为V0= ，解得该种冰糖块分子的直径为d=，故B正确，C错误；a千克该种冰糖块所含的分子数n=NA ，故D错误。 3.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，利用三氮化钠(NaN3)爆炸产生气体(假设都是N2)充入气囊。若氮气充入后安全气囊的容积V=56 L，囊中氮气密度ρ=2.5 kg/m3，已知氮气摩尔质量M=0.028 kg/mol，阿伏伽德罗常数NA=6×1023 mol-1。　 (1)囊中氮气分子的总个数N=　　　　个。  (2)囊中氮气分子间的平均距离为　　　　 m。(结果保留一位有效数字)  解析：(1)设囊中氮气的物质的量为n，则n= 氮气的分子总数N=nNA=NA 代入数据解得N=3×1024个。 (2)每个氮气分子所占的空间体积为V0= 设氮气分子间平均距离为a，则有V0=a3， 即a==，代入数据得a≈3×10-9 m。 答案：(1)3×1024　(2)3×10-9 逐点清(二)　分子永不停息地做无规则运动 　　　　　　　　　　　　　　　　 [多维度理解] 1.扩散现象 (1)定义：不同的物质彼此进入对方的现象。 (2)普遍性：气体、液体和固体都能够发生扩散现象。 (3)规律：温度越高，扩散越快。 (4)意义：扩散现象表明，分子在永不停息地运动，温度越高，分子的运动越剧烈。 2.布朗运动 (1)定义：悬浮在液体(或气体)中的微粒所做的永不停息的无规则运动。 (2)产生原因：微粒在液体中受到液体分子的撞击不平衡引起的。 (3)影响因素： ①微粒大小：微粒越小，布朗运动越明显。 ②温度高低：温度越高，布朗运动越剧烈。 (4)意义：反映了分子在永不停息地做无规则运动。 3.热运动 (1)定义：分子的无规则运动。 (2)影响因素：温度越高，分子的无规则运动越剧烈。 4.扩散现象、布朗运动与热运动的比较 扩散现象 布朗运动 分子热运动 活动主体 分子 固体微小颗粒 分子 区别 分子的运动，发生在固体、液体、气体等任何两种物质之间。 本质：气体、液体、固体中分子的运动 微小颗粒的运动，微小颗粒比分子大得多。 本质：固体微小颗粒的运动，是液体(或气体)分子无规则运动的反映 分子的运动，分子无论大小都做热运动，热运动不能通过光学显微镜直接观察到 观察 裸眼可见 光学显微镜 电子显微镜或扫描隧道显微镜 共同点 都在永不停息地做无规则运动，都随温度的升高而变得更加剧烈 联系 扩散现象和布朗运动都证实了分子在永不停息地做无规则运动 [全方位练明] 1.判断下列说法是否正确。 (1)扩散现象不能发生在固体之间。 (×) (2)温度越高，扩散现象越明显。 (√) (3)布朗运动就是液体分子的无规则运动。 (×) (4)液体中悬浮的微粒越大，布朗运动越明显。 (×) 2.如图所示，一个装有无色空气的广口瓶倒扣在装有红棕色二氧化氮气体的广口瓶上，中间用玻璃板隔开。关于抽去玻璃板后所发生的现象(已知二氧化氮的密度比空气密度大)，下列说法正确的是 (　　) A.当过一段时间可以发现上面瓶中的气体变成了淡红棕色 B.由于二氧化氮密度较大，不会跑到上面的瓶中，所以上面瓶不会出现淡红棕色 C.由于下面二氧化氮的摩尔质量大于上面空气的平均摩尔质量，二氧化氮不会跑到上面的瓶中，所以上面瓶不会出现淡红棕色 D.上面的空气由于重力作用会到下面的瓶中，于是将下面瓶中的二氧化氮排出了一小部分，所以会发现上面瓶的瓶口处显淡红棕色，但在瓶底处不会出现淡红棕色 解析：选A　因为分子运动是永不停息的，所以相互接触的两种物质分子会彼此进入对方，也就是扩散，最终空气和二氧化氮分子均匀混合，整体是淡红棕色，A正确。 3.(2025·济南高二检测)如图所示，是观察布朗运动的实验装置的示意图。用高倍显微镜观察悬浮在液体中的小炭粒的运动情况。选三个小炭粒，每隔30 s记录一次它们的位置，然后用线段把这些位置按时间顺序连接起来得到它们的位置连线图。下列说法正确的是 (　　) A.该实验用显微镜观察到的是液体分子的无规则运动 B.该实验用显微镜观察到的是小炭粒分子的无规则运动 C.这样得到的位置连线图就是该小炭粒实际的运动轨迹 D.小炭粒越小，液体的温度越高，观察到的布朗运动就越明显 解析：选D　该实验用显微镜观察到的是小炭粒的无规则运动，并不是小炭粒分子的无规则运动，也不是液体分子的无规则运动，A、B错误；题图中记录的是每隔一定时间小炭粒位置的连线，并不是小炭粒做布朗运动的轨迹，C错误；小炭粒越小，液体分子同一时刻撞击小炭粒产生的撞击力越不平衡，液体的温度越高，液体分子运动越剧烈，观察到的布朗运动就越明显，D正确。 逐点清(三)　分子间存在着相互作用力 　　　　　　　　　　　　　　　　 [多维度理解] 1.分子引力与斥力：研究表明，分子之间同时存在着引力和斥力，其大小与分子间的距离有关。 2.分子间作用力的特点 (1)分子间总是同时存在引力和斥力，实际表现出来的是它们的合力。 (2)分子间作用力随分子间距离的变化而变化，引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，但斥力的变化比引力的变化要快。 (3)分子间作用力是短程力，分子间的距离超过分子直径的10倍，即达到1 nm的数量级时，可以认为分子间作用力为零，气体分子间的作用力可忽略不计。 3.分子间作用力的规律 (1)图像表示(如图所示) ①当r=r0时，f引=f斥，f合=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，分子间作用力表现为斥力。 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，分子间作用力表现为引力。 ④当r≥10r0(10-9 m)时，f引和f斥都十分微弱，可认为分子间无相互作用力(f合=0)。 (2)模型表示 分子间的相互作用力像弹簧连接着的两个小球间的相互作用力。小球代表分子，弹簧的弹力代表分子斥力和引力的合力。如表所示： r=r0，F=0 r<r0，F表现为斥力 r>r0，F表现为引力 4.分子动理论的基本观点：物体是由大量分子组成的，分子永不停息地做无规则运动，分子间存在着相互作用力。 　　[典例]　分子间的引力和斥力都跟分子间的距离有关，分子间作用力f与分子间距离r的关系图像如图所示，下列说法正确的是 (　　) A.分子间不能同时存在引力和斥力 B.当r>r0时，随着分子间距离的增大，分子间作用力先减小后增大 C.当r=r0时，分子间作用力为零，说明此时分子间既不存在引力，也不存在斥力 D.当分子间的距离r<r0时，分子间作用力表现为斥力 [解析]　分子间的引力和斥力是同时存在的，分子间作用力为引力和斥力的合力，故A错误；当r>r0时，分子间作用力表现为引力，随着分子间距离的增大，分子间作用力先增大后减小，故B错误；当r=r0时，分子间作用力为零，说明此时分子间引力大小等于斥力大小，故C错误；当分子间的距离r<r0时，分子间斥力大于引力，分子间作用力表现为斥力，故D正确。 [答案]　D [思维建模] 对分子间作用力的三点认识 (1)无论分子间的距离如何，分子间引力和斥力都是同时存在的，不会出现只有引力或只有斥力的情况； (2)分子间作用力是分子引力和分子斥力的合力； (3)要注意“分子间作用力表现为引力或斥力”与“分子引力”和“分子斥力”不是同一个概念。 [全方位练明] 1.如图所示，清晨草叶上的露珠是由空气中的水蒸气凝结成的，这一物理过程中，水分子间的 (　　) A.引力消失，斥力增大 B.斥力消失，引力增大 C.引力、斥力都减小 D.引力、斥力都增大 解析：选D　空气中的水蒸气凝结成水珠的过程，分子间距离减小，而分子间同时存在引力和斥力，且引力和斥力都随着分子间距离的减小而增大，所以分子间的引力、斥力都增大，D正确。 2.当两个分子间的距离为r0时，正好处于平衡状态，下列关于分子间作用力与分子间距离的关系的说法正确的是 (　　) A.当分子间的距离r<r0时，它们之间只有斥力作用 B.当分子间的距离r=r0时，分子不受力 C.在分子间的距离从0.5r0增大到r0的过程中，分子间作用力先减小再增大 D.在分子间的距离从r0增大到10r0的过程中，分子间作用力先增大再减小 解析：选D　分子间的引力和斥力是同时存在的，当r=r0时，f引=f斥，分子所受的合力为零，并非不受力；当r<r0时，f斥>f引，合力表现为斥力，并非只受斥力，故A、B错误。在分子间的距离从0.5r0增大到r0的过程中，分子间作用力表现为斥力，逐渐减小到零，故C错误。在分子间的距离从r0增大到10r0的过程中，分子间作用力表现为引力，先增大再减小，故D正确。 3.关于分子间的相互作用力，以下说法中正确的是(r0表示分子间平衡距离) (　　) A.当分子间的距离r=r0时，分子间的作用力为零，说明此时分子间的引力和斥力都为零 B.当r>r0时，随着分子间距离的增大，分子间引力和斥力都增大，但引力比斥力增加得快，故分子间的作用力表现为引力 C.当r>r0时，随着分子间距离的增大，分子间引力和斥力都减小，但斥力比引力减小得快，故分子间的作用力表现为引力 D.我们将充满气的气球压扁时需要用力，这是因为分子间存在斥力 解析：选C　当分子间的距离r=r0时，分子间的作用力为零，此时分子间的引力和斥力仍然存在且合力为零，A错误；当r>r0时，随着分子间距离的增大，分子间引力和斥力都减小，但斥力比引力减小得快，所以分子间的作用力表现为引力，B错误，C正确；挤压气球需要用力，是因为气体有压强，气体分子间距很难达到有分子间作用力的范围，D错误。 逐点清(四)　物体的内能 　　　　　　　　　　　　　　　　 任务驱动 (1)我们知道热现象是大量分子做无规则热运动产生的，热现象发生过程中，也有相应的能量变化，那么，热运动的能量与大量分子无规则热运动有什么关系呢? (2)分子势能与体积有关，能否说物体体积越大，分子势能就越大? 提示：(1)物体内大量分子永不停息的做无规则热运动，对于每个分子来说都有无规则热运动的动能，热运动的能量是大量分子无规则运动的能量总和。 (2)不能。由于物体分子间距变化的宏观表现为物体的体积变化，所以微观的分子势能变化对应于宏观的物体体积变化。同样是物体体积增大，有时体现为分子势能增大(在r>r0范围内)，有时体现为分子势能减小(在r<r0范围内)。一般来说，物体体积变化了，其对应的分子势能也变化了。 [多维度理解] 1.分子势能 (1)定义：由分子间的相对位置决定的势能。 (2)宏观上：分子势能的大小与物体的体积有关。 (3)微观上：分子势能的大小与分子之间的距离有关。 (4)当r>r0时，分子间作用力表现为引力，若r增大，需克服引力做功，分子势能增大。 (5)当r<r0时，分子间作用力表现为斥力，若r减小，需克服斥力做功，分子势能增大。 (6)当r=r0时，分子势能最小。 2.分子势能的变化与分子间作用力做功的关系 (1)分子间作用力做正功，分子势能减少；分子间作用力做负功，分子势能增加。 (2)数量关系：W=-ΔEp=Ep1-Ep2。 3.分子动能 (1)定义：由于分子永不停息地做无规则热运动而具有的动能。 (2)分子的平均动能：大量分子动能的平均值。 (3)温度的微观意义：温度是分子热运动的平均动能的标志。 4.对分子的平均动能的理解 (1)热现象研究的是大量分子运动的宏观表现，单个分子的动能没有意义，有意义的是物体内所有分子热运动动能的平均值，即分子的平均动能。 (2)温度是分子热运动的平均动能的标志，这是温度的微观意义。在相同温度下，各种物质分子的平均动能都相同，由于不同物质分子的质量不一定相同，因此相同温度时不同物质分子的平均速率不一定相同。 5.内能 (1)定义：物体的所有分子热运动的动能和分子势能的总和。 (2)决定因素 ①宏观因素：物体内能的大小由物体的质量、温度和体积三个因素决定，同时也受物态变化的影响。 ②微观因素：物体内能的大小由物体所含的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定。 [全方位练明] 1.判断下列说法是否正确。 (1)温度升高时，物体内每个分子的动能都增加。 (×) (2)分子势能随分子间距离的增大而减小。 (×) (3)分子势能可以为正值、负值、零值。 (√) (4)温度越高的物体，内能越大。 (×) (5)物体运动速度越大，内能越大。 (×) 2.(2025·山东高考)分子间的作用力F与分子间距离r的关系如图所示，若规定两个分子间距离r等于r0时分子势能Ep为零，则 (　　) A.只有r大于r0时，Ep为正 B.只有r小于r0时，Ep为正 C.当r不等于r0时，Ep为正 D.当r不等于r0时，Ep为负 解析：选C　规定两个分子间距离r等于r0时分子势能为零，由题图可知，从r0处随着分子间距离的增大，分子间的作用力表现为引力，分子间的作用力做负功，故分子势能增大；从r0处随着分子间距离的减小，分子间的作用力表现为斥力，分子间的作用力做负功，分子势能增大；故可知当r不等于r0时，Ep为正，故C正确，A、B、D错误。 3.关于温度与分子动能的关系，下列说法正确的是 (　　) A.某物体的温度为0 ℃，说明物体中分子的平均动能为零 B.温度是分子热运动的平均动能的标志 C.温度较高的物体，其分子平均动能较大，则分子的平均速率也较大 D.物体的运动速度越大，则物体的温度越高 解析：选B　某物体温度是0 ℃，物体中分子的平均动能并不为零，因为分子在永不停息地做无规则运动，A错误；温度是分子热运动的平均动能的标志，温度越高的物体，分子的平均动能越大，但由于分子的质量不一定相同，则分子平均速率不一定大，B正确，C错误；物体内分子热运动的速度与宏观运动的速度无关，物体的运动速度越大，不能代表物体内部分子的热运动越剧烈，所以物体的温度不一定高，D错误。 4.下列关于温度及内能的说法中正确的是 (　　) A.温度高的物体不一定比温度低的物体内能大 B.两个不同的物体，只要温度和体积相同，内能就相同 C.质量和温度相同的冰和水，内能相同 D.温度是分子平均动能的标志，所以两个动能不同的分子相比，动能大的分子温度高 解析：选A　物体的内能与物体的温度、体积、质量以及物态都有关，则温度高的物体不一定比温度低的物体内能大，两个不同的物体，温度和体积相同，质量(物质的量)不一定相同，内能不一定相同，A正确，B错误；因同温度的冰化成同温度的水要吸收热量，则质量和温度相同的水的内能大于冰的内能，C错误；温度是大量分子平均动能的标志，两个动能不同的分子不能比较温度，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $