第1章 第1节 分子动理论的基本内容（Word教参）-【新课程学案】2025-2026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(赋能课——精细培优科学思维) 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。 1.了解分子动理论的基本观点,能解释布朗运动和扩散现象。建立分子间相互作用的观念。 2.通过分子模型的建构,体会物理模型在科学研究中的意义。体会阿伏加德罗常数在联系宏观量与微观量中的应用。体会用F⁃r图像描述物理规律的意义。 一、物体是由大量分子组成的 1.分子:组成物体的微粒。 2.表示方法:1 mol的任何物质都含有相同的粒子数,这个数量用阿伏加德罗常数表示,即NA=6.02×1023 mol-1。 3.分子的大小:分子很小,用肉眼无法直接看到,用高倍的光学显微镜也看不到,可以用能放大几亿倍的扫描隧道显微镜观察到。 [微点拨] 　　物理中研究物质的热运动性质和规律时,所说的分子是组成物质的原子、离子和分子的统称,不同于化学中讲的分子。 [情境思考] 　　如图所示是一片叶子放大不同倍数的照片,根据图片回答下列问题。 (1)放大700倍看到的是叶片分子吗? (2)放大50 000 000倍看到的是叶片分子吗? 提示:(1)不是。(2)不是。 二、分子热运动 1.扩散 (1)定义:不同种物质能够彼此进入对方的现象。 (2)产生原因:物质分子的无规则运动。 (3)应用:生产半导体器件时,需要在纯净半导体材料中掺入其他元素。这一过程可以在高温条件下通过分子的扩散来完成。 2.布朗运动 (1)定义:悬浮微粒的无规则运动。 (2)影响因素:温度越高,布朗运动越明显;微粒越小,布朗运动越明显。 (3)产生原因:大量液体分子对悬浮微粒撞击的不平衡造成的,微粒越小,质量越小,其运动状态越容易被改变,布朗运动越明显。 3.热运动 (1)定义:分子永不停息的无规则运动。 (2)衡量标准:温度是分子热运动剧烈程度的标志,温度越高,分子热运动越剧烈。 [情境思考] 如图所示,在一个烧杯里装上清水,然后在清水中滴入几滴红墨水。在不搅动的情况下,可以看到红墨水在清水中以不规则的形态向四周扩散,慢慢地将清水染成红色。出现上述现象的原因是什么? 提示:物质分子在永不停息地做无规则运动,即扩散现象。 三、分子间的作用力　分子动理论 1.分子间有空隙 (1)气体很容易被压缩,说明气体分子间存在着很大的空隙。 (2)水和酒精混合后总体积变小,说明液体分子之间存在着空隙。 (3)压在一起的金块和铅块,各自的分子能扩散到对方的内部,说明固体分子之间存在着空隙。 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,如图所示。 当r<r0时,分子间的作用力F表现为斥力; 当r=r0时,分子间的作用力F为0,这个位置称为平衡位置; 当r>r0时,分子间的作用力F表现为引力。 (4)分子间的作用力产生原因:由原子内部带正电的原子核和带负电的电子的相互作用引起的。 3.分子动理论 (1)基本内容: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。 (2)分子动理论:在热学研究中,以分子动理论的基本内容为出发点,把物质的热学性质和规律看作微观粒子热运动的宏观表现建立的理论。 [质疑辨析] (1)气体总是很容易充满容器,这是分子间存在斥力的宏观表现。 (×) (2)用力拉铁棒的两端,铁棒没有断,这是分子间存在引力的宏观表现。 (√) (3)气体容易被压缩,说明气体分子之间有空隙。 (√) 强化点(一)　估算分子的大小 任务驱动 　　两千多年前,古希腊的著名思想家德谟克利特说:“万物都是由极小的微粒组成的。”科学技术发展到现在,这种猜想已被证实。如图是体积约为 mL的一滴水,其内部所含的水分子的数量高达1.67×1021个,若一位同学每秒钟能够数4个,该同学不间断的数,试估算需要多少年能够数完这滴水里面的分子? 提示:约1.32×1013年。 [要点释解明] 1.阿伏加德罗常数NA(桥梁和纽带作用) 阿伏加德罗常数是宏观世界和微观世界之间的一座桥梁。它把摩尔质量Mmol、摩尔体积Vmol、物质的质量m、物质的体积V、物质的密度ρ等宏观量,跟单个分子的质量m0、单个分子的体积V0等微观量联系起来。 其中密度ρ==,但要切记ρ=是没有物理意义的,NA=只适用于固体和液体。 2.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,对于气体,V0表示每个气体分子所占空间的体积)。 (3)物质所含的分子数:N=nNA=NA=NA。 3.两种模型 (1)球体模型 固体和液体可看作由一个一个紧挨着的球形分子排列而成,忽略分子间空隙,如图甲所示。 d==(V0为分子体积)。 (2)立方体模型 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气体分子平均占有的活动空间,忽略气体分子的大小,如图乙所示,d==(V0为每个气体分子所占据空间的体积)。 [典例]　钻石是自然界中最硬的物质,密度是3.5 g/cm3,如图为1克拉的钻石(1克拉=0.2 g)。钻石中的碳原子(每个碳原子占据一个正方体)以网状结构紧密地堆在一起,已知碳元素的相对分子质量为12,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023 mol-1。求:(结果均保留一位有效数字,取=1.79) (1)该钻石含有的碳原子个数N; (2)碳原子的直径d。 答题区(面答面评,拍照上传,现场纠错品优) [解析]　(1)碳原子的摩尔质量M=12 g/mol 1克拉的钻石质量m=0.2 g 设1克拉钻石的物质的量为n, 则有n== mol,N=nNA 解得N≈1×1022个。 (2)设该钻石的体积为V,每个碳原子占据的体积为V0,则有V=,V0=,d= 解得d≈2×10-10 m。 [答案]　(1)1×1022个　(2)2×10-10 m [思维建模] 微观量的求解方法 (1)阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的桥梁和纽带。 (2)建立合适的物理模型,通常把固体、液体分子模拟为球体或小立方体,气体分子所占据的空间则建立立方体模型。 [题点全练清] 1.(2025·陕西宝鸡高二期末)(多选)若以M表示水的摩尔质量,V表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积,ρ为在标准状态下水蒸气的密度,NA为阿伏加德罗常数,m、ΔV分别表示每个水分子的质量和体积,下列关系正确的是 (　　) A.NA=　　　　　　　 B.ρ= C.m= D.ΔV= 解析:选AC　ρV(表示摩尔质量)÷m(单个分子的质量)=NA(表示阿伏加德罗常数),故A正确;对水蒸气来说,由于气体分子间空隙大,NAΔV并不等于摩尔体积,则表达式ρ=不成立,故B错误;单个分子的质量m=摩尔质量M÷阿伏加德罗常数NA,故C正确;求出的是一个气体分子占据空间的体积,而不是单个气体分子的体积,故D错误。 2.(2025·山东日照高二期中)(多选)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,阿伏加德罗常数为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。 强化点(二)　扩散现象和布朗运动 任务驱动 　在冬天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。其中雾是一种水汽凝结现象,霾是尘粒且微粒直径很小,所受重力可忽略。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? 　　提示:布朗运动。颗粒越小,布朗运动越明显。 [要点释解明] 1.扩散现象和布朗运动的比较 　　物理现象 异同点　　 扩散现象 布朗运动 不 同 点 产生原因 物质分子永不停息地做无规则运动 直接原因:大量液体(或气体)分子对悬浮微粒的撞击而导致的不平衡性。 根本原因:液体(或气体)分子的无规则运动 影响因素 (1)温度:温度越高扩散越快; (2)浓度差:从浓度大处向浓度小处扩散; (3)还与物质的状态、物质的密度差有关 (1)温度:温度越高,布朗运动越显著; (2)悬浮微粒的大小:微粒越小,布朗运动越明显 现象本质 是分子永不停息的无规则运动 是悬浮微粒的运动,是液体或气体分子无规则运动的宏观反映 相同点 (1)产生的根本原因相同,是分子永不停息地做无规则运动; (2)它们都随温度的升高表现得越明显 2.布朗运动与分子的热运动的比较 比较项目 布朗运动 分子的热运动 不同点 研究对象 悬浮于液体(或气体)中的微粒 分子 观察难易程度 可以在显微镜下看到,肉眼看不到 一般显微镜下看不到 相同点 ①无规则;②永不停息;③温度越高运动越激烈 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 　　[典例]　(2025·江苏徐州高二期中)PM2.5是指空气中直径等于或小于2.5 μm的悬浮颗粒物,其飘浮在空中做无规则运动,很难自然沉降到地面,吸入后对人体形成危害。矿物燃料燃烧排放的烟尘是形成PM2.5的主要原因,下列关于PM2.5的说法中正确的是 (　　) A.PM2.5在空气中的运动属于布朗运动 B.温度越低,PM2.5运动越剧烈 C.PM2.5尺寸的数量级与空气中氧分子尺寸的数量级相当 D.PM2.5中颗粒大一些的运动比其他颗粒更为剧烈 　　[解析]　PM2.5在空气中的运动属于布朗运动,故A项正确;PM2.5受到大量空气分子对它的无规则碰撞,温度越高,空气分子对PM2.5的撞击越剧烈,则PM2.5的运动越剧烈,反之温度越低,PM2.5运动越不剧烈,故B项错误;由题意可知,PM2.5尺寸的数量级为10-6 m,空气中氧气分子尺寸的数量级为10-10 m,所以PM2.5尺寸的数量级远大于空气中氧气分子的尺寸的数量级,故C项错误;PM2.5中颗粒小一些的运动比其他颗粒更为剧烈,故D项错误。 　　[答案]　A [误区警示] 对布朗运动理解的三点提醒 (1)布朗运动是悬浮微粒的无规则运动,不是液体或气体分子的无规则运动,也不是微粒内分子的无规则运动。 (2)微粒悬浮在液体、气体内,在任何温度下都会做布朗运动。 (3)微粒悬浮在气体中,在气流作用下做的无规则运动不是布朗运动。 [题点全练清] 1.(2025·广西南宁高二期末)人们常用84消毒液对一些场所的地面等进行消毒,84消毒液的主要成分是次氯酸钠(NaClO),在喷洒过程中人们常闻到一些刺鼻的味道,下列说法正确的是 (　　) A.这是次氯酸钠分子扩散的结果 B.这是次氯酸钠分子做布朗运动的结果 C.如果场所温度降到0 ℃以下,就闻不到刺鼻的味道了 D.如果场所温度升高,能更慢的闻到刺鼻的味道 解析:选A　84消毒液的主要成分是次氯酸钠(NaClO),在喷洒过程中人们常闻到一些刺鼻的味道,这是次氯酸钠分子扩散的结果,故A正确,B错误;如果场所温度降到0 ℃以下,次氯酸钠分子扩散不会停止,仍能闻到刺鼻的味道,故C错误;如果场所温度升高,次氯酸钠分子扩散更明显,能更快的闻到刺鼻的味道,故D错误。 2.(2025·北京海淀高二期末)关于分子热运动和布朗运动,下列说法正确的是 (　　) A.布朗运动是指在显微镜中看到的液体分子的无规则运动 B.布朗运动反映了悬浮在水中的花粉分子的无规则运动 C.温度相同时,悬浮在水中的微粒越小,其布朗运动越明显 D.当物体温度达到0 ℃时,物体分子会停止热运动 解析:选C　布朗运动是指在显微镜中看到的悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动,可以间接地反映水分子的无规则运动,A、B错误;温度相同时,悬浮在水中的微粒越小,其布朗运动越明显,C正确;分子在永不停息地做无规则运动,即使当物体温度达到0 ℃时,物体分子的热运动也不会停止,D错误。 3.(2025·贵州贵阳高二阶段练习)如图,在显微镜下追踪三颗小炭粒在水中的运动,每隔30 s把炭粒的位置记录下来,然后用线段把这些位置按时间顺序依次连接起来。下列说法正确的是 (　　) A.图中连线表示的是小炭粒的运动轨迹 B.炭粒越小,温度越高运动会越明显 C.炭粒的位置变化是分子间斥力作用的结果 D.炭粒的运动是分子的无规则运动 解析:选B　题图中连线表示的是炭粒在时间间隔为30 s的两个时刻所在位置的连线,不是炭粒的运动轨迹,故A错误;炭粒越小,炭粒所受的撞击产生的力越不容易达到平衡,运动会越明显,温度越高,水分子运动越剧烈,则炭粒运动会越明显,故B正确;炭粒的位置变化是水分子对炭粒的撞击不平衡造成的,故C错误;炭粒的运动能反映出分子在做无规则的运动,但不是分子的无规则运动,故D错误。 强化点(三)　分子间的作用力与分子间距离变化的关系 [要点释解明] 1.分子间的作用力的特点 (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)分子间的作用力是短程力,分子间的距离超过分子直径的10倍,即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。 2.分子间的作用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,分子间的作用力为零,所以分子间距离等于r0(数量级为10-10 m)的位置叫平衡位置。 (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<r0时,F斥>F引,分子间的作用力F表现为斥力; ③当r>r0时,F斥<F引,分子间的作用力F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,所以分子间的作用力F=0。 (3)当r<r0时,分子间的作用力随距离的增大而减小,当r>r0时,分子间的作用力随距离的增大先增大后减小。 [典例]　(多选)一个分子P固定在O点,另一个分子Q从图中的A点由静止释放,两分子之间的作用力与距离的关系图像如图所示,下列说法正确的是(　　) A.分子Q由A运动到C的过程中先加速再减速 B.分子Q在C点时加速度大小为零 C.分子Q由A点释放后运动到C点左侧的过程中,加速度大小先增大后减小再增大 D.该图能表示固、液、气三种状态下分子间的作用力随分子间距离变化的规律 　　[解析]　由题图可知,C点为分子斥力和引力相等的位置,即分子间的作用力为零,C点的右侧分子间的作用力表现为引力,C点的左侧分子间的作用力表现为斥力,因此分子Q由A运动到C的过程中,一直做加速运动,且在C点的加速度大小为零,A错误,B正确;分子Q由A点释放后运动到C点的过程中,分子间的作用力表现为引力,先增大后减小,然后到C点左侧后,分子间的作用力表现为斥力,逐渐变大,故该过程中分子Q的加速度大小先增大后减小再增大,C正确;气体分子间距离较大,分子间的作用力很小,不能用题图表示气体分子间的作用力的变化规律,但可表示液体和固体分子间的作用力的变化规律,D错误。 　　[答案]　BC [题点全练清] 1.分子甲和分子乙距离较远,设分子甲固定不动,分子乙逐渐向分子甲靠近,直到不能再靠近。在这一过程中下列说法正确的是 (　　) A.分子间的作用力总是对分子乙做正功 B.分子乙总是克服分子间的作用力做功 C.先是分子乙克服分子间的作用力做功,然后分子间的作用力对分子乙做正功 D.先是分子间的作用力对分子乙做正功,然后分子乙克服分子间的作用力做功 解析:选D　由于开始时甲、乙两分子间距离大于r0,分子间的作用力表现为引力,因此分子乙从远处移到距分子甲r0处的过程中,分子间的作用力做正功;由于分子间距离小于r0时分子间的作用力表现为斥力,因此分子乙从距分子甲r0处继续向分子甲靠近时要克服分子间的作用力做功,故D正确,A、B、C错误。 2.(多选)下列说法正确的是 (　　) A.水的体积很难被压缩,这是分子间存在斥力的宏观表现 B.气体总是很容易充满容器,这是分子间存在斥力的宏观表现 C.两个相同的半球壳吻合接触,中间抽成真空(马德堡半球),用力很难拉开,这是分子间存在引力的宏观表现 D.用力拉铁棒的两端,铁棒没有断,这是分子间存在引力的宏观表现 解析:选AD　当水被压缩时,水分子间的距离要减小,此时分子间存在斥力,故水的体积很难被压缩,故A正确;气体能充满整个容器,是因为气体分子间距离较大,分子间的作用力很小,故分子可以自由移动,不能说明分子间存在斥力,故B错误;马德堡半球实验是因为两球间为真空,而外界受大气压强的作用,要想把半球拉开应克服大气压强产生的压力,不是分子间存在引力的宏观表现,故C错误;用力拉铁棒时分子间距离增大,分子间作用力表现为引力,故铁棒很难被拉断,故D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $