物理人教版选修3-3导学案第七章第2节分子的热运动

2分子的热运动内容要求扩散现象了解扩散现象是由于分子的热运动产生的。布朗运动通过实验知道什么是布朗运动，理解布朗运动产生的原因。热运动知道什么是热运动以及决定热运动激烈程度的因素。北宋诗人王安石曾写过这样一首诗：墙角数枝梅，凌寒独自开。遥知不是雪，为有暗香来。我们并没有靠近梅树，却能闻到梅花的香味，这是为什么呢？提示：这是由于扩散现象造成的。一、扩散现象1．定义：不同的物质能够________________的现象叫做扩散。2．产生原因：是由物质分子的________运动产生的。3．意义：______证明物质分子永不停息地做无规则运动。4．应用：在高温条件下，通过____________在纯净半导体中掺入其他元素，生产各种半导体器件。思考1：一碗小米倒入一碗大米中，小米进入大米的间隙之中是否属于扩散现象？二、布朗运动1．定义：悬浮在液体(或气体)中的______的无规则运动叫做布朗运动。2．产生原因：大量液体(或气体)分子对悬浮微粒撞击作用的________性造成的。3．运动特点：(1)__________；(2)________。4．影响因素：微粒的______和温度的______。微粒越____，温度越____，布朗运动就越激烈。5．意义：布朗运动虽然不是分子的运动，但它________反映了液体(或气体)分子运动的无规则性。思考2：冬天，当一缕阳光射入教室时，常常可以看到入射光束中有悬浮在空气中的尘埃在做无规则运动。这些尘埃的运动是布朗运动吗？为什么？三、热运动1．定义：我们把________永不停息的无规则运动叫做热运动。2．特点：(1)永不______；(2)运动________；(3)温度越高，分子的热运动越______。3．宏观表现：______运动和______现象。答案：一、2．无规则3．直接4．分子的扩散思考1提示：不是。扩散现象是不同物质的分子彼此进入对方的现象，而小米和大米都不是分子。二、2．不平衡3．(1)永不停息(2)无规则4．大小高低小高5．间接思考2提示：不是。首先，能用肉眼直接观察到的运动肯定不是布朗运动；其次，从布朗运动产生的原因上来考虑，肉眼看到的尘埃比较大，某时刻由于分子的运动而对它向各个方向的撞击几乎平衡抵消。也就是说，尘埃的运动不是由空气分子对它的撞击引起的，而是由气流的流动、重力作用等因素引起的，因此尘埃的运动不属于布朗运动。三、2．(1)停息(2)无规则(3)激烈3．布朗扩散一、对扩散现象的理解1．影响因素(1)双方的物态：扩散现象发生时，气态物质的扩散现象最快、最显著，液态次之，固态物质的扩散现象最慢，短时间内非常不明显。(2)双方的温度：在两种物质一定的前提下，扩散现象发生的明显程度与物质的温度有关，温度越高，扩散现象越显著。(3)双方的浓度差：扩散现象发生的明显程度还受到“已进入对方”的分子浓度的限制，当浓度低时，扩散现象较为显著。2．成因分析扩散现象不是外界作用(例如对流、重力作用等)引起的，也不是化学反应的结果，而是分子无规则运动的直接结果，是分子无规则运动的宏观表现。(1)扩散现象在任何情况下都可以发生，与外界因素无关。(2)当两部分的分子分布浓度相同时，浓度不再变化，宏观上扩散停止，但分子运动并没有停止，因此这种状态是一种动态平衡。二、对布朗运动的理解1．感悟布朗运动的条件布朗运动的对象是布朗微粒，它必须是足够微小的颗粒，如果是大颗粒，则其周围来自各个方向的许多分子对它本身的撞击很容易平衡。布朗运动的研究颗粒的直径数量级在10－7～10－6m2．明确布朗运动的主体布朗运动的主体是布朗微粒，不是分子，布朗微粒虽小，但它又比分子大许多倍(分子直径的数量级为10－10m，因此布朗微粒中包含大量的分子，约为10213．了解布朗运动产生的原因悬浮在液体中的固体小颗粒会受到来自各个方向液体分子的撞击，当颗粒较大时，各方向与小颗粒撞击的分子数都很多，各方向作用力趋于平衡，布朗运动难以发生或不明显，当颗粒较小时，各方向与小颗粒撞击的分子数都很少，数目的差异、作用的强弱、作用的先后等因素的影响使得各个方向的作用力很难达到平衡，再由于颗粒质量小、惯性小，运动状态容易改变，所以布朗运动比较明显。总之，颗粒越小，某一瞬间来自各个方向的作用力越不易达到平衡，布朗运动越明显；另一方面，液体分子温度越高，分子运动越剧烈，液体分子碰撞固体小颗粒时这种不平衡的作用力更突出，布朗运动也越明显。4．领会布朗运动的意义(1)布朗运动是无规则的eq\o(→,\s\up7(反映))分子运动是无规则的。(2)布朗运动是永不停息的eq\o(→,\s\up7(反映))分子运动是永不停息的。(3)温度越高，布朗运动越激烈eq\o(→,\s\up7(反映))温度越高，分子的热运动越激烈。布朗微粒的运动轨迹是无规则的，它在下一个时刻向哪个方向运动是不确定的，也是不可预测的。三、布朗运动和扩散现象的对比分析布朗运动扩散现象不同点产生条件固体微(颗)粒悬浮在液体或气体中两物体相互接触，在固、液、气中都能发生产生原因液体或气体分子无规则运动，对固体微粒撞击的不平衡分子的无规则运动运动本质固体微粒的运动分子的运动是否会停止不会会(最终达到动态平衡)影响因素温度高低，颗粒大小温度高低、密度差或浓度差相同点(1)布朗运动和扩散现象都是分子运动的有力证据(2)都与温度有关，温度越高，现象越明显布朗运动只能在气体、液体中发生，扩散现象可以发生在固体、液体、气体中任何两种物质之间。四、对热运动的理解1．所谓分子的“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。标准状况下，一个空气分子在1s内与其他空气分子的碰撞高达65亿次，所以大量分子的运动是十分混乱的，也就是说是无规则的。注意：不能把布朗运动叫做热运动。2．在任一时刻，物体内既有速率大的分子，也有速率小的分子。速率很大和速率很小的分子的个数所占的比例相对较少，大多数分子的速率和某一平均速率相差很小。通常所说分子运动的速率，均指它们的平均速率。因为单个分子的速率是测不到的，也是无意义的，不能和温度相联系。分子的平均速率是很大的，且和物体的温度以及分子的种类有关。通常情况下，气体分子热运动的平均速率的数量级为1053．分子运动符合统计规律：由于物体是由数量极多的分子组成的，这些分子并没有统一的运动步调，单独来看，各个分子的运动都是不规则的、带有偶然性的，但从总体来看，大量分子的运动却有一定的规律，这种规律叫做统计规律，大量分子的集体行为受到统计规律的支配。(1)热运动是对大量分子而言的，对个别分子无意义。(2)分子热运动的剧烈程度虽然受到温度影响，温度高运动快，温度低运动慢，但分子的运动永远不会停息。类型一对布朗运动的理解【例1】用显微镜观察放在水中的花粉，追踪几粒花粉微粒，每隔30s记下它们的位置，用折线分别依次连接这些点，如图所示。图示折线是否为花粉微粒的运动径迹？是否为水分子的运动径迹？点拨：由于液体分子运动的无规则性，做布朗运动的固体小颗粒的运动也没有一定的规律，采用闪光照相等形式可以确定颗粒在某时刻的位置，但不能描述其运动轨迹。解析：此图画出的是每隔30s观察到的花粉微粒的位置用直线依次连接起来的图线，实际上在两位置间的短短30s内，微粒的运动仍是极其复杂和无规则的，并非沿着两位置的连线运动。因此，图示折线并不是花粉微粒的运动轨迹，更不是水分子的运动径迹，这是因为花粉微粒每秒受到约1021次液体分子的碰撞，微粒运动的路线是在许许多多液体分子撞击下的平均效果的体现。答案：不是不是题后反思：布朗运动中微粒的运动是“无规则”的，即实验中不同时刻微粒位置的连线并非其运动轨迹，而是人为画出的，这是理解该实验非常关键的一点。触类旁通：在观察布朗运动时，从微粒在A点开始计时，每隔30s记下微粒的一个位置，得B、C、D、E、F、G等点，然后用线段依次连接，如图所示，则微粒在75s末时的位置()。A．一定在CD的中点B．在CD的连线上，但不一定在CD的中点C．一定不在CD连线的中点D．可能在CD连线以外的某一点类型二对分子热运动的理解【例2】下列说法中正确的是()。A．热的物体中的分子有热运动，冷的物体中的分子无热运动B．气体分子有热运动，固体分子无热运动C．高温物体的分子热运动比低温物体的分子热运动激烈D．运动物体中的分子热运动比静止物体中的分子热运动激烈点拨：热运动是指大量分子的无规则运动，而不是受热后物体分子的运动，它有两个特点：一是永不停息，二是剧烈程度与温度有关。解析：不论物体处于何种状态以及温度高低，分子都在不停地做无规则运动，只是剧烈程度与温度有关，而与宏观物体的运动无关。答案：C题后反思：分子热运动的“热”字，应该赋予其两层含义：(1)指分子的无规则运动，不是宏观物体的机械运动。(2)温度越高，分子运动越激烈，与何种分子无关。答案：触类旁通D1．扩散现象说明了()。A．物质是由大量分子组成的 B．物质内部分子间存在着相互作用力C．分子间存在着空隙 D．分子在做无规则运动2．某同学做布朗运动实验，得到某个观测记录如图。图中记录的是()。A．分子无规则运动的情况B．某个微粒做布朗运动的轨迹C．某个微粒做布朗运动的速度—时间图线D．按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置的连线3．(2011·福州高二检测)下列关于热运动的说法中，正确的是()。A．热运动是物体受热后所做的运动 B．温度高的物体中的分子做无规则运动C．单个分子做永不停息的无规则运动 D．大量分子做永不停息的无规则运动4．关于布朗运动和扩散现象的下列说法中正确的是()。A．布朗运动和扩散现象都在气体、液体、固体中发生B．布朗运动和扩散现象都是分子的运动C．布朗运动和扩散现象都是温度越高越明显D．布朗运动和扩散现象都是永不停息的5．下面两种关于布朗运动的说法都是错误的，试分析它们各错在哪里。(1)大风天常常看到风沙弥漫、尘土飞扬，这就是布朗运动。(2)布朗运动是由于液体分子对固体小颗粒的撞击引起的，固体小颗粒的体积越大，液体分子对它的撞击越多，布朗运动就越显著。答案：1．CD扩散现象是一种物质的分子进入另一种物质内部的现象，因而说明了分子间存在着空隙；而物质混合达到均匀，则表明分子的运动是无规则的。2．D布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，而非分子的运动，故A项错误；既然无规则，所以微粒没有固定的运动轨迹，故B项错误；对于某个微粒而言在不同时刻的速度大小和方向均是不确定的，所以无法确定其在某一个时刻的速度，故也就无法描绘其速度—时间图线，故C项错误；只有D项正确。3．D热运动是指物体内大量分子做无规则运动，不是单个分子做无规则运动，故A、C项错误，D项正确。不仅高温物体中的分子在做无规则运动，低温物体内的分子也同样做无规则运动，只是分子运动的平均速率不同而已，故B项错误。4．CD(1)布朗运动与扩散现象的研究对象不同：布朗运动研究对象是固体小颗粒，而扩散现象研究的是分子的运动。(2)布朗运动与扩散现象条件不一样：布朗运动只能在气体、液体中发生，而扩散现象可以发生在固体、液体、气体任何两种物