高中物理 选修三 教师用书 第一章 1　第2课时　分子热运动和分子间的作用力

第2课时分子热运动和分子间的作用力[学习目标]1.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.2.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.3.明确分子动理论的内容．一、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：扩散现象并不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果，而是由物质分子的无规则运动产生的．(3)意义：扩散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，在高温条件下通过分子的扩散，在纯净半导体材料中掺入其他元素．2．布朗运动(1)定义：悬浮微粒的无规则运动．(2)产生原因：悬浮在液体中的微粒越小，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表现得越明显，并且微粒越小，它的质量越小，其运动状态越容易被改变，布朗运动越明显．(3)意义：间接地反映液体分子运动的无规则性．3．热运动(1)定义：分子永不停息的无规则运动．(2)温度是分子热运动剧烈程度的标志．二、分子间的作用力1．分子间有空隙(1)气体分子间有空隙：气体很容易被压缩，说明气体分子之间存在着很大的空隙．(2)液体分子间有空隙：水和酒精混合后总体积变小，表明液体分子之间存在着空隙．(3)固体分子间有空隙：压在一起的金块和铅块，各自的分子能扩散到对方的内部，表明固体分子之间也存在着空隙．2．分子间的作用力(1)分子间的作用力F跟分子间距离r的关系如图所示．①当r＜r0时，分子间的作用力F表现为斥力．②当r＝r0时，分子间的作用力F为0；这个位置称为平衡位置．③当r＞r0时，分子间的作用力F表现为引力．(2)产生原因：由原子内部的带电粒子的相互作用引起的．三、分子动理论1．分子动理论：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而建立的理论．2．基本内容(1)物体是由大量分子组成的．(2)分子在做永不停息的无规则运动．(3)分子之间存在着相互作用力．1．判断下列说法的正误．(1)只有在气体和液体中才能发生扩散现象．(×)(2)阳光从狭缝中射入教室，透过阳光看到飞舞的尘埃，这些尘埃颗粒的运动就是布朗运动．(×)(3)随着分子间距离的增大，分子力先减小后增大．(×)2．用显微镜观察悬浮在水中的小炭粒的运动，其现象属于________；向一杯清水中滴几滴红墨水，红墨水向周围运动，其现象属于________．打湿了的两张纸很难分开是因为分子间存在________．玻璃打碎后，不能把它们再拼在一起，是因为玻璃分子间作用力________．答案布朗运动扩散现象引力为零一、分子热运动导学探究1．生活中常会见到下列几种现象：①在墙角打开一瓶香水，很快整个房间都会弥漫着香气．②在一盆清水中滴一滴红色墨水，过一段时间整盆水会变成浓度相同的红色．③把一碗小米倒入一袋玉米中，掺匀后小米进入玉米的间隙中．④强烈的阳光射入较暗的房间内，可以看到在光束中有浮在空气中的微粒不停地运动．⑤用显微镜观察到放入水中的花粉在不停地运动．以上现象中属于扩散现象的是________，属于布朗运动的是________．答案①②⑤2．扩散现象的快慢、布朗运动的明显程度都与温度有关，所以它们都是热运动，这种说法正确吗？答案不正确．3．温度降低，分子的热运动变慢，当温度降低到0℃以下时，分子就停止运动了，这种说法正确吗？为什么？答案不正确．分子的热运动是永不停息的．虽然温度降低，分子的无规则运动变慢，但不会停止，所以当温度降低到0℃以下时，分子的无规则运动仍然不会停止．知识深化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)气体物质的扩散现象最显著；常温下物质处于固态时扩散现象不明显．(3)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．(4)分子运动的特点①永不停息；②无规则．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．其大小直接用人眼观察不到，但在光学显微镜下可以看到．(2)布朗运动产生的原因：液体分子不停地做无规则运动，不断地撞击微粒．如图，悬浮的微粒足够小时，来自各个方向的液体分子撞击作用力不平衡，在某一瞬间，微粒在某个方向受到的撞击作用较强，在下一瞬间，微粒受到另一方向的撞击作用较强，这样，就引起了微粒的无规则运动．(3)实质及意义：布朗运动实质是由液体分子与悬浮微粒间相互作用引起的，反映了液体分子的无规则运动．(4)影响因素①悬浮的微粒越小，布朗运动越明显．②温度越高，布朗运动越激烈．3．热运动(1)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．(2)热运动是对于大量分子的整体而言的，对个别分子无意义．(3)分子热运动的剧烈程度虽然受到温度影响，温度高分子热运动快，温度低分子热运动慢，但分子热运动永远不会停息．例1关于扩散现象，下列说法正确的是()A．温度越高，扩散进行得越快B．扩散现象是不同物质间的一种化学反应C．扩散现象只能在液体中发生D．液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的答案A解析温度越高，扩散进行得越快，故A正确；扩散现象是分子热运动引起的分子的迁移现象，没有产生新的物质，是物理现象，故B错误；扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，故C错误；液体中的扩散现象不是由于液体的对流形成的，而是因液体分子无规则运动产生的，故D错误．例2(2021·江苏南通高二月考)甲、乙两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30s，两方格纸每格表示的长度相同．下列说法正确的是()A．两图中的连线是炭粒的运动轨迹B．炭粒做无规则运动的原因是炭粒分子运动的无规则性C．若水温相同，甲中炭粒的颗粒较大D．若炭粒大小相同，甲的水温较高答案C解析炭粒在水中做布朗运动，题图是悬浮在水中的炭粒的运动位置连线的图片，而并非炭粒无规则运动的轨迹，故A错误；布朗运动是小颗粒受到不同方向的液体分子无规则运动产生的撞击力不平衡引起的，炭粒做无规则运动是由于水分子的无规则运动引起的，故B错误；颗粒越小，温度越高，布朗运动越剧烈；对比甲、乙两个图，在相同时间间隔内，乙运动的距离更大，说明乙的无规则运动更加剧烈；如果水温相同，题图甲中炭粒的颗粒比较大；如果炭粒大小相同，乙的水温较高，故C正确，D错误．例3(2021·江苏公道中学高二月考)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．大量分子的永不停息的无规则运动C．单个分子的永不停息的无规则运动D．温度高的物体中的分子的无规则运动答案B解析热运动是指大量分子的永不停息的无规则运动，并不是物体受热后所做的运动，也不是单个分子的永不停息的无规则运动，也不是温度高的物体中的分子的无规则运动，故选B.布朗运动与热运动的区别与联系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显微镜下看到，肉眼看不到在光学显微镜下看不到相同点①无规则；②永不停息；③温度越高越剧烈联系周围液体(或气体)分子的热运动是布朗运动产生的原因，布朗运动反映了液体(或气体)分子的热运动二、分子间的作用力导学探究(1)如图所示，把一块干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？答案(1)不相等．此时玻璃板和液面分子间的作用力表现为引力，所以在使玻璃板离开水面时弹簧测力计的示数要大于玻璃板的重力．(2)不是．虽然两物体靠得很紧，但绝大部分分子间距离仍很大，达不到分子引力起作用的距离，所以不会粘在一起．知识深化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．对分子力与分子间距离变化关系的理解(1)r0的意义分子间距离r＝r0时，引力与斥力大小相等，分子力为零，所以分子间距离等于r0(数量级为10－10m)的位置叫平衡位置．(2)分子间的引力、斥力和分子力随分子间距离变化的图像如图所示．在r轴上方，分子间的作用力表现为斥力；在r轴下方，分子间的作用力表现为引力．①分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，且斥力变化得快．②实际表现的分子力是引力和斥力的合力．③当r<r0时，分子力随分子间距离的增大而减小；当r>r0时，分子力随分子间距离的增大先增大后减小．例4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．当分子间的距离从0.5r0增大到10r0的过程中，分子间的引力和斥力都在减小，且斥力比引力减小得快D．当分子间的距离从0.5r0增大到10r0的过程中，分子间相互作用力的合力在逐渐减小答案C解析分子间相互作用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，合力为斥力，并非只受斥力，故A、B错误．当分子间的距离从0.5r0增大到10r0的过程中，分子间的引力和斥力都减小，而且斥力比引力减小得快，分子间作用力的合力先减小到零，再增大，最后减小，故C正确，D错误．例5关于分子力，下列说法中正确的是()A．碎玻璃不能拼合在一起，说明玻璃分子间斥力起作用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．固体很难被拉伸，也很难被压缩，说明分子间既有引力又有斥力D．水和酒精混合后的体积小于原来体积之和，说明分子间存在引力答案C解析碎玻璃不能拼合在一起，是由于分子间距离达不到分子引力起作用的范围之内，并不是玻璃分子间斥力起作用，选项A错误；用打气筒给自行车打气需用力向下压活塞，是气体压强作用的缘故，不能说明气体分子间有斥力，选项B错误；固体很难被拉伸，也很难被压缩，说明分子间既有引力又有斥力，选项C正确；水和酒精混合后的体积小于原来体积之和，说明分子间有空隙，选项D错误．外力作用下三种状态表现不同的原因2．外力作用下液体很难被压缩的原因是分子间存在斥力．3．外力作用下气体很容易被压缩的原因是分子间有空隙，气体压缩到一定程度后较难再被压缩，是气体压强的原因．考点一分子热运动1．(2021·吉林长春高二期末)关于扩散现象，下列说法正确的是()A．只有气体和液体才能发生扩散现象B．扩散现象使人们直接看到了分子的运动C．扩散现象说明分子是整体定向移动的D．温度越高，分子热运动越剧烈，扩散越快答案D解析扩散现象表明了一切物体的分子都在不停地做无规则运动，气体、液体、固体都能发生扩散现象，故A错误．不同的物质在相互接触时彼此进入对方的现象叫作扩散现象，一切物质的分子都在不停地做无规则运动，所以固体、液体或气体之间都会发生扩散现象，扩散现象表明分子是运动的，且分子间有间隙，并非使人们直接看到了分子的运动，故B、C错2．把生鸭蛋放在盐水中腌制一段时间，盐就会进入鸭蛋里．则下列说法不正确的是()A．盐分子的运动属于扩散现象B．盐分子的运动属于布朗运动C．如果让腌制鸭蛋的盐水温度升高，盐分子进入鸭蛋的速度就会加快D．在鸭蛋腌制过程中，有盐分子进入鸭蛋内，也有盐分子从鸭蛋里面出来答案B解析盐分子的运动属于扩散现象，布朗运动不是分子本身的运动，故A正确，B错误；如果让腌制鸭蛋的盐水温度升高，分子运动更剧烈，则盐分子进入鸭蛋的速度就会加快，故C正确；在腌制鸭蛋的过程中，分子运动是无规则的，有盐分子进入鸭蛋，同样会有盐分子从鸭蛋里面出来，故D正确．3.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，当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也变成了淡红棕色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，所以会发现上面瓶中的瓶口处显淡红棕色，但在瓶底处不会出现淡红棕色答案A解析因为分子永不停息地做无规则运动，所以相互接触的两种物质的分子会彼此进入对方，也就是扩散，最终空气和二氧化氮均匀混合，整体呈现淡红棕色．故选A.4．(2021·江苏盐城高二期末)下列关于布朗运动的说法，正确的是()A．液体温度越低，悬浮微粒越大，布朗运动越剧烈B．布朗运动是由于液体各个部分的温度不同而引起的C．布朗运动就是液体分子的无规则运动D．布朗运动是由液体分子从各个方向对悬浮微粒撞击作用的不平衡引起的答案D解析液体温度越低，悬浮微粒越大，布朗运动越缓慢，故A错误；布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的无规则运动，是由于液体分子从各个方向对悬浮颗粒撞击作用的不平衡引起的，布朗运动反映了液体分子的无规则运动，故B、C错误，D正确．5．(2021·江苏扬州中学高二期中)我国已开展空气中PM2.5浓度的监测工作，PM2.5是指空气中直径小于2.5微米的悬浮颗粒物，可在显微镜下观察到，它漂浮在空中做无规则运动，很难自然沉降到地面，吸入后会进入血液对人体形成危害．矿物燃料燃烧时废弃物的排放是形成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分子热运动B．PM2.5的无规则运动说明了空气分子做分子热运动C．PM2.5的质量越大，其无规则运动越剧烈D．温度越低，PM2.5的无规则运动越剧烈答案B解析PM2.5是固体小颗粒，不是分子，故PM2.5在空气中的运动不属于分子热运动，故A错误；PM2.5的无规则运动说明了空气分子做分子热运动，故B正确；PM2.5的质量越小，其无规则运动越剧烈，故C错误；温度越高，PM2.5的无规则运动越剧烈，故D错误．6．(2021·江苏公道中学高二阶段练习)小张在显微镜下观察水中悬浮的细微粉笔末的运动．从A点开始，他把粉笔末每隔20s的位置记录在坐标纸上，依次得到B、C、D…点，把这些点连线形成如图所示折线图，则关于该粉笔末的运动，下列说法正确的是()A．该折线图是粉笔末的运动轨迹B．粉笔末的无规则运动反映了水分子的无规则运动C．经过B点后10s，粉笔末应该在BC的中点处D．粉笔末由B到C的平均速度大于C到D的平均速度答案B解析题图中的折线是粉笔末在不同时刻的位置的连线，既不是固体颗粒的运动轨迹，也不是分子的运动轨迹，故A错误；题图中的折线没有规则，说明粉笔末的运动是无规则的，反映了水分子的无规则运动，故B正确；粉笔末的运动是无规则的，不能判断出在经过B点后10s，粉笔末是否在BC的中点处，故C错误；根据平均速度的定义，由题图可知，B到C的位移的大小小于C到D的位移的大小，时间间隔相等，所以由B到C的平均速度小于由C到D的平均速度，故D错误．7．下列关于热运动的说法中，正确的是()A．0℃的物体中的分子不做无规则运动B．因为布朗运动的激烈程度跟温度有关，所以布朗运动也叫作热运动C．存放过煤的混凝土地面下一段深度内都有黑色颗粒，说明煤分子和混凝土分子都在做无规则的运动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答案C解析分子的热运动永不停息，因此0℃的物体中的分子仍做无规则运动，A错误；虽然布朗运动与温度有关，但是布朗运动是固体微粒的运动，不是分子的运动，而热运动是指分子永不停息的无规则运动，故B错误；扩散现象说明了分子在做无规则的运动，C正确；热运考点二分子间的作用力8．(2022·河南禹州市三立高级中学高二检测)清晨，草叶上的露珠是由空气中的水汽凝结成的水珠．这一物理过程中，水分子间的()A．引力减小，斥力增大B．斥力减小，引力增大C．引力和斥力都减小D．引力和斥力都增大答案D解析水由气态凝结成液态，分子间距离变小，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，故D正确，A、B、C错误．9.两分子间的作用力F与分子间距r的关系图线如图所示，下列说法中正确的是()A．r<r1时，两分子间的引力为零B．r1<r<r2时，两分子间的作用力随r的增大而逐渐增大C．r＝r2时，两分子间的引力最大D．r>r2时，两分子间的引力随r的增大而增大，斥力为零答案B解析分子间同时存在引力和斥力，r<r1时，斥力大于引力，合力表现为斥力，故A错误；r1<r<r2时，两分子间的作用力随r的增大而逐渐增大，故B正确；分子间同时存在引力和斥力，且均随着两分子间距离的减小而增大，r＝r2时，分子间的引力不是最大，故C错误；r>r2时，两分子间的引力随r的增大而减小，斥力不为零，故D错误．10．有一分子位于如图所示的坐标系原点O处不动，另一分子可位于x轴上不同位置处，图中纵坐标表示这两个分子间作用力的大小，两条曲线分别表示斥力和引力的大小随两分子间距离变化的关系图像，e为两曲线的交点，则()A．ab表示引力，cd表示斥力，e点的横坐标可能为10－15mB．ab表示斥力，cd表示引力，e点的横坐标可能为10－10mC．ab表示引力，cd表示斥力，e点的横坐标可能为10－10mD．ab表示斥力，cd表示引力，e点的横坐标可能为10－15m答案C解析分子间有间隙，存在着相互作用的引力和斥力，当分子间距等于r0时，引力等于斥力，即分子力等于零．表示引力的线与表示斥力的线的交点即e点的横坐标表示分子间距r0，r0大约为10－10m，由分子力特点可知，当r>r0时，引力大于斥力，分子力表现为引力；当r<r0时，引力小于斥力，分子力表现为斥力，由此可知ab线表示引力，cd线表示斥力，C对，A、B、D错．考点三分子动理论11．(2021·江苏扬州高二期中)关于分子动理论，下列说法中正确的是()A．压紧的铅块会“粘”在一起，说明分子间有引力B．扩散现象只能在液体、气体中发生C．布朗运动是液体中的液体分子所做的无规则运动D．随着物体运动速度的增大，物体分子的热运动越剧烈答案A解析压紧的铅块会“粘”在一起，说明分子间有引力，故A正确；扩散现象在固体、液体和气体中都能发生，故B错误；布朗运动是悬浮在液体中的固体微粒所做的无规则运动，反映了液体分子的无规则运动，并不是液体分子的无规则运动，故