1.1分子动理论的基本内容 学案(含答案)-2021年高中物理人教版(新教材)选择性必修第三册
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1、第第 1 节节 分子动理论的基本内容分子动理论的基本内容 核 心 素 养 物理观念 科学思维 科学 探究 科学态 度与责 任 1.知道物体是由大量分子组成的。 2.知道热学中分子的概念。 3.知道阿伏加德罗常数及其意义。 4.了解扩散现象及其意义。 5.掌握布朗运动的特点及产生原 因。 6.知道分子热运动的概念和特点。 7.知道分子力的概念及变化规律。 8.了解分子动理论的内容及意义。 1.通过分子模型的建 构,体会物理模型在 科学研究中的意义。 2.体会阿伏加德罗常 数在联系宏观量与微 观量中的应用。 3.体会用 Fr 图像描 述物理规律的意义。 通 过 实 验 观 察 炭 粒 的 运 动。
2、 应 用 分 子 动 理 论 解 释 生 活 中 一 些 现 象。 知识点一 物体是由大量分子组成的 观图助学 如果我们把地球的大小与一个苹果的大小相比, 那就相当于将直径为 1 cm 的球与 分子相比。 提出问题 地球的直径为 12 800 km。苹果的直径约为 10 cm。你能估算分子直径 的数量级吗? 1.宏观物体是由大量分子组成的。 2.多数分子直径的数量级为 10 10m。 3.在研究物体的热运动性质和规律时,把组成物体的分子、原子或者离子统称为 热学上的分子。 4.观察方法:用肉眼和高倍的光学显微镜都无法看到,只有用扫描隧道显微镜才 能观察到。 5.1 mol 的任何物质都有相同的
3、粒子数。这个数量可以用阿伏加德罗常数表示,其 值为 NA6.021023mol 1。 思考判断 (1)无论是无机物的分子, 还是有机物的分子, 其分子大小的数量级都是 10 10 m。 () (2)本节中所说的“分子”,包含了分子、原子、离子等多种含义。() (3)在同温同压时,相同体积的任何气体单质所含的原子数目相同。() (4)2 g 氢气所含原子数目为阿伏加德罗常数。() (5)在常温常压下,11.2 L 氮气所含的原子数目为阿伏加德罗常数。() (6)17 g 氨气所含电子数目为阿伏加德罗常数的 10 倍。() 知识点二 分子热运动 问题助学 暮春时节, 金黄的油菜花铺满了原野。 微风
4、拂过, 飘来阵阵花香。 你有没有想过, 为什么能够闻到这沁人心脾的香味呢。 一、扩散现象 1.定义:不同物质能够彼此进入对方的现象。 2.产生原因:扩散现象不是外界作用引起的,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反映。 3.意义:证明了物质分子永不停息地做无规则运动。 4.应用举例: 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。 二、布朗运动 观图助学 如图甲、乙为观察“小炭粒的布朗运动”的实验图,图丙为每隔 30 s 三颗炭粒的 运动位置连线图。根据实验回答以下问题: (1)小炭粒的运动是由外界因素引起的吗? (2)图丙中描绘出的曲线是小炭粒的运动轨迹吗?
5、 1.定义: 悬浮在液体(或气体)中的固体微粒的不停的无规则运动。 它首先是由英国 植物学家布朗在 1827 年用显微镜观察悬浮在水中的花粉微粒时发现的。 2.研究对象:悬浮在液体或气体中的固体小颗粒,不是固体颗粒中的单个分子, 也不是液体分子。 3.产生的原因:大量液体或气体分子对悬浮微粒撞击的不平衡造成的。 4.运动特点:(1)永不停息;(2)无规则。 5.影响因素:微粒的大小和温度的高低。 (1)固体颗粒越小,布朗运动越显著; (2)温度越高,布朗运动越剧烈。 6.意义:悬浮微粒的无规则运动不是分子的运动,但是它间接地反映了液体或气 体分子的无规则运动。 三、热运动 1.定义:分子永不停
6、息的无规则运动。 2.热运动与温度的关系:温度越高,分子热运动越剧烈。 3.温度是分子热运动剧烈程度的标志。 思考判断 (1)扩散现象和布朗运动都与温度有关,它们都叫热运动。() (2)高速运动的物体,其内部分子的热运动一定更激烈。() (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。 () 知识点三 分子间的作用力 观图助学 如图所示,把一块干净的玻璃板吊在测力计的下端,使玻璃板水平地接触水面, 用手缓慢竖直向上拉测力计,则玻璃板在拉离水面的过程中测力计示数会出现大 于玻璃板重力的情况。 1.分子间有空隙 (1)气体分子的空隙:气体很容易被压缩,说明气体分子
7、之间存在着很大的空隙。 (2)液体分子间的空隙:水和酒精混合后总体积会变小,说明液体分子之间存在着 空隙。 (3)固体分子间的空隙: 压在一起的金片和铅片, 各自的分子能扩散到对方的内部, 说明固体分子之间也存在着空隙。 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)分子间的作用力与分子间距离的关系。 当 rr0时,分子间的作用力 F 表现为引力。 思考判断 (1)水的体积很难被压缩,这是分子间存在斥力的宏观表现。()
8、(2)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。() (3)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。() (4)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。() (5)气体容易被压缩,说明气体分子之间有空隙。() (6)分子间的引力随距离的增大而增大,斥力随距离的增大而减小。() 知识点四 分子动理论 1.分子动理论 (1)分子动理论:把物质的热学性质和规律看做微观粒子热运动的宏观表现而建立 的一种理论。 (2)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.
9、统计规律:由大量偶然事件的整体所表现出来的规律。 (1)微观方面:单个分子的运动是无规则的,具有偶然性。 (2)宏观方面:大量分子的运动表现出规律性,受统计规律的支配。 拓展 (1)既然分子间存在引力,当两个物体紧靠在一起时,为什么分子引力没有把它 们粘在一起? (2)无论容器多大,气体有多少,气体分子总能够充满整个容器,是分子斥力作用 的结果吗? (3)分子做永不停息的无规则运动与大量分子的整体行为受到统计规律的支配,这 两种说法矛盾吗? 答案 (1)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。 (2)气体分子之间的距离 r10r0时,分子
10、间的作用力很微弱,可忽略不计。所以 气体分子能充满整个容器,并不是分子斥力作用的结果,而是分子的无规则运动 造成的。 (3)这两种说法不矛盾。从单个分子来看,各个分子的运动是无规则的,但是大量 分子的运动却遵守统计规律。 把分子看成球形,只是一种简化的模型。是一种近似处理的方法。 热学中的分子包括化学中的分子、原子或者离子,不区分它们在化学变化中所起 的不同作用。 (1)在粗略计算中,阿伏加德罗常数可取:NA6.01023 mol 1。 (2)阿伏加德罗常数很大,具体地说明了物体是由大量分子组成的。 扩散现象不是外界作用引起的,而是分子无规则运动的直接结果,是分子无规则 运动的宏观反映。 对于
11、扩散现象 (1)发生环境:物质处于固态、液态和气态时,都能发生扩散现象。 (2)影响因素 浓度差:总是从浓度大向浓度小处扩散,两边浓度相同时,保持动态平衡; 物态:气态扩散最显著,液态次之,固态最慢; 温度:在两种物质一定的前提下,温度越高,扩散现象越显著。 (3)特点:永不停息;无规则性。 扩散现象的本质是分子的运动,它直接证明了组成物体的分子在不停地运动着。 悬浮微粒的无规则运动不是分子的运动,但是它间接地反映了液体分子的无规则 运动。 用肉眼看到的在空中的微尘不停地做无规则运动不是布朗运动。 能做布朗运动的微粒都很小,一般数量级在 10 6 m,人眼不可能直接观察到,只 能借助光学显微镜
12、观察,尘埃的运动是空气对流产生的,不是布朗运动。 机械运动指宏观物体的运动,与热运动是两种不同的运动形式,所以,机械运动 与热运动的速率不存在对应关系。 热运动是对大量分子而言的,对个别分子无意义。 无缝钢筒中的高压油,当筒中压力达到足够大时,为什么会有油从筒壁中渗出? 尽管钢材坚硬、致密,但它也是由分子组成的(金属原子或离子),分子之间存在 着空隙,在高压下,油分子就会穿越钢筒渗到外部。 分子间存在作用力的事实基础 1.宏观分析 (1)固体有一定形状和体积,很难被拉伸,说明分子间有引力存在。 (2)分子间有间隙,但固体和液体却很难被压缩,说明分子间有斥力存在。 2.微观分析 (1)分子间虽然
13、有空隙,大量分子却能聚集在一起形成固体或液体,说明分子间存 在着引力。 (2)固体保持一定的形状,液体具有一定的容积,而不会离散成一群独立的单个分 子,说明分子间有引力,而分子间又有空隙,没有紧紧吸在一起,这说明分子间 还存在斥力。 分子力的实质 我们知道,分子是由原子组成的。原子内部有带正电的原子核和带负电的电子。 分子间的作用力就是由这些带电粒子的相互作用引起的。 核心要点 分子微观量的估算 要点归纳 1.阿伏加德罗常数(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 等宏观量,跟
14、单个分 子的质量 m0、单个分子的体积 V0等微观量联系起来。下图将这种关系呈现得淋 漓尽致。 其中密度 m V Mmol Vmol,但要切记 m0 V0是没有物理意义的,NA Vmol V0 只适用于固 体和液体。 2.重要的关系式 (1)分子的质量:m0Mmol NA 。 (2)分子的体积:V0Vmol NA MmoL NA (适用于固体和液体) 试题案例 例 1 某种物质的摩尔质量为 M(单位 kg/mol),密度为 (单位为 kg/m3),若用 NA 表示阿伏加德罗常数,则: (1)每个分子的质量是_; (2)1 m3的这种物质中包含的分子数目是_; (3)1 mol 的这种物质的体积
15、是_; (4)平均每个分子所占据的空间的大小是_。 解析 (1)每个分子的质量等于摩尔质量与阿伏加德罗常数的比值,即 m0 M NA。 (2)1 m3的这种物质中含有的分子的物质的量为:n M, 故 1 m3的这种物质中含有的分子数为:n NANA M 。 (3)1 mol 这种物质的体积,即摩尔体积 VmM 。 (4)平均每个分子所占据的空间的大小是摩尔体积与阿伏加德罗常数的比值,即 V0Vm NA M NA。 答案 (1) M NA (2) NA M (3)M (4) M NA 温馨提示 本题所用的是利用宏观物理量(摩尔质量、 摩尔体积和阿伏加德罗常数) 求微观物理量(分子质量、分子体积)
16、的典型计算方法,在计算过程中要注意利用 密度建立摩尔质量和摩尔体积的联系。 针对训练 1 1 mol 铜的质量为 63.5 g,铜的密度为 8.9103 kg/m3,试估算一个铜 原子的质量和体积。 解析 铜的摩尔质量 M63.5 g/mol6.3510 2 kg/mol,1 mol 铜有 N A 6.021023 mol 1 个原子,一个原子的质量为: m0 M NA 6.3510 2 6.021023 kg1.0510 25 kg 铜的摩尔体积为: VmM 6.3510 2 8.9103 m37.1310 6 m3 所以,一个铜原子的体积: V0Vm NA 7.1310 6 6.02102
17、3 m 31.181029 m3。 答案 1.0510 25 kg 1.181029 m3 核心要点 分子热运动 观察探究 如图为研究溴蒸气的扩散现象、硫酸铜溶液的扩散现象的实验图。 (1)甲、乙两个实验现象的产生是由外界作用(如对流、重力作用等)引起的吗? _ _。 (2)扩散现象产生的实质是什么? _ _。 (3)甲、乙两实验还说明了什么问题? 甲实验说明了_ _。 乙实验说明了_ _。 (4)扩散现象能在固体中发生吗?试举例说明。 _ _。 (5)把一碗小米倒入一袋玉米中,小米进入玉米的间隙中,这一现象是否属于扩散 现象? _ _。 (6)扩散现象说明了什么问题? _ _。 _ _。 答
18、案 (1)扩散现象不是由外界作用(如对流、重力作用等)引起的,也不是化学反 应的结果。 (2)分子的无规则运动。 (3)扩散现象可以在气体中发生。 扩散现象可以在液体中发生。 (4)扩散现象可以在固体中发生,如石头和煤长时间埋在一起,由于扩散变成了黑 色的煤矸石。 (5)扩散现象是指由于分子的无规则运动,不同物质的分子彼此进入对方的现象。 但上述现象中不是分子运动的结果, 而是两种物质的混合, 所以不属于扩散现象。 (6)分子间有间隙。组成物质的分子在不停地运动着。 探究归纳 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 区 别 定义 不同物质能够彼此进入对方 的现象 悬
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