新教材適用2024-2025學年高中物理第1章分子動理論1.分子動理論的基本內(nèi)容第1課時物體是由大量分子組成的分子熱運動學案新人教版選擇性必修第三冊

第1課時物體是由大量分子組成的分子熱運動課程標準1．知道一般分子直徑和質(zhì)量的數(shù)量級。2．知道阿伏加德羅常數(shù)的含義，記住這個常數(shù)的數(shù)值和單位。3．了解擴散現(xiàn)象是由于分子的熱運動產(chǎn)生的。4．知道什么是布朗運動，理解布朗運動產(chǎn)生的緣由。5．知道什么是熱運動及確定熱運動激烈程度的因素。素養(yǎng)目標1．培育學生在物理學中的估算實力，會通過阿伏加德羅常數(shù)估算固體和液體分子的質(zhì)量、分子的體積(或直徑)、分子數(shù)等微觀量。2．滲透物理學方法的教化。建立分子的球體模型，是為了簡化計算，突出主要因素。3．通過試驗演示、分析推理探討擴散現(xiàn)象和布朗運動。學問點1物體是由大量分子組成的1．分子(1)概念構成物質(zhì)的微粒：_原子__(如金屬)、離子(如鹽類)、_分子__(如有機物)等統(tǒng)稱為分子。(2)大小組成物質(zhì)的分子很小，不同物質(zhì)分子直徑大小不同，假如把分子看成球形，一般分子直徑的數(shù)量級為_10－10___m。2．物體是由大量分子組成的1mol的任何物質(zhì)都含有相同的_粒子數(shù)__，這個數(shù)量用阿伏加德羅常數(shù)NA表示，通常取NA＝_6.02×1023_mol－1__。『判一判』(1)本書中所說的“分子”，包含了分子、原子、離子等多種含義。(√)(2)若已知阿伏加德羅常數(shù)和銅的摩爾體積和密度，就可以估算出銅分子質(zhì)量。(√)學問點2分子熱運動1．擴散(1)擴散：不同的物質(zhì)能夠彼此_進入對方__的現(xiàn)象。(2)產(chǎn)生緣由：由物質(zhì)分子的_無規(guī)則運動__產(chǎn)生的。(3)發(fā)生環(huán)境：物質(zhì)處于_固態(tài)__、_液態(tài)__和_氣態(tài)__時，都能發(fā)生擴散現(xiàn)象。(4)意義：證明白物質(zhì)分子永不停息地做_無規(guī)則運動__。(5)規(guī)律：_溫度__越高，擴散現(xiàn)象越明顯。2．布朗運動(1)概念：把_懸浮微粒__的這種_無規(guī)則__運動叫作布朗運動。(2)產(chǎn)生的緣由：大量液體(氣體)分子對懸浮微粒撞擊的_不平衡__造成的。(3)布朗運動的特點：永不停息、_無規(guī)則__。(4)影響因素：微粒_越小__，布朗運動越明顯，溫度_越高__，布朗運動越激烈。(5)意義：布朗運動間接地反映了_液體(氣體)分子__運動的無規(guī)則性。3．熱運動(1)定義：分子永不停息的_無規(guī)則__運動。(2)宏觀表現(xiàn)：_擴散__現(xiàn)象和布朗運動。(3)特點①永不停息；②運動_無規(guī)則__；③溫度越高，分子的熱運動_越激烈__。『判一判』(3)冷紅墨水和熱紅墨水都能發(fā)生擴散，說明擴散快慢與溫度無關。(×)(4)微粒越小，溫度越高，布朗運動越激烈。(√)(5)布朗運動和擴散現(xiàn)象都是分子的熱運動。(×)『選一選』下列四種現(xiàn)象中屬于擴散現(xiàn)象的是(B)①海綿狀塑料可以吸水②揉面團時，加入小蘇打，小蘇打可以揉進面團內(nèi)③放一匙食糖于一杯開水中，水會變甜④把盛開的臘梅放入室內(nèi)，會滿室生香A．①② B．③④C．①④ D．②③解析：海綿狀塑料吸水是水滴進入塑料間隙，不是擴散；小蘇打揉進面團，是機械外力作用的結果；食糖溶于開水中，臘梅香氣釋放是擴散現(xiàn)象。故B正確?！合胍幌搿辉谳^暗的房間里，從射進來的光束中用眼睛干脆看到的懸浮在空氣中的微粒的運動是布朗運動嗎？答案：見解析解析：不是。做布朗運動的微粒是肉眼無法干脆看到的，從宏觀角度看微粒特別小，必需借助光學顯微鏡才能視察到；從微觀角度看微粒特別大，它是由大量分子組成的。空氣中的微粒受重力和氣流的共同作用，并且空氣的作用力隨時變更，微粒在這兩個力的共同作用下，運動困難無規(guī)則，既不是布朗運動，也不是分子熱運動。探究阿伏加德羅常數(shù)要|點|提|煉1.分子的簡化模型：實際分子的結構是很困難的，且形態(tài)各異。但假如我們只關切分子的大小，而不涉及分子內(nèi)部的結構和運動時，既可以把分子看成球形，也可以看成立方體。詳細分析如下：(1)固體和液體分子模型：對于固體和液體，可認為分子緊密排列，分子間沒有空隙，則VA＝NAV0(V0為一個分子的體積，VA為摩爾體積)。①球形分子模型：如圖(a)所示，則直徑d＝eq\r(3,\f(6V0,π))＝eq\r(3,\f(6VA,πNA))。②立方體分子模型：認為每個分子占據(jù)一個相同的立方體空間，該立方體的邊長即為分子間的平均距離，邊長d＝eq\r(3,V0)，如圖(b)所示。(2)氣體分子模型：對于氣體來說，由于氣體分子間的距離遠大于氣體分子的直徑，故通過立方體分子模型(不采納球形分子模型)，可以估算得到每個氣體分子平均占有的空間，而無法得到每個氣體分子的實際體積。設每個氣體分子占據(jù)的空間可看成一個邊長為d、體積為V的正方體。氣體分子間距離l＝d＝eq\r(3,V)＝eq\r(3,\f(VA,NA))，如圖(c)所示。(圖中黑點代表氣體分子所在的位置)2．阿伏加德羅常數(shù)的應用(1)微觀量：分子質(zhì)量m0，分子體積V0，分子直徑d。(2)宏觀量：物質(zhì)的質(zhì)量M、體積V、密度ρ、摩爾質(zhì)量MA、摩爾體積VA。(3)微觀量與宏觀量的關系①分子質(zhì)量：m0＝eq\f(MA,NA)＝eq\f(ρVA,NA)。②分子體積：V0＝eq\f(VA,NA)＝eq\f(MA,ρNA)(適用于固體和液體)。③物質(zhì)所含的分子數(shù)N＝nNA＝eq\f(M,MA)NA＝eq\f(V,VA)NA。④阿伏加德羅常數(shù)NA＝eq\f(VAρ,m0)＝eq\f(MA,ρV0)(只適用于固體、液體)。⑤氣體分子間的平均距離：d＝eq\r(3,V0)＝eq\r(3,\f(VA,NA))(V0為氣體分子所占據(jù)空間的體積)。⑥固體、液體分子直徑：d＝eq\r(3,\f(6V0,π))＝eq\r(3,\f(6VA,πNA))(V0為分子體積)。典|例|剖|析典例1(多選)(2024·河北石家莊二中月考)鉆石是高強度鉆頭和刻刀等工具中的主要材料，設鉆石的密度為ρ(單位為kg/m3)，摩爾質(zhì)量為M(單位為g/mol)，阿伏加德羅常數(shù)為NA。已知1克拉等于0.2g，則下列選項正確的是(ABC)A．a(chǎn)克拉鉆石物質(zhì)的量為eq\f(0.2ag,M)B．a(chǎn)克拉鉆石所含有的分子數(shù)為eq\f(0.2ag×NA,M)C．鉆石分子直徑為eq\r(3,\f(6M×10－3,NAρπ))(單位為m)D．a(chǎn)克拉鉆石的體積為eq\f(ag,ρ)解析：a克拉鉆石的質(zhì)量為0.2ag，物質(zhì)的量為eq\f(0.2ag,M)，所含分子數(shù)為eq\f(0.2ag,M)×NA，故A、B正確；鉆石分子的體積為eq\f(M×10－3,ρNA)(單位為m3)，將固體分子看作球體，其體積V＝eq\f(4,3)πR3＝eq\f(4,3)πeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,2)))3＝eq\f(1,6)πd3，聯(lián)立解得分子直徑d＝eq\r(3,\f(6M×10－3,NAρπ))(單位為m)，故C正確；a克拉鉆石的體積為eq\f(0.2ag×10－3,ρ)(單位為m3)，選項D錯誤。對點訓練?(多選)(2024·山東日照高二下期中)某種氣體在標準狀態(tài)下摩爾體積為V，密度為ρ，摩爾質(zhì)量為M，每個分子的質(zhì)量和體積分別為m和V0，阿伏加德羅常數(shù)為NA，則該狀態(tài)下氣體的體積為Vx時，分子個數(shù)為(AC)A.eq\f(ρVx,m) B．eq\f(Vx,V0)C．eq\f(ρVx,M)NA D．eq\f(M,ρVx)解析：ρVx為氣體的質(zhì)量，再除以每一個分子的質(zhì)量m，即可得到分子的個數(shù)N＝eq\f(ρVx,m)，故A正確；氣體分子間有較大的間距，故N≠eq\f(Vx,V0)，故B錯誤；物質(zhì)的量n＝eq\f(ρVx,M)，則氣體分子的個數(shù)N＝nNA＝eq\f(ρVx,M)NA，故C正確，D錯誤。探究分子熱運動要|點|提|煉1.對擴散的理解(1)影響擴散現(xiàn)象明顯程度的因素①物態(tài)Ⅰ.氣態(tài)物質(zhì)的擴散最快、現(xiàn)象最顯著。Ⅱ.固態(tài)物質(zhì)的擴散最慢，短時間內(nèi)現(xiàn)象特別不明顯。Ⅲ.液態(tài)物質(zhì)擴散現(xiàn)象的明顯程度介于氣態(tài)與固態(tài)之間。②溫度：在兩種物質(zhì)肯定的前提下，擴散現(xiàn)象發(fā)生的顯著程度與物質(zhì)的溫度有關，溫度越高，擴散現(xiàn)象越顯著。③濃度差：兩種物質(zhì)的濃度差越大，擴散現(xiàn)象越顯著。(2)分子運動的兩個特點①永不停息：不分季節(jié)，也不分白天和黑夜，分子每時每刻都在運動。②無規(guī)則：單個分子的運動無規(guī)則，但大量分子的運動又具有規(guī)律性，總體上分子由濃度大的地方向濃度小的地方運動。2．布朗運動(1)無規(guī)則性懸浮微粒受到液體分子在各個方向上撞擊的不平衡是形成布朗運動的緣由。由于液體分子的運動是無規(guī)則的，使微粒受到較強撞擊的方向也不確定，所以布朗運動是無規(guī)則的。(2)影響因素①微粒越小，布朗運動越明顯：懸浮微粒越小，某時刻與它相撞的分子數(shù)越少，來自各方向的沖擊力越不平衡；另外微粒越小，其質(zhì)量也就越小，相同沖擊力下產(chǎn)生的加速度越大。因此，微粒越小，布朗運動越明顯。②溫度越高，布朗運動越激烈：溫度越高，液體分子的運動(平均)速率越大，對懸浮于其中的微粒的撞擊作用也越大，產(chǎn)生的加速度也越大，因此溫度越高，布朗運動越激烈。(3)實質(zhì)布朗運動不是分子的運動，而是懸浮微粒的運動。布朗運動的無規(guī)則性反映了液體或氣體分子運動的無規(guī)則性；布朗運動與溫度有關，表明液體分子運動的激烈程度與溫度有關。典|例|剖|析典例2(2024·北京西城區(qū)期末)如圖甲所示是視察布朗運動的試驗裝置的示意圖。用高倍顯微鏡視察懸浮在液體中的小炭粒的運動狀況(如圖乙)。選三個小炭粒，每隔30s記錄一次它們的位置，然后用線段把這些位置按時間依次連接起來，得到它們的位置連線圖如圖丙所示。下列說法正確的是(D)A．該試驗用顯微鏡視察到的是液體分子的無規(guī)則運動B．該試驗用顯微鏡視察到的是小炭粒分子的無規(guī)則運動C．這樣得到的位置連線圖就是小炭粒實際的運動軌跡D．小炭粒越小，液體的溫度越高，視察到的布朗運動就越明顯解析：用顯微鏡視察到的是小炭粒的運動，不是液體分子或小炭粒分子的無規(guī)則運動，選項A、B錯誤；位置連線不是小炭粒的運動軌跡，而是每經(jīng)過30s小炭粒所處位置的連線，選項C錯誤；小炭粒越小，運動狀態(tài)越簡單變更，液體的溫度越高，水分子運動越猛烈，布朗運動越明顯，選項D正確。典例3(2024·湖南長沙市長郡中學期中)如下圖所示，把一塊鉛板和一塊金板的接觸面磨平、磨光后緊緊壓在一起，五年后發(fā)覺金中有鉛、鉛中有金。對此現(xiàn)象，下列說法正確的是(C)A．屬擴散現(xiàn)象，緣由是金分子和鉛分子的大小不同B．屬擴散現(xiàn)象，緣由是金分子和鉛分子的相互吸引C．屬擴散現(xiàn)象，緣由是金分子和鉛分子的無規(guī)則運動D．屬布朗運動，小金粒進入鉛塊中，小鉛粒進入金塊中解析：由于分子不停地做無規(guī)則運動，金和鉛相互進入對方，這是擴散現(xiàn)象，而布朗運動是指懸浮在液體或氣體中的小顆粒的運動，此現(xiàn)象不是布朗運動，故選項C正確。對點訓練?(多選)如圖所示，一個裝有無色空氣的廣口瓶倒扣在裝有紅棕色二氧化氮氣體的廣口瓶上，中間用玻璃板隔開。當抽去玻璃板后所發(fā)生的現(xiàn)象，(已知二氧化氮的密度比空氣密度大)下列說法正確的是(AD)A．過一段時間可以發(fā)覺上面瓶中的氣體也變成了淡紅棕色B．二氧化氮由于密度較大，不會跑到上面的瓶中，所以上面瓶中不會出現(xiàn)淡紅棕色C．上面的空氣由于重力作用會到下面的瓶中，于是將下面瓶中的二氧化氮排出了一小部分，所以會發(fā)覺上面瓶的瓶口處顯淡紅棕色，但在瓶底處不會出現(xiàn)淡紅棕色D．由于氣體分子在運動著，所以上面的空氣會到下面的瓶中，下面的二氧化氮也會自發(fā)地運動到上面的瓶中，所以最終上、下兩瓶氣體的顏色變得勻稱一樣解析：逐項分析如下：選項診斷結論A氣體分子做無規(guī)則運動，過一段時間上下勻稱分布，故呈淡紅棕色√B分子運動與密度無關×C分子的熱運動不是在重力的作用下進行的×D分子的熱運動使上下氣體分布勻稱√有關分子微觀量的估算阿伏加德羅常數(shù)NA是一個重要常數(shù)，是聯(lián)系微觀物理量和宏觀物理量的橋梁，常用于微觀量的計算。估算法是解答物理問題的一種常用方法，不要求精確求解，但要求合理的近似。其特點是：(1)建立必要的志向模型(如把分子看成球體或立方體)；(2)找尋估算依據(jù)，建立估算式；(3)對數(shù)值進行合理近似(如π≈3，π2≈10重力加速度g取10m/s2等)。案例一個房間的地面面積是15m2，高3m。已知空氣的平均摩爾質(zhì)量是M0＝2.9×10－2kg/mol。通常用空氣濕度(有相對濕度、肯定濕度)表示空氣中含有的水蒸氣的狀況，若房間內(nèi)全部水蒸氣凝聚成水后的體積為V水＝103cm3，已知水的密度為ρ＝1.0×103kg/m3，水的摩爾質(zhì)量M＝1.8×10－2kg/mol。(結果保留兩位有效數(shù)字)(1)求房間內(nèi)空氣的質(zhì)量。(標準狀況下求解)(2)求房間中有多少個水分子？(3)估算一個水分子的直徑是多大？(水分子可視為球體模型)解析：(1)在標準狀況下，每摩爾空氣占有的體積V0＝22.4L，房間內(nèi)空氣的體積V＝15m2×3m＝45m3，房間內(nèi)空氣的物質(zhì)的量n1＝eq\f(V,V0)≈2×103mol，則房間內(nèi)空氣的質(zhì)量為m＝n1M0＝58kg。(2)水的摩爾體積V0′＝eq\f(M,ρ)＝1.8×10－5m3/mol，則房間中的水分子數(shù)N＝eq\f(V水NA,V0′)≈3.3×1025個。(3)設水分子直徑為d，建立水分子的球體模型，有eq\f(1,6)πd3＝eq\f(V0′,NA)，則d＝eq\r(3,\f(6V0′,πNA))≈3.9×10－10m。答案：(1)58kg(2)3.3×1025個(3)3.9×10－10m一、物體是由大量分子組成的1．(2024·山東棗莊三中高二下檢測)僅利用下列某一組數(shù)據(jù)，可以計算出阿伏加德羅常數(shù)的是(D)A．水的密度和水的摩爾質(zhì)量B．水分子的體積和水分子的質(zhì)量C．水的摩爾質(zhì)量和水分子的體積D．水的摩爾質(zhì)量和水分子的質(zhì)量解析：知道水的密度和水的摩爾質(zhì)量，可以求出其摩爾體積，不能計算出阿伏加德羅常數(shù)，故A錯誤；知道水分子的體積和水分子的質(zhì)量，不知道水的摩爾體積或摩爾質(zhì)量，不能求出阿伏加德羅常數(shù)，故B錯誤；知道水的摩爾質(zhì)量和水分子的體積，不知道密度，不能求出阿伏加德羅常數(shù)，故C錯誤；用水的摩爾質(zhì)量除以水分子的質(zhì)量可以求出阿伏加德羅常數(shù)，故D正確。2．(2024·北京市一零一中學高二下學期期中)阿伏加德羅常數(shù)是NA(mol－1)，銅的摩爾質(zhì)量是μ(kg/mol)，銅的密度是ρ(kg/m3)，則下列說法不正確的是(D)A．1m3銅中所含的原子數(shù)為eq\f(ρNA,μ)B．一個銅原子的質(zhì)量是eq\f(μ,NA)C．一個銅原子所占的體積是eq\f(μ,ρNA)D．1kg銅所含有的原子數(shù)目是ρNA解析