新教材適用2024-2025學(xué)年高中物理第1章分子動(dòng)理論1.分子動(dòng)理論的基本內(nèi)容第1課時(shí)物體是由大量分子組成的分子熱運(yùn)動(dòng)學(xué)案新人教版選擇性必修第三冊(cè)

第1課時(shí)物體是由大量分子組成的分子熱運(yùn)動(dòng)課程標(biāo)準(zhǔn)1．知道一般分子直徑和質(zhì)量的數(shù)量級(jí)。2．知道阿伏加德羅常數(shù)的含義，記住這個(gè)常數(shù)的數(shù)值和單位。3．了解擴(kuò)散現(xiàn)象是由于分子的熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。4．知道什么是布朗運(yùn)動(dòng)，理解布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的緣由。5．知道什么是熱運(yùn)動(dòng)及確定熱運(yùn)動(dòng)激烈程度的因素。素養(yǎng)目標(biāo)1．培育學(xué)生在物理學(xué)中的估算實(shí)力，會(huì)通過(guò)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(xué)方法的教化。建立分子的球體模型，是為了簡(jiǎn)化計(jì)算，突出主要因素。3．通過(guò)試驗(yàn)演示、分析推理探討擴(kuò)散現(xiàn)象和布朗運(yùn)動(dòng)。學(xué)問(wèn)點(diǎn)1物體是由大量分子組成的1．分子(1)概念構(gòu)成物質(zhì)的微粒：_原子__(如金屬)、離子(如鹽類)、_分子__(如有機(jī)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(jí)為_(kāi)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(gè)數(shù)量用阿伏加德羅常數(shù)NA表示，通常取NA＝_6.02×1023_mol－1__?！号幸慌小?1)本書(shū)中所說(shuō)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(xué)問(wèn)點(diǎn)2分子熱運(yùn)動(dòng)1．?dāng)U散(1)擴(kuò)散：不同的物質(zhì)能夠彼此_進(jìn)入對(duì)方__的現(xiàn)象。(2)產(chǎn)生緣由：由物質(zhì)分子的_無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)__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(shí)，都能發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象。(4)意義：證明白物質(zhì)分子永不停息地做_無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)__。(5)規(guī)律：_溫度__越高，擴(kuò)散現(xiàn)象越明顯。2．布朗運(yùn)動(dòng)(1)概念：把_懸浮微粒__的這種_無(wú)規(guī)則__運(yùn)動(dòng)叫作布朗運(yùn)動(dòng)。(2)產(chǎn)生的緣由：大量液體(氣體)分子對(duì)懸浮微粒撞擊的_不平衡__造成的。(3)布朗運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)：永不停息、_無(wú)規(guī)則__。(4)影響因素：微粒_越小__，布朗運(yùn)動(dòng)越明顯，溫度_越高_(dá)_，布朗運(yùn)動(dòng)越激烈。(5)意義：布朗運(yùn)動(dòng)間接地反映了_液體(氣體)分子__運(yùn)動(dòng)的無(wú)規(guī)則性。3．熱運(yùn)動(dòng)(1)定義：分子永不停息的_無(wú)規(guī)則__運(yùn)動(dòng)。(2)宏觀表現(xiàn)：_擴(kuò)散__現(xiàn)象和布朗運(yùn)動(dòng)。(3)特點(diǎn)①永不停息；②運(yùn)動(dòng)_無(wú)規(guī)則__；③溫度越高，分子的熱運(yùn)動(dòng)_越激烈__?！号幸慌小?3)冷紅墨水和熱紅墨水都能發(fā)生擴(kuò)散，說(shuō)明擴(kuò)散快慢與溫度無(wú)關(guān)。(×)(4)微粒越小，溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)越激烈。(√)(5)布朗運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散現(xiàn)象都是分子的熱運(yùn)動(dòng)。(×)『選一選』下列四種現(xiàn)象中屬于擴(kuò)散現(xiàn)象的是(B)①海綿狀塑料可以吸水②揉面團(tuán)時(shí)，加入小蘇打，小蘇打可以揉進(jìn)面團(tuán)內(nèi)③放一匙食糖于一杯開(kāi)水中，水會(huì)變甜④把盛開(kāi)的臘梅放入室內(nèi)，會(huì)滿室生香A．①② B．③④C．①④ D．②③解析：海綿狀塑料吸水是水滴進(jìn)入塑料間隙，不是擴(kuò)散；小蘇打揉進(jìn)面團(tuán)，是機(jī)械外力作用的結(jié)果；食糖溶于開(kāi)水中，臘梅香氣釋放是擴(kuò)散現(xiàn)象。故B正確?！合胍幌搿辉谳^暗的房間里，從射進(jìn)來(lái)的光束中用眼睛干脆看到的懸浮在空氣中的微粒的運(yùn)動(dòng)是布朗運(yùn)動(dòng)嗎？答案：見(jiàn)解析解析：不是。做布朗運(yùn)動(dòng)的微粒是肉眼無(wú)法干脆看到的，從宏觀角度看微粒特別小，必需借助光學(xué)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(shí)變更，微粒在這兩個(gè)力的共同作用下，運(yùn)動(dòng)困難無(wú)規(guī)則，既不是布朗運(yùn)動(dòng)，也不是分子熱運(yùn)動(dòng)。探究阿伏加德羅常數(shù)要|點(diǎn)|提|煉1.分子的簡(jiǎn)化模型：實(shí)際分子的結(jié)構(gòu)是很困難的，且形態(tài)各異。但假如我們只關(guān)切分子的大小，而不涉及分子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)時(shí)，既可以把分子看成球形，也可以看成立方體。詳細(xì)分析如下：(1)固體和液體分子模型：對(duì)于固體和液體，可認(rèn)為分子緊密排列，分子間沒(méi)有空隙，則VA＝NAV0(V0為一個(gè)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(rèn)為每個(gè)分子占據(jù)一個(gè)相同的立方體空間，該立方體的邊長(zhǎng)即為分子間的平均距離，邊長(zhǎng)d＝eq\r(3,V0)，如圖(b)所示。(2)氣體分子模型：對(duì)于氣體來(lái)說(shuō)，由于氣體分子間的距離遠(yuǎn)大于氣體分子的直徑，故通過(guò)立方體分子模型(不采納球形分子模型)，可以估算得到每個(gè)氣體分子平均占有的空間，而無(wú)法得到每個(gè)氣體分子的實(shí)際體積。設(shè)每個(gè)氣體分子占據(jù)的空間可看成一個(gè)邊長(zhǎng)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(diǎn)代表氣體分子所在的位置)2．阿伏加德羅常數(shù)的應(yīng)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(guān)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(qiáng)度鉆頭和刻刀等工具中的主要材料，設(shè)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(xiàng)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(xiàng)D錯(cuò)誤。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練?(多選)(2024·山東日照高二下期中)某種氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下摩爾體積為V，密度為ρ，摩爾質(zhì)量為M，每個(gè)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(shí)，分子個(gè)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(gè)分子的質(zhì)量m，即可得到分子的個(gè)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(cuò)誤；物質(zhì)的量n＝eq\f(ρVx,M)，則氣體分子的個(gè)數(shù)N＝nNA＝eq\f(ρVx,M)NA，故C正確，D錯(cuò)誤。探究分子熱運(yùn)動(dòng)要|點(diǎn)|提|煉1.對(duì)擴(kuò)散的理解(1)影響擴(kuò)散現(xiàn)象明顯程度的因素①物態(tài)Ⅰ.氣態(tài)物質(zhì)的擴(kuò)散最快、現(xiàn)象最顯著。Ⅱ.固態(tài)物質(zhì)的擴(kuò)散最慢，短時(shí)間內(nèi)現(xiàn)象特別不明顯。Ⅲ.液態(tài)物質(zhì)擴(kuò)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(kuò)散現(xiàn)象發(fā)生的顯著程度與物質(zhì)的溫度有關(guān)，溫度越高，擴(kuò)散現(xiàn)象越顯著。③濃度差：兩種物質(zhì)的濃度差越大，擴(kuò)散現(xiàn)象越顯著。(2)分子運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)特點(diǎn)①永不停息：不分季節(jié)，也不分白天和黑夜，分子每時(shí)每刻都在運(yùn)動(dòng)。②無(wú)規(guī)則：?jiǎn)蝹€(gè)分子的運(yùn)動(dòng)無(wú)規(guī)則，但大量分子的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)。2．布朗運(yùn)動(dòng)(1)無(wú)規(guī)則性懸浮微粒受到液體分子在各個(gè)方向上撞擊的不平衡是形成布朗運(yùn)動(dòng)的緣由。由于液體分子的運(yùn)動(dòng)是無(wú)規(guī)則的，使微粒受到較強(qiáng)撞擊的方向也不確定，所以布朗運(yùn)動(dòng)是無(wú)規(guī)則的。(2)影響因素①微粒越小，布朗運(yùn)動(dòng)越明顯：懸浮微粒越小，某時(shí)刻與它相撞的分子數(shù)越少，來(lái)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(yùn)動(dòng)越明顯。②溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)越激烈：溫度越高，液體分子的運(yùn)動(dòng)(平均)速率越大，對(duì)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(yùn)動(dòng)越激烈。(3)實(shí)質(zhì)布朗運(yùn)動(dòng)不是分子的運(yùn)動(dòng)，而是懸浮微粒的運(yùn)動(dòng)。布朗運(yùn)動(dòng)的無(wú)規(guī)則性反映了液體或氣體分子運(yùn)動(dòng)的無(wú)規(guī)則性；布朗運(yùn)動(dòng)與溫度有關(guān)，表明液體分子運(yùn)動(dòng)的激烈程度與溫度有關(guān)。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(yùn)動(dòng)的試驗(yàn)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(yùn)動(dòng)狀況(如圖乙)。選三個(gè)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(shí)間依次連接起來(lái)，得到它們的位置連線圖如圖丙所示。下列說(shuō)法正確的是(D)A．該試驗(yàn)用顯微鏡視察到的是液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)B．該試驗(yàn)用顯微鏡視察到的是小炭粒分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)C．這樣得到的位置連線圖就是小炭粒實(shí)際的運(yùn)動(dòng)軌跡D．小炭粒越小，液體的溫度越高，視察到的布朗運(yùn)動(dòng)就越明顯解析：用顯微鏡視察到的是小炭粒的運(yùn)動(dòng)，不是液體分子或小炭粒分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；位置連線不是小炭粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，而是每經(jīng)過(guò)30s小炭粒所處位置的連線，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；小炭粒越小，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越簡(jiǎn)單變更，液體的溫度越高，水分子運(yùn)動(dòng)越猛烈，布朗運(yùn)動(dòng)越明顯，選項(xiàng)D正確。典例3(2024·湖南長(zhǎng)沙市長(zhǎng)郡中學(xué)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(jué)金中有鉛、鉛中有金。對(duì)此現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是(C)A．屬擴(kuò)散現(xiàn)象，緣由是金分子和鉛分子的大小不同B．屬擴(kuò)散現(xiàn)象，緣由是金分子和鉛分子的相互吸引C．屬擴(kuò)散現(xiàn)象，緣由是金分子和鉛分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)D．屬布朗運(yùn)動(dòng)，小金粒進(jìn)入鉛塊中，小鉛粒進(jìn)入金塊中解析：由于分子不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，金和鉛相互進(jìn)入對(duì)方，這是擴(kuò)散現(xiàn)象，而布朗運(yùn)動(dòng)是指懸浮在液體或氣體中的小顆粒的運(yùn)動(dòng)，此現(xiàn)象不是布朗運(yùn)動(dòng)，故選項(xiàng)C正確。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練?(多選)如圖所示，一個(gè)裝有無(wú)色空氣的廣口瓶倒扣在裝有紅棕色二氧化氮?dú)怏w的廣口瓶上，中間用玻璃板隔開(kāi)。當(dāng)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(shuō)法正確的是(AD)A．過(guò)一段時(shí)間可以發(fā)覺(jué)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(huì)跑到上面的瓶中，所以上面瓶中不會(huì)出現(xiàn)淡紅棕色C．上面的空氣由于重力作用會(huì)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(huì)發(fā)覺(jué)上面瓶的瓶口處顯淡紅棕色，但在瓶底處不會(huì)出現(xiàn)淡紅棕色D．由于氣體分子在運(yùn)動(dòng)著，所以上面的空氣會(huì)到下面的瓶中，下面的二氧化氮也會(huì)自發(fā)地運(yùn)動(dòng)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(xiàng)分析如下：選項(xiàng)診斷結(jié)論A氣體分子做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，過(guò)一段時(shí)間上下勻稱分布，故呈淡紅棕色√B分子運(yùn)動(dòng)與密度無(wú)關(guān)×C分子的熱運(yùn)動(dòng)不是在重力的作用下進(jìn)行的×D分子的熱運(yùn)動(dòng)使上下氣體分布勻稱√有關(guān)分子微觀量的估算阿伏加德羅常數(shù)NA是一個(gè)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(jì)算。估算法是解答物理問(wèn)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(diǎn)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(duì)數(shù)值進(jìn)行合理近似(如π≈3，π2≈10重力加速度g取10m/s2等)。案例一個(gè)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(duì)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(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(1)求房間內(nèi)空氣的質(zhì)量。(標(biāo)準(zhǔn)狀況下求解)(2)求房間中有多少個(gè)水分子？(3)估算一個(gè)水分子的直徑是多大？(水分子可視為球體模型)解析：(1)在標(biāo)準(zhǔn)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(gè)。(3)設(shè)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(gè)(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(cè))僅利用下列某一組數(shù)據(jù)，可以計(jì)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(jì)算出阿伏加德羅常數(shù)，故A錯(cuò)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(cuò)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(cuò)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(xué)高二下學(xué)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(shuō)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(gè)銅原子的質(zhì)量是eq\f(μ,NA)C．一個(gè)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