2022年高中物理人教版選修3-3教案 《分子的熱運(yùn)動(dòng)》

PAGE第2節(jié)分子的熱運(yùn)動(dòng)目標(biāo)導(dǎo)航(1)了解擴(kuò)散現(xiàn)象是由于分子的熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。(2)知道什么是布朗運(yùn)動(dòng)，理解布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的原因。(3)知道什么是熱運(yùn)動(dòng)及決定熱運(yùn)動(dòng)激烈程度的因素。（４）注重理論聯(lián)系實(shí)際，勤觀察、多思考，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。誘思導(dǎo)學(xué)１．?dāng)U散現(xiàn)象擴(kuò)散現(xiàn)象是指當(dāng)兩種物質(zhì)相接觸時(shí)，物質(zhì)分子可以彼此進(jìn)入對(duì)方的現(xiàn)象。例如：某些物質(zhì)的氣味可以傳得很遠(yuǎn)，又如堆在墻角的煤可以深入到墻壁中去。說明：①物質(zhì)處于固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)時(shí)均能發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象，只是氣態(tài)物質(zhì)的擴(kuò)散現(xiàn)象最顯著，處于固態(tài)時(shí)擴(kuò)散現(xiàn)象非常不明顯。②在兩種物質(zhì)一定的前提下，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。這表明溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)得越劇烈。③擴(kuò)散現(xiàn)象發(fā)生的顯著程度還受到“已進(jìn)入對(duì)方”的分子濃度的限制，當(dāng)進(jìn)入對(duì)方的分子濃度較低時(shí)，擴(kuò)散現(xiàn)象較為顯著；當(dāng)進(jìn)入對(duì)方的分子濃度較高時(shí)，擴(kuò)散現(xiàn)象發(fā)生得就較緩慢。2．布朗運(yùn)動(dòng)懸浮在液體中的固體微粒不停地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，稱為布朗運(yùn)動(dòng)。說明：①布郎運(yùn)動(dòng)是懸浮的固體微粒的運(yùn)動(dòng)，不是單個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)，但是布朗運(yùn)動(dòng)間接反映了液體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。②固體微粒的運(yùn)動(dòng)是極不規(guī)則的，課本中畫出的圖７．２—５并非固體微粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，而是每隔30s微粒位置的連線。即使在這30s內(nèi)，分子的運(yùn)動(dòng)也是極不規(guī)則的。③做布朗運(yùn)動(dòng)的固體顆粒非常的小，肉眼是看不到的，人們必須借助顯微鏡才能觀察到。④影響布朗運(yùn)動(dòng)的因素。布朗運(yùn)動(dòng)是大量液體分子對(duì)固體微粒撞擊的集體行為的結(jié)果。影響布郎運(yùn)動(dòng)的因素有二：即顆粒的大小和液體溫度的高低，具體解釋如下：布朗運(yùn)動(dòng)在相同溫度下，懸浮顆粒越小，它的線度越小，表面積亦小，在某一瞬間跟它相撞的分子數(shù)越少，顆粒受到來自各方向的沖擊力越不平衡；另外，顆粒線度越小，它的體積和質(zhì)量比表面積減少得更快，因沖擊力引起的加速度更大；因此懸浮顆粒越小，布朗運(yùn)動(dòng)就越顯著。相同的顆粒懸浮在同種液體中，液體溫度升高，分子運(yùn)動(dòng)的平均速率大，對(duì)懸浮顆粒的撞擊作用也越大，顆粒受到來自各方向的沖擊力越不平衡，由沖擊力引起的加速度更大，所以溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)就越顯著。3．熱運(yùn)動(dòng)及其特點(diǎn)分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，稱為熱運(yùn)動(dòng)。所謂分子的“無規(guī)則運(yùn)動(dòng)”，是指由于分子之間的相互碰撞，每個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)速度無論是方向還是大小都在不斷地變化。標(biāo)準(zhǔn)狀況下，一個(gè)空氣分子在1s內(nèi)與其他空氣分子的碰撞達(dá)到65億次之多。所以大量分子的運(yùn)動(dòng)是十分混亂的、無規(guī)則的。說明：①無規(guī)則不是毫無規(guī)律。在任一時(shí)刻，物體內(nèi)既具有速率大的分子，也具有速率小的分子。速率很大和速率很小的分子的個(gè)數(shù)所占的比例相對(duì)較少，大多數(shù)分子的速率和某一平均速率相差很小。通常所說分子運(yùn)動(dòng)的速率，均指它們的平均速率而言。②分子的平均速率是很大的，且和物體的溫度以及分子的種類有關(guān)。通常情況下，氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率的數(shù)量級(jí)為。典例探究例１在有關(guān)布朗運(yùn)動(dòng)的說法中，正確的是()A．液體的溫度越低，布朗運(yùn)動(dòng)越顯著 B．液體的溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)越顯著C．懸浮微粒越小，布朗運(yùn)動(dòng)越顯著 D．懸浮微粒越大，布朗運(yùn)動(dòng)越顯著解析：本題考查學(xué)生對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的理解程度，溫度高，液體分子運(yùn)動(dòng)劇烈，對(duì)微粒的碰撞也越劇烈，所以布朗運(yùn)動(dòng)明顯，微粒的體積大，液體分子在各個(gè)方向上的碰撞趨向平衡；同時(shí)體積大質(zhì)量也大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)難以改變，所以布朗運(yùn)動(dòng)不明顯。答案：選BC。例２關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)的正確說法是()A．因?yàn)椴祭蔬\(yùn)動(dòng)的激烈程度跟溫度有關(guān)，所以布朗運(yùn)動(dòng)也可以叫做熱運(yùn)動(dòng)B．布朗運(yùn)動(dòng)反映了分子的熱運(yùn)動(dòng)C．在室內(nèi)看到的塵埃不停地運(yùn)動(dòng)是布朗運(yùn)動(dòng)D．室內(nèi)塵埃的運(yùn)動(dòng)是空氣分子碰撞塵埃造成的現(xiàn)象解析：布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮在液體中的小顆粒受到液體分子的作用而做的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，它反映了液體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，而不能說它的運(yùn)動(dòng)就是熱運(yùn)動(dòng)，所以A錯(cuò)誤而B正確。能在液體或氣體中做布朗運(yùn)動(dòng)的微粒都是很小的，一般數(shù)量級(jí)在10－6m，這種微粒用肉眼不能直接觀察到，必須借助于顯微鏡。室內(nèi)塵埃的運(yùn)動(dòng)不是布朗運(yùn)動(dòng)，而是塵埃在空氣氣流作用下所做的宏觀運(yùn)動(dòng)，并不是無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。只有微小的顆粒(肉眼看不到)才能做布朗運(yùn)動(dòng)。綜上所述，可知正確答案為B、D。友情提示：弄清什么是布朗運(yùn)動(dòng)、布朗運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)以及布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的條件和原因，是分析判斷此類問題的關(guān)鍵。課后問題與練習(xí)點(diǎn)擊1．略２．（１）錯(cuò)誤。解析：布朗運(yùn)動(dòng)是固體微粒在流體（液體或氣體）分子的頻繁碰撞下所做的一種無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。這些固體微粒雖然要在光學(xué)顯微鏡下才能看到，但它們也是由大量分子組成的，屬于宏觀粒子，通過固體微粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)可反映出液體分子運(yùn)動(dòng)的無規(guī)則性，但布朗運(yùn)動(dòng)本身不是分子運(yùn)動(dòng)，在光學(xué)顯微鏡下是看不到分子的運(yùn)動(dòng)的。（２）錯(cuò)誤。解析：布朗運(yùn)動(dòng)是固體小顆粒的運(yùn)動(dòng)，做布朗運(yùn)動(dòng)的每個(gè)固體小顆粒是由大量分子組成的，這些小顆粒在液體分子的頻繁碰撞下做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，通過小顆粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)間接反映了液體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。根據(jù)分子動(dòng)理論可以知道，盡管組成固體小顆粒的分子在做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，但是，通過布朗運(yùn)動(dòng)我們無法推斷出組成固體小顆粒的分子是否在做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。（３）錯(cuò)誤。解析：加熱時(shí)發(fā)現(xiàn)水中的胡椒粉在翻滾，這是因?yàn)楹贩墼谒髯饔孟碌倪\(yùn)動(dòng)，并不是布朗運(yùn)動(dòng)，不能說明溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)越明顯。（４）正確。解析：在顯微鏡下觀察到煤油中小粒灰塵的布朗運(yùn)動(dòng)，是小粒灰塵受到煤油分子不停地碰撞的結(jié)果。通過小粒灰塵運(yùn)動(dòng)的無規(guī)則性，可以推知，煤油分子在做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。3．(1)略(2)解析：假如花粉不停地運(yùn)動(dòng)真的是由微小的氣溫變化形成的水的微弱對(duì)流引起的，那花粉的運(yùn)動(dòng)方向是相同的定向運(yùn)動(dòng)，即沿水流的方向運(yùn)動(dòng)，花粉的運(yùn)動(dòng)就很有規(guī)則。而事實(shí)上，花粉的運(yùn)動(dòng)是無規(guī)則的、雜亂無章的，這種無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)也就否定了“花粉不停地運(yùn)動(dòng)是由微小的氣溫變化形成的水的微弱對(duì)流引起的”這種猜想。（３）解析：的確，地球每時(shí)每刻都在發(fā)生微弱的震動(dòng)，只是我們感覺不到罷了。同樣，水也“感覺不到”這種震動(dòng)，微弱震動(dòng)對(duì)水及水中懸浮的花粉沒什么大的影響。退一步說，假如地球的震動(dòng)足夠強(qiáng)，水就會(huì)形成“波濤”，在這些波濤的作用下，水中懸浮的花粉就會(huì)“隨波逐流”，而不會(huì)做永不停息的無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)；可見，水中懸浮的花粉所做的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，不可能是“隨波逐流”的結(jié)果，更何況地球的微弱震動(dòng)根本就不可能形成水的“波濤洶涌”。所以說，花粉的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)不可能是地球的微弱震動(dòng)引起的，肯定另有原因。４．小李的看法是錯(cuò)誤的。解析：首先說明一點(diǎn)，圖７．２－７中的折線，并非細(xì)微粉筆顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，而是每隔一定時(shí)間細(xì)微粉筆顆粒所在位置的連線，即使在這段時(shí)間內(nèi)，細(xì)微粉筆顆粒的運(yùn)動(dòng)也是極不規(guī)則的，絕不是沿折線運(yùn)動(dòng)的，我們根本不能夠畫出細(xì)微粉筆顆粒運(yùn)動(dòng)的軌跡。正因?yàn)榧?xì)微粉筆顆粒在水分子不停的碰撞下所做的運(yùn)動(dòng)是無規(guī)則的，才能使我們認(rèn)識(shí)到水分子運(yùn)動(dòng)的無規(guī)則性?；A(chǔ)訓(xùn)練一、選擇題1．?dāng)U散現(xiàn)象說明了()A．氣體沒有固定的形狀和體積B．分子之間相互排斥C．分子在不停地運(yùn)動(dòng)著D．不同分子之間可以相互轉(zhuǎn)變２．關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)，下列說法中正確的是()A．布朗運(yùn)動(dòng)就是分子的運(yùn)動(dòng)B．布朗運(yùn)動(dòng)是組成固體微粒的分子無規(guī)則的反映C．布朗運(yùn)動(dòng)是液體分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的反映D．觀察時(shí)間越長(zhǎng)，布朗運(yùn)動(dòng)越顯著３．關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)的劇烈程度，下面說法中正確的是()A．固體微粒越大，布朗運(yùn)動(dòng)越顯著B．液體的溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)越顯著C．與固體微粒相碰撞的液體分子數(shù)目越多，布朗運(yùn)動(dòng)越顯著D．與固體微粒相碰撞的液體分子數(shù)目越少，布朗運(yùn)動(dòng)越顯著４．關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散現(xiàn)象，下列說法正確的是()A．布朗運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散現(xiàn)象都能在氣體、液體、固體中發(fā)生B．布朗運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散現(xiàn)象都是分子的運(yùn)動(dòng)C．布朗運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散現(xiàn)象都是溫度越高越明顯D．布朗運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散現(xiàn)象都是熱運(yùn)動(dòng)7．2–1５．如圖7．2–17．2–1A．是液體分子運(yùn)動(dòng)的軌跡B．是小顆粒運(yùn)動(dòng)的軌跡C．表示小顆粒在做極短促的、無定向的跳動(dòng)D．觀察時(shí)間內(nèi)小顆粒的實(shí)際運(yùn)動(dòng)比圖示更復(fù)雜６．關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)，下列說法正確的是（）A．布朗運(yùn)動(dòng)反映了分子運(yùn)動(dòng)，布朗運(yùn)動(dòng)停止了，分子運(yùn)動(dòng)也會(huì)暫時(shí)停止B．固體微粒做布朗運(yùn)動(dòng)，充分說明了微粒內(nèi)部分子是做不停的無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)C．布朗運(yùn)動(dòng)是無規(guī)則的，說明大量液體分子的運(yùn)動(dòng)也是無規(guī)則的D．布朗運(yùn)動(dòng)的無規(guī)則性是由于溫度，壓強(qiáng)無規(guī)則的不斷變化而引起的７．在長(zhǎng)期放著煤的墻角處，地面和墻角有相當(dāng)厚的一層染上黑色，這說明()A．分子是在不停的運(yùn)動(dòng)B．煤是由大量分子組成的C．分子間沒有空隙D．分子運(yùn)動(dòng)有時(shí)會(huì)停止８．關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)，以下說法正確的是()A．布朗運(yùn)動(dòng)是指液體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)B．布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的原因是液體分子對(duì)小顆粒的吸引力不平衡引起的C．布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的原因是液體分子對(duì)小顆粒碰撞時(shí)產(chǎn)生的作用力不平衡引起的D．在懸浮顆粒大小不變的情況下，溫度越低，液體分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)越激烈９．下面所列舉的現(xiàn)象，不能說明分子是不斷運(yùn)動(dòng)著的是()A．將香水瓶蓋打開以后能聞到香味B．汽車開過后，公路上塵土飛揚(yáng)C．灑在地上的水，過一段時(shí)間就干了D．懸浮在水中的花粉做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)１０．較大的顆粒不做布朗運(yùn)動(dòng)是因?yàn)锳．液體分子停止運(yùn)動(dòng)B．液體溫度太低C．跟顆粒碰撞的分子數(shù)較多，各方向的撞擊作用趨于相互平衡，而且分子沖擊力很難改變大顆粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)D．以上說法都不正確１１．有下列四種現(xiàn)象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水中，水會(huì)變甜④把一盆盛開的臘梅放入室內(nèi)，會(huì)滿室生香以上幾種現(xiàn)象中屬于擴(kuò)散的是（）A．①②B．③④C．①④D．②③１２．放在房間一端的香水，打開瓶塞后，位于房間另一端的人將()A．立即嗅到香味，因?yàn)榉肿訜徇\(yùn)動(dòng)速率很大，穿過房間所需時(shí)間極短B．過一會(huì)兒才能嗅到香味，因?yàn)榉肿訜徇\(yùn)動(dòng)的速率不大，穿過房間需要一段時(shí)間C．過一會(huì)兒才能嗅到香味，因?yàn)榉肿訜徇\(yùn)動(dòng)速率雖然很大，但由于是無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，且與空氣分子不斷碰撞，要嗅到足夠多的香水分子必須經(jīng)一段時(shí)間D．過一會(huì)兒才能嗅到香味，因?yàn)榉肿訜徇\(yùn)動(dòng)速率雖然很大，但必須有足夠多的香水分子，才能引起嗅覺二、問答題１３．取一杯熱水和一杯冷水，分別滴入一滴紅墨水，然后注意觀察，可得出什么結(jié)論？１４．通常把蘿卜腌成咸菜需要幾天或更長(zhǎng)的時(shí)間，而把蘿卜炒成熟菜，使之具有相同的咸味，只需幾分鐘時(shí)間，思考一下，造成這種差別的主要原因是什么?１５．下面關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)的兩種說法都是錯(cuò)誤的，試分析它們各錯(cuò)在哪里？(1)冬天的大風(fēng)天，常?？吹斤L(fēng)沙彌漫、塵土飛揚(yáng)，這就是布朗運(yùn)動(dòng)。(2)一滴碳素墨水滴在清水中，整杯水慢慢都變黑了，這是碳分子做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。多維鏈接1.布朗（RobertBrown，1773—1858）英國植物學(xué)家。1773年12月21日誕生于蘇格蘭的蒙特羅斯。布朗從小就很聰明，性格倔強(qiáng)。他先在阿巴丁的馬里歇爾學(xué)院學(xué)習(xí)，畢業(yè)后進(jìn)入愛丁堡大學(xué)攻讀醫(yī)學(xué)。1795年應(yīng)征入伍，前往愛爾蘭服役，在英軍中任助理外科醫(yī)師。服役期間，他邊為軍隊(duì)工作，邊進(jìn)行自修。他利用業(yè)余時(shí)間收集各種植物，制作標(biāo)本。1789年布朗來到倫敦，一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)，拜見了英國倫敦皇家學(xué)會(huì)公長(zhǎng)尤素福?彭克斯，并跟隨他作了一段研究工作。1800年布朗取得博士學(xué)位，后由彭克斯介紹參加澳大利亞遠(yuǎn)洋考察船“調(diào)查者號(hào)”，負(fù)責(zé)研究植物。1801年開始遠(yuǎn)行，在大洋洲進(jìn)行了為期五年的考察活動(dòng)，收集近3900種的標(biāo)本，系統(tǒng)地整理寫入《澳洲植物志》一書中，對(duì)植物分類學(xué)作出貢獻(xiàn)。布朗在物理學(xué)中的貢獻(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了著名的布朗運(yùn)動(dòng)。1827年6月，布朗用顯微鏡觀察克拉花花粉，發(fā)現(xiàn)懸浮在液面上的花粉微粒在雜亂無章地、不斷地運(yùn)動(dòng)。布朗對(duì)這個(gè)現(xiàn)象進(jìn)行了反復(fù)研究。開始，他錯(cuò)誤地認(rèn)為，花粉雖然死了，但是好像有一種具有生命潛力的東西遺留下來，促使花粉微粒不斷地運(yùn)動(dòng)。他這樣寫道：“它們（花粉微粒）的運(yùn)動(dòng)既不是由液體的流動(dòng)引起的，也不是液體漸漸蒸發(fā)引起的、而是由于微粒本身的原因引起的。”接著，他把這個(gè)研究推廣到各種各樣的植物，觀察了他收集到的所有新鮮花粉，都看到了類似現(xiàn)象。后來布朗又對(duì)煤粉、玻璃粉、各種巖石粉、金屬粉等無生命物質(zhì)的微粒進(jìn)行了觀察，也都看到了類似花粉的不停地運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，各種粉末都存在著某種活性。布朗感到問題不那么簡(jiǎn)單，一時(shí)無法正確解釋這個(gè)現(xiàn)象。1828年6月到8月，布朗接連發(fā)表了《論植物花粉中的微粒》、《論有機(jī)物和無機(jī)物中活性分子的普遍存在》兩篇文章，宣布了他的重大發(fā)現(xiàn)。以后人們就把這種現(xiàn)象叫做“布朗運(yùn)動(dòng)”。對(duì)于布朗運(yùn)動(dòng)，直到1860年才由英國物理學(xué)家麥克斯韋根據(jù)他自己建立的分子運(yùn)動(dòng)論作出初步的解釋，他認(rèn)為這種雜亂無章的運(yùn)動(dòng)是水分子對(duì)懸浮微粒不斷撞擊引起的。布朗運(yùn)動(dòng)的發(fā)現(xiàn)，給物質(zhì)是由分子組成的理論提供了第一個(gè)直接的證據(jù)。1811年布朗當(dāng)選為英國倫敦皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。1820年，任大英博物館館長(zhǎng)。1822年當(dāng)選為柯尼斯學(xué)會(huì)會(huì)員，1849到1853年任會(huì)長(zhǎng)。布朗還兼任幾個(gè)國家的科學(xué)院院士。2.能否說“某個(gè)分子的熱運(yùn)動(dòng)”？提示：某個(gè)分子的熱運(yùn)動(dòng)這種說法是不正確的。因?yàn)閱蝹€(gè)分子的運(yùn)動(dòng)，從原則上講是遵循力學(xué)規(guī)律的。設(shè)想我們追蹤氣體中某個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)，那會(huì)看到這個(gè)分子忽左、忽右、忽前、忽后。有時(shí)速度快，有時(shí)速度慢.其動(dòng)能也時(shí)大時(shí)小。其軌跡是一條極不規(guī)則的折線.總之，對(duì)個(gè)別分子來說，速度、能量以及運(yùn)動(dòng)路程都是偶然的量值。我們講的熱運(yùn)動(dòng)是指大量分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。隨著分子數(shù)量的增加，它們的運(yùn)動(dòng)就逐漸偏離力學(xué)規(guī)律。它們的運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)出混亂狀態(tài)，不再遵循力學(xué)規(guī)律，而遵從統(tǒng)計(jì)規(guī)律.這時(shí)，對(duì)個(gè)別分子的運(yùn)動(dòng)來說，是完全偶然的。大量分子的運(yùn)動(dòng)雖然是無序的，但并不是無規(guī)律的，它們也能表現(xiàn)出一些必然