1.1 第2课时 分子间的作用力及分子动理论 学案 （含解析）2023-2024学年高二物理人教版（2019）选择性必修3

1.1 第2课时 分子间的作用力及分子动理论
【合作探究】
任务1　分子间的作用力
情境引入
实验1: 向 A、B 两个量筒中分别倒入 50 mL的水和酒精(图1),然后再将 A量筒中的水倒入 B 量筒中,观察混合后液体的体积(图2)。
实验2:如图3所示,两个接触面平滑的铅柱压紧后悬挂起来,下面挂上钩码。
问题引领
1.实验1中混合之后液体的总体积是否等于混合前液体的体积之和 请你尝试解释一下原因。
　　解答:混合之后液体的总体积小于混合前液体的体积之和,原因是液体内部分子之间存在缝隙,它们之间发生了扩散现象。
2.观察实验2中挂上钩码之后的现象,并解释原因。这说明了什么问题
　　解答:刚刚挂上钩码两个铅块没有分开,钩码多了之后才会出现脱落,原因在于挤压之后两个铅块之间有力存在,这个力的大小存在极限。这说明了分子之间存在引力。
3.除上述实验2外,你还能根据哪些物理常识来进一步说明分子间存在引力
　　解答:物体在被拉伸时需要一定的外力,这表明组成物质的分子之间存在着相互作用的引力;分子间虽然有空隙,大量分子却能聚集在一起形成固体或液体,这说明分子间存在着引力,引力作用使分子“聚集”在一起,形成固体或液体。
知识生成
1.分子间有空隙
(1)气体很容易被压缩,表明气体分子间有①　　　　。
(2)水和酒精混合后总体积会②　　　　,说明液体分子间有③　　　　。
(3)压在一起的金片和铅片,各自的分子能④　　　　到对方的内部,说明固体分子间也存在着⑤　　　　。
　　2.分子间的作用力
(1)分子间有空隙,大量分子却能聚集在一起,这说明分子之间存在相互作用力。
(2)分子间作用力随分子间距离的变化关系
研究表明,分子间的作用力F跟分子间距离r的关系如图所示,据图可知:
a.当分子间距离r=r0时(r0约为10-10 m),分子间的作用力⑥　　　,这个位置称为⑦　　　　。
b.当分子间距离rc.当分子间距离r>r0时, 分子间的作用力表现为⑩　　　　(此时　　　　仍然存在)。
d.当r>　　　　(约10-9 m)时,分子间的作用力可以忽略。
①空隙　②变小　③空隙　④彼此进入　⑤空隙　⑥为零　⑦平衡位置　⑧斥力　⑨引力　⑩引力　斥力　10r0
应用探究
[活动1]探究分子间作用力与分子间距离的关系
阅读课本中的相关内容,根据下图(分子间的作用力与距离的关系)思考下列问题。
(1)根据图像,找出分子间作用力随分子间距离变化的规律。
(2)由图像可知,当分子间距离等于r0、10r0时,分子间作用力均为零,二者本质是否相同
(3)请用分子间作用力与分子间距离的关系解释为什么固体具有一定形状和体积,而气体流动性比较大。
　　提示　(1)分子间作用力随分子间距离增大先减小至零,后增大至某值,再减小到零。
(2)二者本质不同。当分子间距离等于r0时,分子间同时存在引力和斥力,二者大小相等、方向相反,合力为零。而分子间距离等于10r0时,分子间作用力十分微弱,近似为零。
(3)因为在固体中,分子间距离较近,数量级在10-10 m,分子间作用力很大,绝大部分分子只能在各自平衡位置附近做无规则的振动,因此固体具有一定的形状和体积。而气体分子间距离比较大,通常在10r0,分子间作用力近似为零,分子运动空间比较大,所以气体流动性比较大。
[活动2]生活现象的正确解释
例1　(多选)下列说法中正确的是(　　)。
A.水的体积很难被压缩,这是分子间存在斥力的宏观表现
B.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
C.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
D.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
　　答案　AD
解析　液体体积很难被压缩,说明分子间存在斥力,固体很难被拉断,说明分子间存在引力,A、D两项正确。气体容易充满容器是分子热运动的结果,抽成真空的马德堡半球很难分开是大气压强作用的结果,B、C两项错误。
任务2　分子动理论
情境引入
阅读课本“分子动理论”部分内容,回答下列问题。
问题引领
1.分子动理论的主要内容是什么
　　解答:分子动理论的主要内容有以下三点。
(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。
2.参与热运动的某一个分子的运动有规律可循吗 大量分子的运动呢
　　解答:以气体为例,气体分子在无序运动中不断发生碰撞,每个分子的运动速率不断地发生变化。在某一特定时刻,某个特定分子究竟做怎样的运动完全是偶然的,不能预知。但对大量分子的运动,在一定条件下,实验和理论都证明,它们遵从一定的统计规律。
知识生成
分子动理论
(1)内容:物体是由　　分子组成的,分子在做　　　　的无规则运动,分子之间存在着相互作用力。
(2)统计规律
微观方面:各个分子的运动都是随机的,带有　　性。
宏观方面:大量的分子运动有一定的规律,叫作统计规律,大量分子的运动受　　　　的支配。
大量　永不停息　偶然　统计规律
应用探究
[活动1]布朗运动与扩散现象的比较
例2　(多选)下列有关扩散现象与布朗运动的叙述中,正确的是(　　)。
A.扩散现象与布朗运动都能说明分子在做永不停息的无规则运动
B.扩散现象与布朗运动没有本质的区别
C.扩散现象与布朗运动都是分子在运动
D.扩散现象与布朗运动都与温度有关
　　答案　AD
解析　扩散是物质分子的迁移,布朗运动是宏观颗粒的运动,是两种完全不相同的运动,B、C两项错误;两者的实验现象说明了分子在永不停息地做无规则运动,A项正确;两种运动都随温度的升高而加剧,所以都与温度有关,D项正确。
归纳总结　　　　扩散现象与布朗运动的比较
项目 扩散现象 布朗运动
①扩散现象是两种不同的物质相互接触时,没有受到外界的作用而彼此进入对方的现象 ②扩散快慢除和温度有关外,还受到“已进入对方”的分子浓度的限制。当进入对方的分子浓度较低时,扩散现象较为显著;当进入对方的分子浓度较高时,扩散得较为缓慢 ①布朗运动是悬浮在液体或气体中的小颗粒所做的无规则运动,而不是液体或气体分子的运动 ②布朗运动的剧烈程度与液体(或气体)分子撞击的不平衡性有关,颗粒越小,温度越高,撞击的不平衡性越明显 ③布朗运动永不停息
①产生的根本原因相同,都是因为分子永不停息地做无规则运动 ②它们都随温度的升高而表现得越明显
[活动2]分子动理论的理解
例3　(2023·上饶统考)关于分子动理论,下列说法正确的是(　　)。
A.把温度降到0 ℃,分子热运动将停止
B.阳光从缝隙射入教室,从阳光中看到的尘埃的运动是布朗运动
C.温度越高,扩散现象和布朗运动都越剧烈
D.一个氧分子的体积等于氧气的摩尔体积除以阿伏加德罗常数
　　答案　C
解析　物体分子永不停息地做无规则运动,温度降到0 ℃时,分子热运动不会停止,A项错误;尘埃运动是空气流动引起的,不是布朗运动,B项错误;扩散现象和布朗运动都反映了分子的无规则运动,温度越高,分子热运动越剧烈,扩散现象和布朗运动也越剧烈,C项正确;由于气体分子的间距大于分子直径,因此氧气的摩尔体积除以阿伏加德罗常数得到的是一个氧分子所占的体积,不是氧分子的体积,D项错误。
【随堂检测】
1.(任务1)关于分子间的作用力,下列说法中正确的是(其中r0为两分子处于平衡位置时的距离)(　　)。
A.两个分子间距离小于r0时,分子间只有斥力
B.两个分子间距离大于r0时,分子间只有引力
C.压缩物体时,分子间斥力增大,引力减小
D.拉伸物体时,分子斥力和引力都减小
　　答案　D
解析　分子间的引力和斥力是同时存在的,当r>r0时,它们的合力表现为引力;当r点评　牢记分子间的相互作用力随分子间距离的变化规律是快速解决问题的关键。对于分子力的特点,要抓住三个“同”:分子间的引力和斥力是同时存在的;随着分子间距离变化,分子引力和斥力是同增或同减的。
2.(任务1)(2023·广西统考)分子间相互作用力(F)随分子间距离(r)变化的关系图像如图所示。关于分子间相互作用力的判断,下列说法正确的是(　　)。
A.分子间的距离增大,分子间相互作用力一定会减小
B.分子间的距离减小,分子间相互作用力一定会减小
C.当两分子间的作用力表现为斥力时,两分子间的距离一定大于r0
D.当两分子间的距离为1.1r0时,两分子间的作用力表现为引力
　　答案　D
解析　当rr0,分子间的距离增大时,分子间相互作用力会先增大后减小;同理,分子间的距离减小,分子间相互作用力不一定会减小,A、B两项错误。当两分子间的作用力表现为斥力时,两分子间的距离一定小于r0,C项错误。当两分子间的距离为1.1r0>r0时,两分子间的作用力表现为引力,D项正确。
3.(任务2)(2023·广州统考)关于分子动理论,下列说法正确的是(　　)。
A.扩散现象说明分子间存在相互作用力
B.1 mol水中包含的水分子数是6.02×1023个
C.气体很容易被压缩,说明气体分子之间存在引力
D.显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动,这是分子的运动
　　答案　B
解析　扩散现象说明分子间存在间隙并且在不停地做无规则运动,A项错误;根据mol这个单位的定义,1 mol任何物质中包含的分子数都是6.02×1023个,B项正确;气体分子间作用力较小,对于是否能被压缩影响不大,气体分子间距离较大是气体容易被压缩的主要原因,C项错误;显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动,反映了水分子运动的无规则性,但并不是分子的运动,D项错误。
导图构建
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