人教版高中物理选择性必修第三册第一章分子动理论第1节分子动理论的基本内容课件（56页PPT）

(共56张PPT)
[学习目标]
1.知道分子动理论的三个基本要点。
2.认识物体是由大量分子组成的，能够建立两种模型进行宏观量和微观量的计算。
3.理解扩散现象、布朗运动和热运动的区别及影响因素和本质。
4.理解分子间的作用力的概念，知道分子间的作用力随分子间距离变化的特点。
1.物体的组成
(1)研究对象：在研究物体的热运动性质和规律时，把组成物质的分子、原子或者离子统称为热学上的____。
(2)分子大小：多数分子直径的数量级为10-10 m。
2.阿伏加德罗常数
(1)定义：1 mol的任何物质都含有____的粒子数，这个数量用阿伏加德罗常数表示。
(2)数值：NA＝__________mol-1。
3.观察分子的方法
人们用肉眼和高倍的光学显微镜都无法直接看到分子，用放大到几亿倍的扫描隧道显微镜，才观察到物质表面原子的排列。
分子
相同
6.02×1023
4.微观量与宏观量间的关系
阿伏加德罗常数是宏观量和微观量之间的桥梁。宏观量：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ρ等。
微观量：单个分子的质量m0、单个分子的体积V0等。各量之间关系如图所示。
[易错辨析]
(1)物体是由大量分子组成的，分子是不可再分的最小单元。( )
(2)本节所说的“分子”，既包含化学中的分子，也包含原子和离子。( )
(3)无论是有机物质，还是无机物质，分子大小的数量级都是10-10 m。( )
(4)高倍的光学显微镜能够直接看到分子。( )
×
√
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[例1]　纳米材料具有很多优越性能，有着广阔的应用前景。已知1 nm(纳米)＝10-9 m，边长为1 nm的立方体可容纳的液态氢分子(其直径约为10-10 m)的个数最接近下面的哪一个数值(　　)
A.102 B.103
C.106 D.109
解析　边长为1 nm的立方体体积为V＝10-27 m3，一个氢分子的体积的数量级为10-30 m3，所容纳的液态氢分子的个数约为10-27÷10-30＝103个，故选B。
B
[例2]　PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5 μm的颗粒物，它能较长时间悬浮在空气中，其在空气中的含量(浓度)越高，就代表空气污染越严重，PM2.5也是形成雾霾天气的主要原因。北京曾经出现严重雾霾，PM2.5指标数高达300 μg/m3。已知该颗粒物的平均摩尔质量为40 g/mol，试估算该地区1 m3空气中含有这种颗粒物的数目(阿伏加德罗常数取6.0×1023 mol-1，结果保留一位有效数字)。
答案　5×1018个
1.扩散
(1)定义：不同种物质能够彼此_____对方的现象。
(2)产生原因：物质分子的______运动。
(3)意义：是物质分子________地做无规则运动的证据之一。
(4)应用：在生产半导体器件时，需要在纯净半导体材料中掺入其他元素。这一过程可以在高温条件下通过分子的扩散来完成。
进入
无规则
永不停息
2.布朗运动
(1)现象：悬浮微粒在液体(或气体)中的______运动。
(2)产生原因：大量液体(或气体)分子对悬浮微粒撞击的______造成的。
(3)运动特点
①温度越高，布朗运动越____。
②无规则。
③微粒越小，布朗运动越____。
(4)意义：间接地反映了液体(或气体)分子运动的_______性。
3.热运动
(1)定义：分子永不停息的无规则运动。
(2)温度是分子热运动_________的标志。
无规则
不平衡
明显
明显
无规则
剧烈程度
[思考探究]
在两个相同的玻璃杯中分别装入质量相等的冷水和热水，然后，在两杯水中同时滴入等量的蓝黑墨水。一段时间后，两个杯子中的蓝黑墨水呈现出如图所示的扩散现象。请你解释这种现象。
提示　扩散快慢与温度有关，温度越高，扩散越快。
[例3]　(多选)下列说法正确的是(　　)
A.扩散现象是由物质分子无规则运动产生的
B.布朗运动是液体分子的运动，它说明分子永不停息地做无规则运动
C.热运动是分子的无规则运动，同种物质的分子的热运动激烈程度一定相同
D.扩散现象、布朗运动和分子热运动都随温度的升高而变得剧烈
解析　扩散现象是由物质分子无规则运动产生的，故A正确；布朗运动是指固体悬浮颗粒的无规则运动，不是液体分子的无规则运动，故B错误；热运动是大量分子的无规则运动，同种物质的分子的热运动剧烈程度可能不同，故C错误；扩散现象、布朗运动和分子热运动都随温度的升高而变得剧烈，故D正确。
AD
[例4]　我国已开展空气中PM2.5浓度的监测工作。PM2.5是指空气中直径等于或小于2.5 μm的悬浮颗粒物，其飘浮在空中做无规则运动，很难自然沉降到地面，吸入后对人体造成危害，矿物燃料燃烧的排放物是形成PM2.5的主要原因。下列关于PM2.5的说法正确的是(　　)
A.PM2.5在空气中的运动属于分子热运动
B.PM2.5的质量越大，其无规则运动越剧烈
C.温度越低，PM2.5的无规则运动越剧烈
D.PM2.5的运动轨迹是由大量空气分子对PM2.5无规则碰撞的不平衡和气流运动决定的
D
解析　PM2.5在空气中的运动是固体颗粒的运动，不是分子的热运动，故A错误；PM2.5的质量越小，其无规则运动越剧烈，故B错误；PM2.5是指空气中直径等于或小于2.5 μm的悬浮颗粒物，其飘浮在空中做无规则运动，故温度越高，PM2.5的无规则运动越剧烈，故C错误；PM2.5受大量空气分子的无规则碰撞和风力作用，而形成不规则的运动轨迹，故D正确。
[总结提升]　扩散现象、布朗运动与热运动的比较
项目 扩散现象 布朗运动 热运动
活动主体 分子 固体微小颗粒 分子
区别 是分子的运动，物质处于固态、液态和气态时均能发生 是比分子大得多的颗粒的运动，只能在液体、气体中发生 是分子的运动，不能通过光学显微镜直接观察到
共同点 (1)都是无规则运动
(2)都随温度的升高而更加剧烈
联系 扩散现象、布朗运动都反映了分子做无规则的热运动
1.分子间有空隙
(1)气体分子间的空隙：气体很容易被____，说明气体分子之间存在着很大的空隙。
(2)液体分子间的空隙：水和酒精混合后的总体积会____，表明液体分子间存在着空隙。
(3)固体分子间的空隙：压在一起的金块和铅块，各自的分子能____到对方的内部，说明固体分子之间也存在着空隙。
压缩
变小
扩散
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____。
(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____。
引力
斥力
(3)分子间的作用力F与分子间距离r的关系(如图所示)。
①当r＜r0时，分子间的作用力F表现为____。
②当r＝r0时，分子间的作用力F为__，这个位置称为________。
③当r＞r0时，分子间的作用力F表现为____。
(4)产生原因：由_________的带电粒子的相互作用引起的。
斥力
0
平衡位置
引力
原子内部
3.分子动理论
(1)基本内容：物体是由________组成的，分子在做永不停息的______运动，分子之间存在着__________。
(2)定义：在热学研究中常常以上述基本内容为出发点，把物质的热学性质和规律看作微观粒子热运动的宏观表现。这样建立的理论叫作分子动理论。
(3)对于任何一个分子而言，在每一时刻沿什么方向运动，以及运动的速率等都具有______；但是对于大量分子的整体而言，它们的运动却表现出_______。
大量分子
无规则
相互作用力
偶然性
规律性
[易错辨析]
(1)当两个物体紧靠在一起时，并没有粘在一起是因为此时两个物体间的分子力表现为斥力。( )
(2)水的体积很难被压缩，这是分子间存在斥力的宏观表现。( )
(3)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。( )
(4)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，这就是分子间存在引力的宏观表现。( )
(5)用力拉铁棒的两端，铁棒没有断，这就是分子间存在引力的宏观表现。( )
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√
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√
[例5]　甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于r轴上，甲、乙两分子间的作用力与分子间距离的关系图像如图所示。现把乙分子从r3处由静止释放，则(　　)
C
A.乙分子从r3到r1先减速后加速
B.乙分子从r3到r2过程中，两分子间的作用力表现为引力，
从r2到r1过程中两分子间的作用力表现为斥力
C.乙分子从r3到r1过程中，分子间的作用力先增大后减小
D.乙分子从r3到距离甲最近的位置过程中，两分子间的作用力先减小后增大
解析　根据题图可知，从r3到r1分子间的作用力表现为引力，且分子间的作用力先增大后减小，故乙分子做加速运动，故A、B错误，C正确；根据题图可知，乙分子从r3到距离甲最近的位置过程中，两分子间的作用力先增大后减小再增大，故D错误。
[例6]　当两个分子间的距离为r0时，正好处于平衡状态，下列关于分子间的作用力与分子间距离的关系的说法正确的是(　　)
A.当分子间的距离rB.当分子间的距离r＝r0时，分子不受力
C.当分子间的距离从0.5r0增大到10r0的过程中，分子间的引力和斥力都在减小，且斥力比引力减小得快
D.当分子间的距离从0.5r0增大到10r0的过程中，分子间作用力的合力在逐渐减小
C
解析　分子间相互作用的引力和斥力是同时存在的，当r＝r0时，F引＝F斥，每个分子所受的合力为零，并非不受力；当rF引，合力表现为斥力，并非只受斥力，故A、B错误；当分子间的距离从0.5r0增大到10r0的过程中，分子间的引力和斥力都减小，而且斥力比引力减小得快，分子间作用力的合力先减小到零，之后先增大再减小，故C正确，D错误。
[总结提升]
分子间的作用力问题的分析
(1)分子间同时存在分子引力和分子斥力。
(2)分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，斥力减小得更快。
(3)分子间的作用力是指分子间引力和斥力的合力。
(4)分子间的作用力比较复杂，要抓住两个关键点：一是r＝r0时，分子间的作用力为零，此时分子间引力和斥力大小相等，均不为零；二是r≥10r0 时，分子间的作用力很小，引力、斥力均可近似看作零。
[例7]　(多选)分子动理论较好地解释了物质的宏观热学性质，据此可判断下列说法正确的是(　　)
A.显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这间接地反映了液体分子运动的无规则性
B.分子间的相互作用力随分子间距离的增大，一定先减小后增大
C.分子间引力随着分子间距离的增大，可能先减小后增大
D.在真空、高温条件下，可以利用分子扩散向半导体材料中掺入其他元素
AD
解析　小炭粒做布朗运动间接地反映了液体分子的无规则运动，故A正确；分子间的作用力在分子间距r1.(微观量和宏观量间的关系)绿氢是指利用可再生能源分解水得到的氢气，其燃烧时只产生水，从源头上实现了二氧化碳零排放，是纯正的绿色新能源，在全球能源转型中扮演着重要角色。已知该气体的摩尔体积为22.4 L/mol，摩尔质量为2 g/mol，阿伏加德罗常数为6.02×1023 mol-1，由以上数据不能估算出(　　)
A.每个气体分子的质量 B.每个气体分子的体积
C.每个气体分子占据的空间体积 D.气体分子之间的平均距离
B
2.(分子热运动)关于布朗运动，下列说法正确的是(　　)
A.布朗运动是指在显微镜中看到的液体分子的无规则运动
B.布朗运动反映了固体分子永不停息的无规则运动
C.悬浮微粒越大，布朗运动越显著
D.液体温度越高，布朗运动越显著
解析　布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，不是分子的无规则运动，A错误；布朗运动反映的是液体(或气体)分子的无规则运动，B错误；布朗运动与悬浮微粒的大小有关，微粒越大，布朗运动越不明显，C错误；布朗运动与液体的温度有关，温度越高，布朗运动越显著，D正确。
D
3.(分子间的作用力)(多选)关于分子间的作用力的表述，下列说法正确的是(　　)
A.固体很难被压缩，说明分子间存在斥力
B.将两块铅压紧以后能连成一块，说明分子间存在引力
C.水和酒精混合后的体积小于原来的体积之和，说明分子间存在引力
D.固体很难被拉伸，也很难被压缩，说明分子间引力和斥力不同时存在
解析　在常态下，可以认为分子间的引力和斥力达到了平衡状态，使得分子之间保持相对稳定的距离。当固体受到外力压缩时，分子间的距离变小，此时表现出了斥力，故A正确；将两块铅压紧以后能连成一块，说明分子间存在引力，故B正确；水和酒精混合后的体积小于原来的体积之和，说明分子间有间隙，故C错误；分子间引力和斥力是同时存在的，固体很难被拉伸，也很难被压缩，是因为分子引力和分子斥力在不同距离有不同的表现，故D错误。
AB
4.(分子动理论)下列各种现象中运用分子动理论解释正确的是(　　)
A.用手捏面包，面包体积会缩小，这是因为分子间有空隙
B.在教室里打扫卫生时，灰尘满屋飞扬是因为分子无规则的运动
C.把一块铅和一块金的表面磨光后紧压在一起，在常温下放置四五年，结果铅和金互相渗入，这是两种金属分别做布朗运动的结果
D.用透明胶带粘贴作业纸上错误的字迹是分子间作用力的表现
D
解析　用手捏面包，面包的体积会缩小，是由于在烤制面包的过程中，气体使得面包内存在大量空腔，用手去捏，会使这些空腔缩小，面包内空气被挤出，选项A错误；在教室里打扫卫生时，灰尘满屋飞扬，灰尘是可见的，这是固体小颗粒的机械运动，不是分子无规则运动，选项B错误；把一块铅和一块金的表面磨光后紧压在一起，在常温下放置四五年，结果铅和金互相会渗入，该现象属于扩散现象，选项C错误；撕扯粘在纸上的透明胶带时，胶带与纸分子之间距离变大，分子间作用力表现为引力，所以可以粘去纸上写错的字，是分子间作用力的表现，选项D正确。
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[基础巩固练]
1.(多选)物质是由大量分子组成的，下列相关说法正确的是(　　)
A.1 mol任何物质都含有相同的微粒数
B.阿伏加德罗常数用符号NA表示，在通常的计算中取NA＝6.02×1023 mol-1
C.分子很小，我们无论通过什么方式方法都无法看到它
D.分子很小，虽肉眼看不到，但在高倍光学显微镜下可以观测到
解析　1 mol任何物质都含有相同的微粒数，阿伏加德罗常数用符号NA表示，在通常的计算中取NA＝6.02×1023 mol-1，故A、B正确；分子很小，即使用高倍光学显微镜也无法观测到，用电子显微镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜等精密仪器才能观测到，故C、D错误。
AB
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BC
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3.下列关于扩散现象的说法错误的是(　　)
A.尘土飞扬是扩散现象
B.扩散现象说明分子在做无规则运动且分子之间是有空隙的
C.利用扩散现象研究分子的运动采用了转换法
D.在真空、高温条件下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素
解析　尘土飞扬不是分子的运动，不是扩散现象，选项A错误；扩散现象是指相互接触的物体彼此进入对方的现象，且温度越高，扩散进行得越快，扩散现象说明了分子在做无规则运动，且分子之间是有间隙的，研究过程采用的是转换法，选项B、C正确；扩散现象可发生在固体、液体与气体间，因为分子是运动的，分子间有间隙，故在真空、高温条件下，可以利用分子扩散向半导体材料掺入其他元素，选项D正确。
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4.(多选)如图是关于扩散现象的三幅图片，下列说法正确的是(　　)
AC
A.图甲中墨汁和水彼此进入对方，温度越高，扩散越快，说明扩散快慢与温度有关
B.图乙中液溴变成溴蒸气，说明扩散现象只能在同种物质的不同状态之间发生
C.图丙说明扩散现象能在固体之间发生
D.三图所示的扩散现象使人们直接看到了分子的运动
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解析　题图甲中墨汁和水彼此进入对方，温度越高扩散越快，说明扩散快慢与温度有关，故A正确；不同物质之间，由于分子的热运动，总存在着扩散现象，只是快慢不同(受温度、物体形态等因素影响)，扩散现象存在于液体、气体、固体之间，故B错误，C正确；扩散现象表明分子处于永不停息的无规则运动状态，但分子太小，肉眼不可直接观察到分子的运动，故D错误。
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5.(2025·河北邯郸期中)小明在显微镜下观察水中悬浮的小炭粒的运动。从A 点开始，他把小炭粒每隔30 s 的位置记录在坐标纸上，依次得到B、C、D、 …、J点，把这些点连线形成如图所示的折线图，则关于该小炭粒的运动，下列说法正确的是(　　)
A.该折线图是小炭粒的运动轨迹
B.小炭粒的无规则运动是分子运动
C.小炭粒的无规则运动是热运动
D.经过H 点后10 s，小炭粒可能在HG 的中点处
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解析　该折线图不是小炭粒的实际运动轨迹，而是位置的连线，选项A错误；小炭粒的无规则运动不是分子运动，即小炭粒的无规则运动不是热运动，选项B、C错误；小炭粒受到水分子的碰撞，做无规则运动，所以小炭粒的无规则运动反映了水分子的无规则运动，由于运动的无规则性，所以经过H 点后10 s，我们不知道小炭粒在哪个位置，小炭粒可能在HG的中点处，选项D正确。
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6.以下现象能说明分子间存在斥力的是(　　)
A.气体总是很容易充满容器 B.水的体积很难被压缩
C.两根玻璃棒用力挤压不能粘合在一起 D.破镜不能重圆
解析　气体总是很容易充满容器，说明气体分子间的作用力很小，气体分子在做无规则运动，不能说明分子间存在斥力，故A错误；水分子间有间隙，但水的体积很难被压缩，说明分子间存在斥力，故B正确；分子间存在相互作用力，但分子间能发生作用的距离范围很小，用力挤压两根玻璃棒，因为它们分子间的距离远大于分子间的作用距离，所以不能粘合在一起，并不能说明它们分子间存在斥力，故C错误；破镜不能重圆，是因为分子间的距离远大于分子间的作用距离，故D错误。
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7.关于分子动理论，下列说法正确的是(　　)
A.0 ℃的物体中的分子不做无规则运动
B.当分子间的距离减小时，分子间的引力和斥力都增大
C.产生布朗运动的原因是悬浮在液体或者气体中的微粒永不停息地做无规则运动
D.磁铁可以吸引铁屑，这一事实说明分子间存在引力
解析　组成物质的分子做永不停息地无规则运动，故A错误；当分子间的距离减小时，分子间的引力和斥力都增大，故B正确；布朗运动是固体小颗粒受到不同方向的液体分子无规则运动产生的撞击作用的不平衡性引起的，间接证明了液体分子永不停息地做无规则运动，故C错误；磁铁可以吸引铁屑，并非分子力的作用，故D错误。
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[能力提升练]
8.(多选)甲型流感是急性呼吸道传染病，主要经呼吸道飞沫传播和密切接触传播，在相对封闭的环境中长时间暴露于高浓度气溶胶情况下存在经气溶胶传播的可能。气溶胶微粒是悬浮在大气中的肉眼不可见的微小颗粒，关于封闭环境中气溶胶微粒，下列说法正确的是(　　)
A.温度升高，气溶胶微粒运动会加快
B.气溶胶微粒越小，运动越明显
C.气溶胶微粒的运动反映了气体分子之间存在着斥力
D.当固态或液态颗粒很小时，能很长时间都悬浮在气体中，这是因为气体浮力作用
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解析　气溶胶微粒在空气中的无规则运动，可以看作布朗运动，温度越高，布朗运动越剧烈，气溶胶微粒运动会加快，故A正确；气溶胶微粒做布朗运动的原因是大量气体分子无规则运动，撞击气溶胶微粒，使其受力不平衡，气溶胶微粒越小，运动越明显，故B正确；气溶胶微粒的运动间接地反映了气体分子运动的无规则性，故C错误；当固态或液态颗粒很小时，受到气体的浮力作用微乎其微，这些颗粒能很长时间都悬浮在气体中是因为空气分子对它们的撞击作用，故D错误。
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11.计算机的CPU是使用硅材料制成的，其核心部分的面积S＝1 cm2，厚度d＝2 mm，含有各种晶体管n＝1×108个。已知硅的摩尔质量M＝2.8×10-2 kg/mol，密度ρ＝2.3×103 kg/m3，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 mol-1。求(结果均保留一位有效数字)：
(1)硅原子的体积V0。
(2)每个晶体管平均含有的硅原子数N。
答案　(1)2×10-29 m3　(2)1×1014 个
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[拓展培优练]
12.环境问题与我们的生活息息相关，比如说公共场所禁止吸烟，我们知道被动吸烟比主动吸烟害处更大。试估算一个高约2.8 m，面积约10 m2 的办公室，若只有一人吸了一支烟，求(人正常呼吸一次吸入气体300 cm3，一支烟大约吸10次，标准状态下气体的摩尔体积为22.4 L)：
(1)被污染的空气分子间的平均距离。
(2)另一不吸烟者一次呼吸大约吸入多少个被污染过的空气分子。
答案　(1)7×10-8 m　(2)8.7×1017 个
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