2018-2019学年物理选修3-3：1.1.2+分子的热运动+Word版含答案

1.1.2　分子的热运动
学习目标
核心提炼
1.了解扩散现象是由分子的热运动引起的。
1个现象——扩散现象
2个运动——布朗运动、热运动
2个原因——扩散现象引起的原因、布朗运动产生的原因
2.知道布朗运动的特点及产生原因，了解布朗运动与分子热运动的区别和联系。
3.了解扩散现象、布朗运动与分子热运动的区别和联系。
4.知道分子热运动的无规则性和随温度的升高而加剧。
一、扩散现象
1.定义：不同物质能够彼此进入对方的现象。
2.产生原因：扩散现象不是外界作用引起的，而是分子无规则运动的直接结果，是分子无规则运动的宏观反映。
3.发生环境：物质处于固态、液态和气态时，都能发生扩散现象。
4.影响因素
(1)浓度差：总是从浓度大向浓度小处扩散，两边浓度相同时，保持动态平衡；
(2)物态：气态扩散最显著，液态次之，固态最慢；
(3)温度：在两种物质一定的前提下，温度越高，扩散现象越显著。
5.特点：(1)永不停息；(2)无规则性。
6.意义：证明了物质分子永不停息地做无规则运动。
7.应用举例：在高温条件下通过分子的扩散，在纯净半导体材料中掺入其他元素。
思维拓展
图1
图1为研究溴蒸气的扩散现象、硫酸铜溶液的扩散现象的实验图。
(1)甲、乙两个实验现象的产生是由外界作用(如对流、重力作用等)引起的吗？
_______________________________________________________________。
(2)扩散现象产生的实质是什么？
________________________________________________________________。
(3)甲、乙两实验还说明了什么问题？
①甲实验说明了________________________________________________。
②乙实验说明了_________________________________________________。
(4)扩散现象能在固体中发生吗？试举例说明。
_______________________________________________________________。
(5)把一碗小米倒入一袋玉米中，小米进入玉米的间隙中，这一现象是否属于扩散现象？
_______________________________________________________________。
(6)扩散现象说明了什么问题？
①______________________________________________________________。
②______________________________________________________________。
答案　(1)扩散现象不是由外界作用(如对流、重力作用等)引起的，也不是化学反应的结果。
(2)分子的无规则运动。
(3)①扩散现象可以在气体中发生。
②扩散现象可以在液体中发生。
(4)扩散现象可以在固体中发生，如石头和煤长时间埋在一起，由于扩散变成了黑色的煤矸石。
(5)扩散现象是指由于分子的无规则运动，不同物质的分子彼此进入对方的现象。但上述现象中不是分子运动的结果，而是两种物质的混合，所以不属于扩散现象。
(6)①分子间有间隙。②组成物质的分子在不停地运动着。
二、布朗运动
1.定义：悬浮在液体(或气体)中的固体微粒的不停的无规则运动。它首先是由英国植物学家布朗在1827年用显微镜观察悬浮在水中的花粉微粒时发现的。
2.研究对象：悬浮在液体或气体中的固体小颗粒，不是固体颗粒中的单个分子，也不是液体分子。
3.产生的原因：大量液体或气体分子对悬浮微粒撞击的不平衡造成的。
4.运动特点：(1)永不停息；(2)无规则。
5.影响因素：微粒的大小和温度的高低。
(1)固体颗粒越小，布朗运动越显著；
(2)温度越高，布朗运动越剧烈。
6.意义：悬浮微粒的无规则运动不是分子的运动，但是它间接地反映了液体或气体分子的无规则运动。
思维拓展
如图2甲、乙为观察“小炭粒的布朗运动”的实验图，图丙为每隔30 s炭粒的运动位置连线图。根据实验回答以下问题：
图2
(1)小炭粒的运动是由外界因素引起的吗？
(2)图丙中描绘出的曲线是小炭粒的运动轨迹吗？
答案　(1)不是。(2)不是运动轨迹，是每隔30 s小炭粒运动位置的连线。
三、热运动
1.定义：分子永不停息的无规则运动。
2.宏观表现：布朗运动和扩散现象。
3.特点
(1)永不停息；
(2)运动无规则；
(3)温度越高，分子的热运动越激烈。
4.布朗运动与扩散现象的区别与联系
布朗运动
扩散现象
区别
研究对象不同
固体小微粒的运动
物质分子的运动
产生原因不同
液体(或气体)分子对微粒撞击的不平衡性产生的
分子的无规则运动产生
发生条件不同
在液体或气体中发生
固体、液体和气体中都能发生
影响因素不同
温度和微粒大小
温度、物态及两种物质的浓度差
联系
(1)都是温度越高，现象越明显。
(2)都能反映分子不停地做无规则运动。
5.布朗运动与热运动的区别与联系
布朗运动
热运动
不同点
研究对象
悬浮于液体中的微粒
分子
观察难易程度
可以在显微镜下看到，肉眼看不到
在显微镜下看不到
相同点
(1)无规则；(2)永不停息；(3)温度越高越激烈
联系
周围液体(气体)分子的热运动是布朗运动产生的原因，布朗运动反映了分子的热运动
思考判断
(1)扩散现象和布朗运动都与温度有关，它们都叫热运动。(×)
(2)高速运动的物体，其内部分子的热运动一定更激烈。(×)
(3)温度降低，分子的热运动变慢。当温度降低到0℃以下时，分子就停止运动了。(×)
　对扩散现象的分析
[要点归纳]　
1.扩散现象
(1)扩散现象除温度外不受外界影响，是由物质分子的无规则运动产生的。
(2)物质处于固态、液态和气态时均发生扩散现象，只是气态物质的扩散现象最显著；常温下物质处于固态时扩散现象非常不明显。
(3)在两种物质形态相同时，扩散现象发生的显著程度与物质的温度有关，温度越高，扩散现象越显著，这表明温度越高，分子运动得越剧烈。
(4)扩散现象的显著程度还受到“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，扩散现象发生得就较缓慢。
2.意义：从微观机理上看，扩散现象说明了物质分子都在做永不停息的无规则运动，扩散现象是分子永不停息地做无规则运动的直接证据。
[精典示例]
[例1] (多选)关于扩散现象，下列说法正确的是(　　)
A.温度越高，扩散进行得越快
B.扩散现象是不同物质间的一种化学反应
C.扩散现象是由物质分子无规则运动产生的
D.扩散现象在气体、液体和固体中都能发生
E.液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的
解析　根据分子动理论，温度越高，扩散进行得越快，故A正确；扩散现象是由物质分子无规则运动产生的，不是化学反应，故C正确，B错误；扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，故D正确；液体中的扩散现象不是由于液体的对流形成的，是液体分子无规则运动产生的，故E错误。
答案　ACD
影响扩散现象明显程度的因素
(1)物态：扩散现象在气态物质中最快最显著，液态物质中次之，固态物质中最不明显。
(2)温度：在两种物质一定的前提下，扩散现象发生的明显程度与物质的温度有关，温度越高，扩散现象越显著。
(3)浓度差：两种物质的浓度差越大，扩散现象越显著。　　　　　　
[针对训练1] (多选)关于扩散现象，下列说法中正确的是(　　)
A.扩散现象表明分子做无规则运动
B.气体发生扩散，固体、液体之间不发生扩散
C.扩散的快慢与温度有关
D.打开香水瓶，房间另一端过会儿才有香味，是因为分子运动慢
解析　扩散是不同物质能够彼此进入对方的现象，表明分子做无规则运动，A正确；固体、液体分子也在不停地做无规则运动，所以也会发生扩散，B错误；温度越高时，物体内分子无规则运动的速率越大，扩散就越快，反之亦然，C正确；分子的运动是十分混乱的、无规则的。分子热运动速率虽然很大(约几百米每秒)，但无规则运动过程中与其他分子不断碰撞使分子沿迂回曲折路线运动，所以要嗅到香味必须经过一段时间，故D错误。
答案　AC
　对布朗运动和热运动的理解
[要点归纳]　
1.对布朗运动的理解
(1)微粒的大小：做布朗运动的微粒是由许多分子组成的固体颗粒(注意不是分子)。其大小用人眼直接观察不到，但在光学显微镜下可以看到(其大小数量级为10－6 m)。
(2)布朗运动产生的原因：液体分子不停地做无规则运动，不断地撞击微粒。悬浮的微粒足够小时，来自各个方向的液体分子撞击作用力不平衡，在某一瞬间，微粒在某个方向受到的撞击作用较强，在下一瞬间，微粒受到另一方向的撞击作用较强，这样，就引起了微粒的无规则运动。
(3)实质及意义：布朗运动实质是由液体分子与悬浮颗粒间相互作用引起的，反映了液体分子的无规则运动。
2.影响布朗运动的因素
(1)固体微粒的大小。悬浮在液体中的微粒越小，在某一瞬间跟它相撞的液体分子数越少，撞击作用的不平衡性就表现得越明显，因而布朗运动越明显；如果悬浮在液体中的微粒很大，在某一瞬间跟它相撞的分子数很多，各个方向的撞击作用接近平衡，这时就很难观察到布朗运动了。
(2)液体温度的高低。相同的颗粒悬浮在同种液体中，液体温度越高，分子运动的平均速率越大，对悬浮颗粒的撞击作用也越大，颗粒受到来自各个方向的冲击作用的不平衡性越明显，所以温度越高，布朗运动就越显著。
3.对热运动的理解
(1)所谓分子的“无规则运动”，是指由于分子之间的相互碰撞，每个分子的运动速度无论是方向还是大小都在不断地变化。标准状况下，一个空气分子在1 s内与其他空间分子的碰撞高达65亿次，所以大量分子的运动是十分混乱的，也就是说是无规则的。
(2)热运动是对大量分子而言的，对个别分子无意义。
(3)分子热运动的剧烈程度虽然受到温度影响，温度高运动快，温度低运动慢，但分子的运动永远不会停息。
[精典示例]
[例2] (多选)关于布朗运动，下列说法正确的是(　　)
A.布朗运动是由液体或气体分子从各个方向对悬浮微粒撞击作用的不平衡引起的
B.微粒做布朗运动，充分说明了微粒内部分子是不停地做无规则运动的
C.布朗运动是无规则的，因此它说明了液体或气体分子的运动是无规则的
D.布朗运动的无规则性，是由于外界条件无规律的不断变化而引起的
解析　布朗运动是悬浮在液体或气体中的微小颗粒的无规则运动，是由液体或气体分子对微小颗粒的撞击作用的不平衡产生的，故A正确；布朗运动是指悬浮在液体或气体中的微小颗粒的运动，它不是指分子的运动。布朗运动的无规则性，是由液体或气体分子的撞击引起的，通过布朗运动，间接反映了液体或气体分子的无规则性，它不是由颗粒内部的分子无规则运动引起的，也不是由于外界条件变化引起的，故B、D错误，C正确。
答案　AC
(1)布朗运动是悬浮的固体微粒的运动，不是单个分子的运动。
(2)布朗运动是由于液体或气体分子对固体微粒撞击的不平衡而产生的，因此布朗运动间接反映周围液体或气体分子的无规则运动。
[针对训练2] 布朗运动如图3所示，它是1827年植物学家R·布朗最先用显微镜观察悬浮在水中花粉的运动而发现的，关于图中花粉颗粒的运动，下列说法正确的是(　　)
图3
A.图中的折线是花粉颗粒的运动轨迹，它说明了花粉颗粒做无规则运动
B.图中的布朗运动是指花粉颗粒的运动，反映了液体或气体分子的无规则运动
C.花粉颗粒的运动是由于外界的微小扰动而产生，排除外界的干扰后，花粉颗粒将会停止运动
D.花粉颗粒越大，单位时间内受到液体分子的撞击越多，布朗运动越明显
解析　图中的折线是花粉颗粒每隔一定时间位置的连线，不是花粉颗粒的运动轨迹，但它说明了花粉颗粒做无规则运动，故A错误；图中的布朗运动是指花粉颗粒的运动，是由于液体分子的撞击作用不平衡形成的，所以布朗运动反映了液体或气体分子的无规则运动，故B正确，C错误；花粉颗粒越大，单位时间内受到液体分子的撞击越多，受到的冲力越平衡，布朗运动越不明显，故D错误。
答案　B
1.(布朗运动与扩散现象的理解)(多选)关于布朗运动和扩散现象，下列说法正确的是(　　)
A.布朗运动和扩散现象都能在气体、液体和固体中发生
B.布朗运动和扩散现象都是分子的运动
C.布朗运动和扩散现象都是温度越高越明显
D.布朗运动和扩散现象都是永不停息的
解析　布朗运动与扩散现象条件不一样：布朗运动只能在气体、液体中发生，而扩散现象可以在固体、液体、气体任何两种物质之间发生，故A错误；布朗运动是微粒运动而不是分子的运动，故B错误；布朗运动与扩散现象的共同点是两者都是永不停息的，并且温度越高越明显，故C、D正确。
答案　CD
2.(布朗运动与扩散现象的理解)(多选)对以下物理现象分析正确的是(　　)
①从窗外射来的阳光中，可以看到空气中的微粒在上下飞舞　②上升的水蒸气的运动　③用显微镜观察悬浮在水中的小炭粒，小炭粒不停地做无规则运动　④向一杯清水中滴入几滴红墨水，红墨水向周围运动
A.①②③属于布朗运动
B.④属于扩散现象
C.只有③属于布朗运动
D.①③属于布朗运动
解析　扩散现象是指不同物质彼此进入对方的现象，而布朗运动是指固体小颗粒的无规则运动。观察布朗运动必须在高倍显微镜下，肉眼看到的颗粒不属于做布朗运动的颗粒。由以上分析可判断选项B、C正确。
答案　BC
3.(分子热运动的理解)对分子的热运动，以下叙述中正确的是(　　)
A.分子的热运动就是布朗运动
B.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相同
C.气体分子的热运动不一定比液体分子激烈
D.物体运动的速度越大，其内部分子的热运动就越激烈
解析　分子的热运动是分子永不停息的无规则运动，而布朗运动是悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动，不是分子的运动，故A错误；分子无规则运动的激烈程度只与物体的温度有关，物体的温度越高，分子的热运动就越激烈，这种运动是物体内部分子的运动，属微观的范畴，与物体的宏观运动没有关系，也与物体的物态没有关系，故B、D错误。
答案　C
4.(分子热运动的理解)(多选)近几年我国多个城市的PM2.5数值突破警戒线，受影响最严重的是京津冀地区，雾霾笼罩，大气污染严重。PM2.5是指空气中直径等于或小于2.5微米的悬浮颗粒物，其漂浮在空中做无规则运动，很难自然沉降到地面，吸入后对人体形成危害。矿物燃料燃烧的排放是形成PM2.5的主要原因。下列关于PM2.5的说法中正确的是(　　)
A.PM2.5的尺寸与空气中氧分子的尺寸的数量级相当
B.PM2.5在空气中的运动属于布朗运动
C.温度越低PM2.5运动越剧烈
D.倡导低碳生活，减少煤和石油等燃料的使用，能有效减小PM2.5在空气中的浓度
E.PM2.5中颗粒小一些的，其颗粒的运动比其他颗粒更为剧烈
解析　“PM2.5”是指直径小于等于2.5微米的颗粒物，PM2.5尺寸远大于空气中氧分子的尺寸的数量级，故A错误；PM2.5在空气中的运动是固体颗粒的运动，属于布朗运动，故B正确；PM2.5受大量空气分子对PM2.5无规则碰撞，温度越高，空气分子对颗粒的撞击越剧烈，则PM2.5的运动越激烈，故C错误；导致PM2.5增多的主要原因是环境污染，故应该提倡低碳生活，有效减小PM2.5在空气中的浓度，故D正确；PM2.5中颗粒小一些的，空气分子对颗粒的撞击越不平衡，其颗粒的运动比其他颗粒更为剧烈，故E正确。
答案　BDE
基础过关
1.(多选)在下列给出的四种现象中，属于扩散现象的有(　　)
A.有风时，尘土飞扬到空中
B.将沙子倒入石块中，沙子要进入石块的空隙
C.把一块铅和一块金的接触面磨平、磨光后，紧紧地压在一起，几年后会发现铅中有金
D.在一杯热水中放几粒盐，整杯水很快会变咸
答案　CD
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地无规则运动
B.扩散现象与布朗运动没有本质的区别
C.扩散现象突出说明了物质的迁移规律，布朗运动突出说明了分子运动的无规则性规律
D.扩散现象与布朗运动都与温度有关
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项错误；两者的实验现象说明了分子运动的两个不同侧面的规律，则A、C项正确；两种运动随温度的升高而加剧，所以都与温度有关，D项正确。
答案　ACD
3.通常萝卜腌成咸菜需要几天，而把萝卜炒成熟菜，使之具有相同的咸味只需几分钟，那么造成这种差别的主要原因是(　　)
A.加热后盐分子变小了，很容易进入萝卜中
B.炒菜时萝卜翻动地快，盐和萝卜接触多
C.加热后萝卜分子间空隙变大，易扩散
D.炒菜时温度高，分子热运动激烈
解析　在扩散现象中，温度越高，扩散得越快。在腌萝卜时，是盐分子在常温下的扩散现象，炒菜时，是盐分子在高温下的扩散现象，因此，炒菜时萝卜咸得快，腌菜时萝卜咸得慢，选项A、B、C错误，D正确。
答案　D
4.关于布朗运动，下列说法中正确的是(　　)
A.说明了悬浮颗粒做无规则运动的剧烈程度与温度无关
B.布朗运动是组成固体微粒的分子无规则运动的反映
C.布朗运动是液体或气体分子无规则运动的反映
D.观察时间越长，布朗运动越显著
解析　布朗运动是固体颗粒的无规则运动，其剧烈程度与温度和颗粒大小有关，与时间无关，选项C正确，A、B、D错误。
答案　C
5.下列说法中正确的是(　　)
A.热的物体中的分子有热运动，冷的物体中的分子无热运动
B.气体分子有热运动，固体分子无热运动
C.高温物体的分子热运动比低温物体的分子热运动激烈
D.运动物体中的分子热运动比静止物体中的分子热运动激烈
解析　不论物体处于何种状态以及温度高低，分子都是不停地做无规则运动，其剧烈程度也只跟温度有关，所以C正确，A、B、D错误。
答案　C
6.甲、乙两杯水，水中均有颗粒在做布朗运动，经显微镜观察后，发现甲杯中的布朗运动比乙杯中的布朗运动激烈，则下列说法中正确的是(　　)
A.甲杯中的水温高于乙杯中的水温
B.甲杯中的水温等于乙杯中的水温
C.甲杯中的水温低于乙杯中的水温
D.条件不足，无法确定
解析　布朗运动的激烈程度跟温度和颗粒大小两个因素有关系，所以无法判断哪杯水的温度高，D正确，A、B、C错误。
答案　D
7.(多选)下面列举的现象，能说明分子是不断运动着的是(　　)
A.将香水瓶盖打开后能闻到香味
B.汽车开过后，公路上尘土飞扬
C.洒在地上的水，过一段时间就干了
D.悬浮在水中的花粉做无规则的运动
解析　扩散现象和布朗运动都能说明(直接和间接)分子在不停地做无规则运动。香水的扩散、水分子在空气中的扩散以及悬浮在水中的花粉受水分子撞击而运动都说明了分子是不断运动的，A、C、D均正确；而尘土不是单个分子，是颗粒，尘土飞扬不是分子的运动，B错误。
答案　ACD
能力提升
8.液体中悬浮的固体颗粒越小，布朗运动越明显，这是因为颗粒小时(　　)
A.质量小，沿某一方向运动的机会大
B.被碰的机会小，自由运动的可能性大
C.受液体分子阻碍的机会小，容易运动
D.受各个方向液体分子撞击的冲力不平衡的机会大
解析　布朗运动是悬浮颗粒受液体分子撞击的不平衡造成的，微粒越小，同一时刻来自不同方向撞击的分子数就越少，撞击效果就越不平衡，微粒质量越小，运动状态也越容易改变。D正确。
答案　D
9.(多选)下列哪些现象属于热运动(　　)
A.把一块平滑的铅板叠放在平滑的铝板上，经相当长的一段时间再把它们分开，会看到它们相接触的面都是灰蒙蒙的
B.把胡椒粉末放入菜汤中，最后胡椒粉末会沉在汤碗底，而我们喝汤时尝到了胡椒的味道
C.含有泥沙的水经一定时间会澄清
D.用砂轮打磨而使零件的温度升高
解析　热运动在微观上是指分子的运动，如扩散现象；在宏观上表现为温度的变化，如“摩擦生热”、物体的热传递等。而水的澄清过程是由于泥沙在重力作用下的沉淀，不是热运动，C错误，A、B、D正确。
答案　ABD
10.某同学做布朗运动实验，得到某个观测记录如图1所示，关于该记录下列说法正确的是(　　)
图1
A.图中记录的是某个液体分子做无规则运动的情况
B.图中记录的是某个布朗微粒的运动轨迹
C.图中记录的是某个微粒做布朗运动的速度—时间图线
D.图中记录的是按等时间间隔依次记录的某个布朗微粒位置的连线
解析　微粒在周围液体分子无规则碰撞作用下做布朗运动，轨迹是无规则的，实际操作中不易描绘出微粒的实际轨迹。而按等时间间隔依次记录的某个运动微粒位置连线的无规则，也能充分反映微粒布朗运动的无规则性，本实验记录的正是某一微粒位置的连线，故选项D正确。
答案　D
11.下列关于热运动的说法中正确的是(　　)
A.分子热运动是指扩散现象和布朗运动
B.分子热运动是物体被加热后的分子运动
C.分子热运动是单个分子做永不停息的无规则运动
D.分子热运动是大量分子做永不停息的无规则运动
解析　分子热运动是指大量分子做无规则运动，不是单个分子做无规则运动，物体被加热、不被加热，其分子都在进行着热运动，故B、C错误，D正确；扩散现象和布朗运动证实了分子的热运动，但热运动不是指扩散现象和布朗运动，A错误。
答案　D
12.“花气袭人知骤暖，鹊声穿树喜新晴。”这是南宋诗人陆游《村居书喜》中的两句诗，描写春季天暖、鸟语花香的山村美景。对于前一句，从物理学的角度可以理解为花朵分泌出的芳香分子运动速度加快，说明当时周边的气温突然________，属于________现象。
解析　诗句中“花气袭人”说明发生了扩散现象，而造成扩散加快的直接原因是“骤暖”，即气温突然升高造成的，从物理学的角度看就是当周围气温升高时，花香扩散加剧。
答案　升高　扩散