2019年物理粤教选修3-3学案 第一章+第三节+分子的热运动+Word版含解析

第三节分子的热运动
1．物体内部大量分子的无规则运动称为热运动，它有两种典型的宏观形式，分别为扩散现象和布朗运动。
2．无论是气体、液体，还是固体，相互接触时，都能发生物质间的相互迁移现象，这就是扩散，物态不同时，扩散的快慢不同，气态的物质扩散现象最明显，固态的物质现象最不明显。
3．布朗运动是英国植物学家布朗用显微镜观察悬浮在水中的花粉时发现的，后来人们发现，悬浮在液体或气体中的微粒都能发生这种现象。
4．产生布朗运动时，微粒周围的液体分子在永不停息地做无规则热运动，每一瞬间每个分子对微粒的冲力和方向是不确定的。合力的大小和方向也不确定，因而布朗运动也是无规则的。
5．扩散现象直接反映了物质分子的无规则运动，布朗运动间接反映了液体分子的无规则运动，但它们产生的根本原因是相同的，它们都随温度的升高而表现得越明显。
扩　散　现　象
1.定义
由于分子的无规则运动而产生的物质迁移现象。
2．对扩散现象的理解
(1)影响扩散现象的因素：
①物质处于固态、液态、气态时均能发生扩散现象，只是短时间内，气态物质扩散现象最明显，固态物质的扩散现象非常不明显。
②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，扩散现象越明显。
③扩散现象发生的明显程度还受到“已迁入对方”的分子浓度的限制，当浓度低时，扩散现象较为明显。
(2)成因分析：
扩散现象不是外界作用(例如对流、重力作用等)引起的，也不是化学反应的结果，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。
扩散现象是分子运动的宏观表现，当发生扩散的两部分的分子分布浓度相同时，扩散现象停止，但分子的运动并没有停止。
1．[多选]下列四种现象中，属于扩散现象的有(　　)
A．雨后的天空中悬浮着很多的小水滴
B．海绵吸水
C．在一杯热水中放几粒盐，整杯水很快就会变咸
D．把一块煤块贴在白墙上，几年后铲下煤发现墙中有煤
解析：选CD　扩散现象是指两种不同的分子互相渗透到对方的现象，它也是分子运动引起的。天空中的小水滴不是分子，小水滴也是由大量水分子组成的，这里小水滴悬浮于空气中并非分子运动所为，同样，海绵吸水也不是分子运动的结果，故A、B项错误。而整杯水变咸是盐分子渗透到水分子之间所致，墙中有煤也是煤分子渗透的结果，故C、D项正确。
布　朗　运　动
1.定义
人们把悬浮在液体或气体中的微粒的无规则运动叫做布朗运动。
2．产生原因
液体中许许多多做无规则运动的分子不断地撞击微小悬浮颗粒，当颗粒足够小时，受到来自各个方向的液体分子的撞击作用的不平衡产生的。
3．特点
(1)永不停息、无规则：
每个液体分子对微粒撞击时对微粒都产生冲力，由于分子的无规则运动，每一瞬间每个分子对微粒的冲力大小和方向是不确定的，合力的大小和方向随时都在改变，而这种变化是无规则的，因而布朗运动也是无规则的。
(2)微粒越小，布朗运动越明显：
悬浮微粒越小，某时刻与它相撞的分子数越少，来自各方向的冲击力越不平衡；另外微粒越小，其质量也就越小，相同冲击力下产生的加速度越大。因此微粒越小，布朗运动越明显。
(3)温度越高，布朗运动越明显：
温度越高，液体分子的运动越剧烈，分子运动的速率越大，每次撞击时对微粒的冲力越大，因而同一时刻微粒受到的各个方向的冲力的合力越大，微粒的加速度也越大，而使微粒的运动变得更剧烈。另外，温度升高，分子运动的速率增大的同时，在单位时间内分子对微粒碰撞的次数也增多，而使微粒的运动变得更剧烈。综上所述，温度越高，布朗运动越明显。
4．热运动与布朗运动
(1)热运动的定义：物体内部大量分子的无规则运动。
(2)热运动与布朗运动的关系：
热运动
布朗运动
区别
研究对象是分子，任何物体的分子都做无规则运动
研究对象是固体颗粒，颗粒越小，布朗运动越明显，在液体、气体中发生
相同点
①无规则运动　②永不停息　③与温度有关
联系
周围液体(或气体)分子的热运动是布朗运动产生的原因，布朗运动是热运动的宏观表现
(1)分子运动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止。
(2)布朗运动和扩散现象都是分子热运动的宏观表现，但布朗运动是微粒的运动，不是分子的运动。
(3)布朗运动只发生在液体或气体中的微粒上，当液体变成固体时，其中微粒的布朗运动停止，但分子运动不会停止。
2．(2017·江苏高考)甲和乙图是某同学从资料中查到的两张记录水中炭粒运动位置连线的图片，记录炭粒位置的时间间隔均为30 s，两方格纸每格表示的长度相同。比较两张图片可知：若水温相同，________(选填“甲”或“乙”)中炭粒的颗粒较大；若炭粒大小相同，________(选填“甲”或“乙”)中水分子的热运动较剧烈。
解析：影响布朗运动快慢的因素有两个，即悬浮颗粒的大小和液体温度，颗粒越小布朗运动越明显，液体温度越高布朗运动越明显，从题图可以看出，乙中炭粒的布朗运动明显，因此温度相同时，甲中炭粒的颗粒大；颗粒相同时，乙中水的温度高，水分子的热运动较剧烈。
答案：甲　乙
扩散现象的理解与分析
[例1]　[多选]如图所示，一个装有无色空气的广口瓶倒扣在装有红棕色二氧化氮气体的广口瓶上，中间用玻璃板隔开。对于抽去玻璃板后所发生的现象，(已知二氧化氮的密度比空气的密度大)下列说法正确的是(　　)
A．当过一段时间可以发现上面瓶中的气体也变成了淡红棕色
B．二氧化氮由于密度较大，不会跑到上面的瓶中，所以上面瓶不会出现淡红棕色
C．上面的空气由于重力作用会到下面的瓶中，于是将下面瓶中的二氧化氮排出了一小部分，所以会发现上面瓶中的瓶口处显淡红棕色，但在瓶底处不会出现淡红棕色
D．由于气体分子在运动着，所以上面的空气会到下面的瓶中，下面的二氧化氮也会自发地运动到上面的瓶中，所以最后上、下两瓶气体的颜色变得均匀一致
[解析]　抽去玻璃板后，空气与二氧化氮两种气体接触，将发生扩散现象。即不同的物质将彼此迁移，故A对B错；扩散现象是一种自发现象，是分子永不停息地做无规则运动的宏观反映，只要有密度差(或浓度差)扩散就会进行，直至浓度相同，颜色均匀一致，都是淡红棕色，故D对C错。
[答案]　AD
借　题　发　挥
判断这类问题需要理解以下两点：
(1)扩散现象产生的原因是构成物质的分子永不停息运动的结果。
(2)宏观上的扩散停止状态，是两部分的分子分布浓度不在变化的动态平衡状态，并不是分子运动停止的状态。
布朗运动实验的理解与辨析
[例2]　如图所示是关于布朗运动的实验，下列说法中正确的是(　　)
A．图中记录的是分子无规则运动的情况
B．图中记录的是粒子做布朗运动的轨迹
C．粒子越大，布朗运动越明显
D．温度越高，布朗运动越激烈
[解析]　布朗运动不是固体分子的无规则运动，而是大量液体分子无规则热运动时与悬浮在液体中的小颗粒发生碰撞，从而使小颗粒做无规则运动，即布朗运动是分子热运动的反映。温度越高，分子运动越激烈，布朗运动也越激烈，可见A错，D正确；粒子越小，某一瞬间跟它撞击的分子数越小，撞击作用的不平衡性表现得越明显，即布朗运动越显著，故C错；图中每个拐点记录的是粒子每隔一段时间的位置，而在这段时间内粒子做的也是无规则运动，而不是直线运动， 故B错。
[答案]　D
借　题
发　挥
　　解决有关布朗运动的问题，要充分理解布朗运动产生的原因和特点，尤其是对布朗运动的无规则性的认识，由于液体分子运动的无规则性，小颗粒在任意短暂时间内的运动都是毫无规则的。
1．[多选]扩散现象说明了(　　)
A．物体是由大量分子组成的
B．物质内部分子间存在着相互作用力
C．分子间存在着空隙
D．分子在做无规则的运动
解析：选CD　扩散现象是一种物质的分子迁移进入另一种物质内部的现象，因而说明了分子间存在着空隙；而物质混合达到均匀，则表明分子的运动是无规则的。
2．放在房间一端的香水，打开瓶塞后，位于房间另一端的人将(　　)
A．立即闻到香味，因为水分子热运动速率很大，穿过房间所需时间极短
B．过一会儿才能闻到香味，因为分子热运动速率不大，穿过房间需要一段时间
C．过一会儿才能闻到香味，因为分子热运动速率虽大，但必须足够多的香水分子，才能引起嗅觉
D．过一会儿才能闻到香味，因为分子热运动虽快，但由于是无规则运动，且与空气分子不断碰撞，要闻到足够多的香水分子必须经过一段时间
解析：选D　香水分子的运动是扩散运动，且运动的瞬时速率很大，但由于运动是无规则的，且不断地与空气分子碰撞，而且还需有足够多的分子才能闻到香水味，故需一定的时间。因此D正确。
3．通常把萝卜腌制成咸菜需要几天，而萝卜炒成熟菜，使之具有相同的咸味仅需几分钟，造成这种差别的原因是(　　)
A．盐分子减小了，很容易进入萝卜中
B．盐分子间有相互作用的引力
C．萝卜分子间有空隙，易扩散
D．炒菜时温度高，分子热运动加快
解析：选D　分子热运动与温度有关，温度越高，分子的热运动越剧烈，盐分子不会随温度的升高而减小，故A错误；盐分子之间的引力和斥力不会影响分子运动的速度，故B错误；盐分子间的空隙与分子运动的速度无关，故C错误；炒菜时由于温度高，分子的运动加剧，故盐分子能快速进入萝卜分子中，故D正确。
4．关于分子的热运动，以下叙述正确的是(　　)
A．布朗运动就是分子的热运动
B．布朗运动是分子的无规则运动，同种物质的分子的热运动剧烈程度相同
C．气体分子的热运动不一定比液体分子剧烈
D．物体运动的速度越大，其内部的分子热运动就越剧烈
解析：选C　布朗运动是悬浮在液体中固体小颗粒的无规则运动，由于小颗粒是由大量分子构成的，所以布朗运动不是分子的运动，布朗运动是液体分子对小颗粒的碰撞的作用力不平衡引起的，所以布朗运动说明了液体分子不停地做无规则运动，选项A、B错误。温度是分子热运动剧烈程度的反映，温度越高，分子热运动越剧烈，与物体运动的速度无关，由于气体和液体的温度高低不确定，所以气体分子的热运动不一定比液体分子剧烈，选项C正确，D错误。
5．[多选]布朗运动的发现，在物理学上的主要贡献是(　　)
A．说明了悬浮颗粒时刻做无规则运动
B．说明了液体分子在做无规则运动
C．说明了分子做无规则运动的激烈程度与温度有关
D．说明了液体分子与悬浮颗粒之间的相互作用力
解析：选BC　布朗运动对物理学的主要贡献有两个：一个是说明了液体分子或气体分子在做无规则运动，二是说明了液体分子或气体分子无规则运动的激烈程度与温度有关。故B、C正确。
6．1827年，英国植物学家布朗发现花粉颗粒在水中不停息地做无规则运动，花粉颗粒做此运动是由于下列哪个原因引起的(　　)
A．花粉有生命
B．气温变化形成了液体的微弱对流
C．液体逐渐蒸发
D．花粉颗粒受到周围液体分子的不平衡碰撞
解析：选D　这种运动叫布朗运动，是花粉颗粒受到来自各个方向的液体分子的撞击作用的不平衡产生的，因此，D项正确。
7．[多选]较大的颗粒不做布朗运动，是由于(　　)
A．液体分子不一定与颗粒相撞
B．各个方向的液体(或气体)分子对颗粒冲力的平均效果相互平衡
C．颗粒质量大，不易改变运动状态
D．颗粒本身的热运动缓慢
解析：选BC　较大的颗粒受更多的液体(或气体)分子的来自各方向的撞击，使颗粒趋于平衡，而且较大的颗粒质量大、惯性大，在相同撞击力作用下产生的加速度小，运动状态难以改变，所以选B、C。
8．如图所示，把一块铅和一块金的接触面磨平磨光后紧紧压在一起，五年后发现金中有铅，铅中有金，对此现象说法正确的是(　　)
A．属扩散现象，原因是由于金分子和铅分子的相互吸引
B．属扩散现象，原因是由于金分子和铅分子的运动
C．属布朗运动，小金粒进入铅块中，小铅粒进入金块中
D．属布朗运动，由于外界压力使小金粒、小铅粒彼此进入对方中
解析：选B　属扩散现象，是由于两种不同物质分子运动引起的，B对。
9．[多选]下列关于布朗运动、扩散现象和对流的说法正确的是(　　)
A．布朗运动、扩散现象和对流在月球表面都能进行
B．布朗运动、扩散现象和对流在宇宙飞船里都能进行
C．布朗运动、扩散现象在月球表面能够进行，而对流则不能进行
D．布朗运动、扩散现象在宇宙飞船里能够进行，而对流则不能进行
解析：选AD　布朗运动、扩散现象和对流都是由于分子的运动而产生的，但产生的条件是不同的。布朗运动和扩散现象在任何条件下都能产生，而对流必须在有重力作用下才能产生，在失重状态下将不会产生，在月球上由于受到月球的引力，相当于在地球上受到的重力，因此，A、D是正确的，B、C是错误的。
10.[多选]如图所示是布朗运动小颗粒的位置连线放大图，从小颗粒在A点开始计时，每隔30 s记下小颗粒的位置，得到B、C、D、E、F、G、I等点，则小颗粒在第75 s末时的位置，以下叙述中正确的是(　　)
A．一定在CD连线的中点
B．一定不在CD连线的中点
C．可能在CD连线上，但不一定在CD连线中点
D．可能在CD连线以外的某些点上
解析：选CD　布朗运动是无规则的运动，每隔30 s记下颗粒的一个位置，其连线不是运动轨迹，其实在这30 s内运动也是杂乱无章的，不是沿直线运动的。在75 s末小颗粒可能在CD连线上，也可能在CD的中点，也可能在CD连线外的任一位置，故选项C、D正确。
11．[多选]在较暗的房间里，从射进来的阳光中，可以看到悬浮在空气中的微粒在不停地运动，这些微粒的运动(　　)
A．是布朗运动　　　 B．不是布朗运动
C．是自由落体运动 D．是由气流和重力引起的运动
解析：选BD　这些能用肉眼看见的颗粒是比较大的，故不是布朗运动，因为颗粒的质量比较小，这些颗粒在气流和重力的共同作用下不停地运动。
12．[多选]把墨汁用水稀释后取出一滴放在显微镜下观察，如图所示，下列说法中正确的是(　　)
A．在显微镜下既能看到水分子也能看到悬浮的小炭粒，且水分子不停地撞击炭粒
B．小炭粒在不停地做无规则运动，这就是所说的布朗运动
C．越小的炭粒，运动越明显
D．在显微镜下看起来连成一片的液体，实际上就是由许许多多的静止不动的水分子组成的
解析：选BC　水分子在显微镜下是观察不到的，故A错。据布朗运动的含义知道B、C正确。水分子不是静止不动的，D错。
13．[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把它们再分开，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后会澄清
D．用砂轮打磨而使零件的温度升高
解析：选ABD　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。故正确答案为A、B、D。
14．(2016·北京高考)雾霾天气是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述，是特定气候条件与人类活动相互作用的结果。雾霾中，各种悬浮颗粒物形状不规则，但可视为密度相同、直径不同的球体，并且PM10、PM2.5分别表示球体直径小于或等于10 μm、2.5 μm的颗粒物(PM是颗粒物的英文缩写)。
某科研机构对北京地区的检测结果表明，在静稳的雾霾天气中，近地面高度百米的范围内，PM10的浓度随高度的增加略有减小，大于PM10的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小，且两种浓度分布基本不随时间变化。
据此材料，以下叙述正确的是(　　)
A．PM10表示直径小于或等于1.0×10－6 m的悬浮颗粒物
B．PM10受到的空气分子作用力的合力始终大于其受到的重力
C．PM10和大悬浮颗粒物都在做布朗运动
D．PM2.5的浓度随高度的增加逐渐增大
解析：选C　PM10直径小于或等于10 μm，即1.0×10－5 m，选项A错误；PM10悬浮在空中，表明空气分子作用力的合力与其重力平衡，选项B错误；PM10和大悬浮颗粒物的大小符合做布朗运动条件，选项C正确；据题中材料不能判断PM2.5浓度随高度的增加而增大，选项D错误。