第二節(jié) 分子熱運(yùn)動(dòng)與分子力

第二節(jié)分子熱運(yùn)動(dòng)與分子力核心素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)物理觀念(1)知道擴(kuò)散現(xiàn)象及影響擴(kuò)散快慢的因素，知道其在實(shí)際中的應(yīng)用。(2)知道布朗運(yùn)動(dòng)及其產(chǎn)生原因。(3)知道決定熱運(yùn)動(dòng)激烈程度的因素。(4)知道分子間存在空隙、分子間的作用力的變化規(guī)律。(5)知道分子動(dòng)理論的基本內(nèi)容?？茖W(xué)思維通過對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的成因分析，體會(huì)并歸納其中科學(xué)的研究方法?？茖W(xué)探究通過實(shí)驗(yàn)了解擴(kuò)散現(xiàn)象，觀察并能解釋布朗運(yùn)動(dòng)的成因及特點(diǎn)?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任通過科學(xué)家們對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)成因的研究歷程介紹，培養(yǎng)相應(yīng)的科學(xué)精神。一、擴(kuò)散現(xiàn)象布朗運(yùn)動(dòng)1．?dāng)U散(1)定義：由于分子不停地運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的__________現(xiàn)象。(2)產(chǎn)生原因：物質(zhì)分子的________運(yùn)動(dòng)。2．布朗運(yùn)動(dòng)(1)定義：懸浮在液體或氣體中的_____做的_______運(yùn)動(dòng)。(2)影響因素：溫度____，布朗運(yùn)動(dòng)越明顯，微粒_____，布朗運(yùn)動(dòng)越明顯。(3)產(chǎn)生原因：大量液體分子對(duì)懸浮微粒撞擊的________造成的，微粒越小，質(zhì)量越小，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越容易改變，布朗運(yùn)動(dòng)越_____。物質(zhì)遷移無規(guī)則微粒無規(guī)則越高越小不平衡明顯3．熱運(yùn)動(dòng)(1)定義：物質(zhì)內(nèi)部大量分子的________運(yùn)動(dòng)。(2)衡量標(biāo)準(zhǔn)：溫度是物質(zhì)內(nèi)部分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)_________的量度，溫度越高，分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)越______。二、分子力1．分子間存在引力和斥力物質(zhì)的分子間存在引力，而且該引力發(fā)生作用的距離很小。正是這種相互吸引的作用，才使得大量分子聚集在一起形成固體或液體。我們還知道，固體和液體是很難被壓縮的。這說明分子之間除了有引力，還存在_____。無規(guī)則劇烈程度劇烈斥力2．分子間的相互作用力

(1)分子間的作用力F與分子間距離r的關(guān)系。當(dāng)r<r0時(shí)，分子間的作用力F表現(xiàn)為_____；當(dāng)r＝r0時(shí)，分子間的作用力F為0，這個(gè)位置稱為_____位置；當(dāng)r>r0時(shí)，分子間的作用力F表現(xiàn)為_____。(2)分子間作用力的產(chǎn)生原因：由原子內(nèi)部帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子的相互作用引起的。3．分子動(dòng)理論的基本內(nèi)容物質(zhì)是由__________組成的；分子總在不停地做_______運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的劇烈程度與物質(zhì)的_____有關(guān)；分子間存在相互作用的_____________。斥力平衡引力大量分子無規(guī)則溫度引力和斥力1.如圖所示，在廣口瓶中滴幾滴溴，溴會(huì)蒸發(fā)為氣體，請(qǐng)對(duì)以下有關(guān)說法作出判斷：(1)溴變?yōu)闅怏w，與廣口瓶中的空氣發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象。

()(2)當(dāng)瓶內(nèi)氣體變?yōu)榉€(wěn)定的紅色后，擴(kuò)散現(xiàn)象也停止了。

()(3)環(huán)境溫度較高時(shí)，瓶內(nèi)氣體變?yōu)榉€(wěn)定紅色用時(shí)較短。

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)√×√2．如圖所示，剛剛打掃完衛(wèi)生的教室，在陽光下可以看到上下飛舞的灰塵在運(yùn)動(dòng)。請(qǐng)對(duì)以下有關(guān)說法作出判斷：(1)灰塵上下飛舞的運(yùn)動(dòng)是灰塵在做布朗運(yùn)動(dòng)。

()(2)灰塵上下飛舞的運(yùn)動(dòng)是空氣流動(dòng)引起的。

()(3)灰塵上下飛舞的運(yùn)動(dòng)是空氣分子無規(guī)律運(yùn)動(dòng)引起的。

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)(4)灰塵能用肉眼直接看到，不是“布朗微?！薄?/p>

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)×√×√3.圖中潔凈的玻璃板接觸水面，要使玻璃板離開水面，拉力F必須大于玻璃板的重力，這說明了什么？提示：說明了分子之間存在引力。新知學(xué)習(xí)(一)|對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的理解[任務(wù)驅(qū)動(dòng)]在顯微鏡下追蹤一顆在水中做布朗運(yùn)動(dòng)的花粉，每隔30s把花粉的位置記錄下來，得到某個(gè)觀測記錄如圖，畫出的軌跡是花粉的運(yùn)動(dòng)軌跡嗎？提示：不是花粉的運(yùn)動(dòng)軌跡。

[重點(diǎn)釋解]1．布朗運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)(1)微粒的大?。耗茏霾祭蔬\(yùn)動(dòng)的微粒是由許多分子組成的顆粒(注意不是分子)。其大小用人眼直接觀察不到，但在光學(xué)顯微鏡下可以看到(其大小的數(shù)量級(jí)為10－6m)。(2)產(chǎn)生原因：液體分子不停地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，不斷地撞擊微粒。懸浮的微粒足夠小時(shí)，來自各個(gè)方向的液體分子撞擊作用力的不平衡性便表現(xiàn)出來了。在某一瞬間，微粒在某個(gè)方向受到的撞擊作用較強(qiáng)；在下一瞬間，微粒受到另一方向的撞擊作用較強(qiáng)，這樣，就引起了微粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。(3)實(shí)質(zhì)及意義：布朗運(yùn)動(dòng)實(shí)質(zhì)是由液體分子與懸浮微粒間相互作用引起的，反映了液體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。2．影響布朗運(yùn)動(dòng)的因素(1)固體微粒的大小①懸浮在液體中的微粒越小，在某一瞬間跟它相撞的液體分子數(shù)越少，撞擊作用的不平衡性就表現(xiàn)得越明顯，因而布朗運(yùn)動(dòng)越明顯。②如果懸浮在液體中的微粒很大，在某一瞬間跟它相撞的分子數(shù)很多，各個(gè)方向的撞擊作用接近平衡，這時(shí)就很難觀察到布朗運(yùn)動(dòng)了。(2)液體溫度的高低相同的微粒懸浮在同種液體中，液體溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)的平均速率越大，對(duì)懸浮微粒的撞擊作用也越大，微粒受到來自各個(gè)方向的撞擊作用的不平衡性越明顯，所以溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)就越顯著。3．布朗運(yùn)動(dòng)與分子的熱運(yùn)動(dòng)的比較比較項(xiàng)目布朗運(yùn)動(dòng)分子的熱運(yùn)動(dòng)不同點(diǎn)研究對(duì)象懸浮于液體(或氣體)中的微粒分子觀察難易程度可以在顯微鏡下看到，肉眼看不到一般顯微鏡下看不到相同點(diǎn)①無規(guī)則；②永不停息；③溫度越高運(yùn)動(dòng)越激烈聯(lián)系周圍液體(或氣體)分子的熱運(yùn)動(dòng)是布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的原因，布朗運(yùn)動(dòng)反映了分子的熱運(yùn)動(dòng)[典例體驗(yàn)][典例]

我國已開展空氣中PM2.5濃度的監(jiān)測工作。PM2.5是指空氣中直徑等于或小于25μm的懸浮顆粒物，其懸浮在空中做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，很難自然沉降到地面，吸入后會(huì)對(duì)人體形成危害。礦物燃料燃燒的排放物是形成PM2.5的主要原因。下列關(guān)于PM2.5的說法正確的是

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)A．PM2.5在空氣中的運(yùn)動(dòng)屬于分子熱運(yùn)動(dòng)B．PM2.5的質(zhì)量越大，其無規(guī)則運(yùn)動(dòng)越劇烈C．溫度越低，PM2.5的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)越劇烈D．PM2.5的運(yùn)動(dòng)軌跡是由大量空氣分子對(duì)PM2.5無規(guī)則碰撞的不平衡和氣流運(yùn)動(dòng)決定的[解析]

PM2.5在空氣中的運(yùn)動(dòng)是固體顆粒、是分子團(tuán)的運(yùn)動(dòng)，不是分子的熱運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤；PM2.5的質(zhì)量越小，其無規(guī)則運(yùn)動(dòng)越劇烈，故B錯(cuò)誤；PM2.5是指空氣中直徑等于或小于2.5μm的懸浮顆粒物，其懸浮在空中做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，溫度越高，PM2.5的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)越劇烈，故C錯(cuò)誤；PM2.5受大量空氣分子無規(guī)則碰撞，并且受到風(fēng)力作用，而形成不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)軌跡，故D正確。[答案]

D/易錯(cuò)警示/對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)理解的三點(diǎn)提醒(1)布朗運(yùn)動(dòng)是固體微粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，不是液體或氣體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，也不是微粒內(nèi)分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。(2)微粒懸浮在液體、氣體內(nèi)，在任何溫度下都會(huì)做布朗運(yùn)動(dòng)。(3)微粒懸浮在氣體中，在氣流作用下做的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)不是布朗運(yùn)動(dòng)。[針對(duì)訓(xùn)練]1．通常蘿卜腌成咸菜需要幾天，而把蘿卜炒成熟菜，使之具有相同的咸味只需幾分鐘，那么造成這種差別的主要原因是

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)A．加熱后分子變小了，很容易進(jìn)入蘿卜中B．炒菜時(shí)蘿卜翻動(dòng)得快，鹽和蘿卜接觸多C．加熱后蘿卜分子間空隙變大，易擴(kuò)散D．炒菜時(shí)溫度高，分子熱運(yùn)動(dòng)劇烈解析：在擴(kuò)散現(xiàn)象中，溫度越高，擴(kuò)散得越快。在腌蘿卜時(shí)，是鹽分子在常溫下的擴(kuò)散現(xiàn)象，炒菜時(shí)，是鹽分子在高溫下的擴(kuò)散現(xiàn)象，因此，炒菜時(shí)蘿卜咸得快，腌菜時(shí)蘿卜咸得慢，故A、B、C錯(cuò)誤，D正確。答案：D

2．某同學(xué)用顯微鏡觀察用水稀釋的墨汁中小炭粒的運(yùn)動(dòng)情況，在兩次實(shí)驗(yàn)中分別追蹤小炭粒a、b的運(yùn)動(dòng)，每隔30s把炭粒的位置記錄下來，然后用線段把這些位置按時(shí)間順序依次連接起來，得到如圖所示的兩顆炭粒運(yùn)動(dòng)的位置連線圖，其中P、Q兩點(diǎn)是炭粒a運(yùn)動(dòng)的位置連線上的兩點(diǎn)，則下列說法中正確的是

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)A．若水溫相同，則b顆粒較大B．若兩炭粒顆粒大小相同，則炭粒a所處的水中水溫更低C．兩顆炭粒運(yùn)動(dòng)的位置連線圖反映了碳分子的運(yùn)動(dòng)是無規(guī)則運(yùn)動(dòng)D．炭粒a在P、Q兩點(diǎn)間的運(yùn)動(dòng)一定是直線運(yùn)動(dòng)解析：溫度相同時(shí)，炭粒越大，受到液體分子撞擊的力越容易平衡，布朗運(yùn)動(dòng)越不顯著，故此題中b顆粒較大，A正確；對(duì)相同大小的微粒，溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈，炭粒a運(yùn)動(dòng)更劇烈，故炭粒a處的水溫更高，B錯(cuò)誤；每顆炭粒的運(yùn)動(dòng)是不同的，說明液體分子做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，C錯(cuò)誤；該圖為炭粒每隔30s的位置，而不是運(yùn)動(dòng)軌跡，其連線僅代表位置變化，而其運(yùn)動(dòng)并非直線，D錯(cuò)誤。答案：A

3．氣溶膠是指懸浮在氣體介質(zhì)中的固態(tài)或液態(tài)顆粒所組成的氣態(tài)分散系統(tǒng)。這些固態(tài)或液態(tài)顆粒的大小一般在10－3～103μm之間。布朗運(yùn)動(dòng)微粒大小通常在10－6m數(shù)量級(jí)。下列說法正確的是

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)A．布朗運(yùn)動(dòng)是氣體介質(zhì)分子的無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)B．在布朗運(yùn)動(dòng)中，固態(tài)或液態(tài)顆粒越大，布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈C．在布朗運(yùn)動(dòng)中，顆粒無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的軌跡就是分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的軌跡D．當(dāng)固態(tài)或液態(tài)顆粒很小時(shí)，能很長時(shí)間都懸浮在氣體中，是受到氣體分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)撞擊而導(dǎo)致的解析：本題中布朗運(yùn)動(dòng)是固態(tài)或液態(tài)顆粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，是氣體介質(zhì)分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)撞擊的結(jié)果，所以它反映的是氣體介質(zhì)分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)；顆粒越小，氣體介質(zhì)分子對(duì)顆粒的撞擊作用越不容易平衡，布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤。在布朗運(yùn)動(dòng)中，顆粒本身并不是分子，而是分子集團(tuán)，所以顆粒無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的軌跡不是分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的軌跡，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。當(dāng)固態(tài)或液態(tài)顆粒很小時(shí)，能很長時(shí)間都懸浮在氣體中，顆粒的運(yùn)動(dòng)屬于布朗運(yùn)動(dòng)；固態(tài)或液態(tài)顆粒能長時(shí)間懸浮是受到氣體分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)撞擊而導(dǎo)致的，選項(xiàng)D正確。答案：D

新知學(xué)習(xí)(二)|分子力與分子間距離變化的關(guān)系[重點(diǎn)釋解]1．分子力的性質(zhì)：根據(jù)現(xiàn)代分子結(jié)構(gòu)理論，分子由原子組成，原子又是由帶正電的原子核和繞核運(yùn)動(dòng)的帶負(fù)電的電子形成的電子云組成的，可見，分子是一個(gè)復(fù)雜的帶電系統(tǒng)，毫無疑問，分子間的作用力應(yīng)屬于電磁力。2．分子力的特點(diǎn)(1)分子間總是同時(shí)存在引力和斥力，實(shí)際表現(xiàn)出來的是它們的合力。(2)分子間作用力隨分子間距離而變化，當(dāng)分子間的距離大于r0時(shí)，引力和斥力都隨分子間距離的增大而減小，但斥力的變化比引力的變化要快。(3)分子力是短程力，分子間的距離超過分子直徑的10倍，即1nm的數(shù)量級(jí)時(shí)，可以認(rèn)為分子間作用力為零，氣體分子間的作用力可忽略不計(jì)。3．分子力與分子間距離變化的關(guān)系(1)平衡位置：分子間距離r＝r0時(shí)，引力與斥力大小相等，分子力為零。平衡位置即分子間距離等于r0(數(shù)量級(jí)為10－10m)的位置。(2)分子間的引力和斥力隨分子間距離r的變化關(guān)系：分子間的引力和斥力都隨分子間距離r的增大而減小，但斥力減小得更快。(3)分子力彈簧模型：分子間的相互作用力像彈簧連接著的兩個(gè)小球間的相互作用力。小球代表分子，彈簧的彈力代表分子斥力和分子引力的合力，如表所示。[典例體驗(yàn)][典例]

(多選)將甲分子固定在坐標(biāo)原點(diǎn)O，乙分子位于r軸上，甲、乙兩分子間作用力與分子間距離的關(guān)系圖像如圖所示?，F(xiàn)把乙分子從r3處由靜止釋放，則

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)A．乙分子從r3到r1一直加速B．乙分子從r3到r2過程中分子間作用力表現(xiàn)為引力，從r2到r1過程中分子間作用力表現(xiàn)為斥力C．乙分子從r3到r1過程中，分子間作用力先增大后減小D．乙分子從r3到距離甲最近的位置過程中，分子間作用力先減小后增大[解析]由圖像可知，乙分子從r3到r1過程中，分子間作用力一直表現(xiàn)為引力，且分子間作用力先增大后減小，分子間作用力和運(yùn)動(dòng)方向相同，說明乙分子一直做加速運(yùn)動(dòng)，故A、C正確，B錯(cuò)誤；乙分子距離甲最近時(shí)一定在r1的左側(cè)，可知乙分子從r3到距離甲最近的位置過程中，分子間作用力先增大(從r3到r2，表現(xiàn)為引力)后減小(從r2到r1，表現(xiàn)為引力)再反向增大(從r1向左，表現(xiàn)為斥力)，故D錯(cuò)誤。[答案]

AC/方法技巧/分子力問題的分析方法(1)首先要分清是分子力還是分子引力或分子斥力。(2)分子間的引力和斥力都隨著分子間距離的增大而減小。(3)分子力比較復(fù)雜，要抓住四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：一是r＝r0時(shí)，分子力為零但引力和斥力大小相等，均不為零；二是r≥10r0時(shí)，分子力以及引力、斥力都可忽略，可以看作是零；三是r<r0時(shí)，分子力隨著分子間距離增大而減小；四是r>r0時(shí)，分子間距由r0增大到10r0，分子力先增大后減小。[針對(duì)訓(xùn)練]1．(多選)下列事例能說明分子間有相互作用力的是

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)A．金屬塊經(jīng)過鍛打能改變它原來的形狀而不斷裂B．拉斷一根鋼繩需要用一定的外力C．帶電的物體可以吸引輕小的紙屑D．液體一般很難壓縮解析：金屬塊經(jīng)鍛打能改變形狀而不斷裂，說明分子間有引力；拉斷鋼繩需要一定的外力，也說明分子間有引力；而液體難壓縮說明分子間存在斥力；帶電的物體可以吸引輕小的紙屑是靜電力的作用，故C錯(cuò)誤，A、B、D正確。答案：ABD

2．(多選)如圖所示，橫坐標(biāo)r表示兩個(gè)分子間的距離，縱坐標(biāo)F表示兩個(gè)分子間引力、斥力的大小，圖中兩條曲線分別表示兩分子間引力、斥力的大小隨分子間距離的變化關(guān)系，e為兩曲線的交點(diǎn)，則下列說法中正確的是

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)A．a(chǎn)b為引力曲線，cd為斥力曲線，e點(diǎn)橫坐標(biāo)的數(shù)量級(jí)為10－10mB．a(chǎn)b為斥力曲線，cd為引力曲線，e點(diǎn)橫坐標(biāo)的數(shù)量級(jí)為10－10mC．當(dāng)兩分子間距離在r0附近時(shí)，若兩個(gè)分子間距離增加，分子間斥力減小得比引力更快D．若r＝r0，則分子間沒有引力和斥力解析：在F--r圖像中，在r＝r0附近隨著距離的增加，斥力比引力減小得快，則知ab為引力曲線，cd為斥力曲線。圖中曲線交點(diǎn)e對(duì)應(yīng)r＝r0，即e點(diǎn)橫坐標(biāo)的數(shù)量級(jí)為10－10m，此時(shí)分子間引力和斥力的合力為零，但分子間引力和斥力同時(shí)存在，故A、C正確。答案：AC

一、好素材分享——看其他教材如何落實(shí)核心素養(yǎng)

物理觀念——對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的正確認(rèn)識(shí)1．(選自人教版新教材課后練習(xí))以下關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)的說法是否正確？說明理由。(1)布朗運(yùn)動(dòng)就是分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。(2)布朗運(yùn)動(dòng)證明，組成固體小顆粒的分子在做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。(3)向一鍋水中撒一點(diǎn)胡椒粉，加熱時(shí)發(fā)現(xiàn)水中的胡椒粉在翻滾。這說明溫度越高布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈。(4)在顯微鏡下可以觀察到煤油中小?；覊m的布朗運(yùn)動(dòng)，這說明煤油分子在做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。提示：(1)錯(cuò)誤，布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮在液體(或氣體)中的固體小顆粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，并不是分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。(2)錯(cuò)誤，布朗運(yùn)動(dòng)證明了液體(或氣體)分子在做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。(3)錯(cuò)誤，胡椒粉的運(yùn)動(dòng)不是布朗運(yùn)動(dòng)，布朗運(yùn)動(dòng)是液體分子的撞擊形成的，不是對(duì)流形成的。(4)正確，布朗運(yùn)動(dòng)能夠說明液體分子在做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。

科學(xué)思維——分子間作用力與分子間距離的關(guān)系2．(選自人教版新教材課后練習(xí))請(qǐng)描述：當(dāng)兩個(gè)分子間距離由r0逐漸增大，直至遠(yuǎn)大于r0時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為引力還是斥力？當(dāng)兩個(gè)分子間距離由r0逐漸減小，分子間的作用力表現(xiàn)為引力還是斥力？提示：當(dāng)兩個(gè)分子間的距離由r0逐漸增大，直至遠(yuǎn)大于r0時(shí)，分子間的作用力表現(xiàn)為引力；當(dāng)兩個(gè)分子間的距離由r0逐漸減小，分子間的作用力表現(xiàn)為斥力。二、新題目精選——品立意深處所蘊(yùn)含的核心價(jià)值1．(多選)日常生活中，人們使用含75%酒精的免洗洗手液洗手，則下列說法正確的是

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)A．使用免洗洗手液洗手后，會(huì)聞到淡淡的酒味，這是酒精分子做布朗運(yùn)動(dòng)的結(jié)果B．使用免洗洗手液洗手后，會(huì)聞到淡淡的酒味，與分子運(yùn)動(dòng)無關(guān)C．使用免洗洗手液洗手后，會(huì)聞到淡淡的酒味，溫度越高，酒味傳開得越快D．使用免洗洗手液洗手后，手部很快就干爽了，這