2022年高中物理人教版選修3-3教案 《分子的熱運動》

PAGE第2節(jié)分子的熱運動目標導(dǎo)航(1)了解擴散現(xiàn)象是由于分子的熱運動產(chǎn)生的。(2)知道什么是布朗運動，理解布朗運動產(chǎn)生的原因。(3)知道什么是熱運動及決定熱運動激烈程度的因素。（４）注重理論聯(lián)系實際，勤觀察、多思考，養(yǎng)成良好的學習習慣。誘思導(dǎo)學１．擴散現(xiàn)象擴散現(xiàn)象是指當兩種物質(zhì)相接觸時，物質(zhì)分子可以彼此進入對方的現(xiàn)象。例如：某些物質(zhì)的氣味可以傳得很遠，又如堆在墻角的煤可以深入到墻壁中去。說明：①物質(zhì)處于固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)時均能發(fā)生擴散現(xiàn)象，只是氣態(tài)物質(zhì)的擴散現(xiàn)象最顯著，處于固態(tài)時擴散現(xiàn)象非常不明顯。②在兩種物質(zhì)一定的前提下，擴散現(xiàn)象發(fā)生的顯著程度與物質(zhì)的溫度有關(guān)，溫度越高，擴散現(xiàn)象越顯著。這表明溫度越高，分子運動得越劇烈。③擴散現(xiàn)象發(fā)生的顯著程度還受到“已進入對方”的分子濃度的限制，當進入對方的分子濃度較低時，擴散現(xiàn)象較為顯著；當進入對方的分子濃度較高時，擴散現(xiàn)象發(fā)生得就較緩慢。2．布朗運動懸浮在液體中的固體微粒不停地做無規(guī)則運動，稱為布朗運動。說明：①布郎運動是懸浮的固體微粒的運動，不是單個分子的運動，但是布朗運動間接反映了液體分子的無規(guī)則運動。②固體微粒的運動是極不規(guī)則的，課本中畫出的圖７．２—５并非固體微粒的運動軌跡，而是每隔30s微粒位置的連線。即使在這30s內(nèi)，分子的運動也是極不規(guī)則的。③做布朗運動的固體顆粒非常的小，肉眼是看不到的，人們必須借助顯微鏡才能觀察到。④影響布朗運動的因素。布朗運動是大量液體分子對固體微粒撞擊的集體行為的結(jié)果。影響布郎運動的因素有二：即顆粒的大小和液體溫度的高低，具體解釋如下：布朗運動在相同溫度下，懸浮顆粒越小，它的線度越小，表面積亦小，在某一瞬間跟它相撞的分子數(shù)越少，顆粒受到來自各方向的沖擊力越不平衡；另外，顆粒線度越小，它的體積和質(zhì)量比表面積減少得更快，因沖擊力引起的加速度更大；因此懸浮顆粒越小，布朗運動就越顯著。相同的顆粒懸浮在同種液體中，液體溫度升高，分子運動的平均速率大，對懸浮顆粒的撞擊作用也越大，顆粒受到來自各方向的沖擊力越不平衡，由沖擊力引起的加速度更大，所以溫度越高，布朗運動就越顯著。3．熱運動及其特點分子的無規(guī)則運動，稱為熱運動。所謂分子的“無規(guī)則運動”，是指由于分子之間的相互碰撞，每個分子的運動速度無論是方向還是大小都在不斷地變化。標準狀況下，一個空氣分子在1s內(nèi)與其他空氣分子的碰撞達到65億次之多。所以大量分子的運動是十分混亂的、無規(guī)則的。說明：①無規(guī)則不是毫無規(guī)律。在任一時刻，物體內(nèi)既具有速率大的分子，也具有速率小的分子。速率很大和速率很小的分子的個數(shù)所占的比例相對較少，大多數(shù)分子的速率和某一平均速率相差很小。通常所說分子運動的速率，均指它們的平均速率而言。②分子的平均速率是很大的，且和物體的溫度以及分子的種類有關(guān)。通常情況下，氣體分子熱運動的平均速率的數(shù)量級為。典例探究例１在有關(guān)布朗運動的說法中，正確的是()A．液體的溫度越低，布朗運動越顯著 B．液體的溫度越高，布朗運動越顯著C．懸浮微粒越小，布朗運動越顯著 D．懸浮微粒越大，布朗運動越顯著解析：本題考查學生對布朗運動的理解程度，溫度高，液體分子運動劇烈，對微粒的碰撞也越劇烈，所以布朗運動明顯，微粒的體積大，液體分子在各個方向上的碰撞趨向平衡；同時體積大質(zhì)量也大，運動狀態(tài)難以改變，所以布朗運動不明顯。答案：選BC。例２關(guān)于布朗運動的正確說法是()A．因為布朗運動的激烈程度跟溫度有關(guān)，所以布朗運動也可以叫做熱運動B．布朗運動反映了分子的熱運動C．在室內(nèi)看到的塵埃不停地運動是布朗運動D．室內(nèi)塵埃的運動是空氣分子碰撞塵埃造成的現(xiàn)象解析：布朗運動是懸浮在液體中的小顆粒受到液體分子的作用而做的無規(guī)則運動，它反映了液體分子的無規(guī)則運動，而不能說它的運動就是熱運動，所以A錯誤而B正確。能在液體或氣體中做布朗運動的微粒都是很小的，一般數(shù)量級在10－6m，這種微粒用肉眼不能直接觀察到，必須借助于顯微鏡。室內(nèi)塵埃的運動不是布朗運動，而是塵埃在空氣氣流作用下所做的宏觀運動，并不是無規(guī)則運動。只有微小的顆粒(肉眼看不到)才能做布朗運動。綜上所述，可知正確答案為B、D。友情提示：弄清什么是布朗運動、布朗運動的特點以及布朗運動產(chǎn)生的條件和原因，是分析判斷此類問題的關(guān)鍵。課后問題與練習點擊1．略２．（１）錯誤。解析：布朗運動是固體微粒在流體（液體或氣體）分子的頻繁碰撞下所做的一種無規(guī)則運動。這些固體微粒雖然要在光學顯微鏡下才能看到，但它們也是由大量分子組成的，屬于宏觀粒子，通過固體微粒的無規(guī)則運動可反映出液體分子運動的無規(guī)則性，但布朗運動本身不是分子運動，在光學顯微鏡下是看不到分子的運動的。（２）錯誤。解析：布朗運動是固體小顆粒的運動，做布朗運動的每個固體小顆粒是由大量分子組成的，這些小顆粒在液體分子的頻繁碰撞下做無規(guī)則運動，通過小顆粒的無規(guī)則運動間接反映了液體分子的無規(guī)則運動。根據(jù)分子動理論可以知道，盡管組成固體小顆粒的分子在做無規(guī)則運動，但是，通過布朗運動我們無法推斷出組成固體小顆粒的分子是否在做無規(guī)則運動。（３）錯誤。解析：加熱時發(fā)現(xiàn)水中的胡椒粉在翻滾，這是因為胡椒粉在水流作用下的運動，并不是布朗運動，不能說明溫度越高，布朗運動越明顯。（４）正確。解析：在顯微鏡下觀察到煤油中小?；覊m的布朗運動，是小粒灰塵受到煤油分子不停地碰撞的結(jié)果。通過小?；覊m運動的無規(guī)則性，可以推知，煤油分子在做無規(guī)則運動。3．(1)略(2)解析：假如花粉不停地運動真的是由微小的氣溫變化形成的水的微弱對流引起的，那花粉的運動方向是相同的定向運動，即沿水流的方向運動，花粉的運動就很有規(guī)則。而事實上，花粉的運動是無規(guī)則的、雜亂無章的，這種無規(guī)則的運動也就否定了“花粉不停地運動是由微小的氣溫變化形成的水的微弱對流引起的”這種猜想。（３）解析：的確，地球每時每刻都在發(fā)生微弱的震動，只是我們感覺不到罷了。同樣，水也“感覺不到”這種震動，微弱震動對水及水中懸浮的花粉沒什么大的影響。退一步說，假如地球的震動足夠強，水就會形成“波濤”，在這些波濤的作用下，水中懸浮的花粉就會“隨波逐流”，而不會做永不停息的無規(guī)則的運動；可見，水中懸浮的花粉所做的無規(guī)則運動，不可能是“隨波逐流”的結(jié)果，更何況地球的微弱震動根本就不可能形成水的“波濤洶涌”。所以說，花粉的無規(guī)則運動不可能是地球的微弱震動引起的，肯定另有原因。４．小李的看法是錯誤的。解析：首先說明一點，圖７．２－７中的折線，并非細微粉筆顆粒的運動軌跡，而是每隔一定時間細微粉筆顆粒所在位置的連線，即使在這段時間內(nèi)，細微粉筆顆粒的運動也是極不規(guī)則的，絕不是沿折線運動的，我們根本不能夠畫出細微粉筆顆粒運動的軌跡。正因為細微粉筆顆粒在水分子不停的碰撞下所做的運動是無規(guī)則的，才能使我們認識到水分子運動的無規(guī)則性?；A(chǔ)訓練一、選擇題1．擴散現(xiàn)象說明了()A．氣體沒有固定的形狀和體積B．分子之間相互排斥C．分子在不停地運動著D．不同分子之間可以相互轉(zhuǎn)變２．關(guān)于布朗運動，下列說法中正確的是()A．布朗運動就是分子的運動B．布朗運動是組成固體微粒的分子無規(guī)則的反映C．布朗運動是液體分子無規(guī)則運動的反映D．觀察時間越長，布朗運動越顯著３．關(guān)于布朗運動的劇烈程度，下面說法中正確的是()A．固體微粒越大，布朗運動越顯著B．液體的溫度越高，布朗運動越顯著C．與固體微粒相碰撞的液體分子數(shù)目越多，布朗運動越顯著D．與固體微粒相碰撞的液體分子數(shù)目越少，布朗運動越顯著４．關(guān)于布朗運動和擴散現(xiàn)象，下列說法正確的是()A．布朗運動和擴散現(xiàn)象都能在氣體、液體、固體中發(fā)生B．布朗運動和擴散現(xiàn)象都是分子的運動C．布朗運動和擴散現(xiàn)象都是溫度越高越明顯D．布朗運動和擴散現(xiàn)象都是熱運動7．2–1５．如圖7．2–17．2–1A．是液體分子運動的軌跡B．是小顆粒運動的軌跡C．表示小顆粒在做極短促的、無定向的跳動D．觀察時間內(nèi)小顆粒的實際運動比圖示更復(fù)雜６．關(guān)于布朗運動，下列說法正確的是（）A．布朗運動反映了分子運動，布朗運動停止了，分子運動也會暫時停止B．固體微粒做布朗運動，充分說明了微粒內(nèi)部分子是做不停的無規(guī)則的運動C．布朗運動是無規(guī)則的，說明大量液體分子的運動也是無規(guī)則的D．布朗運動的無規(guī)則性是由于溫度，壓強無規(guī)則的不斷變化而引起的７．在長期放著煤的墻角處，地面和墻角有相當厚的一層染上黑色，這說明()A．分子是在不停的運動B．煤是由大量分子組成的C．分子間沒有空隙D．分子運動有時會停止８．關(guān)于布朗運動，以下說法正確的是()A．布朗運動是指液體分子的無規(guī)則運動B．布朗運動產(chǎn)生的原因是液體分子對小顆粒的吸引力不平衡引起的C．布朗運動產(chǎn)生的原因是液體分子對小顆粒碰撞時產(chǎn)生的作用力不平衡引起的D．在懸浮顆粒大小不變的情況下，溫度越低，液體分子無規(guī)則運動越激烈９．下面所列舉的現(xiàn)象，不能說明分子是不斷運動著的是()A．將香水瓶蓋打開以后能聞到香味B．汽車開過后，公路上塵土飛揚C．灑在地上的水，過一段時間就干了D．懸浮在水中的花粉做無規(guī)則運動１０．較大的顆粒不做布朗運動是因為A．液體分子停止運動B．液體溫度太低C．跟顆粒碰撞的分子數(shù)較多，各方向的撞擊作用趨于相互平衡，而且分子沖擊力很難改變大顆粒的運動狀態(tài)D．以上說法都不正確１１．有下列四種現(xiàn)象①海綿狀塑料可以吸水②揉面團時，加入小蘇打，小蘇打可以揉進面團內(nèi)③放一匙食糖于一杯開水中，水會變甜④把一盆盛開的臘梅放入室內(nèi)，會滿室生香以上幾種現(xiàn)象中屬于擴散的是（）A．①②B．③④C．①④D．②③１２．放在房間一端的香水，打開瓶塞后，位于房間另一端的人將()A．立即嗅到香味，因為分子熱運動速率很大，穿過房間所需時間極短B．過一會兒才能嗅到香味，因為分子熱運動的速率不大，穿過房間需要一段時間C．過一會兒才能嗅到香味，因為分子熱運動速率雖然很大，但由于是無規(guī)則運動，且與空氣分子不斷碰撞，要嗅到足夠多的香水分子必須經(jīng)一段時間D．過一會兒才能嗅到香味，因為分子熱運動速率雖然很大，但必須有足夠多的香水分子，才能引起嗅覺二、問答題１３．取一杯熱水和一杯冷水，分別滴入一滴紅墨水，然后注意觀察，可得出什么結(jié)論？１４．通常把蘿卜腌成咸菜需要幾天或更長的時間，而把蘿卜炒成熟菜，使之具有相同的咸味，只需幾分鐘時間，思考一下，造成這種差別的主要原因是什么?１５．下面關(guān)于布朗運動的兩種說法都是錯誤的，試分析它們各錯在哪里？(1)冬天的大風天，常?？吹斤L沙彌漫、塵土飛揚，這就是布朗運動。(2)一滴碳素墨水滴在清水中，整杯水慢慢都變黑了，這是碳分子做無規(guī)則運動的結(jié)果。多維鏈接1.布朗（RobertBrown，1773—1858）英國植物學家。1773年12月21日誕生于蘇格蘭的蒙特羅斯。布朗從小就很聰明，性格倔強。他先在阿巴丁的馬里歇爾學院學習，畢業(yè)后進入愛丁堡大學攻讀醫(yī)學。1795年應(yīng)征入伍，前往愛爾蘭服役，在英軍中任助理外科醫(yī)師。服役期間，他邊為軍隊工作，邊進行自修。他利用業(yè)余時間收集各種植物，制作標本。1789年布朗來到倫敦，一個偶然的機會，拜見了英國倫敦皇家學會公長尤素福?彭克斯，并跟隨他作了一段研究工作。1800年布朗取得博士學位，后由彭克斯介紹參加澳大利亞遠洋考察船“調(diào)查者號”，負責研究植物。1801年開始遠行，在大洋洲進行了為期五年的考察活動，收集近3900種的標本，系統(tǒng)地整理寫入《澳洲植物志》一書中，對植物分類學作出貢獻。布朗在物理學中的貢獻是發(fā)現(xiàn)了著名的布朗運動。1827年6月，布朗用顯微鏡觀察克拉花花粉，發(fā)現(xiàn)懸浮在液面上的花粉微粒在雜亂無章地、不斷地運動。布朗對這個現(xiàn)象進行了反復(fù)研究。開始，他錯誤地認為，花粉雖然死了，但是好像有一種具有生命潛力的東西遺留下來，促使花粉微粒不斷地運動。他這樣寫道：“它們（花粉微粒）的運動既不是由液體的流動引起的，也不是液體漸漸蒸發(fā)引起的、而是由于微粒本身的原因引起的。”接著，他把這個研究推廣到各種各樣的植物，觀察了他收集到的所有新鮮花粉，都看到了類似現(xiàn)象。后來布朗又對煤粉、玻璃粉、各種巖石粉、金屬粉等無生命物質(zhì)的微粒進行了觀察，也都看到了類似花粉的不停地運動的現(xiàn)象，各種粉末都存在著某種活性。布朗感到問題不那么簡單，一時無法正確解釋這個現(xiàn)象。1828年6月到8月，布朗接連發(fā)表了《論植物花粉中的微?！?、《論有機物和無機物中活性分子的普遍存在》兩篇文章，宣布了他的重大發(fā)現(xiàn)。以后人們就把這種現(xiàn)象叫做“布朗運動”。對于布朗運動，直到1860年才由英國物理學家麥克斯韋根據(jù)他自己建立的分子運動論作出初步的解釋，他認為這種雜亂無章的運動是水分子對懸浮微粒不斷撞擊引起的。布朗運動的發(fā)現(xiàn)，給物質(zhì)是由分子組成的理論提供了第一個直接的證據(jù)。1811年布朗當選為英國倫敦皇家學會會員。1820年，任大英博物館館長。1822年當選為柯尼斯學會會員，1849到1853年任會長。布朗還兼任幾個國家的科學院院士。2.能否說“某個分子的熱運動”？提示：某個分子的熱運動這種說法是不正確的。因為單個分子的運動，從原則上講是遵循力學規(guī)律的。設(shè)想我們追蹤氣體中某個分子的運動，那會看到這個分子忽左、忽右、忽前、忽后。有時速度快，有時速度慢.其動能也時大時小。其軌跡是一條極不規(guī)則的折線.總之，對個別分子來說，速度、能量以及運動路程都是偶然的量值。我們講的熱運動是指大量分子的無規(guī)則運動。隨著分子數(shù)量的增加，它們的運動就逐漸偏離力學規(guī)律。它們的運動呈現(xiàn)出混亂狀態(tài)，不再遵循力學規(guī)律，而遵從統(tǒng)計規(guī)律.這時，對個別分子的運動來說，是完全偶然的。大量分子的運動雖然是無序的，但并不是無規(guī)律的，它們也能表現(xiàn)出一些必然