高中物理选修3-3第七章 分子动理论2 分子的热运动

2分子的热运动[学科素养与目标要求]物理观念：1.了解扩散现象.2.知道什么是布朗运动.3.知道什么是分子的热运动．科学思维：1.理解扩散现象和布朗运动产生的原因.2.掌握扩散现象、布朗运动与分子热运动的区别和联系．科学探究：通过观察实验现象，概括出影响扩散现象和布朗运动快慢的因素．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：扩散现象并不是外界作用引起的，也不是化学反应的结果，而是由物质分子的无规则运动产生的．3．意义：反映分子在永不停息地做无规则运动．4．应用：生产半导体器件时，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．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．2．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．3．意义：间接地反映了液体(或气体)分子的无规则运动．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．1．判断下列说法的正误．(1)只有在气体和液体中才能发生扩散现象．(×)(2)阳光从狭缝中射入教室，透过阳光看到飞舞的尘埃，这些尘埃颗粒的运动就是布朗运动．(×)(3)扩散现象和布朗运动都与温度有关，它们都叫热运动．(×)(4)高速运动的物体，其内部分子的热运动一定更激烈．(×)2．用显微镜观察悬浮在水中的小炭粒的运动，其现象属于________；向一杯清水中滴几滴红墨水，红墨水向周围运动，其现象属于________．答案布朗运动扩散现象一、扩散现象(1)生活中常会见到下列几种现象：①在墙角打开一瓶香水，很快整个房间都会弥漫着香气．②滴一滴红色墨水在一盆清水中，过一段时间整盆水会变成浓度相同的红色．③炒菜时，在锅里放一撮盐，整锅菜都会具有咸味．以上现象说明什么问题？它们属于什么现象？(2)在上述②中，整盆水变为均匀的红色时，扩散现象停止了吗？(3)把一碗小米倒入一袋玉米中，掺匀后小米进入玉米的间隙中，这一现象是否属于扩散现象？答案(1)说明不同物质分子能够彼此进入对方．它们属于扩散现象．(2)没有．扩散现象永不停止．(3)不属于．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．1．特点(1)永不停息；(2)无规则．2．影响因素(1)物态扩散现象可以发生在固体、液体、气体任何两种不同物质之间．气态物质的扩散现象最容易发生，液态物质次之，固态物质的扩散现象在常温下短时间内不明显．(2)温度：温度越高，扩散现象越显著．(3)浓度差：扩散现象发生的快慢程度还受到“已进入对方”的分子浓度的限制，当浓度差大时，扩散现象较为显著．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答案ACD解析温度越高，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B错误，C正确；扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，故D正确．二、布朗运动用显微镜观察放在水中的花粉，追踪几粒花粉，每隔30 s记下它们的位置，用折线分别依次连接这些点，如图所示．(1)从图中可看出花粉微粒运动的特点是什么？(2)花粉微粒为什么会做这样的运动？(3)这种运动反映了什么？答案(1)花粉微粒的运动是无规则的．(2)花粉微粒受到液体分子不平衡的撞击作用，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，这样就引起了花粉微粒的无规则运动．(3)这种运动反映了液体分子运动的无规则性．1．实质布朗运动是悬浮在液体(或气体)中的固体微粒的运动，不是固体微粒中单个分子的运动，也不是液体(或气体)分子的运动．它反映了液体(或气体)分子的无规则运动．2．特点(1)永不停息；(2)无规则．3．影响因素(1)固体微粒的大小：悬浮的微粒越小，布朗运动越明显．(2)液体(或气体)的温度：液体(或气体)的温度越高，布朗运动越激烈．例2(2018·北京市丰台区模拟)1827年，英国植物学家布朗在显微镜下观察悬浮在液体里的花粉颗粒时，发现花粉颗粒在做永不停息的无规则运动，这种运动称为布朗运动．下列说法正确的是()A．液体温度一定时，花粉颗粒越大，花粉颗粒的无规则运动越明显B．花粉颗粒大小一定时，液体温度越低，花粉颗粒的无规则运动越明显C．布朗运动就是液体分子永不停息的无规则运动D．布朗运动是由液体分子的无规则运动引起的答案 D解析布朗运动是指悬浮在液体中的花粉颗粒所做的无规则运动，是液体分子对花粉颗粒的不平衡碰撞导致的，布朗运动不是液体分子的无规则运动，而是液体分子做无规则热运动的间接反映，选项C错误，D正确．当液体温度一定时，花粉颗粒越小，布朗运动越明显；当花粉颗粒大小一定时，液体温度越高，布朗运动越明显，选项A、B错误．例3小张在显微镜下观察水中悬浮的细微粉笔末的运动．他把小颗粒每隔一定时间的位置记录在坐标纸上，并把相邻时间的点连接起来，如图1所示，下列判断正确的是()图1A．图中的折线就是粉笔末的运动轨迹B．图中的折线就是水分子的运动轨迹C．从整体上看粉笔末的运动是无规则的D．图中折线表明水分子在短时间内的运动是规则的答案 C解析题图中的折线是粉笔末在不同时刻的位置的连线，不是粉笔末的运动轨迹，也不是水分子的运动轨迹，故A、B错误；题图中的折线没有规则，说明粉笔末的运动是无规则的，反映了水分子的运动是无规则的，故C正确，D错误．三、热运动(1)在扩散现象中，温度越高，扩散越快；在布朗运动中，温度越高，布朗运动越明显．而这两种现象又都反映了分子的运动，那么分子的运动与温度有什么关系？分子的运动又有哪些特点？(2)布朗运动是热运动吗？(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，这种说法对吗？答案(1)温度越高，分子的运动越激烈．分子运动的特点：①永不停息；②无规则．(2)不是．(3)不对．分子的热运动是永不停息的．虽然温度降低，分子的无规则运动变慢，但不会停止，所以当温度降低到0 ℃以下时，分子的无规则运动仍然不会停止．1．对热运动的理解(1)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．(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，但分子热运动永远不会停息．2．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固体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(或气体)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特别提醒分子无规则的运动，不是宏观物体的机械运动，二者无关系．例4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答案 D解析分子热运动是指大量分子做永不停息的无规则运动，不是单个分子做永不停息的无规则运动，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．1．(扩散现象)(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CD2．(布朗运动)关于布朗运动及其原因，以下说法不正确的是()A．布朗运动是悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动，间接证实了液体分子的无规则运动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．布朗运动是由液体分子对悬浮颗粒碰撞作用不平衡引起的D．液体的温度越高，布朗运动越剧烈答案 B解析布朗运动是悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动，间接证实了液体分子的无规则运动，A正确，B错误；布朗运动是由液体分子对悬浮颗粒碰撞作用的不平衡引起的，液体的温度越高，布朗运动越剧烈，C、D正确．3．(热运动)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答案 C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质的温度有关，物质的温度越高，分子的热运动就越激烈，同种物质的分子在不同温度下，分子的热运动激烈程度不同，故B错误；热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D错误．一、选择题考点一扩散现象1．(多选)下列现象中属于扩散现象的是()A．琪琪刚进家门就闻到妈妈做饭的香味B．琪琪把白色的衣服和蓝色的衣服用清水泡了一晚上，白色衣服被染上了蓝色C．琪琪看见爸爸调制的不同颜色分层的鸡尾酒，放置一天后都混在一起成一种颜色了D．琪琪看见雪融化后，与泥土混合成了泥水答案ABC解析琪琪刚进家门就闻到妈妈做饭的香味，是芳香分子扩散到空气中，属于扩散现象，故A正确；琪琪把白色的衣服和蓝色的衣服用清水泡了一晚上，白色衣服被染上了蓝色，是蓝色衣服上的染料分子扩散的结果，属于扩散现象，故B正确；琪琪看见爸爸调制的不同颜色分层的鸡尾酒，放置一天后都混在一起成一种颜色了，属于扩散现象，故C正确；琪琪看见雪融化后，与泥土混合成了泥水，属于物质的混合，不属于扩散现象，故D错误．2．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，分子热运动激烈答案 D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，故A、B、C错误，D正确．3.(多选)(2019·青岛市高二检测)如图1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()图1A．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，所以上面瓶中不会出现淡红棕色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答案AD解析抽去玻璃板后，空气与二氧化氮两种气体相互接触，发生扩散现象，过一段时间，空气、二氧化氮气体会均匀分布在上下两广口瓶中，颜色均匀一致，都呈淡红棕色，A、D对，B、C错．考点二布朗运动4．(多选)墨滴入水，扩而散之，徐徐混匀．关于该现象的分析正确的是()A．混合均匀主要是由于炭粒受重力作用B．混合均匀的过程中，水分子和炭粒都做无规则运动C．使用比炭粒更小的墨汁，混合均匀的过程进行得更迅速D．墨汁的扩散运动是由于炭粒和水分子发生化学反应引起的答案BC解析混合均匀的根本原因是分子的无规则热运动，而不是受重力的影响，A错误；水分子做永不停息的热运动，水中的小炭粒做布朗运动，它们都是无规则的运动，B正确；由于布朗运动的剧烈程度与颗粒的大小和温度有关，使用比炭粒更小的墨汁，布朗运动会更明显，C正确；墨汁扩散现象中没有新的物质生成，不是化学反应，D错误．5.(2019·南阳市期中)做布朗运动实验时，每隔相等时间间隔依次记录某个运动微粒的位置，然后依次连线得到观测记录如图2所示，由图可知()图2A．微粒做布朗运动的轨迹应为如图所示的折线B．布朗运动是毫无规则的C．布朗运动是时断时续的D．布朗运动的速度大小是恒定的答案 B解析布朗运动反映了分子的无规则运动，对微粒来讲，其运动是毫无规则的，加速度大小无法确定，速度大小无法确定，它下一时刻向哪个方向运动也无法确定，我们只能按相等时间间隔依次记录某个运动微粒的位置并连线，其运动是持续不断的，故A、C、D错误，B 正确．6.(多选)把墨汁用水稀释后取出一滴放在光学显微镜下观察，如图3所示，下列说法正确的是()图3A．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，即布朗运动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答案BC解析在光学显微镜下，只能看到悬浮的小炭粒，看不到水分子，故A错误；在显微镜下看到小炭粒在不停地做无规则运动，即布朗运动，且炭粒越小，运动越明显，故B、C正确；任何分子都在不停地运动，D错误．7．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，并用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答案 C解析PM10的直径小于或等于10×10－6 m＝1.0×10－5 m，A项错误；PM10受到空气分子作用力的合力总是在不停地变化，并不一定始终大于重力，B项错误；PM10和大悬浮颗粒物受到空气分子不停地碰撞做无规则运动，符合布朗运动的条件，C项正确；根据材料不能判断PM2.5浓度随高度的增加而增大，D项错误．考点三扩散现象、布朗运动及热运动8．(多选)下列事例中，属于分子不停地做无规则运动的是()A．秋风吹拂，树叶纷纷落下B．在箱子里放几块樟脑丸，过些日子一开箱就能闻到樟脑丸的气味C．烟囱里冒出的黑烟在空中飘荡D．把胡椒粉末放入菜汤中，最后胡椒粉末会沉在汤碗底，而我们喝汤时却尝到了胡椒的味道答案BD解析树叶、黑烟(颗粒)都是由分子组成的固体物质和微粒，它们的运动都不属于分子不停地做无规则运动，A、C错误，B、D正确．9．(多选)对以下物理现象的分析正确的是()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，红墨水向周围扩散A．①②③属于布朗运动B．④属于扩散现象C．③属于布朗运动D．③④属于布朗运动答案BC解析扩散现象是指不同物质分子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B、C选项正确．10．(2018·海安中学高一下期中)下列说法中正确的是()A．扩散现象就是布朗运动B．布朗运动是扩散现象的特例C．布朗运动就是分子热运动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答案 D解析布朗运动是固体小颗粒的运动，不是分子的热运动；扩散现象是分子热运动的结果，选项A、B、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，选项D 正确．11．(多选)(2019·保山市月考改编)闲置不用的大理石堆放在煤炭上．过一段时间后发现大理石粘了很多黑色的煤炭．不管怎么清洗都洗刷不干净，用砂纸打磨才发现，已经有煤炭进入到大理石的内部，则下列说法正确的是()A．如果让温度升高，煤炭进入大理石的速度就会加快B．在这个过程中，有的煤炭进入大理石内，是由于分子之间存在引力C．煤炭进入大理石的运动属于布朗运动D．煤炭进入大理石的运动属于扩散现象答案AD12．下列关于热运动的说法中，正确的是()A．0 ℃的物体中的分子不做无规则运动B．因为布朗运动的激烈程度跟温度有关，所以布朗运动也叫做热运动C．存放过煤的混凝土地面下一段深度内都有黑色颗粒，说明煤分子和混凝土分子都在做无规则的热运动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答案 C解析分子的热运动永不停息，因此0 ℃的物体中的分子仍做无规则运动，A错误；虽然布朗运动与温度有关，但是布朗运动是固体颗粒的运动，不是分子的运动，而热运动是指分子永不停息的无规则运动，故B错误；扩散现象说明了分子在做无规则的热运动，C正确；热运动是分子的运动，其激烈程度只与物体的温度有关，与物体的宏观运动状态没有关系，D 错误．二、非选择题13．“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率加快，说明当时周边的气温突然__________，属于__________现象．答案升高扩散解析诗句中“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．。