1.1分子动理论-2020-2021学年高二物理同步课堂(新教材人教版选择性必修第三册)

第一章分子动理论
第1节分子动理论的基本内容
（一）、物体是由大量分子组成的
一、分子的大小
除一些有机物质的大分子外，多数分子大小的数量级为10－10m.
二、分子的两种模型与阿伏加德罗常数的应用
1．分子的两种模型
(1)球体模型
对固体和液体，分子间距比较小，可以认为分子是一个一个紧挨着的球．
设分子的体积为V，由V＝4
3
π⎝⎛⎭⎫
d
23，可得分子直径d＝
36V
π.
(2)立方体模型
由于气体分子间距比较大，是分子直径的10倍以上，此时常把分子占据的空间视为立方体，认为分子处于
立方体的中心(如图2所示)，从而计算出气体分子间的平均距离为a＝3 V.
三、阿伏加德罗常数
1．定义：1 mol的任何物质都含有相同的粒子数，这个数量用阿伏加德罗常数表示，值为6.02×1023_mol－1，在粗略计算中可取6.0×1023mol－1.
2．阿伏加德罗常数的应用
(1)N A的桥梁和纽带作用
阿伏加德罗常数是宏观世界和微观世界之间的一座桥梁．它把摩尔质量M mol、摩尔体积V mol、物体的质量m、物体的体积V、物体的密度ρ等宏观量，跟单个分子的质量m0、单个分子的体积V0等微观量联系起来，如图所示．
其中密度ρ＝m V ＝M mol V mol ，但要切记对单个分子ρ＝m 0
V 0是没有物理意义的．
(2)常用的重要关系式 ①分子的质量：m 0＝M mol
N A
.
②分子的体积：V 0＝V mol N A ＝M mol ρN A (适用于固体和液体)．注意：对于气体分子V mol
N A 只表示每个分子所占据的空间．
③质量为m 的物体中所含有的分子数：n ＝mN A
M mol .
④体积为V 的物体中所含有的分子数：n ＝VN A
V mol .
（二）、分子在做永不停息的无规则运动 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，是分子永不停息做无规则热运动的实验证据． 3．发生扩散的条件
任何情况下都可以发生，与外界因素无关． 4．影响扩散的因素
(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．扩散运动的两个特点：(1)永不停息；(2)无规则性．
6．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． 7．扩散现象的实质：扩散现象是物质分子永不停息地做无规则运动的证明． 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．产生的原因：大量液体或气体分子对固体小微粒撞击的不平衡造成的． 3．影响因素：(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．
4．特点：(1)布朗运动是永不停息的，说明液体(或气体)分子的运动是永不停息的． (2)布朗运动是无规则的，说明液体(或气体)分子的运动是无规则的． (3)温度越高，布朗运动越激烈，说明分子运动的剧烈程度与温度有关．
5．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． 6．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． 特别提醒：①布朗运动是固体微粒的运动，热运动是分子的运动．
②布朗运动间接反映了分子永不停息的无规则的热运动．
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．
（三）、分子之间存在着引力和斥力．
一、分子间的作用力
1．分子间有空隙
(1)气体很容易被压缩，表明气体分子间有很大的空隙．
(2)水和酒精混合后总体积会变小，说明液体分子间有空隙．
(3)压在一起的金片和铅片，各自的分子能彼此进入到对方的内部说明固体分子间也存在着空隙．
2．分子间的作用力
(1)分子间总是同时存在引力和斥力，实际表现出来的是它们的合力．
(2)当两个分子间的距离为r0时，分子所受的引力与斥力大小相等，此时分子所受的合力为零．当分子间的距离小于r0时，作用力的合力表现为斥力；当分子间的距离大于r0时，作用力的合力表现为引力．
(3)分子间作用力随分子间距离而变化，引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，但斥力的变化比引力的变化要快．(如图1所示)
当r＝r0时，F引＝F斥，F＝0.
当r<r0时，F引和F斥都随分子间距离的减小而增大，但F斥增大得更快，分子力表现为斥力．
当r>r0时，F引和F斥都随分子间距离的增大而减小，但F斥减小得更快，分子力表现为引力．
当r≥10r0(10－9m)时，F引和F斥都十分微弱，可认为分子间无相互作用力(F＝0)．
(4)分子力F随距离变化的图象
如图所示，当r<r0时，合力随距离的增大而减小；当r>r0时，合力随距离的增大先增大后减小．
二、分子动理论
1．内容：物体是由大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则运动，分子之间存在着引力和斥力．2．统计规律
(1)微观方面：各个分子的运动都是无规则的，带有偶然性．
(2)宏观方面：大量分子的运动有一定的规律，叫做统计规律．大量分子的运动受统计规律的支配．
【例题1】已知水银的摩尔质量为M,密度为ρ,阿伏加德罗常数为N A,则水银分子的直径是()
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】1 mol水银的体积V=,1个水银分子的体积V0=,若把水银分子看成球体,则V0=πd3,所以
d=。

若把水银分子看成立方体,则V0=d3,所以d=,故正确答案为A。

【例题2】.(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
【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,故选项A错误;在显微镜下看到小炭粒不停地做无规则运动,这就是布朗运动,且看到的炭粒越小,运动越明显。

故选项B、C正确,选项D显然是错误的。

【例题3】清晨,草叶上的露珠是由空气中的水汽凝结成的水珠,这一物理过程中,水分子间的()
A.引力消失,斥力增大
B.斥力消失,引力增大
C.引力、斥力都减小
D.引力、斥力都增大
【答案】D
【解析】露珠是由空气中的水蒸气凝结成的水珠,液化过程中,分子间的距离变小,引力与斥力都增大,选项D 正确。

1．铜的摩尔质量为M A (kg/mol)，密度为ρ(kg/m 3)，若阿伏加德罗常数为N A ，则下列说法中哪个是错误的( ) A ．1 m 3铜所含的原子数目是ρN A M A B ．1 kg 铜所含的原子数目是ρN A
C ．一个铜原子的质量为M A N A kg
D ．一个铜原子占有的体积是M A ρN A m 3
2.如图所示，是关于布朗运动的实验，下列说法正确的是( )
A ．图中记录的是分子无规则运动的情况
B ．图中记录的是微粒做布朗运动的轨迹
C ．实验中可以看到，微粒越大，布朗运动越明显
D ．实验中可以看到，温度越高，布朗运动越剧烈
3．在长期放着煤的墙角处，地面和墙角有相当厚的一层染上黑色，这说明( ) A ．分子是在不停地运动 B ．煤是由大量分子组成的 C ．分子间没有空隙
D ．分子运动有时会停止
4．如图所示，把一块铅和一块金的接触面磨平、磨光后紧压在一起，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 5.关于热运动的说法中，正确的是( )
A ．热运动是物体受热后所做的运动
B．仅温度高的物体中的分子做无规则运动
C．单个分子做永不停息的无规则运动
D．大量分子做永不停息的无规则运动
6．下列各现象中解释正确的是()
A．用手捏面包，面包体积会缩小，这是因为分子间有间隙
B．在一杯热水中放几粒盐，整杯水很快就会变咸，这是食盐分子的扩散现象
C．把一块铅和一块金的表面磨光后紧压在一起，在常温下放置四五年，结果铅和金互相会渗入，这是两种金属分别做布朗运动的结果
D．把碳素墨水滴入清水中，稀释后，借助显微镜能够观察到布朗运动现象，这是由碳分子的无规则运动引起的
7.(多选)对下列现象的解释正确的是()
A．两块铁经过高温加压会连成一整块，这说明铁分子间有吸引力
B．一定质量的气体能充满整个容器，这说明在一般情况下，气体分子间的作用力很微弱
C．电焊能把两块金属连接成一整块是分子间的引力起作用
D．破碎的玻璃不能把它们拼接在一起是因为其分子间斥力作用的结果
8．“破镜难圆”的原因是()
A．玻璃分子间的斥力比引力大
B．玻璃分子间不存在分子力的作用
C．一块玻璃内部分子间的引力大于斥力，而两块碎玻璃片之间，分子引力和斥力大小相等，合力为零D．两片碎玻璃之间，绝大多数玻璃分子间距离太大，分子引力和斥力都可忽略，总的分子引力为零9．下列现象可以说明分子间有引力的是()
A．用粉笔在黑板上写字留下字迹
B．两个带异种电荷的小球相互吸引
C．用毛皮摩擦过的橡胶棒能吸引轻小的纸屑
D．磁体吸引附近的小铁钉
10．有一种咸鸭蛋的腌制过程是将鸭蛋放在掺入食盐的泥巴里，经过很长一段时间泥巴干了后，鸭蛋也就成了咸鸭蛋．此鸭蛋的腌制过程利用了()
A．布朗运动B．扩散
C．分子间作用力D．热胀冷缩
11．当两个分子间的距离为r 0时，正好处于平衡状态，下列关于分子间作用力与分子间距离的关系的说法正确的是( )
A ．当分子间的距离r <r 0时，它们之间只有斥力作用
B ．当分子间的距离r ＝r 0时，分子处于平衡状态，分子不受力
C ．当分子间的距离从0.5r 0增大到10r 0的过程中，分子间的引力和斥力都在减小，且斥力比引力减小得快
D ．当分子间的距离从0.5r 0增大到10r 0的过程中，分子间作用力的合力在逐渐减小
12．1 mol 铜的质量为63.5 g ，铜的密度为8.9×103 kg/m 3，试估算一个铜原子的质量和体积．(已知N A ＝6×1023 mol －
1)
1．【答案】 B
【解析】 1 m 3铜的质量为ρ kg ，其中所含的原子数目是ρM A N A ，故A 项正确；1 kg 铜所含的原子数目是
1M A N A ，故B 项错误；一个铜原子的质量为M A N A kg ，C 正确；一个铜原子占有的体积为M A ρN A m 3
，D 正确．
2.【答案】 D
【解析】 图中记录的是每隔若干时间(如30 s)微粒位置的连线，不是微粒运动的轨迹，也不是分子的无规则运动，而是微粒的无规则运动，故选项A 、B 错；微粒做布朗运动的根本原因是：各个方向的液体或气体分子对它的碰撞不平衡，因此，微粒越小、温度越高，液体或气体分子对它的碰撞越不平衡，布朗运动越剧烈，故选项D 正确，C 错误． 3．【答案】 A
【解析】 煤分子不停地运动，进入地面和墙角，正确选项为A. 4．【答案】 B
【解析】 属扩散现象，是由于两种不同物质分子运动引起的，不是分子间的相互吸引，A 错，B 对；布朗运动是颗粒的运动而不是分子的运动，故C 、D 错． 5.【答案】D
【解析】热运动是指物体内大量分子做无规则运动，不是单个分子做无规则运动，在物体内的分子运动速度不同，即使是同一个分子在不同时刻其速度也不同，热运动在宏观上表现的是温度，当分子的平均速率变化时，物体的温度变化，不仅高温物体中的分子在做无规则运动，低温物体内的分子也同样做无规则运动，只是其平均速率不同而已，A 、B 、C 错误，D 正确． 6．【答案】B
【解析】手捏面包，面包体积变小，说明面包颗粒之间有间隙，而不是分子间有间隙，故A错；B、C 都是扩散现象；D中做布朗运动的是炭颗粒，而不是碳分子．
7.【答案】ABC
【解析】高温下铁分子运动非常激烈，两块铁上的铁分子间距离很容易充分接近到分子力起作用的距离内，所以两块铁经过高温加压将很容易连成一整块，电焊是利用电流产生的高热量将金属熔化，从而使分子间距离接近到分子力起作用的距离内，使两块金属连成一整块，所以A、C项正确；通常情况下，气体分子间的距离大约为分子直径的10多倍，此种情况下分子力非常微弱，气体分子可以无拘无束地运动，从而充满整个容器，所以B项正确；玻璃断面凹凸不平，即使用很大的力也不能使两断面间距接近到分子力作用的距离，所以碎玻璃不能结合并非是斥力作用的结果，所以D项错误．
8．【答案】 D
【解析】破碎的玻璃放在一起，由于接触面的错落起伏，只有极少数分子能接近到分子间有作用力的程度，因此，总的分子引力非常小，不足以使它们连在一起．
9．【答案】 A
【解析】毛皮摩擦的橡胶棒能吸引轻小的纸屑及两带异种电荷的小球相吸是静电力的作用，磁铁吸引小铁钉的力是磁场力，二者跟分子力是不同性质的力，故B、C、D错．粉笔字留在黑板上是由于粉笔的分子与黑板的分子间存在引力的结果，故A正确．
10．【答案】 B
【解析】食盐进入鸭蛋属于扩散现象，B选项正确．
11．【答案】 C
【解析】分子间相互作用的引力和斥力是同时存在的，当r＝r0时，F引＝F斥，每个分子所受的合力为零，并非不受力；当r<r0，F斥>F引，合力为斥力，并非只受斥力，故A、B错误；当分子间的距离从0.5r0增大到10r0的过程中，分子间的引力和斥力都减小，而且斥力比引力减小得快，分子间作用力的合力先减小到零，再增大后减小到零，故C正确，D错误．
12．【答案】 1.06×10－25 kg 1.19×10－29m3
【解析】铜的摩尔质量
M＝63.5 g/mol＝6.35×10－2 kg/mol，
1 mol铜有N A＝6×1023个原子，一个原子的质量为：
m0＝M
N A≈1.06×10
－25 kg 铜的摩尔体积为：
V mol＝M
ρ＝
6.35×10－2
8.9×103
m3/mol≈7.13×10－6 m3/mol
所以，一个铜原子的体积：
V 0＝V mol N A ＝7.13×10－
66×1023 m 3≈1.19×10－
29 m 3.。