第3節(jié) 分子的熱運動

第3節(jié)分子的熱運動核心素養(yǎng)導學物理觀念(1)知道擴散現(xiàn)象及影響擴散快慢的因素，知道其在實際中的應用。(2)知道布朗運動及其產(chǎn)生原因。(3)知道決定熱運動激烈程度的因素，理解分子動能和分子平均動能?？茖W思維通過對布朗運動的成因分析，體會并歸納其中科學的研究方法?？茖W探究通過實驗了解布朗運動，觀察并能解釋布朗運動的成因及特點?？茖W態(tài)度與責任通過科學家們對布朗運動成因的研究歷程介紹，培養(yǎng)相應的科學精神。一、擴散現(xiàn)象1．定義：不同物體相互接觸時彼此______的現(xiàn)象。2．產(chǎn)生原因：物質(zhì)分子的________運動。3．應用：生產(chǎn)半導體器件時，需要在純凈半導體材料中摻入其他元素，在高溫條件下通過分子的擴散來完成。進入無規(guī)則二、布朗運動布朗運動的解釋1．布朗運動：懸浮微粒的________運動。2．影響因素：溫度______，運動越明顯，微粒______，運動越明顯。3．布朗運動的解釋：大量液體分子對懸浮微粒撞擊的_______造成的，微粒越小，質(zhì)量越小，其運動狀態(tài)越容易改變，布朗運動越_______。無規(guī)則越高越小不平衡明顯三、熱運動和分子動能1．熱運動：分子的________運動，溫度越高就________。2．分子動能(1)做熱運動的分子具有______。(2)分子熱運動的平均動能：大量分子動能的________。(3)溫度越高，物體分子熱運動的平均動能就______，所以_____是分子熱運動平均動能的標志。無規(guī)則越劇烈動能平均值越大溫度1.如圖所示，在廣口瓶中滴幾滴溴，溴會蒸發(fā)為氣體，請對以下有關說法作出判斷：(1)溴變?yōu)闅怏w，與廣口瓶中的空氣發(fā)生擴散現(xiàn)象。

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

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

()√×√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動。請對以下有關說法作出判斷：(1)灰塵上下飛舞的運動是灰塵在做布朗運動。

()(2)灰塵上下飛舞的運動是空氣流動引起的。

()(3)灰塵上下飛舞的運動是空氣分子無規(guī)律運動引起的。

()(4)灰塵能用肉眼直接看到，不是“布朗微?！?。

()×√×√新知學習(一)|對擴散現(xiàn)象的認識[任務驅(qū)動]把一碗小米倒入一袋玉米中，小米進入玉米的間隙中，這一現(xiàn)象是否屬于擴散現(xiàn)象？提示：擴散現(xiàn)象是指由于分子的無規(guī)則運動，不同物質(zhì)的分子彼此進入對方的現(xiàn)象。題述現(xiàn)象中不是分子運動的結(jié)果，而是兩種物質(zhì)的混合，所以不屬于擴散現(xiàn)象。

[重點釋解]1．影響擴散現(xiàn)象的三個因素(1)雙方的物態(tài)：擴散現(xiàn)象發(fā)生時，氣態(tài)物質(zhì)的擴散現(xiàn)象最快最顯著，液態(tài)次之，固態(tài)物質(zhì)的擴散現(xiàn)象最慢，短時間內(nèi)現(xiàn)象不明顯。(2)雙方的溫度：在兩種物質(zhì)一定的前提下，擴散現(xiàn)象發(fā)生的明顯程度與物質(zhì)的溫度有關，溫度越高，擴散現(xiàn)象越顯著。(3)雙方的濃度差：擴散現(xiàn)象發(fā)生的明顯程度還受到“已進入對方”的分子濃度的限制，當“已進入對方”的分子濃度低時，擴散現(xiàn)象較為顯著。2．擴散現(xiàn)象的原因分析擴散現(xiàn)象不是由外界作用引起的，而是分子無規(guī)則運動的直接結(jié)果，是分子無規(guī)則運動的宏觀反映。3．對分子運動的兩個特點的理解(1)“永不停息”即分子不分白天和黑夜，不分季節(jié)，永遠在運動。(2)“無規(guī)則”是指單個分子運動無規(guī)則，但大量分子運動又具有規(guī)律性，如總體上分子由濃度大的地方向濃度小的地方運動。[典例體驗][典例]

“花氣襲人知驟暖，鵲聲穿樹喜新晴。”這是南宋詩人陸游《村居書喜》中的兩句詩，描寫春暖天晴，鳥語花香的山村美景。對于前一句，從物理學的角度可以理解為花朵分泌出的芳香分子________加快，說明當時周邊的氣溫突然________。[解析]

從詩句中可知，“花氣襲人”說明發(fā)生了擴散現(xiàn)象，而造成擴散加快的直接原因是“驟暖”，即溫度突然升高。從物理學的角度看就是當周圍氣溫升高時，花香擴散加劇，這說明擴散現(xiàn)象發(fā)生的明顯程度與溫度有關，溫度越高，擴散現(xiàn)象越顯著。[答案]

擴散升高[針對訓練]1．通常把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。造成這種差別的主要原因是

(

)A．鹽分子很小，很容易進入蘿卜中B．鹽分子間有相互作用的斥力C．蘿卜分子間有空隙，易擴散D．炒菜時溫度高，分子熱運動劇烈解析：分子無規(guī)則熱運動的劇烈程度與溫度有關，溫度越高，熱運動越劇烈，擴散進行得越快，故選D。答案：D

2．對下列相關物理現(xiàn)象的解釋錯誤的是

(

)A．高壓下油會透過鋼壁滲出，說明分子是不停運動著的B．水和酒精混合后總體積減小，說明分子間有空隙C．存放過煤的混凝土地面下一定深度內(nèi)都有黑色顆粒，說明煤分子在做無規(guī)則的熱運動D．在一杯熱水中放幾粒鹽，整杯水很快會變咸，這是鹽分子在高溫下無規(guī)則運動加劇的結(jié)果解析：高壓作用下油會透過鋼壁滲出，說明分子間有空隙，油分子可以從鐵原子間的空隙穿過，故A錯誤；水和酒精混合后總體積減小，說明分子間有空隙，故B正確；存放過煤的混凝土地面下一定深度內(nèi)都有黑色顆粒，此現(xiàn)象屬于擴散現(xiàn)象，說明煤分子在做無規(guī)則的熱運動，故C正確；在一杯熱水中放幾粒鹽，整杯水很快會變咸，這是鹽分子在高溫下無規(guī)則運動加劇的結(jié)果，故D正確。答案：A

新知學習(二)|對布朗運動的理解[任務驅(qū)動]在顯微鏡下追蹤一顆在水中做布朗運動的花粉，每隔30s把花粉的位置記錄下來，得到某個觀測記錄如圖，畫出的軌跡是花粉的運動軌跡嗎？提示：不是花粉的運動軌跡。

[重點釋解]1．布朗運動的性質(zhì)(1)微粒的大小：能做布朗運動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，但在光學顯微鏡下可以看到(其大小的數(shù)量級為10－6m)。(2)產(chǎn)生原因：液體分子不停地做無規(guī)則運動，不斷地撞擊微粒。懸浮的微粒足夠小時，來自各個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，微粒在某個方向受到的撞擊作用較強；在下一瞬間，微粒受到另一方向的撞擊作用較強，這樣，就引起了微粒的無規(guī)則運動。(3)實質(zhì)及意義：布朗運動實質(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)則運動。2．影響布朗運動的因素(1)固體微粒的大?、賾腋≡谝后w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，因而布朗運動越明顯。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，各個方向的撞擊作用接近平衡，這時就很難觀察到布朗運動了。(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，分子運動的平均速率越大，對懸浮微粒的撞擊作用也越大，微粒受到來自各個方向的撞擊作用的不平衡性越明顯，所以溫度越高，布朗運動就越顯著。3．布朗運動與擴散現(xiàn)象的比較比較項目擴散現(xiàn)象布朗運動不同點①擴散現(xiàn)象是兩種不同的物質(zhì)相互接觸時彼此進入對方的現(xiàn)象。②擴散快慢除和溫度有關外，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)象不明顯，但擴散不會停止①布朗運動是懸浮在液體或氣體中的微粒所做的無規(guī)則運動，而不是液體或氣體分子的運動。②布朗運動的激烈程度與液體(或氣體)分子撞擊的不平衡性有關，微粒越小，溫度越高，布朗運動越明顯。③布朗運動永不停息相同點①產(chǎn)生的根本原因相同，都是分子永不停息地做無規(guī)則運動的反映。②它們都隨溫度的升高而表現(xiàn)得更激烈4．布朗運動與分子的熱運動的比較

比較項目布朗運動分子的熱運動不同點研究對象懸浮于液體(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①無規(guī)則；②永不停息；③溫度越高運動越激烈聯(lián)系周圍液體(或氣體)分子的熱運動是布朗運動產(chǎn)生的原因，布朗運動反映了分子的熱運動[典例體驗][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)則運動，很難自然沉降到地面，吸入后會對人體形成危害。礦物燃料燃燒的排放物是形成PM2.5的主要原因。下列關于PM2.5的說法正確的是

(

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

PM2.5在空氣中的運動是固體顆粒、是分子團的運動，不是分子的熱運動，故A錯誤；PM2.5的質(zhì)量越小，其無規(guī)則運動越劇烈，故B錯誤；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)則運動，溫度越高，PM2.5的無規(guī)則運動越劇烈，故C錯誤；PM2.5受大量空氣分子無規(guī)則碰撞，并且受到風力作用，而形成不規(guī)則的運動軌跡，故D正確。[答案]

D/易錯警示/對布朗運動理解的三點提醒(1)布朗運動是固體微粒的無規(guī)則運動，不是液體或氣體分子的無規(guī)則運動，也不是微粒內(nèi)分子的無規(guī)則運動。(2)微粒懸浮在液體、氣體內(nèi)，在任何溫度下都會做布朗運動。(3)微粒懸浮在氣體中，在氣流作用下做的無規(guī)則運動不是布朗運動。[針對訓練]1．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。布朗運動微粒大小通常在10－6m數(shù)量級。下列說法正確的是

(

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

2．某同學用顯微鏡觀察用水稀釋的墨汁中小炭粒的運動情況，在兩次實驗中分別追蹤小炭粒a、b的運動，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間順序依次連接起來，得到如圖所示的兩顆炭粒運動的位置連線圖，其中P、Q兩點是炭粒a運動的位置連線上的兩點，則下列說法中正確的是

(

)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．兩顆炭粒運動的位置連線圖反映了碳分子的運動是無規(guī)則運動D．炭粒a在P、Q兩點間的運動一定是直線運動解析：溫度相同時，炭粒越大，受到液體分子撞擊的力越容易平衡，布朗運動越不顯著，故此題中b顆粒較大，A正確；對相同大小的微粒，溫度越高，布朗運動越劇烈，炭粒a運動更劇烈，故炭粒a處的水溫更高，B錯誤；每顆炭粒的運動是不同的，說明液體分子做無規(guī)則運動，C錯誤；該圖為炭粒每隔30s的位置，而不是運動軌跡，其連線僅代表位置變化，而其運動并非直線，D錯誤。答案：A

新知學習(三)|分子動能與分子的平均動能[重點釋解]1．單個分子的動能(1)物體由大量分子組成，由于分子的熱運動，每個分子都具有動能且不為零。(2)分子在永不停息地做無規(guī)則熱運動，每個分子動能大小不同并且時刻在變化。(3)熱現(xiàn)象是大量分子無規(guī)則運動的統(tǒng)計結(jié)果，個別分子動能沒有實際意義。2．分子的平均動能(1)溫度是大量分子無規(guī)則熱運動的宏觀表現(xiàn)，具有統(tǒng)計意義。溫度升高，分子平均動能增大，但不是每一個分子的動能都增大。個別分子動能可能增大也可能減小，個別分子甚至幾萬個分子熱運動的動能大小與溫度是沒有關系的。但總體上所有分子的動能之和一定是增加的。(2)氣體的分子平均動能大小只由溫度決定，與物質(zhì)種類、質(zhì)量、壓強、體積無關，即只要溫度相同，任何分子的平均動能都相同。但是溫度不是直接等于分子的平均動能。由于不同物質(zhì)的分子質(zhì)量不盡相同，所以同一溫度下，不同物質(zhì)的分子運動的平均速率大小一般不相同。[典例體驗][典例]

(多選)有關分子的熱運動與溫度的關系，下列說法正確的是(

)A．一定質(zhì)量的氣體，溫度不變，分子的平均動能不變B．物體的溫度越高，分子熱運動越劇烈C．溫度降低時，每個分子的動能都減小D．物體的運動速度越大，則物體的溫度越高[解析]

溫度是分子平均動能的標志，溫度不變，分子的平均動能不變，溫度反映大量分子無規(guī)則熱運動的劇烈程度，溫度越高，分子熱運動越劇烈，A、B正確；溫度降低，大量分子的平均動能減小，并不是每個分子動能都減小，物體的速度越大，機械能(動能)越大，物體的機械運動與物體內(nèi)分子的熱運動無關，溫度不一定越高，C、D錯誤。[答案]

AB/方法技巧/溫度與分子的平均動能關系的解題技巧(1)溫度是分子平均動能的標志。不同的物質(zhì)，只要溫度相同，分子的平均動能就相同。(2)溫度升高，分子的平均動能增大，速率大的分子數(shù)增多，速率小的分子數(shù)減少，分子的平均速率增大。(3)溫度只與分子熱運動有關，與物體的宏觀機械運動無關。[針對訓練]1．下列關于分子動能的說法中正確的是

(

)A．物體溫度升高，每個分子的動能都增大B．物體溫度升高，分子的總動能不變C．物體溫度升高，分子的平均動能增大D．分子的平均動能等于物體內(nèi)所有分子的動能之和解析：物體的溫度升高，分子的平均動能一定增大，但不是每個分子的動能都增大，故A錯誤，C正確；物體的溫度升高，分子的平均動能一定增大，則分子的總動能增大，故B錯誤；分子的平均動能等于物體內(nèi)所有分子的動能之和與分子總數(shù)的比值，故D錯誤。答案：C

2．一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的條件下，體積增大。則

(

)A．氣體分子的平均動能增大B．氣體分子的平均動能減小C．氣體分子的平均動能不變D．條件不夠，無法判定氣體分子平均動能的變化解析：溫度是氣體分子平均動能的標志，無論氣體如何變化，只要溫度不變，則氣體分子的平均動能不變，故選C。答案：C

一、好素材分享——看其他教材如何落實核心素養(yǎng)

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

科學思維——布朗運動實例分析2．(選自魯科版新教材課后練習)(多選)碳素墨水滴入水中，逐漸混合均勻。下列關于該現(xiàn)象的分析，正確的是

(

)A．混合均勻主要是由于微粒受重力作用B．混合均勻的過程中，水分子和微粒都做無規(guī)則運動C．使用微粒更小的墨水，混合均勻的過程進行得更迅速D．墨水的運動是由微粒和水分子發(fā)生化學反應引起的解析：該現(xiàn)象是布朗運動，與重力、化學反應無關，故A、D錯誤