物理人教版選修3-3導(dǎo)學(xué)案第七章第2節(jié)分子的熱運(yùn)動

2分子的熱運(yùn)動內(nèi)容要求擴(kuò)散現(xiàn)象了解擴(kuò)散現(xiàn)象是由于分子的熱運(yùn)動產(chǎn)生的。布朗運(yùn)動通過實(shí)驗(yàn)知道什么是布朗運(yùn)動，理解布朗運(yùn)動產(chǎn)生的原因。熱運(yùn)動知道什么是熱運(yùn)動以及決定熱運(yùn)動激烈程度的因素。北宋詩人王安石曾寫過這樣一首詩：墻角數(shù)枝梅，凌寒獨(dú)自開。遙知不是雪，為有暗香來。我們并沒有靠近梅樹，卻能聞到梅花的香味，這是為什么呢？提示：這是由于擴(kuò)散現(xiàn)象造成的。一、擴(kuò)散現(xiàn)象1．定義：不同的物質(zhì)能夠________________的現(xiàn)象叫做擴(kuò)散。2．產(chǎn)生原因：是由物質(zhì)分子的________運(yùn)動產(chǎn)生的。3．意義：______證明物質(zhì)分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動。4．應(yīng)用：在高溫條件下，通過____________在純凈半導(dǎo)體中摻入其他元素，生產(chǎn)各種半導(dǎo)體器件。思考1：一碗小米倒入一碗大米中，小米進(jìn)入大米的間隙之中是否屬于擴(kuò)散現(xiàn)象？二、布朗運(yùn)動1．定義：懸浮在液體(或氣體)中的______的無規(guī)則運(yùn)動叫做布朗運(yùn)動。2．產(chǎn)生原因：大量液體(或氣體)分子對懸浮微粒撞擊作用的________性造成的。3．運(yùn)動特點(diǎn)：(1)__________；(2)________。4．影響因素：微粒的______和溫度的______。微粒越____，溫度越____，布朗運(yùn)動就越激烈。5．意義：布朗運(yùn)動雖然不是分子的運(yùn)動，但它________反映了液體(或氣體)分子運(yùn)動的無規(guī)則性。思考2：冬天，當(dāng)一縷陽光射入教室時，常?？梢钥吹饺肷涔馐杏袘腋≡诳諝庵械膲m埃在做無規(guī)則運(yùn)動。這些塵埃的運(yùn)動是布朗運(yùn)動嗎？為什么？三、熱運(yùn)動1．定義：我們把________永不停息的無規(guī)則運(yùn)動叫做熱運(yùn)動。2．特點(diǎn)：(1)永不______；(2)運(yùn)動________；(3)溫度越高，分子的熱運(yùn)動越______。3．宏觀表現(xiàn)：______運(yùn)動和______現(xiàn)象。答案：一、2．無規(guī)則3．直接4．分子的擴(kuò)散思考1提示：不是。擴(kuò)散現(xiàn)象是不同物質(zhì)的分子彼此進(jìn)入對方的現(xiàn)象，而小米和大米都不是分子。二、2．不平衡3．(1)永不停息(2)無規(guī)則4．大小高低小高5．間接思考2提示：不是。首先，能用肉眼直接觀察到的運(yùn)動肯定不是布朗運(yùn)動；其次，從布朗運(yùn)動產(chǎn)生的原因上來考慮，肉眼看到的塵埃比較大，某時刻由于分子的運(yùn)動而對它向各個方向的撞擊幾乎平衡抵消。也就是說，塵埃的運(yùn)動不是由空氣分子對它的撞擊引起的，而是由氣流的流動、重力作用等因素引起的，因此塵埃的運(yùn)動不屬于布朗運(yùn)動。三、2．(1)停息(2)無規(guī)則(3)激烈3．布朗擴(kuò)散一、對擴(kuò)散現(xiàn)象的理解1．影響因素(1)雙方的物態(tài)：擴(kuò)散現(xiàn)象發(fā)生時，氣態(tài)物質(zhì)的擴(kuò)散現(xiàn)象最快、最顯著，液態(tài)次之，固態(tài)物質(zhì)的擴(kuò)散現(xiàn)象最慢，短時間內(nèi)非常不明顯。(2)雙方的溫度：在兩種物質(zhì)一定的前提下，擴(kuò)散現(xiàn)象發(fā)生的明顯程度與物質(zhì)的溫度有關(guān)，溫度越高，擴(kuò)散現(xiàn)象越顯著。(3)雙方的濃度差：擴(kuò)散現(xiàn)象發(fā)生的明顯程度還受到“已進(jìn)入對方”的分子濃度的限制，當(dāng)濃度低時，擴(kuò)散現(xiàn)象較為顯著。2．成因分析擴(kuò)散現(xiàn)象不是外界作用(例如對流、重力作用等)引起的，也不是化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，而是分子無規(guī)則運(yùn)動的直接結(jié)果，是分子無規(guī)則運(yùn)動的宏觀表現(xiàn)。(1)擴(kuò)散現(xiàn)象在任何情況下都可以發(fā)生，與外界因素?zé)o關(guān)。(2)當(dāng)兩部分的分子分布濃度相同時，濃度不再變化，宏觀上擴(kuò)散停止，但分子運(yùn)動并沒有停止，因此這種狀態(tài)是一種動態(tài)平衡。二、對布朗運(yùn)動的理解1．感悟布朗運(yùn)動的條件布朗運(yùn)動的對象是布朗微粒，它必須是足夠微小的顆粒，如果是大顆粒，則其周圍來自各個方向的許多分子對它本身的撞擊很容易平衡。布朗運(yùn)動的研究顆粒的直徑數(shù)量級在10－7～10－6m2．明確布朗運(yùn)動的主體布朗運(yùn)動的主體是布朗微粒，不是分子，布朗微粒雖小，但它又比分子大許多倍(分子直徑的數(shù)量級為10－10m，因此布朗微粒中包含大量的分子，約為10213．了解布朗運(yùn)動產(chǎn)生的原因懸浮在液體中的固體小顆粒會受到來自各個方向液體分子的撞擊，當(dāng)顆粒較大時，各方向與小顆粒撞擊的分子數(shù)都很多，各方向作用力趨于平衡，布朗運(yùn)動難以發(fā)生或不明顯，當(dāng)顆粒較小時，各方向與小顆粒撞擊的分子數(shù)都很少，數(shù)目的差異、作用的強(qiáng)弱、作用的先后等因素的影響使得各個方向的作用力很難達(dá)到平衡，再由于顆粒質(zhì)量小、慣性小，運(yùn)動狀態(tài)容易改變，所以布朗運(yùn)動比較明顯?？傊w粒越小，某一瞬間來自各個方向的作用力越不易達(dá)到平衡，布朗運(yùn)動越明顯；另一方面，液體分子溫度越高，分子運(yùn)動越劇烈，液體分子碰撞固體小顆粒時這種不平衡的作用力更突出，布朗運(yùn)動也越明顯。4．領(lǐng)會布朗運(yùn)動的意義(1)布朗運(yùn)動是無規(guī)則的eq\o(→,\s\up7(反映))分子運(yùn)動是無規(guī)則的。(2)布朗運(yùn)動是永不停息的eq\o(→,\s\up7(反映))分子運(yùn)動是永不停息的。(3)溫度越高，布朗運(yùn)動越激烈eq\o(→,\s\up7(反映))溫度越高，分子的熱運(yùn)動越激烈。布朗微粒的運(yùn)動軌跡是無規(guī)則的，它在下一個時刻向哪個方向運(yùn)動是不確定的，也是不可預(yù)測的。三、布朗運(yùn)動和擴(kuò)散現(xiàn)象的對比分析布朗運(yùn)動擴(kuò)散現(xiàn)象不同點(diǎn)產(chǎn)生條件固體微(顆)粒懸浮在液體或氣體中兩物體相互接觸，在固、液、氣中都能發(fā)生產(chǎn)生原因液體或氣體分子無規(guī)則運(yùn)動，對固體微粒撞擊的不平衡分子的無規(guī)則運(yùn)動運(yùn)動本質(zhì)固體微粒的運(yùn)動分子的運(yùn)動是否會停止不會會(最終達(dá)到動態(tài)平衡)影響因素溫度高低，顆粒大小溫度高低、密度差或濃度差相同點(diǎn)(1)布朗運(yùn)動和擴(kuò)散現(xiàn)象都是分子運(yùn)動的有力證據(jù)(2)都與溫度有關(guān)，溫度越高，現(xiàn)象越明顯布朗運(yùn)動只能在氣體、液體中發(fā)生，擴(kuò)散現(xiàn)象可以發(fā)生在固體、液體、氣體中任何兩種物質(zhì)之間。四、對熱運(yùn)動的理解1．所謂分子的“無規(guī)則運(yùn)動”，是指由于分子之間的相互碰撞，每個分子的運(yùn)動速度無論是方向還是大小都在不斷地變化。標(biāo)準(zhǔn)狀況下，一個空氣分子在1s內(nèi)與其他空氣分子的碰撞高達(dá)65億次，所以大量分子的運(yùn)動是十分混亂的，也就是說是無規(guī)則的。注意：不能把布朗運(yùn)動叫做熱運(yùn)動。2．在任一時刻，物體內(nèi)既有速率大的分子，也有速率小的分子。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(yùn)動的速率，均指它們的平均速率。因?yàn)閱蝹€分子的速率是測不到的，也是無意義的，不能和溫度相聯(lián)系。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(yùn)動的平均速率的數(shù)量級為1053．分子運(yùn)動符合統(tǒng)計規(guī)律：由于物體是由數(shù)量極多的分子組成的，這些分子并沒有統(tǒng)一的運(yùn)動步調(diào)，單獨(dú)來看，各個分子的運(yùn)動都是不規(guī)則的、帶有偶然性的，但從總體來看，大量分子的運(yùn)動卻有一定的規(guī)律，這種規(guī)律叫做統(tǒng)計規(guī)律，大量分子的集體行為受到統(tǒng)計規(guī)律的支配。(1)熱運(yùn)動是對大量分子而言的，對個別分子無意義。(2)分子熱運(yùn)動的劇烈程度雖然受到溫度影響，溫度高運(yùn)動快，溫度低運(yùn)動慢，但分子的運(yùn)動永遠(yuǎn)不會停息。類型一對布朗運(yùn)動的理解【例1】用顯微鏡觀察放在水中的花粉，追蹤幾?；ǚ畚⒘?，每隔30s記下它們的位置，用折線分別依次連接這些點(diǎn)，如圖所示。圖示折線是否為花粉微粒的運(yùn)動徑跡？是否為水分子的運(yùn)動徑跡？點(diǎn)撥：由于液體分子運(yùn)動的無規(guī)則性，做布朗運(yùn)動的固體小顆粒的運(yùn)動也沒有一定的規(guī)律，采用閃光照相等形式可以確定顆粒在某時刻的位置，但不能描述其運(yùn)動軌跡。解析：此圖畫出的是每隔30s觀察到的花粉微粒的位置用直線依次連接起來的圖線，實(shí)際上在兩位置間的短短30s內(nèi)，微粒的運(yùn)動仍是極其復(fù)雜和無規(guī)則的，并非沿著兩位置的連線運(yùn)動。因此，圖示折線并不是花粉微粒的運(yùn)動軌跡，更不是水分子的運(yùn)動徑跡，這是因?yàn)榛ǚ畚⒘Ｃ棵胧艿郊s1021次液體分子的碰撞，微粒運(yùn)動的路線是在許許多多液體分子撞擊下的平均效果的體現(xiàn)。答案：不是不是題后反思：布朗運(yùn)動中微粒的運(yùn)動是“無規(guī)則”的，即實(shí)驗(yàn)中不同時刻微粒位置的連線并非其運(yùn)動軌跡，而是人為畫出的，這是理解該實(shí)驗(yàn)非常關(guān)鍵的一點(diǎn)。觸類旁通：在觀察布朗運(yùn)動時，從微粒在A點(diǎn)開始計時，每隔30s記下微粒的一個位置，得B、C、D、E、F、G等點(diǎn)，然后用線段依次連接，如圖所示，則微粒在75s末時的位置()。A．一定在CD的中點(diǎn)B．在CD的連線上，但不一定在CD的中點(diǎn)C．一定不在CD連線的中點(diǎn)D．可能在CD連線以外的某一點(diǎn)類型二對分子熱運(yùn)動的理解【例2】下列說法中正確的是()。A．熱的物體中的分子有熱運(yùn)動，冷的物體中的分子無熱運(yùn)動B．氣體分子有熱運(yùn)動，固體分子無熱運(yùn)動C．高溫物體的分子熱運(yùn)動比低溫物體的分子熱運(yùn)動激烈D．運(yùn)動物體中的分子熱運(yùn)動比靜止物體中的分子熱運(yùn)動激烈點(diǎn)撥：熱運(yùn)動是指大量分子的無規(guī)則運(yùn)動，而不是受熱后物體分子的運(yùn)動，它有兩個特點(diǎn)：一是永不停息，二是劇烈程度與溫度有關(guān)。解析：不論物體處于何種狀態(tài)以及溫度高低，分子都在不停地做無規(guī)則運(yùn)動，只是劇烈程度與溫度有關(guān)，而與宏觀物體的運(yùn)動無關(guān)。答案：C題后反思：分子熱運(yùn)動的“熱”字，應(yīng)該賦予其兩層含義：(1)指分子的無規(guī)則運(yùn)動，不是宏觀物體的機(jī)械運(yùn)動。(2)溫度越高，分子運(yùn)動越激烈，與何種分子無關(guān)。答案：觸類旁通D1．?dāng)U散現(xiàn)象說明了()。A．物質(zhì)是由大量分子組成的 B．物質(zhì)內(nèi)部分子間存在著相互作用力C．分子間存在著空隙 D．分子在做無規(guī)則運(yùn)動2．某同學(xué)做布朗運(yùn)動實(shí)驗(yàn)，得到某個觀測記錄如圖。圖中記錄的是()。A．分子無規(guī)則運(yùn)動的情況B．某個微粒做布朗運(yùn)動的軌跡C．某個微粒做布朗運(yùn)動的速度—時間圖線D．按等時間間隔依次記錄的某個運(yùn)動微粒位置的連線3．(2011·福州高二檢測)下列關(guān)于熱運(yùn)動的說法中，正確的是()。A．熱運(yùn)動是物體受熱后所做的運(yùn)動 B．溫度高的物體中的分子做無規(guī)則運(yùn)動C．單個分子做永不停息的無規(guī)則運(yùn)動 D．大量分子做永不停息的無規(guī)則運(yùn)動4．關(guān)于布朗運(yùn)動和擴(kuò)散現(xiàn)象的下列說法中正確的是()。A．布朗運(yùn)動和擴(kuò)散現(xiàn)象都在氣體、液體、固體中發(fā)生B．布朗運(yùn)動和擴(kuò)散現(xiàn)象都是分子的運(yùn)動C．布朗運(yùn)動和擴(kuò)散現(xiàn)象都是溫度越高越明顯D．布朗運(yùn)動和擴(kuò)散現(xiàn)象都是永不停息的5．下面兩種關(guān)于布朗運(yùn)動的說法都是錯誤的，試分析它們各錯在哪里。(1)大風(fēng)天常?？吹斤L(fēng)沙彌漫、塵土飛揚(yáng)，這就是布朗運(yùn)動。(2)布朗運(yùn)動是由于液體分子對固體小顆粒的撞擊引起的，固體小顆粒的體積越大，液體分子對它的撞擊越多，布朗運(yùn)動就越顯著。答案：1．CD擴(kuò)散現(xiàn)象是一種物質(zhì)的分子進(jìn)入另一種物質(zhì)內(nèi)部的現(xiàn)象，因而說明了分子間存在著空隙；而物質(zhì)混合達(dá)到均勻，則表明分子的運(yùn)動是無規(guī)則的。2．D布朗運(yùn)動是懸浮在液體中的固體小顆粒的無規(guī)則運(yùn)動，而非分子的運(yùn)動，故A項(xiàng)錯誤；既然無規(guī)則，所以微粒沒有固定的運(yùn)動軌跡，故B項(xiàng)錯誤；對于某個微粒而言在不同時刻的速度大小和方向均是不確定的，所以無法確定其在某一個時刻的速度，故也就無法描繪其速度—時間圖線，故C項(xiàng)錯誤；只有D項(xiàng)正確。3．D熱運(yùn)動是指物體內(nèi)大量分子做無規(guī)則運(yùn)動，不是單個分子做無規(guī)則運(yùn)動，故A、C項(xiàng)錯誤，D項(xiàng)正確。不僅高溫物體中的分子在做無規(guī)則運(yùn)動，低溫物體內(nèi)的分子也同樣做無規(guī)則運(yùn)動，只是分子運(yùn)動的平均速率不同而已，故B項(xiàng)錯誤。4．CD(1)布朗運(yùn)動與擴(kuò)散現(xiàn)象的研究對象不同：布朗運(yùn)動研究對象是固體小顆粒，而擴(kuò)散現(xiàn)象研究的是分子的運(yùn)動。(2)布朗運(yùn)動與擴(kuò)散現(xiàn)象條件不一樣：布朗運(yùn)動只能在氣體、液體中發(fā)生，而擴(kuò)散現(xiàn)象可以發(fā)生在固體、液體、氣體任何兩種物