《導學案》2021版高中物理(人教版-選修3-3)教師用書：7.2-分子的熱運動-講義

課時7.2分子的熱運動1.了解集中現(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)生的緣由。3.知道什么是熱運動及打算熱運動猛烈程度的因素。重點難點:布朗運動及產(chǎn)生的緣由;對分子永不停息地做無規(guī)章運動的理解;布朗運動與分子無規(guī)章運動的關系。教學建議:“分子永不停息地做無規(guī)章的熱運動”是分子動理論的核心內(nèi)容。教學中應通過一些生活實例和試驗來說明這一觀點。由于試驗和規(guī)律推理較多,同學對涉及的內(nèi)容并不生疏,課前要求同學閱讀所要學習的內(nèi)容,并自行完成學問體系梳理,理清學問關系,明確認知誤區(qū)。在此基礎上,課堂教學中引導同學分組爭辯、協(xié)作完成探究問題。指導過程中要抓住教科書中的關鍵詞句,開放爭辯,讓同學體會到自然科學書籍的閱讀方式,培育同學的表達力氣和規(guī)律思維力氣?？稍O計一些固體、液體、氣體的集中現(xiàn)象以及影響它們的因素,讓同學從對客觀現(xiàn)象的生疏中,體會分子無規(guī)章運動與溫度的關系。導入新課:暮春季節(jié),金黃的油菜花鋪滿了原野,微風拂過,飄來陣陣花香,如圖所示。你有沒有想過,為什么能夠聞到這沁人心脾的香味呢?1.分子運動何其亂(1)布朗運動:懸浮在液體(或氣體)中的微粒不停地做①無規(guī)章運動。它首先是由英國植物學家布朗在1827年用顯微鏡觀看水中的②花粉顆粒時發(fā)覺的。(2)產(chǎn)生的緣由:大量液體分子對懸浮微粒撞擊的③不平衡性造成的。(3)運動特點:永不停息、無規(guī)章。(4)影響因素:微粒越④小,溫度越⑤高,布朗運動越猛烈。(5)布朗運動的實質(zhì):懸浮微粒的無規(guī)章運動并不是⑥液體分子的運動,但是微粒運動的無規(guī)章性,間接地反映了⑦液體分子在做永不停息的⑧無規(guī)章運動。2.熱運動分子永不停息地做⑨無規(guī)章運動。1.一碗小米倒入一碗大米中,小米進入大米的間隙之中是否屬于集中現(xiàn)象?解答:集中現(xiàn)象是指由于分子的無規(guī)章運動,不同物質(zhì)(分子)彼此進入對方的現(xiàn)象。明顯,上述現(xiàn)象不是分子運動的結(jié)果,而是兩種物質(zhì)的混合,所以不屬于集中現(xiàn)象。2.“墻角數(shù)枝梅,凌寒獨自開。遙知不是雪,為有暗香來?！边@是北宋詩人王安石的一首膾炙人口的詩歌,它把我們也仿佛帶入了一個梅香撲鼻的冰雪世界。為什么王安石沒有靠近梅樹,卻能聞到梅花的香味呢?解答:梅香撲鼻正是分子運動(集中現(xiàn)象)的最直接的證據(jù),盛開的梅花的香氣在空中不斷集中,不需靠近,就能聞到梅花的香氣。3.在一鍋水中撒一點胡椒粉,加熱時發(fā)覺水中的胡椒粉在翻滾。這說明溫度越高,布朗運動越猛烈,這種說法對嗎?解答:不對。首先,胡椒粉是較大的固體微粒,做布朗運動的微粒用肉眼是看不到的。其次,水中的胡椒粉在翻滾,這是由于水的對流引起的,并不是水分子撞擊的結(jié)果。4.推斷下列說法是否正確。(1)布朗運動就是液體分子的無規(guī)章運動。(2)懸浮微粒越大,布朗運動越明顯。(3)布朗運動的猛烈程度與溫度有關。解答:(1)布朗運動是懸浮微粒的運動,不是分子的運動,它反映了液體分子的無規(guī)章運動,(1)錯。(2)懸浮微粒越大,布朗運動越不明顯,(2)錯。(3)溫度越高,布朗運動越猛烈,(3)正確。主題1:探究集中現(xiàn)象問題:(1)觀看“溴蒸氣的集中和液體的集中”試驗,考慮以下幾個問題:a.試驗中毀滅什么現(xiàn)象?b.這種現(xiàn)象產(chǎn)生的實質(zhì)是什么?c.試驗說明白什么?(2)“醬油在煮熟的蛋清中的集中”說明白什么?(3)集中現(xiàn)象說明白什么?解答:(1)a.會發(fā)覺溴氣漸漸布滿整個廣口瓶;硫酸銅和水的分界面漸漸模糊,最終和水混合在一起。b.集中現(xiàn)象并不是外界作用(如對流、重力作用等)引起的,也不是化學反應的結(jié)果,而是由物質(zhì)分子的無規(guī)章運動產(chǎn)生的。c.說明氣體和液體分子在不停地做無規(guī)章運動。(2)說明集中現(xiàn)象也能在固體中發(fā)生。(3)集中現(xiàn)象直接說明組成物質(zhì)的分子在不停地運動。學問鏈接:在氣體、液體、固體中均能發(fā)生集中現(xiàn)象,氣體的集中現(xiàn)象最明顯。集中現(xiàn)象在任何狀況下都可以發(fā)生,與外界因素無關。主題2:探究布朗運動問題:觀看“小炭粒的布朗運動”的試驗現(xiàn)象,爭辯以下幾個問題。(1)試驗中可觀看到什么現(xiàn)象?(2)試驗中的“小炭粒”是不是分子?圖7.2-5(顯微鏡下看到的三顆微粒運動位置的連線)中把每隔30秒炭粒的位置記錄下來,這些“折線”是小炭粒的運動徑跡嗎?是水分子的運動徑跡嗎?假如記錄時間間隔延長,折線會變得更簡潔還是更簡潔?(3)布朗運動具有什么規(guī)律?(4)布朗運動產(chǎn)生的緣由是什么?解答:(1)可以看到懸浮在液體中的小炭粒在不停地做無規(guī)章運動。(2)試驗中的“小炭?！庇纱罅糠肿咏M成,照舊是宏觀物體而不是分子。圖中畫出的是每隔30s觀看到的小炭粒的位置用直線依次連接起來的圖線,實際上在30s內(nèi),微粒的運動是極其簡潔和無規(guī)章的,并非沿著兩位置的連線運動。因此,圖中折線并不是小炭粒的運動徑跡,更不是水分子的運動徑跡。假如記錄時間間隔延長,折線會更簡潔。(3)布朗運動是無規(guī)章的、永不停息的。懸浮的顆粒越小,布朗運動越明顯;溫度越高,布朗運動越猛烈。(4)布朗運動是懸浮在液體中的微小顆粒受到液體分子各個方向撞擊作用的不平衡造成的。在某一瞬間,微小顆粒在某個方向受到的撞擊作用強,它就沿著這個方向運動。在下一瞬間,微小顆粒在另一方向受到的撞擊作用強,它又沿著另一個方向運動。任意時刻微小顆粒所受的撞擊作用在某一方向上占優(yōu)勢是偶然的,這樣就引起了微粒的無規(guī)章的布朗運動。學問鏈接:布朗運動不是固體分子的運動,也不是液體分子的運動,而是小顆粒的運動,是液體分子無規(guī)章運動的反映。主題3:分子熱運動問題:閱讀課本中“熱運動”標題下的相關內(nèi)容,回答下面的問題。(1)分子熱運動的兩種宏觀表現(xiàn)是什么?為什么把分子永不停息的無規(guī)章運動叫作熱運動?簡述分子運動的特點。(2)表示分子運動猛烈程度的宏觀物理量是什么?為什么?解答:(1)集中現(xiàn)象和布朗運動是分子熱運動的兩種宏觀表現(xiàn),溫度越高它們的運動就越明顯,分子的無規(guī)章運動跟溫度有關,因此分子的無規(guī)章運動又叫熱運動。熱運動的特點:分子運動永不停息,運動無規(guī)章,溫度越高,分子的熱運動越猛烈。(2)分子的無規(guī)章運動跟溫度有關,因此溫度是表示分子運動猛烈程度的宏觀物理量。學問鏈接:分子熱運動是集中現(xiàn)象形成的緣由,布朗運動是分子熱運動的反映,但不能說集中現(xiàn)象和布朗運動是熱運動。1.(考查布朗運動、集中現(xiàn)象的概念)下列有關布朗運動與集中現(xiàn)象的敘述中,正確的是()。A.集中現(xiàn)象與布朗運動都是分子的運動B.集中現(xiàn)象與布朗運動沒有本質(zhì)的區(qū)分C.集中現(xiàn)象突出說明白物質(zhì)的遷移規(guī)律,布朗運動突出說明白分子運動的無規(guī)章性規(guī)律D.集中現(xiàn)象與布朗運動都與溫度有關【解析】布朗運動是懸浮在液體中固體顆粒的運動,集中現(xiàn)象是分子運動,二者本質(zhì)不同,故A、B錯誤。集中現(xiàn)象是相互接觸的物質(zhì)由濃度較高的部分向濃度較低部分集中,集中速度與溫度和濃度有關,最終會停止;布朗運動的猛烈程度與液體(或氣體)分子撞擊的不平衡性有關,顆粒越小,溫度越高,撞擊的不平衡性越明顯,可知C、D正確。【答案】CD【點評】明確集中現(xiàn)象和布朗運動的相同點和不同點是解答本題的關鍵。2.(考查布朗運動的特點)下列說法正確的是()。A.分子的運動就是布朗運動B.液體中懸浮的顆粒越大,所受沖擊力越大,布朗運動越明顯C.布朗運動是指在液體中懸浮的小顆粒所做的不規(guī)章運動D.物體運動的速度越大,內(nèi)部分子的熱運動越激烈【解析】由于布朗運動是液體中懸浮小顆粒的不規(guī)章運動,是分子不規(guī)章運動的反映,則C正確,A錯;懸浮顆粒越大,受多方向的分子撞擊力幾乎平衡,布朗運動反而不明顯,故B錯;物體內(nèi)部分子的熱運動激烈程度只與溫度有關,故D錯?！敬鸢浮緾【點評】布朗運動和分子的熱運動都是永不停息的、無規(guī)章的運動,都與溫度有關。分子的熱運動是指大量分子的無規(guī)章運動,而不是指單個分子的運動。3.(考查有關布朗運動的圖象)圖示是做布朗運動小顆粒的運動路線記錄的放大圖,以小顆粒在A點開頭計時,每隔30s記錄下小顆粒的一個位置,得到B、C、D、E、F、G等點,則小顆粒在經(jīng)75s末時的位置,以下敘述中正確的是()。A.確定在C、D連線中點B.確定不在C、D連線中點C.可能在C、D連線上,但不愿定是C、D連線的中點D.可能在C、D連線以外的某點上【解析】布朗運動是無規(guī)章的運動,從顆粒運動到A點計時,每隔30s,登記顆粒的一個位置,其連線并不是小顆粒運動的軌跡,所以在75s末時,顆粒所在位置不能在圖中確定,故選C、D?！敬鸢浮緾D【點評】布朗運動示意圖只能說明每隔一段時間微粒的位置,無法確定微粒運動的軌跡。4.(考查熱運動的概念)下列對“熱運動”的含義理解正確的是()。A.物體的溫度越高,物體運動越快B.物體的溫度越高,物體里的分子的無規(guī)章運動越猛烈C.物體的溫度越高,物體里每個分子的無規(guī)章運動都越猛烈D.大量分子的無規(guī)章運動就是熱運動【解析】由集中現(xiàn)象和布朗運動可知,溫度越高,物質(zhì)分子的無規(guī)章運動越猛烈,所以大量分子的無規(guī)章運動就是熱運動。物體的宏觀機械運動與溫度無關,所以B、D正確?！敬鸢浮緽D【點評】抓住熱運動的定義是分析本題的關鍵。要留意熱運動是指大量分子的無規(guī)章運動。拓展一:對集中現(xiàn)象的理解1.下列關于集中現(xiàn)象的說法中正確的是()。A.集中現(xiàn)象只能發(fā)生在氣體與氣體之間B.集中現(xiàn)象只能發(fā)生在液體與液體之間C.集中現(xiàn)象只能發(fā)生在固體與固體之間D.任何物質(zhì)間都可以發(fā)生相互集中【分析】集中現(xiàn)象是否發(fā)生與物質(zhì)的狀態(tài)無關,只要不同物質(zhì)相互接觸就可發(fā)生?！窘馕觥坎煌镔|(zhì)之間總是存在集中現(xiàn)象,區(qū)分在于集中的快慢,而集中的快慢受溫度、物體的形態(tài)等因素影響。如鉛和金疊放在一起,經(jīng)過足夠長的時間,鉛和金會相互進入對方。集中不僅存在于氣體與氣體、液體與液體、固體與固體之間,同樣也存在于氣體與液體、氣體與固體、液體與固體之間。【答案】D【點撥】集中現(xiàn)象永不停息,且在固體、液體、氣體三態(tài)之間均能發(fā)生,能直接證明分子在做永不停息的無規(guī)章運動。拓展二:對布朗運動的理解2.關于布朗運動的試驗,下列說法中正確的是()。A.圖中記錄的是分子無規(guī)章運動的狀況B.圖中記錄的是微粒做布朗運動的軌跡C.試驗中可以看到,微粒越大,布朗運動越明顯D.試驗中可以看到,溫度越高,布朗運動越明顯【分析】解答本題應留意以下三點:(1)圖中折線是花粉顆粒兩位置的連線。(2)閃光時間不同折線圖形也不同,區(qū)分折線與徑跡。(3)折線的無規(guī)章所反映的實質(zhì)問題?！窘馕觥坎祭蔬\動是指懸浮在液體中的微粒不停地做無規(guī)章的運動,而不是分子的無規(guī)章運動,它是分子無規(guī)章運動的反映,而分子無規(guī)章的熱運動是產(chǎn)生布朗運動的緣由,溫度越高,分子運動越激烈,因而布朗運動也越明顯,故選項A錯誤,選項D正確。微粒越大,來自各個方向的分子撞擊力的平均效果可認為相互平衡,而且微粒的質(zhì)量越大,慣性越大,很難轉(zhuǎn)變原來的運動狀態(tài),所以微粒越大,布朗運動就越不明顯,選項C錯誤。圖中折線的每個拐點記錄的是微粒每隔相同時間的位置,在每段時間內(nèi)微粒的運動也是無規(guī)章的,而不是直線運動,選項B錯誤?！敬鸢浮緿【點撥】布朗運動示意圖的分析方法。布朗運動是無規(guī)章的,分析布朗運動示意圖時要留意:(1)布朗運動示意圖中每個拐點記錄的是微粒每隔一段時間(如30s)的位置,可接受頻閃照相的方法記錄。(2)兩位置所畫直線是人為畫的,在30s內(nèi),微粒仍做無規(guī)章運動。(3)不能將示意圖中的折線當作微粒的運動軌跡,每一段直線也不行認為是對應這段時間內(nèi)的勻速直線運動軌跡,在這段時間內(nèi)運動照舊是很簡潔的。(4)布朗運動示意圖只能說明每隔一段時間微粒的位置,無法確定微粒運動的軌跡。拓展三:布朗運動與集中現(xiàn)象的比較3.關于布朗運動和集中現(xiàn)象,下列說法中正確的是()。A.布朗運動和集中現(xiàn)象都能在氣體、液體、固體中發(fā)生B.布朗運動和集中現(xiàn)象都是分子的運動C.布朗運動和集中現(xiàn)象都是溫度越高越明顯D.布朗運動和集中現(xiàn)象都是永不停息的【分析】了解布朗運動和集中現(xiàn)象在爭辯對象、形成條件方面的異同點是解決該類問題的關鍵?！窘馕觥?1)布朗運動與集中現(xiàn)象的爭辯對象不同:布朗運動的爭辯對象是固體小顆粒,而集中現(xiàn)象爭辯的是分子的運動。(2)布朗運動與集中現(xiàn)象條件不一樣:布朗運動只能在氣體、液體中發(fā)生,而集中現(xiàn)象可以發(fā)生在固體、液體、氣體任何兩種物質(zhì)之間。(3)布朗運動與集中現(xiàn)象的共同點是兩者都是永不停息的,并且溫度越高越明顯。由以上分析不難推斷,正確選項為C、D?！敬鸢浮緾D【點撥】集中現(xiàn)象與布朗運動的比較。項目集中現(xiàn)象布朗運動①集中現(xiàn)象是兩種不同的物質(zhì)相互接觸時,沒有受到外界的作用而彼此進入對方的現(xiàn)象②集中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,集中現(xiàn)象較為顯著;當進入對方的分子濃度較高時,集中得較為緩慢,最終停止集中①布朗運動是懸浮在液體或氣體中的小顆粒所做的無規(guī)章運動,而不是液體或氣體分子的運動②布朗運動的猛烈程度與液體(或氣體)分子撞擊的不平衡性有關,顆粒越小,溫度越高,撞擊的不平衡性越明顯③布朗運動永不停息①產(chǎn)生的根本緣由相同,都是分子永不停息地做無規(guī)章運動的反映②它們都隨溫度的上升而表現(xiàn)得越明顯拓展四:分子熱運動的表現(xiàn)4.下列關于熱運動的說法中,正確的是()。A.熱運動是