高中物理 第七章 分子动理论 2 分子的热运动教材梳理素材 新人教版选修3-3（通用）

高中物理 第七章 分子动理论 2 分子的热运动教材梳理素材 新人教版选修3-3（通用）

‎2 分子的热运动 ‎ 庖丁巧解牛 知识·巧学 一、扩散现象 ‎1.定义：不同物质相互接触时自发地彼此进入对方的现象.‎ 不同的物质互相接触，过一段时间后物质分子会彼此进入对方，这一现象称为扩散，扩散是一种常见的物理现象.如在房间的一角撒上香水，整个房间都能闻到香味，金块和铅块压紧在一起，放置足够长的时间，会发现铅中有金，金中有铅等，都是扩散.‎ ‎2.意义：直接证明组成物体的分子在不停地运动着.‎ ‎3.特点：(1)在气体、液体、固体中均能发生，而气体的扩散现象最明显;(2)扩散快慢与温度有关，温度越高，扩散越快，表明温度越高，分子运动越剧烈;(3)从浓度大处向浓度小处扩散，且受“已进入对方”的分子浓度的限制，当进入对方的分子浓度较低时，扩散现象较为显著.‎ ‎4.应用：在真空高温等条件下，在半导体材料中掺入一些其他元素,制造各种电子元件.‎ 二、布朗运动 ‎1.定义：悬浮在液体（或气体）中的固体小微粒永不停息的无规则运动.‎ ‎(1)布朗运动是英国植物学家布朗在1827年用显微镜观察在水中的花粉微粒时首先发现的;‎ ‎(2)实验条件：固体小微粒（又叫布朗粒子）的线度足够小（数量级不超过10‎-4 cm），在光学显微镜下才能观察到;‎ ‎(3)固体小微粒并非是单个分子，而是由大量（千万个）分子组成的.‎ ‎2.特点 ‎(1)布朗运动永不停息（只要液体不干涸）;‎ ‎(2)布朗运动极不规则;‎ ‎(3)微粒越小，现象越明显.‎ ‎(4)在任何温度下都会发生，温度越高，布朗运动越激烈.‎ 深化升华 藤黄颗粒、花粉、墨汁小微粒均可做实验，说明布朗运动并不取决于微粒本身，而是由微粒所处的环境造成的.‎ ‎3.产生原因：不在外部，而在液体内部，是由于液体分子永不停息地无规则运动对固体小微粒的撞击不平衡产生的，微粒越小，这种不平衡越显著.布朗运动越激烈，温度越高，液体分子无规则运动越激烈，对固体小微粒的撞击作用越激烈，且撞击次数越频繁，造成布朗运动越激烈.‎ 要点提示 布朗运动的激烈程度与微粒的体积、质量及液体的温度有关.‎ 学法一得 从微观机理解释宏观现象；从宏观现象探究微观本质，是物理学中很重要的研究方法.‎ ‎4.布朗运动的意义 尽管布朗运动本身并不是分子的运动，但由于它的形成原因是由于分子的撞击所致，所以它能反映分子的运动特征，这就是布朗运动的意义所在.‎ 深化升华 布朗运动的意义具体可概括为三点：‎ ‎(1)布朗运动的永不停息，说明分子的运动是永不停息的；‎ ‎(2)布朗运动路线的无规则，说明分子的运动是无规则的；‎ ‎(3)温度越高，布朗运动越激烈，说明分子的无规则运动的剧烈程度也与温度有关.‎ 误区警示 对布朗运动往往有这样的认识误区：(1)误认为布朗运动是分子运动；(2)微粒的无规则运动就是液体分子的无规则运动；(3)布朗运动证明了组成固体颗粒的分子在做无规则运动.实际上，布朗运动间接地反映了液体分子在做永不停息的无规则运动，不能反映组成固体颗粒的分子做无规则运动.造成这一误区的原因是：往往将布朗运动的研究对象认为是液体分子.‎ 三、热运动 ‎1.定义：分子的无规则运动叫热运动.‎ ‎2.原因：扩散现象和布朗运动都随温度的升高而越明显，表明分子的无规则运动跟温度有关，温度越高，分子的无规则运动就越激烈.‎ 辨析比较 布朗运动和热运动 布朗运动和热运动虽然都是永不停息、毫无规则，温度越高运动越激烈，但布朗运动不是分子热运动，而是分子热运动的反映.‎ 典题·热题 知识点一 扩散现象 例1 下列四种现象中，属于扩散现象的有（ ）‎ A.雨后的天空中悬浮着很多的小水滴 B.海绵吸水 C.在一杯热水中放几粒盐，整杯水很快就会变咸 D.把一块煤贴在白墙上，几年后铲下煤后发现墙中有煤 解析:扩散现象是指两种不同的分子互相渗透到对方的现象，它也是分子运动引起的.天空中的小水滴不是分子，小水滴也是由大量水分子组成的，这里小水滴悬浮于空气中并非分子运动所为，故A项不对.同样海绵吸水也不是分子运动的结果，海绵吸水是一种毛细现象，故B项也不对.整杯水变咸是盐分子渗透到水分子之间所致，墙中有煤也是煤分子渗透的结果，故C、D项正确.‎ 答案：CD 方法归纳 有关物理现象的分析，要抓住其基本本质进行判断.‎ 知识点二 布朗运动 例2 墨汁的小炭粒在水中做布朗运动的现象说明（ ）‎ A.小炭粒的分子在做剧烈的热运动 B.水分子在做剧烈的热运动 C.水分子之间是有空隙的 D.水分子之间有分子作用力 解析:布朗运动的起因是液体分子做无规则运动撞击颗粒的结果，所以，小炭粒在水中做布朗运动并不说明小炭粒的分子在做剧烈的运动，而只是间接说明水分子在做剧烈的运动.故选项A错误，B正确.颗粒产生布朗运动的原因不是因为分子的间隙和分子间作用力，C、D选项皆错.‎ 答案：B 误区警示 （1）不是分子的运动，是液体（或气体）分子撞击固体小颗粒的结果，但它反映了液体分子运动的无规则性.（2）水分子间是有空隙的，但不是布朗运动得出的结论.‎ 例3 图‎7-2-1‎所示的是用显微镜观察到的悬浮在水中的一个花粉微粒的布朗运动路线，从微粒在A点开始计时，每隔30 s记下一个位置，依次得到B、C、D、E、F、G各点.则在第75 s末时微粒所在的位置是（ ）‎ 图‎7-2-1‎ A.一定在CD连线的中点 B.一定不在CD连线的中点 C.一定在CD连线上，但不一定在CD连线的中点 D.不一定在CD连线上 解析:首先弄清楚，这个“花粉微粒的布朗运动路线”放大图中，只有A、B、C、D……各点的位置是每隔30 s花粉位置的真实记录，而各点间的连线是人为画出来的，用来表示到达各位置的先后次序，并非实际运动路线.我们只能说由第60 s末至第90 s末，微粒由C位置到达D位置，不能说在此段时间内微粒由C位置沿直线运动到达D位置，更不能说微粒沿直线CD匀速运动到第75 s末时在CD连线中点.因为布朗运动中花粉微粒的运动是毫无规则的，微粒在第75 s末所在的位置可能在CD连线上，但不一定在CD连线的中点，也可能在CD连线以外的某点上，本题正确选项只有D.‎ 答案：D 误区警示 不能将图中的折线视为运动轨迹，因花粉微粒受到大量液体分子的频繁撞击（每秒约1021次），在由第60 s末至第90 s末这短短的30 s时间内，花粉微粒的运动仍是毫无规则的.‎ 知识点三 布朗运动和扩散现象 例4 关于布朗运动和扩散现象的下列说法中正确的是（ ）‎ A.布朗运动和扩散现象都在气体、液体、固体中发生 B.布朗运动和扩散现象都是分子的运动 C.布朗运动和扩散现象都是温度越高越明显 D.布朗运动和扩散现象都是永不停息的 解析:（1）布朗运动与扩散现象的研究对象不同：布朗运动研究对象是固体小颗粒，而扩散现象研究的是分子的运动.‎ ‎（2）布朗运动与扩散现象条件不一样：布朗运动只能在气体、液体中发生，而扩散现象可以发生在固体、液体、气体中的任何两种物质之间.‎ ‎（3）布朗运动与扩散现象的共同点是两者都是永不停息的，并且温度越高越明显.‎ 由以上分析不难判断，正确选项为C、D.‎ 答案：CD 方法归纳 布朗运动与扩散现象研究对象虽然不同，但都说明了分子运动的无规则性，了解布朗运动与扩散现象的研究对象、形成条件的异同点是解决这类问题的关键.‎ 例5 下列关于布朗运动、扩散现象和对流的说法中正确的是（ ）‎ A.布朗运动是固体微粒的运动，反映了液体分子的无规则运动 B.布朗运动和扩散现象及对流都需要在重力的作用下才能进行 C.布朗运动和扩散现象不需要在重力作用下就能进行 D.对流在完全失重情况下不能发生 解析:布朗运动和扩散现象都是分子无规则运动的结果，是不需要外加条件的，而对流则是密度大的物质在重力作用下下沉所引起的，故A、C、D项正确.‎ 答案：ACD 问题·探究 误区陷阱探究 问题 ‎ 当一束阳光照射到教室中时，常常看到入射光束中有悬浮在空气中的微尘在运动，这些微尘的运动是布朗运动吗？为什么？常常出现这样的错误：认为这些微尘的运动是布朗运动.因为它们是由于空气分子无规则运动碰撞而引起的，间接地反映了空气分子的无规则运动.‎ 探究过程：关于液体中、气体中悬浮微粒的运动，究其原因可能是多方面.如流体的流动，浮力、重力等外部环境的影响.也可能是流体分子热运动的撞击而引起的.要注意的是，仅由流体分子撞击而引起的微粒运动才属于布朗运动，并非所有微粒的运动都是布朗运动.再者，布朗运动的原因虽是周围流体分子对微粒撞击的宏观效果，但并非这种碰撞就一定能产生布朗运动.‎ 这些肉眼能看到的微尘，从微观的角度看，是相当大的.从研究对象来说，首先不满足布朗运动的条件：从分子运动对它的碰撞分析，由于颗粒较大，空气分子热运动对它各个方向的碰撞几乎抵消，平衡性强.所以，这些微尘的运动不是由于空气分子碰撞它引起的，而是由于受气流的流动、空气浮力和重力的作用等外部原因引起的，不属于布朗运动.‎ 探究结论：这些微尘的运动不是布朗运动.‎ 思想方法探究 问题 布朗运动与扩散现象反映的分子热运动有什么区别？‎ 探究过程：（1）产生条件：‎ 布朗运动：固体颗粒悬浮在液体中，也可以在气体中发生；‎ 扩散现象：两物质相互接触，在固体、液体、气体中都能发生.‎ ‎(2)影响快慢的因素 布朗运动：温度的高低和微粒的大小;‎ 扩散现象：温度的高低.‎ ‎(3)现象的本质 布朗运动：是固体颗粒的运动，是液体分子无规则运动的反映;‎ 扩散现象：是分子的运动.‎ ‎(4)共同点和不同点 共同点：它们都（间接或直接）证实了分子在永不停息地做无规则运动；‎ 不同点：布朗运动永不停息，扩散现象会停止（动态平衡）.‎ 探究结论：‎ 扩散现象是分子热运动的直接表现，布朗运动是分子热运动的间接表现.‎